DD217784A1

DD217784A1 - PROCESS FOR PREPARING IRON-BASED BASIC WATER

Info

Publication number: DD217784A1
Application number: DD25332283A
Authority: DD
Inventors: Johannes Hummel; Dietmar Peukert; Dieter Eichhorn; Roland Fischer; Herbert Reissig; Bernd Rossbach; Fritz Reichel; Ludwig Luckner
Original assignee: Senftenberg Braunkohle
Priority date: 1983-07-22
Filing date: 1983-07-22
Publication date: 1985-01-23

Abstract

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Aufbereitung eisenhaltiger Grundwaesser, die bei der Foerderung von Roh-, Brenn- und Baustoffen im Tagebaubetrieb gehoben werden und als Trink- oder Brauchwasser genutzt werden sollen. Bekannte Verfahren erfordern einen hohen Chemikalieneinsatz und je nach Ziel der Aufbereitung einen grossen Bau- und Bedienungsaufwand. Es wurde gefunden, dass das aus Vertikalfilterbrunnen gefoerderte und ueber Druckrohrleitungen zu einer Aufbereitungsanlage gebrachte Wasser nach Sauerstoffeintrag mittels bekannter Verfahren, Zugabe von Druckluft o. ae. ueber eine mit Filtermaterial versehene Infiltrationsanlage in den Untergrund geleitet wird. Die Reinigung des Wassers erfolgt durch Oxidation der geloesten II-wertigen Eisenverbindungen, Faellung und Ablagerung der Oxidationsprodukte im Filter und durch Ionenaustausch am Feststoffgeruest des Grundwasserleiters. Das so gereinigte Wasser dient der Aufhoehung des Grundwasserspiegels und kann fuer eine Nutzung mit bekannten Grundwassererfassungsanlagen wieder gehoben werden.The invention describes a process for the treatment of iron-containing groundwaters, which are lifted in the promotion of raw materials, fuels and building materials in open-pit mining and should be used as drinking or industrial water. Known methods require a high use of chemicals and depending on the purpose of the preparation a large construction and operating costs. It was found that the water conveyed from vertical filter wells and brought via pressurized pipelines to a treatment plant after introduction of oxygen by means of known methods, addition of compressed air or the like. is passed through an infiltration system provided with filter material in the underground. The water is purified by oxidation of the dissolved II-valent iron compounds, precipitation and deposition of the oxidation products in the filter and by ion exchange on the solid skeleton of the aquifer. The purified water serves to increase the groundwater level and can be raised again for use with known groundwater monitoring systems.

Description

Verfahren zur Aufbereitung eisenhaltiger Grundwasser Anwendungsgebiet der ErfindungProcess for the treatment of iron-containing groundwater Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung eisenhaltiger Grundwässer, die bei der Förderung von Roh-, Brenn- und Baustoffen im Tagebaubetrieb gehoben werden und als Trink- oder Brauchwasser genutzt werden sollen.The invention relates to a process for the treatment of ferrous groundwater, which are raised in the mining of raw materials, fuels and building materials in the opencast mining and should be used as drinking or industrial water.

