DE102009041143A1

DE102009041143A1 - Verfahren zur Aufbereitung von kontaminiertem Abwasser

Info

Publication number: DE102009041143A1
Application number: DE200910041143
Authority: DE
Inventors: Frederick Simon Oosthuizen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-09-14
Filing date: 2009-09-14
Publication date: 2011-03-24

Abstract

Verfahren zur Aufbereitung von Bergbauabwasser (1) bei Schwermetallionen und Sulfat aus dem Wasser entfernt werden, indem eine Reduzierung zu Sulfid stattfindet und die gebildeten Sulfide vom Bergbauabwasser abgetrennt werden, bei dem mit Eisen II-Salzen beladenes Bergbauabwasser (1) einer Oxidation in einer Wärmeaustauscher-Vorrichtung (7) im Kühlkreislauf einer Dampfturbine (10) unterworfen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung von kontaminiertem Abwasser aus Bergbau zu Trinkwasser.
Beispielsweise ist die Entstehung von saurem Bergbauabwasser, bekannt als Acid Mine Drainage (AMD), eine Folge des Bergbaus. Diese Bergbauabwasser entstehen, wenn durch die bergbaulichen Aktivitäten, ob Tagebau oder Untertagebetrieb, Sauerstoff in anoxische Gebirgs-Bereiche gelangt und dort lagernde Sulfidmineralien, hauptsächlich Pyrit, zu Schwefelsäure oxidiert. Insbesondere beim Erzbergbau hat dieses Bergbauabwasser hohe Konzentrationen von Schwermetallen gelöst. Dabei entsteht ein chemischer Cocktail verschiedener Zusammensetzungen im Bergbauabwasser.
Ein Verfahren und eine Anordnung zur Behandlung saurer Bergbauabwasser mittels Gipsfällung ist in der DE 10 2004 006 084 beschrieben. Vorliegend soll jedoch eine Aufbereitungsmethode entwickelt werden, die sich bei jeglicher chemischen Zusammensetzung von Bergbauabwasser energetisch selbst trägt. Dabei werden die abgeschiedenen Rückstände aus der Aufbereitung thermisch behandelt und die entstehende Wärmeenergie zur Stromerzeugung genutzt wird.
Ein Verfahren zur Behandlung saurer Bergbauabwasser wird beschrieben in der US 5035807 wobei Bariumsulfit benutzt wird zur Ausfällung von Bariumsulfat. Vorliegend soll jedoch eine Aufbereitungsmethode entwickelt werden, die nur mit einem Stoff die Ausfällung von Bariumsulfat bewirkt. Dabei wird im Vergleich zu dem Verfahren ein Mehrstoff-System beschrieben, das zusätzliche Verfahrensschritte mit Energieverbrauch und ohne Energierückgewinnung beinhalte. Die Rückgewinnung von Rohrstoffen wird hier nicht betrachtet.
Der Energiebedarf für das entsprechende Verfahren soll also praktisch nebenbei gewonnen werden und somit ein energetisch wirtschaftliches Wasser-Aufbereitungs-Verfahren geschaffen werden. Zur Herstellung von Schwefel als Rohstoff wird der gewonnene Rückstand aus dem Aufbereitungsverfahren mit Kohlenstaub angereichert und weiter verarbeitet. Die notwendigen thermischen Prozesse zur Herstellung von Schwefel sollen als Wärmequelle zur Stromerzeugung genutzt werden.
Das Verfahren zeichnet sich insbesondere dadurch aus dem erstens, in mehreren Verfahrenschritten ohne Abhängigkeit von der thermische Aufbereitung von Rückständen Trinkwasser entsteht. Der zweite teil des Verfahrenstechnik führt unabhängig von der Trinkwassergewinnung über ein Thermische Verfahren zur Schwefel Gewinnung und Entsorgung von die entstehenden Metall-Hydroxide aus der Oxidation.
