DE3141885C2 - "Verfahren zum Einlagern von ganz oder teilweise wiederverwendbaren flüssigen Abfallstoffen in untertägige salzumschlossene Hohlräume bzw. Salzkavernen" - Google Patents
"Verfahren zum Einlagern von ganz oder teilweise wiederverwendbaren flüssigen Abfallstoffen in untertägige salzumschlossene Hohlräume bzw. Salzkavernen"Info
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Abstract
Es wird ein Verfahren zum Einlagern von ganz oder teilweise wiederverwendbaren flüssigen Abfallstoffen in untertägige Salzkavernen oder salzumschlossene Hohlräume beschrieben, bei dem diese Kavernen oder Hohlräume nur als Zwischenlager, nicht aber als Endlager genutzt werden.
Description
Aus industriellen großtechnischen Verfahren, insbesondere aus solchen, die chemische Einwirkungen oder
Umsetzungen nutzen, können große Mengen Flüssiger Abfarlstoffe anfallen, deren Aufarbeitung in vielen Fällen
mit einem nicht vertretbaren technischen Aufwand belastet ist Nacfc für derartige Aufarbeitungen bekannten
Verfahren werden beispielsweise ölhaltige Abfallstoffe, gegebenenfalls nach vorheriger Phasentrennung
von mitgeführtem Wasser zur Gewinnung von Energie verbrannt Hierbei erfordert die Phasentrennung einen
erheblichen technischen Aufwand, da in den meisten Fällen erhebliche Flüssigkeitsvolunäna zu verarbeiten
sind und eine Wasserphase anfällt, die noch etwa 1 bis 4 mg/1 Ölphase enthält Diese Restmengen an ölphase
müssen mit Absorptionsmitteln aus der Wasserphase entfernt werden, bevor letztere über Vorfluter in natürliche
Gewässer abgelassen werden können. Beim Verbrennen der Ölphase können darii enthaltene Metallsalze,
gegebenenfalls nach vc-heriger Umwandlung in die entsprechenden Oxide, mit den Γ auchgasen in die
Umgebungsluft gelangen und schädigend auf die Umwelt wirken. Außerdem können durch die Verbrennung
solcher aus Abfallstoffen abgetrennter öiphasen zusätzliche Belastungen der Umgebungsluft mit Kohlenbzw.
Schwefeldioxid nur durch weiteren technischen Aufwand vermieden werden.
Die Verbrennung von Abfallprodukten, in denen halogenhaitige
Kohlenwasserstoffe vorliegen, führt zur Bildung von Halogenwasserstoff enthaltenden Abgasen,
die vor ihrer Entlassung in die Atmosphäre unter erheblichem technischen Aufwand und Bildung von unerwünschten
Salzlösungen absorbiert werden müssen, die dann ihrerseits entweder aufgearbeitet oder in das Meer
verbracht werden müssen.
Saure Abfallstoffe, wie beispielsweise Dünnsäuren mit einem Gehalt an Eisensulfat, dem sogenannten
Grünsalz, werden bisher durch Verklappung ins Meer verbracht und führen dort zu einer Änderung des pH-Wertes
und zum unerwünschten Abbau von Carbonaten. Die Aufarbeitung dieser Dünnsäuren kann nur unter
erheblichem technischen Aufwand erfolgen und führt letztlich ebenfalls zu Produkten, die deponiert
werden müssen. Hierzu werden die meist als Emulsionen oder in Form von Schlämmen anfallenden Dünnsäuren
mit Emulsionsspaltern versetzt und die sich dadurch abscheidenden Feststoffe durch Filtration von der
flüssigen Phase getrennt. Die hierbei erhaltenen Rückstände können dann verbrannt werden, wobei jedoch
auch Sorge zu tragen ist, daß aus den dabei entstehenden Rauchgasen sämtliche Schadstoffe zu entfernen
sind, bevor diese Rauchgase in die Atmosphäre entlassen werden. Die abgetrennte flüssige Phase muß dann
beispielsweise durch Destillation in ein organisches Konzentrat und Wasser getrennt werden. Das organische
Konzentrat wird verbrannt während das Wasser erst nach Durchlaufen einer Schicht festen Absorptionsmittels in einen Vorfluter eingeleitet werden kann. Das
erschöpfte Absorptionsmittel muß letztlich deponiert werden.
Als Beispiel soll hervorgehoben werden, daß durch diese Technologien etwa 700 000 jato Dünnsäure mit
250 000 jato Eisensulfat sowie 35 000 bis 90 OC D jato haiogenierte Kohlenwasserstoffe für die Umwelt mögliehst
unschädlich zu beseitigen sind. Wie bereits erwähnt ist hierzu ein erheblicher Aufwand an Apparaturen,
Anlagen und Energien notwendig, wenn eine Belastung der Umwelt vermieden werden solL Sinngemäß
giU das auch für andere pumpfähige Abfallstoffe der
is Technik.
Weiterhin ist es aus der DE-OS 21 56 315 bekannt, Abfallstoffe in freiliegenden Bodensenken zu deponieren,
nach dem diese mit einer wasser- und gegebenenfalls gasdichten Beschichtung versehen sind. Diese Be-Schichtung,
die aus bituminösen Substanzen oder Emulsionen von Kunststoffen in Wasser entstehen, welche
auf den vorverfestigten Boden der Senke in flüssiger Form ausgebracht werden und dort erhärten, können
durch tektonische Einflüsse undicht werden, so daß auch mit diesem Verfahren schädliche Einflüsse auf die Umwelt
nicht mit Sicherheit vermieden werden können.
