WO2012113376A1 - Method for in-situ microbial upgrading for long-term immobilization of inorganic pollutants in polluted waters - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for microbial in-situ remediation for the sustainable immobilization of inorganic contaminants in polluted waters by stringing and control of activated natural mineral formation processes by in-situ treatment and in-situ remediation of polluted waters and the surrounding aquifers areas and zones and the recovery residues by metered introduction of a buoyant reactive material, consisting of a buoyant solid support material in the form of a foam glass base with a silicate coating of hydrogen-releasing and / or sulfate reduction-promoting substances and at least one additive, as bulk material before flooding and / or controlled flushing as solid Water mixture during flooding to influence the metabolism of autochthonous sulfate-reducing microorganisms and to form pyrites and iron oxides.
- a buoyant reactive material consisting of a buoyant solid support material in the form of a foam glass base with a silicate coating of hydrogen-releasing and / or sulfate reduction-promoting substances and at least one additive, as bulk material before
- contaminated waters are collected and cleaned on-site with conventional water treatment plants (pump-and-treat).
- the purified water is either discharged into the receiving water or into the aquifer or returned to the Schadherd, optionally additionally the addition of clean water, so-called washes.
- the precipitates put the pores of the reactive material, whereby the material is water impermeable and thus ineffective for the task to be performed. If the separation of the pollutants by adsorption is carried out, the free available surface, ie the particle size distribution of the material used is of crucial importance. In this case, the precipitation of water-insoluble carbonates or sulfates in the reactive material usually represents a limitation that puts the realization of the process in question. On the one hand, if the reactive material is too high in fineness, flow-through properties are no longer guaranteed after a short time or, on the other hand, if the pore volume is too small, the absorption capacity of the reactive material for pollutants is unacceptably low.
- the object of the invention is to develop an effective and cost-effective and low-device method for microbial in-situ remediation for the sustainable immobilization of inorganic pollutants, primarily of metals, heavy metals, and natural radionuclides, in contaminated waters, by stringing and control of Activated natural mineral formation processes controls an immobilization of pollutants and guarantees a long-term effective in-situ purification as well
- the object is achieved by a method for microbial in-situ remediation for the sustainable immobilization of inorganic pollutants, primarily metals, heavy metals and natural radionuclides, in contaminated waters and to suppress ongoing pollutant mobilizations by stringing and controlling activated natural mineral formation processes in a reactive zone for an in-situ treatment and in-situ remediation of polluted waters and the surrounding aquifers areas and zones and the extraction residues a temporally and / or spatially metered introduction of a buoyant reactive material consisting of a buoyant solid support material in the form of a .
- inorganic pollutants primarily metals, heavy metals and natural radionuclides
- the controlled flushing of the buoyant reactive material for in-situ treatment and in-situ remediation of the polluted waters takes place via naturally existing hydraulic connections and / or technically produced accesses and outlets with technical equipment and facilities.
- the buoyant solid support material in the form of a foam glass base body with a silicate coating of hydrogen-releasing and / or sulfate reduction-promoting substances and at least one homogeneously incorporated into the silicate coating additive influences the substance conversions autochthonous sulfate-reducing microorganisms by reduction occurring and / or supplied sulfate and contributes to the formation of pyrite and iron oxides by gradual surface oxidation of buoyant reactive material by occurring oxygen by inflowing groundwater and / or gradual supply of oxygen through technical equipment and facilities in the Schadherd.
- the buoyant solid support material in the form of a foam glass base body of glass flour and blowing agent, with a silicate coating of hydrogen-releasing and / or sulfate reduction-promoting substances and at least one homogeneously incorporated in the silicate coating additive, during the contact of the buoyant reactive material with polluted waters with hydrogen Rates from 0.0005 mol / kg * d to 0.05 mol / kg * d free and stimulates the autotrophic microbial sulfate reduction with reduction rates from 0.75 mg / l * d to 70 mg / rd.
- the metered introduced and / or controlled flushed buoyant reactive material is for the in-situ treatment and in-situ remediation of polluted waters in the form of a foam glass body with a particle size of 1 mm to 50 mm and a density of 0.2 g / cm 3 to 1 g / cm 3 and the silicate coating of hydrogen-releasing and / or sulfate reduction-promoting substances of water glass with a mass fraction of 20 weight percent to 50 weight percent and homogeneously embedded in the water glass powdered iron-carbon alloy with a particle size of 10 pm to 500 ⁇ at a mass fraction of 5 percent by weight to 40 percent by weight and at least one additive having a mass fraction of 5 percent by weight to 10 percent by weight based on the buoyant solid foam glass base body introduced.
- water can be purposely removed and / or supplied at suitable points from the polluted waters.
- the in-situ treatment and in-situ remediation of contaminated waters and surrounding aquifers and zones and recovery residues is accomplished by sequencing and controlling activated natural mineralization processes or inducing sequences of mineral formation reactions consisting of sulfide precipitation, Pyritization and gradual surface oxidation of iron sulfides, introduced by the buoyant reactive material with a silicate coating of hydrogen-releasing and / or sulfate reduction-promoting substances.
- the autotrophic microbial catalyzed sulfate reduction is effected by the stimulation of the metabolic rates of autochthonous sulfate-reducing microorganisms with reduction of occurring, site-specific and / or added sulfate by the silicate coating of hydrogen-releasing and / or sulfate reduction-promoting substances.
- the natural self-cleaning processes are stimulated and supported.
- the pyritization and gradual surface oxidation of the sulfides formed is carried out by on-site occurring oxygen and / or by gradual supply of oxygen through technical equipment and facilities, after the sulfide formation has taken place at a defined rate over a defined period of time.
- the stimulated microbial sulfate reduction causes the conversion of the sulfate present in the Schadherd and / or fed into sulfide, which forms with harmful or inherent cations sulfidic minerals, preferably iron sulfides, wherein the microbial sulfate reduction proceeds with consumption of hydrogen ions.
- dissolved inorganic pollutants are immobilized by precipitation or co-precipitation (eg zinc, arsenic), sorption or surface reduction (eg uranium).
- the stimulated autochthonous sulfate-reducing microorganisms also cause a direct microbial uranium reduction.
- the exemplary embodiment describes a pilot experiment of the method according to the treatment of acid, strongly oxidizing flooding water of an underground pit.
- the pit After completion of the leaching mining on uranium, the pit has been flooded in a controlled manner for several years.
- the hydrochemical environment of the flooding water is so far sour and oxidizing.
- a natural decrease of the pollutant concentrations in the flooding water takes place only very slowly by dilution and leaching.
- the flooding water is currently completely captured and cleaned in a conventional water treatment plant, costly and labor-intensive. According to available prognoses, the pollutant concentrations in the flooding water sink only very slowly, so that considerable expenses over many years for the water treatment are expected and estimated.
