Reinigungsverfahren für Bergbau-Wässer

Jahrelanger intensiver Bergbau hinterlässt in vielen Ländern der Erde nicht nur weithin sichtbare äußere Spuren, wie man sie auch von den Mondlandschaften deutscher Braunkohlegebiete her kennt. Meist bleiben darüber hinaus unsichtbare Hinterlassenschaften zurück, die die Ge­wäs­ser im Umfeld der Abbaugebiete betreffen. Dort, wo Bergleute Uran, Blei, Kupfer, Zink oder Silber aus dem Gestein schürften, finden sich auch heute noch Grund- und Stollenwässer, die mit Schwer­me­tal­len und Arsen verunreinigt sind.

Experten rücken dieser Problematik heutzutage mit Eisenhydroxiden wirksam zu Leibe. Diese besitzen  eine große spezifische Oberfläche, also eine große Kontaktfläche, an der die Schadstoffe gebunden und damit aus dem Wasser entfernt werden können. Üblicherweise das Wasser dazu mit Eisen(III)­chlorid versetzt, welches sich dann in das gewünschte Eisenhydroxid umwandelt. Die Nachteile des Verfahrens: Zunächst muss das Eisen(III)­chlorid in einem aufwändigen Verfahren technisch synthetisiert werden. Danach kann es zur Reinigung des Wassers eingesetzt werden, allerdings nicht ohne eigene Verunreinigungen zu hinterlassen: Bei der Transformation werden nicht nur Salz, sondern auch H⁺-Ionen, also Säure freigesetzt, was eine anschließende Neutralisation erfordert.

Ein neues Verfahren der Wasseraufbereitung, das ökologisch und ökonomisch weitaus sinnvoller erscheint, haben jetzt Forscher aus Bayern und Sachsen entwickelt. Es setzt ebenfalls auf die bewährte Reaktivität der Eisenhydroxide, allerdings auf einen anderen Ausgangsstoff. Die Experten unter der Leitung des Bayreuther Hydrologen Stefan Peiffer nutzen ein Mineral namens „Schwertmannit“.

„Wir wollen die wissen­schaftlichen Grundlagen für eine innovative Wasser­be­han­dlungs­­tech­no­logie zur Arsen-Elimination entwickeln“, umschreibt Peiffer das Ziel des Projekts, welches das Akronym  SURFTRAP trägt und seit Juli 2008 im Rahmen des GEOTECHNOLOGIEN-Programms vom Bund gefördert wird. Kostengünstig, einfach handhabbar und umweltschonend – diese drei Punkte sehen die SURFTRAP-Wissenschaftler durch die Verwendung des Eisenhydroxisulfates Schwertmannit erfüllt. „Bei der Aufbereitung von sauren und Sulfat-reichen Grubenwässern des Braunkohle­­berg­baus fällt es in großen Mengen als Reststoff an“, so Stefan Peiffer. Das Mineral bildet sich in den sauren Grubenwässern durch Belüftung und mikrobielle Vorgänge, es wird „biosynthetisiert“. Wird es verunreinigten Wässern mit höheren pH-Werten zugeführt, wandelt es sich in Eisenhydroxid um und kann so zuverlässig eine Schwermetall- bzw. Arsen-Eliminierung bewirken. Dabei wird weniger Salz und Säure freigesetzt als beim konventionellen Einsatz von Eisen(III)chlorid. Mit dem neuen Wasserreinigungsverfahren könnte also nicht nur ein Reststoff umweltschonend verwertet werden, sondern auch die  aufwändige und kostenintensive Herstellung des Eisen(III)chlorids entfallen.

Zunächst zielt SURFTRAP auf die Sanierung bergbaubeeinflusster Grund- und Oberflächenge­wässer ab, um Ökosysteme zu schützen. Das Ganze kann jedoch später  auch auf die Trinkwasser­auf­bereitung ausgeweitet werden. Peiffer: „In den bisherigen Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass mit unseren Verfahren der Grenzwert der Weltgesundheitsorganisation für die Arsenbelastung in Trinkwässern deutlich unter­schritten werden kann. In Entwicklungs­ländern, in denen ein Mangel an Trinkwasser herrscht, bietet diese kosten­günstige und zugleich einfach handhabbare Wasserbehandlungstechnologie damit ein hohes Potential zur direkten Trinkwasseraufbereitung aus Arsen-kontaminierten Brauchwässern.“

An SURFTRAP beteiligt ist neben der Universität Bayreuth, der G.E.O.S. Freiberg Ingenieurgesellschaft mbH, der TU Freiberg sowie der LMU München auch die Industrie. Diese stellt u. a. die Anlagen für die Praxistests zur Verfügung. So ermöglicht die Vattenfall Europe Mining AG als Betreiber der Gruben­wasser­reini­g­ungs­anlage Nochten (Lausitz) den Betrieb einer halbtechnischen  Versuchsanlage zur Bio­synthese von  Schwert­mannit. Einen genaueren Blick auf das Reinigungspotential des Minerals können die Forscher später  in einer Anlage werfen, die zur Zeit  durch die Wismut GmbH im sächsischen Schlema-Alberoda errichtet wird. Hier soll in einem Pilotversuch das Schwertmannit mit  Arsen-kontaminiertem Flutungswasser des ehemaligen Uranerzbergbaus in Kontakt gebracht werden. Dieser Test wird den vorläufigen Projektabschluss bilden. Die dreijährige Förderphase des Projektes endet 2011.