Projekt 14686/01

Entwicklung eines Verfahrens zur Oxidation schwer abbaubarer Cyanokomplexe

Projektdurchführung

WADI GmbHfür Beratung, Forschung, Entwicklung
Erfurter Str. 4
85386 Eching

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Ziel dieses Projekts war es, die Leistungsfähigkeit der elektrolytischen Oxidation mit Bleidioxid-Anoden für den Abbau von stabilen Cyanokomplexen genauer zu bestimmen und mit den bisher bekannten Behandlungsverfahren UV/H2O2 und Ozon zu vergleichen.
Des weiteren sollten eingehende Untersuchungen zur Bleidioxid-Korrosion an den Elektroden durchgeführt werden. Vor allem waren die Einflüsse von organischen Begleitsubstanzen, Chloridkonzentration, Cyanidkonzentration, Temperatur und Stromdichte sowie die Lagerung der Elektroden zu untersuchen. Aber auch die Auswirkung von katalytisch aktiven Substanzen war von Interesse. Es sollten die optimalen Bedingungen ermittelt werden, um maximale Elektrodenstandzeiten zu erreichen. Außerdem sollte die Möglichkeit der Elektrodenregenerierung untersucht werden.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie WADI GmbH war für die Projektkoordination zuständig, dies umfasst die wissenschaftliche Betreuung des Vorhabens durch Prof. Wabner und Dr. Wurdack, das Knüpfen von Kontakten zu Firmen mit entsprechenden Abwasserproblemen und die Bereitstellung bzw. den Bau von geeigneten Laborreaktoren.
Die Arbeitsgruppe Angewandte Elektrochemie führte eine wissenschaftliche Studie durch, mit dem Ziel, die verschiedenen Verfahren bezüglich der Entgiftung von komplex gebundenem Cyanid zu bewerten. Zusätzlich wurden verschiedene elektrochemische Zellen untersucht mit Blick auf die Verringerung des Energieverbrauchs.
Die Industriepartner Voest-Alpine Industrieanlagenbau GmbH, Bodycotte Mahler GmbH und Galvano Weis lieferten die unterschiedlichen Abwässer und zahlreiche Anregungen bezüglich der Anforderungen einer entsprechenden Abwasserbehandlungsanlage in der industriellen Praxis.


Ergebnisse und Diskussion

Der Vergleich der verschiedenen Verfahren zeigte, dass die vollständige Oxidation von komplex gebundenem Cyanid in Modell-Lösungen prinzipiell sowohl mit UV-aktiviertem Wasserstoffperoxid, als auch mit der elektrochemischen Oxidation (Bleidioxid- und Diamant-Anoden) möglich ist.
Problematisch bei dem photochemischen Verfahren ist die geringe Eindringtiefe der Strahlung bei stark gefärbten Abwässern und die bisweilen dramatische Schaumbildung durch Zersetzung des Wasserstoffperoxides sowie die regelmäßig notwendige Reinigung der Strahler bzw. Schutzrohre.
Das elektrochemische Verfahren machte bei der Durchführung wesentlich weniger Probleme, hier mussten keine Chemikalien zudosiert werden, die Schaumentwicklung war wesentlich geringer, außerdem konnten zusätzlich kathodisch Schwermetalle aus dem Abwasser entfernt werden. Probleme bereitet hier jedoch die Korrosion der Bleidioxid-Anoden, wodurch das behandelte Abwasser mit Blei belastet wird. Durch die Entwicklung einer speziellen Elektrolysezelle konnten die Bleikonzentrationen jedoch um den Faktor 10 gesenkt werden, durch die kaskadenartige Anordnung war es sogar möglich das in Lösung gegangene Blei bis unter die polarographische Nachweisgrenze kathodisch wieder abzuscheiden.
Sehr vielversprechend waren Versuche mit dotierten Diamant-Elektroden, durch den Einsatz dieses Anodenmaterials konnten nicht nur die Behandlungszeiten gesenkt werden, sondern auch eine bessere Entfärbung und ein besserer CSB-Abbau erreicht werden. Außerdem konnte keine eindeutige Korrosion nachgewiesen werden. Nachteilig gegenüber Bleidioxid als Anodenmaterial ist nur der höhere Preis und die Tatsache, dass die Diamantschicht nicht so einfach regeneriert werden kann wie dies bei Bleidioxid der Fall ist.
Die durchgeführten Untersuchungen zeigen auch einen deutlichen ökonomischen Vorteil des elektrochemischen Verfahrens, da der berechnete Energieverbrauch pro abgebautes kg Cyanid erheblich geringer ist.
Eine weitere Verbesserung auch in ökologischer Hinsicht ist mit dem Ersatz der Bleidioxid-Anoden durch Diamant-Anoden zu erwarten, da hierdurch die Probleme mit der Bleidioxid-Korrosion wegfallen und somit keine zusätzliche Schwermetallbelastung entsteht.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Durch Präsentation der Ergebnisse auf verschiedenen Fachmessen und Tagungen (IFAT 1999, Achema 2000 und Jahrestagung der Wasserchemischen Gesellschaft 2000) wurde Interesse bei mehreren Firmen geweckt und der wissenschaftliche Austausch mit anderen Instituten gefördert. Eine Veröffentlichung in Vom Wasser (95, 223-228, 2000) ist bereits gedruckt, weitere sind in Vorbereitung.
Aufgrund der guten Ergebnisse wird momentan daran gearbeitet, eine Elektrolyseeinheit in die Produktion der Fa. Galvano Weis zu integrieren, um hier die anfallenden cyanidischen Spülwässer kontinuierlich zu entgiften und so die anfallenden Abwassermengen zu minimieren.


Fazit

Aufgrund der Ergebnisse ist das elektrochemische Verfahren gegenüber einer UV-angeregten Peroxidbehandlung zu bevorzugen, aufgrund des geringen apparativen Aufwands (keine Chemikaliendosierung), des einfacheren Betriebs (ohne Schaumprobleme) und des kleineren Energiebedarfs. Die Bleidioxidkorrosion ist durch eine geeignete Elektrolysezelle in den Griff zu bekommen. Die Ergebnisse mit Diamant-Anoden sind zwar sehr vielversprechend, dieses Elektrodenmaterial muss sich jedoch erst im Dauerbetrieb über einen längeren Zeitraum bewähren.