DD251927A1 - Verfahren zur deponie feuchter abprodukte - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren fuer die Errichtung von umweltfreundlichen, einfach gestalteten und kostenguenstigen Deponien feuchter Abprodukte aus unterschiedlichsten Ausgangsrohstoffen an beliebigen Standorten. Ausgehend vom Ziel, die Kosten fuer die Errichtung und den Betrieb von Abproduktdeponien entscheidend zu reduzieren und dabei natuerliche Eigenschaften des Deponiegutes vorteilhaft auszunutzen, besteht die Aufgabe darin, vorzugsweise feinkoernige Suspensionen mit oder ohne Vorentwaesserung durch nachfolgende Druckfiltration so zu entwaessern, dass ein Filterkuchen mit fester Konsistenz und mit Wasserabstossungseigenschaften bei optimalem Wassergehalt im Filterkuchen entsteht, dass dieser Filterkuchen schichten- oder lagenweise auf der Deponieaufstandsflaeche ohne vorherige Anwendung spezieller versickerungshemmender Schichten und ohne konventionelle Absperrbauwerke aufgetragen, verteilt und so verdichtet wird, dass optimale Einbaudichten und minimale Wasserdurchlaessigkeit sowie ausreichende Standfestigkeit des Deponiekoerpers gewaehrleistet sind.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Errichtung von umweltfreundlichen, einfach gestalteten und kostengünstigen Deponien feuchter Abprodukte aus unterschiedlichsten Ausgangsrohstoffen an beliebigen Standorten.

Ausgehend vom Ziel, die Kosten für die Errichtung und den Betrieb von Abproduktdeponien entscheidend zu reduzieren, besteht die Aufgabe darin, vorzugsweise feinkörnige Suspensionen mit oder ohne Vorentwässerung durch nachfolgende Druckfiltration

so zu entwässern, daß ein Filterkuchen fester Konsistenz mit optimalem Wassergehalt entsteht, daß dieser Filterkuchen schichten- oder lagenweise auf der Deponieaufstandsfläche ohne vorherige Anwendung spezieller versickerungshemmender Schichten und ohne konventionelle Absperrbauwerke aufgetragen, verteilt und so verdichtet wird, daß optimale Einbaudichten und minimale Wasserdurchlässigkeit sowie ausreichende Standfestigkeit des Deponiekörpers gewährleistet sind.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Probleme der Errichtung hydraulischer Halden bzw. industrieller Absetzanlagen (IAA) auf der Grundlage autostabiler Dämme, die unter Verwendung des Grobkornmaterials aus dem zu deponierenden Feststoff gebaut werden, sind zusammengefaßt worden von Asboth, Päsztor, Rado-Zarändy und Vovk. Solche Dämme sind unter dem Begriff „autostabile Dämme" bekannt und erfordern einen je nach Mineralart und Einbautechnologie unterschiedlich hohen Mindestgehalt an Grobkornfraktionen (z. B. größer als 74μππ). Ebenso sind für Deponiemassen ohne ausreichenden Anteil grobkörniger Dammbaumaterialien aus Fremdmassen hergestellte Dämme seit langem bekannt.

Allen Dämmen hydraulischer Halden ist gemeinsam, daß spezielle Dammkonstruktionen mit anfänglichem Pionierdamm, mit Filtereinbauten zur Absenkung der Sickerlinien und Verhinderung des Grundbruchs und mit umfangreichen Maßnahmen zur Pegelkontrolle im Einzugsbereich der Deponie sowie zur Verhinderung von Wind- und Wassererosion aus den oberfläch en na hen Schichten der IAA, des Dammes und der Uferzonen zur Anwendung gelangen.

Zur Verringerung der Filtrationsverluste aus industriellen Absetzanlagen werden zusätzliche, aus feinkörnigen Anteilen des eingestauten Deponiegutes hergestellte Dichtungsschleier oder -schirme, die man durch die Anordnung von Spülpilzen (DD-WP 77458) als Feinkornablagerungen auf der Wasserseite der Absperrbau werke aus durchlässigen Erdstoffen erziel toder durch gezielten hydraulischen Einbau von an speziellen Stellen der IAAz. B. mittels Schwimmbagger abgebauten Feinstkornfraktionen erzeugt, z. B. dargestellt von Kalaschnikow u.a. Analoge physikalische Bedingungen sieht US-PS 4335978 für die Beseitigung von Leckagen vor, indem in Bereichen erhöhter Durchlässigkeit zusätzliche Abdichtungsschleier oder Dichtungen eingebracht und durch eine kontrollierte Injektion beherrschbar gemacht werden.

