Chrom(VI), auch als sechswertiges Chrom oder Chromat bekannt, ist eine hochreaktive und toxische Oxidationsstufe des Elements Chrom. Es ist eine der gefährlichsten und umweltschädlichsten Formen von Chrom, da es stark toxisch, krebserregend und wasserlöslich ist. In der industriellen Wasser- und Abwasserbehandlung steht Chrom(VI) im Fokus der Schadstoffkontrolle, da es in verschiedenen Industrien verwendet wird und seine Freisetzung in die Umwelt strengen gesetzlichen Bestimmungen unterliegt.

Technische Hintergründe

Chrom(VI) liegt in wässrigen Lösungen in Form von Chromat-Ionen (CrO₄²⁻) oder Dichromat-Ionen (Cr₂O₇²⁻) vor, abhängig vom pH-Wert des Wassers. Diese Ionen sind hochmobil und stark oxidierend, was ihre Toxizität erhöht. Im Gegensatz zu Chrom(III), das weniger toxisch ist und in der Regel als festes Hydroxid ausfällt, bleibt Chrom(VI) in sauren und neutralen Umgebungen gut löslich und ist daher schwerer zu entfernen.

Chrom(VI) wird in verschiedenen industriellen Prozessen verwendet, darunter:

  • Galvanik: Chrom(VI) wird in der Oberflächenveredelung und Verchromung von Metallen eingesetzt, um eine korrosionsbeständige Oberfläche zu erzeugen.
  • Farben und Pigmente: In der Herstellung von Pigmenten und Farbmitteln wird Chrom(VI) für spezielle Farbtöne genutzt.
  • Holzschutzmittel: Chrom(VI) wird in Holzschutzmitteln verwendet, um das Holz vor Insekten und Fäulnis zu schützen.
  • Chemische Industrie: Es wird als Oxidationsmittel in der chemischen Synthese und zur Herstellung von Chromchemikalien verwendet.

Toxikologie und Umweltbelastung

Chrom(VI) ist extrem toxisch für Mensch und Umwelt. Es kann durch Einatmen, Verschlucken oder Hautkontakt in den menschlichen Körper gelangen und ist bekannt dafür, Krebs, Nierenschäden, Lungenschäden und allergische Reaktionen auszulösen. Aufgrund dieser Gefahren unterliegt die Verwendung und Entsorgung von Chrom(VI)-haltigen Abwässern strengen Umweltauflagen.

  • Mobilität in der Umwelt: Chrom(VI)-Ionen sind in Wasser gut löslich und können leicht ins Grundwasser gelangen, wo sie die Trinkwasserressourcen gefährden. In Gewässern ist es auch für aquatische Lebewesen stark toxisch.

Abwasserbehandlung von Chrom(VI)

Aufgrund der hohen Toxizität und der Mobilität von Chrom(VI) ist eine gründliche Behandlung von Chrom(VI)-haltigen Abwässern notwendig, bevor diese eingeleitet oder wiederverwendet werden können. Die gängigste Methode zur Behandlung von Chrom(VI) in industriellem Abwasser ist die chemische Reduktion zu Chrom(III), das dann durch Fällung als Chromhydroxid entfernt werden kann.

1. Reduktion von Chrom(VI) zu Chrom(III)

Die Behandlung von Chrom(VI) beginnt in der Regel mit der Reduktion des sechswertigen Chroms zu Chrom(III), das wesentlich weniger toxisch und leichter zu entfernen ist. Dies geschieht durch Zugabe von Reduktionsmitteln wie:

  • Natriumbisulfit (NaHSO₃)
  • Schwefeldioxid (SO₂)
  • Eisen(II)-sulfat (FeSO₄)

Diese Reaktion reduziert das toxische Chrom(VI) zu Chrom(III), das dann in nachfolgenden Schritten als unlösliches Chromhydroxid [Cr(OH)₃] ausgefällt werden kann:

Reduktion von Chrom(VI) zu Chrom(III)

2. pH-Anpassung und Fällung

Nach der Reduktion muss der pH-Wert des Abwassers auf einen alkalischen Bereich (pH 8-9) angehoben werden, um das reduzierte Chrom(III) als Chromhydroxid [Cr(OH)₃] auszufällen. Hierbei wird das gelöste Chrom(III) durch Zugabe von Natriumhydroxid (NaOH) oder Kalkmilch (Ca(OH)₂) in eine unlösliche Form überführt, die durch Sedimentation oder Filtration abgetrennt werden kann.

