Einleitung Fluorid Grenzwert
Fluorid ist ein häufiger Bestandteil von industriellen Abwässern, der aus verschiedenen Quellen wie der Metallverarbeitung, der Düngemittelherstellung oder der Halbleiterindustrie stammen kann. Fluorid kann in hohen Konzentrationen negative Auswirkungen auf die Umwelt und die menschliche Gesundheit haben, wie z.B. die Versauerung von Böden und Gewässern, die Schädigung von Pflanzen und Tieren oder die Beeinträchtigung der Knochen- und Zahngesundheit. Es besteht daher ein Fluorid Grenzwert (bzw. genauer: Überwachungswert) von 20 bzw. 50 mg/L für Direkt- und Indirekteinleiter. In diesem Artikel werden einige Möglichkeiten der Fluoridentfernung in der industriellen chemisch physikalischen Abwasserbehandlung vorgestellt.
Chemische Fällung
Die regelmäßige Methode zur Fluoridentfernung ist die chemische Fällung in einer chemisch-physikalischen Abwasseranlage, bei der ein Fällungsmittel wie Kalk (bzw. Ca-Verbindungen), Aluminiumsalze oder Eisen(III)-chlorid dem Abwasser zugesetzt wird, um unlösliche Fluoridverbindungen zu bilden, die dann abfiltriert oder abgeschieden werden können. Die chemische Fällung hat den Vorteil, dass sie einfach und kostengünstig ist und hohe Fluoridentfernungsgrade erreichen kann. Allerdings erfordert sie auch einen hohen Chemikalienverbrauch, erzeugt große Mengen an Schlamm und kann die pH-Wert und die Leitfähigkeit des Abwassers verändern. Üblich ist in der abwassertechnischen Behandlung der Einsatz von Ca-Verbindungen (Ca(OH)2, CaCl2) um nach pH-Einstellung auf pH > 7 die Fluoride als CaF2 zu fällen. Lt. Hartinger, S. 193ff kann durch Neutralsalze, zu hohe Alkalität, komplexe Fluorverbindungen u.a.m. eine Rücklösung von CaF2 bewirkt werden, wodurch höhere Fluorid-Werte im behandelten Abwasser resultieren. Häufig zeigt sich damit, dass mit diesem Verfahren die regulativen Vorgaben von 50 bzw. 20 mg/L an Grenzwert Fluorid nicht (mehr) erreicht werden können.
Nachreinigung von Fluorid über Ionenaustauscher
Eine Möglichkeit der Nachreinigung zur Einhaltung regulativer Vorgaben, also des Fluorid Grenzwerts, ist der Ionenaustauscher. Aufgrund von mangelnder Selektivität ist ein handelsüblicher Anionenaustauscher nicht sinnvoll, da dieser sich ineffizient mit allen Anionen beladen würde. Es besteht jedoch in einigen Konstellationen mit passender Abwassermatrix nach einer Einzelfallbetrachtung die Option einen Ionenaustauscher entsprechend mit Al3+ zu konditionieren. In dieser Form kann der Ionenaustauscher F– mit etwa 2-3 g/L Harz binden und es kann auch wieder von diesem im Rahmen der ggf. externen Ionenaustauscher Regeneration auch wieder eluiert werden.
Aluminium und Fluorid haben aber auch einige chemische Herausforderungen. Wenn man sie im sauren Milieu auf den Ionenaustauscher aufgibt, bildet sich mit steigender Aufnahme AlF3, das sich nicht auflösen lässt. Außerdem gibt es Hinweise darauf, dass Alkalifluoride mit AlF3 zu aluminiumhaltigen Fluor-Komplexen bis zum Aluminiumtrifluorid M3AlF6 reagieren können, die sicherlich nicht mehr von einem Kationenaustauscher aufgenommen werden. Weiterhin zeigt sich, dass mit steigender Fluorid-Aufnahme auch ein ansteigender Fluorid-Austrag erfolgt. Der Einsatz ist daher fortgeschrittene anwendungsspezifische Ionenaustauschertechnik und daher im Rahmen eines F&E individuell auf die jeweilige Abwassermatrix anzupassen.
Fluorid Grenzwert Fazit
Fluorid ist ein problematischer Schadstoff in industriellen Abwässern, der verschiedene Methoden zur Entfernung erfordert um die regulativen Vorgaben des Fluorid Grenzwerts von 50/20 mg/L einzuhalten. Die Wahl der geeigneten Methode hängt von verschiedenen Faktoren wie der Fluoridkonzentration, der Abwasserzusammensetzung, den Kosten und der Umweltverträglichkeit ab. In diesem Artikel wurden einige Möglichkeiten der Fluoridentfernung in der industriellen chemisch physikalischen Abwasserbehandlung vorgestellt, die jeweils Vor- und Nachteile haben. Eine optimale Lösung könnte eine Kombination von verschiedenen Methoden, wie Fällung und nachgeschalteter Ionenaustauscher, sein, um die bestmögliche Fluoridentfernung zu erreichen.
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