Es ist auch bereits ein Verfahren zur Endlagerung von pumpfähigen Abfallstoffen vorgeschlagen, nach dem
diese flüssigen Abfallstoffe in eine Salzkaverne eingebracht und mit festen oder gelösten Salzen, die bei Lagerstättentemperatur
unter Bindung von Kristallwasser kristallisieren, oder mit organischen Stoffen, die in der
flüssigen Phase des K.averneninhaltes verfestigen oder
deren Dichte erhöhen, oder mit Feststoffen vermischt werden, worauf die Kaverne verschlossen wird. Ziel dieses
Verfahrens ist, durch Erhöhung der Dichte der flüssigen Phase des Kaverneninhaltes die Konvergenz der
Salzkaverne möglichst weitgehend auszugleichen.
Es kann jedoch nicht das Ziel einer an der Reinhaltung der Umwelt interessierten unrl auch rohstoffsparenden Abfallwirtschaft sein, anfallende Sonderabfallstoffe, die zum Teil einen hohen Anteil an Wertstoffen haben, ohne die Möglichkeit einer späteren Rückgewinnung mit hohem technologischen Aufwand und Kosten zu beseitigen. Es muß vielmehr eine Aufgabe der Technik sein, diese Sonderabfallstoffe so zu behandeln und zu lagern, daß diese mit möglichst hoher Ausbeute einer Wiedergewinnung und Verwertung zugeführt werden können. Eine Reihe von Abfallstoffen werden bereits der Wiederverwertung zugeführt. öe\ den meisten der anfallenden Abfallstoffe bestehen diese Möglichkeiten wegen wirtschaftlich nicht vertretbarer Aufbereitungskosten bisher nicht.
Nach dem Stand der Technik werden in einem stillgelegten Salzbergwerk feste Abfallstoffe deponiert. Diese werden nach der Anlieferung in Behältern nach untertage transportiert, in Salzstoilen abgestellt und eingemauert. Soweit in stillgelegten Salzbergwerken flüssige Abfallstoffe deponiert werden, ist damit nur die Verfüllung der Schachtanlage verbunden, die aus bergrechtlichen Gründen sonst mit Salzsole erfolgen müßte. Dieser praktisch ausgeübte Stand der Technik vermeidet für diese festen Abfallstoffe zwar die übertägige Aufbereitung und Deponie oder Beseitigung durch Verbrennung bzw. Verdünnung im Meer, aber die Wiedergewinnung aus der Feststoffdeponie ist durch den Rücktransport nach übertage mit erheblichem technischen Aufwand und Kosten belastet und bei flüssigen Abfallstoffen
Es kann jedoch nicht das Ziel einer an der Reinhaltung der Umwelt interessierten unrl auch rohstoffsparenden Abfallwirtschaft sein, anfallende Sonderabfallstoffe, die zum Teil einen hohen Anteil an Wertstoffen haben, ohne die Möglichkeit einer späteren Rückgewinnung mit hohem technologischen Aufwand und Kosten zu beseitigen. Es muß vielmehr eine Aufgabe der Technik sein, diese Sonderabfallstoffe so zu behandeln und zu lagern, daß diese mit möglichst hoher Ausbeute einer Wiedergewinnung und Verwertung zugeführt werden können. Eine Reihe von Abfallstoffen werden bereits der Wiederverwertung zugeführt. öe\ den meisten der anfallenden Abfallstoffe bestehen diese Möglichkeiten wegen wirtschaftlich nicht vertretbarer Aufbereitungskosten bisher nicht.
Nach dem Stand der Technik werden in einem stillgelegten Salzbergwerk feste Abfallstoffe deponiert. Diese werden nach der Anlieferung in Behältern nach untertage transportiert, in Salzstoilen abgestellt und eingemauert. Soweit in stillgelegten Salzbergwerken flüssige Abfallstoffe deponiert werden, ist damit nur die Verfüllung der Schachtanlage verbunden, die aus bergrechtlichen Gründen sonst mit Salzsole erfolgen müßte. Dieser praktisch ausgeübte Stand der Technik vermeidet für diese festen Abfallstoffe zwar die übertägige Aufbereitung und Deponie oder Beseitigung durch Verbrennung bzw. Verdünnung im Meer, aber die Wiedergewinnung aus der Feststoffdeponie ist durch den Rücktransport nach übertage mit erheblichem technischen Aufwand und Kosten belastet und bei flüssigen Abfallstoffen
nicht möglich, wenn Zusätze für deren Verfestigung notwendig sind.
Der Stand der Technik hat sich also nicht in die Richtung der technisch einfachen Phasentrennung und
Schaffung der technologischen Möglichkeit zur Rückgewinnung der Abfallstoffe für eine Wiederverwertung
bewegt, sondern hatte die Deponie im Sinn einer Endlagerung solcher Abfallstoffe zum Ziel.
Weiterhin ist t* bekannt, in Salzkavernen Erdöl bzw.
-gas in großen Mengen wieder entnehmbar zu lagern. Die DE-PS 21 26 823 beschreibt im Zusammenhang damit
ein Verfahren zur Speicherung und Rückgewinnung von in Kohlenwasserstoffen löslichen Gasen. Es soll
Methan in Gasöl gelöst werden unter Ausnutzung des Druckes der sich darüber befindlichen Salzwassersäule, is
Das Gas wird durch Entspannung in beliebigen Zyklen übertage aus dem flüssigen Gemisch abgetrennt und das
Öi zurückgepumpt. Dieses Verfahren nutzt also Untertagespeicher
in Salzlagerstätten zur Absorption von Gasen in Ölkohlenwasserstoffen und vermeidet Großraumbehäiter
übertage. Dieser Stand der Technik befaßt sich mit organischen Stoffen, die keine Reaktion mit
dem Steinsalz der Lagerstätte eingehen. Es wird in der Lagerstätte unter geringer Volumenvergrößerung eine
homogene flüssige Phase gebildet, aus der die gespeicherte Phase durch Entspannung zurückgewonnen
wird. Das als Speichermedium verwendete Gasöl ist eine gasfreie Fraktion von Rohöl.
