DE102019114505A1

DE102019114505A1 - Umgang mit potenziell sulfatsaurem Boden

Info

Publication number: DE102019114505A1
Application number: DE102019114505.8A
Authority: DE
Inventors: Reiner Graalmann
Original assignee: Graalmann GmbH
Current assignee: Graalmann GmbH
Priority date: 2019-05-29
Filing date: 2019-05-29
Publication date: 2020-12-03

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet des Umgangs mit Bodenaushub und insbesondere den Umgang mit potenziell sulfatsaurem Boden. Um eine Lösung vorzustellen, die unter Vermeidung oder zumindest (vorzugsweise starker) Minimierung negativer Auswirkungen auf Schutzgüter und mit möglichst geringem Material-, Arbeits- und Kostenaufwand eine Aufbereitung von potenziell sulfatsauren Böden ermöglicht, wird ein Verfahren zum Umgang mit potenziell sulfatsaurem Bodenmaterial mit einem Stabilisieren (12) des potenziell sulfatsauren Bodenmaterials mit einem Reduktionsmittel, einem Transportieren (22) von stabilisiertem potenziell sulfatsaurem Bodenmaterial zu einer Ablagerungsstätte und einem Ablagern (24) des stabilisierten potenziell sulfatsauren Bodenmaterials unterhalb einer Wasseroberfläche vorgeschlagen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet des Umgangs mit Bodenaushub und insbesondere den Umgang mit potenziell sulfatsaurem Boden.
Sulfatsaure Böden treten häufig in Küsten- und Niederungsgebieten auf. Charakteristisch für die marinen Sedimente sind Eisensulfide (v.a. Pyrit). Ausgangspunkt für die Bildung ist die Reduktion von natürlich eingetragenem Schwefel in Form von Sulfat mit organischem Material. Bei dieser Reaktion entsteht Sulfid. Anschließend kann dieses bei ausreichend vorhandener Eisenquelle in mineralischer Form fixiert werden. Die entstehenden Eisensulfide sind unter reduzierenden Bedingungen stabil. Zu einem Problem werden diese Böden erst, wenn durch Aushubmaßnahmen der Kontakt zu Luftsauerstoff hergestellt wird und die Sulfid-Minerale oxidieren. Bei dieser Reaktion kommt es zur Bildung von Schwefelsäure und damit einhergehend zu einer deutlichen Absenkung des pH-Wertes.
In diesem Zusammenhang wird zwischen potenziell sulfatsauren Böden und aktuell sulfatsauren Böden unterschieden. Ein pyrithaltiges Sediment wird als potenziell sulfatsaures Sediment (bzw. potenziell sulfatsaurer Boden) bezeichnet, wenn das Säurebildungspotenzial (SBP) größer ist als die Säureneutralisationskapazität (SNK) des Bodens. Bei Entwässerung und Belüftung entwickelt sich dann aus einem potenziell sulfatsauren Boden ein aktuell sulfatsaurer Boden.
Das Gefährdungspotenzial sulfatsaurer Böden ergibt sich insbesondere durch

- extreme Versauerung (pH < 4,0 - 2,5) des Bodens bzw. Baggergutes mit der Folge von Pflanzenschäden,
- deutlich erhöhte Sulfatkonzentrationen im Bodenwasser bzw. Sickerwasser,
- erhöhte Schwermetallverfügbarkeit bzw. -löslichkeit und erhöhte Schwermetallkonzentrationen im Sickerwasser,
- hohe Gehalte an betonschädlichen Stoffen (SO₄ ^-, Säuren) und
- hohe Korrosionsgefahr für Stahlkonstruktionen.

Insgesamt führen diese Eigenschaften zu Problemen bei der Behandlung von Bodenmaterial in den betroffenen Regionen, wobei ein eigentlich unauffälliges geogenes (nicht oxidiertes) Bodenmaterial aufgrund der beschriebenen Prozesse im oxidierten Zustand u. a. hohe Eluatkonzentrationen an Schwermetallen und Sulfaten aufweisen kann, was dazu führt, dass beispielsweise der Zuordnungswert Z2 der LAGA-Richtlinie M20 überschritten wird. Dies stellt insofern ein Problem dar, als sich damit besondere Anforderungen an den Umgang mit dem Bodenmaterial (z.B. entsprechende Zulassung eines Dienstleisters; Beschränkungen bei Entsorgungsmöglichkeiten) ergeben, die wiederum zu höheren Kosten führen.
Es ist nicht immer möglich, einen die Oxidation ermöglichenden Eingriff zu vermeiden (etwa durch Nutzung einer anderen, nicht betroffenen Bodenfläche) oder den Eingriff dadurch in seiner Wirkung zu beschränken, als dass das freigelegte Material mehr oder weniger direkt vor Ort wieder in den reduzierenden Bereich des Untergrunds eingebracht wird.
