Neutralisation: Passive Neutralisationsverfahren - Manganese Oxidation Bed MOB
Verfahrensbeschreibung
kalksteingefüllte Becken, die nicht vollständig mit Wasser geflutet werden. Die Manganoxidationsbetten unterstützen das Wachstum einer natürlich vorkommenden Mikroorganismen-Algen-Vergesellschaftung: Unterstützung der Manganfällung durch Mn-oxidierende Mikroorganismen (Bakterien und Pilzarten), katalysiert durch Mineraloberflächen, insbesondere die der Manganoxide selbst
Einsatzbereich
Saure, manganhaltige, weitestgehend eisenfreie Grubenwässer
Behandlungsziel
Entfernung von Mangan aus Grubenwässern
Verfahrensart
Bergbau
Umwelteinflüsse
Flächenbedarf
Überwachung
Monitoring des Zu- und Ablaufs der Anlage
Nachsorge
Monitoring des Zu- und Ablaufs der Anlage
Nachbesserung
Pyrolusit-Prozess Reaktor (Vail & Riley, 1995):
- Becken werden mit geeigneten mangan-oxidierenden Bakterien geimpft; für den (groß)technischen Einsatz werden die Bakterien vorher im Labor gezüchtet
„Gesteinsfilter nach Phillips“ (Phillips, et al., 1995):
- Kalksteinsubstrat-Teich mit integrierten Matten aus Grünalgen und Mikroorganismen (Algenmattensystem); Start der biologischen Prozesse durch den Einbau dieser Algen/Mikroorganismen-Matten optimiert
Passive Manganbehandlung nach Johnson (2003):
- Optimierung durch Belüftung (Bereitstellen von Aktivierungsenergie, die zur Überwindung der kinetischen Beschränkungen der Manganoxidation), für kältere Klimazonen, für Standorte mit begrenzter Fläche, effiziente Manganentfernung in Anwesenheit von Eisen
Relevante Prozesse
- Auflösung des Kalksteins durch AMD
- auf der Oberfläche der Kalksteinbruchstücke wachsende Mikroorganismen oxidieren das Mangan
- sobald sie das Mangan oxidieren und die Fällung des Manganoxids induzieren, katalysiert die mineralische Oberfläche eine zusätzliche Manganoxidation (Autokatalyse)
- beim autokatalytischen Prozess binden Oberflächenhydroxylgruppen auf den Mn-Oxid-Oberflächen Mn(II) in inneren Kugeloberflächenkomplexen, die eine schnelle Oxidation fördern
- mit fortschreitender Reaktion nimmt die Oberfläche des Mn-Oxids zu, wodurch die heterogene Reaktionsgeschwindigkeit erhöht wird
- große MnO2-Ablagerungen bilden im Inneren einen Biofilm (Wad), welcher sich nach einer gewissen Zeit in die äquivalente kristalline Form des MnO2 (Pyrolusit) umwandelt
- die Algen verwenden das MnO2, um den Mikroorganismen im fließenden Wasser an den Gesteinsoberflächen Halt zu geben und verbessern zudem die Sauerstoffversorgung und erleichtern so die Entfernung von Mangan
Anwendungsstand
Entwicklungsphase
Zeitaufwand
kleiner 1 Jahr
Rechtliche Anforderungen
Arbeitsschutz
- TRGS 500, 509, 510, 524
- 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
Pyrolusit-Process-Reactor® US-Patentnr.: US005441641A)
Genehmigungsfähigkeit
prinzipiell gegeben; Einsatz von calcium-getragenen alkalischen Produkten zur Neutralisation ist genehmigungsfähig
Erforderliche Genehmigungen
| Gesetz | Notwendig |
|---|---|
| Abfallrecht | u. U. |
| Baurecht | Ja |
| Immissionsschutzrecht | Nein |
| Wasserrecht | Ja |
| Sonstige | u. U. |
Bewertung
Eignungsgrad für Schadstoffe
gut
- Schwermetalle
- Saures Wasser
bedingt