Dieses Verfahren betrifft also keine Abfallstoffe aus mehreren, in wäßriger Phase gelösten Stoffen oder aus
einer Emulsion bzw. Suspension von wäßriger und ölhaltiger Phase mit einer beliebigen Menge gelöster oder
suspendierter Stoffe, wie Metallsalze, organischer Verbindungen, fester Schlämme aus feinteiligen Hydroxiden
bzw. Kristallisaten oder festen Rückständen.
Die nach dem Stand der Technik durch Entspannung zurückgewonnenen Gase, wie Erdgas, können unmittelbar
der Verwendung als Energieträger zugeführt werden.
Weiter sollen nach dem Stand der Technik Abfallstoffe untertage deponiert werden, bei denen es sich um
radioaktive Abfälle handelt, die in Abbaukammern von Salzlagerstätten endgelagert werden.
Die DE-OS 22 25 664 hat ein Verfahren zur Tieflagerung von flüssigen oder rieselfähigen radioaktiven, giftigen
Abfällen zum Gegenstand. Danach sollen diese Abfälle mit Zement oder Bitumen und »Salzgrus« übertage
zu einem Brei vermischt und dann in die Salzkaverne gepumpt werden. In dieser bindet der ßrei ab und bildet
eine erstarrte Halde. Auch nach diesem Verfahren wird die deponierte breiförmige Masse in fester Form irreversibel
einer »Endlagerung« zugefühirt werden. Es soll das Auslagern der Wandung der Salzkaverne durch die
Zugabe des kristallisierten Steinsalzes, dem sogenannten Salzgrus, verhindert werden. Dieses Kristallisat soll
sich mit seiner größeren Oberfläche rascher lösen und eine ungesättigte, wäßrige Phase in eine gesättigte Lösung
überführen. Dieser Stand der Technik lehrt also keine Recyclisierung von Abfallstoffen, sondern gerade
deren Endlagerung in Salzkavernen. eo
Dieses Verfahren lehrt auch nicht die Ausnutzung der Lösekapazität ungesättigter wäßriger Lösungen zur
Volumenvergrößerung der Salzkavernen und damit zur Erhöhung der Speicherkapazität für Abfallstoffe, sondern
im Gegenteil die Verhinderung durch die Einführung zusätzlicher Kristallisate in Form von Salzgrus.
Der Stand der Technik hat sich also nur in Richtung der Deponie reiner Stoffe als Zwischenlagerung oder
der Endlagerung von Abfallstoffen bewegt, die untertage eingemauert oder verfestigt werden.
In eine ähnliche Richtung geht auch die Le.hre der DE-PS 25 49 313, nach der Flüssigkeiten, insbesondere
unpolare Einlagerungsgüter, dadurch einer Endlagerung in Salzkavernen zugeführt werden, daß diese mit
einer gas- und wasserdichten Abdeckung überschichtet werden. Ein solches Medium soll aus einem Gemisch aus
Styrol mit Cyklohexanonperoxid und Kobaltbeschleuniger bestehen, welches in der Kaverne zur Aushärtung
kommt. Als Beschichtung kann auch ein Gemisch aus Polyisobutylen mit Zusätzen von Polyisopren und/oder
Polybutadien bestehen. Die daraus sich in der Salzkaverne bildende Kunststoffschicht soil eine gewisse Elastizität
gegenüber herabfallenden festen Stoffen aufweisen, so daß eine mechanische Beschädigung der Kunststoffschicht
weitgehend vermieden ist.
Derartige Abdeckungen benötigt das Verfahren der Erfindung nicht, weiche die Phasentrennung und Recyclisierung
wäßriger oder ölhaltiger .'iiasen oder von
darin verteilten festen Stoffen verhindern.
Im Zusammenhang mit den erheblichen Aufwendungen, die bei den bekannten Verfahren der Aufarbeitung
von flüssigen Abfallstoffen chemischer Verfahren zur sicheren Vermeidung von Umweltbelastungen zu erbringen
sind, stellt sich vielmehr die Aufgabe, für die Lagerung und Aufarbeitung solcher Abfallstoffe einfachere
Möglichkeiten zu finden, die geringere Aufwendungen erfordern und eine Wiederverwendung von in
diesen Abfallstoffen enthaltenen Wertstoffen gestatten, ohne daß durch die Lagerung dieser Abfallstoffe Umweltbelastungen
entstehen.
Es wurde ein Verfahren zum Einlagern von ganz oder teilweise wiederverwertbaren Flüssigkeiten in untertägige
salzumschlossene Hohlräume, die mit Rohrleitungen zum Befüllen und zur Entnahme ausgerüstet sind,
gefunden. Danach werden
a) in die Hohlräume flüssige, pumpfähige Abfallstoffe, die auch Feststoffe enthalten können, eingeleitet
werden, wobei deren saure Bestandteile vor, während oder nach dem Einleiten neutralisiert werden,
b) die eingelagerten Abfallstoffe für eine zur Trennung der spezifisch leichteren von der spezifisch
schwereren Bestandteilen ausreichenden Ruhezeit sich selbst überlassen,
c) die aufschwimmende spezifisch leichtere Phase bis zur Oberfläche der spezifisch schwereren Phase
zur Weiterverarbeitung abgepumpt,
d) die in der spezifisch schwereren Phase gegebenenfalls gelösten Schwermetalle durch Zumischung
von alkalisch reagierenden festen oder gelösten anorganischen Verbindungen gefällt,
e) nach Einhalten einer zur Sedimentation der Schwermetallnieüerschläge ausreichende; 1 Ruhezeit
die überstehende und von Schwermetallen freie Salzlösung bis zur Obergrenze des Sediments
abgepumpt und
f) die Verfahrensmaßnahmen a) bis e) in der angegebenen
oder einer anderen Reihenfolge wiederholt.
