DE20315489U1

DE20315489U1 - Anordnung zur Verbesserung der Wasserqualität saurer Bergbaurestseen

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Publication number: DE20315489U1
Application number: DE20315489U
Authority: DE
Original assignee: ETA AG; Ebauchesfabrik ETA AG
Current assignee: Eta AG Engineering De; Lmbv Lausitzer- und Mitteldeutsche Bergbau-Ver De
Priority date: 2003-10-08
Filing date: 2003-10-08
Publication date: 2003-12-24
Anticipated expiration: 2013-10-09

Abstract

Anordnung zur Verbesserung der Wasserqualität saurer Bergbaurestseen mit alkalischen Sedimenten und/oder rutschungsgefährdeten Flachwasserbereichen, und/oder zur Verbesserung der Bodenbeschaffenheit von sauren ufernahen Landbereichen, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
– eine Lockerungsvorrichtung in Form von Schneidköpfen oder Jet-Einheiten mit einer Leistung von je 15 bis 250 kW; die in einem Abstand zur Absaugvorrichtung von bis zu 50 m, schwenkbar in der waagerechten bis 60° und von der waagerechten nach unten in Richtung Seesediment bis 90° angeordnet ist,
– eine Absaugvorrichtung, die mit der Lockerungseinrichtung verbunden ist, mit einem Saugrohrdurchmesser von 100 bis 500 mm und einer Länge von bis zu 50 m und die schwenkbar in der waagerechten bis 60° und von der waagerechten nach unten in Richtung Seesediment bis 90° angeordnet ist,
– eine oder mehrere Pumpen mit einer Förderleistung von insgesamt 100 m³/h bis 4000 m³/h und einer Gesamtleistung vom 50 bis 1500 kW,
– eine Verspülvorrichtung mit schwimmenden und/oder an Land liegenden beweglich gelagerten flexiblen Rohrleitungen mit einem Durchmesser von 50 bis 500 mm und einer Gesamtlänge von 50 bis 4000 m,
– eine oder mehrere Verteileinrichtungen an der beweglich gelagerten flexiblen Rohrleitung, die mit Verteilöffnungen ausgerüstet ist und die zur Verspülung/Verteilung oberhalb und/oder unterhalb der Wasseroberfläche oder an Land eingerichtet ist,
– ein Messsystem zur Messung der Gesamtfördermenge,
– ein Messsystem zur Messung des Feststoffanteiles in der Gesamtfördermenge,
– je ein Messsystem zur Messung des pH-Wertes in der Verspülvorrichtung und im Wasserkörper,
– ein Silofahrzeug mit pneumatischer Austragsvorrichtung zum Anliefern eines alkalischen festen oder flüssigen Einsatzstoffes, wie beispielsweise von gebranntem Dolomit, Kalkmilch, Soda und Natronlauge,
– ein stationärer/mobiler Behälter (Depot, Puffer) mit einem Fassungsvermögen von 5 bis 100 m³,
– eine pneumatische Austragsvorrichtung (Gebläse, Kompressor) für Zwischenspeicher und/oder Silofahrzeug,
– eine flexible Rohrleitung oder Schlauch zwischen Behälter und Injektor/Mischer,
– ein Injektor/Mischer (Zusammenführung Einsatzstoff und Wasser),
– eine oder mehrere Pumpen (Ansaugen Wasser aus dem See, Transport Suspension zur Verspülvorrichtung)mit schwimmenden und/oder an Land liegenden beweglich gelagerten flexiblen Rohrleitungen mit einem Durchmesser von 50 bis 500 mm und einer Gesamtlänge von 50 bis 4000 m),
– eine flexible Rohrleitung mit einem Durchmesser von 20 bis 150 mm und einer Länge von 10 bis 1000 m zwischen Pumpen und Verspülvorrichtung.