Verschiedene technische Lösungen sehen für die Minimierung der Versickerungsverluste im Untergrund hydraulischer Halden und anderer Bauwerke für die Aufnahme von Wasser, von Suspensionen u.a.m., Lehm- oder Tondichtungsschürzen mit oder ohne chemische Behandlung des Dichtungsschichtmaterials, z. B. DD-WP 34802 und DE-OS 3128337, Abdichtungsfolien und andere anorganische oder organische Dichtungsschichten (DD-WP 53632, DD-WP 101932,DD-WP 106213), gegebenenfalls auch aus erhärtenden und abbindenden Materialien vor, z.B. DD-WP 212282, DD-AP 201649 und DE-OS 3012706. Mögliche Zusatzdichtungseffekte aus über den jeweiligen Dichtungsschichten abgelagerten Sedimenten sind als allgemein bekannter Kenntnisstand zu bewerten. Besonders bei der notwendigen Deponie toxischer bzw. schadstoffhaltiger Abprodukte schlägt zu Buche, daß aufwendige Absperrbauwerke als Spül- oder Schüttdämme (DD-WP 58063 und 77458) errichtet werden müssen und daß die Versickerungsmenge abhängig ist von der Durchlässigkeit des Untergrundes, des Feinschlammsediments im Spülsee sowie des Spülstrandes, von den Abmessungen der Klarwasserlamelle, von der Stauhöhe in der Deponieanlage sowie von der Größe der Spülstrandfläche.

Außerdem spielt bei vorhandenen oder eingebauten Erdstoffdichtungsschichten das Verhältnis der Durchlässigkeitswerte des Feinschlammsedimentes zur Durchlässigkeit der Dichtungsschicht eine große Rolle. Wenn dieses Verhältnis > 1 ist, dann erhöhen sich der Versickerungsgradient und die Versickerungsmenge mit steigender Stauhöhe.

Es ist auch vorgeschlagen worden, wasserundurchlässige Behälter für Deponien herzustellen (DD-AP 234374, DE-OS 3347377) und dazu Kraftwerksasche mit Wasser und alkalischen Anregern gemischt in vorgegebenen Schichtstärken auf den Deponieaufstandsflächen aufzutragen.

Ferner ist zu bemerken, daß die Winderosion und der hohe spezifische Stauraumverbrauch, vor allem bei feinkörnigen Abprodukten, gewichtige Kostenfaktoren sind, ebenso der erhebliche Aufwand für die Rekultivierung von zu verwahrenden IAA bzw. hydraulischen Halden. Das gilt insbesondere für Deponien mit Reststrahlung oder mit langzeitbeständigen Schadstoffen. Grundsätzlich bekannt sind sogenannte Trockendeponien, bei denen vorentwässerte feinkörn ige Materia lien mit mechanischen Fördermitteln (LKW- oder Bandtransport) auf entwässerbaren Haldenaufstandsflächen abgelagert und ggfs. nachträglich zu einem Haldenkörper vorgegebener Form umgelagert werden; siehe dazu u.a. Vovk: „Rückwasserversorgung und Abgängelagerung" (russ.), 1977, S. 125 sowie Condiolis u.a.; „Die Beseitigung der Abgängeschlammteiche..." (franz.), Ind. minerale-suppl. lestechn. (1984) 3, S. 198-205. Ein weiterer praktizierter Weg für die Deponie von suspendierten Produktionsrückständen schließt die Voreindickung von Trüben zur Erhöhung der Feststofftransportkonzentration ein, worauf ebenfalls o.g. Autoren hingewiesen haben.

Bei der Anlage von Trockendeponien im o.g. Sinn werden vor allem durch den Wegfall eines erheblichen Transportaufwandes für die Wasserförderung, durch die Senkung der Wasserverluste und durch die Reduzierung des spezifischen Deponie-.bzw. Stauraumbedarfes sowie durch die geringere Inanspruchnahme von Ablagerungsflächen ökonomische Effekte erzielt, die international eine Zunahme von Trockendeponien gegenüber hydraulischen Halden ausgelöst haben. In jedem Fall sind dabei die bodenmechanischen Eigenschaften der abzulagernden Materialien sowie der Restwassergehalt der deponierten Masse von erheblicher Bedeutung (Keil: „Der Dammbau", S. 110—168). Zur Fixierung von Schadstoffen in der Deponie und zu ihrer Unschädlichmachung sind Maßnahmen wie das Abdecken fertiger Deponien mit niederschlagsableitenden Sperrdecken (DE-OS 3415729), die Bindung auswaschbarer Schwermetalle an tonmehl (DE-OS 3205717), das Überführen radioaktiver oder toxischer Inhaltsstoffe in hydraulisch erhärtende, sedimentierende oder auch grobkörnige Verbindungen bekannt gemacht worden, z.B. DE-OS 3205465, DE-OS 3131697 und DE-OS 3150419. Die technischen und technologischen Maßnahmen für die Vorbereitung körniger Substanzen auf die Deponie in hydraulischen Halden reichen von der Abfiltration eines großen Teils des Transportwassers, z. B. in Siebschneckenaggregaten (SU-PS 1068400), über die Anwendung von Filterpressen (Zeitschrift: Aufbereitungstechnik 25 [1984] 5, S. 275-285 und Zeitschrift: Chemie-Ing.-Techn. 56 [1984] 7, S. 560-561) bis hin zu beräumbaren Absetzbecken (z.B. SU-PS 941322). Darüber hinaus ist der Einsatz von Zentrifugen zur Vorentwässerung, z.B. direkten der Ablagerungsstelleder entwässerten Schlämme bekannt (DE-OS 2938717); ferner wird die elektrische Koagulation des Schlammes unter dem Aspekt der Feststoff anreicherung und Vorentwässerung angewandet (DE-OS 3038300). Es kommen auch spezielle technologische Arilagenfahrweisen zur Schlammabtrennung vor, z. B. mittels bekannter Flockungsmittelzugabe und Kreislauffahrweise der Feinkornfraktionen entsprechend DE-OS 3117513.

