DE2925882B1 - Verfahren und Vorrichtung zur schadlosen Deponie von sulfathaltigen Aschen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur schadlosen Deponie von sulfathaltigen AschenInfo
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-
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur schadlosen Deponie sulfathaltiger
Verbrennungsasche, wie sie z. B. in Kraftwerken anfällt
Die bei der Verbrennung von Kohle, insbesondere Braunkohle, anfallenden Verbrennungsrückstände entstammen
der mineralischen Substanz der verbrannten Kohle (ca. 2 bis 3% Pflanzenasche) und den beim Abbau
der Kohle mitgeförderten Sand- und Tonbcstandteilen (Fremdasche). Die Verbrennungsrückstände bestehen
überwiegend (ca. 85%) aus sehr feinkörniger Eleklrofilterasche, zum kleineren Teil aus grobkörniger,
sandreicher Kesselasche. Diese Elektrofilterasche wird in Bunkern gesammelt und zusammen mit der
Kesselasche über Bandaniagen in die benachbarten Tagebaue transportiert, wo sie auf gesonderten
Aschekippen deponiert wird.
Aufgrund ihren Gehalts an Calciumoxid, Calciumsulfat und Calciumferrit und der durch die Feinkörnigkeit
gegebenen großen inneren Oberfläche ist die Asche chemisch und physikalisch äußerst reaktionsfähig.
Neben dem erwähnten Calciumsulfat enthält die Asche einen beträchtlichen Anteil leicht wasserlöslicher
Sulfate, und zwar überwiegend Natriumsulfat, daneben auch Kaliumsulfat und Magnesiumsulfat.
Vor ihrem Transport zur Deponie wird die Asche üblicherweise angefeuchtet um die Staubentwicklung
zu verringern. Durch die dabei partiell einsetzende chemische Reaktion wird die zunächst staubförmige
Asche auf ihrem Transportweg teilweise zu einem Gemenge kleinster bis einige Zentimeter großer
Aggregate umgewandelt die auch nach der Verkippung durch den Absetzer erhalten bleiben und in der Deponie
ein hohes Porenvolumen bewirken. Der restliche Teil
to der Asche bleibt jedoch feinkörnig.
Die Wasserdurchlässigkeit im wassergesättigten Zustand liegt bei dieser Art der Verkippung zwischen kr
= 10~4 und 10~6 m/s und damit in der Größenordnung
des die Asche umgebenden verkippten Abraummaterials. Deshalb können sowohl Sickerwässer aus den
Niederschlagen wie auch des später nach Beendigung der bergbaulichen Sümpfungsmaßnahmen wieder ansteigende
Grundwasser in die Aschekippen eindringen. Dabei werden zunächst die Alkalisulfate gelöst, wobei
der Sulfatgehalt auf mehrere 10 000 mg je Liter ansteigt
Danach geht nur noch Calciumsulfat in Lösung. Wegen der langen Verweildauer des Wassers in der Aschekippe
kann über einen sehr langen Zeitraum mit annähernder Sättigung des Wassers an Calciumsulfat gerechnet
2> werden, was einem Sulfatgehalt von etwa 1000mg/1
entspricht. Der höchstzulässige Sulfatgehalt des Trinkwassers liegt dagegen bei 240 mg/1 (Trinkwasserverordnung
vom 31.1.1975- BGBI. I, S. 453).
Zur Vermeidung der aufgezeigten Beeinträchtigung
Zur Vermeidung der aufgezeigten Beeinträchtigung
«ι der Grundwasserqualität ist es also zwingend erforderlich, die nach den bisherigen Verfahren anzulegenden
Aschekippen allseitig mit bindigem Material, wie Ton oder Lehm, in entsprechender Stärke abzudichten, um
die Durchströmung der Aschekippen und das Herauslö-
i'i sen der Sulfate zu verhindern. Auch der Schutz der
Oberflächengewässer erfordert als Konsequenz eine vollständige Abdichtung der Aschekippen, weil auf
lange Zeit alles aus diesen Kippen austretende Wasser sulfatgesättigt sein wird. Bei einem jährlichen Aschean-
4(i fall von vielen Millionen Tonnen verursachen diese
Maßnahmen einen erheblichen Kostenaufwand.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist nun, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, das bzw.
die eine schadlose Deponie sulfathaltiger Verbren-
■r> nungsasche ermöglicht, d. h. eine Maßnahme anzugeben,
die ein Lösen der in der Asche enthaltenen Sulfate verhindert, mindestens aber auf einen noch zulässigen
Wert verringert.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß
■vi vorgeschlagen, daß der Asche vor der Verkippung so
viel Wasser zugesetzt wird, daß das Gemisch bei intensivem Rühren eine breiartige Konsistenz erhält.