Description

Durch den offenen Bergbau in Anspruch genommene Flächen müssen nach Auslaufen der Bergbauaktivitäten einer Sanierung zur Sicherung einer Folgenutzung unterzogen werden. Folgenutzungen für durch den offenen Bergbau entstandene Restlöcher, insbesondere der großflächigen Restlöcher nach dem Braunkohletagebau, sind nach Flutung dieser Restlöcher die Wasserspeicherbewirtschaftung oder die Schaffung von Bade- und Fischgewässern.
In der Vergangenheit erfolgte die Flutung von Bergbaurestlöchern meist durch Selbstaufgang in Folge steigenden Grundwassers nach Beendigung der Bergbautätigkeit bzw. durch Zuführung von Oberflächenwasser von in der Umgebung liegenden Fließgewässern.
Entsprechend der gängigen Bergbaupraxis werden die als Abraum bezeichneten Bodenaushübe wieder in die vom aktiven Bergbau verlassenen Gebiete verkippt. 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. Aufgrund von Pyritverwitterung im offenen Bergbau sind diese Kippen mit einem hohen Säurepotential angereichert. Das führt, insbesondere bei Mangel an Oberflächenwasser für die schnelle Flutung der entstandenen Hohlräume, zur Versauerung der entstehenden Tagebaurestseen (Absenkung des pH-Wertes). Damit können die angestrebten Nutzungsziele, wie Fischerei- und Badegewässer, vorerst nicht realisiert werden. Im Falle einer geplanten Speicherbewirtschaftung besteht zusätzlich die Gefahr des zeitweisen Einleitens von pH-saurem Wasser in die Vorflut (Einhaltung gesetzlich vorgeschriebener Einleitbedingungen erforderlich). Der genannte Mangel an Oberflächenwasser resultiert daraus, dass aus keinem Fließgewässer unbegrenzte Wassermengen für die Flutung von Restlöchern entnommen werden können, ohne dessen ökologisches Gleichgewicht zu stören. Damit scheidet die Möglichkeit der Entsäuerung von Restseen des offenen Bergbaus durch alleinige Nutzung von Oberflächenwasser, die allgemein als Stand der Technik bekannt ist, oftmals aus.
Weiter ist aus dem Stand der Technik bekannt, saure Wässer durch Kalkung zu neutralisieren. Die Kalkung ist aus der Aufbereitung saurer Wässer zu Brauch- oder Trinkwasser bekannt und wird beispielsweise auch in Grubenwasseraufbereitungsanlagen für die Behandlung von gehobenem Bergbauwasser praktiziert. Bei dieser Art der Neutralisierung von sauren Grubenwässern fällt zusätzlich kalkhaltiger Eisenhydroxidschlamm als Nebenprodukt an. Diese Schlämme werden in der Regel obwohl sie noch ein erhebliches alkalisches Potential aufweisen in Tagebaurestlöcher oder Tagebauseen ohne Ausnutzung des alkalischen Potentials verspült. Um Bergbaurestseen alleine durch Kalkung zu neutralisieren, müsste ein unvertretbar hoher technischer Aufwand betrieben werden, der aus Kostengründen abgelehnt werden muss.
Aus der Braunkohlenindustrie ist bekannt, Braunkohlenschlämme und Braunkohlenaschen in Tagebaurestlöcher zu transportieren und dort zu deponieren. Untersuchungen haben gezeigt, dass gerade die Einspülungen von Kraftwerksaschen aus der Verbrennung von Braunkohlen für einen relativ hohen pH-Wert von pH 7,5 bis 11 im Wasser des Restsees sorgten, obwohl ständig saures Grundwasser zulief. Nach Einstellung der Braunkohlenverbrennung und der damit verbundenen Einstellung der Einspülungen ist der pH-Wert dann in relativ kurzer Zeit von ca. pH = 8 auf ca. pH = 3,5 abgesunken. Damit scheidet auch diese Möglichkeit für eine dauernde Neutralisierung saurer Wässer in Bergbaurestseen zum Zwecke einer wirtschaftlichen Nachnutzung aus.
Darüber hinaus weisen saure Tagebauseen vielfach rutschungsgefährdete Böschungen bis in den Flachwasserbereich und den zu sanierenden und zu gestaltenden Uferbereich auf. Die rutschungsgefährdeten Flachwasserbereiche werden in der Regel bis auf eine Wassertiefe von 2 m vertieft. Die gewonnenen Massen werden in Tieflagen des Tagebausees verspült oder, an Land zur Massengewinnung für die Böschungsgestaltung oder Verfüllung von Tieflagen im Hinterland verbracht. Auf diese Weise gelangt zusätzliche Säure auf das oftmals bereits aus sauren Kippenböden bestehende Hinterland, welches durch zusätzlichen Meliorationsaufwand neutralisiert werden muss.
In DE 199 61 243 ist ein Verfahren beschrieben, nachdem Altaschesedimente in einem saurem Tagebausee umgelagert werden und dabei das enthaltene Alkalitätspotential genutzt wird. Dieses Verfahren zeigt keine Lösungen auf andere geeignete alkalische Sedimente zu nutzen oder saure Kippenböden im ufernahen Bereich in der Beschaffenheit zu verbessern.
Um eine schnelle Folgenutzung der Bergbaurestlöcher zu sichern, ist es erforderlich, für den Zeitraum zwischen der Beendigung der Einspülungen von alkalischen Sedimenten und der Einstellung eines natürlichen Gleichgewichts im pH-Wert durch großräumige wasserwirtschaftliche Maßnahmen, die eine gesamte bergbaugeschädigte Region umfassen müssen, eine Lösung für die pH-Wertanhebung von Bergbaurestlöchern mit eingespülten alkalischen Sedimenten und Verbesserung der Eigenschaften von restseenahen sauren Böden zu finden. Daraus leitet sich das Problem der Erfindung ab.
Zur Lösung des Problems wurden Überlegungen durchgeführt, eine Anordnung zu finden mit der die in einen Tagebaurestsee eingespülten und dort bereits deponierten und sedimentierten Aschen aus der Verbrennung von Braunkohle in einem Kraftwerk oder sedimentierten anderen alkalischen Stoffe, wie beispielsweise kalkhaltiger Eisenhydroxidschlamm oder Kalkablagerungen zur Neutralisation von sauren Wasserkörpern genutzt werden und gleichzeitig ufernahe saure Kippenböden auf einfache Weise in ihrer Beschaffenheit verbessert werden können.
Im Ergebnis von Untersuchungen konnte festgestellt werden, dass sowohl die verspülten Altaschensedimente wie auch andere alkalische Sedimente zur Neutralisation von sauren Wässern prinzipiell geeignet sind.
Weiterhin konnte durch umfangreiche Untersuchungen festgestellt werden, dass hinsichtlich des Einsatzes von Aschen und anderen alkalischen Sedimenten auch aus ökotoxischer Sicht keine Bedenken bestehen müssen. Es wurde kein Gefährdungspotential festgestellt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, eine Anordnung zu finden, mit der das vorhandene Potential der in einem Bergbaurestsee sedimentierten alkalischen Sedimente für eine relativ langfristige Entsäuerung großer Mengen von Restseewasser kurzfristig nutzbar gemacht werden kann, zusätzliche alkalische Stoffe auf einfache Weise in den sauren Tagebausee eingebracht werden und saure Uferbereiche in Kombination mit böschungsstabilisierenden Maßnahmen in ihrer Beschaffenheit verbessert werden können. Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung der Aufgabe der Erfindung dadurch, dass
eine in einem Tagebaurestsee ortsveränderliche schwimmende Einheit zusammengestellt wird, die aus folgenden Einzelbestandteilen besteht:

