gwf Wasser/Abwasser Energieeffizienz rechnet sich! (Vorschau)

FachberichtE Wasserversorgung
tration noch erhöhen kann, ist für den Wasserwerksausgang
ein Wert von 10 µg/L anzustreben.
Vorkommen
Das in Deutschland im Grundwasser auftretende Nickel
beruht meist auf geogenem Vorkommen. Die Mobilisierung
des in Grundwasserleitern vorhandenen Nickels ist
jedoch in aller Regel anthropogen. Ursache für erhöhte
Nickelkonzentrationen können Säureeinträge aus der
Atmosphäre oder der Landwirtschaft sein, die in
schlecht gepufferten Böden bzw. Grundwasserleitern
zu einer Mobilisierung von Schwermetallen führen. Weiterhin
kann der Zustrom von nitrathaltigem Grundwasser
in pyrithaltige Grundwasserleiter eine Freisetzung
von Nickel und anderen verwandten Schwermetallen
(Zink, Cobalt) bewirken. In der wässrigen Phase liegt
Nickel als freies zweiwertiges Kation vor [9].
Voruntersuchungen zur Verfahrenswahl
Die Voruntersuchungen sollten neben Nickel die für das
Kalk-Kohlensäuregleichgewicht relevanten Parameter
zuzüglich Eisen, Mangan, Cobalt, Zink, Cadmium, Blei,
Aluminium, Trübung, Temperatur und DOC umfassen.
Sofern ein Membranverfahren zur Nickelentfernung
eingesetzt werden soll, sind zusätzlich Phosphat, Strontium,
Barium sowie Silikat zu bestimmen. Da Nickel in
erhöhter Konzentration primär in Grundwässern anzutreffen
ist, sind starke Schwankungen der Wasserbeschaffenheit
nahezu auszuschließen. Über die Erfordernisse
von technischen oder Pilotversuchen muss
anhand der bereits vorliegenden Aufbereitungsergebnisse,
der vorhandenen technischen Anlagen und der
Ergebnisse der Wasseranalyse(n) entschieden werden.
5.1 Entfernung von Nickel im Rahmen
vorhandener Aufbereitungsprozesse
5.1.1 Enteisenung und Entmanganung
Für die Enteisenung ist keine relevante Entfernung von
Nickel bekannt. Nickel kann aber bei der Entmanganung
mit entfernt werden. Der Mechanismus ist der
Adsorption zuzuordnen, da Nickelionen an frisch gefälltem
Manganoxid (MnO x ) und/oder an Braunstein
(MnO 2 ) adsorbiert werden können. Eine merkliche
Nickelentfernung tritt bei der Entmanganung bereits
bei pH-Werten um 7 auf. Die erreichbare Restkonzentration
nimmt mit steigender Mangankonzentration im
Filterzulauf und mit steigendem pH-Wert bei der Entmanganung
ab. Für Eliminationsraten von über 60 %
sind bei ausreichend hohen Mangankonzentrationen
pH-Werte um 8 oder höher erforderlich.
5.1.2 Entsäuerungsfiltration
Die Entsäuerungsfiltration führt als alleiniges Verfahren
in der Regel nicht zu einer ausreichenden Entfernung
von Nickel. Lediglich für sehr weiche Wässer, die bis zu
einem pH-Wert von etwa 9 ohne Probleme filtrativ
entsäuert werden können, ist ggf. eine Entfernung von
Nickel möglich. Wenn das Rohwasser Eisen und/oder
Mangan enthält, gelten die Ausführungen für die Enteisenung
und Entmanganung.
5.1.3 Enthärtung
Bei der Fällungsenthärtung kann Nickel in Abhängigkeit
vom pH-Wert gut bis sehr gut entfernt werden. So werden
für Nickel Eliminationsraten von über 90 % erreicht.
Es ist aber zu berücksichtigen, dass nach der Fällung
eine Filtration des behandelten Wassers bei dem hohen
pH-Wert erforderlich sein kann, um entsprechend hohe
Eliminationsraten im Gesamtsystem Fällung-Filtration
zu erhalten [10].
5.1.4 Ionenaustausch
Nickel wird bei der Enthärtung oder Entsalzung mit
schwach oder stark sauren Kationenaustauschern ähnlich
gut oder besser entfernt als Calcium und Magnesium.
Damit ist auch die teilweise Entfernung bei der
Teilentsalzung mit Mischbettaustauschern möglich. Es
ist davon auszugehen, dass die Nickelentfernung direkt
proportional zur Härteentfernung ist. Vor einem ersten
Einsatz für diese Anwendung sollten jedoch Pilotversuche
erfolgen, da beim Einsatz von Ionenaustauschverfahren
immer die Gefahr von Verdrängungseffekten
besteht, die im ungünstigsten Fall gegen Ende einer
Beladungsphase zu einem Anstieg der Ablaufkonzentration
über die Zulaufkonzentration führen könnten.
5.1.5 Membranfiltration
Nickel kann bei der Umkehrosmose oder Nanofiltration
mit entfernt werden. Das Permeat solcher Anlagen muss
allerdings ähnlich wie beim Einsatz von Fällungsverfahren
verschnitten oder weiter aufbereitet werden, um
das Trinkwasser zu stabilisieren. Bei einer Aufbereitung
des gesamten Wasserstroms zur weitestgehenden
Nickelentfernung sind aufwändige Remineralisierungsverfahren
erforderlich. Allein zum Zweck der Schwermetallentfernung
ist der Einsatz dieser Verfahren nicht
sinnvoll.
5.2 Gezielte Entfernung von Nickel
5.2.1 Adsorption an Manganoxid
Das Verfahren „Mangandosierung zur Nickelent fernung“
ist vor allem dann interessant, wenn in betroffenen Wasserwerken
die vorhandenen Filteranlagen im Hinblick
auf die Nickelentfernung optimiert und weitergehend
ausgenutzt werden können. Es sind in jedem Fall Aufbereitungsversuche
erforderlich. Durch die Zugabe von
Mangan(II)-chlorid vor einer Filterstufe zur Entmanganung
und einen möglichst hohen pH-Wert kann die
Nickelelimination bei diesem Prozess verbessert
werden. Durch Umstellung und ggf. Ergänzung der
Verfahrensführung beim Betrieb einer zweistufigen
Enteisenungs- und Entmanganungsanlage, kann die
November 2011
1074 gwf-Wasser Abwasser