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Untersuchungen zur Entfärbung huminstoffreicher Grundwässer durch Flockung und Einsatz von Kaliumpermanganat bei der Trinkwasseraufbereitung
Art der Abschlussarbeit
Master
Autoren
- Schmidt, Nadine
Betreuer
- Prof. Dr. André Lerch
- M.Sc. Douha Al-Fayyad
- M.Sc. Sibel Tas-Köhler
Weitere Betreuer
Herr Dipl.-Ing. Stefan Plume
Abstract
Die zunehmende Färbung im Trinkwasser stellt Wasserversorger vor neue Herausforderungen, um weiterhin den Grenzwert der Trinkwasserverordnung einhalten zu können. Die Färbung ist auf den Anstieg der Konzentration organischer Stoffe, insbesondere Huminstoffe zurück zu führen (SMUL 2012).
Im Rahmen dieser Arbeit wurden Untersuchungen zur Entfärbung huminstoffreicher Grundwässer durch Flockung und den Einsatz von Kaliumpermanganat nach einer Enteisenungsstufe und anschließender Einschichtfiltration durchgeführt. In Laborversuchen wurden die erzielbaren Entfärbungswirkungen für die Flockungsmittel Eisen(III)-Chlorid und Polyaluminiumchlorid sowie das Oxidationsmittel Kaliumpermanganat ermittelt. Außerdem wurde in einer kleintechnischen Filteranlage in einem Wasserwerk der Einfluss der Flockungsmittel- und Flockungshilfsmitteldosis sowie einer Kaliumpermanganatdosierung auf die erzielbare Entfärbung und den Filterbetriebes untersucht. Weitergehend wurden eine Methodik erarbeitet zur Differenzierung der Entfärbungswirkung von Kaliumpermanganat zwischen der Eisen(II)-Fällung, der Oxidation chromophorer Molekülverbindungen und der Huminstoffadsorption an Mangandioxidpartikeln.
Die Untersuchungen zeigten, dass die großen Schwankungen der Färbung im Zu- und Ablauf der zweiten Filterstufe des Wasserwerkes nicht auf den Eisen- oder Mangangehalt, sondern die Konzentration und Zusammensetzung des gelösten organischen Kohlenstoffes (DOC) zurück zu führen sind. Die Untersuchungen der Entfärbung durch Flockung zeigten eine Abnahme der Färbung durch die Verringerung der DOC-Konzentration. Dabei wurde vor allem der färbende Anteil, die großmolekularen Huminstoffe entfernt. Durch den Einsatz eines Flockungshilfsmittels konnte die Filterlaufzeit verlängert werden.
Die Entfärbung durch Kaliumpermanganat erfolgt durch die Umformung hochmolekularer färbender Huminstoffe zu kleineren Verbindungen und die zusätzliche Adsorption am reduzierten Mangandioxid. Im Laborversuch konnte nach vollständiger Umsetzung des Kaliumpermanganates eine vielversprechende Entfärbungswirkung erzielt werden. In der kleintechnischen Filteranlage ist die Reaktionszeit durch die Filtergeschwindigkeit begrenzt und überschüssig dosiertes Kaliumpermanganat musste im Filterbett mit Hilfe eines kohlenstoffhaltigen Filtermaterials reduziert werden.
Im Rahmen dieser Arbeit wurden Untersuchungen zur Entfärbung huminstoffreicher Grundwässer durch Flockung und den Einsatz von Kaliumpermanganat nach einer Enteisenungsstufe und anschließender Einschichtfiltration durchgeführt. In Laborversuchen wurden die erzielbaren Entfärbungswirkungen für die Flockungsmittel Eisen(III)-Chlorid und Polyaluminiumchlorid sowie das Oxidationsmittel Kaliumpermanganat ermittelt. Außerdem wurde in einer kleintechnischen Filteranlage in einem Wasserwerk der Einfluss der Flockungsmittel- und Flockungshilfsmitteldosis sowie einer Kaliumpermanganatdosierung auf die erzielbare Entfärbung und den Filterbetriebes untersucht. Weitergehend wurden eine Methodik erarbeitet zur Differenzierung der Entfärbungswirkung von Kaliumpermanganat zwischen der Eisen(II)-Fällung, der Oxidation chromophorer Molekülverbindungen und der Huminstoffadsorption an Mangandioxidpartikeln.
Die Untersuchungen zeigten, dass die großen Schwankungen der Färbung im Zu- und Ablauf der zweiten Filterstufe des Wasserwerkes nicht auf den Eisen- oder Mangangehalt, sondern die Konzentration und Zusammensetzung des gelösten organischen Kohlenstoffes (DOC) zurück zu führen sind. Die Untersuchungen der Entfärbung durch Flockung zeigten eine Abnahme der Färbung durch die Verringerung der DOC-Konzentration. Dabei wurde vor allem der färbende Anteil, die großmolekularen Huminstoffe entfernt. Durch den Einsatz eines Flockungshilfsmittels konnte die Filterlaufzeit verlängert werden.
Die Entfärbung durch Kaliumpermanganat erfolgt durch die Umformung hochmolekularer färbender Huminstoffe zu kleineren Verbindungen und die zusätzliche Adsorption am reduzierten Mangandioxid. Im Laborversuch konnte nach vollständiger Umsetzung des Kaliumpermanganates eine vielversprechende Entfärbungswirkung erzielt werden. In der kleintechnischen Filteranlage ist die Reaktionszeit durch die Filtergeschwindigkeit begrenzt und überschüssig dosiertes Kaliumpermanganat musste im Filterbett mit Hilfe eines kohlenstoffhaltigen Filtermaterials reduziert werden.
Schlagwörter
Grundwasser, Trinkwasser, Färbung, Entfärbung, DOC, Huminstoffe, Flockung, Oxidation, Kaliumpermanganat, Mangandioxid, Eisen(III)-Chlorid, Polyaluminiumchlorid
Berichtsjahr
2019