– Lockerungsvorrichtung für alkalische Sedimente und/oder rutschungsgefährdete Flachwasserbereichen in Form von Schneidköpfen oder Jet-Einheiten mit einer Leistung von je 15 bis 250 kW; die in einem Abstand zur Absaugvorrichtung von bis zu 50 m, schwenkbar in der waagerechten bis 60° und von der waagerechten nach unten in Richtung Seesediment bis 90° angeordnet ist.
– Absaugvorrichtung, die mit der Lockerungseinrichtung verbunden ist, für die durch die Lockerungseinrichtung gelockerten Sedimente als Wasser-Sedimentsuspension, mit einem Saugrohrdurchmesser von 100 bis 500 mm und einer Länge von bis zu 50 m und die schwenkbar in der waagerechten bis 60° und von der waagerechten nach unten in Richtung Seesediment bis 90° angeordnet ist,
– eine oder mehrere Pumpen mit einer Förderleistung von insgesamt 100 m³/h bis 4000 m³/h und einer Gesamtleistung vom 50 bis 1500 kW,
– Verspülvorrichtung mit schwimmenden und/oder an Land liegenden beweglich gelagerten flexiblen Rohrleitungen mit einem Durchmesser von 50 bis 500 mm und einer Gesamtlänge von 50 bis 4000 m,
– Verteileinrichtung an der beweglich gelagerten flexiblen Rohrleitung, die mit Verteilöffnungen ausgerüstet ist, so angeordnet, dass eine Verspülung/Verteilung oberhalb und/oder unterhalb der Wasseroberfläche oder an Land erfolgen kann,
– Messsystem zur Messung der Gesamtmenge,
– Messsystem zur Messung des Feststoffanteiles in der Gesamtmenge,
– Messsystem zur Messung des pH-Wertes in der Verspülvorrichtung und im Wasserkörper,

