DE102005003560A1

DE102005003560A1 - Verfahren und Vorrichtung zur effektiven Inlake-Konditionierung saurer Tagebauseen

Info

Publication number: DE102005003560A1
Application number: DE200510003560
Authority: DE
Inventors: Heiner Hoogen; Guenter Scholz; Wolfgang Rabe
Original assignee: Hoogen Heiner Dr
Current assignee: Hoogen Heiner Dr
Priority date: 2005-01-26
Filing date: 2005-01-26
Publication date: 2006-07-27

Abstract

Ziel und Aufgabe der Erfindung bestehen darin, eine einfache Möglichkeit auf der Grundlage der Inlake-Konditionierung saurer Gewässer zu finden, nach der Konditionierungsmittel mit geringem Aufwand auf einfache Weise auf dem oder in den Seekörper gebracht werden können. DOLLAR A Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Dosiervorrichtung mit einer oder mehreren Pumpen, einer oder mehreren mobilen Schlauchrollen mit Eigenantrieb und Verteileinrichtungen an und auf dem zu behandelnden Gewässer kombiniert angeordnet sind und die Verteileinrichtung in Abhängigkeit von der Gewässertiefe gesteuert wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Anhebung des pH-Wertes und die Verbesserung der Wasserbeschaffenheit saurer und offener Gewässer, insbesondere auf Tagebauseen mit einem Wasservolumen von > 500.000 m³.
In der Folge des Bergbaus insbesondere bei Nutzung der sogenannten Tagebautechnologie in Verbindung sehr leistungsfähiger Förderbrücken und Schaufelrad- sowie Eimerkettenbagger entstehen Hohlräume in der genutzten Landschaft, die sich nach und nach mit Grund- und Oberflächenwasser füllen. In vielen Fällen wird durch das wieder aufgehende Grundwasser sowie die damit verbundenen geologischen und chemischen Bedingungen im neu geschaffenen Deckgebirge eine Seenlandschaft geschaffen, die durch extrem saure Wässer mit hohen Schwermetallgehalten, insbesondere mit hohen Eisengehalten gekennzeichnet ist.

Aus dem Stand der Technik ist bekannt, derartig saure Wässer mittels sogenannter Grubenwasserreinigungsanlagen (GWRA) zu behandeln, um vor Anbindung dieser Gewässer an die Vorflut keine Gefährdungen der abströmseitig folgenden Gewässer zuzulassen. Das eigentlich saure Gewässer verbleibt jedoch in diesem Falle über Jahrzehnte in seinem sauren lebensfeindlichen Milieu.

Bekannt sind des Weiteren sogenannte Inlake-Verfahren, z. B. in DE 19961243 beschrieben, wo durch Resuspendierung von Kraftwerksaschen die aus der Verbrennung von Braunkohlen stammen, die vorhandene Basenkapazität genutzt wird, um die im See vorhandene Säurekapazität zu neutralisieren. Die Anwendung dieses Verfahrens bleibt jedoch begrenzt auf jene Standorte, die mit derartigen Stoffen im See bzw. in unmittelbarer Nähe ausgestattet sind. Dies betrifft auch Ablagerungen anderer alkalisch wirkender Stoffe bzw. Stoffgruppen.

Weiterhin ist ein Verfahren nach Aktenzeichen DE 103 04 009.9 zur Steuerung der Wasserqualität in offenen sauren Gewässern bekannt, wo unter Nutzung der Inlake-Verfahrenstechnik, Injektor- und Mischtechnik sowie feinkörniger Konditionierungsmittel und intelligenter Verteiltechnik ein verbesserter Effekt beim Einsatz von Konditionierungsmitteln erreicht wird. Die gute Vermischung des Konditionierungsmittels und die gute Verteilung der Suspensionen im See reichen jedoch allein nicht aus, um hohe und höchste Wirkungsgrade beim Stoffumsatz und damit bei der Kostenoptimierung solcher Verfahren zu gewährleisten. Gemäß eines Verfahrensvorschlages nach Aktenzeichen DE 103 44 857.8 wird durch Gestaltung der Verteileinrichtung, die Einstellung der Stoffkonzentration auf < 1 % auf der Seeoberfläche und der pH-Wert-Einstellung in Abhängigkeit vom Einsatzstoff im Wasserkörper die Erzielung eines hohen Wirkungsgrades erreicht. Insbesondere bei morphologisch ungünstigen Gewässern mit Flachwasserbereichen und tiefen Schläuchen sowie stark gegliederten Gewässern ggf. mit Inselbereichen und haben diese Verfahren Grenzen.

