DE10130791A1

DE10130791A1 - Verfahren zur Verbesserung der Wassergüte von sauren Gewässern

Info

Publication number: DE10130791A1
Application number: DE2001130791
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Rabe; Michael Panse; Guenter Scholz; Wolfgang Herrmann; Steffen Voegtle
Original assignee: ETA AG; Ebauchesfabrik ETA AG; Nalko Chemie Deutsche GmbH
Current assignee: ETA AG; Ebauchesfabrik ETA AG; Nalko Chemie Deutsche GmbH
Priority date: 2001-02-20
Filing date: 2001-02-20
Publication date: 2003-02-13

Abstract

Verfahren zur Verbesserung der Wasserqualität von sauren Gewässern, insbesondere von sauren Tagebaurestseen, die nach Beendigung des aktiven Bergbaus entstanden sind, durch Einsatz von calcium- und magnesiumhaltigen Grund- und Abfallstoffen in Kombination mit anderen Natur-, Abfall- und Hilfsstoffen. DOLLAR A Die Entsäuerung von Gewässern erfolgt durch Einsatz von calcium- und magnesiumhaltigen Grund- und Abfallstoffen in Verbindung mit definierten anorganischen Salzen und gasförmigem CO¶2¶ unter Berücksichtigung der Auswertung von Messdaten bezüglich der Wasserqualität. DOLLAR A Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können mit wirtschaftlichem Aufwand größere Wassermengen entsäuert und nachhaltig in quasi-natürliche Gewässer überführt werden.

Description

Diese Patent ist ein Zusatzpatent und bezieht sich auf das Fachgebiet der Verbesserung der Wasserqualität von Oberflächengewässern und das Patent Verfahren zur Verbesserung der Wassergüte von sauren Gewässern mit der Anmeldenummer 101 07 941.9.

In der Anmeldung nach Nr. 101 07 941.9 wird ein Verfahren beschrieben, in dem in saure Gewässer mit einem pH-Wert von < 6 oder in Gewässer mit sauren Zuströmungen, Kraftwerksasche mit Magnesium und Calciumanteilen und/oder Altasche aus Deponien oder Sedimenten und/oder Schlämmen aus der Wasseraufbereitung und/oder andere Abfalllaugen hydraulisch mit einem definierten Anteil an Natriumaluminat in der Gesamtfördermenge eingebracht werden.

Weiterhin werden in saure Gewässer mit einem pH-Wert von > 4,3 bis 8,2 zusätzlich anorganische carbonathaltige Salze oder anteilig CO₂-haltige und/oder organisch belastete Abwässer und/oder CO₂-haltige Prozesswässer aus Verbrennungs-, Aufbereitungs- oder Vergasungsprozessen und/oder gemeinsam mit Luft im Wasser-Feststoff- Luft-Gemisches durch die Rohrleitung oder durch die Aufgabe der Gesamtfördermenge > 20 cm oberhalb der Gewässeroberfläche und/oder gemeinsam Luft mit einem Volumenanteil von 10 bis > 100% des Gesamtvolumens des Wasser-Feststoff-Gemisches separat in das Gewässer eingebracht.

Das vorgeschlagene Verfahren weist den Nachteil auf, das die Zielstellung des Verfahrens in Abhängigkeit von den örtlichen Bedingungen unter Umständen erst in einen längeren Zeitraum von mehreren Monaten erreichbar ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, mit einem wirtschaftlichen, schnell und nachhaltig wirkenden Verfahren in kurzer Zeit ein quasi-natürliches Gewässer hinsichtlich der Einstellung eines natürlichen Hydrogenarbonatpuffers gegenüber sauren Zuströmungen, bei Nutzung von territorialen Ressourcen, insbesondere von alkalisch reagierenden Abfallstoffen zu schaffen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, in dem in Gewässer, die mit alkalisch reagierenden Stoffen beaufschlagt wurden, mit einem pH-Wert von 7 bis 8,5, mit geringer Pufferwirkung gegenüber sauren Zuströmungen und bei vorhandenen geringen Säurekapazitäten, gemessen üblicherweise als K_s4,3-Wert von < 0,25 mmol/l, konzentriertes CO₂-Gas feinblasig in eine Gewässertiefe von mehr als 20 cm über geeignete Vorrichtungen eingebracht wird bis der K_s4,3-Wert im Gewässer einen Wert von > 0,25 mmol/l übersteigt.

