DE10227951B4

DE10227951B4 - Verfahren zur Steuerung der Wasserqualität an offenen Gewässern

Info

Publication number: DE10227951B4
Application number: DE2002127951
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Chem. Rabe; Peter Dipl.-Ing. Kunze; Günter Dr.-Ing. Scholz; Jörg Appelt
Original assignee: ETA AG ENGINEERING
Current assignee: ETA AG ENGINEERING, 03042 COTTBUS, DE; LMBV LAUSITZER- UND MITTELDEUTSCHE BERGBAU-VER, DE
Priority date: 2002-06-22
Filing date: 2002-06-22
Publication date: 2007-06-21
Anticipated expiration: 2022-06-23
Also published as: DE10227951A1

Abstract

Verfahren zur Steuerung der Wasserqualität an offenen Gewässern insbesondere des Säureein- und/oder -austrags an offenen sulfat- und eisenhaltigen Gewässern, insbesondere an Tagebaurestseen, die nach Beendigung des aktiven Bergbaus entstanden sind und die durch Grundwasserströme miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Wasser-Wirkstoffsubstrat-Suspension in einer Konzentration von 1–40 Ma.% mit einer schwimmenden und ortveränderlichen Einspüleinheit vom Wasser aus und/oder mit einer mobilen Einspüleinheit vom Uferbereich aus im Ufer- und Böschungsbereich im und am Restsee im Austrittsbereich in Abhängigkeit von den Grundwasserströmungsverhältnissen bei Abströmen von Wasser aus einem Restsee eine Seekolmationswand mit einer Wirkstoffsubstratmenge von 1 kg/m² bis 100 kg/m² mit einem Anteil von > 50% an ungebrannten Dolomitanteilen und einem Anteil von > 40% mit einer Körnung von < 0,1 mm und im Eintrittsbereich von sauren Grundwasserströmen und/oder sauren Zuflüssen eine Seereaktionswand mit einer Wirkstoffsubstratmenge von 1 kg/m² bis 200 kg/m² und einem Anteil von > 50% an gebrannten Dolomitanteilen,...

Description

Durch den offenen Bergbau entstandene Hohlräume werden meist durch Flutung mit Oberflächenwasser oder durch Selbstaufgang von Grundwasser gefüllt.
Als Folgenutzung wird in der Regel eine Wasserspeicherbewirtschaftung oder die Schaffung von Bade- und Fischgewässern angestrebt.
Nach Einstellung des offenen Bergbaus und der damit verbundenen Einstellung der allgemeinen Grundwasserabsenkung durchströmt das wieder in Erscheinung tretende Grundwasser die vom Bergbau hinterlassenen Kippen. Insbesondere aufgrund von Pyritverwitterung im offenen Bergbau sind diese Kippen oft mit einem hohen Säurepotential angereichert. Das führt zur Versauerung der entstehenden Tagebaurestseen mit pH-Werten bis auf < 3. Saure Zuströmungen mit dem Grundwasser aus sauren Bergbaurestseen oder aus sauren Kippen führen ebenfalls zur Versauerung von bereits gefluteten oder neutralisierten Bergbaurestseen.

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. Es ist prinzipiell der Einsatz von Branntkalk, Kalkhydrat und Kalkmilch bekannt. Ein grundsätzliches Problem bei der Verwendung calciumhaltiger Produkte in sulfatreichen Wässern ist die Gefahr der Vergriesung und Vergipsung. Durch die hohen Sulfatgehalte des Seewassers kann sich auf den Kalkprodukten eine Gipskruste bilden, die eine weitere Auflösung und Reaktionsentfaltung behindert und damit den Produkteinsatz uneffektiv gestaltet. Darüber hinaus gelingt es nicht Wasserein- und -austritte mit dem Grundwasser zu erfassen und zu beeinflussen.

