DE102006037197A1

DE102006037197A1 - Verfahren und Anordnung zur Herstellung von Pellets aus Eisenhydroxidschlämmen sowie deren Verwendung

Info

Publication number: DE102006037197A1
Application number: DE102006037197A
Authority: DE
Inventors: Peter Ay; Verena Brandes; Roland Koch; Volker Preuss; Wiktoria Walaszek
Original assignee: LMBV LAUSITZER und MITTELDEUTS; LMBV LAUSITZER und MITTELDEUTSCHE BERGBAU-VERWALTUNGSGESELLSCHAFT MBH
Current assignee: LMBV LAUSITZER und MITTELDEUTS; LMBV LAUSITZER und MITTELDEUTSCHE BERGBAU-VERWALTUNGSGESELLSCHAFT MBH
Priority date: 2006-08-09
Filing date: 2006-08-09
Publication date: 2008-02-21

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Herstellung von Pellets, die aus Eisenhydroxidschlämmen entstehen, sowie deren Verwendung. Aufgabe war es, ein Verfahren und eine zugehörige zweckmäßig gestaltete Einrichtung zu entwickeln, mit deren Hilfe ein Produkt zur Bindung des in Sulfid gewandelten Sulfats durch gelöstes zweiwertiges Eisen vollständig und in einer Form möglich wird, die die weitere Applikation günstig beeinflusst. Die Aufgabe wird gelöst, indem aus Eisenhydroxidschlämmen und dergleichen Abprodukten Pellets hergestellt und als Filtermaterial eingesetzt werden, um aus den über diese Filter geleiteten biologisch behandelten Wässern, in denen der Schwefel gebunden als Schwefelwasserstoff vorliegt, der Schwefel durch Bindung an diese Pellets entfernt wird, sodass ein Wasser entsteht, das eine vorbergbauliche Qualität aufweist. Gleichwohl können bei Einsatz der hergestellten erfindungsgemäßen Pellets schwefel-, arsen- und/oder phosphathaltige Rückstände aus damit belasteten Wässern entfernt werden (Fig. 1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Herstellung von Pellets, die aus Eisenhydroxidschlämmen entstehen, sowie deren Verwendung.
Braunkohle spielt für die Energiewirtschaft sowie die rohstoffherstellende Industrie eine wichtige Rolle. Im Allgemeinen wird die Braunkohle im Tagebau gewonnen. Da dabei erhebliche Massenbewegungen betrieben werden, kommt das zumeist auf der ausgekohlten Tagebauseite abgelagerte Bodenmaterial mit Sauerstoff in Berührung. Das führt regelmässig zur Oxidation der eingelagerten Mineralien, wobei sich neben Säure insbesondere Eisenionen und Sulfationen bilden.
Nach Beendigung des Tagebaubetriebes und Einstellung der Grundwasserabsenkung kommt es zum Grundwasseranstieg in den aufgeschütteten Massen. Dadurch werden die Mineralien im Wasser gelöst und in die entstehenden Tagebauseen transportiert. Damit entstehen regelmässig Sulfatkonzentrationen, die dem 10 bis 20 – fachen einer Sulfatkonzentration in natürlichen Gewässern entspricht. Es entsteht eine lebensfeindliche Wasserbeschaffenheit mit p_h-Werten von 2 bis 3. Die entstehenden Gewässer sind weder wasserwirtschaftlich noch touristisch nutzbar.
Das Ziel der Nutzung der Gewässer sowie der ab bestimmten Füllständen entstehende Anschluss an die Vorflut machen die Wasserbehandlung notwendig.
Allgemein bekannt ist die Flutung mit Fremdwasser. Besteht nach dem Flutungsende ein Grundwasserzu- und -abstrom für den See, kommt es häufig zur Rückversäuerung durch die Säurefracht des Grundwassers. Da die zur Verfügung stehenden Flutungswassermengen begrenzt sind, dominiert aufsteigendes Grundwasser mit seinen beschriebenen negativen Eigenschaften. Trotzdem kommen grosstechnisch noch immer die Fremdflutung sowie die Bekalkung des Oberflächenwassers zum Anheben des p_h-Wertes zum Einsatz.