- the pilot test is carried out in a column containing 25 kg of sandstone granules ( ⁇ 3 mm) and 4.5 kg of pit iron hydroxide sludge and 2.4 kg of reactive material consisting of a buoyant, solid foam glass body, glass powder, preferably recycled glass, and a Blowing agent, with a silicate coating, which consists of 40% sodium silicate, 30% cast iron powder (45 pm) and 9% Portland cement (CEM I 52.5) based on the foam glass base filled.
- a silicate coating which consists of 40% sodium silicate, 30% cast iron powder (45 pm) and 9% Portland cement (CEM I 52.5) based on the foam glass base filled.
- the conditions in the flooded pit are taken into account for the residence time of the flooding water in the column.
- the volume flow through the column averaged 0.25 l / d.
- the average residence time of the flooding water in the column is about 1 month.
- the experimental column was operated for 270 days. After about 1 month of experimentation until the end of the experiment, no more pollutants were detected in the column effluent at pH values 9 to 10 and redox potentials of about 330 mV and the following values were reached:
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Abstract
Description
Verfahren zur mikrobiellen in-situ Sanierung für die nachhaltige Immobilisierung anorganischer Schadstoffe in schadstoffbelasteten Wässern Process for microbial in-situ remediation for the sustainable immobilization of inorganic pollutants in polluted waters
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur mikrobiellen in-situ Sanierung für die nachhaltige Immobilisierung anorganischer Schadstoffe in schadstoffbelasteten Wässern durch Aneinanderreihung und Steuerung von aktivierten natürlichen Mineralbildungsprozessen durch eine in-situ Behandlung und in-situ Sanierung der schadstoffbelasteten Wässer und der umgebenden Grundwasserleiterbereiche und -zonen sowie den Gewinnungsrückständen durch dosiertes Einbringen eines schwimmfähigen reaktiven Materials, bestehend aus einem schwimmfähigen festen Trägermaterial in Form eines Schaumglasgrundkörpers mit einem silikatischen Coating aus wasserstofffreisetzenden und/oder sulfatreduktionsfördernden Substanzen und mindestens einem Zuschlagstoff, als Schüttgut vor der Flutung und/oder durch gesteuertes Einspülen als Feststoff-Wassergemisch während der Flutung zur Beeinflussung der Stoffumsätze autochthoner sulfatreduzierender Mikroorganismen und zur Bildung von Pyriten und Eisenoxiden. The invention relates to a method for microbial in-situ remediation for the sustainable immobilization of inorganic contaminants in polluted waters by stringing and control of activated natural mineral formation processes by in-situ treatment and in-situ remediation of polluted waters and the surrounding aquifers areas and zones and the recovery residues by metered introduction of a buoyant reactive material, consisting of a buoyant solid support material in the form of a foam glass base with a silicate coating of hydrogen-releasing and / or sulfate reduction-promoting substances and at least one additive, as bulk material before flooding and / or controlled flushing as solid Water mixture during flooding to influence the metabolism of autochthonous sulfate-reducing microorganisms and to form pyrites and iron oxides.
Bei der Gewinnung von Bodenschätzen, insbesondere durch Laugungsbergbau mit Säuren, werden infolge des Säureeintrages und der natürlichen Pyritverwitterung saure, oxidierende Wässer in Größenordnungen generiert. Hauptsächlich in Deponien von Gewinnungsrückständen nach Einstellung der Gewinnung und Wasserhaltung werden entsprechend den geologischen Verhältnissen anorganische Schadstoffe, vorrangig Metalle, Schwermetalle und natürliche Radionuklide, durch Versauerung bzw. Ansäuerung aus dem Gestein mobilisiert und im Wasser gelöst. Diese kontaminierten Wässer sammeln sich in den Gewinnungsrückständen, in den verbleibenden Grubengebäuden, im umgebenden Gebirge und im gelaugten Grundwasserleiter. Mit diesen Störungen des natürlichen hydro- und geochemischen Milieus werden Grundwasserleiter und Grundwasser in schlechte chemische Zustände versetzt, die sich durch die natürlichen Selbstreinigungsprozesse in der Regel nicht oder nur über sehr lange Zeiträume verbessern. Weiterhin geht von solchen Schadherden oftmals eine Kontamination angeschlossener, bergbauunbeeinflusster Grundwasserleiter und Oberflächengewässer sowie verbleibender bzw. zu sanierender untertägiger Anlagen und In the extraction of mineral resources, in particular by leaching mining with acids, sour, oxidizing waters are generated in orders of magnitude due to the acid input and the natural Pyrite weathering. Mainly in landfills of extraction residues after cessation of production and dewatering are in accordance with the geological conditions inorganic pollutants, primarily metals, heavy metals and natural radionuclides, mobilized by acidification or acidification of the rock and dissolved in the water. These contaminated waters collect in the extraction residues, in the remaining mining buildings, in the surrounding mountains and in the leached aquifer. With these disturbances of the natural hydro- and geochemical milieu, aquifers and groundwater are put into poor chemical states, which are usually not improved by the natural self-purification processes or only over very long periods of time. Furthermore, such contaminated sites often lead to contamination of connected, non-mineralized aquifers and surface waters as well as remaining or to be rehabilitated underground facilities and
BESTÄTIGUNGSKOPIE Bergbaufolgelandschaften aus, so dass ohne technische Maßnahmen daraus langfristig Schädigungen der Umwelt und öffentlicher Güter resultieren. CONFIRMATION COPY Mining landscapes, so that without technical measures resulting in long-term damage to the environment and public goods.
Bei der Behandlung von flächenhaften Wasserkontaminationen ist oftmals eine Sanierung des Schadherdes aus geologischen, technischen oder Kostengründen nicht möglich. In the treatment of areal water contamination is often a rehabilitation of the source of damage for geological, technical or cost reasons not possible.
Nach dem Stand der Technik werden kontaminierte Wässer gefasst und mit konventionellen Wasserbehandlungsanlagen on-site gereinigt (pump-and-treat). Das gereinigte Wasser wird entweder in die Vorflut oder in den Grundwasserleiter abgegeben bzw. in den Schadherd zurückgeführt, gegebenenfalls erfolgt ergänzend die Zugabe von sauberem Wasser, sogenannte Waschungen. According to the state of the art, contaminated waters are collected and cleaned on-site with conventional water treatment plants (pump-and-treat). The purified water is either discharged into the receiving water or into the aquifer or returned to the Schadherd, optionally additionally the addition of clean water, so-called washes.