Weiterhin ist beim dem thermische Prozess zur Ausbeutung der Rückstande zur Schwefelherstellung lediglich eine Temperatur von kleiner als 1000°C notwendig. Diese Temperatur ist thermische kosten geringer im vergleich zu anderen Verfahren die Rückstande aufarbeiten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein wirtschaftliches Verfahren zu schaffen, welches energetisch selbstversorgend ist, wobei

a: metallische Rohstoffe über Elektrolyse abgeschieden werden,
b: Schwefel gewonnen wird und
c: Wasser in Trinkwasserqualität entsteht.

Insbesondere soll mit der Methode der Oxidation und der direkten Zugabe von Bariumkarbonat gearbeitet werden. Die Zugabe von Calciumcarbonat zu Prozesssteuerung ist bei dieser vorgestellten Verfahrenstechnik nicht erforderlich.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch folgende Verfahrenschritte:

• Oxidation bei Erwärmung des Bergbauabwassers durch Nutzung der anfallenden Niedrigenergiewärme aus der Dampfturbine und Sauerstoffzufuhr in entsprechender Vorrichtung,
• Ausscheidung von Wert-Metallen zum Beispiel Kobalt, Uran, Nickel, Kupfer, Zink und Mangan mittels Elektrolyse,
• weiterhin Verlagerung des Prozesswassers in ein zweites Auffangbecken, in dem Bariumkarbonat direkt zugeführt wird,
• danach Pumpen durch eine oder mehrere Zyklon-Filter-Anlagen, in dem die Rückstände abgeschieden werden. Die Rückstände enthalten Bariumsulfat, Metall-Hydroxide und Karbonate,
• Filtern des Bergbauabwasser,
• Weiterbehandlung des Prozesswassers mit einer Umkehr-Osmose-Anlage,
• Belüftung des Permeates,
• Desinfektion des Permeates zur Herstellung von Trinkwasser.

Die gewonnenen Rückstände Bariumsulfat, Metall-Hydroxide und Metall-Karbonate werden getrocknet und mit feinem Kohlenstaub versetzt. Danach erfolgt eine Erwärmung der genannten Stoffe und Glühen des Pulvergemisches in einem Brennofen.
Durch chemische Reaktion entstehen Kohlendioxid, Bariumsulfat, Eisensulfit und Asche. Durch Behandlung mit Wasser, Weiterverarbeitung der Sulfite entsteht unter anderem der Rohstoff Schwefel. Durch Zirkulierung durch eine Filter-Anlage werden die nicht reaktionsfähigen Bestandteile (Asche) abgetrennt.
Im Durchlauf-Brennofen findet eine exotherme chemische Reaktion statt. Die Zündung im Brennofen erfolgt vorzugsweise mit Propan/oder durch Zufuhr von elektrischer Energie. Die entstehende Wärme aus beiden Prozessen, der Verbrennung von Kohlenstaub und der Reaktions-Energie, wird in Thermalöl als thermische Energie gespeichert. Das Thermalöl wird dabei aus dem Speicher in kontakt mit einem Durchlaufofen erwärmt. Danach erfolgt über eine Vorwärmung des Pulvergemisches die anschließende Rückführung in den Ölspeicher.
Die gespeicherte Wärmeenergie aus dem Brennofen wird zur Dampferzeugung in einem oder mehreren Dampfkessel genutzt. Der entstehende Dampf erzeugt über einen Turbosatz (Dampfturbine/Generator) elektrische Energie. Der erzeugte Strom wird im Verfahren eingesetzt und der Überschussstrom ins Netz eingespeist.
Die Erfindung nutzt dabei die Idee, das Aufbereiten des Bergbauwassers und die entstehende thermische Energie günstig zusammenzufassen. Üblicherweise fallen größere Mengen von Bergbauabwasser an.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeichnung erläutert. Dabei zeigt:
1 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiel des Verfahrens, und
2 ein schematisch dargestelltes Ausführungsbeispiel eines Elektrolyse-Kanals
In der 1 dargestellten Ausführung wird das Bergbauabwasser 1 in eine Flotationsanlage 8 eingeleitet. Dort wird das Wasser durch Luftzufuhr 6 über ein oberflächenaktives Element 7 belüftet und ein Teil der gelösten Eisen II- zu Eisen III-Verbindungen oxidiert.