Es hat deshalb nicht an Versuchen gefehlt, andere Verfahren zu entwickeln. So wird in der DE-Schrift 10 2004 006 084 A1 ein Verfahren und eine Anordnung zur Behandlung saurer und sulfathaltiger Abwässer des Bergbaus vorgeschlagen, bei dem im belasteten Wasser zunächst eine Gipsfällung durchgeführt und entstandener Gipsschlamm nach Ausfällen abgeführt wird. Es schliesst sich eine Weiterbehandlung des Bergbauabwassers durch Umkehr der Pyritverwitterung durch Sulfatreduktion durch Mikroorganismen unter Fällung fester Sulfide an, sodass eine biochemische Sulfatreduktion eintritt. In einer weiteren Stufe sich anschliessend tritt über eine Entgasung der Kohlensäure, die in die Atmosphäre entweicht, eine biologische Calcitfällung ein. Nicht unproblematisch sind Gewinnung und Abtransport des ausgefällten Calcits.
Nach den US-PS 6,174,444 und 5,698,107 wird die elektrochemische Neutralisation angewendet, wobei die enthaltenen Sulfat- und Metallionen präzipitiert werden. Andere Vorschläge sehen vor, im sauren Abwasser natürliche vorhandene Säure abbauende Bakterien anzusiedeln ( US-PS 6,325,923 ) oder oxidationsfördernde Mikroorganismen in ihrem Wuchs zu hemmen ( US-PS 5,171,454 ). Zum einen ist der Aufwand erheblich, wenn es sich um eine mehrstufige Aufbereitung handelt, zum anderen erfolgt in einem einstufigen Verfahren nur eine unvollkommene Aufbereitung.
Allen genannten Verfahren ist zu eigen, dass sie für die in Deutschland zu verändernden erheblichen Wassermengen unzureichend geeignet sind. So wird prognostiziert, dass in den nächsten Jahren neue Oberflächengewässer in einem Gesamtumfang von 25 000 ha neu entstehen, bei denen der Einsatz von Wasserbauten sich auf Grund der korrosiven Wirkung des enthaltenen Sulfates schwierig gestaltet.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ausgehend von der Erkenntnis, dass das Sulfat zu beseitigen ist und ein Ausscheiden ausgelöst werden muss, ein Verfahren und eine zweckmässig gestaltete Einrichtung zu entwickeln, mit deren Hilfe ein Produkt zur Bindung des in Sulfid gewandelten Sulfats durch zweiwertiges Eisen vollständig und in einer Form möglich wird, die die weitere Applikation günstig beeinflusst.
Die Aufgabe wird gelöst, indem zunächst die als Ausgangsmaterial verwendeten Eisenhydroxidschlämme von Grubenwasserreinigungsanlagen, die regelmässig eine hohe Eisenkonzentration aufweisen, zunächst mit einem geeigneten Flockungshilfsmittel versetzt werden. Statt der Eisenhydroxidschlämme aus Grubenwasserreinigungsanlagen kann ebenso in örtlichen Wasserwerken anfallender Filterspülschlamm verwendet werden.
Das aus Grubenwasserreinigungsanlagen oder örtlichen Wasserwerken stammende Ausgangsprodukt weist regelmässig einen Feststoffanteil von weniger als 1 Masseprozent auf und wird einem Beimengen von Flockungshilfsmitteln und nachfolgendem Eindicken unterzogen. Hier wird der Feststoffanteil auf einen Bereich zwischen 3 und 8 Masseprozent erhöht. Über einen nachgeordneten Filterprozess wird der Feststoffanteil in einen Bereich über 25 Masseprozent hinein angehoben. Das nach dem Filtern vorhandene Zwischenprodukt ist soweit plastisch, dass es über eine der Förderung dienende Zerkleinerungsein richtung ausgetragen wird. Hier erfolgt nicht nur ein Abfördern, sondern gleichzeitig ein Brechen grösserer Filterkuchenstücke. Zweckmässigerweise ist diese der Förderung dienende Zerkleinerungseinrichtung als Förderschnecke ausgebildet.
