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Vanadiumentfernung mit GEH: Wissenschaftliches Modell zur Vorhersage der Filterdurchbruchs publiziert

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Bei der Projektierung von Adsorptionsfiltern spielt die erzielbare Adsorptionskapazität eine wesentliche Rolle, da sie die Standzeit (d.h. Austauschintervall) und somit die Wirtschaftlichkeit bestimmt. Aus der Praxis ist bekannt, dass die drei Zielstoffe Arsen, Phosphor und Vanadium aufgrund ihrer chemischen Ähnlichkeit eine vergleichbare Adsorption gegenüber GEH aufweisen. Auch Silikate, die häufig im Wasser auftreten, können die Adsorption beeinflussen. Dies führt dazu, dass es beim gleichzeitigen Auftreten dieser Stoffe zu einer Konkurrenzadsorption kommt und sich die Kapazität gegenüber dem eigentlichen Zielstoff verringert. Die modellhafte Vorhersage dieser Konkurrenzeffekte für reale Grundwässer ist eine wissenschaftliche Herausforderung und von hoher Bedeutung für die Praxis.


Im Rahmen einer Kooperation mit der Universität Mainz, Arbeitsgruppe Hydrogeochemie, ist es nun gelungen, ein Modell für das Multikomponentensystem GEH-Vanadat-Arsenat-Phosphat-Silikat zu erstellen und anhand von Laborversuchen und Praxisdaten zu prüfen. Durch Kombination des Oberflächenkomplexmodells (CD-MUSIC) zur Beschreibung des Adsorptionsgleichgewichts mit dem homogene Oberflächendiffusionsmodell (HSDM) für die Adsorptionsdynamik können charakteristische Durchbruchskurven dargestellt werden und somit die Standzeit von GEH-Adsorptionsfiltern vorhergesagt werden. Dies ist insbesondere für Projekte zur Vanadiumentfernung aus Trinkwasser sehr vorteilhaft, da dieser Anwendungsfall noch relativ neu ist und nur wenig Praxisdaten zur Verfügung stehen.


Die Ergebnisse wurden nun durch Herrn Prof. Dr.-Ing. Michael Kersten, seine Mitarbeiterin Frau MSc Anna Dabizha und unseren Forschungsleiter Dr.-Ing. Carsten Bahr in der internationalen Fachzeitschrift WATER RESEARCH X veröffentlicht. Es konnte unter anderem festgestellt werden, dass Vanadat gegenüber Arsenat und Phosphat stärker adsorbiert und es im Adsorptionsfilter zu Verdrängungseffekten kommen kann. Die Verläufe des Vanadium-Durchbruchs in drei GEH-Pilotadsorbern in Wasserwerken in der Vulkaneifel konnten mit Hilfe des neuen Modellansatzes erfolgreich simuliert werden.


Die Publikation mit dem Titel „Predicting breakthrough of vanadium in fixed-bed absorbent columns with complex groundwater chemistries: A multi-component granular ferric hydroxide−vanadate−arsenate−phosphate−silicic acid system” ist frei verfügbar (open access) und kann über die Online-Datenbank ScienceDirect des Elsevier-Verlags heruntergeladen werden: https://doi.org/10.1016/j.wroa.2020.100061

Weiterführende Links:
Arbeitsgruppe Hydrogeochemie: https://www.geowiss.uni-mainz.de/hydrogeochemie/

ResearchGate: https://www.researchgate.net/lab/R-D-Lab-of-GEH-Wasserchemie-GmbH-Co-KG-Carsten-Bahr

 

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