Es sind bisher mehrere Ablagerungsstrategien überlegt worden, nämlich eine subaquatische Ablagerung zur vollständigen Vermeidung der Sulfidoxidation, ein beschränktes Zulassen der Suflidoxidation im Rahmen einer semiterrestrischen Ablagerung und ein vollständiges Zulassen der Sulfidoxidation bei einer terrestrischen Ablagerung.
Die subaquatische Ablagerung kann, bevorzugt im Rahmen einer Verfüllung existierender Vertiefungen, unterhalb eines Grundwasserspiegels oder zumindest unterhalb einer Wasseroberfläche erfolgen.
Eine Schwierigkeit in diesem Zusammenhang besteht darin, dass nur in wenigen Fällen in ausreichend direkter Nähe zur Entnahmestelle des potenziell sulfatsauren Bodens eine geeignete Verfüllungsstelle zur Verfügung steht. Ein Transport über eine längere Strecke führt allerdings dazu, dass die Sulfidoxidation bereits eintritt, so dass damit das potenziell sulfatsaure Bodenmaterial zu einem aktuell sulfatsauren Bodenmaterial wird, dass dann in aller Regel nicht mehr subaquatisch abgelagert werden darf.
Für eine semiterrestrische Ablagerung werden Polder oder dergleichen zur Erzeugung eines künstlichen Feuchtgebiets angelegt, wobei durch Einstau von Niederschlagswasser ein ausreichend hoher Stauwasserstand eingestellt wird, so dass im unteren Bereich reduzierende Bedingungen vorliegen. Hierbei wird zur Neutralisation von sauren Sicherwässern und zur Fällung von eventuellen Schwermetallen eine untere Schicht aus Kalk als sogenannte Kalkfalle vorgesehen. Diese Schicht führt dazu, dass das mit dem Sickerwasser in den Unterboden eingetragene Sulfat zu Sulfid reduziert wird und bei vorhandenem Eisen in Form von Eisensulfid festgelegt wird. Weiterhin kann zur Förderung dieser Prozesse zusätzlich Kalk in die oberen Bodenschichten eingearbeitet werden.
Nachteilig an der semiterrestrischen Ablagerung ist der entsprechende Platzbedarf, der aufgrund der im Boden ablaufenden Prozesse auch über eine lange Zeit besteht.
Bei einer terrestrischen Ablagerung, also einer obertätigen (und damit oxidischen) Deponierung, wird das Bodenmaterial zur Neutralisierung der entstandenen Säure mit Kalk versetzt, wobei zudem Sicherungsmaßnahmen nötig sind, um mit dem Austreten von Sulfat, Eisen und Schwermetallen umzugehen. Die oxidische Deponierung bedeutet letztlich, dass - im Vergleich zu semiterrestrischen Ablagerung - der Boden für eine kürzere Zeit als Sulfatquelle vorliegt, so dass das Bodenmaterial früher weiterverwertet werden könnte. Dem steht allerdings der im Vergleich höhere Aufwand zur sicheren Ablagerung und sich ggfs. verändernde Bodenparameter gegenüber.
Ein der vorliegenden Erfindung zugrundeliegendes Ziel ist es, unter Vermeidung oder zumindest (vorzugsweise starker) Minimierung negativer Auswirkungen auf Schutzgüter und mit möglichst geringem Material-, Arbeits- und Kostenaufwand eine Aufbereitung von potenziell sulfatsauren Böden zu ermöglichen.
Es ist daher gewünscht, eine Lösung vorzustellen, die gegenüber den bekannten Ansätzen zum Umgang mit potenziell sulfatsauren Böden insofern eine Verbesserung (oder zumindest eine valide Alternative) darstellt, als das negative Auswirkungen auf Schutzgüter und/oder der dazu nötige Aufwand verringert werden.
Erfindungsgemäß wird nach einem ersten Aspekt ein Verfahren zum Umgang mit potenziell sulfatsaurem Bodenmaterial vorgeschlagen, wie es in Anspruch 1 definiert ist, nämlich mit den Schritten des Stabilisierens des potenziell sulfatsauren Bodenmaterials mit einem Reduktionsmittel, des Transportierens von stabilisiertem potenziell sulfatsaurem Bodenmaterial zu einer Ablagerungsstätte und des Ablagerns des stabilisierten potenziell sulfatsauren Bodenmaterials unterhalb einer Wasseroberfläche.
Ein Teil des Hintergrunds der vorliegenden Erfindung findet sich in den folgenden Überlegungen.