Das Zwischenprodukt wird im weiteren dosiert mit einem Anteil von mindestens 3 Masseprozent hygroskopischer Fasern, die soweit gerissen sind, dass sie in einer Länge von maximal 20 mm vorliegen, vorzugsweise Naturfasern, durchmischt und pelletiert. Nach dem Austrag aus dem Pelletierprozess werden die entstandenen Pellets einem Zwischentrocknen unterzogen, bis der Feststoffanteil mindestens 60 Masseprozent beträgt. Damit sind die Pellets soweit eigenstabil, dass sie einer weiteren Verwendung zugeführt werden können.
Vor dem Einleiten des Filterprozesses kann je nach erreichter Feststoffkonzentration erneut die Zugabe von Flockungshilfsmitteln erfolgen.
Die verwendeten Flockungshilfsmittel können sowohl kationischer als ebenfalls anionischer Natur sein.
Eine zur Realisierung des vorgeschlagenen Verfahrens dienende Einrichtung ist so aufgebaut, dass zunächst ein Speicherbehälter für den Filterspülschlamm beziehungsweise die Eisenhydroxidschlämme vorhanden ist, dessen Ausgang eine Dosiereinrichtung zugeordnet ist. Zum Speicherbehälter parallel ist ein Ansetzbehälter für das Flockungshilfsmittel vorhanden, dem ausgangsseitig ebenfalls eine Dosiereinrichtung zugeordnet ist. Diese Dosiereinrichtungen sind in der Regel Dosierpumpen.
Beide Dosiereinrichtungen sind ausgangsseitig mit einer Eindickeinrichtung verbunden. Dieser ist zweckmässigerweise als Bandeindicker ausgebildet.
Von der Eindickeinrichtung gelangt das Fördergut zu einer Filterpresse. Diese ist vorzugsweise als Kammerfilterpresse ausgeführt.
Um das Verfahren sicher ablaufen zu lassen, ist vorzugsweise zwischen Eindickeinrichtung und Filterpresse ein Puffergefäss als Zwischenspeicherbecken, zweckmässigerweise mit Rührwerk ausgeführt, angeordnet. In die Verbindungsleitung zwischen Zwischenspeicherbecken und Filterpresse ist eine Einmündung einer weiteren Leitung vorhanden, die ebenfalls über eine Dosiereinrichtung mit dem Ansetzbehälter für das Flockungshilfsmittel verbunden ist, um bei Bedarf verfahrensgerecht ein Nachflocken zu erlauben.
Aus der Filterpresse erfolgt ein Weitertransport der eingedickten Schlämme über eine geeignete Dickstoff-Fördereinrichtung. Das ist vorzugsweise eine Förderschnecke.
Der Förderschnecke nachgeordnet ist ein Pelletiermischer vorhanden, dem das die Dickstoff-Fördereinrichtung verlassende Zwischenprodukt über eine Dosiereinrichtung aufgegeben wird. Ebenso werden hygroskopische Fasern, wie bereits beschrieben, dem Pelletiermischer zugemischt.
Die Vorausprodukte Dickstoff-Zwischenprodukt und hygroskopische Fasern werden entsprechend der gewählten Bau- und Betriebsweise des Pelletiermischers aufgegeben. Das ist bei kontinuierlicher Betriebsweise regelmässig ein zeitgleiches und bei diskontinuierlicher Betriebsweise ein in zeitlicher Abfolge erfolgendes Aufgeben.
