Arseen is een chemisch element met het symbool As en atoomnummer 33. Het is een halfmetaal en komt voor in zowel organische als anorganische verbindingen. Arseen is wijdverspreid in het milieu en kan zowel op natuurlijke wijze vrijkomen in de bodem, rotsen en wateren als door industriële activiteiten zoals mijnbouw, metaalverwerking en de productie van pesticiden. Arseen is een kritieke stof in waterbehandeling en industriële afvalwaterbehandeling, omdat zijn anorganische verbindingen, in het bijzonder arseen(III) (arseniet) en arseen(V) (arsenaat), zeer toxisch zijn en zelfs in lage concentraties schadelijk kunnen zijn voor de gezondheid.
Inhoudsopgave
Voorkomen en problemen bij waterbehandeling
Arseen komt zowel in opgeloste vorm als in de vorm van deeltjes voor in natuurlijke wateren. In sommige regio's in de wereld, zoals in delen van Zuidoost-Azië, komt arseen in bijzonder hoge concentraties in het grondwater voor. Ook het gebruik van arseenhoudende chemicaliën in de landbouw en industrie heeft in veel gebieden bijgedragen aan de waterverontreiniging.
De verwijdering van arseen is van cruciaal belang bij waterbehandeling, aangezien de richtlijn voor arseen voor drinkwater door de Wereldgezondheidsorganisatie (WHO) en in de EU is vastgesteld op 10 µg/L. Hogere concentraties kunnen op lange termijn gezondheidsproblemen veroorzaken, zoals huidveranderingen, kanker en schade aan organen zoals de lever en de nieren. Hogere concentraties kunnen leiden tot gezondheidsproblemen op lange termijn, zoals huidveranderingen, kanker en schade aan organen zoals de lever en nieren.
Technische uitdagingen bij het verwijderen van arseen
De verwijdering van arseen uit water vormt een uitdaging vanwege de chemische eigenschappen van het element. Arseen kan in verschillende oxidatietoestanden voorkomen, wat de mobiliteit en reactiviteit in water beïnvloedt. De twee belangrijkste vormen van arseen in natuurlijke wateren zijn
- Arseniet (As(III)): De driewaardige vorm, die overwegend ongeladen is bij neutrale pH en daarom moeilijker te verwijderen. Arseniet is vooral giftig in deze vorm.
- Arsenaat (As(V)): De pentavalente vorm die als anion aanwezig is in water. Arsenaat is reactiever dan arseniet en kan gemakkelijker verwijderd worden door adsorptie of precipitatie.
Proces voor arseenverwijdering
Er zijn verschillende methoden om arseen uit water te verwijderen die gebaseerd zijn op fysisch-chemische principes. De keuze van het juiste proces hangt af van de arseenconcentratie, de watersamenstelling en de hoeveelheden water:
1. oxidatie en neerslag
- Omdat arseen(III) in gereduceerde vorm moeilijker te verwijderen is, wordt het vaak door oxidatie omgezet in arseen(V). Hiervoor worden oxidatiemiddelen zoals waterstofperoxide, ozon of chloor gebruikt. Na oxidatie kan arseen(V) verwijderd worden door coagulatie en flocculatie verwijderd worden. Hierbij worden precipitanten zoals ijzer- of aluminiumzouten gebruikt, die arseen binden aan hun hydroxiden, die vervolgens als vlokken worden afgescheiden.
- Neerslagtechnologie wordt vaak gebruikt in combinatie met conventionele CP-systemen en is geschikt voor grote hoeveelheden water, zoals water afkomstig van gemeentelijke waterbedrijven of industriële processen.
Foto: Precipitatie- en flocculatie-installatie, ook bekend als CP-installatie, voor de reductie van verschillende verontreinigende stoffen en zware metalen. Incl. dosering van waterstofperoxide (proces: ALMA CHEM MCW)
2. adsorptie
- Adsorptie is een van de meest gebruikte methoden om arseen te verwijderen, vooral bij de behandeling van drinkwater. Speciale adsorptiemedia, zoals geactiveerd aluminiumoxide, ijzerhydroxide of gemodificeerde zeolieten, binden arseen(V) efficiënt aan hun oppervlak. Deze technologie is bijzonder geschikt voor lage tot gemiddelde arseenconcentraties en biedt het voordeel dat ze kan worden gebruikt onder relatief eenvoudige bedrijfsomstandigheden.
- In de praktijk worden adsorptiemiddelen vaak gebruikt in filtratiesystemen of in ionenwisselaars die in de praktijk worden gebruikt. In omgekeerde osmose (RO) technologie kunnen membraangebaseerde systemen ook effectief opgeloste arseenverbindingen vasthouden, wat met name wordt gebruikt in industriële proceswaterbehandeling.
Foto: Ionenwisselaar in GVK tanks(ALMA ION)
3. ionenuitwisseling
- Ionenwisseling is een andere methode om arsenicum te verwijderen, vooral voor pentavalent arsenaat. Anionenwisselaarharsen wisselen anionen zoals arsenaat uit voor onschadelijke anionen zoals chloride of sulfaat. Deze methode is vooral efficiënt in systemen met lage arseenconcentraties en wordt vaak gebruikt in combinatie met andere processen.
4. membraanproces
- Membraantechnologieën zoals omgekeerde osmose (RO) en nanofiltratie (NF) zijn bijzonder effectief voor het verwijderen van arseen en andere zware metalen. Deze processen zijn gebaseerd op de fysieke scheiding van water en opgeloste stoffen. Membranen met zeer fijne poriën laten water door, maar houden arseen en andere opgeloste verontreinigende stoffen vast. RO-technologie wordt vaak gebruikt voor de behandeling van drinkwater en proceswater, vooral in gebieden waar zeer lage restconcentraties van verontreinigende stoffen vereist zijn.
Foto: Een van onze omgekeerde osmose systemen voor industriële toepassingen (Productoverzicht omgekeerde osmose systemen)
Relevantie in de industriële praktijk
De verwijdering van arseen is vooral relevant bij de behandeling van industrieel afvalwater, aangezien het vaak wordt aangetroffen in mijnafvalwater, de productie van halfgeleiders, galvanische processen en de chemische industrie. Hier is de behandeling van arseenhoudend afvalwater noodzakelijk voordat het in het milieu geloosd wordt of hergebruikt wordt in recyclingprocessen. Gespecialiseerde systemen voor het verwijderen van zware metalen in proceswaterbehandeling moeten vaak ontworpen worden om arseen te verwijderen om te voldoen aan wettelijke limieten en om de impact op het milieu te minimaliseren.
Conclusie
Arseen vormt een serieuze uitdaging bij de behandeling van water en afvalwater, zowel wat betreft de bescherming van het milieu als de menselijke gezondheid. Een uitgebreide kennis van de chemische eigenschappen van arseen en de beschikbare verwijderingstechnologieën is cruciaal voor een effectieve en duurzame behandeling. Door fysische en chemische processen te combineren, kunnen arseenverontreinigingen efficiënt worden verwijderd om te voldoen aan wettelijke limieten en de veiligheid van drink- en proceswater te garanderen.