Das Verfahren der Erfindung macht von der Möglichkeit Gebrauch, die in an sich bekannter Weise durch
Aussolen von Steinsahlagerstätten entstandenen Salzkavernen oder durch die Gewinnung von Kalirohsalzen
und Steinsalz entstandenen Hohlräume in Salzlagerstätten für die Einlagerung von flüssigen, pumpfähigen Abfallstoffen
zu nutzen.
Die Wiederholung der Verwendung der Kaverne oder Hohlräume nach dem Verfahren der Erfindung
vermeidet auch die übertägigc Errichtung von Halden oder anderen Lagerungsmöglichkeiten und nutzt auch
die technisch und wirtschaftlich vorteilhaften Möglichkeiten der Vergrößerung des Kavernen- bzw. Hohlraumvolumens
durch partielles Auflösen der diese umgebenden Salzmäntel, sowie durch die Recyclisierung
getrennter Phasen der Abfallstoffe zur Wiederaufarbeitung.
Dazu werden erfindungsgemäß in der ersten Stufe in die Salzkaverne oder Hohlräume die flüssigen, pumpfähigen
Abfallstoffe oder deren Gemische als neutrale oder übertage neutralisierte Phase je nach dein Mengenanfall
eingeleitet, wobei deren saure Bestandteile auch während des oder nach dem Einleiten neutralisiert
werden können, beispielsweise durch Beimischen oder Vorleben einer alkalischen Flüssigkeit ode cine«; Fomstoffs.
Danach werden die so eingelagerten Abfallstoffe für eine zur Trennung der spezifisch leichteren Phase, vorzugsweise
ölphase, von der spezifisch schwereren Phase ausreichenden Ruhezeit sich selbst überlassen. Die
aufschwimmende spezifisch leichtere Phase wird nach dieser Ruhezeit bis zur Oberfläche der spezifisch schwereren
Phase abgepumpt und der Weiterverarbeitung auf wertvolle Produkte zugeführt. Dabei kann sie beispielsweise
durch Destillation in ihre Komponenten zerlegt werden, was sich insbesondere anbietet, wenn diese
Phase aus Kohlenwasserstoffen besteht, zu denen auch jo
Erdölbestandteile zählen. Gleichzeitig sinken während der Ruhezeit die in den eingelagerten Flüssigkeiten gegebenenfalls
enthaltenen festen Stoffe und/oder sich bildende Kristallisate und/oder feste Reaktionsprodukte
in das untere Volumen der Kaverne oder des Hohlraumes und sammeln sich in der spezifisch schwereren, vorzugsweise
wäßrigen. Phase. Während der Ruhezeit sättigen sich ungesättigte wäßrige Lösungen in der spezifisch
schwereren Phase bis zum Gleichgewichtszustand mit dem Salz der Kavernen bzw. Hohlraumwandungen
auf, wobei diese Lösung sich durch die natürliche Wärme der Kavernen- bzw. Hohlraumumgebung und das
Kavernenvolumen bzw. Hohlraumvolumen vergrößert und dadurch weiteres Lagervolumen gebildet wird.
Anschließend werden in einer weiteren Stufe gegebenenfalls vorhandene Schwermetall aus der wäßrigen
Phase durch Einführen gelöster oder fester alkalischer Stoffe ausgefällt. Nach Einhalten einer Ruhezeit, die zur
Sedimentation der entstandenen Niederschläge ausreicht, wird die überstehende und von Schwermetallen
praktisch freie Salzlösung bis zur Obergrenze des Sediments abgepumpt und der nach bekannten Verfahren
durchzuführenden Weiterverarbeitung auf technisch wertvolle Produkte, wie beispielsweise anorganische
Salze, zugeführt Falls eine derartige Aufarbeitung nicht erfolgen soll, können diese Salzlösungen auch ins Meer
verbracht werden, ohne daß dadurch die Meeresökologie geschädig· wird.
Das Abpumpen von Flüssigkeiten aus den erfindungsgemäß beschickten Salzkavernen oder Hohlräumen
kann in einem oder mehreren Schritten erfolgen.
Die vorstehend beschriebenen Verfahrensstufen werden in dieser oder einer anderen Reihenfolge wiederholt.
Das Verfahren der Erfindung wird dadurch abgeändert,
daß die flüssigen, pumpfähigen Abfallstoffe zur Verringerung der Konvergenz in ganz oder teilweise
mit Salzlösung gefüllte Salzkavernen im oberen Volumen der Salzkaverne eingepumpt und gleichzeitig aus
dem unteren Volumen eine entsprechende Menge Salzlösung abgepumpt und in das Meerwasser abgeleitet
wird.