Es wurde gefunden, dass die Nachteile der bekannten Lösungen damit vermindert oder vermieden werden können, dass zunächst das potenziell sulfatsaure Bodenmaterial mit einem Reduktionsmittel stabilisiert wird, so dass die Sulfidoxidation verhindert oder stark minimiert wird. Mit dieser Stabilisierung wird es möglich, das so stabilisierte Bodematerial zu einer geeigneten Ablagerungsstätte gebracht werden kann, ohne dass die mit dem Transport verbundene Zeit dazu führen würde, dass in einem unbehandelten Bodenmaterial Reaktionsprodukte entstehen, die die Ablagerung unzulässig machen. Mit dieser Transportmöglichkeit unter weitestgehendem Ausschluss einer unerwünschten Reaktion im Bodenmaterial ist es dann weiter gegeben, dass die Ablagerung an der geeignet gewählten Ablagerungsstelle unterhalb einer Wasseroberfläche erfolgen kann. Damit besteht die Möglichkeit, ohne durch eine bisher notwenidge räumliche Nähe zwischen Entnahmestelle und Ablagerungsstelle bestehende Beschränkungen eine Ablagerungsstelle zu identifizieren und zu nutzen, die für das anfallenden Bodenmaterial vorteilhaft genutzt werden kann.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung eines Aspekts der Erfindung umfasst das Stabilisieren ein Schichten des potenziell sulfatsauren Bodenmaterials über eine Reduktionsmittelfalle, die Reduktionsmittel aufweist.
Die Reduktionsmittelfalle mit dem Reduktionmittel erlaubt ein zumindest zeitweises Schichten des potenziell sulfatsauren Bodenmaterials unter Vermeidung oder Verhinderung eines Austretens von Bodenbestandteilen oder Reaktionsprodukten in den Grund, wobei sich durch eine Reaktion des Reduktionsmaterials in der Reduktionsmittelfalle ebenfalls die Stabilisierung des dabei reagierenden Materials ergibt.
In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung eines Aspekts der Erfindung umfasst das Stabilisieren ein Einbringen von Reduktionsmittel in das potenziell sulfatsaure Bodenmaterial.
Mit dem Einbringen von Reduktionsmittel in das potenziell sulfatsaure Bodenmaterial ergibt sich eine (durch entsprechende Maßnahmen zu unterstützende) Kontaktierung von Reduktionsmittel und potenziell sulfatsaurem Bodenmaterial, so dass eine gleichmäßigere Wirkung des Reduktionsmittels erreicht werden kann.
In einer bevorzugten Variante der obigen Ausgestaltung umfasst das Einbringen ein Vermischen des Reduktionsmittels mit dem potenziell sulfatsauren Bodenmaterial. Die Wirkung des Reduktionsmittels auf das potenziell sulfatsaure Bodenmaterial wird umso gleichmäßiger sein, je mehr das Reduktionsmittel und das potenziell sulfatsaure Bodenmaterial durchmischt werden.
In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung eines Aspekts der Erfindung umfasst das Reduktionsmittel Calciumcarbonat, Calciumhydroxid und/oder Natriumhydroxid oder besteht daraus.
Es wurde gefunden, dass die Materialien Calciumcarbonat, Calciumhydroxid und/oder Natriumhydroxid (Natronlauge) zum einen in einfacher Weise zur Verfügung stehen bzw. zur Verfügung gestellt werden können, zum anderen eine ausreichende Wirksamkeit aufweisen und zudem auch hinsichtlich der bei der Stabilisierung (und eventuell nach der Ablagerung) auftretenden Reaktionsprodukten unbedenklich sind.
In einer bevorzugten Variante der obigen Ausgestaltung ist das Calciumcarbonat in Form von Kalk und/oder Kreide und/oder das Calciumhydroxid in Form von Kalkmilch vorgesehen ist.
In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung eines Aspekts der Erfindung umfasst das Stabilisieren ein Aufbringen einer Abdeckung auf das potenziell sulfatsaure Bodenmaterial.
Die Abdeckung selbst wird hierbei nicht notwendigerweise direkt an der Stabilisierung mit, unterstützt diese aber zumindest insofern, dass mit der Abdeckung ein Eindringen von Stoffen von außen (insbesondere Sauerstoff) beschränkt wird, wobei die Abdeckung zudem auch ein Austrocknen des stabilisierten potenziell sulfatsauren Bodenmaterials verhindert, wobei zudem auch vermieden wird, dass durch Wind oder ähnliche Einflüsse Bodenmaterial unkontrolliert in die Umwelt gelangt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung eines Aspekts der Erfindung, bei dem das Stabilisieren ein Schichten des potenziell sulfatsauren Bodenmaterials über eine Reduktionsmittelfalle, die Reduktionsmittel aufweist, umfasst und das Stabilisieren ein Aufbringen einer Abdeckung auf das potenziell sulfatsaure Bodenmaterial umfasst, umfassen die Reduktionsmittelfalle und die Abdeckung ein Tonmaterial, insbesondere Bentonit und/oder Kleiboden.
Es wurde gefunden, dass sich insbesondere Bentonit (namentlich in Form eine Recyclats von etwa als Bohrmedium eingesetztem Bentonit) und/oder Kleiboden im Zusammenhang mit einer Reduktionsfalle und einer Abdeckung im Rahmen der vorliegenden Erfindung einsetzen lassen. Von wirtschaftlichem Interesse ist die Nutzung von aufbereitetem Bentonit, für das sich ansonsten nur beschränkt weitere Nutzungen ergeben.
