DD229887B5 - Process for the purification of heavy metal contaminated water - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung schwermetallkontaminierten Wassers und ist anwendbar bei Industrieebwässern mit geringen Schwermetallgehalten, für die eine Metallrückgewinnung uneffektiv ist. Weiterhin ist es zur Reinigung saurer, eisenhaltiger Tagebauwässer und schwermetallkontaminierter Grundwässer im Untergrund anwendbar.The invention relates to a process for the purification of heavy metal contaminated water and is applicable to industrial waters with low heavy metal contents, for which a metal recovery is ineffective. Furthermore, it is applicable for the purification of acidic, iron-containing open pit waters and heavy metal contaminated groundwater underground.

Das Verfahren ist auch zur Verhinderung der Ausbreitung von Stoffen, insbesondere von Schwermetallen, brauchbar, die durch punktförmigen oder flächenhaften Eintrag solcher kontaminierter Wässer in den Untergrund gelangt sind. Dies ist durch unsachgemäße Lagerung von Industrieabprodukten, defekte Speicherbehälter, Sickerwasser aus Deponien und im Bergbau durch Verwitterung von Schwermetallsulfiden, die in erheblichem Umfang im Untergrund vorhanden sind, möglich.The method is also useful for preventing the spread of substances, in particular heavy metals, which have penetrated into the ground by punctiform or areal entry of such contaminated waters. This is due to improper storage of industrial waste products, defective storage tanks, leachate from landfills and mining by weathering of heavy metal sulfides, which are present to a considerable extent in the underground, possible.

Das Verfahren ist an Standorten mit geeigneten hydrogeologischen Verhältnissen einsetzbar.The method can be used at sites with suitable hydrogeological conditions.

Zur Reinigung schwermetallhaltiger Wässer stehen Aufbereitungsverfahren unterschiedlichster Art zur Verfügung.For the purification of waters containing heavy metals, treatment processes of all kinds are available.

Bekannt ist ein lonenaustauschverfahren, das von VERMEULEN, KLEIN und HIESLER in „Adsorption and ion exchange" im Chemical Engineer's Handbook, Now York, McGrow-Hill, 1973 und von KÜMMEL, WINKLER und BECK in „Eliminierung und Rückgewinnung von Metallionen aus Abwässern -eine Übersicht", Acta hydrochim. hydrobiol. Heft 12 1984,227-237 beschrieben wurde. Hierbei werden Schwermetallkationen an einer Kunstharzmatrix gebunden und damit an der festen Phase angereichert.Known is an ion exchange method described by VERMEULEN, KLEIN and HIESLER in "Adsorption and ion exchange" in Chemical Engineers Handbook, Now York, McGrow-Hill, 1973 and by KÜMMEL, WINKLER and BECK in "Elimination and recovery of metal ions from wastewater Overview ", Acta hydrochim. hydrobiol. Issue 12 1984, 2227-237. Here, heavy metal cations are bound to a resin matrix and thus enriched in the solid phase.

Dieses Aufbereitungsverfahren ist teuer und benötigt entsprechend des Schwermetallgehaltes der Wasser große Mengen Elutionschemikalien.This treatment process is expensive and requires large quantities of elution chemicals, depending on the heavy metal content of the water.

Weiterhin sind nach WASSILEW und ZLATEW „Cadmium- und Zinkgewinnung aus Abwässern der Bleiproduktion", erschienen in Neue Hütte 26 (1981), 112-113, nach LÖSCHER und HEIL „Ein neues Verfahren zur Ausfällung von Schwermetallen aus Abwässern auf der Basis Polysulfid" und nach BHATTACHARYYA, JUMAWAN, GRIEVES „Separation of toxic heavy metals by sulfide precipitation", erschienen in Separation Science and Technology 14, 5 (1979), 441-452, Verfahren zur Fällung und Sedimentation von Schwermetallen als Hydroxide bzw. Oxidhydrate durch den Einsatz von Alkalisierungsmitteln bekannt. Auch gibt es Verfahren zur unterirdischen Enteisenung und Entmanganung, wie beiFurthermore, according to WASSILEW and ZLATEW "cadmium and zinc production from wastewater from lead production", published in Neue Hütte 26 (1981), 112-113, after LÖSCHER and HEIL "A new method for the precipitation of heavy metals from wastewater based on polysulfide" and after BHATTACHARYYA, JUMAWAN, GRIEVES "Separation of toxic heavy metals by sulfide precipitation", published in Separation Science and Technology 14, 5 (1979), 441-452, method for the precipitation and sedimentation of heavy metals as hydroxides or oxide hydrates by the use of There are also methods for underground de-ironing and demanganization, such as