Zur Verlängerung der Nutzungsdauer der Salzkaverne bzw. des Hohlraumes im Sinne der Erfindung kann es
vorteilhaft sein, die in der wäßrigen Phase als der spezifisch schwereren Phase gebildeten Sedimente zusammen
mit der Flüssigkeit bzw. eines Teils der Flüssigkeit abzupumpen, davon die wäßrige Phase abzutrennen, die
resultierende festflüssig Phase weiter zu konzentrieren und einer Aufbereitung zur Wiedergewinnung von technisch
wertvollen Stoffen, insbesondere Metallen oder deren Salz, zuzuführen. Die verbleibende wäßrige Phase
kann dem Meer zugeleitet oder wieder in die Salzkaverne bzw. dem Hohlraum zugeführt werden. Nach dieser
Variante des Verfahrens der Erfindung ist es beispielsweise möglich, ausecfällte. sedimentierte Hydroxyde
von Metallen, wie Pb, Cu, Zn, Mo, Cd, als wäßrige Suspension abzupumpen, übertage abzufiltrieren, danach
durch Zentrifugieren weiter zu entwässern, danach als Feuchtgut der Aufbereitung zuzuführen, während
die von den genannten Metallen praktisch freie Salzlösung ins Meer geleitet oder ganz oder teilweise in die
Kaverne zurückgeführt werden kann.
Die flüssige Phase der Abfallstoffe kann vor der Einführung in die Salzkaverne bzw. den Hohlraum vorteilhaft
durch Erwärmen und gegebenenfalls durch Ausnutzung von Neutralisationswärme in ihrer Viskosität erniedrigt
und dadurch leichter pumpfähig gemacht werden. Diese Maßnahmen sind von besonderem Vorteil
bei Abfallstoffen mit bituminösen Bestandteilen.
In anderen Fällen kann es für die Durchführung des Verfahrens der Erfindung vorteilhaft sein, die flüssige
Phase, die beispielsweise eine gesättigte Salzlösung sein oder enthalten kann, so weit zu erwärmen, daß eine
ungesättigte Lösung vorliegt. Dadurch wird eine Kristallisation durch Erreichung der Sättigungsgrenze vermieden.
Eine solche Kristallisation kann zu Anbackungen an Rohrleitungen und andere Transportmittel führen,
die erhebliche Verengungen der Rohrquerschnitte und Schäden an Pumpeinrichtungen verursachen. Die
Temperatur der aufgewärmten Lösung sinkt nach deren Einbringen in die erdumschlossene Rohrleiiung und in
der Kaverne bzw. den Hohlraum nur auf den Umgebungswert, der durch die natürliche Erdwärme in jedem
Fall höher liegt, als die Temperatur übertage.
Den einzulagernden Flüssigkeiten bzw. flüssigen Phasen der Abfallstoffe können auch kristallisierte oder zerkleinerte
fest, nicht-anbackende Abfallstoffe in Menge.: zugesetzt werden, die die Pumpfähigkeit der entstehenden
Gemische nicht beeinträchtigt. Die Körnung dieser Feststoffe muß in jedem Fall kleiner sein als der Durchmesser
des Füllrohres, das zu der Kaverne bzw. zu dem Hohlraum führt.
Es kann auch vorteilhaft sein, in den Salzkavernen bzw. Hohlräumen alkalische, flüssige oder festflüssige
Abfallstoffe zur Neutralisation später zugeführter saurer Abfallstoffe vorzulegen, da die letzteren die Salzwandung
der Kaverne bzw. des Hohlraumes unkontrollierbar angreifen.
Wenn die erfindungsgemäß einzulagernden flüssigen Abfallstoffe aus ungesättigten wäßrigen Lösungen, wie
verbrauchten Säuren, Phosphatschlämmen oder Dünnsäure bestehen, kann deren Wassergehalt zur Vergrößerung
des Volumens der Salzkaverne bzw. des Hohlraumes ausgenutzt werden.
Den erfindungsgemäß einzulagernden flüssigen Ab-
Den erfindungsgemäß einzulagernden flüssigen Ab-
ίο
fallstoffen können auch pastöse oder bituminöse Abfallstoffe
zugemischt werden, und zwar nur in solchen Mengen, daß die Gemische pumpfähig bleiben. Diese
Gemische werden vorteilhaft mit einer solchen Geschwindigkeit in die Kaverne bzw. den Hohlraum eingeleitet,
daß ein Anbacken an den Rchrwandungen nicht eintrp'enkann.
V&rteilhaft kann es auch sein, wenn das Füllvolumen
der Salzkaverne bzw. des Hohlraumes nur 50 bis 66% des Gesamtvolumens beträgt. Dadurch kann die Volumenvergrößerung,
die infolge der durch die Erdwärme bedingten Aufwärmung der flüssigen Abfallstoffe eintritt,
kompensiert werden, und außerdem ist in der Kaverne bzw. dem Hohlraum ein Gasraum vorhanden, in
dem sich gegebenenfalls entstehende Dampfphasen sammeln können.
Zum Einlagern flüssiger, pumpfähiger Abfallstoffe gemäß der Erfindung können auch zwei oder mehrere
Salzkavernen bzw. Hohlräume in Salzlagerstätten nebeneinander betrieben werden und in die eine Kaverne
bzw. den einen Hohlraum organische Flüssigkeiten enthaltende Abfallstoffe zur Rückführung der organischen
Phase nach dem Aufschwimmen und in eine andere Salzkaverne bzw. einen anderen Hohlraum die ölfreien
Abfallstoffe eingeführt werden oder in die eine Kaverne bzw. den einen Hohlraum neutrale Phasen und in eine
andere Salzkaverne bzw. einen anderen Hohlraum alkalische und zu neutralisierende, saure Phasen eingeführt
werden. Unter organische Flüssigkeiten enthaltende Abfallstoffen werden auch ölhaltige Abfallstoffe verstanden,
die einer Verbrennung nicht zugeführt werden, weil sie schwer trennbar sind, und/oder nur geringe Ölmengen
und/oder schwer abtrennbare Metallverunreinigungen enthalten. Durch die Aufsalzung solcher Abfallstoffe
mit dem Salz der Kavernen- bzw. Hohlraumwandung werden die organischen Flüssigkeiten ausgesaizen
und sammein sich über bzw. unief der wäßrigen Phase. Ganz allgemein können auf diese Weise wäßrige
Emulsionen getrennt werden, wobei anionisch-grenzflächenaktive Substanzen als trennendes Hilfsmittel der
Emulsion zugesetzt werden können. Die abgetrennte emulgierte Phase kann dann aus der Kaverne bzw. dem
Hohlraum abgezogen werden.