Für die Durchführung von pump-and-treat- erfahren sind aufwändige technische Anlagen, wie Entnahmebrunnen, Förderpumpen, Rohrleitungssysteme sowie nachgeschaltet umfangreiche technische Einrichtungen zur Wasserbehandlung (ex- site Anlage) erforderlich. Gleichzeitig ist das Betreiben einer Wasserbehandlung durch den ständigen Verbrauch von Energie und Chemikalien mit hohen Betriebskosten verbunden und relativ personalintensiv. Weiterhin fallen im Ergebnis der Wasserbehandlung ständig Rückstände an, die in der Regel mit einem hohen Kostenaufwand und der Bereitstellung einer Fläche deponiert werden müssen. For the implementation of pump-and-treat- experienced complex technical equipment, such as extraction wells, feed pumps, piping systems and downstream extensive technical facilities for water treatment (ex site plant) required. At the same time, the operation of a water treatment by the constant consumption of energy and chemicals is associated with high operating costs and relatively labor-intensive. Furthermore fall as a result of water treatment constantly residues, which must be deposited usually with a high cost and the provision of an area.
Bei Anwendung von pump-and-treat-Verfahren tritt zuerst eine anfänglich intensive, aber kurze, Phase mit hochkonzentrierten Stoffausträgen (first flush) ein, der eine lange Periode mit nur geringkonzentrierten Stoffausträgen folgt, dadurch ist für die erfolgreiche Reinigung der kontaminierten Wässer eine Einsatzdauer der Anlagen und Einrichtungen von Jahrzehnten erforderlich. Insbesondere in der Periode der geringkonzentrierten Stoffausträge sind konventionelle pump-and-treat-Verfahren uneffektiv und für eine aussichtsreiche Sanierung von kontaminierten Wässern ungeeignet. Mit diesem Verfahren nähern sich die bergbaulich veränderten hyd round geochemischen Bedingungen nur sehr langsam den ursprünglichen in-situ Verhältnissen an. Während der zeitlich unbestimmten Verfahrensdauer kommt es neben unbefriedigenden Reinigungsleistungen fortgesetzt zu weiteren Freisetzungen von Schadstoffen und Anreicherungen in den Wässern. When pump-and-treat is used, an initially intense, but short, phase of high-concentration first flush occurs, followed by a long period of low-concentration effluents, thus providing a useful life for successful purification of the contaminated waters of facilities and facilities required by decades. Especially in the period of low-concentration material discharges, conventional pump-and-treat processes are ineffective and unsuitable for a promising remediation of contaminated waters. With this process, the hydromechanical changes in geochemical conditions are only very slowly approaching their original in-situ ratios. During the indefinite duration of the process, in addition to unsatisfactory cleaning performance, further releases of pollutants and accumulations in the waters occur.
Um Betriebskosten und Verfahrensdauer der pump-and-treat-Verfahren zu minimieren wird intensiv an der Entwicklung von in-situ Sanierungsverfahren gearbeitet. Bekannt sind Kombinationen der pump-and-treat-Verfahren mit passiv wirkenden Barrieren im Abstrom des Schadherdes oder funnel-and-gate-Systeme, die zu den passiven Technologien gehören. Bei Anwendung der funnel-and-gate- Systeme werden einerseits Dichtwände (funnel) installiert, um den Wasserstrom zu fokussieren, und andererseits werden durchlässige Wände (gates) quer zur Fließrichtung im Abwasserstrom eingebaut, um die durchfließenden Wässer zu behandeln, so werden z. B. Schadstoffe in Absorberwänden immobilisiert oder in Reaktionswänden abgebaut. Die Effektivität der eingesetzten passiven Barrieren richtet sich im Wesentlichen nach den Kosten für das reaktive Material und dem Einbringen der Barrieren sowie der Zeit, in der die Schadstoffe aus den Wässern aktiv eliminiert werden. Erfolgt die Abtrennung der Schadstoffe durch Fällung, versetzen die Fällprodukte die Poren des reaktiven Materials, wodurch das Material wasserundurchlässig und damit wirkungslos für die zu erfüllende Aufgabe wird. Wird die Abtrennung der Schadstoffe durch Adsorption vorgenommen, ist die freie zur Verfügung stehende Oberfläche, d. h. die Korngrößenverteilung des zum Einsatz kommenden Materials von entscheidender Bedeutung. Hierbei stellt die Ausfällung von wasserunlöslichen Karbonaten oder Sulfaten im reaktiven Material meist eine Begrenzung dar, die die Realisierung des Verfahrens in Frage stellt. Einerseits ist bei zu großer Feinheit des reaktiven Materials die Durchströmbarkeit nach kurzer Zeit nicht mehr gewährleistet oder andererseits bei zu geringem Porenvolumen die Aufnahmekapazität des reaktiven Materials für Schadstoffe unakzeptabel gering. Es hat sich aber auch herausgestellt, dass nur bestimmte Stoffe oder Stoffgruppen von den Wänden behandelt werden können, was besonders bei komplexen Kontaminationen von erheblichem Nachteil sein kann. Ebenfalls nachteilig sind die bei der Errichtung von reaktiven Wänden bzw. funnel-and-gate-Systemen erforderlichen umfangreiche bauliche Maßnahmen, die umso kostenintensiver sind, je tiefer der zu reinigende Grundwasserleiter liegt und je umfangreicher und flächenhafter der Schadherd ist. To minimize operating costs and process duration of the pump-and-treat process will be intensive on the development of in-situ remediation procedures worked. Combinations of the pump-and-treat processes with passive-acting barriers in the outflow of the source of damage or funnel-and-gate systems belonging to the passive technologies are known. When using the funnel-and-gate systems on the one hand, funnel walls are installed to focus the water flow, and on the other hand, permeable walls (gates) are installed transversely to the flow in the wastewater stream to treat the water flowing through, z. B. pollutants immobilized in absorber walls or degraded in reaction walls. The effectiveness of the passive barriers used depends mainly on the costs of the reactive material and the introduction of the barriers and the time in which the pollutants are actively eliminated from the waters. If the separation of the pollutants by precipitation, the precipitates put the pores of the reactive material, whereby the material is water impermeable and thus ineffective for the task to be performed. If the separation of the pollutants by adsorption is carried out, the free available surface, ie the particle size distribution of the material used is of crucial importance. In this case, the precipitation of water-insoluble carbonates or sulfates in the reactive material usually represents a limitation that puts the realization of the process in question. On the one hand, if the reactive material is too high in fineness, flow-through properties are no longer guaranteed after a short time or, on the other hand, if the pore volume is too small, the absorption capacity of the reactive material for pollutants is unacceptably low. However, it has also been found that only certain substances or groups of substances can be treated by the walls, which can be a considerable disadvantage, especially with complex contaminations. Likewise disadvantageous are the extensive structural measures required in the construction of reactive walls or funnel-and-gate systems, which are all the more costly, the deeper the groundwater aquifer to be cleaned is and the more extensive and areally the source of the damage.
