DE10344857A1

DE10344857A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Wirkungsgradverbesserung des Inlake-Verfahrens zur Optimierung der Wasserqualität saurer Bergbaurestseen

Info

Publication number: DE10344857A1
Application number: DE2003144857
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Chem. Rabe; Günter Dr.-Ing. Scholz; Peter Dipl.-Ing. Kunze
Original assignee: ETA AG ENGINEERING
Current assignee: ETA AG ENGINEERING
Priority date: 2003-09-26
Filing date: 2003-09-26
Publication date: 2005-04-14

Abstract

Verfahren und Vorrichtung zur Wirkungsgradverbesserung des Inlake-Verfahrens zur Optimierung der Wasserqualität saurer offener Bergbaurestseen mit einem Volumen von mehr als 500000 m·3· durch Eintrag von Neutralisationsmitteln über auf dem Gewässer angeordnete Verteileinrichtungen. DOLLAR A Ziel und Aufgabe der Erfindung bestehen darin, eine Möglichkeit auf der Grundlage der Inlake-Behandlung saurer Gewässer zu finden, nach der die Neutralisationsmittel mit höchstem Stoffumwandlungsgrad zur Anwendung gelangen und die Kosten der Seewasserbehandlung bedeutend gesenkt werden können. DOLLAR A Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die Stoffkonzentration der jeweils eingesetzten Neutralisationsmittel durch Gestaltung der Verteileinrichtung auf dem Gewässer auf < 1,0% eingestellt wird und dabei der pH-Wert bei der Einspülung von Neutralisationsmitteln im Wasserkörper definierte Grenzwerte nicht überschreitet und die Ausführung der Vorrichtung die Verfahrensmerkmale gewährleistet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Neutralisierung saurer und offener Gewässer, insbesondere auf Tagebaurestseen mit einem Wasservolumen von > 500.000 m³.
In der Folge des Bergbaus insbesondere bei Nutzung der sogenannten Tagebautechnologie in Verbindung sehr leistungsfähiger Förderbrücken und Schaufelrad- sowie Eimerkettenbagger entstehen Hohlräume in der genutzten Landschaft, die sich nach und nach 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 extrem saure Wässer gekennzeichnet ist.

Aus dem Stand der Technik ist bekannt, derartig saure Wässer mittels sogenannter Grubenwasserreinigungsanlagen (GWRA) zu behandeln, um vor Anbindung an die Vorflut keine Gefährdungen der abströmseitig folgenden Gewässer zuzulassen. Das eigentlich saure Gewässer verbleibt jedoch in diesem Falle über Jahrzehnte in seinem 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 des Neutralisationsmittels und die gute Verteilung der Suspensionen im See reichen jedoch allein nicht aus, um hohe und höchste Wirkungsgrade beim Stoffumsatz und damit bei der Kostenoptimierung solcher Verfahren zu gewährleisten. Auch in den Offenlegungsschriften DE 4124073 A1 und WO 02/16272 A 1 sind Verfahren zur Behandlung saurer Wässer beschrieben. Die Anwendung bei größeren Bergbau-Restseen erfordert jedoch einen unverhältnismäßig hohen technisch-ökonomischen Aufwand.