In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung eines Aspekts der Erfindung erfolgt das Stabilisieren in einem Polder.
Ein Polder als eingedeichtes niedrig liegendes Gelände, welches ggfs. vollständig geflutet werden kann, kann in günstiger Weise das potenziell sulfatsaure Bodenmaterial mit dem Reduktionsmittel zur Stabilisierung aufnehmen, wobei die entsprechende Topologie mit einem flachen und weitgehend ebenen Grund wenig zusätzlichen Vorbereitungsaufwand mit sich bringt.
In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung eines Aspekts der Erfindung beginnt das Stabilisieren innerhalb von 48 Stunden nach Entnahme des potenziell sulfatsauren Bodenmaterials, vorzugsweise innerhalb von 36 Stunden, besonders bevorzugt innerhalb von 24 Stunden.
Auch wenn es naturgemäß von Vorteil ist, wenn das Stabilisieren so früh wie möglich begonnen wird, hat die Erfahrung gezeigt, dass sich auch bei einem Zeitversatz von 48 Stunden zwischen Entnahme (also im Grund der Freisetzung des potenziell sulfatsauren Bodenmaterials) und dem Beginn der Stabilisierung noch eine ausreichend Wirkung erzielen lässt.
In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung eines Aspekts der Erfindung umfasst das Ablagern des stabilisierten potenziell sulfatsauren Bodenmaterials ein Abdecken des Bodenmaterials.
Erfindungsgemäß ist es nicht absolut notwendig, dass im Rahmen der Ablagerung des stabilisierten potenziell sulfatsauren Bodenmaterials unterhalb einer Wasseroberfläche (womit für sich schon eine oxidierende Umgebung verhindert wird) noch ein weiteres Abdecken des Bodenmaterials erfolgt, wobei allerdings ein solches Abdecken insofern von Vorteil ist, als dass damit zusätzlich Einflüsse von außen auf das abgelagerte Bodenmaterial noch weiter eingeschränkt werden.
In einer bevorzugten Variante der obigen Ausgestaltung umfasst das Ablagern des stabilisierten potenziell sulfatsauren Bodenmaterials ein Abdecken des Bodenmaterials bis mindestens oberhalb eines Grundwasserspiegels.
Die von der Erfindung vorgesehene Ablagerung unterhalb einer Wasseroberfläche kann u.a. auch dadurch verwirklicht werden, dass das stabilisierten potenziell sulfatsauren Bodenmaterial derart abgelagert wird, dass es unterhalb eines Grundwasserspiegels zu lagern kommt. Hierbei ist es wiederum von Vorteil, wenn über das abgelagerte Material weiteres Material (z.B. an der Ablagerungsstelle ursprünglich vorliegendes Bodenmaterial oder auch gesondert ausgewählte Stoffe) zur Abdeckung vorgesehen wird, wobei diese Abdeckung eine derartige Dicke erreicht, dass sich die Abdeckung über den Grundwasserspiegel hinaus erstreckt, der Grundwasserspiegel also mit anderen Worten innerhalb Abdeckung liegt. Hiermit ergibt sich auch ein Schutz gegen unerwünschte Wasserverluste.
In einer weiteren bzw. abgewandelten bevorzugten Variante der obigen Ausgestaltung wobei das Ablagern des stabilisierten potenziell sulfatsauren Bodenmaterials unterhalb eines Wasserkörpers erfolgt. Ein solcher Wasserkörper kann beispielsweise ein Binnengewässer aber auch das offene Meer sein.
Merkmale vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung sind insbesondere in den Unteransprüchen definiert, wobei weitere vorteilhafte Merkmale, Ausführungen und Ausgestaltungen für den Fachmann zudem aus den obigen Erläuterung und der folgenden Diskussion zu entnehmen sind.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen weiter illustriert und erläutert. Hierbei zeigt

1 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens und
2 eine schematische Darstellung einer Lagerung der potenziell sulfatsauren Bodenmaterials bei einer Stabilisierung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

In den beiliegenden Zeichnungen sowie den Erläuterungen zu diesen Zeichnungen sind einander entsprechende bzw. in Beziehung stehende Elemente - soweit zweckdienlich - mit jeweils entsprechenden oder ähnlichen Bezugszeichen gekennzeichnet, auch wenn sie in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen zu finden sind.
1 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In einem ersten Schritt 10, wird das potenziell sulfatsaure Bodenmaterial freigelegt und aus seiner ursprünglichen Lage entnommen sowie an den Ort verbracht, der für die folgende Stabilisierung vorgesehen ist.
