Phosphat fällen

[moskal]

Hallo,

damit komme ich vor Allem meinem Spieltrieb im Geiste des Chemiebaukastens in der Jugend nach:
Wenn das Leitungswasser hier durch einen schwach sauren Kationentauscher geht, kommt dabei gH5 und KH3 raus. Die KH lässt sich mit Phosphorsäure aufbrauchen, dann ist das Wasser aber voll von Phosphat. Das will ich fällen.
Der erste Test war mit Rostumwandler und Stahlwolle. Der milchigen Brühe, die nach 20min rühren entstanden ist, nach zu urteilen hat das auch geklappt. Das millchige lässt sich sicher durch filtern, z.B. mit Aktivkohle beseitigen. Nur könnte das auch einfacher gehen? Also daß sich das Fe nicht im Wasser mit dem P verbindet sondern in irgend einem Substrat?

Gruß
Helmut

 

[Kejoro]

Hi Helmut,
es gibt Eisen(III)-Hdydroxid kann das. Wird mWn. auch in der Abwasseraufbereitung eingesetzt. Das sind die klassischen granulierten Phosphatadsorber, die man im Aquaristikbedarf einkaufen kann.

Spoiler: Zusammenfassung

Gegenüber den herkömmlichen Verfahren zur Phosphatentfernung kann es bei bestimmten Fragestellungen der Abwasserwiederverwendung sinnvoll sein, Phosphat bis auf ganz geringe Restkonzentrationen zu entfernen. Dies kann beispielsweise bei der Wiederverwendung von Abwasser in Landschaft gestaltenden künstlichen Gewässern der Fall sein. Dass Eisenhydroxide hohe Adsorptionskapazitäten für Phosphat zeigen, ist seit langem bekannt. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, die Phosphatadsorption an kommerziell verfügbare Adsorbentien auf Eisenbasis hinsichtlich der Eignung für die weitestgehende Abwasserreinigung und Abwasserwiederverwendung zu bewerten. Im Mittelpunkt der Untersuchungen steht Granuliertes Eisenhydroxid (GEH), das vor allem in der Arsenentfernung eingesetzt wird. Zentrale Fragestellung ist die Quantifizierung der konkurrierenden Adsorption von Abwasserinhaltsstoffen und der damit einhergehenden Kapazitätsverluste und die Entwicklung eines Regenerationsverfahrens, das die Wiedernutzung des Adsorbens ermöglicht. Schließlich soll eine Methodik zur Vorhersage des Durchbruchs von Festbettadsorbern mittels mathematischer Modelle erarbeitet werden. Laborversuche mit Abwasser, natürlichen Wässern und Modelllösungen zeigen eine starke pH-Abhängigkeit der Adsorption von Phosphat an GEH. Hohe Beladungen von bis zu 24 mg/g P (bei pH 6 und einer Gleichgewichtskonzentration von 2 mg/L P) werden erreicht. In Abwasser und Trinkwasser werden höhere Beladungen beobachtet als in vollentsalztem Wasser. Als Grund wird die Anwesenheit von Calcium vermutet, die die Adsorption von Phosphat an GEH deutlich verbessert. Eine modellhafte Beschreibung der Adsorption mittels des Doppelschichtmodells ist prinzipiell möglich, eine Simulation der simultanen Adsorption von Phosphat und Calcium gelingt jedoch nicht. Mittels Isothermenversuchen kann der ideale Durchbruch von Festbettfiltern berechnet werden, dessen Aussagekraft jedoch aufgrund des großen Einflusses der Kinetik auf die Form der Durchbruchskurve begrenzt ist. Kleinfilterversuche (Rapid small-scale column tests - RSSCT) zeigen, dass die Kinetik der Adsorption von Phosphat an GEH sehr langsam ist