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Der im Übertagebereich etablierte Bergbau hinterlässt in der Landschaftsstruktur gravierende Veränderungen. Zur Renaturierung dieses Gebietes bedarf es in der Regel vor allem wegen des tiefen Eingriffes in die Oberflächenstrukturen sowie in die Regime des Grundwassers und der Fließgewässer einer komplexen, interdisziplinären und nachhaltigen Herangehensweise. Nach den vorrangig im Sicherheitsbereich erforderlichen Arbeiten müssen sich die Arbeiten zur Neugestaltung eines ehemaligen Bergbaugebietes wie des Lausitzer und Mitteldeutschen Braunkohlenbergbaus schwerpunktmäßig der Verbesserung der Kippeneigenschaften sowie eingeschlossen der Verbesserung der Wassergüte der Grundwasserkörper mit entsprechenden Auswirkungen auf die Nachhaltigkeit der Wasserbeschaffenheit in den entstehenden Restseen zuwenden.
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Das Hauptproblem der Güteentwicklung in den Kippengebirgen, den Grundwasserkörpern und in den entstehenden Restseen ist die extreme Versauerung infolge der Pyrit- und Markasitverwitterung in den belüfteten Kippenbereichen. Aufgrund der riesigen Säuremengen in den belüfteten, tertiären Abraummaterialien und unter Berücksichtigung der bei der Eisenhydrolyse entstehenden Protonen muss ohne eine Behandlung mit einem Jahrzehnte anhaltendem Säureeintrag in die entstehenden Restseen bzw. Restseeketten gerechnet werden. Aus diesem Grund sind begleitende und nachsorgende Maßnahmen dringend erforderlich, um bereits in einem frühen Stadium des Grundwasserwiederanstieges in den Kippenarealen Einfluss auf die künftige Gewässerqualität zu nehmen.
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Aus dem Stand der Technik ist bekannt, Pflüge (
DD 131 219 A1 ,
DD 273 761 A1 ,
DD 238 313 A1 ,
DE 31 28 362 A1 ), Bodenfräsen (
DD 91 145 A1 ), Schneckenwalzen (
DD 273 958 A1 ) oder Meliorationsgrubber (
DD 98 010 A1 ) für die Auflockerung des Bodens und ggf. für den simultanen Eintrag von vorher oder gleichzeitig aufgetragenen alkalischen Einsatzstoffen zu verwenden. Nachteilig bei allen diesen Ausführungsvarianten ist die geringe erreichbare Eindringtiefe von ca. 1 m, die ungenügende Homogenität der Durchmischung, der hohe Verschleiß und enorme Instandhaltungsaufwand.
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Bekannt ist weiterhin ein Verfahren, beschrieben in
DE 41 05 595 A1 , nach dem das Meliorationsmittel für schwefelsaure Tagebaukippen mengendosiert auf die Kippenoberfläche aufgebracht und mittels Schaufelradbagger verstürzt wird. Gleichfalls wird nach
DE 43 15 858 A1 ein kontinuierliches Verfahren zur Kippenmelioration unter Verwendung eines Schaufelradbaggers nach Auftrag von einzusetzenden Substraten auf die Kippenoberfläche beschrieben. Nachteilig bei diesen Verfahrensvorschlägen ist, dass diese bei dem eigentlichen Bergbaubetrieb anwendbar sind, jedoch für die nachträgliche Behandlung von versauerten Kippenböden nur begrenzt, mit sehr hohem wirtschaftlichem Aufwand oder gar nicht geeignet sind.
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Nach dem Verfahren gemäß
DE 102 27 951 B4 soll zur Steuerung der Wasserqualität an offenen Gewässern mittels Aufspülen einer Wasser-Wirkstoffsubstrat-Suspension im Ufer- und Böschungsbereich im und am Tagebausee im Austrittsbereich von Grundwasserströmungen eine Seekolmationswand oder im Eintrittsbereich von sauren Grundwasserströmen und/oder sauren Zuflüssen eine Seereaktionswand errichtet werden. Der Nachteil dieses Verfahren besteht darin, dass die aufgespülten Wirkstoffsuspensionen durch Erosion und Abrasion infolge Starkniederschläge und Wellenschlag aus dem Böschungsbereich entfernt werden können und damit die angestrebte Wirkung verloren geht.