Die Schwebstoffe werden über ein Ablaufwehr 54 und einen Auslass 55 abgeführt. Durch die Abwärme 5 aus Turbine 10 wird das Belüftungselement 7 erwärmt. Die Umlaufpumpe 11 homogenisiert und belüftet das Wasser mit den Düsen 53.
Über die Pumpe 12 gelangt das Wasser in die Elektrolysekanäle 2. Vorzugsweise werden diese Kanäle aus wirtschaftlichen Gründen aus dem Werkstoff Beton gefertigt.
Durch die Konstruktion der Kanäle wird die Strömungs-Geschwindigkeit reduziert und somit die Verweilzeit verlängert. Dabei erhält man Wertstoffe 3, deren Gehalt an Eisenverbindungen geringer ist und somit eine höhere Qualität darstellt. Wegen der hohen Leitfähigkeit und des Wärmeinhaltes des Prozesswassers fließen entsprechend hohe Ströme, die in kurzer Zeit die Ausscheidung von Wertstoffen 3 fördern. In den Kanälen werden entsprechende Elektroden so eingebracht, dass einfache Wartungs- und Reinigungsarbeiten problemlos ausgeführt werden können.
Nach Ausscheidung der Wertstoffe 3 wird das Prozesswasser mittels einer Pumpe 4 in das zweite Aufbereitungs-Becken 13 überführt. Im Becken 13 werden vorzugsweise ein oder mehrere Kaskaden 15 mit Überlaufkammern 17 vorgesehen. In ersten Kaskadenraum 15 wird das Bariumkarbonat 14 zugeführt. Dieser Kaskadenraum 15 wird mit entsprechendem Rohrwerk 16 vorgesehen zur Homogenisierung.
Es fallen die wasserunlöslichen Stoffe Bariumsulfat und Metall-Hydroxide und -Karbonate aus. In diesem Schritt wird der pH-Wert des sauren Abwassers bis zum Neutralpunkt erhöht.
Mittels Pumpen 18 wird das rückstandsfreie Prozesswasser entnommen und über einen Oberflächen-Filter 23 im Prozess weitergeleitet
Das Gemisch aus den ausgeschiedenen Stoffen und des Prozesswassers im Kaskadenraum werden mittels einer Pumpe 19 in vorzugsweise einen oder mehrere Zyklon-Abscheider 20 gepumpt. Durch diesen Prozess werden die Rückstände 21, Bariumsulfat und Metall-Hydroxide und -Karbonate abgetrennt.
Das von Sulfat befreite Filtrat des Prozesswassers wird durch ein Oberflächen-Filter 23 gepumpt und von Rest-Verunreinigungen und Partikeln befreit. Sollten hohe Natriumchlorid-Konzentrationen im Wasser vorliegen, so wird vorzugsweise dieses in einer Umkehr-Osmose-Anlage 24 entsalzt. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass das Wasser bis vor der Umkehr-Osmose-Anlage von Schwermetallen, Schwefel und andere Fremdpartikeln, inklusive Bariumkarbonat und Bariumsulfat, befreit ist. Diese Stoffe lagern sich ansonsten bevorzugt auf den Membranen ab und wären für eine zuverlässige Funktion einer Umkehr-Osmose-Anlage schädlich.
Durch die vorher genannte Abtrennung wird ohne zusätzliche Behandlung mit Chemikalien ein einwandfreier Betrieb der Umkehr-Osmose-Anlage gewährleistet. Zusätzlich ist die erhöhte Wassertemperatur Leistungs-steigernd für eine Umkehr-Osmose-Anlage.
Nach der Umkehr-Osmose-Anlage wird das behandelte Wasser belüftet 25 und, wenn erforderlich, mit UV-Lampen 26 oder vergleichbare Technik entkeimt. Durch diese Prozesse wird aus dem Bergbauabwasser über Prozesswasser Trinkwasser 49 erzeugt.