Bekannt ist weiterhin ein Verfahren, beschrieben in DE 199 61 243 , 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 und im Haupteintrittsbereich von sauren Grundwasserströmen und/oder sauren Zuflüssen zu verteilen und zur Neutralisation zu nutzen. Dieses Verfahren ist jedoch nur begrenzt nutzbar, wenn Altaschen im Gewässer vorhanden sind. Die Aktivität der Aschen und ihre Durchströmbarkeit ist relativ gering.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein wirtschaftliches, wirksames und einfach zu realisierbares Verfahren für die Verringerung des Wasseraustritts aus offenen Gewässern, insbesondere in das Grundwasser sowie des Säureeintrags mit Grundwasser in offene Gewässer, insbesondere bei erhöhten Sulfatgehalten in sauren Gewässern oder in sauren Grundwasserzuströmungen zu Gewässern, zu finden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, in dem zur Verringerung der Wasserabströmmenge aus offenen eisen- und sulfathaltigen Gewässern, insbesondere aus Tagebaurestseen, die nach Beendigung des aktiven Bergbaus entstanden sind und die durch Grundwasserströme und/oder oberirdischen Verbindungen miteinander verbunden sind, in den Ufer- und Böschungsbereich im und am Restsee im Austrittsbereich ins Grundwassers eine Seekolmationswand mittels einer Wasser-Wirkstoffsubstrat- Suspension in einer Konzentration von 1–40 Ma% mit einer schwimmenden und ortsveränderlichen Einspüleinheit vom Wasser aus und/oder mit einer mobilen Einspüleinheit vom Uferbereich aus, mit einer Wirkstoffsubstratmenge von 1 kg/m² bis 100 kg/m² mit einem Anteil von > 50% an ungebrannten Dolomitanteilen und einem Anteil von > 40% mit einer Körnung von < 0,1 mm eingebracht wird. Die zur Errichtung der Seekolmations- und Seeraktionswand einzusetzenden Wirkstoffsubstrate weisen einen Gesamtgehalt von CaO- und CaCO3 im Wirkstoffsubstrat von < 65%, und einem Gesamtgehalt von > 25% MgO- und MgCO3 im Wirkstoffsubstrat auf. Untersuchungen zeigten, dass die Ablagerung von feinstkörnigen Sinkstoffen in Gewässern mit sinkstoffhaltigem Wasser als dünne Schicht-Kolmationsschicht und zum anderen durch die entstehenden festen Reaktionsprodukte Gips, Eisenhydroxyd und Calciumcarbonat sowie in Kombination mit den inaktiven feinkörnigen Mineralbestandteilen der Wirkstoffsubstrate, eine deutliche Durchlässigkeitsverringerung der Kolmationswand bewirkt wird. Zur Errichtung der Seekolmationswand können die eingesetzten Wirkstoffsubstrate mit Kraftwerksaschen ergänzt werden. Diese weisen in der Regel die erforderlichen Feinanteile sowie Wirksubstratzusammensetzungen auf.

Bei der Durchführung des Verfahrens wird weiter im Eintrittsbereich von sauren, sulfathaltigen Grundwasserzuströmen auf die gleiche Weise eine Seereaktionswand mit einer Wirkstoffsubstratmenge von 1 kg/m² bis 200 kg/m² und einem Anteil von > 50% an gebrannten Dolomitanteilen, bei einer Körnung des Wirkstoffsubstrates mit einem Anteil von < 30% mit < 0,1 mm und > 25% mit > 1 mm errichtet. Bei großtechnischen Einsatzversuchen an einem See mit sauren Zuströmungen, mit gebranntem Dolomit im Ufer- und Böschungsbereich, wurde festgestellt, dass eine vorher gemessene Versauerung durch saure Grundwasserzuströmungen durch vorgenannte Wirkstoffsubstrate um > 70% reduziert wird. Dies wird durch das nachhaltig und schnell zur Verfügung stehende Neutralisationsvermögen der Wirkstoffsubstrate sowie deren Durchströmbarkeit bewirkt. Zur Errichtung der Seereaktionswand können die eingesetzten Wirkstoffsubstrate mit durchströmbaren Materialien wie beispielsweise mit Sand, Kies oder Schlacke ergänzt werden.