Die Menge des zugesetzten Wassers richtet sich nach der Zusammensetzung und dem Befeuchtungsgrad der
Vi Asche und beträgt vorzugsweise 20 bis 40 Gew.-%.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung kann das Asche-Wassergemisch durch Rütteln weiter
verdichtet werden. Ferner soll die Zufuhr von Asche und Wasser, das Vermischen, Verdichten und Austragen
«ι kontinuierlich erfolgen können.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann sowohl bei angefeuchteter Kraftwerksasche, wie sie z. B. in den
Betrieben des Rheinischen Braunkohlenreviers zur Verkippung gelangt, als auch bei der staubförmigen
h'> unbefeuchteten Asche mit Vorteil angewendet werden.
Das entstehende breiartige Gemisch verfestigt sich nach kurzer Zeit infolge der chemischen Umsetzungen,
die unier WäniieetHwickiüMg und VoluiVicn/.unahrric vor
sich gehen. Es handelt sich hierbei in der Hauptsache um
folgende Reaktionen:
1. Umwandlung von Anhydrit in Gips
CaSO4 + 2 H2O-CaSO4 · 2 H2O
CaSO4 + 2 H2O-CaSO4 · 2 H2O
2. Umwandlung von Calciumoxid in Calciumhydroxid CaO + H2O-Ca(OH)2;
später Umwandlung in CaCO3
3. Zersetzung von Calciumferrit in Calciumhydroxid und Eisenllloxid
Ca2Fe2O5 + 2 HiO-2 Ca(OH)2 + Fe2O3
Die nach diesem Verfahren behandelte Kraftwerksasche erbrachte in Laborversuchen überwiegend stark
verfestigte Probekörper, deren ArWerte im Durchschnitt in der Größenordnung von 10-8, teilweise sogar
von 10-9 m/s liegen. Die Jt^Werte sind somit mindestens
zwei, im Durchschnitt jedoch drei (teilweise auch bis vier) Zehnerpotenzen niedriger als die der bisherigen
Aschekippen.
Die Versuche wurden wie folgt ausgeführt:
Die Versuche wurden wie folgt ausgeführt:
Gemische aus Asche und Wasser (s. Tabelle) wurden in 100 ml-Stahlzylinder eingefüllt, gerührt und zusätzlich
durch Rütteln verdichtet. Nach vollständiger Abbindung und Abtrockung wurden die Proben in den Stahlzylindem
von unten kapillar mit Wasser gesättigt und in einer Apparatur bei einem Differenzdruck von etwa
10 mm Wassersäule auf ihre Wasserdurchlässigkeit untersucht
Um den Vergleich mit den Aschekippen nach dem
ίο bisherigen Verfahren zu ermöglichen, wurden Proben
von der jeweils gleichen Asche, jedoch ohne erfindungsgemäße Vorbehandlung in 100 ml-Stahlzylinder eingefüllt
und ebenfalls durch Rütteln verdichtet Auch diese Proben wurden kapillar mit Wasser gesättigt und in der
gleichen Weise wie die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren vorbehandelten Proben untersucht
In der folgenden Tabelle sind die ermittelten ArrWerte, ergänzt durch die Bestimmung des Porenvolumens
und des Raumtrockengewichts, angegeben.
2» Außerdem wurde der Ca- und SO4-GehaIt bestimmt
Die für diese Laboruntersuchungen verwendeten Ascheproben, die wie üblich für den Transport
befeuchtet waren, sind jeweils unmittelbar nach der Verkippung durch den Absetzer entnommen worden.
