Stetter, Dieter:

Dimensionierung von Chelat-Ionenaustauschern bei Trinkwasseraufbereitung

Duisburg-Essen (2005), getr. Zählung
Dissertation / Fach: Chemie
Fakultät für Chemie
Dissertation
Abstract:
In einer großen Anzahl von Filterversuchen wurden Lewatit TP 207 und Amberlite IRC 748, schwachsaure chelatbildende Kationenaustauscher vom Iminodiessigsäuretyp, unter praxisnahen Bedingungen zur Entfernung von Schwermetallen bei der Trinkwasseraufbereitung eingesetzt. Hierbei wurde der Einfluss verschiedener Randbedingungen wie z. B. der Calciumkonzentration des Zulaufwassers und des spezifischen Durchsatzes auf die Elimination von Nickel, Cadmium, Blei und Zink im Spurenbereich von 20 - 200 µg/l untersucht. Es wurden unterschiedlichste Varianten der Regeneration, Konditionierung und Entsorgung entwickelt. Diese wurden unter Berücksichtigung der in Wasserwerken üblichen Vorausstetzungen im Hinblick auf ihre praktische Umsetzbarkeit in den technischen Maßstab bewertet. Es wurde ein modifiziertes Zellen-Schalen-Modell entwickelt (MZS-Modell), mit dem die Durchbruchskurven simuliert wurden. Es basiert auf einer Aufteilung der Filtersäule in eine Kaskade von volumengleichen ideal durchmischten Rührkesseln (Zellen) und der weiteren Aufteilung der Ionenaustauscherpartikel in eine Anzahl von Kugelschalen mit unterschiedlichen Eigenschaften. Unter Berücksichtigung der Filmdiffusion in der Grenzschicht um die Ionenaustauscherpartikel in Abhängigkeit von der Filtergeschwindigkeit und der Calciumkonzentration sowie der Korndiffusion in den fünf inneren Schalen des Einzelpartikels in Abhängigkeit von der Calciumkonzentration erfolgt eine Berechnung der Beladung aller Kugelschalen zu jedem Zeitpunkt des Filterlaufs. Mit dem MZS-Modell konnten mit einer Parametervariation die experimentell ermittelten Durchbruchskurven sehr gut beschrieben werden. Die untersuchten Austauscher waren hervorragend für die Elimination von Schwermetallen bei der Trinkwasseraufbereitung geeignet. Pro m³ Harz wurden zwischen 50.000 und 230.000 m³ Wasser aufbereitet. Bei spezifischen Durchsätzen im Bereich der hydraulischen Belastbarkeit der Harze wurden unter üblichen Randbedingungen Filterlaufzeiten von mehreren Wochen bis mehreren Monaten erreicht, so dass die Anlagen nur in diesen zeitlichen Abständen regeneriert werden mussten. Aus Kostenszenarien ergaben sich für die Aufbereitung von 1,5 bzw. 4 Mio m³ Trinkwasser pro Jahr spezifische Aufbereitungskosten von 0,07 bzw. 0,04 EUR/m³.