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Dokumentenidentifikation DE10022502A1 12.04.2001
Titel Verfahren zur Metalleliminierung aus organisch saurer Lösung
Anmelder Koeckritz, Tim, 24105 Kiel, DE
Erfinder Koeckritz, Tim, 24105 Kiel, DE
DE-Anmeldedatum 03.01.2000
DE-Aktenzeichen 10022502
Offenlegungstag 12.04.2001
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.04.2001
IPC-Hauptklasse C02F 3/32
Zusammenfassung Es wurde ein Verfahren entwickelt, um Metallionen aus Abwässern, die organische Säuren beinhalten, zu eliminieren. Hierzu werden die Abwässer belüftet, wodurch die organischen Säuren durch mikrobielle Aktivität abgebaut werden und der pH-Wert des Abwassers auf basische Werte ansteigt. Über den Sauerstoffeintrag findet neben dem Abbau der organischen Säuren eine Oxidation reduzierter Metallionen, vornehmlich Eisen, statt. Hierdurch werden in Verbindung mit dem hohen pH-Wert schwerlösliche Metallniederschläge gebildet, die dem Abwasser entzogen werden können. Dies resultiert in einer Abwasserreinigung ohne den Zusatz neutralisierender Chemikalien unter gleichzeitigem Abbau organischer Abwasserinhaltsstoffe.

Beschreibung[de]

Durch organische Säuren wie Essig-, Glucon- oder Zitronensäure können feststoffgebundene Metallspezies wie Schwermetalle oder Radionuklide (G 94 20 866.2) in eine wässrige Lösung überführt werden. Hierdurch können unterschiedliche Substrate wie Böden, Sedimente oder Klärschlämme aber auch Oberflächen (z. B. Metall, Email oder Glas) von Metallverunreinigungen befreit werden.

Die Säuren können entweder direkt zur Metallmobilisation eingesetzt oder aus kohlenhydrathaltigen Reststoffen (z. B. Melasse) hergestellt werden (DE 43 04 446 A1). Bei allen aufgeführten Verfahren entstehen Abwässer, die, neben den eingesetzten organischen Säuren, die gelösten, mitunter toxischen Metallspezies enthalten. Die Reinigung der Abwässer von Metallionen kann nach dem derzeitigen Stand der Technik in Kationenaustauscher-, Sorptions- oder elektrochemischen Verfahren, aber auch durch eine chemische Fällung der Metalle als Salze erfolgen. Zur Salzbildung muß der pH-Wert der Metallösungen angehoben werden. Dies erfolgt normalerweise durch den Zusatz einer basischen Verbindungen.

Enthält ein metallverunreinigtes Abwasser jedoch organische Säuren und einige weitere Verbindungen wie Stickstoff und Phosphor, kann der pH-Wert biologisch auf basische Werte angehoben werden, ohne daß ein weiterer Chemikalieneinsatz notwendig ist. Zum Stand der Technik gehört, durch eine Steigerung der mikrobiologischen Aktivität eine Steigerung des pH-Wertes und eine sulfidische Metallfällung (DE 43 04 446 A1, DE 41 17 515 A1, DE 196 04 689 A1) herbeizuführen. Dabei werden die organisch belasteten Abwässer anaeroben Verfahren unter Sauerstoffausschluß unterworfen, die aufgrund des langsamen Stoffwechsels der Mikroorganismen mehrere Tage bis Wochen dauern können.

Organische Säuren können aber auch auf aeroben Wegen abgebaut werden (G 86 06 615.3). Hierfür ist eine Zufuhr von Sauerstoff notwendig, wodurch der Säureabbau und die Neutralisation eines Abwassers ungleich schneller verläuft.

Das Merkmal des vorliegenden Verfahrens basiert auf dem Umstand, daß bei einem aeroben Abbau organischer Säuren unter Zufuhr eines sauerstoffhaltigen Gases eine Immobilisierung von Metallionen möglich ist.