und zu asymptotisch geformten Druchbruchskurven führt. Anhand von Durchbruchsdaten konnte zudem gezeigt werden, dass die Reihen-Wechsel-Schaltung von Festbettadsorbern eine bessere Ausnutzung des Adsorbens ermöglicht. Experimentell aufgenommene Durchbruchskurven lassen sich mit dem Oberflächendiffusionsmodell (HSDM) und zwei abgeleiteten Modellen, CPHSDM und LDF, darstellen. Der Einfluss der experimentell bestimmten Modelleingabeparameter wie der Freundlich-Isothermenkonstanten und der Stoffübergangskoeffizienten der Film- und Korndiffusion auf die Form der Durchbruchskurve wurde analysiert. Der Durchbruch von Phosphat und den ebenfalls untersuchten Adsorbaten Arsenat, Salicylsäure und DOC konnte mit dem HSDM zufriedenstellend wiedergegeben werden. Durch den sehr langsamen inneren Stofftransport treten höhere Biot-Zahlen auf, bei denen LDF und CPHSDM den Durchbruch nicht korrekt vorhersagen können, wie für Arsenat beobachtet wurde. Anhand dieser Ergebnisse wurden Anwendungsgrenzen für LDF und CPHSDM definiert und gezeigt, dass eine Modellauswahl mittels bekannter oder abgeschätzter Biot- und Stanton-Zahlen möglich ist. GEH ist auch bei hohen pH-Werten stabil und eine Regeneration mittels NaOH ist möglich. Etwa 80 % des anfangs adsorbierten Phosphats können eluiert werden. Die unvollständige Desorption führt zu Kapazitätsverlusten mit jeder Wiedernutzung, deren Anzahl dadurch begrenzt ist. Es sind mindestens drei Betriebszyklen ohne Wechsel des Materials möglich. Die Desorption von Phosphat ist schnell und der Hauptteil des gebundenen Phosphats kann innerhalb der ersten 4–6 Bettvolumen eluiert werden. Die gebrauchte Natronlauge kann wieder verwendet werden. Eine Phosphorrückgewinnung aus der konzentrierten Lauge (bis zu 3.5 g/L P) ist möglich. Die Regeneration und Mehrfachnutzung von GEH erhöht die Standzeiten der Adsorber deutlich und ermöglicht einen kostengünstigeren Einsatz des Verfahrens. Die Ergebnisse der Laborexperimente zur Adsorption und Regeneration wurden durch Pilotversuche auf einer Kläranlage in Peking (China) bestätigt. Durch selektive Nährstoffentfernung mittels Adsorption an GEH anschließend an einen Membranbioreaktor kann eine Ablaufkonzentration von < 0.03 mg/L P Gesamtphosphor sicher eingehalten und die Eutrophierung künstlicher Seen verhindert werden. Zusammenfassend ist festzustellen, dass die Adsorption an GEH für die Phosphorentfernung aus Ab- und Oberflächenwasser geeignet ist. Ein ökonomisch sinnvoller Einsatz beschränkt sich auf Anwendungen, in denen sehr geringe Restkonzentrationen benötigt werden. Regeneration und Reihen-Wechsel-Schaltung verlängern die Standzeiten der Adsorber und verringern die spezifischen Materialkosten. Gedruckte Version im Verlag erschienen: PAPIERFLIEGER, www.papierflieger-verlag.de

https://www.researchgate.net/publication/46387066_Phosphate_Adsorption_onto_Granular_Ferric_Hydroxide_GFH_for_Wastewater_Reuse

Schöne Grüße
Kevin

 

[moskal]

Hi Kevin,

besten Dank!

Gruß
Helmut

 

[nik]

Moin Helmut,

es ist ja mehr, denn über die Wahl der mehr oder weniger geeigneten Mineralsäuren zur Decarbonisierung ergibt sich Einfluss auf den Säurerest.