Der gewonnene Rückstand 21 wird mittels eines Fördersystems 22 in den thermischen Aufbereitungsprozess zur Gewinnung von Schwefel und Abtrennung der Asche weitertransportiert.
Der Rückstand 21 wird mittels des Fördesystems 22 in einen Aufbereitungs-Behälter 27 deponiert und getrocknet. Der vorzugsweise Aufbereitungs-Behälter ist ein Doppelmantel-Wärmetauscher 28 mit einem Rührwerk 29. Vorzugsweise sollte das Rührwerk 29 zusätzliche als Wärmetauscher ausgelegt werden.
Die benötigte Wärme wird von dem Kühlkreislauf 30 der Dampfturbinen 10 zugeführt. Im Aufbereitungs-Behälter wird Kohle als Kohlenstaub 31 zugemischt. Das Verhältnis der zur Rückstandsmasse 21 beträgt etwa 1 zu 3.
Die Kohle dient dazu, die chemische Reaktion mit dem Rückstand zur Erzeugung von Schwefel sicherzustellen. Der Vorteil der Nutzung von Kohle statt synthetischem Kohlenstoff ist, dass Kohle ist kostengünstiger und leichter erhältlich ist, insbesondere an Stellen, bei denen bergbauliche Aktivitäten stattfinden.
Für den chemischen Prozess im Brennofen ist ein Pulver-Gemisch wegen der großen Oberfläche der kleinen Partikel vorteilhaft, weil chemische Reaktionen u. a. von der Oberfläche der Reaktionspartner abhängig sind.
Das trockene Gemisch aus Rückstand und Kohle wird vorzugsweise in dem Doppelmantel-Rohr-Wärmetauscher 32 zugeführt und mit der Wärmeenergie aus dem thermischen Öl-Kreislauf 33 auf hohe Temperatur erwärmt.
In dem Brennofen 34 wird das Gemisch erhitzt. Durch Redox-Verfahren entsteht Bariumsulfid, Eisensulfid, Asche als Flugstaub, Stickstoff und Kohlendioxid. Durch das exotherme Verfahren wird die Überschussenergie in nutzbare thermische Wärmeenergie umgewandelt. Am Ende des Brennofens wird Wasser beigemischt. Dies ist mit Bezugszeichen 35 gekennzeichnet.
Die Reaktionsprodukte Bariumsulfid, Eisensulfid und Asche werden in das geschlossene Auffangbecken 36 abgeführt. Die Zugabe von Wasser 35 bindet den entstehenden Flugstaub und kühlt zusätzlich die Verbrennungsluft ab. Die dabei entstehenden Stoffe Kohlendioxid, Stickstoff und Wasserdampf aus dem Brennofen 34 werden in die Rohrleitung 56 abgeleitet und der Schwefelaufbereitungsanlage 38 zugeführt.
Im Auffangbecken 36 tritt ebenfalls Kohlendioxid ein. Die entstehende Kohlensäure im Becken 36 reagiert mit den Sulfiden unter Bildung von Schwefelwasserstoff. Das entstehende Schwefelwasserstoff-Gas, Kohlendioxid und Wasserdampf werden über die Leitung 52 der Schwefelaufbereitungsanlage zugeführt.
Ein Auffangbecken 37 mit einer Filteranlage 51 entfernt die Ascheanteile aus dem Prozess. Das Bariumsulfid und Eisensulfid wird anschließend in eine Schwefelaufbereitungsanlage 38 zur Schwefelgewinnung überführt.
Zur Dampf- und Stromerzeugung wird vorzugsweise ein thermischer Ölspeicher 39 eingesetzt. Dieses bietet den Vorteil, dass das Thermalöl hohe Temperatur aufnehmen kann und als thermischer Speicher geeignet ist. Das Öl wird über die Pumpe 40 im geschlossenen Kreislauf in den Außenmantel des Brennofens 34 gepumpt. Danach wird das Öl in den Rohrleitung 33 in den Doppelmantel-Rohrwärmetauscher 32 und zurück in den thermischen Ölspeicher 39 geführt.
