Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Aus der Leiterplattenherstellung resultieren Abw\u00e4sser, die hochgradig mit Kupfer belastet sind. Bisherige Verfahren k\u00f6nnen die Kupferbelastung nicht unter die notwendigen Grenzwerte herabsenken, ohne das toxikologische Potenzial der Gesamtemission entscheidend zu reduzieren oder das Kupfer in reiner Form zur\u00fcckzugewinnen. Im Vordergrund der Zielsetzung steht dementsprechend ein Verfahren zur gekoppelten Eliminierung und Wiedergewinnung des Wertstoffs Kupfer aus Abwassergemischen. Zur Einsch\u00e4tzung der \u00f6konomischen und \u00f6kologischen Einsparpotenziale ist eine umweltrelevante Bewertung ebenfalls Gegenstand der Untersuchung.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenAm Institut f\u00fcr Umweltverfahrenstechnik wurde ein biochemisches Verfahren zur gekoppelten Eliminierung und R\u00fcckgewinnung von Kupfer aus Abwassergemischen entwickelt, wobei das im Abwasser gel\u00f6ste Kupfer durch eine mikrobiell verbesserte Zementation in elementarer Form ausgef\u00e4llt und somit als Wertstoff in den Kreislauf zur\u00fcckgef\u00fchrt werden kann. Im Rahmen von umfangreichen Grundlagenuntersuchungen an Modell- und Realabw\u00e4ssern konnte die Leistungsf\u00e4higkeit des Verfahrens bereits nachgewiesen werden.
\nIm Rahmen dieser Arbeit wurde die Leistungsf\u00e4higkeit des entwickelten biochemischen Verfahrens an real anfallenden kupferhaltigen Abwasserteilstr\u00f6men untersucht, optimiert und demonstriert. Zum Erreichen der Zielstellung wurden im IUV zun\u00e4chst verschiedene Versuche im Labor- und Technikumsma\u00dfstab durchgef\u00fchrt. Aufbauend auf den hieraus gewonnenen Erkenntnissen erfolgte nahezu parallel die Konzeptionierung der mobilen Versuchsanlage, deren Aufbau im Institut f\u00fcr Umweltverfahrenstechnik sowie die Inbetriebnahme direkt vor Ort bei den Kooperationspartnern. Die Untersuchungen sind an den bei den Kooperationspartnern NB Industrial Print GmbH und PW Gedruckte Schaltungen-Fertigungs GmbH real anfallenden Sp\u00fclw\u00e4ssern und Prozessb\u00e4dern sowohl im Batch- als auch im kontinuierlichen Betrieb durchgef\u00fchrt worden. Eine umweltrelevante Bewertung dieses neuen Verfahrens erfolgt mit der im Institut f\u00fcr Umweltverfahrenstechnik entwickelten Methode zur Umweltbilanzierung.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Die Ergebnisse zeigen, dass die Anlagenleistung bez\u00fcglich Kupfereliminierung, Kupferaustrag bzw. -r\u00fcckgewinnung und Kupferreinheit durch die Variation der Parameter Anstr\u00f6mgeschwindigkeit, Kupferausgangskonzentration, Gr\u00f6\u00dfe der Eisenoberfl\u00e4che und Vorbehandlung der Eisenk\u00f6rper sowie mit und ohne Einsatz des Bakteriums Thiobacillus ferrooxidans beeinflusst werden kann.
\nBeim Einsatz der mobilen Versuchsanlage vor Ort bei den Kooperationspartnern zur Aufbereitung der real anfallenden kupferhaltigen Prozessb\u00e4der und Sp\u00fclw\u00e4sser konnte daher unter optimalen Parametereinstellungen ein Eliminierungsgrad von max. 99,99% sowie ein Kupferaustrag von bis zu 100% erreicht werden. Der erzielte Reinheitsgrad des ausgef\u00e4llten Kupfers betrug bei allen Versuchen ohne Durchf\u00fchrung eines weiteren Aufbereitungsschritts maximal 90% und konnte durch mehrmaliges Sp\u00fclen sowie Trocknung im sauerstofffreiem Milieu auf 99% gesteigert werden.
\nDie Leistungsf\u00e4higkeit des Verfahrens ist dabei abh\u00e4ngig von der Einstellung der auf den Umsetzungsprozess an der Katalysatoroberfl\u00e4che, den Eisenk\u00f6rpern, genau abgestimmten Reaktions- und Stofftransportbedingungen. Insbesondere im Hinblick auf einen dauerhaften praxisrelevanten Einsatz des Verfahren im kontinuierlichen oder Sequencing-Batch-Betrieb kommt der Struktur des zementierenden Kupfers f\u00fcr die Prozessf\u00fchrung eine ma\u00dfgebliche Bedeutung zu. Eine lockere und damit reaktionsf\u00f6rdernde Struktur der sich auf der Stoffaustauschfl\u00e4che ausbildenden Deckschicht wird beg\u00fcnstigt durch
\na)\tden Einsatz des Bakteriums Thiobacillus ferrooxidans,
\nb)\tdie Einstellung einer an die Kupferkonzentration und Gr\u00f6\u00dfe der Eisenoberfl\u00e4che angepassten Anstr\u00f6mgeschwindigkeit sowie
\nc)\teine chemische Vorbehandlung der eingesetzten Eisenk\u00f6rper.