Die Praxis der Herstellung von Dämmen und/oder Halden aus horizontal oder schräg übereinander aufgebrachten und mehrfach verdichteten Schichten ist seit langem bekannt, z. B. DD-WP 58063. Dabei müssen zur Erzielung stabiler Bauwerke die Neigungswinkel der Böschungen kleiner als der natürliche Schüttwinkel des Deponiegutes gewählt werden.

Methoden und Hilfsmittel zur Befestigung von Böschungen, wie sie an den Flanken von-Trockendeponien auftreten können, geben die DE-OS 2303927 und 2446202 sowie die DE-AS 2540887 an. Dabei wird immer von der Verwendung zusätzlicher Oberflächenelemente, Verspannungen und/oder dem Einsatz von Einbauten zur Behinderung von Rutschungen ausgegangen.

Eine spezielle Bauweise für Dämme und Erdstoffauftrag im weitesten Sinne sieht DD-WP 222070 durch die Verwendung von im Baukörper und/oder im Untergrund verankerten Deckwerken aus unterschiedlich angeordneten und miteinander verbundenen korrosionsbeständigen Ringen, vorzugsweise aus Wulstringen von Fahrzeugreifen, vor. Damit soll die Herstellung besonders haltbar und langfristig nutzbarer Bauwerke erreicht werden. Es wird erwartet, daß damit häufig auftretende Probleme ungenügender Beständigkeit gegen extreme lokale Beanspruchungen kompensiert werden können.

Allen vorgestellten Verfahren und Vorrichtungen zur Deponie feuchter Abprodukte und für damit im Zusammenhang stehende technisch-technologische Maßnahmen ist gemeinsam, daß sie einen hohen materiellen und technischen Aufwand zu ihrer .

Realisierung erfordern, daß sie in der Regel auf ganz spezielle Anwendungen zugeschnitten werden müssen und daß vor allem Standsicherheitsfragen bei den Deponieanlagen die dominierende Rolle spielen. Wesentlich ist außerdem die Tatsache, daß trotz hoher Aufwendungen für Untergrundabdichtungen und Drainagen keine ausreichende Sicherheit gegen den Austritt schadstoffhaltiger Flüssigkeiten aus dem Deponiekörper und ihre Versickerung in den Deponieaufstandsflächen sowie angrenzenden Territorien besteht.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, die dargestellten Nachteile zu vermeiden, standsichere und umweltfreundliche Deponien für feuchte Abprodukte mit möglichst niedrigen Kosten zu errichten und dabei natürliche Eigenschaften des Deponiegutes vorteilhaft auszunutzen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, das geeignet ist für die Errichtung von umweltfreundlichen, einfach gestalteten und kostengünstigen Deponien feuchter Abprodukte aus unterschiedlichsten Ausgangsrohstoffen an beliebigen Standorten.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die zu deponierenden Abprodukte, meist als feinkörnige Suspension vorliegend, mit oder ohne vorgeschaltete Vorentwässerung in der Druckfiltration so weit entwässert werden, daß ein Filterkuchen mit fester Konsistenz und optimalem Wassergehalt entsteht, daß dieser Filterkuchen anschließend schichten- oder lagenweise unter Ausnutzung des natürlichen Geländereliefs auf der kulturbodenfreien tragfähigen Deponieaufstandsfläche ohne vorherige Anordnung von speziellen versickerungshemmenden Schutz- oder Sperrschichten und ohne konventionelle Absperrbauwerke aufgetragen, verteilt und so verdichtet wird, daß optimale Einbaudichten sowie minimale Wasserdurchlässigkeit erreicht und eine ausreichende Standfestigkeit des Deponiekörpers gewährleistet wird. Von besonderer Bedeutung für die erfindungsgemäßen Lösung der Aufgabe ist der an sich bekannte Umstand, daß bei der Druckfiltration durch die erhebliche Kompression und Verlagerung der Feststoffteilchen im an sich deformierbaren Filterkuchen dieser stark an Wasserdurchlässigkeit verliert. Es wurde gefunden, daß auf solche Art und Weise entwässerte feinkörnige Abprodukte nach wochenlager Lagerung unter Wasser ihre Konsistenz nicht veränderten und daß es außerordentlichen Aufwand erforderte, wieder eine stabile Suspension herzustellen. Die Ursache für das beobachtete Verhalten derartiger Produkte liegt einerseits in der durch die Druckfiltration erreichten dichten Packung der Feststoffteilchen unterschiedlicher Größe, in dabei hergestellten örtlichen Feststoffbrücken und vor allem darin, daß das unter Druck eingelagerte Kapillar- und Porenwasser mit oder ohne beliebige chemische Beimengungen aus vorgelagerten Prozeßstufen weiterhin unter dem hohen Flüssigkeitsdruck steht, der beim Abschluß des Filtrationsvorganges, z. B. in der Preßphase, aufgebracht wurde. Das Kapillar- und Porenwasser verhindert als quasi gespanntes Wasser den Zutritt von Wasser in den steifen Filterkuchen, und gleichzeitig gewährleisten die dichte Feststoffpackung sowie die engen Kapillaren im Filterkuchen die Aufrechterhaltung des hohen Druckes in den Kapillaren und Poren des Filterkuchens. Dieser Effekt kann solange für technische und technologische Maßnahmen ausgenutzt werden, wie es gelingt, mit üblichen Erdbauverfahren und -geräten die aus feinkörnigen Abprodukten mittels Druckfiltration herzustellenden feuchten, autostabilen bzw. steifen Massen so einzubauen, daß die innere Filterkuchenstruktur weitestgehend erhalten bleibt und entspannungsfördernde Hohlräume unterschiedlichster Größe im Deponiekörper ebenso vermieden werden wie an die Oberfläche austretende Kapillaren und Oberflächenaustrocknungseffekte.

