DE102008029643A1

DE102008029643A1 - Verfahren zur ökologischen und wirtschaftlichen Behandlung und Nachsorge von sauren Gewässern

Info

Publication number: DE102008029643A1
Application number: DE200810029643
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Rabe; Guenter Scholz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-06-23
Filing date: 2008-06-23
Publication date: 2009-12-24

Abstract

Ziel und Aufgabe der Erfindung bestehen darin, eine Möglichkeit auf der Grundlage der Inlake-Behandlung saurer Gewässer zu finden, nach der die Einstellung des pH-Wertes pH-Wertbereich von 4-8,3 schnell, wirtschaftlich und ökologisch unbedenklich erfolgen kann. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die pH-Wertanhebung mittels einer Einsatzstoffmischung aus gebrannten Kalkprodukten und/oder gelöschten gebrannten Kalkprodukten in einem Anteil von 1-50% der Gesamteinsatzstoffmenge und ungebrannten Kalkprodukten in einem Anteil von 50-99% der Gesamteinsatzstoffmenge durch Eintrag als Einsatzstoffsuspension in das betreffende Gewässer erfolgt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Einstellung des pH-Wertes offener saurer Gewässer, insbesondere von Tagebauseen mit einem Wasservolumen von > 500.000 m³ und hier im schwach sauren pH-Wertbereich von 4–8,3.
In der Folge des Bergbaus insbesondere bei Nutzung der sogenannten Tagebautechnologie entstehen Hohlräume in der genutzten Landschaft, die sich 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 kreiert, die durch eine anhaltende Zufuhr von Acidität mit dem einströmenden Grundwasser gekennzeichnet ist. Dabei kommt es nach einer Flutung mit Oberflächenwasser und/oder einer chemischen Seewasserbehandlung mit einer pH-Wertanhebung auf den pH-Bereich von 5,5 bis 8,5 infolge des Zustroms von Acidität insbesondere in Form von Reaktionsprodukten der Pyritverwitterung (Fe² ⁺, Fe³ ⁺, SO4^2–) zu einem Verbrauch des eingestellten Säurepuffers und damit zu einem pH-Abfall auf Werte von < 5,5 und einem möglichen Anstieg von Schwermetallgehalten, insbesondere von Eisen und Aluminium, was insgesamt zu einer Beeinträchtigung oder zum Absterben der sich im Bergbausee gebildeten oder eingetragenen Biozönose führen kann.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, derartig saure Wässer mittels sogenannter Grubenwasserreinigungsanlagen (GWRA) zu behandeln, um vor der Anbindung an die Vorflut keine Gefährdungen der abströmseitig folgenden Gewässer zuzulassen. Der nicht behandelte Bergbausee verbleibt jedoch in diesem Falle in dem 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.
Des Weiteren 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 Neutralisationsmittel und intelligenter Verteiltechnik ein hoher Effekt beim Einsatz von Neutralisationsmitteln erreicht wird. Die gute Vermischung der hier beschriebenen Neutralisationsmittel und die Verteilung der erzeugten Suspensionen im See führen jedoch nicht zu hohen Wirkungsgrade beim Stoffumsatz und damit bei der Kostenoptimierung solcher Verfahren bzw. bewirken bei der Anwendung im pH-Bereich von > 4,3 zu unkontrollierbaren pH-Anstiegen bis auf Werte von > 9 und damit zu ökologischen Schäden. Auch in den Offenlegungsschriften DE 4124073 A1 und WO 02/16272 A1 sind Verfahren zur Behandlung saurer Wässer beschrieben. Die Anwendung bei größeren Bergbau-Restseen erfordert jedoch einen unverhältnismäßig hohen technisch-ökonomischen Aufwand.
In DE 10 2006 001 929 wird ein Verfahren zur Verbesserung der Wasserqualität von sauren Gewässern beschrieben, nachdem bei in einer ersten Behandlungsstufe bei einem niedrigem pH-Wert ein calcium- oder calcium-/magnesiumhaltiger Einsatzstoff und in einer zweiten Stufe bei einem höheren pH-Wert Natronlauge eingesetzt wird. Bei diesem Verfahren sind insgesamt hohe Produkteinsatzkosten erforderlich. Im hohen pH-Bereich werden auf diese Weise zwar hohe Wirkungsgrade erreicht, jedoch besteht die Gefahr der Beeinträchtigung der Biozönose.
Nach einem Verfahren, welches in DE 102007043751.1 beschrieben ist, wird die pH-Wertanhebung in sauren Gewässern in mindestens zwei Stufen derartig vorgenommen, dass die Konzentration der jeweils eingesetzten Neutralisationsmittelsuspensionen pH-wertabhängig eingestellt wird, indem im höheren pH-Wertbereich von > 4,5 die Konzentration der Einsatzstoffsuspension niedriger ist als im niedrigen pH-Bereich von < 4,5 und im höheren pH-Bereich gebrannte reaktionsfreudige Produkte, wie Branntkalk oder Weißkalkhydrat und im niedrigeren pH-Bereich ungebrannte reaktionsträge Produkte, wie Kalksteinmehl eingesetzt werden. Auf diese Weise erfolgt zwar eine gesteuerte pH-Wertanhebung im pH-Bereich von > 4 mit Schutz der Biozönose, der Nachteil diese Verfahrens besteht jedoch darin, dass infolge des geringen Wirkungsgrades bei Einsatz von ungebrannten Kalkprodukten in pH-Bereichen von > 4 große Produktmengen mit hohen Eintragskosten einzubringen sind. Darüber hinaus ist ein hoher Zeitbedarf erforderlich, der kurzfristig erforderliche Reaktionszeiten nicht gewährleisten kann.
