Bachelorarbeit

Effizienz von SONO Filtern zur Entfernung von Monothioarsenat

Fabian Wismeth (12/2014-11/2015)

Betreuer: Britta Planer-Friedrich, Stephan Hug, Jörg Schaller

Aufgrund der weitreichenden Arsen-Problematik bezüglich der Trinkwasserversorgung in Bangladesch erlangen einfache Arsenentfernungsverfahren und Filterprozesse, wie z.B. SONO Filter, immer mehr an Bedeutung. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden diese Filter in Labormaßstab nachgebaut und deren Effizienz bezüglich der Entfernung von Monothioarsenat (AsVSO33-)  im Vergleich zu Arsenit (AsIIIO33-) und Arsenat (AsVO43-) untersucht. Im Vorfeld wurden Versuchsreihen in Form von Batch-Experimenten durchgeführt, um die Sorptionseigenschaften von Arsenit, Arsenat und Monothioarsenat zu untersuchen. Aus den resultierenden Proben wurden mithilfe von ICP-MS die Gesamtgehalte verschiedener Elemente und mittels IC-ICP-MS die Konzentrationen der Arsen-Spezies analysiert. In den konzentrationsabhängigen Versuchsreihen wurde der Unterschied der Arsenspezies bezüglich der Sorptionseigenschaften deutlich. Arsenat wurde unter pH-neutralen Bedingungen am besten und Arsenit am schlechtesten entfernt. Die Monothioarsenat-Sorption befand sich zwischen diesen beiden Spezies. Die Ansätze unter dem Einfluss von Phosphat wiesen in allen Versuchsreihen die geringste Sorption auf. Dabei hat Phosphat eine hemmende Wirkung auf die Adsorption von Arsen an Eisen(III)(hydr)oxide. Die Ergebnisse der Versuchsreihen, welche in einer UV-Box durchgeführt wurden, zeigten, dass Monothioarsenat gegenüber UV-Strahlung stabil blieb und die Sorption nicht beeinträchtigt wurde. Bei Verwendung von Silicium-freiem synthetischem Grundwasser kam es nach vorerst erfolgreicher MTA-Entfernung zur Remobilisierung von Monothioarsenat, wodurch die Konzentration kurzzeitig und geringfügig um den Faktor 2 anstieg. Aus Versuchen mit Arsenat ist bereits bekannt, dass in Abwesenheit von Silicium vermehrt kristalline Eisen-Phasen entstehen. Dabei tendiert Eisen zur Ausbildung einer energetisch begünstigten kompakten Struktur, wodurch adsorbiertes Arsen aus dieser Struktur zurück in Lösung verdrängt wird. Die Ergebnisse der Säulenversuche bestätigen die Ergebnisse der Batch-Versuchsreihen im Hinblick auf die Sorptionsabfolge von Arsenit, Arsenat und Monothioarsenat. Zudem wurde die hemmende Wirkung des Phosphats auf Sorption des Monothioarsenats deutlich. Die Probenahme der Säulenexperimente erfolgte stets filtriert und unfiltriert, wodurch sich der Anteil an Arsen, welcher in Lösung vorlag mit dem, der in Form von Kolloiden (etc.) vorhanden war, vergleichen ließ. Mit steigender Anzahl an Säulendurchläufen scheint der gelöste Anteil an Arsen tendenziell stärker abzunehmen, als der Anteil an kolloidal-gebundenen Arsen zunimmt. Demnach sinkt das Gesamtarsen geringfügig ab. Eindeutige Speziestransformationen wurden lediglich in den Batch-Experimenten beobachtet. Dabei zerfiel Monothioarsenat in elementaren Schwefel und Arsenit, welches weiter zu Arsenat oxidierte. Andererseits konnte dieses Arsenit durch Ligandenaustausch und Addition von S0 auch beispielsweise zu Dithioarsenat reagieren.