Unter solchen Bedingungen sind den örtlichen Gegebenheiten angepaßte standsichere Halden ohne zusätzliche konventionelle Abdichtungen herstellbar, bei denen auch ein weitgehender Schutz des Untergrundes vor dem Eintritt schadstoffhaltiger Filtrate aus der Deponie oder aus dem Deponiedurchgang von mit Schadstoffen anreicherbarem Niederschlagswasser erreicht und damit einer der wesentlichsten Kosten- und Risikofaktoren für den Bau und für das Betreiben konventioneller industrieller Absetzanlagen oder Deponien weitestgehend ausgeschlossen wird. Bindige Anteile in den zur Druckfiltration gelangenden feinkörnigen Abprodukten können Ursachen dafür sein, daß besonders hohe Drücke für die Entwässerung erforderlich sind bzw. können erfordern, daß zur Gewährleistung der für eine sichere Deponie der Abprodukte zulässigen Feuchte und erforderlichen bodenmechanischen Eigenschaften des Filterkuchens eine Preßphase zur weiteren mechanischen Verdichtung an die Druckfiltration angeschlossen werden muß

Wichtige, die Anwendung der erfindungsgemäßen Lösung stark beeinflussende Bedingungen sind:

— die Gewährleistung eines möglichst breiten Körnungsbandes im Abprodukt,

— die Sicherstellung eines Mindestanteiles schluffiger und/oder toniger Fraktionen zur Verbesserung von Wasserabstoßungseigenschaften und Abdichtungswirkungen durch den in Deponien einzubauenden steifen Filterkuchen und

— die Verhinderung von Austrocknungseffekten in den Oberflächenschichten der Deponie.

Das breite Körnungsband sichert bei der Filtration verbesserte Entwässerungseigenschaften, wie leichteren und schnelleren Feuchteentzug und unterstützt damit das Anlegen raumsparender standsicherer Deponien. Gegebenenfalls kann durch Zumischung von Asche mit durch ihren Abzugsprozeß aus Feuerungen in bekannter Weise beeinflußbarer Körnungsverteilung auch eine günstigere Gesamtkörnung des Deponiegutes ohne weitere zusätzliche Aufwendungen erreicht werden.

Die Austrocknung von Deponieoberflächenbereich en ist vor al lern deshalb zu vermeiden, weil sonst durch Trocken risse einer in der Tiefe fortschreitende Zerstörung bzw. Aufhebung der Wasserabstoßungseffekte des Filterkuchens eintreten und die Gefahren von Winderosion, Schadstoffauswaschung und verminderter Abdichtungswirkung für die Deponieaufstandsfläche anwachsen können.

Man kann davon ausgehen, daß beste Abdichtungsergebnisse durch die abgelagerten und mit bekannten Erdbauverfahren wie Planieren und Verdichten von lagenweise einzubauenden Filterkuchenschichten dann erreicht werden, wenn die physikalisch bedingte Restfeuchte des steifen Filterkuchens und der Einbauwassergehalt optimal aufeinander abgestimmt sind. Es sollte grundsätzlich auf Wassergehalte von ca. 20% physikalisch gebundenem Wasser und auf Wassernndurchlässigkeitswerte des Deponiekörpers mit K < 10~⁷ cm/s orientiert werden, wenn unabhängig von der Struktur und von der Durchlässigkeit der Deponieaufstandsfläche auf konventionelle Dichtungen verzichtet werden soll. Anfallendes Oberflächenwasser ist durch an sich bekannte Wasserfassungen ableitbar, so daß aus Deponien mit Einlagerung feuchter, steifer Filterkuchen bei sonst vergleichbaren Bedingungen gegenüber bekannten Spüldeponien eine mehrfach geringere Versickerung in den Untergrund ein bedeutend geringerer Flächenbedarf und wesentlich geringere Aufwendungen für die Gewährleistung der Deponiestandsicherheit erwartet werden können.

Allein der Umstand, daß das Deponiegut ohne besondere Zusatzaufwendungen wie Rohrleitungssysteme auf beliebige Aufstandsflächen gebracht und ohne irgendwelche Standortbedingungen wie bei Spüldeponien abgelagert werden kann, ist von ausschlaggebender Bedeutung für die Senkung von Investitionen und Betriebskosten, für Belange des Umweltschutzes und der Erhaltung land- bzw. forstwirtschaftlicher Nutzfläche.