Das kann Phosphat sein - als Säurerestion aus der Phosphorsäure - oder Chlorid aus HCL, Nitrat aus HNO3, Sulfat aus H2SO4 und weitere Möglichkeiten, die über den Säurerest direkte, aber auch indirekte Wirkung hat und auch in der Wahl der Beseitigung unerwünschter Nebenwirkungen, wie ich sie bei deinen mir bekannten Umgebungen, zB. Phosphat (/Nährstoffe) in seiner Problematik in notwendigerweise mageren Umgebungen (Beispiel Magerwiesen) unterschiedliche Möglichkeiten ergibt.

Wenn das Wasser sowieso über ein Harz läuft, bei dir ein schwachsaures Kationenharz mit trotzdem zu beseitigender KH, dann fiele mir ein stark saures Kationen Harz ein, denn das hat im Ablauf neben der schwachen Kohlensäure eben auch starke vagabundierende Mineralsäuren, die die Decarbonisierung leisten können, geht aber nicht mehr Inline im Wasserkreislauf. Regeneration ist auch ein Thema, selbst in dem scheinbar günstigen Fall, wenn man die durchgelaufenen Regenerierlösungen, jede für sich schon nicht unproblematisch, elegant zusammenkippt und "harmloses" NaCl erhält, dann frage mal einen Wasserwerker wie es mit den Möglichkeiten aussieht Kochsalz aus dem Abwasser zu entfernen? Ich sage es mal so, bezüglich Preis/Leistung so schlecht, dass das Kochsalz praktisch jede Kläranlage passiert.

Für mich hatte das eine Umkehrosmoseanlage zur Folge, die erheblich umweltverträglicher ist, auch noch meine sehr unterschiedlichen Anforderungen erfüllt, der aquaristische Bedarf ist nicht der größte Posten und sowieso nur sinnvolle Ergänzung, weil eben nicht NaOH und HCl als problematische Stoffe hinzugefügt werden müssen und UOA vor allem bezüglich der Membrane erheblich leistungsfähiger geworden sind. Mir macht nur noch das Mischbettharz hintendran Gedanken. Ansonsten eine ungewöhnlich gute Lösung. Kommt nicht so schlimm häufig vor.

Gruß Nik

 

[moskal]

Hallo Nik,

eben weil sich P einfach entfernen lässt und Phosphorsäure frei erhältlich ist, versuche ich diese Variante.

Ob ich das Ganze irgend wann verwende, weiß ich nicht. Wie gesagt, Spieltrieb. Und bisher musste ich dafür nichts extra kaufen, auch das Eisen (III)-Hydroxid habe ich schon als Wasser unlösliches Pigment in der Werkstatt.

Den schwach sauren Kationentauscher verwende ich, weil er sich einfach mit Zitronensäure regenerieren lässt, eine sehr große Kapazität hat, es bei meinem Leitungswasser Sinn macht und weil hier im Forum eine 3l Säule gebraucht verkauft wurde.
Ein Liter Mischbett reicht bei Verwendung von Teilentsalztem Wasser bei mir fast ein Jahr. Wenn ich noch die KH aus dem Teilentsalztem Wasser entferne, dann doppelt so lange, weil ich das Wasser zum verschneiden von vollentsalztem Wasser verwenden kann. Bei 50/50 kommt dann eine gH von 2,5 raus und das vertragen hier denke ich alle Pflanzen, auch wenn Mg noch ein wenig unterstützt wird.

Gruß
Helmut

 

[Andreas5]

Hallo Helmut,

wieso kommt bei Dir eine kH von 3 heraus? Ich hätte jetzt kH 0 erwartet.

 

[moskal]

Hallo,
das ist nur ein schwach saurer kationentauscher, nicht zu verwechseln mit dem stark saurem. Der schwach Säure tauscht nicht alles, hat aber eine sehr viel größere Reichweite und lässt sich einfacher regenerieren. Schwach Saure werden auch teilentsalzter genannt. Einfach Mal googeln, das Thema ist ein wenig komplex um das im Rahmen eines Posts zu erklären.