Bekannt sind auch aktive Sanierungsmaßnahmen, die z. B. über Injektionslanzen oder Infiltrationsbrunnen mittels Sauerstoffzufuhr oder dem Einpumpen von Nährlösungen versuchen, den Schadstoffabbau in-situ anzuregen oder weiter zu forcieren. Der Schwachpunkt dieser Maßnahmen liegt aber in der Effizienz der Vermischung der kontaminierten Wässer mit den eingepumpten Substanzen. Es dauert sehr lange, bis sich das langsam und laminar fließende Grundwasser mit den zugeführten Stoffen vermischt und besonders in heterogenen Grundwasserleitern mit bevorzugten Fließwegen erfolgt oft nur eine unzureichende Vermischung. Also known are active remedial measures z. B. via injection lances or infiltration wells by means of oxygen or the pumping of nutrient solutions try to stimulate the degradation of pollutants in situ or further force. The weak point of these measures lies however in the efficiency of the Mixing of contaminated water with the pumped substances. It takes a very long time until the slow and laminar flowing groundwater with the supplied materials mixed and especially in heterogeneous aquifers with preferred flow paths is often only insufficient mixing.
Die Anwendbarkeit von etablierten Reaktiven-Zonen-Technologien in gefluteten Bergbaugruben ist nicht gegeben. Üblicherweise angewendete reaktive Materialien können nicht als Aufwuchsträger für standorteigene Mikroorganismen und gefällte Mineralphasen dienen, da sie entweder nicht partikulär vorliegen, nicht in den gefluteten Grubenbauen mit dem Wasserstrom transportierbar sind oder aufgrund ihrer Beschaffenheit zur Mobilisierung von Schadstoffen, z. B. durch Freisetzung von schadstoffkomplexierenden Molekülen, führen können. Außerdem reagieren gängige reaktive Materialien nicht allmählich und dauerhaft. Sie gewährleisten keine gesicherte Immobilisierung unter Änderung der Milieubedingungen. Mit konventionellen reaktiven Materialien werden zudem meist grundwasserleiterfremde Stoffe eingetragen, was die Anwendung im großen Maßstab genehmigungsrechtlich erschwert. The applicability of established reactive-zone technologies in flooded mining pits is not given. Commonly used reactive materials can not serve as growth carriers for on-site microorganisms and precipitated mineral phases, either because they are not particulate, can not be transported in the flooded mines with the water stream, or because of their nature to mobilize pollutants, e.g. B. by release of pollutant-complexing molecules, can lead. In addition, common reactive materials do not react gradually and permanently. They do not guarantee secure immobilization while changing the environmental conditions. Conventional reactive materials are also used to enter substances that are foreign to groundwater, which complicates licensing on a large scale.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein effektives und kostengünstiges sowie vorrichtungsarmes Verfahren zur mikrobiellen in-situ Sanierung für die nachhaltige Immobilisierung anorganischer Schadstoffe, vorrangig von Metallen, Schwermetallen, und natürlichen Radionukliden, in schadstoffbelasteten Wässern, zu entwickeln, das durch Aneinanderreihung und Steuerung von aktivierten natürlichen Mineralbildungsprozessen eine Immobilisierung der Schadstoffe steuert und eine langzeitwirksame effektive in-situ Reinigung garantiert sowie The object of the invention is to develop an effective and cost-effective and low-device method for microbial in-situ remediation for the sustainable immobilization of inorganic pollutants, primarily of metals, heavy metals, and natural radionuclides, in contaminated waters, by stringing and control of Activated natural mineral formation processes controls an immobilization of pollutants and guarantees a long-term effective in-situ purification as well
- negative Beeinflussungen der natürlichen hydro- und geochemischen Verhältnisse und somit weitere Störungen der Grundwässer, Oberflächenwässer und der Umwelt mit Schadstoffen erheblich vermindert und langfristig verhindert sowie vorbergbaulicher Bedingungen aktiv entwickelt werden - Negative influences on the natural hydro- and geochemical conditions and thus further disturbances of the groundwaters, surface waters and the environment with pollutants are considerably reduced and prevented in the long term as well as actively developed for precast mining conditions
bereits mobilisierte anorganische Schadstoffe im Schadherd selbst immobilisiert eine weitere Freisetzung von anorganischen Schadstoffen aus der Gesteinsmatrix und ein langfristiger Austrag von mobilen Schadstoffen in die Wässer verhindert werden - als Reaktionsprodukte im Wasser nur Stoffe verbleiben, die bereits natürlich vorkommen und keine Schadstoffe sind already mobilized inorganic pollutants immobilized in the focus itself a further release of inorganic pollutants from the rock matrix and a long-term discharge of mobile pollutants are prevented in the water - remain as reaction products in the water only substances that already occur naturally and are not harmful substances
langfristige, kostenintensive Maßnahmen und Aufwendungen, einschließlich konventionelle Wasserbehandlung, Entsorgung und Deponierung, zeitlich begrenzt oder vermieden werden long-term, cost-intensive measures and expenditures, including conventional water treatment, disposal and landfill, limited in time or avoided
- gesetzliche Forderungen, behördliche Auflagen und wasserrechtliche Vorgaben hinsichtlich der Reduzierung der Konzentrationen von Metallen, Schwermetallen und natürlichen Radionukliden sicher erfüllt und gewährleistet werden und die Wässer mit behördlicher Genehmigung in Vorfluter eingeleitet werden bzw. auf natürlichem Wege abfließen können. - legal requirements, regulatory requirements and water regulations with regard to the reduction of concentrations of metals, heavy metals and natural radionuclides are safely met and guaranteed and the waters can be discharged with regulatory approval in receiving waters or can drain naturally.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur mikrobiellen in-situ Sanierung für die nachhaltige Immobilisierung anorganischer Schadstoffe, vorrangig Metalle, Schwermetalle und natürliche Radionuklide, in schadstoffbelasteten Wässern und zur Unterdrückung fortlaufender Schadstoffmobilisierungen durch Aneinanderreihung und Steuerung von aktivierten natürlichen Mineralbildungsprozessen in einer reaktiven Zone, wobei für eine in-situ Behandlung und in-situ Sanierung der schadstoffbelasteten Wässer und der umgebenden Grundwasserleiterbereiche und -zonen sowie den Gewinnungsrückständen ein zeitlich und/oder räumlich dosiertes Einbringen eines schwimmfähigen reaktiven Materials, bestehend aus einem schwimmfähigen festen Trägermaterial in Form eines .Schaumglasgrundkörpers mit einem silikatischen Coating aus wasserstofffreisetzenden und/oder sulfatred uktionsfördernden Substanzen, als Schüttgut und/oder durch gesteuertes Einspülen als Feststoff-Wassergemisch gezielt eingebracht wird, gelöst. Das gesteuerte Einspülen des schwimmfähigen reaktiven Materials für eine in-situ Behandlung und in-situ Sanierung der schadstoffbelasteten Wässer erfolgt über natürlich vorhandene hydraulische Verbindungen und/oder technisch hergestellte Zugänge und Abgänge mit technischen Anlagen und Einrichtungen. According to the invention, the object is achieved by a method for microbial in-situ remediation for the sustainable immobilization of inorganic pollutants, primarily metals, heavy metals and natural radionuclides, in contaminated waters and to suppress ongoing pollutant mobilizations by stringing and controlling activated natural mineral formation processes in a reactive zone for an in-situ treatment and in-situ remediation of polluted waters and the surrounding aquifers areas and zones and the extraction residues a temporally and / or spatially metered introduction of a buoyant reactive material consisting of a buoyant solid support material in the form of a . Foam glass base body with a silicate coating of hydrogen-releasing and / or sulfatred uktionsfördernden substances, as a bulk material and / or controlled by flushing introduced as a solid-water mixture, solved. The controlled flushing of the buoyant reactive material for in-situ treatment and in-situ remediation of the polluted waters takes place via naturally existing hydraulic connections and / or technically produced accesses and outlets with technical equipment and facilities.