Wasserdurchlässigkeit (kr). Porenvolumen (PV) und Dichte (qT) von Proben aus verschiedenen Aschekippen im
Rhein. Braunkohlenrevier a) nach kapillarem Wasseranstieg, b) nach erfindungsgemäßem Verfahren
| Aschekippe im Tagebau | kr | PV | QT |
| n./sec | % | g/cmJ | |
| Frimmersdorf-Süd | |||
| 10,9% Ca, 4.5% SO4 | |||
| a) | 1,9 · 10-5 | 61,3 | 1,097 |
| 8,4 · 10-5 | 63,8 | 1,003 | |
| 7,2 ■ ΙΟ' | 63.0 | 1,008 | |
| 1,2 · ΙΟ-" | 68,0 | 0,884 | |
| b) Wasserzugabe ca. 25% | 3,2 ■ ΙΟ-* | 51,2 | 1,348 |
| 2,0 · 10-· | 54,6 | 1,268 | |
| 3,0 · 10 ^ | 56,5 | 1,272 | |
| 3.3 ■ 10-» | 53,5 | 1,302 | |
| 2.1 · 10-« | 51,7 | 1318 | |
| 2,4 · 10" | 51,2 | 1,301 | |
| Fortuna-Garsdorf | |||
| 6,9% Ca, 2,9% SO4 | |||
| a) | 1,8 · ΙΟ-" | 64,4 | 0,937 |
| 1,0 · 10-" | 60,1 | 0,999 | |
| 6,6 ■ 10-5 | 61,2 | 0,993 | |
| 1,3 · 10-5 | 59,0 | 1,149 | |
| b) Wasserzugabe ca. 20% | 9,6 ■ 10-« | 49,8 | 1,452 |
| 3,6 · ΙΟ-« | 46,0 | 1,411 | |
| 7,3 · 10» | 48,0 | 1,406 | |
| Inden | |||
| 13,20/o Ca, 5.7% SO4 | |||
| a) | 4,6 · ΙΟ5 | 75,0 | 0,791 |
| 9,5 · 10-5 | 77,2 | 0,739 | |
| 4,4 · ΙΟ-5 | 76,7 | 0,730 | |
| b) Wasserzugabe ca. 10% | 2,8 · 10-» | 53,4 | 1,282 |
| 2,9 · 10-» | 55,9 | 1,242 | |
| 2,4 · 10-» | 52,3 | 1,298 |
Die nicht vorbehandelten Ascheproben blieben teilweise so locker, daß eine /^Bestimmung nicht
(durchschnittlich 6 · 10~5 m/s) dennoch repräsentativ
sind, zeigt der Vergleich mit zahlreichen Einzelmessun-
rnögüch war. Daß die wenigen ermittelier. Werte gen von früheren Feld- und Laboruntersucbungen von
den ζ. Zt. betriebenen Aschekippen, deren kr Werte durchschnittlich auch in der Größenordnung von 10~5
liegen (HEIDE, G., KLEY, W. & WERNER, »Zeitschrift deutscher geologischer Gesellschaft«, Hannover 1977,
Bd. 128, S. 349 bis 359.) -,
Die Wasserdurchlässigkeit der mit nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelten Aschen
angelegten Deponien wird demnach im Vergleich zu den bisherigen Aschekippen um etwa das Tausendfache
verringert werden können. Legt man bei den vorhandenen Aschekippen z. B. eine mittlere Wasserdurchlässigkeit
von kf = 5 · 10~5 m/s zugrunde, dann entspricht
dieser Wert einer Wasserbewegung von rund 400 cm je Tag. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
behandelte Asche wird dagegen eine mittlere Wasserdurchlässigkeit von kr = 5 ■ \0~s m/s aufweisen, was
einer Wasserbewegung in der Aschedeponie von rund 0,4 cm je Tag entspricht.
Auch das unverritzte Gebirge in der Nähe der Tagebaue zeigt mit kr Werten, die in der Größenordnung
von 10~3 m/s angesetzt werden können, eine wesentlich höhere Wasserdurchlässigkeit als die Aschedeponien.
Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es demnach möglich, die Unterschiede in der
Wasserdurchlässigkeit der Aschedeponien einerseits gegenüber den Abraumkippen und dem unverritzten
Gelände andererseits zu maximieren. Das Grundwasser wird folglich die kompakten Aschekörper nur noch
umströmen und somit kaum Sulfate und andere jo schädliche Substanzen aufnehmen können. Eine relevante
Beeinträchtigung des Grundwassers und der im Bereich der Aschedeponie anfallenden Sickerwässer ist
bei Anwendung dieses Verfahrens nicht zu besorgen.
Die in zahlreichen Versuchen festgestellte Reduzierung der Wasserdurchlässigkeit wird bestätigt durch die
parallel dazu eintretende Verringerung des Porenvolumens bei gleichzeitiger Erhöhung des Raumtrockengewichts
in den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Probekörpern.