Nach intensivem Durchmischen verlassen die Pellets den Pelletiermischer über eine Abfördereinrichtung, sodass die Pellets nach kurzem Zwischentrocknen formstabil zur weiteren Verwendung zur Verfügung stehen.
Die zu reinigenden Wässer werden in einem Bioreaktor oder dergleichen einer biochemischen Behandlung unterzogen, indem das Sulfat in Schwefelwasserstoff gewandelt wird. Dieser Prozess verläuft nach der Formel 2(CH₂O) + 2H + SO₄ -- H₂S + 2CO₂ + 2H₂O
Bei der Reinigung von Kippengrundwässern stellen Eisen (II) – Ionen den dominierenden Säureträger dar.
Die entstandenen Pellets werden als Filtermaterial eingesetzt, um aus den über diese Filter geleiteten wie beschrieben biologisch behandelten Wässern, in denen der Schwefel als Schwefelwasserstoff vorliegt, der Schwefel durch Bindung an diese Pellets entfernt wird, sodass Eisensulfid entsteht.
Damit ist es möglich, anfallendes belastetes Wasser auf eine vorbergbauliche Form zurückzuführen, sodass dieses als für eine übliche wasserwirtschaftliche Nutzung geeignet zur Verfügung steht. Ein Anwendungsfall ist der, dass Ausleitvolumenströme, also Wasser des Bergbaus, das an Flüsse und dergleichen übergeben werden soll, behandelt werden. Nach Behandlung mit der erfindungsgemässen Einrichtung steht ein Wasser zur Verfügung, das der Qualität natürlicher Oberflächenwässer entspricht. Des weiteren können ebenso die in gefluteten Tagebauen vorhandenen belasteten Wässer und Kippengrundwässer sukzessive erfolgreich behandelt werden.
Im Vergleich dazu hat die Erfahrung gezeigt, dass die Verwendung von Eisenhydroxidschlämmen zur Sulfidbindung durch eine wechselnde Konzentration nur unzureichend handhabbar ist. Damit ist die Einstellung definierter Reaktionsbedingungen nur mit wechselndem Erfolg möglich.
Gleichwohl können bei Einsatz der hergestellten erfindungsgemässen Pellets neben schwefelhaltigen auch arsen- oder phosphathaltige Rückstände, letztere ebenfalls gleichzeitig, aus damit belasteten Wässern entfernt werden.
Die Erfindung soll im folgenden an einem Ausführungsbeispiel näher beschrieben werden.
In der zugehörigen Zeichnung zeigt beispielhaft
1 das Schema einer nach dem erfindungsgemäss vorgeschlagenen Verfahren arbeitende zweckmässig aufgebaute Anlage.
Aus einer Grubenwasserreinigungsanlage stammende Eisenhydroxydschlämme weisen gleich oder weniger 1 Masseprozent Feststoff auf. Sie werden zunächst einem Speicherbehälter 1 aufgegeben und über eine als Dosierpumpe ausgebildete Dosiereinrichtung 2 ausgetragen. Parallel dazu ist ein Ansetzbehälter 3 für ein Flockungshilfsmittel vorhanden, dem ausgangsseitig ebenfalls eine als Dosierpumpe ausgebildete Dosiereinrichtung 2 zugeordnet ist. Beide Dosiereinrichtungen 2 sind ausgangsseitig mit einer als Bandeindicker ausgebildeten Eindickeinrichtung 4 verbunden. Dieser ist zweckmässigerweise ein als Puffergefäss ausgeführtes Zwischenspeicherbecken 5 nachgeordnet. Um ein Absetzen des Zwischenprodukts zu verhindern, weist das Zwischenspeicherbecken 5 bekanntermassen ein Rührwerk auf. In die Verbindungsleitung zwischen Zwischenspeicherbecken 5 und einer nachfolgenden, als Membrankammerfilterpresse ausgebildeten Filterpresse 6 ist eine Einmündung einer weiteren Leitung vorhanden, die ebenfalls über eine Dosiereinrichtung 2 mit dem Ansetzbehälter 3 für das Flockungshilfsmittel verbunden ist, um bei Bedarf verfahrensgerecht ein Nachflocken zu erlauben. Die Einstellung der bisherigen technischen Komponenten im laufenden Betrieb erfolgt so, dass das Zwischenprodukt vor Eintritt in die Filterpresse 6 einen Feststoffanteil in einem Bereich zwischen 3 und 8 Masseprozent aufweist.
