Dekontamination durch Fällung mit Eisensalzen

Arsenschäden sanieren

Flockung und Sedimentation in der Arsenentfernungsanlage
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Arsen und seine Verbindungen gelten als krebserregende Stoffe. Vor allem das dreiwertige Arsen ist hoch toxisch und stellt eine besondere Gefahr für die Umwelt dar. Am Standort einer Farbenfabrik wird mit Hilfe des Fällungsverfahrens Arsen aus dem Grundwasser entfernt.

Dipl.-Ing. Ralf Sattler, Dipl.-Ing. Ralf Winkel

Das Pionierpark-Gelände am Mühlheimer Mainufer diente bis in die dreißiger Jahre als Standort für eine Farbenfabrik. Während des Betriebes wurden Fehlchargen der arsenhaltigen Farbstoffe am Standort vergraben. Das 25 000 m2 große Gelände ist aus diesem Grund großflächig mit Arsen kontaminiert. Wechselnde Grundwasserstände und versickerndes Niederschlagswasser führen zu einer Verunreinigung des Grundwasserleiters durch Arsenverbindungen. Diese Kontaminationen gefährden die Trinkwasserresourcen der Stadt Mühlheim. Im Grundwasser befinden sich Konzentrationen von bis zu 40 mg Arsen je Liter und im Boden Konzentrationen von 20 000 mg Arsen pro kg.
Arsen sicher abtrennen
Arsen läßt sich durch Fällung, Ionentauscher oder mit Hilfe des Membranverfahrens aus dem Wasser entfernen. Am Standort Mühlheim erfolgt die Wasserreinigung mittels Fällung, da keine weiteren Inhaltsstoffe wie Sulfate oder Nitrate zu berücksichtigen sind. Die gesetzlich geforderten Grenzwerte von unter 10 µg Arsen je Liter können mit diesem Verfahren sicher eingehalten werden.
Im Grundwasser kommt Arsen in den Oxidationsstufen III und V vor. Reduzierte Formen sind nur bei negativem Redoxpotential und niedrigem pH-Wert stabil. Die arsenige Säure (H3AsO3) und die Arsensäure (H3AsO4) dissoziieren mit steigendem pH-Wert. Arsensäure zerfällt bereits in Wasser (pH = 7) zu den entsprechenden Ionen, die arsenige Säure liegt im undissoziierten Zustand vor. Die Entfernung des dreiwertigen Arsens durch Fällung ist daher nur unvollständig möglich. Es muß zunächst zu fünfwertigem Arsen oxidiert werden. Als Fällungsmittel eignen sich Eisen-(III)-Salze, da Eisenarsenat ein sehr geringes Löslichkeitsprodukt besitzt. Der erreichte Restgehalt an Arsen liegt bei unter 5 µg/l. Die Fällung gelingt sowohl im sauren als auch im leicht alkalischen pH-Bereich gut. Die konkurrierende Fällung von anderen Schwermetalloxiden, die mit steigendem pH-Wert zunimmt, ist dabei entscheidend für die erreichbare Eliminationsleistung.
Mehrstufiges Reinigungsverfahren
Die Arsenentfernung erfolgt in einer zweistufigen Fällungs-/Flockungsanlage mit jeweils nachgeschalteter Sedimentationsstufe und anschließender kontinuierlicher Sandfiltration. Das durchschnittlich mit 5 bis 10 mg/l Arsen kontaminierte Grundwasser aus neun Erfassungsbrunnen gelangt über eine Sammelleitung in die Reinigungsanlage. Durch Fällung und Flockung wird die Arsenbelastung um über 99,9% reduziert und das aufbereitete Grundwasser mit einem Arsengehalt von ca. 1 µg/l in den Main geleitet.
Im ersten Schritt des Verfahrens erfolgt die Oxidation des dreiwertigen Arsens und anderer vorhandener Schwermetalle mittels Zugabe von Wasserstoffperoxid über einen statischen Mischer. Das voroxidierte Rohwasser wird im ersten Reaktionsbecken überstöchiometrisch mit Eisen(III)-Chlorid-Lösung und mit Rückführschlamm aus der Sedimentationsstufe intensiv vermischt. Über eine pH-Regelung läßt sich in den Fällungsstufen mittels NaOH-Dosierung der für die Arseneliminierung optimale pH-Wert einstellen. Nach Zugabe eines Flockungshilfsmittels im zweiten Reaktionsbecken findet in einem dritten Becken die Makroflockenbildung (Nachreaktion) statt. Der Eisenarsenatschlamm wird in den nachgeschalteten Sedimentationsstufen abgetrennt und das Wasser zur Entfernung der Resttrübung über einen kontinuierlich arbeitenden Sandfilter geleitet. Anschließend erfolgt die Einleitung des gereinigten Wassers in den Vorfluter Main. Der anfallende Eisenarsenat/Eisenhydroxidschlamm wird in einem Stapelbehälter mit Kalkhydrat und Flockungshilfsmittel (FHM) konditioniert, in einer Kammerfilterpresse entwässert und als stichfester Filterkuchen der Entsorgung zugeführt. Die für den Anlagenbetrieb erforderlichen Chemikalien lassen sich über die gemäß § 19 WHG ausgeführten Lager- und Dosieranlagen zugeben. Ein redundant ausgeführtes Prozeßleitsystem steuert und überwacht die Anlage und die Förderbrunnen zentral von der Schaltwarte aus. Darüber hinaus ermöglicht das System eine Fernüberwachung und Ferndiagnose via Modem im Online-Modus.
Halle A6, Stand 314
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