Zur Erhöhung der Neutralisationswirkung im Wasserkörper kann die beschriebene Anordnung um folgende zusätzliche Einrichtungen erweitert sein:

– Silofahrzeug mit pneumatischer Austragsvorrichtung zum Anliefern eines alkalischen festen oder flüssigen Einsatzstoffes, wie beispielsweise von gebranntem Dolomit, Kalkmilch, Soda und Natronlauge,
– Stationärer/mobiler Behälter (Depot, Puffer) mit einem Fassungsvermögen von 5 bis 100 m³,
– pneumatische Austragsvorrichtung (Gebläse, Kompressor) für Zwischenspeicher und/oder Silofahrzeug,
– flexible Rohrleitung oder Schlauch vom Behälter zum Injektor/Mischer,
– Injektor/Mischer (Zusammenführung Einsatzstoff und Wasser),
– Eine oder mehrere Pumpen (Ansaugen Wasser aus dem See, Transport Suspension zur Verspülvorrichtung mit schwimmenden und/oder an Land liegenden beweglich gelagerten flexiblen Rohrleitungen mit einem Durchmesser von 50 bis 500 mm und einer Gesamtlänge von 50 bis 4000 m),
– Flexible Rohrleitung mit einem Durchmesser von 20 bis 150 mm und einer Länge von 10 bis 1000 m zwischen Pumpen und Verspülvorrichtung,