- REIßIG, FISCHER und REIMANN- REISSIG, FISCHER and REIMANN

Laboratoriumsuntersuchungen zur unterirdischen Enteisenung von Grundwässern Acta hydrochim. hydrobiol. 10,5 (1982), 487-496Laboratory investigations on the underground de-ironing of groundwater Acta hydrochim. hydrobiol. 10.5 (1982), 487-496

- HALLBERG- HALLBERG

Methode zur Enteisenung und Entmanganung des Grundwassers im Erdreich IFO-AB Vyredox, 29500 Bromölla SwedenMethod for de-ironing and de-mangling groundwater in the soil IFO-AB Vyredox, 29500 Bromölla Sweden

- HARTMANN- HARTMANN

Beitrag zur Enteisenung und Entmanganung des Grundwassers im Grundwasserleiter Abschlußbericht Faching.-Studium „Grundwasser" TU Dresden, 1978Contribution to the de-ironing and demanganization of groundwater in the aquifer Final Report Faching.-Studium "Groundwater" TU Dresden, 1978

- ROTT, BOOCHS und BAROVIC- ROTT, BOOCHS and BAROVIC

Unterirdische Grundwasseraufbereitung durch Einleitung von sauerstoffhaltigem Wasser in den BodenUnderground groundwater treatment by discharging oxygenated water into the ground

Wasser und Boden 8 (1978), 206-211 nachzulesen ist.Water and Soil 8 (1978), 206-211 can be read.

Hier werden durch Infiltration sauerstoffhaltigen Wassers Eisen und Mangan in eine abscheidbare Form überführt. Die Oxydations- und Hydrolyseprodukte werden dabei im Untergrund abgelagert. Beide genannte Verfahren erfordern zur Durchführung einen hohen Investitions- und Betriebsaufwand und sind demzufolge teuer.Here, iron and manganese are converted into a depositable form by infiltration of oxygenated water. The Oxydations- and hydrolysis products are deposited in the underground. Both of these methods require a high investment and operating costs to carry out and are therefore expensive.

Ziel der Erfindung ist es, bei der Reinigung von schwermetallbelastetem Wasser ohne zusätzlichen Chemikalieneinsatz, mit niedrigem Bauaufwand und geringen laufenden Kosten eine hohe Effektivität zu erreichen.The aim of the invention is to achieve high efficiency in the purification of heavy metal polluted water without additional use of chemicals, with low construction costs and low running costs.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Untergrundwasserbehandlung für nur gering mit organischen und Schwermetallen belastete Wässer zu finden, insbesondere für solche mit Eisen, welches eine vorzeitige Verstopfung eines Filterbettes verhindert und in einer weiteren Ausgestaltung eine Schwermetallbarriere zur Verhinderung einer Grundwasserkontamination bildet.The invention has for its object to provide a method for underground water treatment for only slightly contaminated with organic and heavy metals water, especially for those with iron, which prevents premature clogging of a filter bed and forms a heavy metal barrier to prevent groundwater contamination in another embodiment.

Erfindungsgemäß geschieht dies dadurch, daß abgebundene gekörnte Kraftwerksasche bzw. Kraftwerksasche mit einer Trägersubstanz in einer Grube oder einem Graben deponiert wird, in welche laufend schwermetallkontaminiertes Wasser eingeleitet wird, wobei es aufgrund des alkalischen Pufferniveaus und der mechanischen Filterwirkung der Kraftwerksasche zu einer Ausfällung und nach einer Koagulation der Flocken zur Fixierung aller ausgeschiedenen Schwermetalle im Filterbett kommt. Anschließend wird das gereinigte Wasser mit Hilfe von Brunnen gefaßt und der Nutzung bzw. der Vorflut zugeführt, tn einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Ascheschicht senkrecht zur Strömungsrichtung des schwermetallkontaminierten Wassers in Form eines verfüllten Schlitzes in das Erdreich eingebracht, wobei der Mechanismus der Schwermetallretardation ebenso abläuft, wie bei der Wasserreinigung in einer Grube oder Graben.According to the invention, this is done by setting hardened granulated Kraftwerksasche or Kraftwerksasche is deposited with a carrier in a pit or a trench, in which continuously heavy metal contaminated water is introduced, it due to the alkaline buffer level and the mechanical filtering effect of Kraftwerksasche to a precipitate and after a Coagulation of the flakes to fix all excreted heavy metals in the filter bed comes. Subsequently, the purified water is taken with the help of wells and the use or the Vorflut supplied, tn a further embodiment of the method according to the invention, an ash layer is introduced perpendicular to the flow direction of the heavy metal contaminated water in the form of a backfilled slot in the soil, the mechanism of heavy metal retardation as well as when purifying water in a pit or ditch.

Ausführungsbeispielembodiment

An Hand eines Ausführungsbeispieles soll die Erfindung näher beschrieben werden.With reference to an embodiment, the invention will be described in more detail.