Weiter besteht die Möglichkeit, zwei oder mehrere Salzkavernen bzw. Hohlräume in Salzlagerstätten im
Verbund miteinander mit Abfallstoffen zu füllen und zu entleeren und Sedimente, wie Kristallisate. Salze, Hydroxyde,
aus der einen Salzkaverne bzw. den einen Hohlraum in eine andere Salzkaverne bzw. einen anderen
Hohlraum umzupumpen und nur in einer Kaverne ein Feststoffvolumen zu bilden.
Das Verfahren der Erfindung bietet den Vorteil, daß Salzkavernen bzw. Hohlräume in Salzlagerstätten nicht
als »Endlager« zur Einlagerung flüssiger, pumpfähiger Abfallstoffe eingesetzt werden, sondern als »Trennanlagen«
zur Aufbereitung solcher Stoffsysteme über längere Zeiträume.
Die aus Steinsalzlagern ausgesolten Salzkavernen besitzen in der Regel bei einer Länge von etwa 600 bis
700 m, vom Ende des Rohrschuhes bis zur Grundsole gereicht, ein Füilvolumen von 300 000 bis 500 000 m3. Es
können mehrere Kavernen nebeneinander oder in kreisförmiger Anordnung betrieben werden. Es entsteht
dadurch der Vorteil, daß jede Salzkaverne für bestimmte Abfalistoffe mit unterschiedlichen Eigenschaften benutzt
werden kann. Es können aber auch die Vorteile eines Verbundsystems ausgenutzt werden.
Soweit vorzugsweise senkrechte oder schräge Hohlräume in stillgelegten Grubenbauen des Kalibergbaues
zur Verfügung stehen, können diese mit ihrem Volumen ebenfalls zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung
verwendet werden. Es besteht damit der Vorteil. daß diese bisher ungenutzten Kapazitäten einer sinnvollen
Verwendung zugeführt werden. Ausgesolte Salzkavernen sind jedoch besonders bevorzugt. Es besteht
weiter der Vorteil, daß sich flüssige Abfallstoffe mit Gehalt an Wasserkapazität, vorzugsweise Suspensionen
ίο und Emulsionen, mit ihrer ungesättigten wäßrigen Phase
in der Salzkaverne aufsättigen können bis zum Gleichgewichtszustand. Es wird dadurch die Speicherkapazität
erhöht. Wenn die Aufsättigung praktisch bis auf maximal 330 g/l erfolgen kann, so wird bei einer
praktischen Aufnahme von 1 t NaCl in 4 m3 Wasser in einer Salzkaverne mit 300 000 m3 Volumen eine Vergrößerung
von etwa 37 000 m3, entsprechend etwa 12 Vol.-%, bei einer Füllung erreicht.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die flüssigen Abfallstoffe die Temperatur der Lagerstätte in der Salzkaverne bzw. in dem Hohlraum annehmen.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die flüssigen Abfallstoffe die Temperatur der Lagerstätte in der Salzkaverne bzw. in dem Hohlraum annehmen.
Die Temperatur der Lagerstätte beträgt je nach der Tiefe der Kaverne in der Lagerstätte 50 bis 60° C. Es
wird dadurch die Aufnahmekapazität für Salz entsprechend dem allerdings geringen Temperaturkoeffizienten
der Löslichkeit erhöht.
Dazu kommt der weitere Vorteil, daß die Aufsättigung mit Natriumchlorid das spezifische Gewicht der
wäßrigen Phase erhöht und damit der Trenneffekt zum Aufschwimmen der organischen Flüssigkeiten entsprechend
dem größeren Unterschied der spezifischen Gewichte beschleunigt wird.
Es wird aber auch durch den Temperaturanstieg die Viskosität der ölphase erniedrigt und dadurch der Energieaufwand
für das Abpumpen der organischen Phase verringert.
Es ergeben sich also für die Deponie in Salzkavernen
gemäß dem Verfahren der Erfindung durch die Ausnutzung der Wärmeenergie der Lagerstätte Vorteile. Diese
bestehen deshalb, weil die Kavernen bzw. Hohlraum^ mehrfach gefüllt und entleert werden. Durch die Erhöhung
des spezifischen Gewichtes der wäßrigen Phase wird aber auch das Sedimentvolumen fester Stoffe, wie
Schlämme, Kristallisate, in der wäßrigen Phase verkleinert und der Geahlt an Feststoff erhöht. Es wird eine
rasche Trennung und Sedimentation, insbesondere durch den Temperaturanstieg, bewirkt. Auch beim Abpumpen
der wäßrigen Phase wird eine Phasenvermischung erschwert.
so Es ist allerdings zweckmäßig, zwischen der aufschwimmenden,
spezifisch leichteren Phase und der wäßrigen Phase, sowie zwischen dieser und der Fests'ioffphase
eine »Vermischungszone« als Grenzschicht beim Abpumpen zu berücksichtigen, oberhalb bzw. unterhalb
dieser nicht mehr abgepumpt wird, um in der Praxis nur reine Phasen abzupumpen.
