DE102011106473A1

DE102011106473A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Wasserbehandlung von sauren Oberflächengewässern

Info

Publication number: DE102011106473A1
Application number: DE201110106473
Authority: DE
Inventors: Dr.-Ing. Scholz Günter; Wolfgang Rabe; Denny Clauß
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-07-04
Filing date: 2011-07-04
Publication date: 2013-01-10

Abstract

Verfahren und Vorrichtung zum Einbringen von alkalischen Stoffen in saure Gewässer, insbesondere in Tagebaurestseen, die nach Beendigung des aktiven Bergbaus entstanden sind. Ziel und Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einbringen von alkalischen Stoffen in saure Gewässer zu finden, die geeignet sind, gebrannte Kalkprodukte mit einer hohen spezifischen Leistung in saure Gewässer mit geringem Anlagenaufwand effektiv einzubringen. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst, indem eine thermische Aktivierung der einzusetzenden Kalk-/Dolomitmilch auf einer mobilen Wasserbehandlungsanlage erfolgt, indem gebrannte Kalk-Dolomitprodukte auf einer schwimmenden Anlage transportiert und während des Transportes auf dem Gewässer in einem Injektor in einer Menge von 30 t/h bis 200 t/h gefördert und hier mit 300 m3/h bis 700 m3/h Seewasser in einem Abstand von 2 m vor der Austrittsöffnung vor mindestens einer Verteildüse, bei einer simultanen Temperaturerhöhung auf 40 bis 100°C in Kontakt gebracht und anschließend auf und/oder unter die Wasseroberfläche des Gewässers eingebracht werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einbringen von alkalischen Stoffen in saure Gewässer für die Neutralisation und Nachbehandlung dieser Ge-wässer, insbesondere von so genannten Bergbaufolgeseen, die eine hohe Acidität aufweisen und mit dem Zustrom saurer Grundwassersträme einer lang anhaltenden Behandlung bezüglich der Erhaltung neutraler Wasserverhältnisse bedürfen.
Durch Flutung mit Oberflächenwässern kann der Versauerung entgegengewirkt werden. Bei hohen Säuregraden oder bei Flutung von bereits teilweise gefüllten Tagebauseen reicht das geringe Neutralisationspotential von Oberflächenwasser nicht aus und die Seen verbleiben ohne eine zusätzliche Behandlung im sauren Zustand.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, saure Wässer punktuell zum Beispiel an einem Seeauslauf durch Kalkung zu neutralisieren. Die Kalkung wird hier in Grubenwasseraufbereitungsanlagen praktiziert. Dabei verbleibt der See jedoch in einem versauerten Zustand und ist wirtschaftlich und touristisch nicht nutzbar.
Aus dem Stand der Technik ist weiter bekannt, dass mit Anwendung von so genannten In-Lake-Verfahren eine Startneutralisation und auch die Nachbehandlung derartiger Gewässer möglich sind.
So ist in DE 199 61 243 A1 ein Verfahren, beschrieben, nachdem die in einem Tagebaurestsee vorhandenen eingespülten Kraftwerksaschen, die aus der Verbrennung von Braunkohlen stammen und am Boden eines Tagebaurestsees sedimentiert sind, wieder aufzunehmen, zu verwirbeln und über Rohrleitungen im sauren Restsee zur Neutralisation zu nutzen. Dieses Verfahren ist jedoch nur begrenzt nutzbar, wenn Altaschen im Gewässer vorhanden oder in der Nähe verfügbar sind. Die Reaktivität solcher Aschen ist relativ gering, so dass der Anlagenaufwand aus Kostengründen nicht vertretbar ist.
Nach einem weiteren Verfahren nach DE 10157342.1 sollen saure sulfatreiche Gewässer durch Einsatz von behandeltem Dolomit in Kombination mit carbonat- und/oder hydrogencarbonat- und/oder kohlendioxidhaltigen Stoffen beeinflusst werden. Der Nachteil von mehrstufigen Verfahren mit unterschiedlichen Einsatzstoffen sind ein höherer Anlagenaufwand, längere Behandlungszeiten und ein höherer Monitoringaufwand mit insgesamt hohen Gesamtkosten.