- Schwebstoffe mit adsorbierten Schadstoffen
- basisches Wasser
ungeeignet
- Sulfate
- Phosphate
- Schwefelwasserstoff
Umweltauswirkung
| hoch | mittel | gering | ohne | |
|---|---|---|---|---|
| Flächenbedarf | X | |||
| Bodenbelastung | X | |||
| Grundwasserbelastung | X | |||
| Luftbelastung | X | |||
| Lärmbelastung | X | |||
| Transportaufkommen | X | |||
| Abfallaufkommen | X |
Anforderungen
- Kalksteinbruchstücke 10 – 30 mm
- eisenfreie bis gering eisenbelastete Wässer
Anforderungen an Umwelt
- Flächenbedarf
Beispiele weltweit
- Reaktoren in den ehemaligen Kohleminen im Osten der USA im Einsatz
Leistungsfähigkeit unter sächsischen Bedingungen
- da meist eisenbelastete AMD vorliegen, Vorbehandlung zur Eisenreduktion notwendig
Vorteile
- passive Alternative für die Behandlung manganhaltiger Wässer bei geringen Platzverhältnissen
- Polierschritt bei zu hohen Mangankonzentrationen im Ablauf
Nachteile
- liegen Mangan und Eisen nebeneinander vor, ist die Entfernung des Mangans generell schwieriger, da höhere pH-Werte zur Ausfällung benötigt werden und die Kinetik der Mangan-Oxidation langsamer verläuft
Kosten für laufenden Betrieb
- Gering
Kosten für Chemikalien
- Kalksteinbruchstücke
- ggf. Algen/Mikroorganismen-Matten
- ggf. geeignete mangan-oxidierende Bakterien
Datenstand
17.01.2020
Literatur
- Christenson, H., Pope, J., Trumm, D., Uster, B., Newman, N., & Young, M. (2016). Manganese removal from New Zealand coal mine drainage using limestone leaching beds. Proceedings IMWA 2016 Leipzig/Germany | Mining Meets Water – Conflicts and Solutions, (S. 906–912).
- Hedin, R. S., Narin, R. W., & Kleinmann, R. L. (1994). Passive Treatment of Coal Mine Drainage. (US Department of the Interior, Hrsg.) Bureau of Mines Information Circular.
- INAP. (2009). Global Acid Rock Drainage Guide (GARD Guide). The International Network for Acid Prevention. Von http://www.gardguide.com abgerufen
- Johnson, K. (2003). The importance of aeration in passive treatment schemes for manganese removal. Land Contamination & Reclamation, 11 (2), S. 205-212.
- Lehigh Environmental Initiative. (2000-2011). Pyrolusite® process. Lehigh University. Von http://www.ei.lehigh.edu/envirosci/enviroissue/amd/links/passive6.html abgerufen
- Phillips, P., Bender, J., Simms, R., Rodriguez-Eaton, S., Britt, C., & . (1995). Manganese removal from acid coal-mine drainage by a pond containing green algae and microbial mat. Water Science and Technology, 31(12), S. 161-170.
- PIRAMID Consortium. (2003). Engineering guidelines for the passive remediation of acidic and/or metalliferous mine drainage and similar wastewaters. European Commission 5th Framework RTD Project no. EVK1-CT-1999-000021 "Passive in-situ remediation of acidic mine / industrial drainage" (PIRAMID), University of Newcastle Upon Tyne, Newcastle Upon Tyne, UK.
- Rose, A., Shah, P., & Means, B. (2003). Case studies of limestone-bed passive systems for manganese removal from acid mine drainage.
- Vail, W., & Riley, R. (1995). Prozess for removing manganese from solutions including aqueous industrial waste. Patentschrift.
- Vail, W., & Riley, R. (1995). United States Patent Patentnr. US005441641A.