Die Konzentration des Sedimentanteils im Förderstrom beträgt innerhalb der Anordnung in der Regel 1 -15 Ma. %.
Die in einem Tagebaurestsee vorhandenen alkalischen Sedimente, können über Rohrleitungen mit der vorgeschlagenen Anordnung auch für andere (im Umfeld befindliche) saure Restseen, in denen keine alkalischen Sedimente vorhanden sind, zur Neutralisation genutzt werden.
Die Suspension wird in der Anordnung mittels eines geeigneten Messsystems hinsichtlich ihrer Gesamtmenge und des Feststoffanteiles überwacht und die Gesamtmenge und/oder der Feststoffanteil kann im Ergebnis analytischer Messungen wie z.B. des pH-Wertes im Restsee gesteuert werden.
Weiterhin werden die aktuellen Parameter des Tagebaurestseewassers, insbesondere der pH-Wert, ständig mittels geeigneter automatischer Einrichtungen gemessen. Aus den Messergebnissen leiten sich die aktuellen Verfahrensparameter ab, die besonders die Turbulenz und die Mischungszeit zwischen Sediment und Restseewasser und den Einspülort betreffen. Das Verfahren wird durch die vorgeschlagene Verfahrensweise so betrieben, dass lange Reaktionszeiten zwischen der in den Tagebaurestsee eingetra genen Wasser-Sediment/alkalischer Einsatzstoff-Suspension und dem dort vorhandenen sauren Wasserkörper erreicht werden.
Mit Hilfe der gefundenen Anordnung wird eine Verbesserung der Wasserqualität von sauren Tagebauseen erreicht und die Pufferkapazität des Tagebaurestseewassers angehoben, wodurch die Auswirkungen durch den Einfluss von nachströmendem sauren Wasser besser ausgeglichen werden können. Somit wurde eine technische Lösung gefunden, mit der eine Verbesserung der Güte großer Wassermengen in sauren Restseen in relativ kurzer Zeit mit geringem Aufwand möglich ist und die Grundlagen für die Nachnutzungsziele wesentlich schneller geschaffen werden können. Gleichzeitig können in Synergie bei der Umlagerung von rutschungsgefährdeten Massen aus ufernahen Flachwasserbereichen zusätzlich alkalische Einsatzprodukte in den Spülstrom eingebracht werden und die angestrebten Ziele eher und kostengünstig erreicht werden.
Vorteilhaft ist insbesondere, dass bei der Verspülung von Massen an Land in Kombination ebenfalls alkalische Einsatzprodukte eingebracht werden können und eine Verbesserung der Bodenqualität erreicht wird und zusätzliche Meliorationsmaßnahmen entfallen können. Für die Seewasserqualität ist diese Anordnung ebenfalls von Vorteil, da das in den Tagebaurestsee zurücklaufende Wasser durch die zugeführten alkalischen Einsatzprodukte im pH-Wert erhöht ist.
Das Prinzip der Erfindung soll im folgenden näher erklärt werden.
Die schwimmende Aufnahmeeinheit bildet einen eigenständigen Komplex. Sie besteht vorteilhafterweise aus einem Ponton, auf dem alle erforderlichen Aggregate installiert sind. Die alkalischen Sedimente werden auf dem Seegrund mit Hilfe eines Schneidkopfes gelockert und über eine installierte Pumpe abgesaugt. Auf dem Ponton befindet sich ein Vorratsbecken, in das die aufgenommene Wasser-Sediment-Suspension abgegeben wird. Aus dem Vorratsbecken befördert eine weitere Pumpe die Suspension zum schwimmenden Eintragssystem. Entsprechend den örtlichen Bedingungen kann auch auf das Vorratsbecken verzichtet und die Wasser-Sediment-Suspension direkt zum Eintragssystem zugeführt werden. Die Kapazität eines solchen beschriebenen Moduls liegt im Bereich von etwa 100 m³/h bis 4000 m³/h und muss je nach Erfordernis angepasst werden. Die schwimmende Aufnahmeeinheit kann sowohl von einem Elektromotor, wie auch von einem Verbrennungsmotor angetrieben werden.
Für den Transport der Wasser-Sediment-Suspension von der schwimmenden Aufnahmeeinheit zum Eintragssystem mit Verteileinrichtung kommt ein flexibles Rohrleitungssystem aus PE- oder anderen möglichen flexiblen Rohren zum Einsatz. Diese Rohre werden schwimmend gelagert, wobei die Varianten – Lagerung der Rohre auf einzelnen kleinen Pontons oberhalb des Wasserspiegels, oder- Lagerung hängend an Schwimmbojen unterhalb des Wasserspiegels möglich sind. Die Rohrleitung kann eine Länge bis zu 4000 m aufweisen.
Das schwimmende Eintragssystem ist ebenfalls eine eigenständige Einheit, die an den jeweiligen Einsatzort mit Hilfe von Verholwinden manövriert wird. Die spezielle Kon struktion eines Verteilers auf dem Eintragssystem, ausgeführt als 500 m langes Rohrstück mit 5 Großregnern, die einen Durchmesser von jeweils 100 m mit der alkalischen Sedimentsuspension beregnen sorgt für die notwendige intensive Vermischung der eingebrachten Wasser-Sediment-Suspension mit dem Wasser des Restsees. Die von einem Motor angetriebene schwimmende Aufnahmeeinheit sowie die schwimmende Eintragsvorrichtung benötigen zur Fixierung ihres Arbeitsortes Verankerungspunkte für den Betrieb der Verholwinden. Die schwimmende Eintragsvorrichtung kann auch mit einem Wasserfahrzeug auf dem Wasserkörper zur großflächigen Verteilung der Suspension bewegt werden.
Während der Durchführung der Arbeiten zur Verbesserung der Wassergüte ist ein umfangreiches Monitoring erforderlich. Hierzu kommt ein spezielles Tiefenlot- und Beprobungssystem zum Einsatz. Mit dessen Hilfe werden die aktuellen Parameter des Restseewassers, z.B. dessen pH-Wert, der Wasserstand bzw. Ablagerungszuwachs, bestimmt, sowie nach Erfordernis Proben entnommen. Über eine Modellierung erfolgt dann ein optimaler Eintrag der Sedimente in den sauren Wasserkörper.

