Projekt 10157/01

Entwicklung eines Kombinationsverfahrens zur chemisch-biologischen Behandlung cyanidbelasteter Abwässer

Projektdurchführung

Enretec Polychemie Entsorgungs- undRecyclingtechnik GmbH
Kanalstr. 17
16727 Velten

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Ein Problem bei der Behandlung industrieller Abwässer und Abfälle ist die Beseitigung von Cyaniden, die für ihre hohe Giftigkeit im menschlichen und tierischen Organismus bekannt sind. Im Abwasser wirken sie auch direkt als Giftstoffe, da sie mit Schwermetallen z.T. recht stabile wasserlösliche Komplexe bilden, die ein Ausfällen und Abtrennen der Metalle aus dem Abwasser verhindern. Dadurch können toxische Metallverbindungen in biologische Kläranlagen gelangen und deren Funktion beeinträchtigen, ins Oberflächenwasser ausgeschleppt werden und u.U. im Laufe der Zeit auch ins Grundwasser gelangen.

In vielen Fällen wird daher versucht, Produktionsverfahren auf cyanidfreie Methoden umzustellen. Dennoch kann in einigen Fällen nicht auf den Einsatz von Cyanid verzichtet werden. Vor allem in Stahlhärtereien und edelmetallverarbeitenden Betrieben fällt noch hochbelastetes Abwasser an. Wegen der hohen Bakterientoxizität ist eine biologische Behandlung mit den in Kläranlagen üblichen Mikroorganismen ohne vorherige Reduzierung (Entgiftung) des Cyanidgehaltes nicht möglich.
Ziel des Projektes ist die Entwicklung und Erprobung eines Kombinationsverfahrens Elektrochemie/Biotechnologie zur Entgiftung von mit Cyaniden kontaminierten Abwässern.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Entwicklungsarbeit soll im Labor und in der Betriebspraxis erfolgen. Die Firma Polychemie GmbH leitet den Bau und die Erprobung einer Pilotanlage, die entsprechend den Ergebnissen der Untersuchungen der Arbeitsgruppe Angewandte Elektrochemie ausgelegt werden soll. Die Arbeitsgruppe Angewandte Elektrochemie an der TU München prüft im Rahmen einer wissenschaftlichen Studie chemische Varianten zur oxidativen Behandlung der Cyanid-Abwässer in kleintechnischen Versuchen. Die Biophil Gesellschaft für Biotechnologie, Energie und Umwelttechnik GmbH führt die Untersuchungen zum biologischen Teil der Behandlung durch und baut einen Reaktor (Pilotanlage) zur biologischen Abwasserbehandlung.


Ergebnisse und Diskussion

In dem Entwicklungsprojekt wurde die Abbaubarkeit von Cyanid mit verschiedenen Oxidationsverfahren untersucht. Ausgewählt wurden die Oxidation mit Wasserstofferoxid, UV aktiviertem Wasserstoffperoxid und die elektrochemische Oxidation mit speziellen b-PbO2-Anoden.
Wasserstoffperoxid mit Kupfer und Formaldehyd als Katalysatoren war das ungeeignetste Oxidationsmittel. Der Abbau von Schwermetallcyano-Komplexen war sehr schlecht. Kaliumhexacyanoferrat konnte überhaupt nicht oxidiert werden. Mit UV-aktiviertem Wasserstoffperoxid konnten komplexe Cyanide zerstört werden, jedoch nur in sehr geringen Konzentrationen. Für stark gefärbte Abwässer ist das Verfahren aufgrund der geringen Eindringtiefe der Strahlung ebenfalls nicht geeignet. Am positivsten waren die Ergebnisse mit der elektrochemischen Oxidation. Selbst die stabilsten Cyano-Komplexe konnten oxidiert werden. Als problematisch stellte sich vor allem aber die beobachtete Bleikorrosion der Anoden heraus. Bei Untersuchungen mit einer Elektrolysezelle konnten im kontinuierlichen Betrieb jedoch deutlich geringere Bleikonzentrationen gemessen werden, so daß praktikable Lösungsansätze in naher Zukunft zu erwarten sind.
Durch Screening auf KCN-haltigen Nährmedien ist es gelungen, aus verschiedenen cyanidhaltigen Quellen insgesamt 6 Mikroorganismenstämme zu isolieren, die fähig sind, Cyanidverbindungen abzubauen. Bei einer Reihe elektrochemisch vorbehandelter industrieller Abwässer wurde der Abbau komplexer Cyanidverbindungen durch ausgewählte Mikroorganismen untersucht. Der Cyanidabbau wurde bestimmt durch die Ermittlung des Gesamtcyanidgehaltes während der Kultivierung der Mikroorganismen.
Dabei konnte festgestellt werden, daß der mikrobiologische Abbau der Cyano-Komplexe prinzipiell möglich ist. Die Effektivität aber wird bestimmt von den Eigenschaften des jeweiligen Cyano-Komplexes und seiner im Kultivierungsmedium der Mikroorganismen vorliegenden Konzentration.
Als besonders gut abbaubar erwies sich der Nickel-Cyano-Komplex aus Galvanikabwasser (Galvanik I).
Nur schwer abbaubar für die getesteten Mikroorganismen war der Gesamtcyanidgehalt aus unbehandeltem und behandeltem Kaliumhexacyanoferrat (Modellabwasser).
Für die Untersuchungen im Fermenter wurde Modellabwasser gewählt, weil es in ausreichender Menge und gleichbleibender Qualität zur Verfügung stand.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

- Präsentation auf der Achema 1997


Fazit

Am positivsten waren die Ergebnisse mit der elektrochemischen Oxidation. Selbst die stabilsten Cyano-Komplexe konnten oxidiert werden. Als problematisch stellte sich vor allem aber die beobachtete Bleikorrosion der Anoden heraus. Bei Untersuchungen mit einer Elektrolysezelle konnten im kontinuierlichen Betrieb jedoch deutlich geringere Bleikonzentrationen gemessen werden, so dass praktikable Lösungsansätze in naher Zukunft zu erwarten sind.
Die überprüften Mikroorganismen sind prinzipiell in der Lage Metallcyano-Komplexe in Abhängigkeit deren Art und der vorliegenden Konzentration abzubauen. Es liegt aber kein Mikroorganismus vor, der alle Metallkomplexe gleich gut abbaut. Für jeden Cyano-Komplex muß der entsprechende Mikroorganismus gefunden werden. Für eine weitere Bearbeitung des Themas ist die Steigerung der Cyanidabbauleistung der jeweiligen Mikroorganismen erforderlich. Dazu ist die Optimierung der Kultivierungsbedingungen (Nährmedienzusammensetzung, Temperatur, Rührung, Belüftung, Vorkulturführung) eine wichtige Aufgabenstellung