Bioreaktoren - heterotrophe Sulfatreduktion
Verfahrensbeschreibung
Durch Zugabe einer gut verwertbaren Kohlenstoffquelle wird in einem geschlossenen Reaktor mikrobielle Sulfatreduktion induziert.
Einsatzbereich
sulfat- und eisenhaltige Oberflächenwässer
Behandlungsziel
Minderung der Sulfatkonzentration in Oberflächengewässern und Erhöhung der Alkalinität (Minderung der Säurelast)
Verfahrensart
Bergbau
Umwelteinflüsse
Errichtung einer technischen Wasserbehandlungsanlage; Entnahme und Einleitung von Wasser; Deponierung von Sulfidschlämmen
Überwachung
Monitoring des Zu- und Ablaufs der Anlage
Nachsorge
Monitoring des Zu- und Ablaufs der Anlage
Nachbesserung
Rückführung des entstehenden Sulfids in einem separaten Reaktor, um im Zustrom ebenfalls enthaltene Metall(oid-)e als Sulfide zu fällen und somit ihre toxische Wirkung auf die Sulfatreduzierer zu unterbinden
Relevante Prozesse
- Mikrobielle Sulfatreduktion
- Eisensulfidfällung
- Sulfidstrippung
- Rückoxidation
Anwendungsstand
Entwicklungsphase
Zeitaufwand
keine Angabe
Rechtliche Anforderungen
Arbeitsschutz
- TRGS 524; bei Glycerin als C-Quelle: TRGS 402, 500, 509, 510, 524, 800;
- DGUV-Regel 101-004 „Kontaminierter Bereiche“, bei Glycerin als C-Quelle: DGUV-Regel 112-195 "Benutzung von Schutzhandschuhen";
- GefStoffV;
- Materialienband "Leitfaden zum Arbeitsschutz bei der Altlastenbehandlung" des Freistaates Sachsen;
- DIN-Vorschriften der VOB Teil C
Bestehende Patentrechte
Verschiedene Prozessauslegungen wie z.B. BioSure®, Thiopaq®
Genehmigungsfähigkeit
Zugabe einer Kohlenstoffquelle in den behandelten Wasserstrom, sichere Deponierung der Sulfidschlämme; Einleitung des behandelten Wassers (Rest - Corg)
Erforderliche Genehmigungen
| Gesetz | Notwendig |
|---|---|
| Abfallrecht | u. U. |
| Baurecht | Ja |
| Immissionsschutzrecht | Nein |
| Wasserrecht | Ja |
| Sonstige | u. U. |
Bewertung
Eignungsgrad für Schadstoffe
gut
- Sulfate
- Schwermetalle
- basisches Wasser
bedingt
- Arsen
- Blei
- Cadmium
- Phosphate
- Saures Wasser
ungeeignet
- Schwebstoffe mit adsorbierten Schadstoffen
- Schwefelwasserstoff
Umweltauswirkung
| hoch | mittel | gering | ohne | |
|---|---|---|---|---|
| Transportaufkommen | X | |||
| Abfallaufkommen | X | |||
| Flächenbedarf | X | |||
| Bodenbelastung | X | |||
| Grundwasserbelastung | X | |||
| Luftbelastung | X | |||
| Lärmbelastung | X |
Anforderungen
- pH-Optimum der heterotrophen Sulfatreduktion 7…7,5
- Anpassung des Verfahrensschemas mit H2S-Rückführung bei toxischen Metallkonzentrationen
Anforderungen an Umwelt
- Entnahme und Einleitung von Wasser
- Zufuhr einer Kohlenstoffquelle in den behandelten Wasserstrom – vollständiger Abbau?
Beispiele weltweit
- einige full scale Anlagen
- Mintek Kohlemine, Südafrika (Pilotanlage)
- Grootvlei Goldmine, Südafrika, BioSURE-Prozess
- Budelco, Zinkraffinerie, Aufbereitung Prozesswasser mit THIOPAC®-Verfahren
Beispiele in Sachsen
- Pilotvorhaben am Standort Nochten
Leistungsfähigkeit unter sächsischen Bedingungen
- für Hotspots gefasster Wässer;
- eher geeignet für sehr hohe Konzentrationen (mehrere g/L Sulfat)
Vorteile
- gute Prozesskontrolle (aktives Verfahren)
- Erzeugung hoher Alkalinitäten
- hohe Reaktionsraten möglich
- Gewinnung von Metallsulfiden bei Kombination mit entsprechenden Aufbereitungsprozessen möglich
Nachteile
- Kosten für Wasserfassung
- generell hohe spezifische Kosten für Kohlenstoffquelle
- aufwendige Steuerung
- Reaktorvolumen begrenzt
- Verringerung der Raten im Winter, wenn Bioreaktor nicht temperiert wird
Investitionskosten
- 0,7 €/kg Sulfat (Pilotanlage 12 m³/h, Baukosten 690.000 €, Bioplanta, 2012)
- dazu kommen Kosten für Planung
- ggf. Grundstückskauf und Genehmigung
Kosten für laufenden Betrieb
- 0,3 €/m³ Personalkosten (für o. g. Pilotanlage Bioplanta, 2012)
Kosten für Chemikalien
- 0,53 €/m³ (0,55 €/kgSO4) , 650 kg Melasse pro 1000 kg Sulfat (Bioplanta, 2012)
- 850 kg Corg pro 1000 kg Sulfat (Grootvlei Goldmine, Südafrika, Rose, 2013)
Datenstand
14.01.2020
Literatur
- Bilek F (2013) Grubenwassergenese und -behandlung Beiträge zur Modell- und Technologie-Entwicklung. Habilitationsschrift, Proceedings des Dresdner Grundwasserforschungszentrums e. V. Heft 48, ISSN 1430-0176.
- Rose P (2013) Long-term sustainability in the management of acid mine drainage wastewaters - Development of the Rhodes BioSURE Process Long-term sustainability in the management of acid mine drainage wastewaters – development of the Rhodes Bio-SURE Process. Water SA 39:583–592.
- van Lier, Buisman CJN, Piret NL (1999) THIOPAQ® technology: Versatile high-rate biotech-nology for the mining and metallurgical industries. Global symposium on recycling, waste treatment and clean technology; REWAS '99; 1999; San Sebastian, Spain, S. 2319-2328