Ferrosan: Entwicklung hochvernetzter Biopolymere auf Basis von Glucan-Chitin-Komplexen zur Schwermetallabscheidung insbesondere der Eisenadsorption

Seit etwa 100 Jahren wird in den Regionen Sachsens Braunkohle abgebaut. Durch die Stilllegung vieler Tagebaue und deren Flutung steigt das Grundwasser wieder an und spült aus Abraumdeponiegebieten und natürlich vorkommenden Bodenschichten metallische Bestandteile (Eisensalze und Eisenhydroxid) aus. Das führt zur Belastung der Oberflächenwasser (die sogenannte „Verockerung der Spree“) und zu Problemen bei der Trinkwassergewinnung durch den hohen Eisen- und Sulfatanteil. Deren Entfernung/ Reduzierung ist deshalb eine permanente Aufgabe sowohl der aktiven Bergwerke als auch stillgelegter Produktionsstandorte. Es ist bekannt, dass Chitosan über sehr gute Schwermetallbindungseigenschaften verfügt. Chitosan ist ein natürlich vorkommendes Polymer, das aus dem Chitinpanzer von Krustentieren gewonnen werden kann.

Ziel

Ziel ist die Entwicklung eines neuartigen Flockungsmittelkomplexes mit dem Schwerpunkt der Eisenflockung aus Ab-  oder Oberflächenwässern in Bergbauregionen. Durch Flockungsprozesse werden feinste Fremdbestandteile im Wasser adsorbiert, um sie durch Sedimentation oder Filtration besser entfernen zu können. Im Projekt sollen die Flockungsmittel eine möglichst hohe Adsorptionsrate an Metallen und Salzen aufweisen, aber gleichzeitig für die Technologien der bestehenden Grubenwasserreinigungsanlagen geeignet sein. Der beim Adsorptionsvorgang gewonnene metallhaltige Schlamm soll so aufbereitet werden, dass er weiter genutzt werden kann. Die zu entwickelnden Flockungsmaterialien sind biologisch abbaubar und ökologisch unbedenklich.

Arbeitsschwerpunkte

Eigene Forschungen zeigten, dass unerwartet hohe Abreinigungsleistungen möglich sind. Mit 50kg Chitosan konnten im Großversuch 500 t Eisenhydroxid bzw. –sulfat gebunden werden. Damit ist ein kostengünstiger Einsatz bei geringer Modifizierung vorhandener Anlagetechnik gegeben. Ein Weg, die Wirksamkeit der Flockungsmittel zu erhöhen und den Bedarf an Chitosan zu verringern, ist die Vernetzung/ Co-Polymerisierung von Chitosan. Die aus Bier- und Gärhefen gewonnen Zellwände, welche aus einem Glucan-Chitin-Komplex bestehen, sollen so modifiziert werden, dass sie zur Vernetzung von Chitosanketten geeignet sind und dadurch hochmolekulare Flockungsmittel mit hoher Reaktivität entstehen. Mit diesen soll verhüttbares Eisen aus Tagebauwässern gewonnen werden. Ziel ist die Technologie- und Ausrüstungsentwicklung für die Produktion der Biopolymere und deren Test bei Eisensulfat haltigen Oberflächenwässern. Die geplante Entwicklung der Materialien soll auch eine Nutzung zur Aufbereitung von Trink-, Grund- und Kühlwasser sowie schwermetallhaltiger Wässer von Zink bis zum Uran ermöglichen.