Ziel und Aufgabe der Erfindung bestehen darin, eine Möglichkeit auf der Grundlage der Inlake-Behandlung saurer Gewässer zu finden, nach der die Einstellung des pH-Wertes pH-Wertbereich von 4–8,3 schnell, wirtschaftlich und ökologisch unbedenklich erfolgen kann.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe der Erfindung dadurch gelöst, dass zur pH-Wertanhebung von sauren Gewässern im Rahmen einer ökologischen und wirtschaftlichen Behandlung und Nachsorge dieser Gewässer, der Eintrag von Neutralisationsmittel in suspendierter Form über Verteileinrichtungen so erfolgt, dass in die zu behandelnden sauren Gewässer bei einem pH-Wert von ≥ 4 eine Mischung aus gebrannten Kalkprodukten und/oder gelöschten gebrannten Kalkprodukten mit Anteilen von CaO und/oder MgO und/oder Ca(OH)₂ und/oder Mg(OH)₂ in einem Anteil von 1–50% der Gesamteinsatzstoffmenge und ungebrannten Kalkprodukten mit Anteilen von CaCO₃ und/oder MgCO₃ in einem Anteil von 50–99% der Gesamteinsatzstoffmenge in die zu behandelnden Gewässer eingebracht werden.
Erfindungsgemäß erfolgt der Eintrag der Einsatzstoffmischung so lange bis der pH-Wert im Mittel einen Grenzwert im Bereich von 5,5 bis 8,3 überschreitet.
Erfindungsgemäß kann die Mischung der gebrannten und ungebrannten Produkte auch in der Weise erfolgen, dass vorher in getrennten Einrichtungen Suspensionen hergestellt und erst unmittelbar vor dem Einbringen im See bzw. im See zur Mischung gebracht werden.
Die gebrannten und ungebrannten Einsatzstoffe weisen im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens jeweils eine Körnung von < 0,1 mm mit einem Anteil von > 50% auf.
Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Anteil der gebrannten Kalkprodukte und/oder gelöschten gebrannten Kalkprodukte in der Gesamteinsatzstoffmenge in Abhängigkeit vom Ausgangs-pH-Wert so eingestellt, dass dieser Anteil im pH-Bereich von 4–6 höher ist als im pH-Bereich von > 6–8,3.
Erfindungsgemäß wird der Anteil von gebrannten Kalkprodukte und/oder gelöschten gebrannten Kalkprodukten in der Gesamteinsatzstoffmenge im pH-Bereich von 4–6 im Bereich von 10–50% und im pH-Bereich von > 6–8,3 im Bereich von 1–30% der Gesamteinsatzstoffmenge eingestellt.
In Versuchen wurde überraschend gefunden, dass mit dem Eintrag einer Einsatzstoffmischung bestehend aus feinkörnigen gebrannten und/oder gelöschten gebrannten Kalkprodukten mit einem überproportionalen Anteil an ungebrannten feinkörnigen Kalkprodukten die Nachteile bei der separaten Zugabe der Einzelprodukte in der Kombination überwunden werden. So erfolgt infolge der Reaktionsdämpfung durch die ungebrannten Kalkprodukte sowohl die Vermeidung eines abrupten örtlichen pH-Anstiegs mit negativen Folgen für die vorhandene Biozönose als auch eine Vermeidung der schnellen Vergipsung/Vergriesung (CaSO₄-Bildung auf der Oberfläche der reaktiven gebrannten Kalkteilchen). Damit werden die Nachteile eines entstehenden ungünstigen Wirkungsgrades, eines höheren Stoffbedarfes und hoher Gesamtkosten vermieden.
Mit der möglichen Einstellung der Anteile an gebrannten und/oder gelöschten gebrannten Kalkprodukten kann der Gesamtwirkungsgrad gegenüber dem alleinigen Einsatz ungebrannten Kalkprodukten erhöht und die Zeitdauer der Behandlungsdauer verkürzt bzw. gesteuert werden.
Mit dem vorgeschlagenen Verfahren können preiswerte ungebrannte Kalkprodukte sehr effizient bei der pH-Wertanhebung eingesetzt werden und gestalten die Behandlungsverfahren insgesamt kostengünstig. Der Einsatz von gebrannten und/oder gelöschten gebrannten Kalkprodukten führt nicht zu ökologischen Beeinträchtigungen.
Die Erfindung soll anhand des folgenden Anwendungsbeispiels näher erläutert werden.
Ein Tagebausee mit einem Volumen von 20 Mio. m³ versauerte in einem Zeitraum von 2 Jahren infolge von Grundwassereinfluss von einem Ausgangs-pH-Wert 7 auf einen pH-Wert von 4,3. Bis zum Erreichen eines pH-Wertes von 7,0 wurde ein Neutralisationsbedarf von 0,8 mmol/l ermittelt.
Für die Behandlung des Tagebausees wird eine Einsatzstoffmischung aus Kalksteinmehl und Branntkalk, jeweils mit einer Körnung von < 0,09 mm festgelegt. Der ermittelte Gesamtwirkungsgrad der Einsatzstoffmischung wurde im Technikumversuch mit 70% ermittelt. Zum Einsatz kommen für die Seebehandlung 1000 t Kalksteinmehl (78% der Gesamteinsatzstoffmischung) und 280 t CaO (22% der Gesamteinsatzstoffmischung). Die Produkte werden in einem Zwangsmischer chargenweise gemischt und in einem Silo zwischengelagert.
Mittels Silofahrzeug wird die Einsatzstoffmischung an das Seeufer transportiert und hier in den Vorratsbehälter eines Verteilschiffes geblasen.
Die Gesamteinsatzstoffmenge wird in einem Zeitraum von ca. 2 Wochen in das Gewässer eingetragen. Nach der Realisierung des Verfahrens wird der pH-Wert mit 7,0 gemessen und die Säurekapazität in Form des k_S4,3-Wertes beträgt ca. 0,6 mmol/l.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 19961243 [0004]
- DE 10304009 [0005]
- DE 4124073 A1 [0005]
- WO 02/16272 A1 [0005]
- DE 102006001929 [0006]
- DE 102007043751 [0007]