Charakteristik des Standes der TechnikCharacteristic of the prior art

Die bei der Tagebauentwässerung zu hebenden und abzuleitenden Wässer und viele Grundwässer sind durch einen hohen Eisengehalt von 5 - 120 mgΛ, einen Säuregehalt mit pg-Werten zwischen 3 und 7 und eine sehr geringe Karbonathärte gekennzeichnet· Sie werden bei Entwässerungsmaßnahmen entweder ohne Vorbehandlung in die Vorfluter abgeleitet oder in Grubenwasserreinigungsanlagen aufbereitet· Durch Belüftung, Entsäuerung und eine Grobaufbereitung, meist mit Absetzbecken, werden die Eisenurid Säuregehalte reduziert und die Karbonathärte erhöht. Die Entsäuerung erfolgt durch Zugabe von Bunakalk. Das so gereinigte Wasser wird in die Vorfluter abgegeben. V/asser der genannten Qualität wird auch zu Trink- und Brauchwasser aufbereitet· Die Kalkzugabe erfolgt hier mit Kalkhydratmehl· Die bekannte Technologie sieht in der 1· Stufe die Belüftung und Entgasung des gehobenen Wassers im freien Überfall vor, dabei wird eine Säuerstoff »Anreicherung erreicht und es entweichen teilweise Kohlendioxid, Schwefelwasserstoff und andere Gase. Die 2.Stufe besteht aus der chemischen Entsäuerung in einer Cheraikaliendosiereinrichtung. Die Folge istThe waters to be lifted and drained during open pit drainage and many groundwaters are characterized by a high iron content of 5 - 120 mgΛ, an acidity with pg values between 3 and 7 and a very low carbonate hardness. · In the case of drainage measures, they are discharged into the receiving waters either without pretreatment By means of aeration, deacidification and coarse treatment, usually with sedimentation tanks, the ironuride acid contents are reduced and the carbonate hardness is increased. The deacidification is carried out by adding Bunakalk. The water thus purified is discharged into the receiving waters. V / asser of the stated quality is also treated to drinking and process water · The lime addition takes place here with lime hydrate flour · The known technology provides in the 1 · stage, the aeration and degassing of the upper water in the free attack before, while a Säuerstoff »Enrichment is achieved and partially escape carbon dioxide, hydrogen sulfide and other gases. The 2nd stage consists of the chemical deacidification in a Cheraikaliendosiereinrichtung. The result is

eine pg-Werterhöhung un<3 Entfernung des gelösten Kohlendioxides. In Absetzbecken mit Schwebefiltern u. a., Reinigungseinrichtungen erfolgt in der 3. Stufe eine Grobaufbereitung mit der Entfernung von absetzbaren Stoffen» wie Eisen, Kalziumsulfat und Kalziumkarbonat· .a pg increase in value and <3 removal of the dissolved carbon dioxide. In settling tanks with floating filters u. a., Cleaning equipment is in the third stage, a coarse treatment with the removal of settleable substances »such as iron, calcium sulfate and calcium carbonate ·.

Die Peinreinigung mittels Filtration zur Entfernung von Eisen, Mangan als Oxidhydrat und absorbierten organischen Substanzen geschieht in einer 4. Stufe. In einer Chloranlage erfolgt als 5. Stufe die Desinfektion des aufbereiteten Wassers. Die Stufen 1 bis 3 entsprechen dabei der Aufbereitung in einer Grubenwasserreinigungsanlage zur Erzielung von Brauchwasserqualitäten. Die Stufen 4 und 5 sind bei der Aufbereitung bis zur Trinkwasserqualität erforderlich. Die Enteisung erfolgt hier durch Oxidation des im Wasser gelösten Il-wertigen Eisens und Abscheidung des Oxidhydrates im Kiesfilter,. Nachteilig an diesem Verfahren ist der hohe Chemikalieneinsatz, beispielsweise an Bunakalk und Kalkhydrat und je nach Ziel der Aufbereitung ein hoher Bau- und Bedienungsaufwand· Bekannt ist ferner eine unterirdische Aufbereitung von Grundwasser durch die Infiltration sauerstoffhaltig en Wassers. Hierbei wird das am Peststoffgerüst des Grundwasserleiters durch Ionenaustausch gebundene II-wertige Eisen oxydiert und als Eisen(III)-oxidhydrat abgeschieden.The purification by filtration to remove iron, manganese as hydrated oxide and absorbed organic substances is done in a 4th stage. In a chlorine plant, the 5th stage is the disinfection of the treated water. Stages 1 to 3 correspond to the treatment in a mine water purification plant for the achievement of service water qualities. Stages 4 and 5 are required for treatment up to drinking water quality. The deicing is carried out here by oxidation of the dissolved in water Il-valent iron and deposition of the hydrated oxide in the gravel filter. A disadvantage of this method is the high use of chemicals, for example on Bunakalk and hydrated lime and depending on the purpose of the treatment, a high construction and operating costs · Also known is an underground treatment of groundwater by the infiltration of oxygenated water. In this case, the II-valent iron bound to the scaffold of the aquifer by ion exchange is oxidized and deposited as iron (III) oxide hydrate.