Die aus dem thermischen Prozess gespeicherte Wärmeenergie wird in einem geschlossenen Kreislauf zur Dampferzeugung in einen Dampfkessel 41 abgeführt. Der Ölkreislauf 9 wird vorzugsweise vom thermischen Ölspeicher 39 über einen „super heat”-Wärmetauscher 42 im Gegenstrom in den Dampfkessel 41 und wieder zurück in den thermischen Ölspeicher 39 geleitet.
Der erzeugte Dampf im Dampfkessel 41 wird über den „super heat”-Wärmetauscher 42 überhitzt und danach in die Dampfturbinen 10 eingeleitet. Ein Generator (Stromerzeuger) 43 ist an die Turbine gekoppelt.
Die Kesselwasser-Versorgung wird vorzugsweise der Leitung 46 entnommen. Das Kondensat aus dem Kondensator 44 der Dampfturbine 10 wird als Speisewasser in das Kesselwasser des Dampfkessels 41 eingespeist. Verluste werden durch eine zusätzliche Leckwasser-Pumpe 45 ausgeglichen. Das Speisewasser enthält keine Salze und es kann daher keine Kesselsteinbildung entstehen.
Eine Vakuumverdampfer-Anlage 47 bietet zusätzlich die Möglichkeit, die Sole der Umkehr-Osmose-Anlage 24 zu verdampfen. Die Salze 58 werden dabei von reinem Wasser (Destillat) 59 abgetrennt und vorzugsweise in die Speisewasser-Leitung 46 eingeleitet. Die dazu notwendige Verdampfungswärme kann von dem Kondensat-Kreislauf 9 entnommen werden. Alternativ kann auch die Verdampfungswärme aus dem Dampfkessel 41 entnommen werden und in die Leitung 57 eingespeist werden. Mittels eines Ejektors wird dieser Verdampfungsprozess bei einem Druck von etwa 50 mbar und einer Temperatur von etwas 35°C stattfinden. Dadurch wird gewährleistet, dass auch Niedrigenergie wirtschaftlich eingesetzt wird. Die Pumpe 12 kann vorzugsweise als Ejektor betrieben werden.
Alternativ zu einem Vakuumverdampfer kann ein offenes Verdampfungsbecken vorzugsweise aus Beton gefertigt werden. In das Verdampfungsbecken wird vorzugsweise ein Rohrbündel-Wärmetauscher eingebaut. Die benötigte Wärme zur Heizung kommt aus Überschusswärme aus einer der thermischen Prozesse. Die gelösten Salze und ungelösten Stoffe werden nach einem besonderen Verfahren aufbereitet und aus dem Verdampfungsbecken mechanisch entfernt. Der entstehende Wasserdampf wird zurückgeführt mittels eines mit Kühlwasser durchflossenen Kondensators. Dieses rückgewonnene Kondensat wird vorzugsweise zur Leitung 59 geführt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Aufbereitung von Bergbauabwasser, bei dem Schwermetall-Ionen und Sulfat aus dem Wasser entfernt werden, indem eine Reduzierung zu Sulfid stattfindet und die gebildeten Sulfide vom Bergbauabwasser getrennt werden, zeichnet sich dadurch aus, dass mit Eisen II beladenes Bergbauabwasser 1 im Auffangbecken 8 mit Luft und Zugabe von Abfallwärme oxidiert. Danach wird das Prozesswasser in mehreren belüfteten Teilströmen bei reduzierter Strömungsgeschwindigkeit durch ein mit Elektroden versehene Kanäle 2 fließen. In 2 dargestellten Ausführungen zeigen einen Elektrolyse Kanal 60, in diesem wird die Ausscheidung von ungelösten Wertstoffen elektrochemisch bewirkt. Die Wertstoffe scheiden sich auf den Elektroden 61 ab. Dass Prozesswassers 62 wird in 60 eingeleitet und nach einer vorgeschriebenen Verweilzeit in Einheit 60 über die Leitung 63 abgeführt. Die Wertstoffe Kupfer, Nickel, Mangan, Kobalt und Uran werden dabei elektrolytisch abgeschieden. Die entstehenden Metall-Hydroxide 64 werden nach dem Aufschwemmen mit der Austragvorrichtung 66 in das Wehr 65 überführt und dadurch aus dem Prozesswasser entfernt. Die entstehenden Metall-Hydroxide liegen als Rückstand vor und werden getrocknet. Nach der Trocknung wird der Rückstand vorzugsweise über der Fördersystem 22 einem Aufbereitungs-Behälter 27 im thermischen Prozess zugeführt.