Im nächsten Schritt 20, erfolgt die Stabilisierung des potenziell sulfatsauren Bodenmaterials mit einem Reduktionsmittel, wobei dieser Schritt (neben weiteren möglichen Schritten einer Behandlung des Bodenmaterials) ein Schichten 14 des potenziell sulfatsauren Bodenmaterials über eine Reduktionsmittelfalle mit dem Reduktionsmittel darin, ein Einbringen 16 von Reduktionsmittel in das potenziell sulfatsaure Bodenmaterial und ein Aufbringen 20 einer Abdeckung auf das potenziell sulfatsaure Bodenmaterial umfasst. Es ist hierbei vorgesehen, dass das Einbringen 16 von Reduktionsmittel auch ein Vermischen 18 des eingebrachten Reduktionsmittels mit dem potenziell sulfatsauren Bodenmaterial umfasst.
Nach ausreichender Stabilisierung erfolgt in Schritt 22 ein Transport des stabilisierten potenziell sulfatsauren Bodenmaterials zu einer Ablagerungsstelle, wobei das potenziell sulfatsaure Bodenmaterial dann dort in Schritt 24 unterhalb einer Wasseroberfläche abgelagert wird. Es sei hier bemerkt, dass das Ablagern 24 unterhalb der Wasseroberfläche nicht voraussetzt, dass das Wasser bzw. die Wasseroberfläche bereits beim eigentlichen Ablegen des Bodenmaterials bereits ansteht. Es ist beispielsweise vorstellbar, dass das stabilisierte potenziell sulfatsaure Bodenmaterial in einem temporär trockengelegten Bereich abgelagert wird, wobei dann der entsprechende Wasserspiegel wiederhergestellt wird, so dass das Bodenmaterial dann unterhalb der Wasseroberfläche lagert.
Ungeachtet der Frage, wo die Wasseroberfläche während der Zufuhr des Bodenmaterials liegt, ist im vorliegenden Beispiel zudem vorgesehen, dass das Ablagern 24 auch einen Teilschritt 26 umfasst, in dem auf dem stabilisierten potenziell sulfatsauren Bodenmaterial eine zusätzliche Abdeckung mit anderem Material vorgesehen wird, die sich im Übrigen auch bis oberhalb der Wasseroberfläche (z.B. Grundwasserspiegel) erstrecken kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst im Grundsatz zunächst ein Stabilisieren des potenziell sulfatsauren Bodenmaterials mit einem Reduktionsmittel, wobei anschließend das stabilisiertes potenziell sulfatsaurem Bodenmaterial zu einer Ablagerungsstätte transportiert wird, wo es unterhalb einer Wasseroberfläche abgelagert wird.
Ausgehend von der Entnahme des potenziell sulfatsauren Boden erfolgt direkt, ohne jede oder zumindest ohne nennenswerte temporäre Zwischenlagerung an der Anfallstelle, der Abtransport in eine Aufbereitungsanlage (siehe 2), wo die weitere Behandlung des anstehenden potenziell sulfatsauren Bodenmaterials (vorzugsweise) ohne zeitliche Verzögerung dem Stabilisieren zugeführt werden soll. Das heißt, der potenziell sulfatsaure Boden wird mit einer Unterbrechung von nicht mehr als 48 Stunden zwischen Ausbau am Entstehungsort sowie Behandlung in der Aufbereitungsanlage stabilisiert, um eine Austrocknung und damit eine mögliche Belüftung des Bodenmaterials zu unterbinden.
Gesetzliche und sonstige Rahmenbedingungen sehen vor, dass vor der Annahme der Bodenmengen entsprechende Analysen bzw. gutachterliche Stellungnahmen / Bewertungen von Abfallerzeugern einzuholen bzw. vorzunehmen sind.
Entsprechend werden nach erfolgter Anlieferung in die Aufbereitungsanlage für die umfassende abfallrechtliche Bewertung Deklarationsuntersuchungen durchgeführt. Alle Probenahmen und Analysen erfolgen über ein zugelassenes akkreditiertes Labor entsprechend der gültigen DIN-Vorschriften.
Insbesondere werden alle Probenahmen in Anlehnung an die Vorgaben der LAGA PN 98 durchgeführt, so dass das zu beurteilende Material repräsentativ erfasst wird. Entnommene Proben werden unmittelbar nach ihrer Entnahme bzw. unmittelbar nach der Erstellung von Mischproben luftdicht und kühl gelagert und umgehend der Laboranalytik zugeführt. Bei großen Massenströmen (etwa von mehreren tausend Tonnen) und Gleichartigkeit angelieferter Bodenmassen reicht es, je 500 to bis maximal 1.000 to eine Deklarationsanalyse durchzuführen. Beprobungen und Analysen für kleinere Massen sind jederzeit möglich. Pro Anliefercharge erfolgt mindestens eine Beprobung und Analyse.