Auch in den Offenlegungsschriften DE 4124073 A1 und WO 02/16272 A 1 sind Verfahren zur Behandlung saurer Wässer beschrieben. Die Anwendung bei größeren Tagebauseen erfordert jedoch einen unverhältnismäßig hohen technischökonomischen Aufwand.

In DE 20 2004 002 159.5 ist eine Anordnung beschrieben, die durch eine Kombination von Tank-/Silofahrzeug, Zwischenlagerbehälter, einer schwimmenden mobilen und beweglichen/fahrbaren Lager- und Eintragseinheit mit einem Verteilsystem mit einer oder mehreren Auslauföffnungen gekennzeichnet ist und mit der Konditionierungsmittel in einem sauren Gewässer verteilt werden sollen. Der Nachteil dieser Anordnung besteht darin, dass diese Anordnung nur an Gewässern einsetzbar ist, deren Uferbereich zumindest stellenweise entsprechend befestigt ist. Die effektive Art der Verteilung im Gewässer kann nicht abgeleitet werden.

Nach DE 10 2004 032 404.2 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verbesserung der Effektivität der Inlake-Konditionierung mittels einer auf dem Gewässer schwimmenden mobilen und beweglichen Lager-/Transport- und Eintragseinheit beschrieben bei der die Stoffkonzentration der verwendeten Konditionierungsmittel durch die Geschwindigkeit der schwimmenden Einheit und/oder mittels deren Antrieb erzeugten turbulenten Wasserstromes auf der Gewässeroberfläche bis in einem Meter Tiefe auf < 0,2 % eingestellt wird. Das hier vorgeschlagene Verfahren ist sehr effektiv bei der Anwendung an großen Gewässern mit einer Fläche von > 100 ha und einem hohen Konditionierungsmittelbedarf. Bei der Anwendung an kleineren Gewässern bzw. mit geringem Konditionierungsmittelbedarf ist die Anwendung nicht wirtschaftlich.

Ziel und Aufgabe der Erfindung bestehen darin, eine einfache Möglichkeit auf der Grundlage der Inlake-Konditionierung saurer Gewässer zu finden, nach der gut lösliche Konditionierungssmittel mit geringem Aufwand auf einfache Weise auf die Seeoberfläche oder in den Seekörper gebracht werden können.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit den im folgenden beschriebenen Anlagenkomponenten und Verfahrensschritten:

– Konditionierungsmittel, wie Kalkprodukte, Natronlauge mit einer Konzentration von ≤ 50 % oder Soda werden mittels Tank-/Silofahrzeug an das Ufer eines offenen sauren Gewässers transportiert;
– mobiler Tank/Silo zum Zwischenlagern und Dosieren von Konditionierungsmittel,
– Mischbehälter mit einem Fassungsvermögen von 1 bis 50 m³
– eine oder mehrere mobile Schlauchtrommeln mit Eigenantrieb zum Aufrollen, mit einem 50 bis 2000 m langem Verspül-/Verregnungsschlauch mit Nennweiten von 20 bis 200 mm,
– eine oder mehrere mobile schwimmende Verteileinrichtungen am Schlauch und/oder ein oder mehrere perforierter Schläuche,
– eine oder mehrer Pumpen mit Leistungen von 20 bis 600 m³/h
– mobiles Stromaggregat
– Wasserfahrzeug und/oder Seilwinde.
– die zwischengespeicherten und/oder antransportierten Konditionierungsmittel werden mittels einer Pumpe oder einem Gebläse über flexible Leitungen dem Mischbehälter oder direkt der Pumpstation zugeführt,
– mittels des Verspülstromes werden die Konditionierungsmittel über die schwimmenden mobilen Verteileinrichtungen am Schlauch oder Öffnungen im Schlauch in den Wasserkörper eingebracht,
– die schwimmenden mobilen Verteileinrichtungen am Schlauch werden im Wasserkörper mittels des Antriebes einer Schlauchtrommel oder mittels einer Seilwinde oder mittels Bugsierschiff bewegt, wodurch die effektive Verteilung der Konditionierungsmittel erfolgt,
– Die mobile Anlage kann zur Erhöhung der Effektivität am Seeufer mit geringem Aufwand mehrfach umgesetzt werden.

Die Verteilung der Konditionierungsmittel erfolgt bei der Durchführung des Verfahrens zusätzlich unter Ausnutzung der Wind- und Wetterbedingungen im Seebereich mit dem Ziel eine maximale Verteilung im Gewässerkörper einzustellen und einen maximalen Ausnutzungsgrad des Neutralisationspotentials zu bewirken. Dazu kann der Eintrag so erfolgen, dass die Bewegung der schwimmenden mobilen Verteilung so gesteuert wird, dass der Wind immer in Richtung der Seite mit größeren Entfernung zum Ufer weht. Weiterhin kann eine Zugabe der Konditionierungsmittel in der Weise erfolgen, dass bei einer größerer Wassertiefe spezifisch bezogen auf die Seeoberfläche eine höhere Zugabe erfolgt als bei einer geringeren Wassertiefe um die physikalischen und chemischen Eigenschaften des Konditionierungsmittels effektiv auszunutzen.

Mit Hilfe der gefundenen Lösung wird die Neutralisation von sauren offenen Gewässers mit hohem Wirkungsgrad und bei geringem Zeitaufwand effektiv auf einfache und wirtschaftliche Weise möglich. Somit wurde eine technische Lösung gefunden, mit der Verbesserung oder eine Erhaltung der guten beschaffenheit großer Wassermengen insbesondere auch in sauren Tagebauseen möglich ist und die Grundlagen für die Nachnutzungsziele wesentlich schneller und nachhaltig geschaffen werden können.

Die vorgeschlagene Lösung soll anhand des folgenden Anwendungsbeispiels näher
Ein saurer Tagebaussee mit einer Fläche von 200 ha, einem mittleren Durchmesser von 1500 m, einer mittleren Seetiefe von 10 m und einem Volumen von 18 Mio. m³, der einen pH-Wert von 3,15 und einen K_b6,0-Wert von 3 mmol/l aufweist, wird mit Nat ronlauge neutralisiert. Der Bedarf an 50 %iger Natronlauge beträgt 4.320 t.
Die Anlage zur effektiven Inlake-Konditionierung saurer Tagebauseen ist als mobile Einrichtung konzipiert, um ein schnelles und einfaches Aufbauen und Umsetzen zu gewährleisten. Sie setzt sich aus folgenden Komponenten zusammen:

– Tankfahrzeug mit 25 m³ Stapelvolumen mit pneumatischer Austragsvorrichtung zum Anliefern des Einsatzstoffes 50 %ige Natronlauge,
– mobiler Sicherheitsbehälter aus 4 mm starkem Edelstahl mit einem Fassungsvermögen von 27.000 l mit Doppelabsperrung als Entleerungseinrichtung und zur Beprobung, in dem ein 20 Fuß-Tankcontainer (Zwischenlagerung) mit einem Fassungsvermögen von ca. 25.000 l angeordnet ist,
– eine mobile Schlauchtrommel mit einem Eigenantrieb zum Aufrollen, mit einem 500 m langem Verspülschlauch mit einer Nennweiten von 70 mm,
– drei schwimmende Verteileinrichtungen am Schlauch mit jeweils 3 Abgängen mit 20 mm Innendurchmesser, die unterhalb der Wasseroberfläche angeordnet sind,
– Bugsierschiff
– eine Pumpstation mit einer Leistung von 40 m³/h,
– flexibler Schlauch vom Tankfahrzeug zum ersten Tankcontainer, und Tankcontainer zur Pumpstation,