Von den bisher vorhandenen Aschekippen mit ihren großen, oft lange Zeit frei liegenden Oberflächen gehen
starke Staubemissionen aus, die insbesondere bei trockener Witterung nur durch ständiges Besprühen mit
Wasser vermindert werden können. Es ist damit zu 4; rechnen, daß bei Aschedeponien, die mit nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren behandelten Aschen aufgebaut werden, solche Staubemissionen mit ihren
nachteiligen Wirkungen auf Menschen, Tiere und Pflanzen vermieden werden können.
Die großtechnische Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in der bergbaulichen Praxis kann
dadurch erfolgen, daß am Ausleger der Absetzer eine Mischanlage installiert wird, in der die beschriebene
Zwangsvermischung von Asche und Wasser erfolgt. Die intensive Durchmischung kann durch ein Rühr- und
Schneckenwerk erzielt werden. Außerdem wird es möglich sein, das abgesetzte Asche-Wassergemisch
durch eine Rüttelvorrichtung weiter zu verdichten.
Eine geeignete Vorrichtung zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahren ist gekennzeichnet durch
einen Behälter mit Mitteln zur Zufuhr von Asche, einem Zulauf für Wasser, einem Rührwerk und einer
Austragsöffnung für das Asche-Wassergemisch. Gegebenenfalls kann auch die Mischanlage mit einer
Rütteleinrichtung versehen werden.
Die Zufuhr von Asche in den Behälter kann zweckmäßigerweise über ein Förderband erfolgen. Für
das Austragen des Asche-Wassergemischs kann eine Förderschnecke im unteren Teil des Behälters angeordnet
sein. Um die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelte Asche kontinuierlich zu deponieren,
kann gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Behälter verfahrbar
sein.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung schematisch dargestellt.
Bei der Vorrichtung gemäß F i g. 1 gelangen von einem Förderband 2 Asche 3 und über einen Zulauf 4
Wasser 5 in den Behälter 1. Durch einen drehbaren Rührer 6 erfolgt eine intensive Durchmischung von
Asche und Wasser, wodurch das Gemisch verdichtet wird und in den unteren Teil des Behälters 1 absinkt.
Durch eine Austragvorrichtung, z. B. eine Förderschnecke 7, kann das Gemisch 8 ausgetragen werden.
Die Verdichtung kann durch Anordnung eines Vibrators oder Rüttlers 9 am Behälter 1 verstärkt
werden.
Um das verdichtete Asche-Wassergemisch 8 kontinuierlich
deponieren zu können, kann der Behälter 1 auf einem Fahrwerk 10 verfahrbar sein, wenn dieser nicht
bereits an dem nicht dargestellten verfahrbaren Absetzer befestigt ist
Bei der in F i g. 2 dargestellten Abwandlung ist der Behälter Γ an dem Förderband 2 des Absetzers
befestigt Der Rüttler 9' verdichtet das Gemisch 8 nach dem Absetzen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (9)
1. Verfahren zur schadlosen Deponie sulfathaltiger Verbrennungsasche, dadurch gekennzeichnet,
daß der Asche vor der Verkippung so viel Wasser zugesetzt wird, daß das Gemisch bei
intensivem Rühren eine breiartige Konsistenz erhält
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Asche 20 bis 40 Gew.-°/o Wasser zugesetzt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Asche-Wasser-Gemisch
durch Rütteln weiter verdichtet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß die Zufuhr von Asche
und Wasser, das Vermischen, Verdichten und Austragen kontinuierlich erfolgt
5. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet
durch einen Gehälter (1) mit Mitteln (2) zur Zufuhr von Asche (3), einen Zulauf (4) für Wasser (5), einem
Rührwerk (6) und einer Austragsöffnung für das breiartige Asche-Wasser-Gemisch (8).
6. Vorrichtung nach Anspruch 5 zur Ausübung des Verfahrens nach Ansprach 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der Behälter (1) mit einer Rütteleinrichtung (9) versehen ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 odei
6, dadurch gekennzeichnet, daß für die Zufuhr von Asche (3) in dem Behälter (1) ein Förderband (2)
vorgesehen ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß für das Austragen des
verdichteten Asche-Wasser-Gemischs (8) eine Förderschnecke (7) im unteren Teil des Behälters (1)
angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (1)
verfahrbar ist.
Priority Applications (2)
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