Für den Anwendungsbereich der erfindungsgemäßen Feuchtschlammdeponie, der von Feinaschedeponien der Großkraftwerke über die Stapelung von Aufbereitungsrückständen der Bergbau- und Aufbereitungsindustrie bis zu Sonderdeponien der Chemie reicht, bietet sich die Herstellung feuchter und steifer Filterkuchen und ihre Ablagerung nach bodenmechanisch einheitlichen Bedingungen bei minimalen Anforderungen an die Deponieaufstandsflächen zur Deponie feuchter Abprodukte an. Die erreichbaren Umweltschutzeffekte und die möglichen Kosteneinsparungen für die Anwenderbereiche in der Volkswirtschaft sind erheblich.

Ausführungsbeispiele

Die Erfindung wird nachstehend an 2 Ausführungsbeispielen und an einer Gegenüberstellung näher erläutert. Die dazugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: (I.Beispiel) einen schematischen Schnitt durch einen Deponiekörper feuchter Abprodukte auf ebener durchlässiger Aufstandsfläche,

Fig. 2: (2. Beispiel) einen schematischen Schnitt durch einen Deponiekörper feuchter Abprodukte auf geneigter undurchlässiger

Aufstandsfläche, Fig.3: (Gegenüberstellung) einen schematischen Schnitt durch eine konventionelle Spüldeponie mit Lehmdichtung bei

durchlässigem Untergrund sowie Fig.4: (Gegenüberstellung) einen schematischen Schnitt durch eine Feuchtschlammdeponie auf geneigter durchlässiger Aufstandsfläche.

Die Beispiele beziehen sich auf den Bau von Deponiekörpern 2 aus feuchten, vorzugsweise feinkörnigen Abprodukten, die nach bisherigen Erkenntnissen nicht für die Errichtung autostabiler Absperrbauwerke bekannter Spüldeponien geeignet sind. Es ist grundsätzlich davon auszugehen, daß weitgehend entwässerte Produkte als Filterkuchen 9 steifer Konsistenz als Deponiegut in Frage kommen und daß entsprechend dem Geländerelief der Deponieaufstandsfläche 1 Deponiekörper 2 hergestellt weren müssen, die autostabil sind, bei denen weder Flüssigkeitsaustritt noch Flüssigkeitsdurchtritt in den Untergrund oder die Umgebung zulässig ist und keine über den bekannten Stand der Erdbautechnik hinausgehenden Forderungen bezüglich Ausbreitung und Verdichtung des Deponiegutes erforderlich sind.

Im 1. Beispiel (Fig. 1) sind auf der Deponieaufstandsfläche 1 wegen des durchlässigen Untergrundes 3 entsprechend der vorgesehenen Größe des Deponiekörpers 2 sowohl eine stark zu verdichtende untere Deponiegrundlage 4 mit zusätzlicher Dichtungsfunktion wegen der Wasserabstoßeigenschaften des feuchten steifen Filterkuchens 9 gegenüber-dem Untergrund als auch am Rand angeordnete gedichtete Fangdräns 7 und zugehörige Schutzdämme 8 vorgesehen worden. Wenn das Problem der Austrocknung der Bauwerke z. B. durch etappenweises Anpassen der Drainageleitung 7, der Schutzdämme 8 und der unteren Deponiegutlage 4 an die aktuellen Deponiegutumfänge unterbunden werden kann, bietet sich für die Herstellung der Drainagegrabendichtungen 10 und der Dämme 8 auch die Verwendung feuchter Filterkuchen 9 mit steifer Konstitenz an, ansonsten müssen konventionelle Bauwerke, z.B. entsprechend DD-WP 222070 mit zusätzlichen inneren und/oder äußeren Dichtungen verwendet werden. Diese Einschränkung kann auch gelten in Phasen der Neueinrichtung einer entsprechenden Deponie, z. B. bei Beginn der Produktion in einer neuen Aufbereitungsanlage mineralischer Rohstoffe, weil dann nicht im großen Umfang Abprodukte für die Filterkuchenherstellung zur Verfugung stehen, so daß die 1. Baustufe einer Feuchtschlammdeponie auf durchlässiger Aufstandsfläche 1 die Verwendung anderer Dichtungsmaterialien für die Drainageleitungen 7, Dämme 8 und die erste Schicht auf dem Untergrund 3 erfordert. Die zusätzliche Filter- bzw. Enspannungsschicht 5 wird vorgesehen, wenn Rißbildung im darüber aufzubauenden System von Deponiegutlagen 6 nicht ausgeschlossen wird, aber die Heranführung von schadstoffhaltigem Wasser aus freigelegten Filterkuchenzwischenräumen oder von schadstofangereichertem Oberflächenwasser an die untere Deponiegutlage 4 oder an den Untergrund 3 verhindert werden soll.

Die einzelnen Deponiegutlagen 6 sind entsprechend den boden physikalischen Kennwerten wie Proctor-bzw. Standarddichte für den Filterkuchen 9 einzubauen. Dabei richten sich Schichtdicken und Schichtverdichtungsanforderungen ausschließlich nach den Forderungen für minimale Wasserdurchlässigkeit und die Staridsicherheit des Deponiekörpers 2.

