Forschungszentrum Karlsruhe - Wissenschaftliche Berichte - FZKA 6994
Elimination
of Health-Relevant Heavy Metals From Raw Waters of the Drinking Water Supply in
the PR China by Means of Weakly Basic Anion Exchange Resins
Wolfgang
H. Höll, Zhao Xuan, Klaus Hagen
Abstract
The
selective elimination of traces of heavy metals from raw waters of the drinking
water supply by means of commercially available weakly basic anion exchangers
has been investigated. Target spe-cies were heavy metal cations (of Hg, Cd, Zn,
Ni, Cu, Pb) and chromate (Cr(VI)) anions.
In the
laboratory investigations, suitable anion exchangers were indentified. The
phenol formaldehyde-based resin Duolite A7 revealed optimum properties for
sorption of practically all heavy metal cations. Acrylic weakly basic
exchangers provide optimum properties for chromate removal. Both kinds of
ex-changers also remove part of the natural organic matter. In parallel
investigations in China Chinese anion exchangers were investigated. Further
fundamental investigations comprised the sorption mechanism, the
rate-controlling step and the conditions of optimum regeneration and rinsing.
Further-more, a mathematical approach for prediction of the filter breakthrough
performance was tested.
In the pilot
scale experiments were carried out at several sites in China to demonstrate the
processes and to obtain economic data about the application. Experiments at
Shenyang showed that chromate concentrations of about 100 µg/L Cr(VI) can be
decreased below the standard of 50 µg/L for about 4000 bed volumes. Experiments
at Haikou showed that mercury concentrations of about 2 µg/L can be diminished
below 1 µg/L for more than 15000 m³/m³ of exchanger. The experiments at Huludao
dem-onstrated that a simultaneous elimination of copper and mercury species,
again at very large specific throughputs is achieved. In all cases only few m³
of sulfuric acid, NaOH solution and rinsing water were required. Evaluation of
the cost of chemicals and energy revealed that the specific operating cost of
the selective elimination are in the range of € 0.02/m³ to € 0.05/m³.
Elimination gesundheitsbedenklicher Schwermetalle aus
Rohwässern der Trinkwasserversorgung in China mit Hilfe schwach basischer
Ionenaustauscherharze
Zusammenfassung
In Grundlagenuntersuchungen und Vor-Ort-Feldversuchen
im Pilotmaßstab wurde die selektive Elimi-nation von Spuren von Schwermetallen
aus Rohwässern der Trinkwasserversorgung in China mit Hilfe handelsüblicher
schwach basischer Anionenaustauscher untersucht. Ziele waren die Elimination
von Schwermetallkationen, insbesondere von Hg, Cd, Zn, Ni, Cu, Pb sowie von
Chromat (Cr(VI)).
In Grundlagenversuchen im Laboratoriumsmaßstab wurden
geeignete Anionenaustauscher identifi-ziert. Der auf der Basis von Phenol und
Formaldehyd hergestellte Austauscher Duolite A7 weist opti-male Eigenschaften
für die Sorption praktisch sämtlicher Schwermetallkationen auf. Chromat kann am
besten mit Austauschern auf Acrylamidbasis entfernt werden. Beide Arten von
Austauschern entfer-nen gleichzeitig auch einen Teil der natürlichen
organischen Wasserinhaltsstoffe. In parallelen Unter-suchungen in China wurden
Austauscher chinesischer Produktion getestet. Weitere Grundlagenver-suche
konzentrierten sich auf den Sorptionsmechanismus und die Bedingungen einer
optimalen Re-generation und Spülung. Ferner wurde ein mathematischer Ansatz zur
Simulation des Filterbetriebs getestet.
In Vor-Ort-Versuchen wurden die Prozesse im Pilotmaßstab
an mehreren Standorten in China de-monstriert. Die Versuche wiesen nach, daß
eine selektive Verminderung des Cr(VI)-Gehalts von 100 µg/L unter den Grenzwert
von 50 µg/L erreicht wird. Pro m³ Austauscher können dabei ca. 4000 m³ Wasser
behandelt werden. Bei Quecksilber gelingt eine selektive Elimination von etwa 2
µg/L auf we-niger als 1 µg/L für mehr als 15000 m³ Wasser pro m³ Austauscher.
Regeneration und Spülung benö-tigen wenige m³ Schwefelsäure, Natronlauge und
Spülwasser. Die spezifischen Betriebskosten liegen im Bereich von < €
0.05/m³.
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