Das Verfahren der Erfindung bietet den volkswirtschaftlich bedeutenden Vorteil, daß die aufschwimmende,
spezifisch leichtere Phase durch Recyclisierung für die Aufbereitung bzw. Energieausnutzung wieder zur
Verfügung steht Auch die Abtrennung der fast oder praktisch gesättigten wäßrigen Phase nach der Ausfällung
etwa vorhandener Schwermetalle als Hydroxide bzw. Karbonate, bietet den Vorteil, daß die Salzkaverne
&5 bzw. Hohlräume nicht durch große Volumina an wäßriger Phase, insbesondere aus Suspensionen und Emulsionen,
belastet werden und diese Volumen nach dem Abpumpen der abgetrennten wäßrigen Phase wieder für
die Deponie weiterer Abfallstoffe zur Verfügung stehen. Sofern für schwer oder nur langsam sich trennende
Emulsionen bekannte Emulsionsspalter zugesetzt werden müssen, wird deren spezifischer Bedarf durch den
Effekt der Aufsättigung der wäßrigen Phase und dadurch die Förderung der Trennung verringert. Sofern in
der Salzkaverne oder in dem Hohlraum eine Neutralisation saurer Abfallsvffe zur Vermeidung der Bildung
von Salzsäure durch Umsetzung mit dem Steinsalz der Salzkaverne erfolgt, wird durch die Ausnutzung der
Neutralisationswärme eine raschere Erreichung der Gebirgstemperatur und damit der Aufsättigung bewirkt.
Es besteht praktisch keine Gefahr einer Überhöhung der Temperatur und damit einer Bildung von Wasserdampf,
da das Gebirge eine gute Wärmeleitfähigkeit besitzt und als Puffer der Wärmekapazität dient. Die
Geschwindigkeit der Phasentrennung kann auch im Modellversuch übertage kontrolliert werden. Ein weiterer
Vorteil des Verfahrens der Erfindung liegt darin, daß sedimentierende Schlämme durch Abpumpen der festflüssig-Phase
zurückgewonnen werden können, wenn daran ein technisches oder wirtschaftliches Interesse besteht.
Das Verfahren der Erfindung bietet in einer Abänderung die Möglichkeit, auch mit wäßriger Lösung gefüllte
Salzkavernen oder Hohlräume mit flüssigen, pumpfähigen Abfallstoffen als Deponie zu verwenden. Es ist lediglich
notwendig, die entsprechende Menge der wäßrigen Salzlösung abzupumpen, um das Füllvolumen zu
erhalten.
Ein weiterer Vorteil des Verfahrens der Erfindung besteht darin, daß auch feste Stoffe, insbesondere Kristalle
von in größerer Menge anfallender Nebenprodukte, ohne Schwierigkeiten der flüssigen Phase in solcher
Menge zudosiert werden können, daß die Pumpfähigkeit erhalten bleibt. Diese Mange kann in einem Modellversuch
rasch ermittelt werden.
Es besteht aber auch der technische Vorteil, daß flüssige Phasen mit unterschiedlicher Viskosität, insbesondere
solche mit geringem Wassergehalt und höherem Anteil an Schlämmen oder auch pastöse Abfallstoffe,
zur Erzielung der Pumpfähigkeit in einer Vorvermischung eingestellt werden können. Diese Pumpfähigkeit
kann durch Wärmezufuhr bei der Vermischung erreicht werden, aber auch durch die Ausnutzung der Neutralisations-
oder Reaktionswärme vor der Einleitung in die Salzkaverne oder in die Hohlräume.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß feste Stoffe, wie Kunststoffabfälle oder Verschnittmaterial, nach
Zerkleinerung auf eine Länge kleiner als der Durchmesser der Füllrohre, z. B. auf 8Vg" entsprechend 202 mm,
der flüssigen Phase der Abfallstoffe zuzugeben werden können. Es wird dadurch die Möglichkeit einer Verstopfung
verhindert.
Durch diese Möglichkeit der Beimischung fester Abfallstoffe zu den flüssigen, pumpfähigen Abfallstoffen
wird die aufwendige Verfestigung und Verpackung sowie der Einzeltransport durch Schachtanlagen nach untertage
vermieden. Es wird vielmehr für diesen Transport nach der Beimischung der freie Fall ausgenutzt und
dadurch technischer Aufwand und Energie eingespart.
Sofern klebrige Abfallstoffe beigemischt werden sollen, ist besondere Sorgfalt für die Feststellung der zu
dosierenden Menge erforderlich, um ein Anbacken an den Wandungen des Fülirohres zu vermeiden.
Das Verfahren der Erfindung bietet also durcn die Mehrfachausnutzung der Kapazität der Salzkavernen
oder Hohlräume in Salzlagerstätten erstmalig die Möglichkeit, diese als grof'echnische Trennanlagen zu benutzen,
ohne daß dafür übertage Großbehälter errichtet werden müssen. Dazu kommt die Möglichkeit, die Wärmekapazität
der Lagerstältentemperatur vorteilhaft auszunutzen, sowie der besondere Vorteil, diese Deponien
für flüssige Abfallstoffe als Reservoir für wertvolle Rohstoffe anzusehen, die im Bedarfsfall oder bei Erreichung
des Verfüllungszustandes durch Recyclisierung zur Aufbereitung oder als Energieträger wieder übertage
zur Verfügung stehen.