Im 2. Beispiele (Fig. 2) sind die einzelnen Deponiegutlagen 6 auf feuchtem Filterkuchen 9 mit steifer Konsistenz getrennt auf der Deponieaufstandsfläche 1 aufgebracht. Für Schichtdicken und die Schichtverdichtung gelten die Bedingungen des 1. Beispiels. Es ist möglich, die Drainageleitungen 7 genau den örtlichen Bedingungen anzupassen und z. B. bei Belassung der unteren Drainageleitung 7.1 in der jeweils obersten Deponiegutlage eine neuere obere Drainageleitung 7.2 anzulegen. Damit ergibt sich gleichzeitig, daß in der η-ten Schicht die Drainageleitung 7.η aufgefüllt, verdichtet und überbaut wird. Das Beispiel geht davon aus, relativ ebene Schichten herzustellen und die einzelnen Schichten terrassenförmig anzuordnen. Damit werden gleichzeitig gute Bedingungen erreicht für das nachträgliche Aufbringen von ggfs. auf einzelne Schichten zu beschränkenden Erosionsschutzmaßnahmen, z. B. Erdstoffauftragung und nachfolgende Begrünung. Außerdem gestatten die Terrassen den Einsatz von Erdbaumaschinen zum Ausbreiten, Planieren und Verdichten des an einzelnen Punkten der Schicht über feste oder verrückbare Gurtbandförderer anzuliefernden feuchten Filterkuchens 9.

Die Gegenüberstellung einer konventioneilen Spüldeponie (Fig. 3) und einer erfindungsgemäßen Feuchtschlammdeponie (Fig.4) berücksichtigt, daß die in einer Mittelgebirgslage (Taleinschnitt) zu errichtende Spüldeponie (Industrielle Absetzanlage = IAA) auf Standortanforderungen der zugehörigen Aufbereitungsanlage eingehen muß:

— obere Begrenzung der Trübetransportentfernung bis zur IAA,

— Notwendigkeit des Versickerungsschutzes gegen schädliche Wasserinhaltsstoffe in der Deponieaufstandsfläche 1,

— Verfüg barkeit von geeignetem und ausreichendem Baumaterial für die Errichtung des Pionierdammes, für die etappenweise Erweiterung der z. B. aus Lehm oder Ton herzustellenden Dichtungsschicht 15 und

— genügend hoher Grobkornanteil +0,07mm (z.B. >40%) in den Abprodukten, um überhaupt mit aus dem Spülstrand 12 zu gewinnenden Grobkornmaterial eine autostabile Erhöhung des Absperrbauwerkes 16 etappenweise zu gestatten.

Die Alternativvariante (Fig.4) als Feuchtschlammdeponie ist so ausgelegt, daß der Versickerungsschutz durch die schrittweise Einbringung von feuchtem Filterkuchen 9 und seine spezielle hohe Verdichtung weitgehend sichergestellt werden kann. Darauf ist dann mit gleichem oder geringerem Verdichtungsgrad der Deponiekörper 2 aus übereinander aufzubringenden Deponiegutlagen 6 herzustellen. Die Zuführung des Deponiegutes kann über entsprechende Trassenführung auf dem Deponiekörper 2 mit LKW- oder Bandbetrieb erfolgen. Dabei ist es gleichgültig, ob der Aufbau der Deponie mit Überkopfzuführung des Materials erfolgt oder ob z.B. am Ende der jeweils letzten Deponiegutlage 6 das Material aufgegeben und von dort aus verteilt wird. Wichtig für die Feuchtschlammdeponie unter diesen Bedingungen ist, daß mit der Ei η richtung der Deponieaufstandsfläche eine endgültige z.B. mit Filterkuchen 9 gedichtete untere Drainageleitung 7.1 angelegt und für jede Deponiegutlage 6 eine später zu überbauende gedichtete Drainageleitung 7.η vorgesehen wird. Um allen Eventualitäten vorzubeugen, könnte erforderlichenfalls auf der untersten Dichtungsschicht 15 als Deponiegutlage 4 eine Filter- bzw. Entspannungsschicht 5 (entsprechend Fig. 1) zusätzlich angeordnet werden.

Die zugehörige konventionelle Deponievariante (Fig. 3) geht von der Errichtung des Pionierdammes 11 und der schrittweisen Einbringung einer z.B. aus Lehm herzustellenden Dichtungsschicht 15 aus, bevor mit der Trübezuführung 18 über die Trübeeinspü!leitung 17 auf dem Randdamm 19 begonnen werden kann. Der im Staubereich sich ausbildende Spülstrand 12 wird benutzt, um schrittweise das Absperrbauwerk 16 autostabil mit bekannten Erdbauverfahren zu erhöhen. Dabei kommen ausschließlich seit langem bekannte Methoden des Baues solcher Dämme zur Anwendung, vorausgesetzt, der Sandanteil in der Trübe ist genügend hoch bzw. kann ggfs. auch bei Verzicht auf hohes Wertstoffausbringen im vorgelagerten Aufbereitungsprozeß auf ein erforderliches Maß angehoben werden. In jedem Fall bildet sich aber in Abhängigkeit vom Einstau an Abprodukten eine mehr oder weniger große, anwachsende Feinschlammzone 13, über der sich eine Klarwasserlamelle 14 annähernd konstanter Tiefe einstellt. Notwendige Voraussetzung für die Stabilität dieses Absperrbauwerkes 16 ist, eine ständige Absenkung der Sickerlinie im Deponiekörper 2 über eingebaute Filterschichten 5 zu gewährleisten. Die Abführung der Sickerwässer erfolgt durch die Drainageleitung 7.