Das schwimmfähige feste Trägermaterial in Form eines Schaumglasgrundkörpers mit einem silikatischen Coating aus wasserstofffreisetzenden und/oder sulfatreduktionsfördernden Substanzen und mindestens einem in das silikatische Coating homogen eingelagerten Zuschlagstoff beeinflusst die Stoffumsätze autochthoner sulfatreduzierender Mikroorganismen durch Reduktion vorkommenden und/oder zugeführten Sulfats und trägt zur Bildung von Pyriten und Eisenoxiden durch graduelle Oberflächenoxidation am schwimmfähigen reaktiven Material durch vorkommenden Sauerstoff durch anströmendes Grundwasser und/oder gradueller Zuführung von Sauerstoff über technische Anlagen und Einrichtungen im Schadherd bei. The buoyant solid support material in the form of a foam glass base body with a silicate coating of hydrogen-releasing and / or sulfate reduction-promoting substances and at least one homogeneously incorporated into the silicate coating additive influences the substance conversions autochthonous sulfate-reducing microorganisms by reduction occurring and / or supplied sulfate and contributes to the formation of pyrite and iron oxides by gradual surface oxidation of buoyant reactive material by occurring oxygen by inflowing groundwater and / or gradual supply of oxygen through technical equipment and facilities in the Schadherd.
Das schwimmfähige feste Trägermaterial in Form eines Schaumglasgrundkörpers, aus Glasmehl und Blähmittel, mit einem silikatischen Coating aus wasserstofffreisetzenden und/oder sulfatreduktionsfördernden Substanzen und mindestens einem, in das silikatische Coating homogen eingelagerten Zuschlagstoff, setzt während des Kontaktes des schwimmfähigen reaktiven Materials mit schadstoffbelasteten Wässern Wasserstoff mit Raten von 0,0005 mol/kg*d bis 0,05 mol/kg*d frei und stimuliert die autotrophe mikrobielle Sulfatreduktion mit Reduktionsraten von 0,75 mg/l*d bis 70 mg/rd. Das dosiert eingebrachte und/oder gesteuert eingespülte schwimmfähige reaktive Material wird für die in-situ Behandlung und in-situ Sanierung der schadstoffbelasteten Wässer in Form eines Schaumglasgrundkörpers mit einer Korngröße von 1 mm bis 50 mm und einer Dichte von 0,2 g/cm3 bis 1 g/cm3 und das silikatische Coating aus wasserstofffreisetzenden und/oder sulfatreduktionsfördernden Substanzen aus Wasserglas mit einem Masseanteil von 20 Gewichtsprozent bis 50 Gewichtsprozent und einer in das Wasserglas homogen eingebetteten pulverisierten Eisen-Kohlenstoff-Legierung mit einer Korngröße von 10 pm bis 500 μηι bei einem Masseanteil von 5 Gewichtsprozent bis 40 Gewichtsprozent und mindestens einem Zuschlagstoff mit einem Masseanteil von 5 Gewichtsprozent bis 10 Gewichtsprozent bezogen auf den schwimmfähige feste Schaumglasgrundkörper eingebracht. Zur Verbesserung der Konvektion und des Durchsatzes kann an geeigneten Stellen aus den schadstoffbelasteten Wässern gezielt Wasser entnommen und/oder zugeführt werden. The buoyant solid support material in the form of a foam glass base body of glass flour and blowing agent, with a silicate coating of hydrogen-releasing and / or sulfate reduction-promoting substances and at least one homogeneously incorporated in the silicate coating additive, during the contact of the buoyant reactive material with polluted waters with hydrogen Rates from 0.0005 mol / kg * d to 0.05 mol / kg * d free and stimulates the autotrophic microbial sulfate reduction with reduction rates from 0.75 mg / l * d to 70 mg / rd. The metered introduced and / or controlled flushed buoyant reactive material is for the in-situ treatment and in-situ remediation of polluted waters in the form of a foam glass body with a particle size of 1 mm to 50 mm and a density of 0.2 g / cm 3 to 1 g / cm 3 and the silicate coating of hydrogen-releasing and / or sulfate reduction-promoting substances of water glass with a mass fraction of 20 weight percent to 50 weight percent and homogeneously embedded in the water glass powdered iron-carbon alloy with a particle size of 10 pm to 500 μηι at a mass fraction of 5 percent by weight to 40 percent by weight and at least one additive having a mass fraction of 5 percent by weight to 10 percent by weight based on the buoyant solid foam glass base body introduced. To improve convection and throughput, water can be purposely removed and / or supplied at suitable points from the polluted waters.
Die in-situ Behandlung und in-situ Sanierung der schadstoffbelasteten Wässer und der umgebenden Grundwasserleiterbereiche und -zonen sowie den Gewinnungsrückständen erfolgt durch Aneinanderreihung und Steuerung von aktivierten natürlichen Mineralbildungsprozessen bzw. der Induzierung von Sequenzen von Mineralbildungsreaktionen, bestehend aus Sulfidfällung, Pyritisierung und gradueller Oberflächenoxidation von Eisensulfiden, durch das einzubringende schwimmfähige reaktive Material mit einem silikatischen Coating aus wasserstofffreisetzenden und/oder sulfatreduktionsfördernden Substanzen. The in-situ treatment and in-situ remediation of contaminated waters and surrounding aquifers and zones and recovery residues is accomplished by sequencing and controlling activated natural mineralization processes or inducing sequences of mineral formation reactions consisting of sulfide precipitation, Pyritization and gradual surface oxidation of iron sulfides, introduced by the buoyant reactive material with a silicate coating of hydrogen-releasing and / or sulfate reduction-promoting substances.