Weiterhin ist ein Verfahren nach DD-EB 98963 bekanntgeworden, das Oxidations- und Pällungsprozesse des im Wasser gelösten Eisens gezielt zur Verringerung des Porenraumes im Untergrund und damit zur Verminderung der Durchlässigkeit einsetzt. Als Oxidationsmittel werden Sauerstoff und Kalkhydrat oder Chlorgas zugegeben. Dieses Verfahren dient jedoch mehr der Untergrundabdichtung und weniger der Wasseraufbereitung. Bisher ist es auch nicht gelungen, seine Wirksamkeit im großtechnischen Versuch nachzuweisen.Furthermore, a method according to DD-EB 98963 has become known, the oxidation and precipitation processes of the iron dissolved in water specifically used to reduce the pore space in the ground and thus to reduce the permeability. As oxidizing agent oxygen and hydrated lime or chlorine gas are added. However, this process is more for underground sealing and less for water treatment. So far, it has not been able to prove its effectiveness in large-scale experiment.

Bekannt ist außerdem ein Verfahren der Grundwasseranreicherung als Aufbereitungsstufe von Oberflächenwasser zur Hebung des Grundwasserspiegels. Damit werden jedoch in erster Linie Schwebstoffe und organische Substanzen aus dem Wasser entfernt. Eine Nutzung zur Aufbereitiiag eisenhaltiger Wässer konnte bisher nicht nachgewiesen werden.Also known is a method of groundwater recharge as a treatment stage of surface water to raise the groundwater level. However, primarily suspended solids and organic substances are removed from the water. A use for the treatment of iron-containing waters has not yet been detected.

Ziel der Erfindung <Object of the invention

Ziel der Erfindung ist es, ohnehin anfallende eisenhaltige Wasser im Tagebaubetrieb ohne bzw. mi^ geringem Chemikalieneinsatz und minimalem Bauaufwand bei erhöhter Effektivität zu nutzbarem Wasser aufzubereiten.The aim of the invention is to treat any amount of iron-containing water produced in open-pit mining without or with little chemical use and minimal construction costs with increased effectiveness to usable water.

Wesen der ErfindungEssence of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, durch ein Verfahren eine Enteisung des Wassers aus Tagebauanlagen mittels Oxidation ge- : löster Eisenverbindungen sowie Fällung und Ablagerung der Oxidatiönsprodukte zu erreichen*The object of the invention is to achieve a de-icing of the water from opencast mines by means of a process by oxidation of dissolved iron compounds and precipitation and deposition of the oxidizing products.

Erfindungsgemäß geschieht dies dadurch, daß das durch bekannte Vertikalfilterbrunnen geförderte und über Druckrohrleitungen/ zu einer Aufbereitungsanlage geleitete Wasser nach einem Sauerstoffeintrag durch Überströmen eines Wehres, Zugabe von Druckluft, Säuerstoffgas öder Ozon über eine mit Filtermaterial, vorzugsweise Kies, versehenen Infiltrationsanlage wie Sickerbecken, S ickerieitung, Schlitzgraben, Schluckbrünnen in den Untergrund geleitet wird, wobei die Reinigung im Kiesfilter durch Oxidation der gelösten Eisenverbindungen, Fällung und Ablagerung der Oxidationsprodukte und durch Ionenaustausch desIl-wertigen gelösten Eisens am Feststoffgerüst des Grundwasserleiters erfolgt·According to the invention, this occurs in that the water conveyed by known vertical filter wells and passed through pressure pipes / to a treatment plant after an oxygen entry by overflow of a weir, addition of compressed air, Säuerstoffgas öder ozone on an infiltration system equipped with filter material, preferably gravel, such as seeping tank, s ickerieitung , Slit trench, gulps in the subsurface is passed, wherein the cleaning in the gravel filter is carried out by oxidation of the dissolved iron compounds, precipitation and deposition of the oxidation products and by ion exchange of the trivalent iron dissolved in the solid skeleton of the aquifer.

Das Verfahren bedingt pjT-Werte £ 5 und Eisenkonzentrationen im Zulauf von 10 - 20 mg/1 und wird über den p„-Wert so gesteuert, daß die Reinigung des Wassers im Untergrund stattfindet·The method requires pjT values of £ 5 and iron concentrations in the feed of 10-20 mg / l and is controlled via the p "value in such a way that the cleaning of the water takes place underground.