Bei Einsatz von 50 % iger Natronlauge werden mittels Tankfahrzeug Chargen zu je 25 t angeliefert. In der Regel wird diese Menge direkt in die Ansaugleitung der Pumpstation gefördert, die aus dem zu behandelndem Gewässer das Verspülwasser in einer Menge von 40 m³/h entnimmt. Mit der Schlauchtrommel mit einem Eigenantrieb werden der Schlauch und damit die Verteileinrichtungen mit einer Geschwindigkeit von 10–50 m/h zum Standort der Schlauchtrommel gezogen. Die Geschwindigkeit wird an Hand der vorher ermittelten Morphologie des Gewässers eingestellt. Damit kann eine breitflächige Verteilung der Natronlauge und gute Reaktion im Wasserkörper in Abhängigkeit von der Gewässertiefe gewährleistet werden. Nach dem Aufrollen des Schlauches werden die Verteileinrichtungen mittels eines Bugsierschiffes erneut in verschiedene Richtungen in den Seebereich gezogen. Die mobile Anlage mit Pumpstation, Schlauchtrommel und Zwischenlagerbehälter wird mehrfach am Ufer des Gewässers zur vollständigen und effektiven Beeinflussung versetzt.
Zur Zwischenlagerung und als Puffermenge kann Natronlauge im 20 Fuß-Tankcontainer in der mobilen offenen Sicherheitsauffangwanne eingebracht werden.
Täglich können mit der erfindungsgemäßen Anordnung 120 t, 50%ige Natronlauge in den zu behandelnden Wasserkörper eingebracht werden. Bei 5 Arbeitstagen pro Woche ist die Behandlung des Gewässers in einem Zeitraum von 2 Monaten abgeschlossen.
Mit Hilfe der realisierten Lösung wird die Anhebung des pH-Wertes des sauren Gewässers sehr effektiv auf einfache und wirtschaftliche Weise möglich. Es wurde eine technische Lösung gefunden, mit der eine Erhaltung oder Verbesserung der Beschaffenheit großer Wassermengen insbesondere in sauren Tagebauseen möglich ist und die Grundlagen für die Nachnutzungsziele schnell und nachhaltig geschaffen werden können.

Claims

Verfahren und Vorrichtung zur effektiven Inlake-Konditionierung saurer Tagebauseen mittels Eintrag von festen und/oder flüssigen Konditionierungsmitteln, mittels einer oder mehrerer auf dem Gewässer schwimmenden Eintragseinheiten, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die Konditionierungsmittel über einen Mischbehälter und/oder über eine oder mehrer Pumpen mit Leistungen von 20 bis 600 m³/h, über eine oder mehrere mobile Schlauchtrommeln mit Eigenantrieb, die mit einem 50 bis 2000 m langem Verspül-/Verregnungsschlauch mit Nennweiten von 20 bis 200 mm an dem Verteileinrichtungen angeordnet sind, verbunden sind und die in Kombination mit einer Seilwinde und/oder einem Wasserfahrzeug in Abhängigkeit von der Gewässertiefe und Gewässergröße mit einer Geschwindigkeit von 5 bis 200 m/h auf der Wasseroberfläche bewegt werden, eingebracht werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere schwimmende Verteileinrichtungen am Verspülschlauch angeordnet sind und/oder der Schlauch perforiert ausgeführt ist.