Die autotrophe mikrobielle katalysierte Sulfatreduktion wird durch die Stimulierung der Stoffumsätze autochthoner sulfatreduzierender Mikoorganismen unter Reduktion vorkommenden, standorteigenen und/oder zugeführten Sulfat durch den silikatischen Coating aus wasserstofffreisetzenden und/oder sulfatreduktionsfördernden Substanzen, bewirkt. Die natürlichen Selbstreinigungsprozesse werden stimuliert und unterstützt. The autotrophic microbial catalyzed sulfate reduction is effected by the stimulation of the metabolic rates of autochthonous sulfate-reducing microorganisms with reduction of occurring, site-specific and / or added sulfate by the silicate coating of hydrogen-releasing and / or sulfate reduction-promoting substances. The natural self-cleaning processes are stimulated and supported.
Die Pyritisierung und graduelle Oberflächenoxidation der gebildeten Sulfide erfolgt durch standorteigenen vorkommenden Sauerstoff und/oder durch graduelle Zuführung von Sauerstoff über technische Anlagen und Einrichtungen, nachdem die Sulfidbildung mit einer definierten Rate über eine definierte Zeitdauer stattgefunden hat. The pyritization and gradual surface oxidation of the sulfides formed is carried out by on-site occurring oxygen and / or by gradual supply of oxygen through technical equipment and facilities, after the sulfide formation has taken place at a defined rate over a defined period of time.
Die stimulierte mikrobielle Sulfatreduktion bewirkt die Umwandlung des im Schadherd vorhandenen und/oder zugeführten Sulfats in Sulfid, das mit schadherdeigenen oder zugeführten Kationen sulfidischen Minerale, vorzugsweise Eisensulfide, bildet, wobei die mikrobielle Sulfatreduktion unter Verbrauch von Wasserstoffionen abläuft. Dabei werden gelöste anorganische Schadstoffe durch Fällung bzw. Mitfällung (z. B. Zink, Arsen), Sorption bzw. Oberflächenreduktion (z. B. Uran) immobilisiert. Die stimulierten autochthonen sulfatreduzierenden Mikroorganismen bewirken darüber hinaus eine direkte mikrobielle Uranreduktion. Darüber hinaus werden die gebildeten Sulfide als Redoxpuffer, z. B. durch Reduktion von gelöstem Sauerstoff, genutzt. Der Kontakt mit Oxidationsmitteln wird so gesteuert, dass Eisen-Il-Hydroxide gebildet werden, bei deren Kristallisation die anorganischen Schadstoffe, vorrangig Metalle und Schwermetalle, eingeschlossen werden. Die Neubildung von kristallinen Eisen-(Hydr)oxiden an den Coatings verhindern eine oxidative Rücklösung reduktiv gebundener anorganischer Schadstoffe und dienen als Sorptionsmittel für anorganische Schadstoffe. Dies ermöglicht die nachhaltige Immobilisierung anorganischer Schadstoffe auch nach Beendigung des Einbringens des schwimmfähigen reaktiven Materials zur Stimulation der Stoffumsätze autochthoner sulfatreduzierender Mikroorganismen. Durch das beschriebene Verfahren zur mikrobiellen in-situ Sanierung wird durch die Aneinanderreihung und Steuerung von aktivierten natürlichen ineralbildungs- prozessen die stimulierte mikrobielle Sulfatreduktion in einer reaktiven Zone zur nachhaltigen Immobilisierung anorganischer Schadstoffe anwendbar. The stimulated microbial sulfate reduction causes the conversion of the sulfate present in the Schadherd and / or fed into sulfide, which forms with harmful or inherent cations sulfidic minerals, preferably iron sulfides, wherein the microbial sulfate reduction proceeds with consumption of hydrogen ions. In this case, dissolved inorganic pollutants are immobilized by precipitation or co-precipitation (eg zinc, arsenic), sorption or surface reduction (eg uranium). The stimulated autochthonous sulfate-reducing microorganisms also cause a direct microbial uranium reduction. In addition, the sulfides formed as redox buffer, z. B. by reduction of dissolved oxygen used. The contact with oxidizing agents is controlled so that iron-II-hydroxides are formed, in the crystallization of which the inorganic pollutants, primarily metals and heavy metals, are trapped. The formation of new crystalline iron (hydr) oxides on the coatings prevents oxidative redissolution of reductively bound inorganic pollutants and serves as a sorbent for inorganic pollutants. This allows the sustainable immobilization of inorganic pollutants even after completion of the introduction of the buoyant reactive material to stimulate the metabolism of autochthonous sulfate-reducing microorganisms. The described method for microbial in-situ remediation by the juxtaposition and control of activated natural ineralbildungsprozessen the stimulated microbial sulfate reduction in a reactive zone for sustainable immobilization of inorganic pollutants applicable.