Ein weiters Verfahren nach Aktenzeichen DE 103 04 009.9 zielt darauf ab mittels Inlaketechnik alkalisch wirkende Stoffe aus einem Silo mit Wasser suspendiert und diese Suspension mit aufwändigen Verteileinrichtungen bis 2000 m Länge so im Gewässer zu verteilen, dass möglichst viel des eingesetzten Stoffes im See in Alkalinität umgesetzt und damit ein hoher Wirkungsgrad bei der Stoffumsetzung erreicht wird. Die Kosten für ein derartiges Verfahren sind jedoch in vielen Fällen nicht vertretbar, so dass es bisher kaum zur Anwendung gelangte. in http://www.ldl.sachsen.de/de/internet/service/umweltinfos/files/tienz.pdf auf Seite 31/32 wird eine Anlagenkombination beschrieben, in der Branntkalk aus einem fest installiertem Silo in einem separaten Löschbehälter gelöscht und anschließend in einem gesondertem Verdünnungsbehalter verdünnt wird und anschließend über zwei Leitungen auf der Seeoberfläche zur Neutralisation des Seewassers aufgebracht wird. Dieses Verfahren ist von der Anlagen- und Steuertechnik her sehr aufwändig und benötigte ca. 2,5 a für die Behandlung eines Sees. Die Veränderung des Anlagenstandortes an einen anderen See ist mit hohen Kosten und hohem Zeitaufwand verbunden.
In der DE 20 2007 017 852 U1 ist ein selbst fahrendes Wasserfahrzeug zum Einbringen alkalischer Stoffe in Gewässer beschrieben, welches Vorratsbehälter für alkalische Stoffe, Ansaugvorrichtung für Wasser, Dosiervorrichtung zur Suspensionsherstellung, Förderpumpe und Verteilerdüsen zum Verspritzen der Suspension aufweist. In der vorgeschlagenen Anlage werden die alkalischen Produkte auf der Saugseite des Förderaggregats zugegeben, wobei Probleme beim Einsatz von gebrannten Kalkprodukten infolge von Versetzungserscheinungen auftreten und zu Betriebsstörungen führen können.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einbringen von alkalischen Stoffen in saure Gewässer zu finden, die geeignet sind, gebrannte Kalkprodukte mit einer hohen spezifischen Leistung mit geringem Anlagenaufwand in saure Gewässer effektiv einzubringen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe wie in den Patentansprüchen dargelegt, dadurch gelöst, indem eine thermisch aktivierte Kalk- oder Dolomitmilch auf einer mobilen Wasserbehandlungsanlage dadurch erzeugt wird, indem gebrannte Kalk- oder Dolomitprodukte auf einer schwimmenden Anlage transportiert und während des Transportes in einen Injektor in einer Menge von 30 t/h bis 200 t/h gefördert und hier mit 300 m³/h bis 700 m³/h Seewasser in einem Abstand von < 2 m vor der Austrittsöffnung vor mindestens einer Verteildüse, bei einer simultanen Temperaturerhöhung auf 40 bis 100°C in Kontakt gebracht und anschließend auf und/oder unter die Wasseroberfläche des Gewässers eingebracht werden.
Bei der Durchführung des Verfahrens erfolgt die Temperatureinstellung der erzeugten Kalk- oder Dolomitmilch auf 40 bis 100°C über die Feststoff- und Wasserdosierung.
Erfindungsgemäß werden die gebrannten Kalk- oder Dolomitprodukte in den Wasserstrom nach Austritt desselben aus einer Pumpvorrichtung dosiert. Auf diese Weise wird vermieden, dass es in der Pumpvorrichtung zu Verschleißerscheinungen oder Versetzungen kommen kann.
Im Rahmen einer alternativen Variante des Verfahrens können in den Wasserstrom nach Austritt desselben aus einer Pumpvorrichtung andere alkalische Einsatzstoffe wie beispielsweise Kalksteinmehl, Kalkhydrat oder Kalkmilch aus dem Behälter der mobilen Wasserbehandlungsanlage eingebracht werden.
Erfindungsgemäß besteht die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, aus folgenden Anlagenteilen:

- mindestens ein Silofahrzeug mit pneumatischer Austragsvorrichtung,
- mindestens eine mobile Wasserbehandlungsanlage mit • mindestens einem Antrieb, • mindestens einer Steuereinrichtung, • mindestens einer flexiblen Rohrleitung zwischen Silofahrzeug und einem Vorratsbehälter, • mindestens einem Vorratsbehälter, • mindestens einer Pumpvorrichtung, • mindestens einer Dosiervorrichtung für Feststoffe • mindestens einem Injektor • mindestens einer Wasserzuführung zum Injektor, • mindestens einer Feststoffzuführung zum Injektor • mindestens einer Verteileinrichtung für Kalk- oder Dolomitmilch.

Durch die Temperaturerhöhung der erzeugten Kalk- und/oder Dolomitmilch auf 40 bis 100°C bei gleichzeitigen Hydratationsreaktionen wird erreicht, dass die feinkörnigen Kalk- und/oder Dolomitteilchen in Ihrer Körnigkeit weiter verkleinert, die spezifische Oberfläche um > 30% erhöht und die Reaktionsfähigkeit um > 30% gegenüber dem Zustand ohne Temperaturerhöhung gesteigert wird.
Durch das vorgeschlagene Verfahren und die Vorrichtung kann der Prozess des Branntkalklöschens wesentlich vereinfacht werden, da die sonst üblichen stationären Anlagen wie Feststoffsilo, Löschbehälter und Reifebehälter mit umfangreichen Mess-, Steuerungs- und Dosiereinrichtungen entfallen und der Gesamtprozess für die Lösung der Aufgabe der Erfindung wesentlich vereinfacht wird.
Das vorgeschlagene Verfahren und die Vorrichtung haben folgende weitere Vorteile:

• effektiver Einsatz von gebrannten Kalk-/Dolomitprodukten für die Seewasserbehandlung ist möglich,
• hoher Wirkungsgrad,
• hohe Mobilität der beweglichen Anlagenausrüstung,
• geringe Kosten für die Aufstellung und den Betrieb der Anlagen,
• hohe spezifische Einsatzstoffmengen und geringer Zeitaufwand für Behandlungsmaßnahmen.

Durch den Eintrag der heißen Kalk- oder Dolomitmilch wird erreicht, dass bei Aufbringen auf dem Gewässer eine längere Verweilzeit auf der Gewässeroberfläche mit verbesserter Verteilung und Erhöhung des Reaktionswirkungsgrad bewirkt wird. Bei Eintrag unter der Wasseroberfläche erfolgt neben einem Ausströmimpuls ein zusätzlicher Wärmeenergieimpuls mit zusätzlicher Verteilwirkung in Richtung Wasseroberfläche.
Mit Hilfe des vorgeschlagenen Verfahrens wird die Behandlung von lebensfeindlichen sauren Gewässern, wie beispielsweise von Tagebaurestseen zur Erholung, Bewirtschaftung und als Zwischenspeicher mit einem vergleichsweise geringen Zeitbedarf und geringen wirtschaftlichem Aufwand ermöglicht.
Das Prinzip der Erfindung soll im folgenden Beispiel näher erläutert werden.
Ein Tagebaurestsee mit einem Volumen von 30 Mio. m³ enthält saures Wasser mit einem pH-Wert von 3,0 und einem k_b7,0-Wert von 3,0 mmol/l.
Für die Neutralisation des Wasserkörpers ist, bei Annahme eines Wirkungsgrades von 90% bezogen auf das Einsatzprodukt Branntkalk mit einer Körnung von < 0,09 mm, eine Einsatzmenge von 2.800 t erforderlich.
Das Verfahren und die Vorrichtung zum Einbringen von alkalischen Stoffen in saure Gewässer sind als mobile Einrichtung konzipiert, um eine effektive und schnelle Realisierung des vorgeschlagenen Verfahrens zu gewährleisten und bestehen aus folgenden Ausrüstungsteilen:

• Silofahrzeug mit pneumatischer Austragsvorrichtung zum Anliefern und Fördern von Branntkalk,
• mobile Wasserbehandlungsanlage,
• flexible Rohrleitung vom Silofahrzeug zum Behälter einer mobilen Wasserbehandlungsanlage mit einem Fassungsvermögen von 25 m³
• Dosiervorrichtung für 100 t/h Branntkalk zum Injektor,
• 2 Injektoren zur Zusammenführung von Branntkalk und Wasser auf mobiler Wasserbehandlungsanlage,
• 2 Förderpumpen zum Ansaugen von je 250 m³/h Wasser aus dem See und Weiterleitung zu je einen Injektor,
• Mengenmessungen für Feststoff und Wasser,
• 2 Verteileinrichtungen für je 250 m³ Kalkmilch.

