DD229887B5 - Verfahren zur Reinigung schwermetallkontaminierten Wassers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung schwermetallkontaminierten Wassers und ist anwendbar bei Industrieebwässern mit geringen Schwermetallgehalten, für die eine Metallrückgewinnung uneffektiv ist. Weiterhin ist es zur Reinigung saurer, eisenhaltiger Tagebauwässer und schwermetallkontaminierter Grundwässer im Untergrund anwendbar.

Das Verfahren ist auch zur Verhinderung der Ausbreitung von Stoffen, insbesondere von Schwermetallen, brauchbar, die durch punktförmigen oder flächenhaften Eintrag solcher kontaminierter Wässer in den Untergrund gelangt sind. Dies ist durch unsachgemäße Lagerung von Industrieabprodukten, defekte Speicherbehälter, Sickerwasser aus Deponien und im Bergbau durch Verwitterung von Schwermetallsulfiden, die in erheblichem Umfang im Untergrund vorhanden sind, möglich.

Das Verfahren ist an Standorten mit geeigneten hydrogeologischen Verhältnissen einsetzbar.

Zur Reinigung schwermetallhaltiger Wässer stehen Aufbereitungsverfahren unterschiedlichster Art zur Verfügung.

Bekannt ist ein lonenaustauschverfahren, das von VERMEULEN, KLEIN und HIESLER in „Adsorption and ion exchange" im Chemical Engineer's Handbook, Now York, McGrow-Hill, 1973 und von KÜMMEL, WINKLER und BECK in „Eliminierung und Rückgewinnung von Metallionen aus Abwässern -eine Übersicht", Acta hydrochim. hydrobiol. Heft 12 1984,227-237 beschrieben wurde. Hierbei werden Schwermetallkationen an einer Kunstharzmatrix gebunden und damit an der festen Phase angereichert.

Dieses Aufbereitungsverfahren ist teuer und benötigt entsprechend des Schwermetallgehaltes der Wasser große Mengen Elutionschemikalien.

Weiterhin sind nach WASSILEW und ZLATEW „Cadmium- und Zinkgewinnung aus Abwässern der Bleiproduktion", erschienen in Neue Hütte 26 (1981), 112-113, nach LÖSCHER und HEIL „Ein neues Verfahren zur Ausfällung von Schwermetallen aus Abwässern auf der Basis Polysulfid" und nach BHATTACHARYYA, JUMAWAN, GRIEVES „Separation of toxic heavy metals by sulfide precipitation", erschienen in Separation Science and Technology 14, 5 (1979), 441-452, Verfahren zur Fällung und Sedimentation von Schwermetallen als Hydroxide bzw. Oxidhydrate durch den Einsatz von Alkalisierungsmitteln bekannt. Auch gibt es Verfahren zur unterirdischen Enteisenung und Entmanganung, wie bei

- REIßIG, FISCHER und REIMANN

Laboratoriumsuntersuchungen zur unterirdischen Enteisenung von Grundwässern Acta hydrochim. hydrobiol. 10,5 (1982), 487-496

- HALLBERG

Methode zur Enteisenung und Entmanganung des Grundwassers im Erdreich IFO-AB Vyredox, 29500 Bromölla Sweden

- HARTMANN

Beitrag zur Enteisenung und Entmanganung des Grundwassers im Grundwasserleiter Abschlußbericht Faching.-Studium „Grundwasser" TU Dresden, 1978

- ROTT, BOOCHS und BAROVIC

Unterirdische Grundwasseraufbereitung durch Einleitung von sauerstoffhaltigem Wasser in den Boden

Wasser und Boden 8 (1978), 206-211 nachzulesen ist.

Hier werden durch Infiltration sauerstoffhaltigen Wassers Eisen und Mangan in eine abscheidbare Form überführt. Die Oxydations- und Hydrolyseprodukte werden dabei im Untergrund abgelagert. Beide genannte Verfahren erfordern zur Durchführung einen hohen Investitions- und Betriebsaufwand und sind demzufolge teuer.