Durch das dosierte Einbringen eines schwimmfähigen reaktiven Materials als Schüttgut und/oder durch das gesteuerte Einspülen als Feststoff- Wassergemisch in den Schadherd zur mikrobiellen in-situ Sanierung für die nachhaltige Immobilisierung anorganischer Schadstoffe laufen im Kontakt mit schadstoffbelasteten Wässern folgende wesentliche Reaktionen /2 SiO2 + x H+ -> Si(OH)x pH-Pufferung in den Bereich The metered introduction of a buoyant reactive material as bulk material and / or controlled flushing as a solid-water mixture in the Schadherd for microbial in-situ remediation for the sustainable immobilization of inorganic pollutants in contact with polluted waters run the following essential reactions / 2 SiO 2 + x H + -> Si (OH) x pH buffering in the range
> 4,5 durch Auflösung basischer Mineralbestandteile > 4.5 by dissolving basic mineral components
Fe0 + 2 H20 - Fe2+ + H2 + 2 OH' Freisetzung von elementarem Fe 0 + 2 H 2 0 - Fe 2+ + H 2 + 2 OH ' Release of elemental
Wasserstoff und Senkung des Redoxpotentials auf < 500 mV Hydrogen and reduction of the redox potential to <500 mV
SO42" + H+ + H2 - HS" + 4 H2O Sulfatreduktion, mikrobiologisch katalysiert (mikrobielle Besiedlung des reaktiven Materials) SO4 2 " + H + + H 2 - HS " + 4 H 2 O Sulfate reduction, microbiologically catalyzed (microbial colonization of the reactive material)
Me2+ + HS" ^ MeSj + H+ Metallsulfidfällung Me 2+ + HS " ^ MeSj + H + metal sulfide precipitation
2 FeS + 0,5 H2O + 0,75 O2 -» FeS2 + FeOOH Pyritbildung 2 FeS + 0.5H 2 O + 0.75 O 2 -> FeS 2 + FeOOH pyrite formation
FeS2 + 3 H20 + 6 Fe3+ -> 7 Fe2+ + S2O3 2" + 6 H+ Oberflächenoxidation des PyritsFeS 2 + 3 H 2 0 + 6 Fe 3+ -> 7 Fe 2+ + S 2 O 3 2 " + 6 H + Surface oxidation of pyrite
Fe2+ + 2 H2O Fe(OH)2 + 2 H+ Oberflächenfällung von Fe(OH)2 und folgende Schadstoffreaktionen Uranreduktion, Fällung von Schadstoffsulfiden, Arsenmitfällung in Eisensulfid und Schadstoffsorption an Fe(OH)2 und FeOOH ab. Schlüsselprozesse sind die Freisetzung von Wasserstoff durch die Reaktion des elementaren Eisens mit schadstoffbelasteten Wässern sowie Pufferreaktionen, die langfristig eine Verschiebung des hydro- und geochemischen Milieus in Richtung neutraler, intermediärer Verhältnisse schafft. Die Verbesserung der hydro- und geochemischen Milieubedingungen sind wiederum Voraussetzung für einen signifikanten Verlauf der heterotrophen Sulfatreduktionsprozesse. Mit dem beschriebenen Verfahren wird im Schadherd eine hydro- und geochemische Milieuverbesserung, eine Schadstofffixierung, der Abbau von Sulfat und eine Unterdrückung fortlaufender Schadstoffmobilisierung erreicht sowie keine lagerstättenfremden bzw. schwer abbaubaren Stoffe bzw. Schadstoffe in den Grundwasserkörper eingebracht. Als Reaktionsprodukte verbleiben im Grundwasserleiter und in den umgebenden Grundwasserleiterbereichen und -zonen sowie den Gewinnungsrückständen Eisen(hydr)oxide und -sulfide, das mineralische Trägermaterial (Silikate), Metall(hydr)oxide und -sulfide. Diese Stoffe kommen in Erzkörpern und Grundwasserleitern natürlich vor. Fe 2+ + 2H 2 O Fe (OH) 2 + 2H + surface precipitation of Fe (OH) 2 and subsequent pollutant reactions uranium reduction, precipitation of pollutant sulfides, arsenic precipitation in iron sulfide and pollutant adsorption on Fe (OH) 2 and FeOOH. Key processes include the release of hydrogen through the reaction of elemental iron with contaminated waters and buffer reactions, which in the long term creates a shift in the hydro- and geochemical milieu towards neutral, intermediate conditions. The improvement of the hydro and geochemical environmental conditions are in turn a prerequisite for a significant course of the heterotrophic sulfate reduction processes. With the described method, a hydro- and geochemical milieu improvement, a pollutant fixation, the degradation of sulphate and a suppression of continuous pollutant mobilization is achieved in the source of the malady, and no foreign substances or hardly degradable substances or pollutants are introduced into the groundwater body. As reaction products remain in the aquifer and in the surrounding aquifers areas and zones and the extraction residues iron (hydr) oxides and sulfides, the mineral carrier material (silicates), metal (hydr) oxides and sulfides. These substances occur naturally in orebodies and aquifers.
Ausführungsbeispiel embodiment
Das Ausführungsbeispiel beschreibt einen Pilotversuch der verfahrensgemäßen Behandlung von saurem, stark oxidierendem Flutungswasser einer untertägigen Grube. Nach Beendigung des Laugungsbergbaus auf Uran wird die Grube seit mehreren Jahren kontrolliert geflutet. Das hydrochemische Milieu des Flutungswassers ist bis jetzt sauer und oxidierend. Eine natürliche Abnahme der Schadstoffkonzentrationen im Flutungswasser erfolgt nur noch sehr langsam durch Verdünnung und Auswaschung. Das Flutungswasser wird derzeit vollständig gefasst und in einer konventionellen Wasserbehandlungsanlage anlagen-, kosten- und personalaufwändig gereinigt. Entsprechend vorliegender Prognosen sinken die Schadstoffkonzentrationen im Flutungswasser nur sehr langsam, so dass erhebliche Aufwendungen über viele Jahre für die Wasserbehandlung erwartet und veranschlagt werden. The exemplary embodiment describes a pilot experiment of the method according to the treatment of acid, strongly oxidizing flooding water of an underground pit. After completion of the leaching mining on uranium, the pit has been flooded in a controlled manner for several years. The hydrochemical environment of the flooding water is so far sour and oxidizing. A natural decrease of the pollutant concentrations in the flooding water takes place only very slowly by dilution and leaching. The flooding water is currently completely captured and cleaned in a conventional water treatment plant, costly and labor-intensive. According to available prognoses, the pollutant concentrations in the flooding water sink only very slowly, so that considerable expenses over many years for the water treatment are expected and estimated.
Der Pilotversuch wird in einer Säule, die mit 25 kg Sandsteingranulat (< 3 mm) und 4,5 kg Eisenhydroxidschlamm aus der Grube sowie 2,4 kg reaktiven Material, bestehend aus einem schwimmfähigen, festen Schaumglasgrundkörper, aus Glasmehl, vorzugsweise Recyclingglas, und einem Blähmittel, mit einem silikatischen Coating, das aus 40 % Natronwasserglas, 30 % Graugusspulver (45 pm) und 9 % Portlandzement (CEM I 52,5) bezogen auf den Schaumglasgrundkörper besteht, gefüllt ist, durchgeführt. Die 1 ,45 m lange Säule mit einem Gesamtvolumen von 65,6 I wurde nach Befüllung mit den Feststoffen mit N2 begast und mit 8,0 I saurem oxidierenden Flutungswasser aus der Grube beaufschlagt. Die Durchströmung der Säule erfolgt unter gesättigten Bedingungen. Das unbehandelte Flutungswasser ist durch folgende Parameter gekennzeichnet: The pilot test is carried out in a column containing 25 kg of sandstone granules (<3 mm) and 4.5 kg of pit iron hydroxide sludge and 2.4 kg of reactive material consisting of a buoyant, solid foam glass body, glass powder, preferably recycled glass, and a Blowing agent, with a silicate coating, which consists of 40% sodium silicate, 30% cast iron powder (45 pm) and 9% Portland cement (CEM I 52.5) based on the foam glass base filled. After filling with the solids, the 1.45 m long column with a total volume of 65.6 l was gassed with N 2 and charged with 8.0 l of acidic oxidizing flooding water from the pit. The flow through the Column is carried out under saturated conditions. The untreated flooding water is characterized by the following parameters:
- pH-Wert 2,9 - pH 2.9
- Redoxpotential 770 mV - Redox potential 770 mV
- Eisen 67,7 mg/l - Iron 67.7 mg / l
- Arsen 31 Mg/l - Arsenic 31 mg / l
- Zink 6,7 mg/l - Zinc 6.7 mg / l
- Uran 8,9 mg/l. - uranium 8.9 mg / l.