Claims

Anordnung zur Verbesserung der Wasserqualität saurer Bergbaurestseen mit alkalischen Sedimenten und/oder rutschungsgefährdeten Flachwasserbereichen, und/oder zur Verbesserung der Bodenbeschaffenheit von sauren ufernahen Landbereichen, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: – eine Lockerungsvorrichtung in Form von Schneidköpfen oder Jet-Einheiten mit einer Leistung von je 15 bis 250 kW; die in einem Abstand zur Absaugvorrichtung von bis zu 50 m, schwenkbar in der waagerechten bis 60° und von der waagerechten nach unten in Richtung Seesediment bis 90° angeordnet ist, – eine Absaugvorrichtung, die mit der Lockerungseinrichtung verbunden ist, mit einem Saugrohrdurchmesser von 100 bis 500 mm und einer Länge von bis zu 50 m und die schwenkbar in der waagerechten bis 60° und von der waagerechten nach unten in Richtung Seesediment bis 90° angeordnet ist, – eine oder mehrere Pumpen mit einer Förderleistung von insgesamt 100 m³/h bis 4000 m³/h und einer Gesamtleistung vom 50 bis 1500 kW, – eine Verspülvorrichtung mit schwimmenden und/oder an Land liegenden beweglich gelagerten flexiblen Rohrleitungen mit einem Durchmesser von 50 bis 500 mm und einer Gesamtlänge von 50 bis 4000 m, – eine oder mehrere Verteileinrichtungen an der beweglich gelagerten flexiblen Rohrleitung, die mit Verteilöffnungen ausgerüstet ist und die zur Verspülung/Verteilung oberhalb und/oder unterhalb der Wasseroberfläche oder an Land eingerichtet ist, – ein Messsystem zur Messung der Gesamtfördermenge, – ein Messsystem zur Messung des Feststoffanteiles in der Gesamtfördermenge, – je ein Messsystem zur Messung des pH-Wertes in der Verspülvorrichtung und im Wasserkörper, – ein Silofahrzeug mit pneumatischer Austragsvorrichtung zum Anliefern eines alkalischen festen oder flüssigen Einsatzstoffes, wie beispielsweise von gebranntem Dolomit, Kalkmilch, Soda und Natronlauge, – ein stationärer/mobiler Behälter (Depot, Puffer) mit einem Fassungsvermögen von 5 bis 100 m³, – eine pneumatische Austragsvorrichtung (Gebläse, Kompressor) für Zwischenspeicher und/oder Silofahrzeug, – eine flexible Rohrleitung oder Schlauch zwischen Behälter und Injektor/Mischer, – ein Injektor/Mischer (Zusammenführung Einsatzstoff und Wasser), – eine oder mehrere Pumpen (Ansaugen Wasser aus dem See, Transport Suspension zur Verspülvorrichtung)mit schwimmenden und/oder an Land liegenden beweglich gelagerten flexiblen Rohrleitungen mit einem Durchmesser von 50 bis 500 mm und einer Gesamtlänge von 50 bis 4000 m), – eine flexible Rohrleitung mit einem Durchmesser von 20 bis 150 mm und einer Länge von 10 bis 1000 m zwischen Pumpen und Verspülvorrichtung.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem Tagebaurestsee und anderen in der Umgebung befindlichen sauren Tagebaurestseen, in denen sich keine alkalischen Sedimente befinden, Rohrleitungen mit den genannten Anordnungsteilen verlegt sind.