Gruß
Helmut

 

[Andreas5]

Hallo Helmut,

also nach meinen Recherchen sollte der die kH komplett rausnehmen, ich will jetzt nicht streiten, aber so habe ich das in Erinnerung. Ich schau jetzt noch mal bei Krause nach.

Also laut Krause werden Hydrogencarbonate und Carbonate entfernt, andere Salze nicht. Und es bleibt Kohlensäure, die ausgetrieben werden muss.

Das ist die Theorie, praktische Erfahrungen habe ich nur mit Mischbettharz.

 

[nik]

Moin Helmut,

alles gut.

Ob ich das Ganze irgend wann verwende, weiß ich nicht. Wie gesagt, Spieltrieb.

Eben! Darum ging es mir nicht. Reinstwasser war mir mitte/ende '90 mein ziemlich gründliches Thema im AiD und einer der beiden Gründe, warum ich die Aquaristik nicht an den Nagel gehängt hatte. Der andere Grund war ein zufälliger Glücksfall, wie das halt häufig so ist. Damals waren Harze meine Wahl, keine gute, für meine Zweifel aber die beste. Stark sauer, stark basisch, letztere rochen und hatten bezüglich Silikate eine bescheidene Kapazität, deshalb das Mischbettharz hinterher.
Als das hier los ging, war das auch noch Thema, hatte ich wohl auch noch beantworten können, heute hakt es an Lücken, schlicht vergessen, lohnt sich aber für mich nicht mehr. Gedächtnis ist eh nicht meins und wenn ich das Interesse verliere, ist es rum. Krause ist ganz nett, die Datenblätter der verschiedenen Harze/Produzenten besser und dann brauchte es immer noch Zufallsfunde durch interessierte Recherche, Diskussionen mit dem Verkäufer meiner VWA (Vollentaktung

 

[nik]

... VEA (Vollentsalzungsanlage) für ein komplexes Thema. Wenn das dann im Stil "kurze Frage, kurze Antwort" beantwortet wird, kann das bezüglich des gewonnenen Eindrucks bei anderen Lesern einen anderen Eindruck hervorrufen. Mehr war es nicht.

Gruß Nik

 

[moskal]

Hallo Andreas,

streiten will ich auch auf keinen Fall.
Ich habe eben auch google bemüht, da steht, wie du sagst, die KH wird komplett entfernt. Bei mir nicht, warum auch immer.

Den Krause scheine ich verlegt zu haben. Könntest du bitte nachschlagen? Ich meine da steht was, wann Teilentsalzung überhaupt Sinn macht und auch was von Resten der KH die an die gH gebunden ist. Gut möglich, daß ich es falsch im Kopf habe, aber zwei Chemiker mit denen ich darüber geredet habe haben die KH 3 zumindest unkommentiert gelassen.

Gruß,
Helmut

 

[Andreas5]

Hallo Helmut,

ich habe jetzt mal die relevantesten Seite von Krause, 6. Auflage von 2007, abfotografiert. Hoffentlich gelingt mir das Einbinden der Bilder, bin jetzt nur am Tablet. Das was er schreibt, bezüglich der hohen kH kenne ich auch von einem alten Züchter. In der Diskusszene arbeitet man hauptsächlich mit Vollentsalzung oder eben Osmose, doch auch dort vertritt man diese Meinung.
Übrigens muss der Kati die Kationen rausnehmen, da diese sonst den nachgeschalteten Ani kaputt machen. Könnte Deiner erschöpft sein?

 

[moskal]

Hallo Andreas,

vielen Dank! Jetzt habe ich wieder was fürs nächste Treffen, mit dem ich die anwesenden Chemiker löchern kann. Ich berichte.

Gruß
Helmut

 

[K. Lopez]

Moin Nik,

ich muss leider schon wieder fragen. Was ist AiD?

 

[moskal]

Hallo,

ein Forum, das es nicht mehr gibt. Aquaristik im Detail. Das ist Seinerzeitz aus Olaf Deters Gästebuch seiner Homepage entstanden.
War sehr nerdig

Gruß
Helmut