Für die Versuchsdurchführung werden für die Verweilzeit des Flutungswassers in der Säule die Bedingungen in der gefluteten Grube berücksichtigt. Der Volumenstrom durch die Säule betrug durchschnittlich 0,25 l/d. Damit beträgt die mittlere Verweilzeit des Flutungswassers in der Säule ca. 1 Monat. For the experiment, the conditions in the flooded pit are taken into account for the residence time of the flooding water in the column. The volume flow through the column averaged 0.25 l / d. Thus, the average residence time of the flooding water in the column is about 1 month.
Die Versuchssäule wurde 270 Tage betrieben. Nach ca. 1 Monat Versuchszeit bis zum Versuchsende wurden im Säulenabfluss bei pH-Werten 9 bis 10 und Redoxpotentialen von ca. 330 mV keine Schadstoffe mehr detektiert und folgende Werte erreicht: The experimental column was operated for 270 days. After about 1 month of experimentation until the end of the experiment, no more pollutants were detected in the column effluent at pH values 9 to 10 and redox potentials of about 330 mV and the following values were reached:
- Eisen < 0,04 mg/l - iron <0.04 mg / l
- Uran < 5 g/l - uranium <5 g / l
- Zink < 50 igf\ - zinc <50 igf
- Arsen < 10 pg/l. - Arsenic <10 pg / l.
Die Schadstoffe der Feststoffe (Gesteinsgranulat und Eisenhydroxidschlämme) sowie alle mit dem Flutungswasser eingetragenen Schadstoffe wurden in der Säule zurückgehalten. Die Untersuchung des reaktiven Materials nach Versuchsende zeigte dessen mikrobielle Besiedlung, das Auftreten von Pyrit und die Anreicherung von Uran und Zink (Schadstoffe mit den höchsten Konzentrationen im Flutungswasser) an den Materialoberflächen. Als vorherrschende Schadstoffbindungsform wurde die Bindung in schlecht kristallinen Eisen(hydr)oxiden ermittelt. The contaminants of the solids (rock granules and Eisenhydroxidschlämme) and all pollutants registered with the flood water were retained in the column. Examination of the reactive material after the end of the experiment showed its microbial colonization, the appearance of pyrite and the enrichment of uranium and zinc (pollutants with the highest concentrations in the flood water) on the material surfaces. As a predominant pollutant binding form, the binding was determined in poorly crystalline iron (hydr) oxides.
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105174471A (en) * | 2015-09-16 | 2015-12-23 | 赵亚勋 | Reinforced black odorous river microecological reconstruction/balance and water quality improvement method |
| CN118084209A (en) * | 2024-02-28 | 2024-05-28 | 中国矿业大学 | Underground in-situ pretreatment method for high-sulfate mine water based on nitrogen injection process |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111072159B (en) * | 2020-01-06 | 2024-05-24 | 宁波鑫领纳米科技有限公司 | Water purifying microorganism incubator |
| CN112358059B (en) * | 2020-11-12 | 2022-08-26 | 厦门理工学院 | Application method of pyrite in sewage treatment |
| CN114275985A (en) * | 2021-12-28 | 2022-04-05 | 南京大学 | Material capable of blocking pollutant release from bottom to water body and preparation method and application thereof |
| CN115259291A (en) * | 2022-08-05 | 2022-11-01 | 辽宁省生态环境保护科技中心 | Method for in-situ remediation of black and odorous water body based on iron-carbon internal electrolysis-submerged plant-microorganism ternary coupling system |
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20020012987A1 (en) * | 1997-02-07 | 2002-01-31 | Naoaki Kataoka | Method for purifying matter contaminated with halogenated organic compounds |
| US6719902B1 (en) * | 1997-04-25 | 2004-04-13 | The University Of Iowa Research Foundation | Fe(o)-based bioremediation of aquifers contaminated with mixed wastes |
| EP1419996A1 (en) * | 2002-11-05 | 2004-05-19 | Nippon Steel Chemical Co., Ltd. | Nitrate nitrogen denitrifying treatment material, method of producing the same, and method of removing nitrate nitrogen |
| US6770205B1 (en) * | 2002-08-07 | 2004-08-03 | David Lawrence Schroder | Method for treatment of pollutants using iron-impregnated, carbon-coated, silica sand |
| US20050077242A1 (en) * | 2002-03-27 | 2005-04-14 | Mikael Karlsson | Soil decontamination method |
| US20080311288A1 (en) * | 2005-12-29 | 2008-12-18 | Liangjie Dong | Methods and Compositions for Removal of Arsenic and Heavy Metals From Water |
-
2011
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-
2012
- 2012-02-21 WO PCT/DE2012/000160 patent/WO2012113376A1/en not_active Ceased
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20020012987A1 (en) * | 1997-02-07 | 2002-01-31 | Naoaki Kataoka | Method for purifying matter contaminated with halogenated organic compounds |
| US6719902B1 (en) * | 1997-04-25 | 2004-04-13 | The University Of Iowa Research Foundation | Fe(o)-based bioremediation of aquifers contaminated with mixed wastes |
| US20050077242A1 (en) * | 2002-03-27 | 2005-04-14 | Mikael Karlsson | Soil decontamination method |
| US6770205B1 (en) * | 2002-08-07 | 2004-08-03 | David Lawrence Schroder | Method for treatment of pollutants using iron-impregnated, carbon-coated, silica sand |
| EP1419996A1 (en) * | 2002-11-05 | 2004-05-19 | Nippon Steel Chemical Co., Ltd. | Nitrate nitrogen denitrifying treatment material, method of producing the same, and method of removing nitrate nitrogen |
| US20080311288A1 (en) * | 2005-12-29 | 2008-12-18 | Liangjie Dong | Methods and Compositions for Removal of Arsenic and Heavy Metals From Water |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105174471A (en) * | 2015-09-16 | 2015-12-23 | 赵亚勋 | Reinforced black odorous river microecological reconstruction/balance and water quality improvement method |
| CN118084209A (en) * | 2024-02-28 | 2024-05-28 | 中国矿业大学 | Underground in-situ pretreatment method for high-sulfate mine water based on nitrogen injection process |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE102011012345A1 (en) | 2012-08-30 |
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