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In
DE 100 44 261 A1 wird ein Verfahren beschrieben nach dem vor zu schützende Gewässer in Grundwasserfließrichtung Einrichtungen wie Schluckbrunnen, Rütteldrucklanzen oder Injektionslanzen zum Eintrag von alkalischen Flüssigkeiten in den Grundwasserbereich angeordnet sind. Das Problem besteht bei diesen Vorschlägen darin, dass mit Einsatzstoffüberschuss gearbeitet wird und es dabei nachweislich zu Kolmationserscheinungen kommt. Bei Verdichtungsarbeiten wie mit Rüttellanzen werden die k
f-Werte und die Durchströmbarkeit der Böden reduziert. Die negativen Wirkungen wurden bei großtechnischen Einsatzversuchen bestätigt. Die Grundwasserleiter mit derartigen Einrichtungen exakt zu treffen ist auf Grund der Inhomogenität der Kippenböden eher unwahrscheinlich.
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Weiterhin ist ein Verfahren nach
DE 10 2004 030 966 B4 bekannt, wo nach durch einen definierten Substratein- bzw. -auftrag, bestehend aus ungebrannten und gebrannten Kalk- und/oder Dolomitprodukten in Abhängigkeit von der Strömungsrichtung des Grundwassers Kolmations- und/oder Reaktionswände in den Ufer- und Böschungsbereich im Eintritts- und/oder im Austrittsbereich von Grundwasserströmungen errichtet werden. Dieses Verfahren ist nur dort einsetzbar, wo eine Aufspülung von alkalischen Einsatzstoffen oder eine flächenhafte Einarbeitung mit Bodenfräsen mit den bereits o. g. Nachteilen möglich ist.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein wirksames, effizientes und einfach zu realisierbares sowie mobilen und universell einsetzbaren Verfahren zur Pufferung von Böden und Kippenbereichen gegen Versauerung zu finden, nach der alkalische Einsatzstoffe mit einer effektiven Menge, mit geringer Zugriffszeit, mit hohem Reaktionswirkungsgrad und nachhaltig zur Anwendung gelangen und die Kosten sowie der Zeitaufwand der Behandlung mit sehr großen Flächen und Schadstoffgehalten sowie an ungünstig zugänglichen Kippenbereichen (Böschungen, Feuchtgebiete) bedeutend gesenkt werden können.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, in dem in die betreffenden Bodenbereiche punktuell in einem Abstand von 30 cm bis 5 m, eine Einsatzstoffsuspension aus alkalischen Einsatzstoffen aus einer Lager-, Transport- und Dosiereinheit mit einer Konzentration von 0,1 bis 30 Ma.% bis in eine Tiefe von 5 m injiziert wird, wobei der Eintrag mit einer oder gleichzeitig mehreren Injektionslanzen erfolgt und die Einsatzstoffsuspension beim wieder Herausziehen der Injektionslanze aus dem unteren Bereich bis an die Oberfläche in den betreffenden Bodenbereich in den Hohlraum bzw. die aufgelockerten Bereiche mit einem Druck von 5 bis 250 bar gedrückt wird.
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Bei der Durchführung des Verfahrens kommen als Einsatzstoffe für die Herstellung von Einsatzstoffsuspensionen vorzugsweise carbonathaltige ungebrannte Kalk- oder Dolomitprodukte oder gebrannte Kalk- oder Dolomitprodukte oder Mischungen dieser Einsatzstoffe zum Einsatz. Vor dem Einsatz wird im Rahmen einer Vorerkundung der erforderliche spezifische Einsatzstoffbedarf ermittelt.
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Für die Durchführung des Verfahrens wird eine den gegebenen Bodenverhältnissen angepasste fahrbare Einrichtung eingesetzt, die die Lager-, Transport- und Dosiereinrichtungen sowie die Injektionsvorrichtung aufnimmt. Erfindungsgemäß wird die Injektionslanze von einem Trägerfahrzeug mit einem Hydraulikantrieb in den Boden gedrückt, wobei das Trägerfahrzeug einen Bodendruck von 0,05 bis 0,5 kp/cm2 aufweisen soll und das Eindringen der Injektionslanzen in den Bodenbereich vorzugsweise mit einer frequenzabhängig betriebenen Vibrationseinrichtung unterstützt werden kann.
