aufbereitung von bergbau- und industrieabwässern mittels ... · shm sorpp shm sorpx einstellung...

Click here to load reader

Post on 11-Oct-2020

0 views

Category:

Documents

0 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

  • CIO Campus

    Aufbereitung von Bergbau- und

    Industrieabwässern mittels

    eisenbasierter Adsorbentien

    Susan Reichel1, , Eberhard Janneck1 , Diana Burghardt2, Stefan Peiffer3, Gunter Kießig4,

    Thomas Koch5, Ingolf Arnold5, M. Schlömann6, Jan Laubrich7

    1G.E.O.S. Ingenieurgesellschaft mbH, Freiberg,

    2 TU Dresden, Institute of Groundwater Management,

    3Universität Bayreuth, Chair of Hydrology, 4UBIG mbH, Wünschendorf,

    5Lausitz Energie Bergbau AG, Cottbus

    6 TU Bergakademie Freiberg, Institut für Biowissenschaften

    7Wismut GmbH, Chemnitz

  • Eisenhaltige Wässer als Rohstoff?

    Verwitterung von Pyrit und Markasit in Braunkohlekippen:

    1) FeS2 + 3,5 O2 + H2O Fe

    2+ + 2 SO42- + 2 H+

    2) FeS2 + 14 Fe3+ + 8 H2O 15 Fe

    2+ + 2 SO42- + 16 H+

    3) 14 Fe2+ + 3,5 O2 + 14 H+ 14 Fe3+ + 7 H2O

    microbial

    4) Fe3+ + 3 H2O Fe(OH)3 + 3 H+

  • WBA Tzschelln:

    20 Mio. m³/a Wasser

    Tagebau Nochten: 18 Mio t Braunkohle/Jahr

    Wasserhebung: ~ 120 Mio. m³/Jahr

    Wasserbehandlung: durch Belüftung, Zugabe von Kalkmilch bis pH 8-9 (Oxidation, Flockung, Schlammabtrennung und Eindickung),

    Wasserbehandlung im Tagebau

  • Durchfluss Menge erzeugten

    Schwertmannit

    Reaktorvolumen

    3 m³/h 10-15 t/year 48 m³

    Schwertmanniterzeugung im Pilotbetrieb

    Parameter

    pH 5.30

    EC (25°C) 2,930 µS/cm

    TIC 65 mg/l

    Cl 34 mg/l

    SO42- 1,970 mg/l

    Fe, total 300-400 mg/l

    Fe, diss. 320 mg/l

    Fe2+, diss. 320 mg/l

    Acidity 14 mmol/l

    4 Fe2+ + O2 + 4 H+ → 4 Fe3+ + 2 H2O

    16Fe3+ + 3,5 SO42- + 25 H2O Fe16O16(OH)9(SO4)3,5 + 41 H

    +

  • Eigenschaften Schwertmannit

    Schwertmannit:

    Molverhältnis:

    Fe : S

    Fe16O16(OH)12(SO4)2 8 : 1

    Fe16O16(OH)9(SO4)3,5 4,57 : 1

    Fe8O8(OH)x(SO4)y

    (x=8-2y; y=1.0…1.75)

    hohe Reaktivität und hohe Kapazität zur

    Sorption von Oxoanionen (arsenate,

    phosphate, vanadate, chromate,

    antimonate, molybdate)

    Schnelle Umwandlung in Wässern mit

    hoher Alkalinität

    0.125 Fe8O8(OH)6SO4 + 1.25 H2O Fe(OH)3 + 0.125 SO42- + 0.25 H+

    (conventional WT: FeCl3 + 3 H2O Fe(OH)3 + 3 Cl- + 3 H+)

  • SURFTRAP I: Development and Optimisation of a Process to Biosynthesize Reactive Iron

    Mineral Surfaces for Water Treatment Purposes

    SURFTRAP II: Finalization of processes for the biotechnological Schwertmannite synthesis and for passive

    water treatment systems by production of Schwertmannite agglomerates (product development)

    ProMine: Nano-particle products from new mineral resources in Europe (technical scale adsorbent production)

    SAWA: Utilization of schwertmannite as adsorbents for energy neutral, passive water treatment systems

    (Product optimization and application tests at pilot scale )

    Schwertmannit-

    synthese Rohmaterial Getrockneter SHM Agglomerationsprozess SHM-Adsorbent

    Modifikation der Pilotanlage Labortests Pilotversuche zur Wasserbehandlung Produktoptimierung

    Forschung und Entwicklung

  • Schwertmannitverwertung

    SHM SorpP SHM SorpX

    Einstellung des

    Wassergehaltes

    Kompaktierung

    Brechung und Siebung

    Einstellung des

    Wassergehaltes und

    Einmischung des organischen

    Binders

    Trocknung

    Brechung und Siebung

    EP 12167884: An adsorbent comprising schwertmannite, a method of preparing the adsorbent and the

    use of the adsorbent for purifying water or gas

    1 mm

  • Anwendung im Pilotmaßstab

    Parameter TOC HCO3- SO4

    2- Ca2+ Mg2+ Fe2+ As Mo PO43- U

    c(mg/L) 10-22 ≈ 1000 ≈ 1900 ≈ 30 ≈ 50

  • Eignungsprüfung eines Schwertmannitbasierten Adsorbenz in Helmsdorf (Bergbauabwasser)