Ziel und Aufgabe der Erfindung bestehen darin, eine Möglichkeit auf der Grundlage der Inlake-Behandlung saurer Gewässer zu finden, nach der die Neutralisationsmittel mit höchstem Stoffumwandlungsgrad zur Anwendung gelangen und die Kosten der Seewasserbehandlung bedeutend gesenkt werden können.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe, wie in den Patentansprüchen näher dargelegt, dadurch gelöst, dass die Stoffkonzentration des Neutralisationsmittels sowohl im Wasserkreislauf des Inlake-Verfahrens als auch bei der flächenhaften Verteilung im See so eingestellt wird, dass kein Überschuss von Neutralisationsstoff im Seekörper entsteht und die chemisch-physikalischen Triebkräfte zwischen Neutralisationsstoff einerseits und dem sauren Seewasser andererseits optimal genutzt werden. Die flächenhafte Verteilung des feinkörnigen bzw. flüssigen Neutralisationsmittels erfolgt erfindungsgemäß an der Seeoberfläche derart, dass kein Teilchen den Seegrund erreicht sondern aufgrund seiner Teilchengröße beginnend von der Seeoberfläche auf seinem Weg bis zum Seegrund total aufgelöst wird. Durch die Gestaltung der Verteileinrichtung soll die Stoffkonzentration auf dem Gewässer auf < 1,0 % und der pH-Wert bei der Einspülung im Wasserkörper auf < 10 vorzugsweise auf < 9,5 eingestellt werden. Es wurde gefunden, dass das Neutralisationspotential der eingesetzten Stoffe unter diesen Bedingungen optimal ausgeschöpft wird. Bei Einsatz von Soda (Na₂CO₃) ist der pH-Wert bei der Einspülung im Wasserkörper auf < 9 vorzugsweise auf < 7,5 einzustellen, um eine vorteilhafte Ausnutzung des Neutralisationspotentials zu bewirken. Dadurch wird insbesondere vermieden, dass Calcit (CaCO₃) ausgefällt wird und der Sodaverbrauch überproportional steigt.

Die Verteilung des Neutralisationsmittels auf der Seeoberfläche erfolgt dergestalt, dass mittels bekannter Rohrleitungs- und Verteilertechnik (z. B. Großregner) an der Seeoberfläche Stoffkonzentrationen der jeweils eingesetzten Neutralisationsstoffe erreicht werden, die verhindern, dass Teilchen ungenutzt den Seegrund erreichen und der Stoffumwandlung verloren gehen.

Die durch die Verteileinrichtung zu gewährleistende Stoffkonzentration an der Seeoberfläche hängt vom einzusetzenden Neutralisationsstoff, vorzugsweise Dolomit, Kalk, Soda, der chemischen Charakteristik des Seewassers (Säurekapazität, Stoffzusammensetzung) sowie den physikalischen Bedingungen (Wassertemperatur, Strömungsverhältnisse, Morphologie) ab. Bei der Durchführung des Verfahrens wird die Stoffkonzentration im Rohrleitungs- und Verteilsystem in Abhängigkeit von der Löslichkeit und der Reaktivität vom einzusetzenden Neutralisationsstoff so eingestellt, dass entsprechend dem zu behandelnden Seewasser kein Teilchen unaufgelöst den Seegrund erreicht. Feste Neutralisationsstoffe werden vorzugsweise mit einer maximalen Korngröße von 0,2 mm eingesetzt.

Bestandteil der erfindungsgemäßen Lösung ist auch, mindestens 1/3 der Seeoberfläche des jeweiligen Sees mit der Verteileinrichtung zu erfassen und zur Prozessoptimierung auf der Seeoberfläche beweglich anzuordnen und auch die vom Wind beeinflussten Strömungsvorgänge für die Optimierung des Verfahrens zu nutzen. Die Beweglichkeit der Verteileinrichtung soll dabei in einem Winkel von > 20° möglich sein. Bei der Unterverteilung im Verteilsystem werden in Abhängigkeit von den Einsatzstoffen Starkregner und/oder Düsen oberhalb der Wasserfläche und/oder Verteileinrichtungen unterhalb der Wasseroberfläche eingesetzt. So werden Feststoffsuspensionen vorzugsweise oberhalb der Wasserfläche und Flüssigsuspensionen wie beispielsweise verdünnte Natronlauge vorzugsweise unterhalb der Wasserfläche in den Restseewasserkörper eingebracht.