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Die Injektionslanzen sind mit keilartigen Leitblechen oder ähnlichen Einrichtungen mit einander verbunden, wodurch die Stabilität der Injektionslanzen erhöht, das Eindringen der Lanzen in den Bodenbereich unterstützt und eine zusätzlich Auflockerung des Bodens zur verbesserten Aufnahme der Einsatzstoffsuspensionen bewirkt wird.
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Bei der Verfahrensdurchführung werden die Injektionslanzen intervallartig mit Wasser gespült. Damit wird neben der Reinigungswirkung eine zusätzliche Auflockerung der betreffenden Bodenbereiche bewirkt und die Einsatzstoffverteilung verbessert.
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Bei der Durchführung des Verfahrens sind die Injektionslanzen mittels einer Hydraulikeinheit schwenkbar und/oder drehbar angeordnet und aus einer Grundstellung der Hydraulikeinheit wird eine Arbeitsbreite von bis zu 30 m realisiert.
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Bei der Anwendung des Verfahrens ist die Lager-, Transport- und Dosiereinheit für die Einsatzstoffsuspension sowie die Injektionseinheit über bewegliche flexible Einrichtungen miteinander verbunden und mobil ausgeführt. Dabei kann zusätzlich ein kleinerer mit der Geräteeinheit verbundener Behälter fest an der Injektionseinheit installiert sein und intervallartig mit der Einsatzstoffsuspension aus einem Zwischenlager gefüllt werden.
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Das vorgeschlagene Verfahren kann bei seiner Ausführung in rekultiviertem oder genutztem Boden angewendet werden, da die vorhandene Vegetation geschont wird und der Eintrag bis in eine beliebige oberflächennahe Zone, beispielsweise unterhalb des Wurzelbereiches von vorhandener Vegetation erfolgen kann.
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Beim Einsatz von Mehrlanzensystemen gewährleistet ein selbstregulierendes System, dass in porösen gut durchströmbaren Bodenbereichen mehr Einsatzstoffsuspension eingetragen wird als in weniger gut durchströmbaren Bodenbereichen.
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Die vorgeschlagene Bodenpufferung wirkt multifunktional im Uferbereich von Seen und sonstigen Oberflächengewässern, bei der Behandlung des Zustroms von saurem Grundwasser vor dem Eintritt in Wasserkörper, in der Staulamelle durch Erosion und Freisetzung des Neutralisationsmittels infolge des Einflusses des Wellenschlags im unmittelbaren Uferbereich, im Uferbereich oberhalb des Seespiegels im Zusammenhang mit Erosion, Niederschlägen und der damit verbundenen Freisetzung von Neutralisationsmittel sowie einer Grundwasserneubildung mit guter Wasserqualität.
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Insbesondere vor der Flutung oder vor dem Grundwasseraufgang oder in nicht vollständig gefüllten Gewässern sowie vor, während und nach dem Grundwasseraufgang kann das Verfahren auf einfache kostengünstige Weise realisiert werden. Die Auslegung kann dabei derartig erfolgen, dass eine Nachhaltigkeit für Jahrzehnte gegeben ist.
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Mit Hilfe des vorgeschlagenen Verfahrens gelingt es, auf einfache, wirksame und ökologisch unbedenkliche Weise, saure unfruchtbare Kippenböden in rekultivierbare Böden für Wald- Acker- und Grünlandflächen sowie saure schwermetallhaltige Grundwasserströme in biologisch unbedenkliche Wasserreservoire mit allgemein nutzbarer Wasserbeschaffenheit zu überführen, die beim Einströmen in Oberflächengewässer wie Seen und Flüsse keine negativen Auswirkungen verursachen. Das mobile universell einsetzbare System zur Pufferung von Kippenbereichen sichert einen ortsunabhängigen Einsatz mit extrem kurzer Zugriffszeit.
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Das Prinzip der Erfindung soll im Folgenden an Hand eines Ausführungsbeispieles näher erklärt werden.