Der Umfang durchzuführender Deklarationsanalysen umfasst insbesondere folgende Parameter:

gem. LAGA M20 - TR Boden (2004)
- Feststoff: pH-Wert, MKW, LHKW, BTEX, EOX, PAK₁₆, PCB₇, Arsen, 8 Schwermetalle (Pb, Cd, Cu, Cr, Ni, Hg, TI, Zn), Cyanid gesamt
- Eluat: pH-Wert, elektr. Leitfähigkeit, Chlorid, Sulfat, Arsen, 8 Schwermetalle (Pb, Cd, Cu, Cr, Ni, Hg, TI, Zn), Cyanid gesamt, Phenolindex
zusätzlich:
- Netto-Säureneutralisationskapazität (SNK_N)

Der genannte Analysenumfang ermöglicht eine hochwertige und auch zeitnahe Umsetzung der geplanten Aufbereitungs- und Entsorgungsmaßnahmen der angelieferten Materialien und trägt damit zu einem wirtschaftlichen, ressourcenschonenden und nachhaltigen Stoffstrommanagement bei.
Die Stabilisierung des gelieferten Bodenmaterials findet in einem sogenannten Polder (eingedeichtes niedrig liegendes Gelände, welches ggfs. vollständig geflutet werden kann) der Aufbereitungsanlage statt, wobei hierbei Aspekte einer semiterrestrischen und einer terrestrischen Ablagerung vorgesehen werden.
Der hier beschriebene, besonders bevorzugte Polder bietet durch seine umlaufende Randverwallung aus bindigem Bodenmaterial und der geologischen Barriere aus örtlich anstehendem Kleiboden alle technischen Voraussetzungen für eine Zwischenlagerung, bei der wasserstauende Eigenschaften sichergestellt sind. Einem Auslaufen, bzw. Entwässern der eingelagerten Böden kann somit sicher entgegengewirkt werden
Als zusätzliche untere Schutzschicht wird eine aufbereitete Bentonit-Bohrspülung verwendet, welche bereits einen pH-Wert im basischen Bereich aufweist und aufgrund ihrer Körnung außerdem eine dichtende Wirkung besitzt, so dass Stoffausträge vermieden werden.
Es erfolgt eine Vorbehandlung dieser unteren Schutzschicht mit Kreide (sehr fein gemahlener Kalk) als sogenannte basische Falle. Auf diesem Unterboden, der basischen Falle (mit einer Dicke von ca. 4 dm) erfolgt dann die Lagerung von 2-3 m des potenziell sulfatsauren Bodenmaterials. Zur Stabilisierung des Materials wird diese Schicht ebenfalls mit Kreide versetzt. Das eingetragene Sulfat wird in diesem reduktiven Milieu zu Sulfid reduziert und zusammen mit Eisen in Form von Eisensulfid wieder festgelegt. Außerdem führt die Kalkzugabe zu einer Neutralisation der vorhandenen Säure. Es kommt zu einem Anstieg des pH-Wertes, wodurch die Schwermetallmobilität gemindert wird.
Außerdem wird durch die Einarbeitung von Kreide in das Bodenmaterial eine Neutralisation von eventuell bereits vorhandenen sauren, wässrigen Bestandteilen und eine Ausfällung von gelösten Schwermetallen gewährleistet.
Abschließend wird noch eine 1 bis 2 dm hohe Abdeckung mit Kreide optimierter Bentonit-Bohrspülung vorgenommen. Diese Abdeckung verhindert in erster Linie eine Austrocknung der stabilisierten Bodenmaterialien sowie eine (weitere) Versauerung des potenziell sulfatsauren Bodenmaterials an der Oberfläche.
Als Bewertungsgrundlage zur Abschätzung einer potenziellen Versauerung von Aushubmaterial werden das Säurebildungspotential durch reduzierte anorganische Schwefelverbindungen (SBP_CRS), die Säurebildungspotentiale durch gelöstes Eisen(ll) und Mangan(ll) (SBP_Fe, SBP_Mn) und die titrimetrische Säureneutralisationskapazität bis pH 4 (SNK_T) bestimmt und bilanziert. Die Differenz aus diesen Parametern ist die nach der Oxidation des Bodens verbleibende Netto-Säureneutralisationskapazität (SNK_N). ${SNK}_{N} = {SNK}_{T} - {SNP}_{Fe} - {SBP}_{Mn} - {SBP}_{CRS}$
Wenn SNK_N ≤ 0 gilt das Bodenmaterial als potenziell sulfatsauer. Es ist somit eine Versauerung durch reduzierte anorganische Schwefelverbindungen auf pH-Werte unter 4 zu erwarten. Bei einer SNK_N > 0 ist das Aushubmaterial als nicht potenziell sulfatsauer einzustufen.
Kreide (Calciumcarbonat) reagiert mit Säuren unter Kohlenstoffdioxid-Entwicklung zu den entsprechenden Calciumsalzen und Wasser. Bei potenziell sulfatsauren Böden wird die entstehende Schwefelsäure durch Calciumcarbonat neutralisiert, sodass Calciumsulfat (Gips) entsteht. ${CaCO}_{3} + 2 H^{+} + {SO}_{4}^{2 -} + H_{2} O \to {CaSO}_{4} * 2 H_{2} {O+CO}_{2}$
Nach praktischen Erfahrungen wurde im Rahmen von Feldversuchen mit potenziell sulfatsauren Böden ein Kreidebedarf von 20-60 kg CaCO₃/to ermittelt.