Claims

Verfahren zur ökologischen und wirtschaftlichen Behandlung und Nachsorge von sauren Gewässern durch Eintrag von Einsatzstoffen in suspendierter Form über Verteileinrichtungen, dadurch gekennzeichnet, dass in saure Gewässer und/oder in Gewässer mit sauren Zuströmungen mit einem pH-Wert von ≥ 4 eine Mischung aus gebrannten Kalkprodukten und/oder gelöschten gebrannten Kalkprodukten mit Anteilen von CaO und/oder MgO und/oder Ca(OH)₂ und/oder Mg(OH)₂, in einer Körnung von < 0,1 mm mit > 50% der Einsatzstoffmenge und dabei in einem Anteil von 1–50% der Gesamteinsatzstoffmenge und ungebrannten Kalkprodukten mit Anteilen von CaCO₃ und/oder MgCO₃, in einer Körnung von < 0,1 mm mit > 50% der Einsatzstoffmenge, in einem Anteil von 50–99% der Gesamteinsatzstoffmenge in die zu behandelnden Gewässer eingebracht wird, bis der pH-Wert im Mittel einen Grenzwert im Bereich von 5,5 bis 8,3 überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil von gebrannten Kalkprodukten und/oder gelöschten gebrannten Kalkprodukten in der Gesamteinsatzstoffmenge in Abhängigkeit vom Ausgangs-pH-Wert eingestellt wird, indem im pH-Bereich 4–6 dieser Anteil höher ist als im pH-Bereich > 6–8,3.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil von gebrannten Kalkprodukte und/oder gelöschten gebrannten Kalkprodukten in der Gesamteinsatzstoffmenge im pH-Bereich von 4–6 im Bereich von 10–50% und im pH-Bereich von > 6–8,3 im Bereich von 1–30% der Gesamteinsatzstoffmenge eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die gebrannten bzw. ungebrannten Produkte vorher getrennt als Suspensionen aufbereitet werden und erst unmittelbar vor ihrem Einsatz in ein Gewässer oder im Gewässer zur Mischung gebracht werden.