Fluorentfernungsmethoden

1. Die Fluorentfernungsmethoden sind wie folgt:

1) Fluorhaltiges Wasser durchströmt die Adsorptionssäule, wobei Fluor an der Oberfläche des Adsorptionsmittels adsorbiert wird und unlösliches Fluorid entsteht. Als Adsorptionsmittel werden aktiviertes Aluminiumoxid, Tricalciumphosphat oder Knochenkohle verwendet. Dies ist die älteste Methode zur Grundwasseraufbereitung mit einem Fluoridgehalt von < 10 mg/l und einem Gehalt an Schwebstoffen von < 5 mg/l. Sobald die Fluorid-Entfernungskapazität des Adsorptionsmittels erschöpft ist, muss ein Regenerationsmittel zugegeben werden.

2) Koagulationsmittel werden fluorhaltigem Wasser zugesetzt, um unlösliches Fluorid zu bilden, das anschließend durch Fällungsfiltration entfernt wird. Als Koagulationsmittel eignen sich beispielsweise Al₂(SO₄)₃, basisches Aluminiumchlorid und Magnesiumhydroxid. Diese Methode ist geeignet für Rohwasser mit hoher Trübung und niedrigem Fluorgehalt.

3) Ionenaustauschverfahren: Nutzt die Austauschkapazität von Ionenaustauscherharzen, um Fluoridionen aus dem Wasser zu entfernen.

4) Bei der Elektrodialyse wird die selektive Permeabilität der Ionenaustauschmembran genutzt, um Fluor zu entfernen.

5) Umkehrosmoseverfahren: Nutzt die selektive Permeabilität einer semipermeablen Membran zur Entfernung von Fluor.

Von den oben genannten Methoden eignen sich die Methoden 3), 4) und 5) für Brackwasser und Gebiete mit hohem Fluorgehalt. Umkehrosmose ist derzeit weit verbreitet.

2. Wichtige Aspekte der technologischen Auslegung für die Aluminiumsalzkoagulation und die Fällungsentfernung von Fluor

Die Koagulationsfällung eignet sich für Rohwasser mit einem Fluoridgehalt von < 4 mg/l. Rohwasser mit niedrigem Fluoridgehalt und gleichzeitigem Trübungsproblem sollte mit einem Aluminiumsalz behandelt werden. Bei hoher Cl⁻-Konzentration im Rohwasser wird Aluminiumsulfat verwendet. Bei hoher Sulfatkonzentration kommt Aluminiumchlorid zum Einsatz; basisches Aluminiumchlorid wird verwendet, wenn beide Ionenkonzentrationen hoch sind.

Die Koagulationszeit beträgt 5-6 Minuten und der pH-Wert wird im Allgemeinen zwischen 6,5 und 7,5 gehalten. Mischbehälter, Flockungsreaktionsbehälter, Sedimentationsbehälter und Fällungsanlage müssen mit variabler Geschwindigkeit oder intermittierender Fällung ausgelegt sein, um eine gute Fluorentfernungswirkung zu erzielen.

Prozessablauf: Grundwasser – Koagulation – Fällung – Filtration. Bei guter Rohwasserqualität kann auf die Fällung oder Filtration verzichtet werden. Üblicherweise wird vor der Pumpendosierung, Pumpenmischung und stehender Fällung das Wasser abgelassen und das an der Oberfläche liegende Wasser als Trinkwasser verwendet.

3. Auslegung eines Adsorptions- und Filtrationsprozesses zur Fluorentfernung mit aktiviertem Aluminiumoxid

Grundwasser mit hohem Fluoridgehalt weist im Allgemeinen eine höhere Alkalinität und einen pH-Wert > 8,0 auf. Der pH-Wert hat einen großen Einfluss auf die Adsorptionskapazität von aktiviertem Aluminiumoxid. Bei einem pH-Wert des Wassers von 6,0–6,5 beträgt die Adsorptionskapazität von aktiviertem Aluminiumoxid 4–5 g(F⁻)/kg(Al₂O₃). Bei einem pH-Wert von 6,5–7,0 liegt die Adsorptionskapazität bei 3–4 g(F⁻)/kg(Al₂O₃). Ohne pH-Wert-Anpassung beträgt die Adsorptionskapazität lediglich etwa 1 g(F⁻)/kg(Al₂O₃).

Aktiviertes Aluminiumoxid dient als Filtermaterial. Die Partikelgröße sollte unter 2,5 mm liegen, üblicherweise zwischen 0,5 und 1,5 mm. Der Ungleichförmigkeitskoeffizient des Filtermaterials K80 ≤ 2 sollte bei einem Fluoridgehalt des Rohwassers unter 4 mg/l mehr als 1,5 mm betragen. Bei einem Fluoridgehalt über 4 mg/l sollte die Dicke des Filtermaterials mehr als 1,8 mm betragen. Bei einem pH-Wert des Zulaufwassers über 7,0 beträgt die Filtrationsrate üblicherweise 2–3 m/h, bei einem pH-Wert unter 7,0 hingegen 6–8 m/h. Die entsprechende Kontaktzeit sollte 20–30 min betragen. Aluminiumsulfat dient als Regeneriermittel. Das Verhältnis von Dosierung zu Fluoridentfernung beträgt 60:1, die Konzentration der Regenerierlösung liegt bei 2–3 %. Bei der Regeneration wird das Rohwasser zunächst von unten nach oben mit einer Spülintensität von 11–12 l/(m²) über 5–8 Minuten und einer Ausdehnung von ca. 50 % rückgespült. Anschließend wird eine 2%ige Aluminiumsulfatlösung zur Regeneration von oben nach unten mit einer Filtrationsrate von ca. 0,6 m/h über 6–8 Minuten durchgeleitet. Nach der Regeneration wird mit entfluoriertem Wasser gespült. Die Spülintensität entspricht der ersten Spülung, die Spüldauer beträgt 8–10 Minuten.