Die obigen Analysen und grundsätzlichen chemischen Vorgänge sind dem Fachmann, der mit potenziell sulfatsauren Böden vertraut ist, so ausreichend bekannt, dass hier nicht weiter darauf eingegangen werden muss.
Im Zusammenhang der vorliegenden Erfindung wurde geprüft, welchen Einfluss Kreide auf potenziell sulfatsaure Böden hat, und erkannt, auf welche Weise die angestrebten Ziele in besonders effizienter Weise erreicht werden können.
Es wurde hierbei unter anderem untersucht, mit welcher Menge Calciumcarbonat die besten Effekte erzielt werden können.
Es wurde gefunden, dass eine gute Handhabung dabei erreicht werden kann, wenn das Reduktionsmittel in Form von gelöster Kreide (Calciumcarbonat) mit einem Tankwagen schichtenweise und vollflächig sowie mengenmäßig genau dosiert auf dem dünnflächig ausgebreiteten Boden verteilt wird. Bei einer einfachen Aufbringung in fester Form (etwa aus einem Big Pack) ist die erforderliche genaue Dosierung praktisch oft nicht möglich. Zur besseren Verteilung der nur geringen Menge an Kreide in den Boden hat sich ein sogenanntes Nasskreideverfahren bewährt. Hierbei wird die Kreide in speziellen Mischcontainern 1:1 mit Wasser verflüssigt (bzw. aufgeschlämmt oder suspendiert). Dadurch erfolgt eine Mengenverdopplung, die sich dadurch einfacher (weil doppelte Menge) in den Boden einmischen lässt. Insbesondere durch die Verflüssigung ist weiterhin eine bessere Vermischung in den Boden möglich.
Das Nasskreideverfahren kann jedoch zu einer ungewünschten weiteren Verwässerung des Bodens führen, die sich je nach Wassergehalt negativ auf die weitere Verarbeitung auswirken kann. Daher wurde nach ersten praktischen Erfahrungen im Nasskreideverfahren zusätzlich die Behandlung mit Kreide im Trockenkreideverfahren genutzt. Die Kreide wird bei dieser Behandlungsart in speziellen Silos gelagert und mit Hilfe eines speziell gekapselten Kreidestreuers gleichmäßig auf das Bodenmaterial verteilt.
Zur vollflächigen Einarbeitung der Kreide in alle Bodenschichten wird ein kommerziell verfügbarer Bodenmischer verwendet. Dieser Bodenmischer verfügt über schräggestellte Scheiben mit aufgeschraubten Klingen an den Enden, die in eine drehrichtungsändernde Rotation gebracht werden. Somit wird das Bodenmaterial untergraben und es kommt zu einer Vermischung. Das Vorgehen sichert eine gleichmäßige Verteilung und Durchmischung auf der Fläche. Dadurch werden Umsetzungsprozesse verhindert.
Die Stabilisierung wird mit einer Durchführung einer Analytik nach erfolgter Stabilisierung abgeschlossen. Dazu erfolgt für jeweils 500-1.000 to eine Analyse beispielsweise der oben genannten Parameter.
Nach der Stabilisierung des Bodenmaterials wird das stabilisierte potenziell sulfatsaure Bodenmaterial zur Ablagerung (abschließenden Verwertung) unterhalb einer Wasseroberfläche transportiert.
Dies kann beispielsweise durch einen Transport mit dem Binnenschiff zum Niederrhein erfolgen, wo das Bodenmaterial beispielsweise schließlich im Rahmen einer Rekultivierungsmaßnahme in einer ehemaligen Kiesentnahmestelle zur subaquatischen Endverwertung verwertet wird. Bei dieser Maßnahme erfolgt die Ablagerung des Bodenmaterials abgedeckt unter der Wasseroberfläche. Ziel ist dabei die sichere Vermeidung der Sulfidoxidation durch Gewährleistung vollständiger und permanenter reduktiver Bedingungen.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer Lagerung der potenziell sulfatsauren Bodenmaterials bei einer Stabilisierung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Genauer zeigen 2a, 2b und 2c jeweils drei teilweise Schnittdarstellungen durch eine Situation bei einer Stabilisierung des potenziell sulfatsauren Bodenmaterials in einem Polder.