\nDer Einsatz des Bakteriums Thiobacillus ferrooxidans hat den Gesamtprozess stets beschleunigt.
\nBei einem gro\u00dfen Verh\u00e4ltnis von Kupferausgangskonzentration zu Eisenoberfl\u00e4che kommt es bei Einstellung hoher Anstr\u00f6mgeschwindigkeiten zu einer festen Kupferanlagerung auf der Eisenoberfl\u00e4che, was zu einer Terminierung der Reaktion f\u00fchren kann. Hingegen bildet sich bei einer geringeren Anstr\u00f6mgeschwindigkeit eine lockere Kupferanlagerung aus. Der Prozess der Kupferabl\u00f6sung wird anscheinend ebenfalls g\u00fcnstig beeinflusst durch eine auf der Eisenk\u00f6rperoberfl\u00e4che gebildeten Oxidschicht, die durch eine chemische Vorbehandlung der Eisen-K\u00f6rper mit einem Oxidationsbad entsteht.
\nF\u00fcr den zuk\u00fcnftigen Einsatz des entwickelten biochemischen Verfahrens unter praxisrelevanten Bedingungen sollte ber\u00fccksichtigt werden, dass
\n\u00b7\tim zu behandelnden Abwasser vorhandene oberfl\u00e4chenaktive Substanzen (z. B. Tenside) die aktive Stoffaustauschfl\u00e4che vermindern und somit den Prozess der Zementation verlangsamen.
\n\u00b7\tdreiwertiges Eisen (Fe3+), welches durch die Oxidation von zweiwertigem Eisen (Fe2+) entsteht, auch ein Teil des Kupfers wieder zur\u00fcckl\u00f6st. Dies ist f\u00fcr die Prozessf\u00fchrung von Bedeutung, wenn der Einleitgrenzwert f\u00fcr Kupfer von 0,5 mg\/L (WHG \u00a77a, Anhang 40) erreicht werden soll.
\n\u00b7\teine hohe im Reaktor eingestellte Sauerstoffkonzentration zwar zur Ausbildung einer Eisenoxidschicht und somit zur besseren Kupferabl\u00f6sung f\u00fchrt, jedoch auch zur Bildung von Fe3+ beitr\u00e4gt.
\nParallel zur Demonstration der mobilen Versuchsanlage wurde eine Bewertung sowie ein Vergleich hinsichtlich \u00f6kologisch\/\u00f6konomischer Aspekte eines in der Leiterplattenindustrie eingesetzten konventionellen und des neu entwickelten Abwasseraufbereitungsverfahren zur Grenzwerteinhaltung und\/oder Wertstoffr\u00fcckgewinnung mit Hilfe des Methodenkonzepts durchgef\u00fchrt. Die gewonnenen Ergebnisse verdeutlichen, dass das mit dem neu entwickelten Aufbereitungsverfahren aus dem Abwasser zur\u00fcckgewonnene Kupfer zwar eine hohe Umweltrelevanz besitzt, jedoch aufgrund des hohen Reinheitsgrads als Wert-stoff wieder in den Stoffkreislauf zur\u00fcckgef\u00fchrt werden kann.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
\u00b7\tVortrag: Kupferr\u00fcckgewinnung aus Abw\u00e4ssern – eine Bremer Innovation wird mobil; Umweltverfahrenstechnisches Seminar des IUV am 27.03.2003
\n\u00b7\tPosterpr\u00e4sentation: Kupferr\u00fcckgewinnung aus Industrieabwasser durch biochemisch optimierte Zementation; 21. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen; M\u00fcnchen; 02. – 04.04.2003
\n\u00b7\tFachpublikation: Kupferr\u00fcckgewinnung aus Industrieabwasser; Zeitschrift wwt\/awt, Sonderheft zur Achema 2003; 5\/2003; HUSS-MEDIEN GmbH, Berlin
\n\u00b7\tPosterpr\u00e4sentation: Kupferr\u00fcckgewinnung aus Industrieabwasser durch biochemisch optimierte Zementation; ACHEMA 2003; Frankfurt; 19. – 23.05.2003
\n\u00b7\tVortrag: Biotechnologische Kupferr\u00fcckgewinnung aus Abw\u00e4ssern der Leiterplattenfertigung; UM-TECH; Bremerhaven; 13.06.2003<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Beim Einsatz der mobilen Versuchsanlage vor Ort bei den Kooperationspartnern zur Aufbereitung der real anfallenden kupferhaltigen Prozessb\u00e4der und Sp\u00fclw\u00e4sser konnte unter optimalen Parametereinstellungen ein Eliminierungsgrad von max. 99,99% sowie ein Kupferaustrag von bis zu 100% erreicht werden. Der erzielte Reinheitsgrad des ausgef\u00e4llten Kupfers betrug bei allen Versuchen ohne Durchf\u00fchrung eines weiteren Aufbereitungsschritts maximal 90% und konnte durch mehrmaliges Sp\u00fclen sowie Trocknung im sauerstofffreiem Milieu auf 99% gesteigert werden.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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