Ziel der Erfindung ist es, bei der Reinigung von schwermetallbelastetem Wasser ohne zusätzlichen Chemikalieneinsatz, mit niedrigem Bauaufwand und geringen laufenden Kosten eine hohe Effektivität zu erreichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Untergrundwasserbehandlung für nur gering mit organischen und Schwermetallen belastete Wässer zu finden, insbesondere für solche mit Eisen, welches eine vorzeitige Verstopfung eines Filterbettes verhindert und in einer weiteren Ausgestaltung eine Schwermetallbarriere zur Verhinderung einer Grundwasserkontamination bildet.

Erfindungsgemäß geschieht dies dadurch, daß abgebundene gekörnte Kraftwerksasche bzw. Kraftwerksasche mit einer Trägersubstanz in einer Grube oder einem Graben deponiert wird, in welche laufend schwermetallkontaminiertes Wasser eingeleitet wird, wobei es aufgrund des alkalischen Pufferniveaus und der mechanischen Filterwirkung der Kraftwerksasche zu einer Ausfällung und nach einer Koagulation der Flocken zur Fixierung aller ausgeschiedenen Schwermetalle im Filterbett kommt. Anschließend wird das gereinigte Wasser mit Hilfe von Brunnen gefaßt und der Nutzung bzw. der Vorflut zugeführt, tn einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Ascheschicht senkrecht zur Strömungsrichtung des schwermetallkontaminierten Wassers in Form eines verfüllten Schlitzes in das Erdreich eingebracht, wobei der Mechanismus der Schwermetallretardation ebenso abläuft, wie bei der Wasserreinigung in einer Grube oder Graben.

Ausführungsbeispiel

An Hand eines Ausführungsbeispieles soll die Erfindung näher beschrieben werden.

Sollen Schwermetalle (vorzugsweise Eisen) aus Industrie- und Bergbauwässern entfernt werden, wird das Alkalisierungsmittel Kraftwerksasche in reiner Form oder mit einer Trägersubstanz, beispielsweise Sand, gemischt und in einer zuvor angelegten und dem Durchsatz des Wassers angepaßten Grube oder in einem Graben ausgebracht. Eine Mischung mit Sand als Trägersubstanz dient zur Erhöhung des hydraulischen Durchlässigkeitskoeffizienten. Das erforderliche Mischungsverhältnis Kraftwerksasche-Sand hängt stark von der Acidität, vom Schwermetallgehalt und vom Durchsatz ab. Bei hoher Acidität, hohen Schwermetallgehalten und geringem Durchsatz ist es auch möglich, vollständig auf den Sand zu verzichten. Im Normalfall sollte das Mischungsverhältnis Kraftwerksasche-Sand in der Größenordnung 1:1 bis 3:1 liegen. Es ergeben sich hier kf-Werte von ca. 5 · E - 6 bis 0,25 · E - 6 m/s. Bei Einhaltung obiger Bedingungen sind Reinigungseffekte in der Größenordnung von 85-100 % zu erreichen. In einem kontinuierlichen Prozeß wird schwermetallhaltiges Wasser eingeleitet.

Bei der Untergrundpassage kommt es aufgrund des alkalischen Pufferniveaus der Kraftwerksasche zu einer Ausfällung der Schwermetalle als Hydroxide, Oxidhydrate bzw. Carbonate entsprechend der von der lonenstärke abhängigen Löslichkeit und zur Fixierung an die Asche-Bodenmatrix.

Bei Mikrokomponenten, bei denen das Löslichkeitsprodukt der Carbonate und Hydroxide nicht überschritten wird, können Eisen(lll)-oxidhydratflocken eine Mitfällung und/oder Sorption an ihren Oberflächen bewirken. Tritt in Grubenwässern Eisen als Hauptschwermetallkomponente auf, werden beim Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens auch andere Schwermetalle auf diese Weise aus dem Wasser entfernt.

