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Physikalisch-chemische Eisenentfernung

Eisen ist eines der am häufigsten in der Erdkruste vorkommenden Metalle. Natürlich tritt es in Form von wasserlöslichen bivalenten Eisen-(II)-ionen (Fe2+), bzw. in Form von Eisenhydroxid-Ionen Fe(OH)+ oder in komplexierter Form als trivalentes Eisen-(III)-ion (Fe3+) bzw. gefällt als Fe(OH)3 auf. Das Auftreten von Eisen in Wasser kann allerdings auch industriellen Ursprung haben: Abbaubetriebe, Eisen- und Stahlverarbeitende Industrie, Metallkorosion etc.

Generell gesehen ist Eisen für die menschliche Gesundheit oder die Umwelt nicht gefährlich, allerdings bringt es ästhetische und sensorische Unannehmlichkeiten mit sich. Eisen verfärbt das Wasser rostbraun, dies kann Wäsche, sanitäre Einrichtungen und sogar Produkte aus der Lebensmittelindustrie verfärben. Ein weiterer Effekt von Eisen im Wasser ist das Auftreten eines metallischen Geschmacks, der das Wasser unangenehm zu trinken macht. Ebenso kann Eisen aufgrund von Ferrobakterien der Ursprung für Korrosion in der Kanalisation sein.

In belüftetem Wasser liegt das Redoxpotential des Wassers so, dass Oxidationsreaktionen des Eisen-(II)-Ions zum Eisen-(III)-Ion möglich sind. Das Fe3+ fällt dann in Form von Eisenhydroxid, Fe(OH)3 aus. Dadurch wird eine natürliche Entfernung von gelöstem Eisen ermöglicht.

4 Fe2+ + 3 O2 --> 2 Fe2O3

Fe2O3 + 3 H2O --> 2 Fe(OH)3

Die Form, in der das Eisen im Wasser auftaucht, ist von dem pH-Wert und dem Redoxpotential abhängig. Das folgende Pourbaix-Diagramm von Eisen zeigt dies. Normalerweise hat Grundwasser einen niedrigen Sauerstoffgehalt, demzufolge ein geringes Redoxpotential und einen geringen pH-Wert (5,5 - 6,5).

Pourbaixdiagramm von Eisen

Wie dem auch sei, natürliches Grundwasser ist meist anaerob. Das bedeutet, dass das Eisen in Lösung bleibt und aus diesem Grund vor der Verwendung aus dem Wasser entfernt werden sollte.

Die physikalisch-chemische Entfernung von Eisen-(II)-Ionen kann durch eine Anhebung des Redoxpotentials des Wassers geschehen. Dies kann durch eine Anhebung des Sauerstoffgehaltes durch den Luftsauerstoff mittels simpler Ventilation geschehen. Bei saurem Wasser kann diese Behandlung durch eine pH-Wert-Korrektur ergänzt werden. Das dabei ausgefallene Eisenhydroxid kann dann mittels Sandfiltration oder Abschöpfung aus dem Wasser entfernt werden. Die Ausfällung des Eisens kann auch mit stärkeren Oxidationsmitteln, wie zum Beispiel Chlordioxid (ClO2), Ozon (O3) oder Kaliumpermanganat (KMnO4) durchgeführt werden. Dabei kann dies in Kaskaden- oder Freiluft-Sprühsystemen (maximal tolerierbarer Gehalt an Fe2+ hierfür ist 7mg.L-1), die auch als Gravitationssystem bezeichnet werden, geschehen. Diese Art von Systemen erfordert zwar einen großen Platzbedarf, doch können zusätzlich zu einfacher Bedienung und geringen Betriebskosten auch CO2 und Hydrogensulfid (H2S) entfernt werden. Es gibt auch sehr kompakte Drucksysteme, die Konzentrationen von Fe2+ zwischen 7 und 10 mg.L-1 behandeln können.

Schema eines Systems zur Eisenentfernung

Eisen kann oft auch in komplexierter Form im Wasser gefunden werden. Die Entfernung dieser Komplexe erfordert einen Koagulationsschritt, der zwischen die Oxidation und die Filtration geschaltet wird.

Anmerkung: Dank spezieller Mikroorganismen ist es möglich Eisen auf biologischem Weg aus dem Wasser zu entfernen. Es gibt einige Bakterienarten, deren Stoffwechsel und somit deren Überleben an die Oxidation von Eisen geknüpft sind. Diese Behandlung erfordert speziell an die Bakteriensorte angepasste pH-, Temperatur- und Redoxpotential-Bedingungen.


Physikalisch-chemische Manganentfernung

Ferrobakterien

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