Die Stoffe Bariumsulfat und Metall-Hydroxide/Metall-Karbonate werden mit Kohlenstaub vermischt und mit der Abfallwärme in Leitung 33 getrocknet. Danach erfolgt eine zusätzlich Erhitzung, bevor die Mischung in einen Durchlaufofen 34 zugeführt wird. Der chemische Umwandlungsprozess erfolgt im Brennofen 34.
Die dabei entstehende Prozesswärme, die im Innenraum des Brennofens durch chemische Prozesse entsteht, wird abgeführt.
Alternativ kann der Rückstand und Kohlenstaub direkt als Pulvergemisch chemisch umgewandelt werden. Die entstehenden Stoffe Bariumsulfid, Eisensulfid, Asche und Kohlendioxid können dann jeweils in ein eigenes geschlossenes Auffangbecken eingeleitet werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die entstehende Wärme aus der Verbrennung von Kohlenstaub und der chemischen Reaktions-Energie in einem thermischen Ölspeicher als Wärmeenergie zwischengespeichert.
Die entstehende Sole aus einer Umkehr-Osmose-Anlage kann bevorzugt in einen Vakuum-Verdampfer zur Abtrennung der gelösten Salze und ungelösten Stoffen eingeleitet werden. Dabei kann die notwendige Verdampfungswärme des Wassers von den exothermen chemischen Reaktionen geliefert werden.
Die thermische Energie aus der Verbrennung von Kohlenstaub und die chemische Reaktions-Energie aus dem Pulvergemisch werden schließlich einer Stromerzeugungseinrichtung 43 zugeleitet.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Aufbereitung von Bergbauabwasser 1 bei dem Schwermetallionen und Sulfat aus dem Wasser entfernt werden, indem eine Reduzierung zu Sulfid stattfindet und die gebildeten Sulfide vom Bergbauabwasser abgetrennt werden, ist allgemein also durch eine Oxidation des mit Eisen II-Salzen beladenen Bergbauabwasser 1 in einer Wärmeaustauscher-Vorrichtung 7 im Kühlkreislauf einer Dampfturbine 10 vorteilhaft. Wenn das Oxidieren mittels Zugabe von Luft 6 und Abfallwärme 5 erfolgt, und eine Weiterleitung des Prozesswassers in mehreren belüfteten Teilströmen bei reduzierter Strömungsgeschwindigkeit durch mit Elektroden versehene Kanäle 2 erfolgt, in denen elektrochemisch die Ausscheidung von ungelösten Wertstoffen 3 bewirkt wird, ergibt sich ein weiterer besonderer Vorteil.
Falls dann durch einen Abtrennschritt die entstehenden Metall-Hydroxide nach Aufschwemmen in die Kanäle 2 mit einer Austragsvorrichtung abgetrennt werden, ist dies eine bevorzugte Ausführungsform.
Weiter wird vorgeschlagen, dass die zu behandelnden Bergbauabwasser erst oxidiert werden, bevor der elektrochemische Prozess durchgeführt wird, und wiederum bevorzugt, dass dem Bergbauabwasser 1 direkt Bariumkarbonat zugegeben wird, wobei Bariumsulfat, Metall-Hydroxide und Metall-Karbonate abgeschieden werden.