Nach Koagulation der Flocken kommt es aufgrund der mechanischen Filterwirkung der Asche zur Fixierung der ausgeschiedenen Schwermetalle im Filterbett.

Das gereinigte Wasser wird mit Hilfe von Brunnen gefaßt und der Nutzung bzw. der Ableitung in die Vorflut zugeführt. Durch eine geeignete Wahl des Grubenstandortes, z. B. jenseits einer Wasserscheide, kann die Fassung des Wassers entfallen.

Die Lebensdauer einer solchen Grube oder eines Grabens hängt von der Menge bzw. Pufferkapazität der eingesetzten Kraftwerksasche und im entscheidenden Maße von den Güteparametern des zu behandelnden Wassers ab.

Ist die alkalische Kapazität der Kraftwerksasche erschöpft, wird das Asche-Bodengemisch erneuert. Die Gruben können jedoch auch mit Boden überdeckt und anderswo neu ausgehoben werden. Ausgelagertes Sand-Asche-Eisenoxidhydratmaterial kann unter dem Gesichtspunkt Umweltschutz ohne Bedenken auf der Kippe oder im Behandlungsraum verbleiben.

Eine weitere Möglichkeit des Einsatzes von Kraftwerksasche dient der Herstellung einer Schwermetallbarriere. Dies kann notwendig sein, wenn im Untergrund Strömungsprozesse eine ständig sich ausbreitende Schwermetallkontamination zur Folge haben. Dazu wird senkrecht zur Strömungsrichtung des schwermetallbelasteten Wassers ein Erdschlitz hergestellt, der mit einer Ascheschicht oder einem Asche-Sand-Gemisch verfüllt wird. Die Stärke der Aschebarriere richtet sich wiederum nach Qualität und Menge des Wassers.

Es verlaufen die gleichen Prozesse wie bei der Wasserreinigung in einem Graben oder einer Grube. Das Asche-Sand-Gemisch fungiert dabei als Fällungszone.

Der Einsatz eines Asche-Sand-Gemisches als Barriere für migrierende Spezies ist für alle Stoffe möglich, die im alkalischen Milieu feste, abscheidbare Fällungsprodukte oder gelartige Substanzen bilden, die beim Strömungsvorgang im Korngerüst des Grundwasserleiters zurückgehalten werden.

Claims (2)

1. Verfahren zur Reinigung schwermetallkontaminierten Wassers für die Säuberung von Industrieabwässern mit geringen Schwermetallgehalten sowie saurer, eisenhaltiger Tagebauwässer und schwermetallbelasteter Grundwässer im Untergrund, gekennzeichnet dadurch, daß abgebundene gekörnte Kraftwerksasche bzw. Kraftwerksasche mit einer Trägersubstanz gemischt in einer Grube oder einem Graben deponiert wird, in welche kontinuierlich schwermetallkontaminiertes Wasser eingeleitet wird, wobei das alkalische Pufferniveau und die mechanische Filterwirkung der Kraftwerksasche zu einer Ausfällung und nach einer Koagulation der Flocken zur Fixierung aller ausgeschiedenen Schwermetalle im Filterbett führen, anschließend wird das gereinigte Wasser in Brunnen gefaßt bzw. der Vorflut zugeleitet.

2. Verfahren zur Reinigung schwermetallkontaminierten Wassers nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß eine Ascheschicht aus reiner Kraftwerksasche oder im Gemisch mit einer Trägersubstanz senkrecht zur Strömungsrichtung schwermetallbelasteten Wassers in Form eines verfüllten, zuvor im Erdreich niedergebrachten Schlitzes eingebracht wird, wobei der Mechanismus der Schwermetallretardation ebenso abläuft, wie bei der Wasserreinigung in einer Grube oder einem Graben.