Sollen Schwermetalle (vorzugsweise Eisen) aus Industrie- und Bergbauwässern entfernt werden, wird das Alkalisierungsmittel Kraftwerksasche in reiner Form oder mit einer Trägersubstanz, beispielsweise Sand, gemischt und in einer zuvor angelegten und dem Durchsatz des Wassers angepaßten Grube oder in einem Graben ausgebracht. Eine Mischung mit Sand als Trägersubstanz dient zur Erhöhung des hydraulischen Durchlässigkeitskoeffizienten. Das erforderliche Mischungsverhältnis Kraftwerksasche-Sand hängt stark von der Acidität, vom Schwermetallgehalt und vom Durchsatz ab. Bei hoher Acidität, hohen Schwermetallgehalten und geringem Durchsatz ist es auch möglich, vollständig auf den Sand zu verzichten. Im Normalfall sollte das Mischungsverhältnis Kraftwerksasche-Sand in der Größenordnung 1:1 bis 3:1 liegen. Es ergeben sich hier kf-Werte von ca. 5 · E - 6 bis 0,25 · E - 6 m/s. Bei Einhaltung obiger Bedingungen sind Reinigungseffekte in der Größenordnung von 85-100 % zu erreichen. In einem kontinuierlichen Prozeß wird schwermetallhaltiges Wasser eingeleitet.If heavy metals (preferably iron) are to be removed from industrial and mining waters, the alkalization agent Kraftwerksasche is mixed in pure form or with a carrier substance, for example sand, and applied in a previously applied and the flow rate of the water adapted pit or in a trench. A mixture with sand as a carrier serves to increase the hydraulic permeability coefficient. The required mixing ratio Kraft ash sand depends strongly on the acidity, the heavy metal content and the throughput. With high acidity, high heavy metal content and low throughput, it is also possible to completely dispense with the sand. Normally, the mixing ratio of power plant ash sand should be in the order of 1: 1 to 3: 1. This results in kf values of about 5 · E - 6 to 0.25 · E - 6 m / s. If the above conditions are met, cleaning effects in the order of 85-100% can be achieved. In a continuous process, heavy metal-containing water is introduced.

Bei der Untergrundpassage kommt es aufgrund des alkalischen Pufferniveaus der Kraftwerksasche zu einer Ausfällung der Schwermetalle als Hydroxide, Oxidhydrate bzw. Carbonate entsprechend der von der lonenstärke abhängigen Löslichkeit und zur Fixierung an die Asche-Bodenmatrix.In the underground passage, due to the alkaline buffer level of power plant ash, precipitation of the heavy metals as hydroxides, oxide hydrates or carbonates occurs depending on the solubility dependent on the ionic strength and fixation on the ash-soil matrix.

Bei Mikrokomponenten, bei denen das Löslichkeitsprodukt der Carbonate und Hydroxide nicht überschritten wird, können Eisen(lll)-oxidhydratflocken eine Mitfällung und/oder Sorption an ihren Oberflächen bewirken. Tritt in Grubenwässern Eisen als Hauptschwermetallkomponente auf, werden beim Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens auch andere Schwermetalle auf diese Weise aus dem Wasser entfernt.For microcomponents in which the solubility product of the carbonates and hydroxides is not exceeded, iron (III) oxide hydrate flocs may cause coprecipitation and / or sorption on their surfaces. Occurs in mine waters iron as the main heavy metal component, other heavy metals are removed in this way from the water when using the method according to the invention.

Nach Koagulation der Flocken kommt es aufgrund der mechanischen Filterwirkung der Asche zur Fixierung der ausgeschiedenen Schwermetalle im Filterbett.After coagulation of the flakes occurs due to the mechanical filtering action of the ash to fix the precipitated heavy metals in the filter bed.

Das gereinigte Wasser wird mit Hilfe von Brunnen gefaßt und der Nutzung bzw. der Ableitung in die Vorflut zugeführt. Durch eine geeignete Wahl des Grubenstandortes, z. B. jenseits einer Wasserscheide, kann die Fassung des Wassers entfallen.The purified water is collected with the help of wells and fed to the use or discharge into the receiving water. By a suitable choice of mine site, z. B. beyond a watershed, the version of the water can be omitted.

Die Lebensdauer einer solchen Grube oder eines Grabens hängt von der Menge bzw. Pufferkapazität der eingesetzten Kraftwerksasche und im entscheidenden Maße von den Güteparametern des zu behandelnden Wassers ab.The life of such a pit or trench depends on the amount or buffer capacity of the power plant ash used and, to a significant extent, on the quality parameters of the water to be treated.