Weiterhin ist zu unterstreichen, daß durch die Druckfiltration das, restliche Porenwasser im Deponiegut auf eine dem Filtrationsund Preßdruck entsprechende Porenwasserspannüng gebracht wird, die das Einsickern von Niederschlagswasser in die unter Spannung stehenden Porenräume des Deponi.egutes verhindert. Damit wird in Abhängigkeit vom schichtenweisen Einbau des feuchten Filterkuchens 9 in den Deponiekörper 2 und von der Verdichtung der einzelnen, nacheinander herzustellenden Deponiegutlagen 6 ein kompaktes, praktisch wasserundurchlässiges Bauwerk geschaffen, aus dem weder Porenwasser in den Untergrund austreten kann, noch Sickerwasser durch ihn hindurch in nennenswerten Umfangen treten kann. Durch den Einbau zusätzlicher Filterschichten 5 ist die vollständige Kontrolle und die Absicherung einer umweltfreundlichen Deponie zu gewährleisten.

Um die technischen und technologischen Vorteile und Nachteile aus Fig.3 und 4 gegeneinander aufzuwiegen, hat man für die durch eine Vielzahl stochastischer Größen beeinflußte Sickerwassermenge einige wesentliche wie

— die Durchlässigkeit der Dichtungsschicht 15

—^; die Durchlässigkeit des Sandes im Spülstrand 12

— die Durchlässigkeit der Feinschlammzone 13 und

— die Größe der Spülstrandfläche

variiert. Daraus wurden für verschiedene Stauhöhen die Parameter der Verteilungsdichte der Sickerwassermengen berechnet. Nachstehend werden für einen konkreten Standort in einer Mittelgebirgslage (Taleinschnitt mit stark durchlässigem Untergrund bei Transportentfernung zur nächsten Entnahmestelle für Dichtungsmaterial s20km) bei verschiedenen Stauhöhen zu erwartende Sickerwassermengen und deren Wahrscheinlichkeiten angegeben (bezogen auf eine dünne Lehmdichtung s = 500mm).

Sicker	Relative	Überschreitungs	Unterschreitungs-
wasser	Wahrscheinlichkeit	wahrscheinlichkeit	wahrscheinlichkeit
l/s	% . '	%	%
2	0,9	99,7	0,3
5	5,65	97,60	2,4
10	31,37	' .75,59	24,41
12,7	39,89	50,0	50,0
15	33,51	27,74	72,26
20	6,89	3,04	96,96
22	2,31	0,85	99,15
mit χ = 39,89
S = 3,8951
Stauhöhe 550m ÜNN
Sicker	Relative	Uberschreitungs-	Unterschreitungs-
wasser	scheinlichkeit	wahrscheinlichkeit	wahrscheinlichkeit
l/s %	%	%
10	4,89	97,98	2,02
20	17,37	90,14	9,86
30	34,66	70,21	29,79
40	38,86	40,96	59,04
50	24,49	16,16	83,84
55	15,66	8,58	91,40
57	12,58	6,44	93,56
58	11,18	5,53	94,46
60	8,67	4,03	95,97
65	4,16	1,67	98,33
70	1,73	0,61	99,39

mit χ = 36,988 S = 13,173 Stauhöhe 590m ÜNN

Die ermittelten Sickerwassermengen beweisen die äußerst geringe Effektivität einer nur 0,5 m starken Lehmdichtung des Beckens im Hinblick auf den Umweltschutz und den schon bei einer so dünnen Lehmdichtung entstehenden hohen Kostenaufwand. Ferner ist ausdrücklich darauf hinzuweisen, daß bei einer derart dünnen Beckendichtung mit wachsendem Stauspiegel der hydraulische Gradient bis weit über 100 ansteigt, was insbesondere für die Versickerung unter dem Spülstrandkörper gilt, da der Spülstrandkörper einen bedeutend größeren Durchlässigkeitswert als die Lehmdichtung hat. Gleiches gilt für die Beckensohle unter dem Unterwassersediment im Spülsee, wenn die Sedimentdurchlässigkeit größer als die der Lehmdichtung (k = 10"⁹m/s) ist. Infolge dieses hohen hydraulischen Gradienten in relativ tief liegenden Beckensohlenbereichen ergibt sich daraus eine besonders starke Sensibilität der durch die Lehm-Beckendichtung dringenden Sickerwassermengen, so daß bereits relativ geringe ungünstige Abweichungen des Durchlässigkeitswertes der Lehmdichtung zu einem bedeutenden Anstieg der durch die Beckendichtung in den Untergrund dringenden Sickerwassermengen führen. Demgegenüber ist bei einer Feuchtschlammdeponie eine minimale Versickerungsmenge, die unabhängig ist von der Höhe des Deponiekörpers 2 bei Verwendung von feuchtem Filterkuchen 9 für die Herstellung der einzelnen Deponiegutlagen 6, zu erwarten. Es bestehen sogar Möglichkeiten, zusätzliche Filterschichten 5 aus grobkörnigem Kies oder aus Schotter auf ausgewählte De.poniegutlagen 6 aufzubringen und dadurch eine gezielte Abführung von Sicker- und Durchtritts- bzw. Niederschlagswasser zu erreichen sowie die Stabilität und Befahrbarkeit des Deponiekörpers zu verbesseren. Ein weiterer Vorzug der Feuchtschlammdeponie ist die sichere Absenkung des spezifischen Stauraumverbrauches von im konkreten Fall 0,877m³/t auf <0,625m³/t, d.h. um ca. 40%.

