Zugabe von Flockungshilfsmitteln (in-situ)
Verfahrensbeschreibung
Verbesserung der Sedimentation im Fließgewässer (Flusskläranlage) durch Zugabe von Flockungshilfsmitteln (FHM).
FHM lösen sich im Wasser, sorbieren mit einzelnen Segmenten an verschiedenen Partikeln und führen so zu deren Zusammenlagerung. FHM sind meist langkettige anionische oder kationische Polymere.
Einsatzbereich
Sauerstoff- und (schwer-)metallreiche Fließgewässer
Behandlungsziel
Verbesserung insbesondere der (Metall-)Hydroxidkoagulation und damit Erhöhung der Sedimentationsgeschwindigkeit
Verfahrensart
Bergbau
Umwelteinflüsse
Trübung der Fließgewässer durch mehr Schwebstoffe; vermehrt Ablagerungen auf dem Gewässergrund/im Uferbereich
Überwachung
Monitoring des Zu- und Ablaufs der Anlage; ggf. Fließgewässermonitoring
Nachsorge
Monitoring des Zu- und Ablaufs der Anlage; ggf. Fließgewässermonitoring
Nachbesserung
Bei eisen- und aluminiumarmen, schwermetall- bzw. arsenreichen Wässern können Eisen- oder Aluminiumsalze (FeCl2, FeCl3, AlSO4 …) als FHM zur Fällung abzutrennender Wasserinhaltsstoffe zugegeben werden. Diese bilden im Zuge der Neutralisation die benötigten Eisenhydroxide, die wiederum die Schwermetalle sorbieren. Künstliche Becken neben den Flüssen könnten als Sedimentationsteiche für den gesamten Fluss genutzt werden, aufgrund der großen Retentionszeiten von mehreren Tagen sind jedoch große Becken oder Stillwasserflächen erforderlich, um eine dauerhafte Eisenhydroxid-
Sedimentation zu gewährleisten
Relevante Prozesse
- FHM sorbieren mit einzelnen Segmenten an verschiedenen Partikeln und führen so zu deren Zusammenlagerung
- FHM vermindern durch ihre Ladung auch die elektrostatische Abstoßung zwischen Partikeloberflächen, wodurch die Zusammenlagerung kleinerer Partikel zu größeren Partikeln gefördert wird.
- Entstabilisierung der Kolloide
- Bei Eisen-/Aluminiumsalzen: Erzeugung von Fe- oder Al-Hydroxiden, die als Sorbenten für die abzuscheidenden Schwermetalle dienen
Anwendungsstand
Stand der Technik
Zeitaufwand
kleiner 1 Jahr
Rechtliche Anforderungen
Arbeitsschutz
- TRGS 524
- DGUV-Regel 101-004 „Kontaminierter Bereiche“
- Gefahrstoffverordnung GefStoffV
- Materialienband „Leitfaden zum Arbeitsschutz bei der Altlastenbehandlung“ des Freistaates Sachsen
- DIN-Vorschriften der VOB Teil C in der aktuellen Fassung
Erforderliche Genehmigungen
| Gesetz | Notwendig |
|---|---|
| Abfallrecht | u. U. |
| Baurecht | Ja |
| Immissionsschutzrecht | Nein |
| Wasserrecht | Ja |
| Sonstige | u. U. |
Bewertung
Eignungsgrad für Schadstoffe
gut
- Schwebstoffe mit adsorbierten Schadstoffen
- Schwermetalle
- basisches Wasser
bedingt
- Saures Wasser
ungeeignet
- Sulfate
- Phosphate
- Schwefelwasserstoff
Umweltauswirkung
| hoch | mittel | gering | ohne | |
|---|---|---|---|---|
| Transportaufkommen | X | |||
| Abfallaufkommen | X | |||
| Flächenbedarf | X | |||
| Bodenbelastung | X | |||
| Grundwasserbelastung | X | |||
| Luftbelastung | X | |||
| Lärmbelastung | X |
Anforderungen
- Flockungshilfsmittel muss in jedem Fall mit einer entsprechenden pH-Einstellung kombiniert werden, da die meisten FHM stark sauer reagieren
- Das FHM wird normalerweise in granulierter Form als Feststoff bevorratet, in einer Ansetzstation mit Brauchwasser zu einer pumpbaren Lösung angesetzt und mittels Schlauchpumpe dem sauerstoffreichen (belüfteten), neutralisierten Wasserstrom zugegeben.