Zum einen wird durch die Sauerstoffzufuhr die mikrobiologische Aktivität im Abwasser gesteigert, so daß die organischen Säuren abgebaut werden und der pH-Wert des Abwassers auf basische Werte ansteigt. Zum anderen werden durch den Sauerstoff Metallionen (Eisen, Aluminium) oxidiert, die in Verbindung mit einem hohen pH-Wert mit den Schwermetallionen schwerlösliche Verbindungen eingehen. Liegt eine ausreichende Eisenmenge in einem Abwasser vor, entsteht innerhalb des Verfahrens ein Schlamm, der dem Abwasser z. B. durch Filtration entzogen werden kann. Ebenso kann über das Verfahren eine Immobilisierung bzw. Sorption der Schwermetalle an einem eisenhaltigen Substrat erfolgen, wie es z. B. unter DE 197 17 723 A1 beschrieben wurde, ohne daß ein Vorhandensein neutralisierender bzw. puffernder Feststoffanteile von Nöten ist. Die Anwendung einer speziellen Organismenkultur ist nicht notwendig, da die erforderlichen Mikroorganismen als ubiquitär bezeichnet werden können und über das gereinigte Substrat oder den Luftweg in das Abwasser eingetragen werden.

Beispiel 1

Durch die Reinigung eines schwermetallkontaminierten Bodenmaterials mit Zitronensäure entstand ein Abwasser, daß neben der eingesetzten Zitronensäure, Schwermetalle, aber auch hohe Eisenkonzentrationen enthielt (Tabelle 1).

Tabelle 1

Das kontaminierte Abwasser wurde für mehrere Tage belüftet, dies mit einem Anstieg des pH-Wertes unter gleichzeitigem Verbrauch von Citrat und Sauerstoff einher (Abb. 1).

Abb. 1

Mit dem Wiederanstieg des Sauerstoffgehaltes bildete sich bei dem eingestellten pH-Wert von 9,5 ein brauner Eisenhydroxidniederschlag, der abfiltriert wurde. Die Metallgehalte des behandelten Abwassers sind in Tabelle 2 dargestellt.

Tabelle 2 Beispiel 2

Unter Sauerstoffausschluß wird aus einer melassehaltigen, wässrigen Lösung eine saure Lösung hergestellt. Die Abnahme des pH-Wertes in der Lösung beruht auf dem mikrobiellen Umsatz der Kohlenhydrate zu organischen Säuren (z. B. Gluconsäure). Die saure Lösung wird zur Mobilisierung von Schwermetallen aus einem Reststoff eingesetzt. Es entsteht ein schwermetallkontaminiertes, saures Abwasser, das belüftet wird. Durch die Belüftung werden die organischen Säuren abgebaut und mit dem Anstieg des pH-Wertes auf 9,5 entsteht ein rostbrauner Eisenhydroxidschlamm, der abfiltriert wird.

Beispiel 3

Zur schonenden Entfernung der Anlaufschichten von Schweißnähten an nicht-polierbaren Stellen wird eine auf pH 5 eingestellte Zitronensäurelösung eingesetzt. Dem zitronensauren, eisenhaltigen Abwasser wird in Spuren Stickstoff, Phosphat oder ein kohlenhydrathaltiger Reststoff zugesetzt, so daß ein Wachstumsmedium entsteht. Durch die anschließende Belüftung entsteht ein Eisenhydroxidschlamm, der dem Abwasser entzogen wird. Tabelle 1 Metallkonzentrationen [mg/l,] eines zitronensauren Abwassers nach einer Passage durch ein schwermetallkontaminiertes Bodenmaterial



Tabelle 2 Die Metallgehalte nach der biologischen Abwasserbehandlung




Anspruch[de]
  1. 1. Die biologische Einstellung eines neutralen bis basischen pH-Wertes in einer Flüssigkeit oder einem Feststoff unter dem Abbau organischer Säuren durch Sauerstoffzufuhr zum Zwecke der Immobilisierung von Metallionen.
  2. 2. Die Herstellung eines Wachstumsmediums für Anspruch 1 durch den Zusatz von Kohlenstoff-, Sauerstoff-, Stickstoff und Phosphorverbindungen einschließlich dem Zusatz kohlenhydrathaltiger Reststoffe (z. B. Melasse), die unter Sauerstoffzufuhr ein mikrobielles Wachstum nach Anspruch 1 ermöglichen.
  3. 3. Die, aus Anspruch 1 entstehende, Immobilisierung von Metallionen durch Fällungs- oder Sorptionsprozesse.
  4. 4. Da Komplexbildner wie organische Säuren die Rückgewinnung von Metallionen aus Lösungen durch Sorptions- und Kationenaustauschprozesse behindern können, ist Anspruch 1 geeignet, die organischen Säuren zu eliminieren und Metallionen somit freizusetzen. Es wird daher die aerobe, biologische Eliminierung organischer Säuren zum Zwecke der Metallfreisetzung aus Komplexbindungen mit organischen Säuren beansprucht.






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