Die Chromreduktion ist ein essenzieller chemischer Prozess in der industriellen Abwasserbehandlung, der darauf abzielt, das hochtoxische Chrom(VI) (sechswertiges Chrom) in die weniger toxische und leichter zu entfernende Form Chrom(III) (dreiwertiges Chrom) umzuwandeln. Chrom(VI) ist wasserlöslich, stark oxidierend und gilt als krebserregend, was es zu einem erheblichen Umwelt- und Gesundheitsrisiko macht. Die Reduktion zu Chrom(III) stellt einen kritischen Schritt dar, um Chrom effizient aus industriellen Abwässern zu entfernen und die gesetzlichen Grenzwerte für die Einleitung in Gewässer einzuhalten.

Technische Hintergründe

Chrom tritt in zwei wesentlichen Oxidationsstufen auf: Chrom(III) und Chrom(VI). Während Chrom(III) eine relativ harmlose Form ist, die sogar als essentielles Spurenelement in einigen biologischen Prozessen vorkommt, ist Chrom(VI) hochtoxisch, extrem mobil in wässrigen Systemen und schwerer zu entfernen. Da Chrom(VI) in sauren bis neutralen pH-Bereichen löslich bleibt, stellt es eine besondere Herausforderung bei der Abwasserbehandlung dar.

Der Reduktionsprozess von Chrom(VI) zu Chrom(III) wird durch die Zugabe von Reduktionsmitteln durchgeführt. Diese Reduktionsmittel setzen Elektronen frei, die das sechswertige Chrom in dreiwertiges Chrom umwandeln. Anschließend wird das entstandene Chrom(III) durch chemische Fällung aus dem Wasser entfernt.

Chemische Reaktion

Die Reduktion von Chrom(VI) zu Chrom(III) kann mit verschiedenen Reduktionsmitteln durchgeführt werden. Gängige Reduktionsmittel sind:

  • Natriumbisulfit (NaHSO₃)

Chrom(III) Entfernung aus Abwasser

Bei dieser Reaktion wird das sechswertige Chrom (Dichromat-Ion) zu dreiwertigem Chrom reduziert, während das Sulfition oxidiert wird.

  • Schwefeldioxid (SO₂)

Reduktion von Chrom(VI) zu Chrom(III) mit Schwefeldioxid

Schwefeldioxid ist ein weiteres häufig verwendetes Reduktionsmittel, das ebenfalls zur Reduktion von Chrom(VI) zu Chrom(III) eingesetzt wird.

  • Eisen(II)-sulfat (FeSO₄)

Reduktion von Chrom(VI) zu Chrom(III) mit Eisen(II)-Sulfat

  • In dieser Reaktion fungiert das Eisen(II)-Ion als Elektronendonor, der Chrom(VI) reduziert.

Nach der Reduktion entsteht das relativ harmlose Chrom(III), das als Chromhydroxid [Cr(OH)₃] in einer weiteren Stufe ausgefällt wird. Dies geschieht durch die Zugabe von Laugen wie Natriumhydroxid (NaOH) oder Kalkmilch (Ca(OH)₂), um den pH-Wert auf einen alkalischen Bereich (pH 8-9) anzuheben.

Prozessschritte der Chromreduktion

1. Reduktionsschritt

Der Prozess der Chromreduktion beginnt mit der Zugabe des Reduktionsmittels zum Chrom(VI)-haltigen Abwasser. Unter sauren Bedingungen (pH 2-3) reagiert das Chrom(VI) mit dem Reduktionsmittel und wird in die dreiwertige Form Chrom(III) überführt. Die pH-Kontrolle ist entscheidend, um sicherzustellen, dass die Reduktion vollständig abläuft.

2. pH-Anpassung und Fällung

Nach der Reduktion wird der pH-Wert des Abwassers auf alkalische Werte angehoben, um Chrom(III) als Chromhydroxid [Cr(OH)₃] auszufällen. Dieser Fällungsprozess erfolgt optimal im pH-Bereich zwischen 8 und 9, da Chrom(III) in diesem Bereich am wenigsten löslich ist. Die gebildeten Feststoffe können anschließend durch Sedimentation oder Filtration entfernt werden.

3. Flockung und Sedimentation

Um die entstandenen Chromhydroxid-Partikel effizient abzutrennen, werden Flockungshilfsmittel wie Polyelektrolyte hinzugefügt, um die Feststoffe zu größeren Flocken zu aggregieren. Diese Flocken sinken in einem Sedimentationsbecken zu Boden und können als Chromschlamm entfernt werden.

Abwasserbehandlungsanlage und Fällungsanlage für Entsorger, metallverarbeitende Industrie und Chemieindustrie.