Bei der Durchführung des Verfahrens kann das konzentrierte CO₂-Gas in einem Anteil von < 0,8 Volumenanteil CO₂-Wasser in einen Gewässerbypassstrom eindosiert werden der an einer Stelle aus dem Gewässer entnommen wird und an einer anderen mindestens 20 m entfernten Stelle unter der Gewässeroberfläche in eine Gewässertiefe von mehr als 20 cm über geeignete Vorrichtungen eingebracht wird.

Eine weitere Variante des Verfahrens sieht vor, konzentriertes CO₂-Gas dosiert, gemeinsam mit einem alkalisch wirkenden Stoff oder alkalisch wirkenden Stoffgemischen in Abhängigkeit von der Alkalität der betreffenden Stoffe in ein zu behandelndes Gewässer einzubringen.

Bei der Durchführung des Verfahrens kann zusätzlich der Einsatz von alkalisch reagierenden Stoffen und CO₂ wechselweise in Abhängigkeit von pH-Wert, der Ionenkonzentration von Kationen, vorzugsweise von Calcium- und Natriumionenanteilen und/oder Anionen vorzugsweise von Sulfat und Carbonat-/Hydrogencarbonationenanteilen und vom K_s4,3-Wert erfolgen, bis die bekannten Werte von natürlichen Oberflächengewässern erreicht sind. Dabei erfolgt nach Beaufschlagung mit alkalisch reagierenden Stoffen bei einem pH-Grenzwert von > 7 der Eintrag von CO₂, bis der pH- Wert einen Grenzwert von 6,5 unterschreitet und nachfolgend erneut eine Beaufschlagung mit alkalisch reagierenden Stoffen bis der pH-Wert einen Grenzwert von > 7 überschreitet und dieses Verfahren wird solange praktiziert bis eine Höhe des K_s4,3-Wert von natürlichen Gewässern, mindestens von > 0,25 mmol/l, erreicht wird.

Bei Voruntersuchungen wurde gefunden, dass eine Ausbildung eines natürlichen Hydrogenarbonatpuffers mittels der vorgeschlagenen Lösung in einer 5-fach kürzeren Zeit erreicht wird gegenüber einem Verfahren ohne Anwendung der neuartigen Lösung.

Mittels des aufgezeigten Verfahrens ist es möglich, das Alkalisierungspotentials von Abfallstoffen und vorhandenen Abfalllagerstätten, effektiv für die Anhebung des pH- Wertes auf ≥ 7 bei deutlicher Erhöhung der Pufferkapazität gegenüber sauren Zuströmungen zu nutzen.

Bei Anwendung des Verfahrens erfolgt eine zügige Umwandlung von sauren Gewässern in Ausleitungsqualität in öffentliche Gewässer mit pH-Werten von ≥ 7 bei gleichzeitiger Anregung der biologischen Selbstregulierung.

Mit Hilfe des gefundenen Verfahrens wird die schnelle, wirtschaftliche und nachhaltige Nutzung von lebensfeindlichen sauren Gewässern, wie beispielsweise von sauren Tagebaurestseen zur Erholung, Bewirtschaftung und als Zwischenspeicher auf einfache Weise mit wirtschaftlichem Aufwand ermöglicht und gleichzeitig die Pufferkapazität wirksam angehoben.

Das Prinzip der Erfindung soll im folgenden an einem Beispiel näher erklärt werden.

Ein Tagebaurestsee mit einem Volumen von 10 Mio. m³ Wasser wurde mit Braunkohlenfilterasche mit einem MgO- + CaO-Anteil von 15% in Kombination mit 10%iger Natriumaluminatlösung solange beaufschlagt bis sich ein pH-Wert im Restseewasser von 7,8 einstellt.

Die Ca-Ionenkonzentration wird mit 450 mg/l, und die Sulfationenkonzentration mit 900 mg/l, gemessen. Andere Anionen und Kationen weisen vernachlässigbare Werte auf. Der K_s4,3-Wert im Restseewasser wird mit 0,1 mmol/l bestimmt.