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Ein biologisch und chemisch intaktes Fließgewässer fließt über eine Strecke von 1.500 m durch ein Kippengebiet, welches durch die Pyritverwitterung ein hohes Versauerungspotential aufweist. Niedrige pH-Werte von 3 sowie hohe Gehalte an Sulfat (2500 mg/l) und Eisen (200 mg/l) charakterisieren das Kippengrundwasser. Mit dem Grundwasserwiederanstieg tritt dieses Wasser in das Oberflächengewässer ein und beeinflusst die Beschaffenheit insbesondere durch einen Anstieg des Eisengehaltes im Fließgewässer von 1 auf 5 mg/l sowie einer Braunfärbung infolge der Eisen(III)-Hydroxidbildung.
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Als eine Folge der Sedimentation von Eisenhydroxiden tritt eine Beeinträchtigung des Ökosystems durch den Überzug auf dem Gewässerboden ein. Es muss mit einer Reduzierung der Tier- und Pflanzenvielfalt sowie einem Absterben der Primärproduktion gerechnet werden. Zusätzlich sind für Fische und für wirbellose Tiere eine Beeinträchtigung der Atmung sowie Langzeitwirkungen für die Fischbrut zu erwarten.
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Zur Vermeidung dieser Auswirkungen soll eine Kippenpufferung entsprechend der vorgeschlagenen erfinderischen Lösung realisiert werden. Im Ergebnis der Voruntersuchungen zum Grundwasserzustrom, zur Grundwasserbeschaffenheit sowie zur Kippenbeschaffenheit wurde für einen 40 m breiten Streifen ein erforderlicher Eintrag von CaCO3 in einer Menge von 30 kg/m3 in den Kippenboden bis in eine Tiefe von 0,5 bis 2,5 m ermittelt. Dazu müssen 60.000 m2 bzw. ein Volumen von 120.000 m3 mit einer Feststoffdichte von 1,5 t/m3 mit einer Gesamtmenge an Kalk von 5.400 t behandelt werden.
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Für die Durchführung des Verfahrens wird eine Kalkmilch mit fein gemahlenem ungebranntem Kalkmehl mit einer Konzentration von 20 Ma.% erzeugt und in drei mobile Transportbehälter, jeweils mit Rührwerk und mit einem Fassungsvermögen von 30 m3 am Einsatzort bereitgestellt. Die Zuführung der Suspension von den Transport- und Lagerbehältern zur Gerätekombination erfolgt mittels einer mobilen Schlauchtrommel mit einer Schlauchlänge von 500 m bei einem Schlauchaußendurchmesser von 60 mm. Je nach Fortgang der Injektionsarbeiten kann das mobile System Transport- und Lagerbehälter-Schlauchtrommel im Gelände versetzt werden.
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An einem Mobilbagger ist eine Gerätekombination, die mit der Schlauchtrommel verbunden ist, mit 5 Injektionslanzen, die in einer Reihe in einem Abstand von 50 cm zueinander mit einer Länge von 3 m angeordnet sind. Der Mobilbagger hat eine nutzbare Ausladung von 10 m, so dass er aus einer Arbeitsstellung 20mal die Injektionslanzen jeweils in einem Reihenabstand von 50 cm über eine Gesamtlänge von 10 m in den betreffenden Bodenbereich einbringen kann. Pro Injektion werden nach Erreichen der Tiefe von 2,5 m beim Herausziehen der Injektionslanzen bis in eine Höhe von 50 cm unter der Erdoberfläche 375 l der Kalkmilch über die 5 Injektionslanzen in den Boden verpresst. Nach einer Arbeitslänge von 40 m ist der erste Vorratstank geleert und der zweite Tank wird an das Gerätesystem angeschlossen. Der leere Transportbehälter wird durch einen gefüllten Transportbehälter getauscht.
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Intervallartig wird das Gesamtsystem Schlauchtrommel-Gerätesystem mit Wasser gespült. Auf diese Weise werden Versetzungen des Systems vermieden bzw. beseitigt und das Eindringen der Einsatzstoffsuspension in die betreffenden Bodenbereiche verbessert.