Chrom(III) Entfernung aus Abwasser

3. Flockung und Sedimentation

Nach der Fällung wird der gebildete Chromschlamm durch Flockung mit Flockungshilfsmitteln (wie Polyelektrolyten) aggregiert, um eine schnellere Sedimentation und bessere Fest-Flüssig-Trennung zu ermöglichen.

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. Ionenaustausch & Aktivkohle

In einigen Fällen, insbesondere wenn sehr niedrige Chromkonzentrationen erforderlich sind, werden zusätzliche Schritte wie Aktivkohlefiltration oder der Einsatz von Ionenaustauschern genutzt, um auch die letzten Reste von Chrom aus dem Wasser zu entfernen.

Filtertechnik von ALMAWATECH als Kies- und Sandfilter oder Aktvkohlefilter

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

Herausforderungen bei der Behandlung von Chrom(VI)

  1. Effiziente Reduktion und pH-Kontrolle
    Eine genaue Steuerung der Reduktionsprozesse und des pH-Werts ist entscheidend, um sicherzustellen, dass Chrom(VI) vollständig zu Chrom(III) reduziert wird. Eine unvollständige Reduktion führt dazu, dass toxisches Chrom(VI) im Abwasser verbleibt.

  2. Schlammbildung
    Die chemische Fällung von Chrom führt zur Bildung von Chromschlämmen, die regelmäßig entwässert und fachgerecht entsorgt werden müssen. Dies erfordert eine zusätzliche Behandlung und verursacht Entsorgungskosten.

  3. Restkonzentrationen
    Auch nach einer vollständigen Behandlung kann eine Restkonzentration von Chrom(VI) im Wasser verbleiben. In solchen Fällen müssen fortgeschrittene Verfahren wie Ionenaustausch oder Membranfiltration eingesetzt werden, um die gesetzlichen Grenzwerte einzuhalten.

Anwendungsbereiche, in denen Chrom(VI) verwendet wird

Chrom(VI) tritt in verschiedenen Industriezweigen auf, die spezifische Maßnahmen zur Schadstoffbehandlung erfordern:

  1. Galvanikindustrie
    Chrom(VI) wird in Galvanisierungsbädern verwendet, um Metalle zu beschichten und korrosionsbeständige Oberflächen zu erzeugen. Die Abwässer aus diesen Prozessen enthalten oft hohe Mengen an Chrom(VI), die behandelt werden müssen, bevor sie eingeleitet oder recycelt werden.

  2. Leder- und Textilindustrie
    Chrom(VI) wird in der Ledergerbung verwendet, um Leder zu konservieren und zu stabilisieren. In der Textilindustrie wird es für bestimmte Farbstoffe eingesetzt. Die hier anfallenden Abwässer müssen gründlich auf Chromgehalte geprüft und behandelt werden.

  3. Chemische und Pharmazeutische Industrie
    Chrom(VI) wird in der Herstellung von Chemikalien und als Oxidationsmittel in der pharmazeutischen Industrie eingesetzt. Die Behandlung dieser Abwässer ist oft komplex, da zusätzlich organische Stoffe vorhanden sein können, die den Reduktionsprozess beeinflussen.

  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 Behandlung von Chrom(VI)

  1. Effektive Reduktion zu Chrom(III): Die Reduktion von Chrom(VI) zu Chrom(III) ist eine bewährte Methode, um die Toxizität des Abwassers drastisch zu reduzieren und die Umweltbelastung zu minimieren.

  2. Gesetzeskonformität: Durch eine vollständige Behandlung von Chrom(VI) können Unternehmen sicherstellen, dass sie die strengen gesetzlichen Vorschriften einhalten und die Risiken für Mensch und Umwelt minimieren.

Fazit

Chrom(VI) stellt eine erhebliche Gefahr für die Umwelt und die menschliche Gesundheit dar und muss daher in industriellen Abwässern umfassend behandelt werden. Die Reduktion von Chrom(VI) zu Chrom(III), gefolgt von der Fällung und Entfernung des entstandenen Chromhydroxids, ist eine bewährte und effektive Methode, um die Chrombelastung zu reduzieren und die gesetzlichen Grenzwerte einzuhalten. Anlagen wie die Fällungs- und Flockungsanlage ALMA CHEM MCW setzen auf diese Technologien, um Unternehmen bei der sicheren und umweltgerechten Chrombehandlung zu unterstützen.

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