Cr(VI) zählt aufgrund seiner Eigenschaften zu den Schwermetallen, für die in zahlreichen Gesetzen, Verordnungen und Vorschriften Grenzwerte festgelegt sind. Das Gefährdungspotential von Cr(VI) ist in seinen stark oxidativen Eigenschaften einerseits und seiner hohen Mobilität andererseits begründet. Beides geht verloren, wenn Cr(VI) zu Cr(III) reduziert wird, da Cr(III) ungiftig und zudem nur schwer löslich ist.
Die vorliegende Untersuchung widmet sich der Cr(VI)-Belastung im Sickerwasser einer Schlackedeponie eines Edelstahlwerkes. Zur Sicherstellung der Sickerwasserqualität im Hinblick auf den Anhang 51 der AbwV und zur Standortsicherung sollte ein Verfahren entwickelt werden, das die alternative Verwendung betriebsintern anfallender Abfallstoffe zur Cr(VI)-Behandlung beinhaltet.
Bei diesem Abfall handelt es sich um eine Säurebeize auf Basis 30%iger HCl, die zur Entzunderung von Edelstahlbändern eingesetzt wird. Aufgrund des hohen Fe(II)-Gehalts der anfallenden Altsäure kann mit einer mit konventionellen Präparaten vergleichbaren Effektivität bei der Reduktion von Cr(VI) zu Cr(III) gerechnet werden.
Die Untersuchung zur Cr(VI)-Reduktion unter praxisnahen Bedingungen vollzog sich in drei Schritten:
Zunächst wurde der Wasser- und Stoffhaushalt der verschiedenen Deponieabschnitte bzw. Sickerwasserleitungen getrennt betrachtet. Dazu wurde das in den einzelnen Deponieabschnitten anfallende Sickerwasser über einen Zeitraum von knapp 1,5 Jahren separat qualitativ und quantitativ untersucht und anschließend einer Faktoren- und Clusteranalyse unterzogen, um belastete von nicht-belasteten Sickerwasserströmen bzw. Deponieabschnitten unterscheiden zu können.
Im zweiten Schritt wurde die Eignung der Altsäurebeize zur direkten Sickerwasserbehandlung betrachtet. Dabei wurden vergleichende Experimente mit handelsüblichen Behandlungsmedien FeCl2 und FeSO4 durchgeführt.
Im dritten Schritt wurde die Möglichkeit einer InSitu-Behandlung des kontaminierten Schlackekörpers in verschiedenen Lysimeterversuchen untersucht mit dem Ziel, nach einer begrenzten Behandlungsdauer die vorhandene Cr(VI)-Belastung nachhaltig zu beseitigen. Für dieses Verfahren wurde Altsäurebeize in unterschiedlichen Verdünnungsstufen eingesetzt. Als Verdünnungsmittel diente Aqua dest. und Cr(VI)-belastetes Deponiesickerwasser. Letzteres diente dazu, zugleich auch einen Entsorgungsweg (Re-Infiltration) für das Deponiesickerwasser bis zum Abschluss der Behandlung zu eröffnen.
Die Ergebnisse der Faktor- und Clusteranalyse zeigen, dass sich die Cr(VI)-Konzentrationen in den verschiedenen Deponiesickerwasserleitungen unterscheiden, wobei die höchsten Konzentrationen im bislang unabgedeckten Deponieneuteil auftreten und im Regelfall mit einem hohen pH-Wert korreliert sind.
Die Ergebnisse zur Cr(VI)-Reduktion zeigen, dass die betriebsintern anfallende Säurebeize geeignet ist, Cr(VI) ohne die Zugabe anderer Stoffe zu Cr(III) zu reduzieren. Partner der Redoxreaktion ist der hohe Fe(II)-Gehalt, der bei der Stahlbehandlung in der Säurebeize verbleibt. Die in der Säurebeize enthaltenen Schwermetalle werden bei der Cr(VI)-Reduktion unter alkalischen Bedingungen ausgefällt. Gegenüber handelsüblichen Reduktionsmitteln weist die Säurebeize eine vergleichbare Effizienz auf.
Die Lysimeterstudien haben in den Vor- und Hauptversuchen gezeigt, dass mit Altsäurebeize in den Verdünnungsstufen 1:10 und 1:20 eine vollständige und nachhaltige Cr(VI)-Reduktion im Schlackekörper erreicht werden kann. Dabei spielt es auch keine Rolle, ob Aqua dest. oder Deponiesickerwasser als Verdünnungsmittel verwendet wird. Es tritt anschließend auch nach längerer Beregnung mit reinem Aqua dest. kein Cr(VI) aus dem Lysimeter mehr aus.
Die mit der Säurebeize auf die Schlacke aufgebrachten Begleitschwermetalle werden durch Ausfällungs- und Immobilisierungsreaktionen im alkalischen Schlackekörper gefiltert, wobei dem pH-Wert eine besondere Bedeutung zukommt. Sofern der pH-Wert > 8 ist, kann eine Remobilisierung ausgeschlossen werden.Als Ergebnis der Untersuchung kann festgehalten werden, dass eine Behandlung der vorgefundenen Cr(VI)-Belastungen unter Verwendung von betriebsintern anfallender Altsäurebeize wirksam und aus umweltwissenschaftlicher Sicht unschädlich ist. Gegenüber herkömmlichen Reduktionsmitteln hat sie den Vorzug niedriger Beschaffungskosten und der Eröffnung einer sinnvollen Sekundärnutzung für sonst aufwändig zu entsorgenden Produktionsabfall. Damit stellt das Verfahren im Sinne des KrW/AbfG sowie der Diskussion über geeignete Methoden zur Steigerung der Ressourceneffizienz einen wertvollen Beitrag dar.
Sowohl die Behandlung des Sickerwassers als auch die InSitu-Behandlung des Schlackekörpers sind auf dieser Grundlage realisierbar. Für die Anwendung einer InSitu-Behandlung spricht dabei, dass sie zu einem endgültigen und nachhaltigen Abschluss führt. Sie ist zudem unabhängig von den sich infolge fortschreitender Deponieabdeckung ändernden Sickerwassermengen.
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