Wenn dann der pH-Wert des Prozesswassers neutralisiert wird und – wiederum bevorzugt, dass Bariumsulfat und Metall-Hydroxide/Metall-Karbonate aus dem Rückstand einer Zyklon-Filter-Anlage 20 gewonnen werden, ist ein weiterer Vorteil realisiert.
Es wird zudem vorgeschlagen, die Stoffe Bariumsulfat und Metall-Hydroxide/Metall-Karbonate zusätzlich thermisch zu behandeln, bevorzugt bei einer Temperatur kleiner als 1000°C.
Es ist vorteilhaft, dass die entstehenden Metall-Hydroxide aus der Oxidation dem thermischen Prozess zur Entsorgung zugeführt werden.
Das Bariumkarbonat hingegen sollte vorteilhafterweise erst nach der elektrochemischen Ausscheidung von ungelösten Wertstoffen 3 der Entsorgung zugeführt werden.
Da das Trocknen des Rückstandes 21 über Abfallwärme der Dampfturbine 10 erfolgt und Kohlenstaub 31 beigemischt wird, oder auch dadurch, dass der Rückstand 21 und der beigemischte Kohlenstaub 31 nach einem Trocknungsprozess erhitzt werden, bevor die Mischung aus Verfahrensrückstand und Kohlenstaub in einem Brennofen 34 chemisch umgewandelt wird, kann ein zusätzlicher Vorteil erreicht werden.
Dabei sollte die Prozesswärme, die im Innenraum des Brennofens 34 durch die chemischen Prozesse entsteht, abgeführt und zur Energiewinnung genutzt werden.
Der Rückstand 21 und Kohlenstaub 31 können aber auch direkt als Pulvergemisch chemisch umgewandelt werden. Die entstehenden Stoffe Bariumsulfid, Eisensulfid, Asche und Kohlendioxid werden bevorzugt jeweils in ein eigenes geschlossenes Auffangbecken eingeleitet werden. Weiter wird vorgeschlagen, dass die entstehenden Gase Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid sowie Wasserdampf der Schwefelaufbereitungsanlage 38 zugeführt werden und/oder die entstehende Wärme aus der Verbrennung von Kohlenstaub 31 und die Reaktions-Energie in einem thermischen Ölspeicher 39 als Wärmeenergie gespeichert werden.
Schließlich wird bevorzugt die Sole aus einer Umkehr-Osmose-Anlage 24 in einen Vakuum-Verdampfer 47 zur Abtrennung der gelösten Salze und ungelösten Stoffen behandelt werden, wobei die notwendige Wärmeenergie für die Erwärmung und Verdampfung für diesen Prozess aus Abfallwärme aus thermischen Nutzungsprozessen der exothermen chemischen Reaktion gewonnen wird.
Dabei sollte die Sole aus einer Umkehr-Osmose-Anlage 24 in einem Verdampfungsbecken mit einem in den Boden eingelassenen Rohrbündel-Wärmetauscher zur Abtrennung der gelösten Salze und ungelösten Stoffen behandelt werden, wobei die benötigte Wärme zur Heizung aus dem thermischen Prozess gewonnen wird. Dass dabei die thermische Energie aus der Verbrennung von Kohlenstaub 31 und die chemische Reaktions-Energie aus dem Pulvergemisch einer Stromerzeugungseinrichtung 43 zugeleitet wird, steigert die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens erheblich. Dieser erzeugte Strom wird dem Verfahren wieder zugeführt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004006084 [0003]
US 5035807 [0004]

Claims

Verfahren zur Aufbereitung von Bergbauabwasser (1) bei dem Schwermetallionen und Sulfat aus dem Wasser entfernt werden, indem eine Reduzierung zu Sulfid stattfindet und die gebildeten Sulfide vom Bergbauabwasser abgetrennt werden, dadurch gekennzeichnet, dass mit Eisen II-Salzen beladenes Bergbauabwasser (1) einer Oxidation in einer Wärmeaustauscher-Vorrichtung (7) im Kühlkreislauf einer Dampfturbine (10) unterworfen wird.