Anforderungen an Umwelt
- ausreichend große Stillwasserbereiche zur Sedimentation
- Regelmäßige Schlammberäumung
Beispiele weltweit
- Flusskläranlage Talsprre Spremberg: - Dosierung der Flockungshilfsmittel direkt in die Spree (ca. 30 Fließminuten nach Bekalkungsanlage Bülow) um die Bildung von gut sedimentierbaren Eisenhydroxidflocken zu ermöglichen (Behandlung von 15 m³/s) - 46 % der Eisenfracht der Spree in der Vorsperre zurückgehalten - Eisenrückhalt gesamt (Vor- und Hauptsperre) ca. 87 % (LMBV)
Leistungsfähigkeit unter sächsischen Bedingungen
- Einsatz von Flockungshilfsmitteln zielführend bei Schwermetallbelastungen im erzgebirgischen Bergbau, wo die gleichzeitig transportierte Eisenfracht nicht ausreichend hoch ist
- Die durch den Braunkohlenbergbau geprägten Wässer weisen abgesehen von Eisen, Mangan und Aluminium meist nur geringe Schwermetallbelastungen auf, so dass der Einsatz von Fällungsmitteln selten erforderlich ist
- An einigen Standorten ist die Arsenbelastung bedeutsam, welche durch den Einsatz von FeCl3 gemindert werden kann
Vorteile
- Verkürzung der Sedimentationszeit
- Dosierung nach Bedarf
Nachteile
- Flockungshilfsmittel muss bei Schwermetallbelastung meist stark überstöchiometrisch zugegeben werden
- Anfall höherer Schlammmengen - FHM führt zu Schlamm mit eher hohem Wassergehalt, der für die weitere Schlammverarbeitung nicht geeignet sind
- Teuer, da Kosten für FHM und Neutralisationsmittel sowie Schlammentsorgung
- Flocken bleiben Fließgewässer wegen der pH-Werte unter 7,5, der geringen Dichte an Feststoffen und der vorhandenen künstlichen FHM klein. Die Sedimentationsrate ist eher klein (Feldbeobachtungen: Sedimentation dauert auch im stillen Wasser mehrere Tage bis zu zwei Wochen). Die Eisenhydroxide bleiben viele Kilometer in der Schwebe und verschmutzen große Teile der Flüsse. Die Anwendung von FHM führen zu Schlamm mit eher hohem Wassergehalt, die die Flussbetten schnell verfüllen. Aus ökologischen Gründen sollte die Zugabe von FHM in natürlichen Umgebungen vermieden werden.
Investitionskosten
- Installation je einer Dosiervorrichtung für das Neutralisationsmittel bzw. das Flockungshilfsmittel
- Kosten für Planung
- Ggf. Grundstückskauf und Genehmigung
Kosten für laufenden Betrieb
- Regelmäßige Beschaffung des FHM und Neutralisationsmittel, inkl. Transport
- Energieverbrauch für Dosierung
Kosten für Chemikalien
- Flockungshilfsmittel und Neutralisationsmittel
Datenstand
22.01.2020
Literatur
- Bilek, F., Moritz, F., & Albinus, S. (2016). Iron-Hydroxide-Removal from Mining Affected Rivers. In C. Drebenstedt, & M. Paul (Ed.), Proceedings IMWA 2016 Leipzig/Germany | Mining Meets Water – Conflicts and Solutions, (pp. 151-158).
- Coulton, R., Bullen, C., Dolan, J., Hallett, C., Wright, J., & Marsden, C. (2003). Wheal Jane mine water active treatment plant - Design, construction and operation. Land Contamination & Reclamation, 11(2), S. 254-252.
- Coulton, R., Bullen, C., & Hallett, C. (2003). The design and optimization of active mine water treatment plants. Land Contamination & Reclamation, 11(2), S. 273-279.