Da in der Praxis quasi jeder See seine eigene Chemie, Physik und Morphologie besitzt, ist für jeden See bzw. für jedes Gewässer eine eigene Stoffanwendungstechnik mittels eines speziell konstruierten Verteilsystems zu gestalten, um maximale Stoffumwandlungswirkungsgrade zu gewährleisten.

Die Erfindung soll anhand des folgenden Anwendungsbeispiels näher erläutert werden.
Ein saurer Tagebaussee mit einer Fläche von 100 ha, einem Durchmesser von 1150 m und einer mittleren Seetiefe von 10 m, der einen pH-Wert von 3,1 aufweist, wird mit gebranntem Dolomit neutralisiert.
Feinkörniger Dolomit mit einer Körnung von < 0,2 mm wird mit einer Konzentration von < 5 % in den Wasserkreislauf einer Inlake-Verteileinrichtung eingebracht. Bis zu 10 % des Neutralisationsstoffes Dolomit reagieren sofort noch im Verteil- bzw. Rohrsystem der Inlake-Technik. Mit einer 800 m langen Verteileinrichtung auf der Starkregner mit einem Radius von 50 m zur. Feinverteilung der Neutralisationssus pension angeordnet sind und die in einem Winkel von 45 ° zur geraden Ausführung beweglich gestaltet ist und bei Berücksichtigung der Wetterbedingungen/Wassertemperatur sowie Strömung an der Seeoberfläche durch Windkräfte wird die Verteilung der Suspension so gestaltet, dass 40% der Seeoberfläche beeinflusst und eine Stoffkonzentration an der Seeoberfläche von 0,2 % eingestellt wird und der pH-Wert im mit Neutralisationsmittel beaufschlagten Wasserkörper, einen Wert von 9,5 nicht überschreitet.
Bei einer mittleren Seetiefe von 10 m wird gewährleistet, dass ein Teilchen des eingesetzten Dolomits von max. 0,2 mm bei seinem Weg bis zum Seegrund total aufgelöst und damit 100 % an der gewünschten Stoffumwandlung teilnimmt.
Mit der Bewegung der Verteileinrichtung an der Seeoberfläche und der Ausnutzung der wetterbedingten Strömungsvorgänge an der Seeoberfläche durch eine entsprechende Positionierung der Verteileinrichtung wird sicher gestellt, dass keine Überkonzentration von Neutralisationsstoff in bevorzugten Bereichen des Sees eintreten kann und somit immer eine 100 % Stoffumwandlung gewährleistet wird.

Claims

Verfahren zur Wirkungsgradverbesserung des Inlake-Verfahrens zur Optimierung der Wasserqualität saurer Bergbaurestseen durch Eintrag von Neutralisationsmittel über auf dem Gewässer angeordnete Verteileinrichtungen, dadurch gekennzeichnet, dass: – die Stoffkonzentration der jeweils eingesetzten Neutralisationsmittel durch Gestaltung der Verteileinrichtung auf dem Gewässer auf < 1,0 % eingestellt wird, – dass mehr als ein 1/3 der Seeoberfläche von der Verteileinrichtung erfasst wird und – das der pH-Wert bei der Einspülung von Neutralisationsmittel im Wasserkörper auf < 11, vorzugsweise auf < 9,5 und bei der Einspülung von Soda auf < 9 vorzugsweise auf < 7,5 eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stoffkonzentration der jeweils eingesetzten Neutralisationsmittel im Rohrleitungs- und Verteilsystem in Abhängigkeit von der Löslichkeit und der Reaktivität vom einzusetzenden Neutralisationsstoff eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass feste Neutralisationsmittel vorzugsweise mit einer maximalen Korngröße von 0,2 mm eingesetzt werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verteilung Starkregner und/oder Düsen oberhalb der Wasserfläche und/oder Verteileinrichtungen unterhalb der Wasseroberfläche angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteileinrichtung beweglich in einem Winkel von > 20° ausgeführt und den wetterbedingten Strömungsvorgängen an der Seeoberfläche angepasst ist.