Biotechnologische Kupferrückgewinnung aus Industrieabwasser

Jährlich werden in Deutschland etwa 1,5 Mio. Tonnen Kupfer verarbeitet. Allein in der Leiterplattenindustrie werden 800 Tonnen eingesetzt, wovon 50 % in das industrielle Abwasser beziehungsweise als Schlamm auf Deponien gelangen. Kupfer ist nicht nur ein sehr giftiger Abwasserinhaltsstoff, sondern zugleich eine wertvolle Ressource. Übliche Verfahren zur Reduzierung der Kupferbelastung des Abwassers (mehrere Gramm pro Liter) unter den Grenzwert von 0,5 Milligramm pro Liter haben erhebliche Nachteile: Mit einfachen Fällungs-/Flockungsverfahren kann auf die extrem hohen Schwankungen der Kupferkonzentration nur schwer reagiert werden. Die eingesetzten Fällungschemikalien und die aus der Fällung resultierenden großen Mengen an Schlamm, der als Sondermüll entsorgt werden muss, verursachen zudem hohe Kosten.

Zusammenarbeit von Eisen und Mikroorganismen
In einem Projekt der Universität Bremen werden kupferhaltige Abwässer in einem Bioreaktor aufbereitet. Das im Abwasser in sulfidisch gelöste Kupfer setzt sich durch eine Redoxreaktion in elementarer Form an einem Eisenkörper ab. Das Ende dieser Reaktion ist erreicht, wenn das Kupfer auf den Eisenkörpern - z.B. im Betrieb anfallender Eisenschrott - eine undurchlässige Schicht gebildet hat. Ohne Einflussnahme auf das chemische Reaktionsgleichgewicht kann das Kupfer aber nicht in ausreichender Reinheit und nicht bis unter den geforderten Grenzwert ausfallen. Dies wird erst durch den Einsatz von Bakterien möglich: Das entstehende Eisensulfat wird durch Mikroorganismen (Thiobacillus ferrooxidans) oxidiert und der Gleichgewichtsreaktion entzogen. Durch diese biochemische Reaktion - die Mikroorganismen oxidieren das 2-wertige Eisen zu 3-wertigem Eisen - kann das Reaktionsgleichgewicht derart verschoben werden, dass Kupfer quantitativ, d.h. bis unter die Nachweisgrenze, ausfällt und in großer Reinheit gewonnen werden kann. Bei Versuchen mit Modellabwasser wurde ein Reinheitsgrad des Kupfers von über 99 % erreicht und die gelöste Kupferkonzentration von 50 Gramm pro Liter auf unter 0,5 Milligramm pro Liter reduziert. Für Industrieabwasser werden die entsprechenden Untersuchungen zurzeit durchgeführt.

Aufbau und Einsatz einer mobilen Anlage
Aufgrund der in Vorversuchen gewonnenen Erkenntnisse wurde ein mobiler Bioreaktor konzipiert und vor Ort in Betrieb genommen. Mit kupferbelastetem Abwasser werden mittels eines zentrisch angeordneten Rührers die Eisenkörper angeströmt. Die Anlage kann wahlweise mit diskontinuierlicher oder kontinuierlicher Abwasserzuleitung betrieben werden. Neben dem biologischen Reaktor verfügt die mobile Anlage auch über ein Anzuchtgefäß, in dem die Mikroorganismen auf den Eisenkörpern herangezogen werden. Das ausgefällte Kupfer sammelt sich im Ablauftrichter des Bioreaktors und kann dort zur weiteren Verwertung zurückgewonnen werden.


Projektziel:
Rückgewinnung von Kupfer aus Industrieabwasser der Leiterplattenindustrie
Projektträger:
Universität Bremen Institut für Umweltverfahrenstechnik Prof. Dr.-Ing. Norbert Räbiger UFT-Gebäude Leobener Str. 28359 Bremen
Telefon:
0421 / 218-4223
Fax:
0421 / 218-4947
URL:
www.iuv.uni-bremen.de
E-Mail:
nraebig@iuv.uni-bremen.de