Ausführungsbeispielembodiment

An Hand eines Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher beschrieben werden· Die dazugehörige Zeichnung zeigt schematische Darstellungen des Verfahrens mittels Infiltrationsanlagen.With reference to an embodiment, the invention will be described in more detail · The accompanying drawing shows schematic representations of the method by means of infiltration systems.

Das geförderte eisenhaltige Wasser aus Tagebauanlagen wird über eine Druckrohrleitung 1 zu einer Aufbereitungsanlage geleitet· Hier erfolgt der Säuerstoffeintrag 2 durch WehrüberströmungThe extracted iron-containing water from opencast mines is directed via a pressure pipeline 1 to a treatment plant. Here the input of acid substance 2 occurs through weir overflow

oder Kaskadenüberfall, Druckluft, Sauerstoffgas oder Ozon und die Versickerung über eine Infiltrationsanlage 3 a, 3 t>» 3 c, 3 d, die mit Piltermaterial 4 versehen ist, in den untergrund .5.· Die Ihfiltratiorisanlage kann als Schlitzgraben 3 a, Sicker*- becken 3 b, Sickerleitung 3 c oder Schluckbrunnen 3 d ausgeführt sein· Bei Förderung des gereinigten Wassers mit einer Grundwaesererfassungsanlage 6, wie Vertikalfilterbrunnen, bildet sich ein entsprechendes Grundwasserspiegelgefälle 7, aus. Der Abstand zwischen Infiltrations- und Passungsanlage muß so bemessen werden, daß eine ausreichende Reinigung des Wassers im Untergrund gewährleistet ist· Das so gereinigte Wasser dient damit der Aufhb'hung'des Grundwasserspiegels und kann für eine Nutzung mit bekannten Grundwassererfassungsanlagen wieder gehoben werden· Eine Regenerierung des Piltermaterialfl geschieht durch seine Aufnahme, Reinigung und das Wiedereinbringen·or cascade raid, compressed air, oxygen gas or ozone and the infiltration via an infiltration system 3 a, 3 d, which is provided with Piltermaterial 4, in the underground .5 · The Ihfiltratiorisanlage can be used as a slot trench 3 a, seep * - basin 3 b, drainage pipe 3 c or sump well 3 d · When pumping the cleaned water with a groundwater detection system 6, such as vertical filter wells, a corresponding groundwater level gradient 7 is formed. The distance between infiltration and fitting system must be such that adequate cleaning of the water in the subsoil is ensured. The thus purified water thus serves to raise the groundwater level and can be lifted again for use with known groundwater detection systems. Regeneration the Pilter material is done by taking it in, cleaning it and bringing it back in ·

Das Verfahren ist unter den Bedingungen, daß der pg-Wert - 5 ist und Eisenkonzentrationen im Zulauf von 10 - 20 mgA vorhanden sind, einsetzbar· Eine Steuerung in dem Sinne, daß die Reinigung des Wassers im Untergrund stattfindet, erfolgt über den pjj-Wert. Es tritt keine Kolmation an der Grenzschicht Kiesfilter-Grundwasserleiter auf, eine lange Betriebsdauer bis zur Regenerierung wird erreicht. Bei einem Sauerstoffeintrag von 8 - 10 mgA ist eine Verringerung der Eisenkonzentration um 10 - 15 mgA erzielbar.The process is under the conditions that the pg-value - 5, and iron concentrations in the feed 10-20 mgA are present, suitable · A controller in the sense that the cleaning of the water takes place in the ground, via the PJJ value , There is no colmation at the boundary layer gravel filter aquifer, a long service life is reached until regeneration. With an oxygen input of 8-10 mgA, a reduction in the iron concentration of 10-15 mgA can be achieved.

Claims

Claim:

Process for the treatment of iron-containing groundwater, which are raised during the extraction of raw materials, fuels and building materials in surface mining and are to be used as drinking or service water using known vertical filter wells, penstocks and treatment plants, characterized in that the water after completion of oxygen ( 2) by known systems, such as overflow of a weir, addition of compressed air, sour st off gas or ozone, via a with filter material (4), such as gravel, provided infiltration system - seeping tank (3 a) _f seepage line (3b), slot trench (3 c), the well (3 d) is passed into the substrate (5), the purification being carried out by oxidation of the dissolved II-valent iron compounds, precipitation and deposition of the oxidation products in the filter material (4) and by ion exchange on the solid skeleton of the aquifer.

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