Foto: CP-Anlage ALMA CHEM MCW zur Entfernung von Schwermetallen, AOX, Kohlenwasserstoffe, Cyanid und Chrom (mittels Natriumbisulfit)

4. Schlammbehandlung

Der abgetrennte Chromschlamm enthält das abgeschiedene Chrom(III) in Form von Chromhydroxid. Dieser Schlamm muss entwässert und anschließend fachgerecht entsorgt werden, um die Umwelt nicht zu belasten.

5. Aktivkohlefiltration & Ionenaustausch

In einigen Fällen, besonders bei sehr niedrigen zulässigen Grenzwerten für Chrom, können zusätzliche Reinigungsschritte wie Aktivkohlefiltration oder Ionenaustauscher eingesetzt werden, um die Restkonzentrationen von Chrom im Wasser weiter zu senken.

Filtertechnik von ALMAWATECH als Kies- und Sandfilter oder Aktvkohlefilter

Foto: Ionenaustauscher ALMA ION zur Entfernung von spezifischen Schadstoffen wie z.B. Chrom

Anwendungsbereiche der Chromreduktion

Die Chromreduktion findet in verschiedenen Industrien Anwendung, die Abwässer mit Chrom(VI) erzeugen:

  1. Galvanikindustrie
    In der Galvanik wird Chrom(VI) zur Verchromung von Metallen und für Oberflächenbehandlungen eingesetzt. Die Chromreduktion ist hier ein unverzichtbarer Prozess, um die Chrom(VI)-haltigen Abwässer auf sichere Werte zu behandeln, bevor sie eingeleitet oder recycelt werden können.

  2. Leder- und Textilindustrie
    In der Ledergerbung und in der Textilindustrie wird Chrom(VI) in einigen Prozessen zur Färbung oder zur Oberflächenbehandlung verwendet. Die Abwässer dieser Industrie müssen gründlich behandelt werden, um Chrom(VI) in die weniger toxische Form Chrom(III) umzuwandeln.

  3. Chemische Industrie
    In der chemischen Synthese und der Herstellung von Pigmenten und Farbstoffen kommt Chrom(VI) als Oxidationsmittel zum Einsatz. Abwässer aus diesen Prozessen enthalten oft Chrom(VI), das durch Reduktion und anschließende Fällung behandelt werden muss.

  4. Glas- und Keramikindustrie
    Chrom(VI) wird in der Glasfärbung und in der Keramikproduktion verwendet. Auch hier fallen Abwässer an, die vor der Einleitung in die Umwelt behandelt werden müssen.

Vorteile der Chromreduktion

  1. Effiziente Entfernung von Chrom(VI): Der Reduktionsprozess ist eine bewährte Methode, um das hochtoxische Chrom(VI) sicher in die harmlose Form Chrom(III) zu überführen und so die Umwelt- und Gesundheitsgefahren deutlich zu reduzieren.

  2. Hohe Flexibilität: Der Prozess kann in verschiedenen industriellen Abwässern angewendet werden und bietet eine zuverlässige Lösung zur Behandlung von Schwermetallabfällen, unabhängig von der Art des Industriezweigs.

  3. Einhaltung von Umweltstandards: Mit der Chromreduktion können Unternehmen sicherstellen, dass sie die strengen gesetzlichen Grenzwerte für Chromabgaben in Gewässer einhalten und ihre Compliance wahren.

Herausforderungen der Chromreduktion

  1. Hoher Chemikalienverbrauch: Die Reduktion und anschließende Fällung erfordert den Einsatz von Reduktionsmitteln und pH-Korrekturmitteln, was zu laufenden Betriebskosten führt.

  2. Schlammbehandlung: Die Fällung von Chrom(III) führt zur Bildung von Chromschlämmen, die entwässert und umweltgerecht entsorgt werden müssen. Dies stellt zusätzliche Anforderungen an die Abwasser- und Schlammbehandlung.

  3. Genaue Steuerung des pH-Wertes: Die Reduktions- und Fällprozesse erfordern eine präzise pH-Kontrolle, um eine vollständige Reduktion und Fällung zu gewährleisten. Abweichungen im pH-Wert können zu unvollständiger Chromreduktion oder ineffizienter Fällung führen.

Fazit

Die Chromreduktion ist ein essenzieller Prozess in der industriellen Abwasserbehandlung, um das toxische und umweltschädliche Chrom(VI) sicher in das weniger toxische Chrom(III) umzuwandeln und anschließend aus dem Abwasser zu entfernen. Mit der richtigen pH-Steuerung, der Wahl des geeigneten Reduktionsmittels und der nachfolgenden Fällung kann die Chrombelastung im Abwasser effektiv reduziert werden. Die CP-Anlage ALMA CHEM MCW bieten maßgeschneiderte Lösungen zur Chromreduktion und -behandlung, die eine umweltfreundliche und gesetzeskonforme Abwasserentsorgung ermöglichen.