Auf einer geologischen Barriere aus örtlich anstehendem Kleiboden 50 mit darin liegenden Grundwasserspiegel 52 ist wird der Lagerbereich hier aus zwei Seiten jeweils durch einen Polderdeich 54, 56 aus Kleiboden begrenzt. Hierbei sind am Deich 54 ein Zaun 58 und eine Blocksteinwand 60 vorgesehen. Auf der dem Deich 54 gegenüberliegenden Seite der Blocksteinwand 60 findet sich die Lagerung des in der Stabilisierung befindlichen potenziell sulfatsauren Bodenmaterials 62 mit darin eingebrachten Reduktionsmittel. Zwischen dem potenziell sulfatsauren Bodenmaterial 62 und dem örtlich anstehenden Kleiboden 50 ist ein Unterboden 64 mit Kalkfalle vorgesehen, wobei das potenziell sulfatsaure Bodenmaterials 62 dem vollständig mit einer Abdeckung 66 aus Bentonit versehen ist.
Der Unterboden hat in der Darstellung eine Dicke von etwa 4 dm, wobei das mit Reduktionsmittel versehene potenziell sulfatsaure Bodenmaterial 62 in einer Schichtdicke von 1 bis 2 m vorliegt. Die Abdeckung 66 hat wiederum eine Dicke von 1 dm.
2a und 2b schließen nicht direkt aneinander an, ebensowenig wie 2b und 2c.
In 2b ist eine asphaltierte Straße (innen) 68 als Zugangsweg vorgesehen.
Auf der vom potenziell sulfatsauren Bodenmaterial 62 abgewandten Seite des Deichs 56 sind eine Polderdeichentwässerung (außen) 70 und eine weitere Straße (außen) 72 vorhanden.
Auch wenn in den Figuren verschiedene Aspekte oder Merkmale der Erfindung jeweils in Kombination gezeigt sind, ist für den Fachmann - soweit nicht anders angegeben - ersichtlich, dass die dargestellten und diskutieren Kombinationen nicht die einzig möglichen sind. Insbesondere können einander entsprechende Einheiten oder Merkmalskomplexe aus unterschiedlichen Ausführungsbeispielen miteinander ausgetauscht werden.
Bezugszeichenliste

10: Entnahme
12: Stabilisieren
14: Schichten
16: Einbringen
18: Vermischen
20: Aufbringen
22: Transportieren
24: Ablagern
26: Abdecken
50: Kleiboden
52: Grundwasserspiegel
54: Polderdeich aus Kleiboden
56: Polderdeich aus Kleiboden
58: Zaun
60: Blocksteinwand
62: potenziell sulfatsaures Bodenmaterial
64: Reduktionsmittelfalle
66: Abdeckung
68: Straße (innen)
70: Polderdeichentwässerung außen
72: Straße (außen)

Claims

Verfahren zum Umgang mit potenziell sulfatsaurem Bodenmaterial (62), mit den Schritten: Stabilisieren (12) des potenziell sulfatsauren Bodenmaterials (62) mit einem Reduktionsmittel, Transportieren (22) von stabilisiertem potenziell sulfatsaurem Bodenmaterial (62) zu einer Ablagerungsstätte und Ablagern (24) des stabilisierten potenziell sulfatsauren Bodenmaterials (62) unterhalb einer Wasseroberfläche.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Stabilisieren (12) ein Schichten (14) des potenziell sulfatsauren Bodenmaterials über eine Reduktionsmittelfalle (64), die Reduktionsmittel aufweist, umfasst.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Stabilisieren (12) ein Einbringen (16) von Reduktionsmittel in das potenziell sulfatsaure Bodenmaterial (62) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Einbringen (16) ein Vermischen (18) des Reduktionsmittels mit dem potenziell sulfatsauren Bodenmaterial (62) umfasst.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Reduktionsmittel Calciumcarbonat, Calciumhydroxid und/oder Natriumhydroxid umfasst oder daraus besteht.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Calciumcarbonat in Form von Kalk und/oder Kreide und/oder das Calciumhydroxid in Form von Kalkmilch vorgesehen ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Stabilisieren (12) ein Aufbringen (20) einer Abdeckung (66) auf das potenziell sulfatsaure Bodenmaterial (62) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 mit den weiteren Merkmalen der Ansprüche 2 und 7, wobei die Reduktionsmittelfalle (64) und die Abdeckung (66) ein Tonmaterial umfassen, insbesondere Bentonit und/oder Kleiboden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Stabilisieren (12) in einem Polder erfolgt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Stabilisieren (12) innerhalb von 48 Stunden nach Entnahme (10) des potenziell sulfatsauren Bodenmaterials (62) beginnt, vorzugsweise innerhalb von 36 Stunden, besonders bevorzugt innerhalb von 24 Stunden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Ablagern (24) des stabilisierten potenziell sulfatsauren Bodenmaterials (62) ein Abdecken (26) des Bodenmaterials (62) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Ablagern (24) des stabilisierten potenziell sulfatsauren Bodenmaterials (62) ein Abdecken (26) des Bodenmaterials (62) bis mindestens oberhalb eines Grundwasserspiegels umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei das Ablagern (24) des stabilisierten potenziell sulfatsauren Bodenmaterials (62) unterhalb eines Wasserkörpers erfolgt.