Die vorgeschlagenen Wirkstoffsubstratwände zwischen durch Grundwasserströme verbundene Gewässer haben mehrere Vorteile:

– Hohe Wirksamkeit durch definiertes und kontrolliertes flächenhaftes Ausbringen auf relevante Bereiche,
– Geringe Kosten für die Errichtung,
– Geringe Zufahrts- und Logistikprobleme,
– Kein zusätzlicher Geländebedarf,
– Guter und einfacher Nachweis der Wirksamkeit,
– Einfache Erneuerung bei Unwirksamwerden

Ein weiterer Nutzen beim Anlegen von Wirkstoffsubstratwänden kann in folgenden Bereichen erwartet werden:

– Anlegen von Reaktionswänden in extrem sauren Kippenbereichen zur Reduzierung des Säureeintrages ins Oberflächenwasser.
– Anlegen von Seekolmationswänden bei Seen mit Speicherlamellen von > 0,5 m

Mit Hilfe des vorgeschlagenen Verfahrens wird die Nutzung von lebensfeindlichen sauren sulfathaltigen Gewässern, wie beispielsweise von sauren Tagebaurestseen zur Erholung, Bewirtschaftung und als Zwischenspeicher mit relativ geringem wirtschaftlichem Aufwand ermöglicht und gleichzeitig die Pufferkapazität deutlich angehoben.

Das Prinzip der Erfindung soll im folgenden näher erklärt werden.
Ein Tagebaurestsee mit einem Volumen von 50 Mio. m³ enthält saures Wasser mit einem pH-Wert von 2,8 und einem k _b4,3-Wert von ca. 3 mmol/l. Dieser Restsee liegt im Wasserspiegel ca. 10 m höher als ein Tagebaurestsee, der mit 20 Mio. m³ bereits neutralisiertem Wasser gefüllt ist. Bedingt durch den Höhenunterschied fließt ein saurer Grundwasserstrom von 1000 m³/h und einem k _b7-Wert von ca. 4 mmol/l durch das verbindende Kippengelände in den neutralisierten Restsee. Zum Gegensteuern müssten ca. 4000 m³/h gepuffertes Oberflächenwasser kontinuierlich durch diesen See strömen. Da Oberflächenwasser nicht ausreichend vorhanden ist, müssten alternativ Neutralisationsmittel im See verteilt werden. Dies würde zu Kosten von > 1 Mio. DM/a führen.
Die Errichtung der Seekolmationswand erfolgt im Tagebausee mit 50 Mio. m³ an der Austrittsseite von Seewasser in das Grundwasser auf einer Böschungs/Seebodenfläche von 10 ha mit einer Wasser-Substrat-Suspension in einer Konzentration von 20 Ma.% mit einer mobilen Einspüleinheit vom Uferbereich aus. Als Wirksubstrat wird ein Gemisch aus 80% ungebranntem und 20% gebranntem Dolomit mit einem CaO und CaCO3-Anteil in Summe von 58% und einem MgO und MgCO3-Anteil von 32% eingesetzt. Mit einer schwimmenden und. ortsveränderlichen Einspüleinheit vom Wasser wird die Wasser-Substrat-Suspension in den Ufer- und Böschungsbereich im Restsee im Austrittsbereich der sauren Grundwasserströme aufgebracht. Zur Anwendung kommen Dolomitprodukte mit einer Körnung im Bereich von < 0,1 mm bis 3 mm, wobei der Anteil < 0,1 mm 55% und der Anteil > 1 mm < 10% beträgt. Der feinkörnige Dolomit wird über eine bekannte Dosiereinrichtung in einer Menge von 5 t/h mit 50 m³/h Seewasser in einem Rührreaktor gemischt und mittels einer geeigneten Pumpe über eine Rohrleitung mit einer Länge von 500 m über Pontons an 10 verschiedenen Stellen über Verteileinrichtungen in den Tagebaurestsee eingeleitet. Die Schichtdicke wird in einem Bereich von 5–8 cm eingestellt. Nach Anwendung des Verfahrens beträgt die den Restsee über das Grundwasser verlassende Wassermenge nur noch ca. 250 m³/h. Der tiefer gelegen See versauert durch Säureeintrag nicht so schnell und der behandelte Restsee benötigt keine permanent hohe Flutungsmenge zum Defizitausgleich.
Im Rahmen des Gesamtverfahrens erfolgt zusätzlich an der Grundwassereintrittsseite des tiefer gelegenen Restsees auf einer Fläche von 10 ha die Errichtung einer Seereaktionswand mit einer Schichtdicke von 5–10 mm mit einer Wasser-Substrat-Suspension in einer Konzentration von 20 Ma.% mit einer mobilen Einspüleinheit vom Uferbereich aus. Als Wirksubstrat wird ein Gemisch aus 70% gebranntem Dolomit mit einer reaktiven Körnung von 25% < 0,1 mm und 45% von > 1–10 mm und 30% ungebranntem Dolomit mit einer Körnung von 3–10 mm mit einem CaO und CaCO3-Anteil in Summe von 58% und einem MgO und MgCO3-Anteil von 32% eingesetzt. Durch den Einsatz des gewählten Konditionierungsstoffes gibt es auch bei den vorhandenen hohen Sulfatgehalten von > 1000 g/m³ keine Probleme bei der Durchführung und dem Erfolg des Verfahrens durch Vergipsung. Die gebrannten Dolomitanteile reagieren schneller als die ungebrannten mit dem sauren Grundwasser, so dass eine gute Durchströmbarkeit der Reaktionsschicht sowie eine länger anhaltende neutralisierende Wirkung gewährleistet ist.
Mit Hilfe der realisierten Verfahrenslösung wird die sonst erforderliche zusätzliche Zufuhr von Flutungswässern durch Wasserabdriftung in das Grundwasser oder auf Grund der Wiederversauerung von Tagebaurestseen und der Einsatz von zusätzlichen chemischen Neutralisationsmitteln vermieden. Somit wurde eine technische Lösung gefunden, mit der eine Erhaltung oder Verbesserung der Güte großer Wassermengen in sauren Restseen mit verhältnismäßig geringem Aufwand möglich ist und die Grundlagen für die Nachnutzungsziele wesentlich schneller und nachhaltig geschaffen werden können.