    Q = 7,7-8,1 l/d, tA =16 - 20 min pro Tag Austausch v. 93-121 Bettvolumen (ABV)

    pH 5-Szenario: pH 7 pH 5 -Szenario:

    Versuchsmethodik der Säulenversuche

  • Ergebnisse des Pilotversuches in Helmsdorf

    Molybdänrückhalt

    in den vorderen

    Säulen des pH5-

    Szenario deutlich

    besser bei SHM-

    SorpP im Vgl. Zu

    FerrosorpPlus

    Arsenrückhalt in

    den vorderen

    Säulen des pH 5 –

    Szenario

    As > 0,3 mg/l:

    nach ca. 5000 BV

    FerrosorpPlus bzw. 5.500 BV

    (SHM-SorpP)

    Burghardt, D., Richter, J., Simon, E., Reichel, S. Janneck, E., Laubrich, J. (2016), Treatment of Seepage water from a

    tailings pond of uranium mining: column tests with a novel Schwertmannit adsorbent, conference proceedings,

    IMWA2016, Leipzig, Germany

  • Ergebnisse des Pilotversuches in Helmsdorf

    Arsenrückhalt in den

    vorderen Säulen

    des pH 7 – Szenario

    As > 0,3 mg/l: nach

    ca. 3.000 BV

    FerrosorpPlus bzw. 3.700 BV bei

    SHM-SorpP, 4000

    BV (GEH®104)

    kein

    Molybdänrückhalt

    0

    1000

    2000

    3000

    0 25 50 75 100 125 150

    Mo

    g/L

    ]

    Tage

    Molybdän-Konzentration der Säulen 4 (Zulauf Säulen 3 + pH 5)

    Zul. Ferro-4 Zul. GEH-4 Zul. SHM-4 Abl. Ferro-4 Abl. GEH-4 Abl. SHM-4

    Möglichkeit der Rückgewinnung von

    Molybdän:

    nach vorangegangener

    Arsenabtrennung bei pH 7 erfolgte nun

    die Absenkung des Zulaufes auf pH 5

    zur selektiven Molybdänsorption

    - signifikanter Rückhalt von Molybdän

    bei SHM-SorpP und GEH®104

  • pH 7: Beladung (mg/cm3) pH 5: Beladung (mg/cm3)

    As Mo PO4 As Mo PO4

    Ferrosorp®Plus 3.0

  • Eignungsprüfung eines Schwertmannitbasierten Adsorbens in der Halbleiterindustrie

    K1 K2 WBA

    Waste water

    SorpX SorpX

    Pilotversuch mit Prozessabwasser der Halbleiterindustrie:

    Parameter:

    pHInlet 6,71

    AsInlet 0,9-4,5 mg/l

    Q: 57 l/h

    mSorpX 9,2 and 8,9 kg

    column 13,5 cm

    Vcolumn 14,3 l

    ne 0,736

    tA 11 min

    SorpX 013/2015

  • Ergebnisse des Pilotversuches

    Entfernung von Arsen aus einem Prozessabwasser der Halbleiterindustrie

    - schnelle Adsorptionskinetik

    - hohe Beladungskapazität erreicht: 38 g As/kg TS

    - erst nach 14,000 FVB Überschreiten des Ablaufgrenzwertes von 0.3 mg/l

    Potential zur Wertstoffrückgewinnung nach erfolgter Arsenabtrennung

  • Metallrückgewinnung von beladenen

    Adsorbentien

    Adsorbent Beladung

    mit Mo

    [mg/g TS]

    Beladung

    mit V

    [mg/g TS]

    Beladung

    mit

    Phosphat

    [mg/g TS]

    SorpX 31-35 59-68 72-74

    SorpP 16,2 16,7 58

    FerroSorp® 2,45 15,3 47

    Bayoxide® 7,07 18 56,5

    Ergebnis:

    - ähnliche oder

    teilweise etwas

    bessere

    Rückgewinnung

    bei SorpX und

    SorpP im

    Vergleich zu

    FerroSorp und

    Bayoxide

    Rückgewinnung der adsorbierten Metalle und

    Phosphat:

    Desorption mittels NaOH, KOH oder Na2CO3 von

    beladenem SHM-SorpP, SHM-SorpX und anderen

    kommerziell erhältlichen Adsorbentien

  • Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

    Kontakt:

    G.E.O.S. Ingenieurgesellschaft mbH Gewerbepark „Schwarze Kiefern“

    09633 Halsbrücke Telefon: +49 3731-369268;

    Dr. Susan Reichel E-Mail: [email protected]

    www.geosfreiberg.de