Bioreaktoren - autotrophe Sulfatreduktion
Verfahrensbeschreibung
Die Behandlung erfolgt in 3 Teilschritten in geschlossenen technischen Tiefschacht-Reaktoren:
1): Fällung und Sedimentation allen im Grundwasser enthaltenen Eisens mit Sulfid als Eisensulfid, welches in 2 erzeugt wird.
2): Reduktion des Sulfates mit H2.
3): Abtrennung des Sulfides durch Strippung und Rückoxidation: Volumenstrom stark abhängig von der Sulfatkonzentration
Einsatzbereich
eisen- und sulfathaltige saure Wässer
Behandlungsziel
Metallentfernung, Neutralisation, weitgehende Sulfatentfernung, Alkalinitätserzeugung
Verfahrensart
Bergbau
Umwelteinflüsse
Errichtung einer technischen Wasserbehandlungsanlage; Deponierung von Sulfidschlämmen
Überwachung
Monitoring des Zu- und Ablaufs der Anlage
Nachsorge
Monitoring des Zu- und Ablaufs der Anlage
Nachbesserung
Weiterentwicklung notwendig; bei in-situ-Variante Verringerung Temperaturabhängigkeit
Relevante Prozesse
- Mikrobielle Sulfatreduktion
- Eisensulfidfällung
- Sulfidstrippung
- Rückoxidation
Anwendungsstand
Pilotanlage
Zeitaufwand
keine Angabe
Rechtliche Anforderungen
Arbeitsschutz
- TRGS 201, 400, 402, 407, 500, 510, 524, 555, 600, 723, 724, 745/TRBS 3145, 746/TRBS 3146, 800
- DGUV-Regel 101-004 „Kontaminierter Bereiche“, 112-190 „Benutzung von Atemschutzgeräten“
- Gefahrstoffverordnung GefStoffV
- Materialienband „Leitfaden zum Arbeitsschutz bei der Altlastenbehandlung“ des Freistaates Sachsen
- DIN-Vorschriften der VOB Teil C in der aktuellen Fassung
Bestehende Patentrechte
ggf. genutzte ADAG-Technologie Az 103 10 986.2-41; Az 103 10 991.9
Genehmigungsfähigkeit
sicherer Umgang mit Wasserstoffgas, sichere Deponierung der Sulfidschlämme; Einleitung von H2, CO2; Umleiten des Grundwasserstromes
Erforderliche Genehmigungen
| Gesetz | Notwendig |
|---|---|
| Abfallrecht | u. U. |
| Baurecht | Ja |
| Immissionsschutzrecht | Nein |
| Wasserrecht | Ja |
| Sonstige | u. U. |
Bewertung
Eignungsgrad für Schadstoffe
gut
- Sulfate
- Saures Wasser
- basisches Wasser
bedingt
- Phosphate
- Schwebstoffe mit adsorbierten Schadstoffen
- Chrom
- Schwermetalle
ungeeignet
- Schwefelwasserstoff
Umweltauswirkung
| hoch | mittel | gering | ohne | |
|---|---|---|---|---|
| Transportaufkommen | X | |||
| Abfallaufkommen | X | |||
| Flächenbedarf | X | |||
| Bodenbelastung | X | |||
| Grundwasserbelastung | X | |||
| Luftbelastung | X | |||
| Lärmbelastung | X |
Anforderungen
- Sulfatbelastung mit molar korrespondierender Metall(oid-)konzentration
- vorzugsweise geringe Sauerstoff- und Nitratkonzentration
- PH 4-8
- möglichst anaerobe Verhältnisse
- keine mobilisierbaren Metalloxide
Anforderungen an Umwelt
- geringer Flächenbedarf für Bau
- Entnahme und Einleitung von Wasser
- Umgang mit gefährlichen Gasen
Beispiele in Sachsen
- Technikumsversuch am Standort Burgammer erfolgt; Pilotvorhaben am gleichen Standort war geplant, wurde aber nicht weiter verfolgt
Leistungsfähigkeit unter sächsischen Bedingungen
- Reinigung nur bis ca. 0,2 g/L Sulfat
Vorteile
- gute Prozesskontrolle (aktives Verfahren)
- Reinigungsleistung an Sulfatkonzentrationen anpassbar
- Erzeugung extrem hoher Alkalinitäten
- Benötigt außer CO2 keine Chemikalien (H2- und O2-Erzeugung durch elektrochem. Wasserspaltung)
Nachteile
- Kosten für Wasserfassung bei der on-site Variante
- noch kein erprobtes Verfahren
- Umgang mit brennbaren und toxischen Gasen in geschlossenen Reaktoren (hohe Sicherheitsaufwendungen)
- hohe Kosten für die Schaffung eines geschlossenen Volumens im Untergrund
- Entsortung des FeS-Schlammes
Investitionskosten
- 120 €/m² reaktive Wandfläche (Uhlig, 2010)
- dazu kommen Kosten für Planung
- ggf. Grundstückskauf und Genehmigung
Kosten für laufenden Betrieb
- 1,2 €/kgSO4 Wasserstofferzeugung
- 2,0 €/kgSO4 Pumpkosten
Kosten für Chemikalien
- CO2, ggf. Nährstoffe, (H2 und O2 aus Wasserspaltung)
Datenstand
14.01.2020
Literatur
- Bilek F, Wagner S (2012) Long term performance of an AMD treatment bioreactor using chemolithoautotrophic sulfate reduction and ferrous iron precipitation under in situ groundwater conditions. Bioresource Technology 104:221–227.
- Bilek F (2013) Grubenwassergenese und -behandlung Beiträge zur Modell- und Technologie-Entwicklung. Habilitationsschrift, Proceedings des Dresdner Grundwasserforschungszentrums e. V. Heft 48, ISSN 1430-0176.
- van Houten RT, Pol LW, Lettinga G (1994) Biological sulphate reduction using gas-lift reactors fed with hydrogen and carbon dioxide as energy and carbon source. Biotechnol. Bioeng. 44:586–594.
- Wagner S (2011) Übertragung eines mehrstufigen chemischbiologischen Verfahrens zur Sulfatabreinigung und Metallelimination auf bergbaubeeinflusste Grundwässer. Dissertation, Proceedings des Dresdner Grundwasserforschungszentrums e. V. Heft 47, ISSN 1430-0176.