BMBF-Forschungsverbundprojekt SURFTRAP

SURFTRAP

 

SURFTRAP

Entwicklung und Optimierung eines Verfahrens zur
Biosynthese reaktiver Eisenmineraloberflächen für die Wasseraufbereitung

BMBF-Forschungsverbundprojekt im Rahmen des Sonderprogrammes GEOTECHNOLOGIEN
Themenschwerpunkt: ‚Mineraloberflächen- Von atomaren Prozessen zur Geotechnik‘

Forschungskennzeichen (FKZ): 03G0714                 Laufzeit:     01.07.2008 – 30.06.2011

Verbundkoordinator:                 Prof. S. Peiffer,        Lehrstuhl für Hydrologie, Universität Bayreuth

 

Ziel des Forschungsvorhabens ist es, unter Nutzung von Schwertmannit, welcher als Reststoff bei der Auf­berei­tung von Abwässern des Braunkohle­berg­baus anfällt, eine kostengünstige Wasser­be­handlungs­­technologie zur Arsen-Eli­mi­nation zu entwickeln. In Wässern höherer Alkalinität wandelt sich Schwer­tmannit rasch in Fe(III)-Hydroxide um, die reaktive Mineraloberflächen zur Schadstoff-Adsorp­tion bereit­stellen. Gegenüber dem Fe(III)Cl3-Einsatz werden pro mol Fe(OH)3 nur ca. 8% der Alkalinität und 4% der Salzkonzentration freigesetzt.

Prinzipskizze SURFTRAP
 

Im Forschungsverbund soll dieses innovative Wasserbehandlungskonzept durch die inter­disziplinäre Kooperation von drei universitären Forscher­gruppen,

·       der Arbeitsgruppe Umweltmikrobiologie am Institut f. Biowissenschaften der TU Freiberg (TUF),

·       dem Lehrstuhl für Hydrologie an der Universität Bayreuth (UBT) sowie

·       dem Lehrstuhl für Strukturforschung an anorganischen und biogenen Geomaterialien an der Ludwig Maximilians-Universität München (LMU),

einem mittelständigen Unternehmen (KMU),

·       der G.E.O.S. Freiberg Ingenieurgesellschaft mbH (GEOS)

sowie der Unterstützung der Industriepartner

·       Vattenfall Europe Mining AG (VAT) und Wismut GmbH (WIS)

von den mikrobiellen und strukturellen Grundlagen über eine Prozessoptimierung im Labormaßstab bis hin zu einer ersten Praxisanwendung im Pilotmaßstab entwickelt werden.

Kooperationsschema
 

Im Teilprojekt 1 (TUF) soll das Verständnis der Biomineralisation von Schwertmannit ver­bes­sert und dessen Bildungsbedingungen optimiert werden. Der biotische Mineral­bild­ungs­prozess wird unter verschiedenen Milieu­be­dingungen bzw. mit verschiedenen, z. T. aus der bestehenden Pilotanlage (TP2) kultivierten und isolierten Bakterienspezies untersucht. Die gebildeten Min­eral­strukturen werden anschließend mittels TEM, Radio­isotopie und SNMS analysiert. Der Einfluss von Eisen-Oxidase-Komplexen in den Zellmembranen von Bakterien soll durch bio­chemische Analysen und Struktur­aufklärung ermittelt werden.

Im Teilprojekt 2 (GEOS mit Unterstützung der Vattenfall Europe Mining AG) soll die Synthese von Schwertmannit in einer bereits bestehenden Pilotanlage biotechnologisch optimiert werden, um im Dauerbetrieb hohe Raum-Zeit-Umsatzraten zu erreichen. Hier­zu wird eine veränderte Reaktions­führung (getrennte Eisenoxidation und Schwert­mannit- Fällung), die Zugabe puffern­der Substanzen (zur Anhebung des pH-Wertes zur Optimierung der Schwertmannit- Fäll­ung) sowie der Einsatz von Träger­materialien (zur besseren Fixierung der Biomasse) getestet.

Im Teilprojekt 3 (LMU) wird die Struktur und Energetik der Arsen-Adsorption auf den Ober­flächen von Schwertmannit und seinen Transformationsprodukten untersucht. Struktur, Morpho­logie und Gefüge der in TP 1, 2 und 4 herge­stell­ten Minerale werden mittels SEM, TEM und XRD sowie die Struktur der As- Bindung mittels XAS und STS analysiert. Dichtefunktional­theorie-Rechnungen werden einge­setzt, um Adsorptions­prozesse zu berechnen und so die Auswertung der strukturellen Analysen zu stützen.

Im Teilprojekt 4 (UBT) werden die Wechselwirkungen von Schwert­mannit und seinen Trans­forma­tions­­­produkten mit kontaminierten Wässern betrachtet und der Prozess der Schadstoff­eli­mi­nation optimiert. Auf Untersuchungen zur Transformationskinetik und dem Verhalten von Arsen bei der Trans­­formation folgen Versuche zur Langzeitstabilität der Schad­stoffbindung.

Im Teilprojekt 5 (GEOS, UBT mit Unterstützung der Wismut GmbH) wird in einer aktiven Wasser­behandlungs­anlage der Wismut GmbH ein Pilotversuch zur Nutzung von Schwertmannit konzi­piert und durchgeführt sowie hydrochemisch und technisch-ökono­misch ausgewertet.

 

 

 

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