Es muß jedoch im Interesse der Vermeidung von Wassereintritt aus Niederschlags- und Oberflächenwässern in das abgekippte Deponiegut dafür Sorge getragen werden, daß sich die Deponieoberfläche nicht mit Wasser aufsättigt und die Langzeitbeständigkeit der Deponie, insbesondere der durch die Druckfiltration erreichten Wasserabstoßungseigenschaften aufgehoben oder eingeschränkt werden. Dazu soll die Oberfläche der letzten Deponiegutlage durch Abwälzen dichtgehalten werden. Alle bereits fertigen Bereiche des Deponiekörpers 2 müssen mit ca. 0,7 m Deckschichtmaterial und 0,3 m Kulturboden dauerhaft abgedeckt und dadurch gleichzeitig die Deponie gegen Winderosion geschützt werden.

Claims (6)

1. T. Verfahren zur Deponie feuchter Abprodukte, dadurch gekennzeichnet, daß feinkörnige Rückstände aus Verarbeitungs- und/oder Aufbereitufngsprozessen mit und/oder ohne bindige Bestandteile sowie mit oder ohne auswaschbaren toxischen bzw. schadstoffhaltigen Beimengungen vor ihrer Deponierung einer vorzugsweise ais Druckfiltration mit oder ohne Nachverdichtung des entstehenden feuchten Filterkuchens (9) ausgebildeten Entwässerung unterzogen werden und daß

   die entwässerten Abprodukte lagenweise bei optimaler Verdichtung unter Ausnutzung des natürlichen Geländereliefs auf der Deponieauf Standsfläche (1) ohne vorherige Anordnung spezieller konventioneller versickerungshemmender Dichtungsschichten (15) und ohne konventionelle Absperrbauwerke (16) autostabil abgelagert, verteilt und verdichtet werden, wobei die jeweils aufzutragende Dicke der Deponiegutlage (6) und der anzuwendende Verdichtungsgrad entsprechend den für das Deponiegut geltenden Proctor- bzw. Standarddichtewerten festzulegen sind, um dadurch eine optimale Einbaudichte und minimale Wasserdurchlässigkeit sowie ausreichende Standfestigkeit des Deponiekörpers (2) zu gewährleisten.
2. 2. Verfahren nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß das einzubauende Deponiegut beim Entwässerungsvorgang und/oder nach der Filtration durch Wahl der Druckbedingungen so hoch belastet wird, daß das im Deponiegut verbleibende restliche Porenwasser eine hohe, Wasserabstoßeigenschaften des feuchten Filterkuchens (9) bewirkende Porenwasserspannung erhält.
3. 3. Verfahren nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch den schichtenweisen Einbau des . feuchten Filterkuchens (9) und die optimale Verdichtung des Deponiegutes ein kompakter, nahezu wasserundurchlässiger Deponiekörper (2) hergestellt wird, bei dem durch die sich mit den Einbaubedingungen des Deponiegutes ergebende maximal mögliche Erosions- bzw. Suffusionsfestigkeit des Materials eine Kontakterosion zwischen dem Deponiekörper (2) und der Aufstandsfiäche (1) gemindert oder gänzlich vermieden und damit eine Untergrundkontamination verhindert wird.
4. 4. Verfahren nach Punkt 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der feuchte Filterkuchen (9) in der untersten Deponiegutlage (4) oder in den unteren Deponiegutlagen (6) optimal verdichtet und damit weitestgehend wasserundurchlässig gemacht wird und daß darauf aus gröberen wasserdurchlässigen Materialien aufgebaute Schichten als Filter- bzw. Entspannungsschichten (5) angeordnet werden, bevor da rüber wenig verdichtetes oder unverrichtetes Deponiegut lagenweise oder als Sturzkippe abgelagert oder eingebaut wird.
5. 5. Verfahren nach Punkt 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Deponiekörper (2) zur Erhaltung bzw. Sicherung der wasserabstoßenden Eigenschaften des Deponiegutes an seiner Luftseite dauerhaft gegen Austrocknung und der daraus resultierenden Entstehung von Schrumpfrissen durch Befeuchtung und/oder Bedeckung mit verdunstungsbehindernden Erdstoffschichten geschützt wird.
6. 6. Verfahren nach Punkt 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die hergestellten verdichteten Deponiekörper (2) mit Drainagesystemen (7) derart versehen werden, daß Niederschlagswasser und gegebenenfalls aus dem Deponiekörper austretendes Sickerwasser mit oder ohne toxische Inhaltsstoffe unter dem Deponiekörper (2) und/oder an seiner Peripherie gemeinsam oder getrennt erfaßt und abgeleitet werden und daß die Ableitungssysteme für das Sickerwasser integriert sind in den oder in der ersten eingebauten und verdichteten Deponiegutlage(n) (4).

   Hierzu 4 Seiten Zeichnungen