Claims

Verfahren zur Steuerung der Wasserqualität an offenen Gewässern insbesondere des Säureein- und/oder -austrags an offenen sulfat- und eisenhaltigen Gewässern, insbesondere an Tagebaurestseen, die nach Beendigung des aktiven Bergbaus entstanden sind und die durch Grundwasserströme miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Wasser-Wirkstoffsubstrat-Suspension in einer Konzentration von 1–40 Ma.% mit einer schwimmenden und ortveränderlichen Einspüleinheit vom Wasser aus und/oder mit einer mobilen Einspüleinheit vom Uferbereich aus im Ufer- und Böschungsbereich im und am Restsee im Austrittsbereich in Abhängigkeit von den Grundwasserströmungsverhältnissen bei Abströmen von Wasser aus einem Restsee eine Seekolmationswand mit einer Wirkstoffsubstratmenge von 1 kg/m² bis 100 kg/m² mit einem Anteil von > 50% an ungebrannten Dolomitanteilen und einem Anteil von > 40% mit einer Körnung von < 0,1 mm und im Eintrittsbereich von sauren Grundwasserströmen und/oder sauren Zuflüssen eine Seereaktionswand mit einer Wirkstoffsubstratmenge von 1 kg/m² bis 200 kg/m² und einem Anteil von > 50% an gebrannten Dolomitanteilen, bei einer Körnung des Wirkstoffsubstrates mit einem Anteil von < 30% mit < 0,1 mm und > 25% mit > 1 mm bei einem Gesamtgehalt von CaO- und CaCO3 im Wirkstoffsubstrat von < 65%, und einem Gesamtgehalt von > 25% MgO- und MgCO3 im Wirkstoffsubstrat errichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Errichtung der Seekolmationswand die eingesetzten Wirkstoffsubstrate mit Kraftwerksaschen ergänzt werden können.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Errichtung der Seereaktionswand die eingesetzten Wirkstoffsubstrate mit durchströmbaren Materialien wie Sand, Kies oder Schlacke ergänzt werden können.