Entfernung und Neutralisierung von Schwermetallen im Abwasser

Die Redewendungen „Schwermetallbeseitigung“ und „Neutralisation von Schwermetallen“ sind jedem Umweltschützer und Mitarbeiter, der in Industrieunternehmen für die Abwasserbehandlung zuständig ist, geläufig. In diesem Artikel werden bestehende Methoden zur Entfernung und Neutralisation von Schwermetallen betrachtet, deren Vor- und Nachteile analysiert und Möglichkeiten zur Verbesserung der Effizienz von Abwasseraufbereitungsprozessen vorgeschlagen.

Welche Metalle gemeinhin als Schwermetalle bezeichnet werden

Zuerst geben wir eine Definition. Unter Schwermetallen versteht man also normalerweise die chemischen Elemente des Periodensystems D.I. Mendelejew, dessen Molekulargewicht 40 Einheiten überschreitet. Eine andere Definition für Schwermetalle umfasst chemische Elemente mit den Eigenschaften von Metallen sowie einem hohen Atomgewicht oder einer hohen Atomdichte. Für diese Beschreibung eignen sich chemische Elemente wie Blei, Quecksilber, Cadmium, Kupfer, Arsen, Nickel, Zink, Chrom, Zinn, Eisen, Nickel, Aluminium usw.

Die Vorteile und Schäden von Schwermetallen

Ein Teil der Schwermetalle in geringen Konzentrationen ist für das normale Funktionieren von Vertretern der Pflanzen- und Tierwelt notwendig. Eisen und Zink in einer bestimmten Menge sind vorteilhaft für den menschlichen Körper. Aber andere Schwermetalle, die sich im Gewebe ansammeln, erzeugen im Laufe der Zeit Konzentrationen, die für schwere Krankheiten ausreichen.

Es gibt eine eigene Unterklasse von Schwermetallen – toxische Metalle. Sie erfüllen keine nützlichen Funktionen in biologischen Prozessen (z. B. Quecksilber und Blei). Es gibt auch chemische Elemente, deren Wirkung bei einigen Tierarten toxisch ist, während sie bei anderen Arten positiv bewertet werden (Cadmium, Vanadium).

Die Freisetzung von Schwermetallen in die Umwelt ist hauptsächlich mit menschlichen Aktivitäten verbunden: dem Betrieb von Fahrzeugen, Energieanlagen und Industrieunternehmen. Betrachten wir, wie die Entfernung und Neutralisation von Schwermetallen beim Eindringen in den Boden und in Gewässer zusammen mit dem Abwasser erfolgt.

Entfernung von Schwermetallen aus dem Abwasser

Die Entfernung von Schwermetallen aus dem Abwasser erfolgt durch Überführung in unlösliche Verbindungen, die durch Filtration, Absetzen oder eine andere Methode zur Trennung fester und flüssiger Phasen weiter bearbeitet werden können. Es gibt folgende Verfahren, die bei der Behandlung von Abwässern aus Schwermetallen angewendet werden:

  • Neutralisation;
  • Oxidation und Reduktion;
  • Niederschlag;
  • Schlammentwässerung.

Schwermetallsalze sind meist im sauren Abwasser enthalten. Sie müssen zuerst neutralisiert werden, d.h. eine Reaktion zwischen Säure und Lauge durchzuführen, wodurch die unerwünschten Eigenschaften beider Verbindungen verloren gehen. Die Neutralisation kann auf verschiedene Arten erfolgen:

  • Mischen eines sauren Stroms und eines alkalischen Abwasserstroms;
  • Zugabe von Reagenzien;
  • Durchleiten von säurehaltigen Abwässern durch ein neutralisierendes Septum usw.

Unter Oxidation wird bei der Abwasserbehandlung eine chemische Reaktion verstanden, bei der Elektronen von Atomen (Ionen) getrennt werden. In der Praxis wechselwirkt ein Oxidationsmittel mit Verunreinigungen. Verunreinigungen werden weniger giftig und können aus dem Wasser entfernt werden. Diese Methode ist für sich genommen mit einem hohen Reagenzienverbrauch verbunden und wird daher verwendet, wenn andere Methoden aus irgendeinem Grund nicht geeignet sind.

Fällung und Schlammentwässerung werden in der letzten Stufe des Prozesses der Entfernung und Neutralisation von Schwermetallen im Abwasser eingesetzt.

Trotz ihrer Verbreitung und Relevanz weisen Reagenzienmethoden mehrere Nachteile auf, die eine Verbesserung bestehender Reinigungssysteme erfordern. Dies ist eine große Anzahl von Reagenzien, die aufgewendet werden müssen, um die Konzentration von Schwermetallen auf die MPC-Standards, den Energieverbrauch und das große Volumen an belegtem Produktionsraum zu bringen.

Wirbelschichtgeräte in Systemen zur Entfernung und Neutralisierung von Schwermetallen im Abwasser

Das Problem der Verbesserung bestehender Reagenziensysteme zur Behandlung und Neutralisation von Abwässern aus Schwermetallen ist nicht neu. In den 60er Jahren des letzten Jahrhunderts schlug D. Logvinenko eine Lösung vor, die auch nach fast 70 Jahren jedem Industrieunternehmen, für das das Thema Abwasserreinigung von Bedeutung ist, viele Vorteile bringen kann.

Die Hauptidee dieser Lösung besteht darin, dass die Entfernung von Schwermetallen auf der Grundlage eines leicht modifizierten herkömmlichen Schemas durchgeführt wird, das eine zusätzliche Vorrichtung – die Wirbelschichtvorrichtung – umfasst.

In einer einfachen Konstruktion kann die Wirbelschichtvorrichtung wie folgt beschrieben werden. Dies ist ein Asynchronmotor mit einem abgesaugten Rotor, in dem sich anstelle des Rotors eine Arbeitskammer aus nichtmagnetischem Material befindet. In der Arbeitskammer befinden sich ferromagnetische zylindrische Partikel (Nadeln). Wenn Spannung an die Statorwicklung angelegt wird, beginnen sich diese Partikel entlang komplexer Trajektorien zu bewegen, wobei sie miteinander und mit den Wänden der Kammer kollidieren. Gleichzeitig beeinflussen viele Faktoren die Substanzen in der Arbeitskammer: ein rotierendes Magnetfeld, Kontaktwechselwirkung mit Partikeln, Kavitation, Magnetostriktion usw. Ihre kombinierte Wirkung sorgt für sehr schnelle Prozesse in der Arbeitskammer (dauert Sekunden und Sekundenbruchteile). Gleichzeitig ist der Energieverbrauch der Apparatur deutlich geringer als der herkömmlicher mechanischer Mischer. In Zahlen ausgedrückt bedeutet dies eine Verringerung des Reagenzienverbrauchs um das 1,5- bis 2-fache und des Stromverbrauchs um das 2-2,5-fache pro 1 m3 Abwasser.

Somit kann die Entfernung und Neutralisation von Schwermetallen im Abwasser effektiver werden, wenn Wirbelschichtvorrichtungen in das bestehende Behandlungssystem eingeführt werden.