In der als Membrankammerfilterpresse ausgeführten Filterpresse 6 wird der Feststoffanteil in einen Bereich von mindestens 25 Masseprozent hinein angehoben.
Das nach dem Filtern vorhandene Zwischenprodukt ist soweit plastisch, dass es ohne Schwierigkeiten ausgetragen werden kann. Vorsorglich ist dem Austrag der Filterpresse 6 eine der Förderung dienende Dickstoff-Fördereinrichtung 7 nachgeordnet. Hier erfolgt nicht nur ein Abfördern, sondern gleichzeitig ein Zerkleinern entstandene Filterkuchenstücke. Zweckmässigerweise ist diese Dickstoff-Fördereinrichtung 7 als Förderschnecke ausgebildet. Damit erfolgt das Zerkleinern und Durchmischen mit hoher Intensität und die beschriebenen und angestrebten Wirkungen treten ein.
Die Dickstoff-Fördereinrichtung 7 arbeitet auf einen Pelletiermischer 8 zu. Parallel zum kontinuierlichen Eintrag des eingedickten Zwischenprodukts werden dem Pelletiermischer zeitgleich zum eingedickten Zwischenprodukt in einem Anteil von mindestens 3 Masseprozent hygroskopische Fasern zugegeben.
Diese hygroskopischen Fasern sind insbesondere Naturfasern, wie sie von landwirtschaftlichen Nutzpflanzen oder Landschaftspflegeflächen und dergleichen gewinnbar sind oder als Nebenprodukt bei der Gewinnung und Verarbeitung landwirtschaftlicher Erzeugnisse und dergleichen anfallen und die soweit einem Aufbereitungsprozess unterworfen worden sind, dass sie auf eine Faserlänge von 20 mm durch vorzugsweise Reissen eingekürzt worden sind.
Nach dem Austrag aus dem Pelletiermischer 8 werden die entstandenen Pellets nach Übernahme durch eine als Förderband ausgeführte Abfördereinrichtung 9 einem Lager zugeführt. Hier trocknen sie solange, bis Feststoffanteil mindestens 60 Masseprozent beträgt. Selbstverständlich ist es unerheblich, ob die Trocknung auf natürlichem Wege oder unter weiterer Energiezufuhr erfolgt.
Nach Abschluss der Trocknung sind die Pellets hinsichtlich ihrer Form soweit eigenstabil, dass sie grosstechnisch als Einsatzstoffe in Filtern Verwendung finden, über die das in einem Tagebaurestloch befindliche Wasser abgeleitet, das Sulfid gebunden und soweit gereinigt ist, dass es vorbergbauliche Qualität aufweist.
Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

1: Speicherbehälter
2: Dosiereinrichtung
3: Ansetzbehälter
4: Eindickeinrichtung
5: Zwischenspeicherbecken
6: Filterpresse
7: Dickstoff-Fördereinrichtung
8: Pelletiermischer
9: Abfördereinrichtung

Claims

Verfahren zur Herstellung von Pellets aus Eisenhydroxidschlämmen, dadurch gekennzeichnet, dass hohe Eisenkonzentrationen aufweisende Schlämme, wie das bei Eisenhydroxidschlämmen der Grubenwasserreinigungsanlagen oder aus örtlichen Wasserwerken stammenden Filterspülschlämmen der Fall ist, zunächst mit einem geeigneten Flockungshilfsmittel versetzt werden, nachfolgend ein sukzessives Eindicken erfolgt, die eingedickten Schlämme einem Filterprozess unterzogen werden, das entstandene Zwischenprodukt einem mit einem Zerkleinern verbundenen Durchmischen unterzogen wird, der entstandenen Masse dosiert mit einem Anteil von mindestens 3 Masseprozent hygroskopische Fasern zugesetzt werden und vor dem Austrag ein weiteres mit einem Pelletieren verbundenes Durchmischen erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das sukzessive Eindicken auf einen im Bereich zwischen 3 und 8 Masseprozent liegenden Feststoffanteil erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der eingedickte Eisenhydroxidschlamm vor der Aufgabe in den Filterprozess einem Nachflocken unterzogen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Filterprozess der Feststoffanteil in einen Bereich über 25 Masseprozent angehoben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die hygroskopischen Fasern Naturfasern sind.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die hygroskopischen Fasern in einer Länge von maximal 20 mm vorliegen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Pelletieren ein Zwischentrocknen auf einen Feststoffanteil bei gleich oder grösser 60 Masseprozent erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Pelletieren ein Absieben des Endprodukts erfolgt.
Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst ein Speicherbehälter (1) für den Filterspülschlamm beziehungsweise die Eisenhydroxidschlämme vorhanden ist, dessen Ausgang eine Dosiereinrichtung (2) zugeordnet ist, parallel zum Speicherbehälter ein Ansetzbehälter (3) für ein Flockungshilfsmittel vorhanden ist, dem Ansetzbehälter (3) ausgangsseitig ebenfalls eine Dosiereinrichtung zugeordnet ist, die ausgangsseitig mit einer Eindickeinrichtung (4) verbunden ist, dieser nachfolgend eine Filterpresse (6) zugeordnet ist, der Ausgang dieser Filterpresse (6) mit einer dem Durchkneten und Zerkleinern des anstehenden Zwischenprodukts dienender Dickstoff-Fördereinrichtung (7) verbunden ist, deren Austrag mit dem Eintrag eines Pelletiermischers (8) verbunden ist, mit dessen Eintrag ebenso eine Zuteilungsvorrichtung für die Zugabe hygroskopischer Fasern verbunden ist und dem Austrag eine Abfördereinrichtung (9) zugeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Durchkneten und Zerkleinern des anstehenden Zwischenprodukts dienende Dickstoff-Fördereinrichtung (7) als Förderschnecke ausgeführt ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Pelletiermischer (8) nachgeordnete Abfördereinrichtung (9) zum Trocknen der abzuführenden Pellets eingerichtet ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Eindickeinrichtung (4) als Bandeindicker ausgeführt ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterpresse (6) als Kammerfilterpresse ausgeführt ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Eindickeinrichtung (4) und Filterpresse (6) ein Zwischenspeicherbecken (5) als Puffer, zweckmässigerweise mit Rührwerk ausgeführt, ausgebildet ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeicnnet, dass in die Verbindungsleitung zwischen Eindickeinrichtung (4) und Filterpresse (6) eine Einmündung einer weiteren Leitung vorhanden ist, die über eine Dosiereinrichtung (2) mit dem Ansetzbehälter (3) für das Flockungshilfsmittel verbunden ist.
Verwendung der nach einem der Ansprüche 1 bis 15 entstandenen Pellets, indem diese als Filtermaterial eingesetzt werden, dass von sulfidhaltigem Wasser durchströmt wird.
Verwendung der nach einem der Ansprüche 1 bis 15 entstandenen Pellets, indem diese als Filtermaterial eingesetzt werden, dass von arsenhaltigem Wasser durchströmt wird.
Verwendung der nach einem der Ansprüche 1 bis 15 und 17 entstandenen Pellets, indem diese als Filtermaterial eingesetzt werden, dass von phosphathaltigem Wasser durchströmt wird.