Zur Einstellung einer verbesserten Wassergüte mit Pufferwirkung gegenüber sauren Grundwasserzuströmungen wird über eine Dosiereinrichtung aus einem mit Flüssig- CO₂ gefülltem Behälter CO₂-Gas mit leichtem Überdruck in einer Menge von 100 m³/h über perforierte Schläuche mit einer Gesamtlänge von 150 m in einer Wassertiefe von 1,5 m eingeleitet. Die perforierten Schläuche werden mit Bojen und Ankern in der vorgegebenen Gewässertiefe gehalten. Die Einleitung erfolgt bis zu einem pH-Wert von 6,4. Ab diesem pH-Wert wird der Restsee erneut mit Braunkohlenfilterasche in Kombination mit 10%iger Natriumaluminatlösung beaufschlagt bis sich ein pH-Wert im Restseewasser von 7,8 einstellt. Dieser Vorgang wird so oft wiederholt bis der K_s4,3- Wert im Restseewasser mit 0,8 mmol/l gemessen wird.

Auf der Seefläche sind mittels Bojen 25 Beprobungsstellen markiert. Im Abstand von 1 Woche werden mittels Beprobungssonde die pH-Werte und K_s4,3-Werte ermittelt. Beträgt der mittlere pH-Wert im See > 7 und der K_s4,3-Wert im Restseewasser > 0,8 mmol/l, wird die Einspülung mit Braunkohlenfilterasche in Kombination mit 10%iger Natriumaluminatlösung sowie die Einleitung von CO₂ unterbrochen.

Sollte in Folge von sauren Zuströmungen der in 4wöchentlichen Abstand gemessene pH-Wert auf < 7 fallen, erfolgt eine erneute Dosierung mit Braunkohlenfilterasche und mit 10%iger Natriumaluminatlösung sowie bei einem Abfall des K_s4,3-Wertes auf < 0,25 erfolgt zusätzlich eine Beaufschlagung mit CO₂ wie oben aufgeführt.

Claims

1. Verfahren zur Verbesserung der Wassergüte von sauren Gewässern, insbesondere zur Anhebung der Pufferwirkung von Gewässern gegenüber sauren Zuströmungen, bei Einsatz von alkalisch regierenden Grund- und Abfallstoffen, gekennzeichnet dadurch, dass in saure Gewässer, die mit alkalisch reagierenden Stoffen beaufschlagt wurden, bei einem pH-Wert im Bereich von 7 bis 8,5, konzentriertes CO₂-Gas feinblasig direkt oder in einem Anteil von < 0,8 Volumenanteil CO₂/Wasser in einen Gewässerbypassstrom oder gemeinsam mit einem alkalisch wirkendem Stoff oder alkalisch wirkenden Stoffgemischen dosiert wird und in eine Gewässertiefe von mehr als 20 cm über geeignete Vorrichtungen eingebracht wird bis der K_s4,3-Wert im Gewässer einen Wert von > 0,25 mmol/l übersteigt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass der Einsatz von alkalisch reagierenden Stoffen und CO₂ wechselweise in Abhängigkeit von pH-Wert, der Ionenkonzentration von Kationen, vorzugsweise von Calcium- und Natriumionenanteilen und/oder Anionen vorzugsweise von Sulfat- und Carbonat-/Hydrogencarbonationenanteilen und vom K_s4,3-Wert erfolgt bis die bekannten Werte für den pH- und K_s4,3-Wert von natürlichen Oberflächengewässern erreicht sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, das nach Beaufschlagung mit alkalisch reagierenden Stoffen bei einem pH-Grenzwert von ≥ 7 der Eintrag von CO₂, bis zur Unterschreitung eines pH-Grenzwertes von 6,5 und nachfolgend erneut eine Beaufschlagung mit alkalisch reagierenden Stoffen bis zur Überschreitung eines pH-Grenzwert von > 7 erfolgt und dieses Verfahren solange praktiziert wird bis eine Höhe des K_s4,3-Wert von natürlichen Gewässern, mindestens von > 0,25 mmol/l, erreicht wird.