Ist die alkalische Kapazität der Kraftwerksasche erschöpft, wird das Asche-Bodengemisch erneuert. Die Gruben können jedoch auch mit Boden überdeckt und anderswo neu ausgehoben werden. Ausgelagertes Sand-Asche-Eisenoxidhydratmaterial kann unter dem Gesichtspunkt Umweltschutz ohne Bedenken auf der Kippe oder im Behandlungsraum verbleiben.If the alkaline capacity of the power plant ash is exhausted, the ash-soil mixture is renewed. However, the pits can also be covered with soil and re-dug elsewhere. Outsourced sand-ash-iron oxide hydrate material may be left in the dump or in the treatment room without concern from the point of view of environmental protection.

Eine weitere Möglichkeit des Einsatzes von Kraftwerksasche dient der Herstellung einer Schwermetallbarriere. Dies kann notwendig sein, wenn im Untergrund Strömungsprozesse eine ständig sich ausbreitende Schwermetallkontamination zur Folge haben. Dazu wird senkrecht zur Strömungsrichtung des schwermetallbelasteten Wassers ein Erdschlitz hergestellt, der mit einer Ascheschicht oder einem Asche-Sand-Gemisch verfüllt wird. Die Stärke der Aschebarriere richtet sich wiederum nach Qualität und Menge des Wassers.Another possibility of using Kraftwerksasche serves to produce a heavy metal barrier. This may be necessary if in the underground flow processes have a constantly spreading heavy metal contamination result. For this purpose, a Erdschlitz is produced perpendicular to the flow direction of heavy metal contaminated water, which is filled with an ash layer or an ash-sand mixture. The strength of the ash barrage depends in turn on the quality and quantity of the water.

Es verlaufen die gleichen Prozesse wie bei der Wasserreinigung in einem Graben oder einer Grube. Das Asche-Sand-Gemisch fungiert dabei als Fällungszone.The same processes take place as with water purification in a ditch or pit. The ash-sand mixture acts as a precipitation zone.

Der Einsatz eines Asche-Sand-Gemisches als Barriere für migrierende Spezies ist für alle Stoffe möglich, die im alkalischen Milieu feste, abscheidbare Fällungsprodukte oder gelartige Substanzen bilden, die beim Strömungsvorgang im Korngerüst des Grundwasserleiters zurückgehalten werden.The use of an ash-sand mixture as a barrier for migrating species is possible for all substances that form solid, precipitable precipitation products or gel-like substances in the alkaline medium, which are retained in the grain structure of the aquifer during the flow process.

Claims (2)

1. Verfahren zur Reinigung schwermetallkontaminierten Wassers für die Säuberung von Industrieabwässern mit geringen Schwermetallgehalten sowie saurer, eisenhaltiger Tagebauwässer und schwermetallbelasteter Grundwässer im Untergrund, gekennzeichnet dadurch, daß abgebundene gekörnte Kraftwerksasche bzw. Kraftwerksasche mit einer Trägersubstanz gemischt in einer Grube oder einem Graben deponiert wird, in welche kontinuierlich schwermetallkontaminiertes Wasser eingeleitet wird, wobei das alkalische Pufferniveau und die mechanische Filterwirkung der Kraftwerksasche zu einer Ausfällung und nach einer Koagulation der Flocken zur Fixierung aller ausgeschiedenen Schwermetalle im Filterbett führen, anschließend wird das gereinigte Wasser in Brunnen gefaßt bzw. der Vorflut zugeleitet.1. A method for purifying heavy metal contaminated water for the purification of industrial wastewater with low heavy metal contents and acidic iron-containing opencast waters and heavy metal contaminated groundwater in the underground, characterized in that hardened granulated Kraftwerksasche or Kraftwerksasche mixed with a carrier substance is deposited in a pit or a ditch, in which continuously heavy metal contaminated water is introduced, the alkaline buffer level and the mechanical filtering effect of Kraftwerksasche lead to precipitation and coagulation of the flakes to fix all the precipitated heavy metals in the filter bed, then the purified water is taken in wells or fed to the receiving water. 2. Verfahren zur Reinigung schwermetallkontaminierten Wassers nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß eine Ascheschicht aus reiner Kraftwerksasche oder im Gemisch mit einer Trägersubstanz senkrecht zur Strömungsrichtung schwermetallbelasteten Wassers in Form eines verfüllten, zuvor im Erdreich niedergebrachten Schlitzes eingebracht wird, wobei der Mechanismus der Schwermetallretardation ebenso abläuft, wie bei der Wasserreinigung in einer Grube oder einem Graben.2. A method for purifying heavy metal contaminated water according to claim 1, characterized in that an ash layer of pure Kraftwerksasche or mixed with a carrier perpendicular to the flow direction heavy metal contaminated water in the form of a filled, previously brought down in the soil slot is introduced, the mechanism of heavy metal retardation as well expires, as in the case of water purification in a pit or ditch.