Aus einem Silofahrzeug werden 25 t/h Branntkalk mittels einer pneumatischen Austragsvorrichtung zu einem Behälter einer mobilen Wasserbehandlungsanlage in einer Zeit von 20 min gefördert. Auf dem Gewässer werden während der Fahrt der mobilen Wasserbehandlungsanlage über einen Zeitraum von 20 min mit einer Geschwindigkeit von 5 km/h in 2 Injektoren an den Vorderseiten einer mobilen Wasserbehandlungsanlage je 250 m³/h Wasser, die mit einem Druck von 8 bar aus dem See zu einem Injektor gefördert werden, mit je 50 t/h Branntkalk vermischt. Infolge der exothermen Reaktion des Löschens von Branntkalk erhöht sich die Temperatur der erzeugten Kalkmilch nach dem Injektor auf 70 C. Bei dieser Reaktion werden die Branntkalkteilchen aufgeschlossen und sind wesentlich reaktiver als vor dieser Behandlung.
Die 70°C heiße Kalkmilch wird über je eine 1 m lange Leitung von den Injektoren über je 1 Düse auf die Gewässeroberfläche in einer Verteilbreite von je 25 m aufgebracht. Während der Fahrt zur Beladestelle wird der Injektor mit Düse über 5 min mit Seewasser gespült.
Ein Silofahrzeug enthält etwa 25 t Branntkalk, so dass jede Stunde das Silofahrzeug gewechselt wird.
Bei einem Zweischichtbetrieb werden täglich 350 t Branntkalk mit hoher Effektivität in das zu behandelnde Gewässer eingetragen. Nach bereits 8 Einsatztagen ist im Gewässer der pH-Wert auf 7 eingestellt.
Mit Hilfe der realisierten Verfahrenslösung wird die Behandlung von sauren Tagebauseen auf einfache und wirtschaftliche Weise möglich. Es wurde eine technische Lösung gefunden, mit der eine Erhaltung oder Verbesserung der Güte großer Wassermengen in sauren Restseen bei Einsatz von Branntkalk oder Branntdolomit auf einfache Weise mit hoher Effektivität möglich ist und die Grundlagen für die Nachnutzungsziele wesentlich schneller und nachhaltiger geschaffen werden können.
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 A1 [0005]
DE 10157342 [0006]
DE 10304009 [0007]
DE 202007017852 U1 [0008]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

http://www.ldl.sachsen.de/de/internet/service/umweltinfos/files/tienz.pdf auf Seite 31/32 [0007]

Claims

Verfahren und Vorrichtung zur Wasserbehandlung, insbesondere von sauren Oberflächengewässern, dadurch gekennzeichnet, dass eine thermisch aktivierte Kalk- oder Dolomitmilch auf einer mobilen Wasserbehandlungsanlage erzeugt wird, indem gebrannte Kalk- oder Dolomitprodukte auf einer schwimmenden Anlage transportiert und während des Transportes in einen Injektor in einer Menge von 30 t/h bis 200 t/h gefördert und hier mit 300 m³/h bis 700 m³/h Seewasser, die aus einer Pumpeinrichtung dem Injektor zugeführt werden und hier bei einer simultanen Temperaturerhöhung auf 40 bis 100 °C in Kontakt gebracht und anschließend auf und/oder unter die Wasseroberfläche des Gewässers eingebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatureinstellung der erzeugten Kalk- oder Dolomitmilch auf 40 bis 100 °C über die Feststoff- und Wasserdosierung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die gebrannten Kalk- oder Dolomitprodukte in den Wasserstrom nach Austritt desselben aus einer Pumpvorrichtung dosiert werden.
Verfahren nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass in den Wasserstrom nach Austritt desselben aus einer Pumpvorrichtung andere alkalische Einsatzstoffe eingebracht werden.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung, – mindestens ein Silofahrzeug mit pneumatischer Austragsvorrichtung, – mindestens eine mobile Wasserbehandlungsanlage mit • mindestens einem Antrieb, • mindestens einer Steuereinrichtung, • mindestens einer flexiblen Rohrleitung zwischen Silofahrzeug und einem Vorratsbehälter, • mindestens einem Vorratsbehälter, • mindestens einer Pumpvorrichtung, • mindestens einer Dosiervorrichtung für Feststoffe, • mindestens einem Injektor, • mindestens einer Wasserzuführung zum Injektor, • mindestens einer Feststoffzuführung zum Injektor, • mindestens einer Verteileinrichtung für Kalk- oder Dolomitmilch aufweist.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Injektoren in einem Abstand von < 2 m vor der Austrittsöffnung der mit diesen verbundenen mindestens je einer Verteileinrichtung angeordnet ist.