Verfahren zur Aufbereitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Oxidieren mittels Zugabe von Luft (6) und Abfallwärme (5) erfolgt, und eine Weiterleitung des Prozesswassers in mehreren belüfteten Teilströmen bei reduzierter Strömungsgeschwindigkeit durch mit Elektroden versehene Kanäle (2) erfolgt, in denen elektrochemisch die Ausscheidung von ungelösten Wertstoffen (3) bewirkt wird.
Verfahren zur Aufbereitung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Abtrennschritt, bei dem die entstehenden Metall-Hydroxide nach Aufschwemmen in die Kanäle (2) mit einer Austragsvorrichtung abgetrennt werden.
Verfahren zur Aufbereitung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zu behandelnden Bergbauabwasser erst oxidiert werden, bevor der elektrochemische Prozess durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Bergbauabwasser (1) direkt Bariumkarbonat zugegeben wird, wobei Bariumsulfat, Metall-Hydroxide und Metall-Karbonate abgeschieden werden.
Verfahren, nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der pH-Wert des Prozesswassers neutralisiert wird.
Verfahren, nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Bariumsulfat und Metall-Hydroxide/Metall-Karbonate aus dem Rückstand einer Zyklon-Filter-Anlage (20) gewonnen werden.
Verfahren, nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stoffe Bariumsulfat und Metall-Hydroxide/Metall-Karbonate zusätzlich thermisch behandelt werden bei einer Temperatur kleiner als 1000°C.
Verfahren, nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die entstehenden Metall-Hydroxide aus der Oxidation dem thermischen Prozess zur Entsorgung zugeführt werden.
Verfahren, nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bariumkarbonat nach der elektrochemischen Ausscheidung von ungelösten Wertstoffen (3) zugeführt wird.
Verfahren, nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trocknen des Rückstandes (21) über Abfallwärme der Dampfturbine (10) erfolgt und Kohlenstaub (31) beigemischt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückstand (21) und der beigemischte Kohlenstaub (31) nach einem Trocknungsprozess erhitzt werden, bevor die Mischung aus Verfahrensrückstand und Kohlenstaub in einem Brennofen (34) chemisch umgewandelt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozesswärme, die im Innenraum des Brennofens (34) durch die chemischen Prozesse entsteht, abgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Rückstand (21) und Kohlenstaub (31) direkt als Pulvergemisch chemisch umgewandelt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die entstehenden Stoffe Bariumsulfid, Eisensulfid, Asche und Kohlendioxid jeweils in ein eigenes geschlossenes Auffangbecken eingeleitet werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die entstehenden Gase Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid sowie Wasserdampf der Schwefelaufbereitungsanlage (38) zugeführt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die entstehende Wärme aus der Verbrennung von Kohlenstaub (31) und die Reaktions-Energie in einem thermischen Ölspeicher (39) als Wärmeenergie gespeichert werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sole aus einer Umkehr-Osmose-Anlage (24) in einen Vakuum-Verdampfer (47) zur Abtrennung der gelösten Salze und ungelösten Stoffen behandelt wird, wobei die notwendige Wärmeenergie für die Erwärmung und Verdampfung für diesen Prozess aus Abfallwärme aus thermischen Nutzungsprozessen der exothermen chemischen Reaktion gewonnen wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sole aus einer Umkehr-Osmose-Anlage (24) in einem Verdampfungsbecken mit einem in den Boden eingelassenen Rohrbündel-Wärmetauscher zur Abtrennung der gelösten Salze und ungelösten Stoffen behandelt wird, wobei die benötigte Wärme zur Heizung aus dem thermischen Prozess gewonnen wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Energie aus der Verbrennung von Kohlenstaub (31) und die chemische Reaktions-Energie aus dem Pulvergemisch einer Stromerzeugungseinrichtung (43) zugeleitet werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erzeugte Strom dem Verfahren zugeführt wird.