Ein genereller Vorteil des Verfahrens der Erfindung liegt auch darin, daß übertage nur kleinere Einheiten,
wie für die Vermischung von Sonderabfallstoffen und gegebenenfalls für die Neutralisation, benötigt werden.
Es entstehen also keine weit sichtbaren Halden von abgetrennten Feststoffen oder verfestigten Flüssigphasen
aus Abfallstoffen.
Da sich Salzlagerstätten im norddeutschen Küstenge· biet befinden, bestehen auch keine technischen Schwierigkeiten,
die resultierenden Salzlösungen als praktisch Schwermetall-freie Lösungen in das Meerwasser abzuleiten.
Das Verfahren der Erfindung wird also vorzugsweise dort durchgeführt, wo keine längeren Rohrleitungen erforderlich
sind.
Dies kann auch dort der Fall sein, wo leere Grubengebäude aus abgebauten Schachtanlagen zur Verfügung
stehen.
Claims (15)
1. Verfahren zum Einlagern von ganz oder teilweise
wiederverwendbaren flüssigen Abfallstoffen in untertägige salzumschlossene Hohlräume bzw. Salzkavernen,
die mit Rohrleitungen zum Befüllen und zur Entnahme ausgerüstet sind, dadurch gekennzeichnet,
daß
10
a) in die Hohlräume flüssige, pumpfähige Abfallstoffe, die auch Feststoffe enthalten können,
eingeleitet werden, wobei deren saure Bestandteile vor, während oder nach dem Einleiten neutralisiert
werden,
b) die eingelagerten Abfallstoffe für eine zur Trennung der spezifisch leichteren von den spezifisch
schwereren Bestandteilen ausreichenden Ruhezeit sich selbst überlassen werden,
c) die aufschwimmende spezifisch leichtere Phase
Dta Zuf vyucnittüiic uci 3pc£iii3i;ii ^Ciiwcfcrcii
Phase zur Weiterverarbeitung abgepumpt wird,
d) die in der spezifisch schwereren Phase gegebenenfalls gelösten Schwermetalle durch Zumischung
von alkalisch reagierenden festen oder gelösten anorganischen Verbindungen gefällt
werden,
e) nach Einhalten einer zur Sedimentation der Schwermetallniederschläge ausreichenden Ruhezeit
die überstehende und von Schwermetallen freie Salzlösung bis zur Obergrenze des Sediments
abgepumpt wird,
0 worauf die Verfahrensmaßnahmen a bis e in der angegebenen oder einer anderen Reihenfolge
wiederholt werden.
2. Abänderung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die flüssigen, pumpfähigen
Abfalistoffe zur Verringerung der Konvergenz in ganz oder teilweise mit Salzlösung gefüllte
Salzkavernen im oberen Volumen der Salzkaverne eingepumpt und gleichzeitig aus dem unteren Volumen
eine entsprechende Menge Salzlösung abgepumpt und abgeleitet wird.
3. Verfahren nach den Ansprüchen t und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verlängerung der
Nutzungsdauer der Salzkavernen bzw. des Hohlraumes, die in der wäßrigen Phase gebildeten Sedimente
abgepumpt, davon die wäßrige Phase abgetrennt, die resultierende fest-flüssig-Phase weiter konzentriert,
und einer Aufbereitung zur Wiedergewinnung von technisch wertvollen Stoffen, insbesondere Metaller·
oder deren Salze, zugeführt wird, während die beiden verbleibenden wäßrigen Phasen dem Meerwasser
zur Verdünnung zugeleitet oder wieder in die Kaverne bzw. Hohlräume eingeleitet werden.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß die flüssigen Phasen der
Abfallstoffe vor der Einführung in die Salzkavernen bzw. Hohlräume durch Erwärmen und gegebenen- t>o
falls durch Ausnutzung der Neutralisationswärme in ihrer Viskosität erniedrigt und dadurch leichter
pumpfähig gemacht werden.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die flüssigen Phasen der Ab- b5
fallsii ffe vor der Einführung in die Salzkavernen
bzw. Hohlräume auf eine solche Temperatur erwärmt werden, daß eine ungesättigte Lösung vorliegt
und eine Kristallisation durch Erreichung der Sättigungsgrenze nicht eintreten kann.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß den flüssigen Phasen der Abfallstoffe
kristallisierte oder zerkleinerte feste, nicht backende Abfalistoffe in einer solchen Menge zugesetzt
werden, daß die Pumpfähigkeit für die Einführung in die Salzkavernen oder die Hohlräume erhalten
bleibt
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Salzkaverne bzw.
den Hohlräumen alkalische, flüssige oder fest-flüssige Abfallstoffe zur Neutralisation später zugeführter
saurer Abfallstoffe vorgelegt werden.
8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die flüssigen Abfallstoffe aus
ungesättigten, wäßrigen Lösungen, wie verh iuchte Säuren, Phosphat-Schlämmen, Dünnsäure bestehen,
deren Wassergehalt zur Vergrößerung des Volumens der Salzkavernen oder Hohlräume ausgenutzt
wird.
9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die gegebenenfalls zuzusetzenden
Feststoffe auf eine Körnung kleiner als der Durchmesser des Füllrohres zerkleinert werden.
10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß den flüssigen Abfallstoffen
pastöse oder bituminöse Abfallstoffe durch Vermischen in solcher Menge zudosiert werden, daß die
Pumpfähigkeit zur Einführung in die Salzkaverne bzw. den Hohlraum erhalten bleibt und diese Gemische
mit einer Geschwindigkeit, die ein Anbacken an den Wandungen der Rohrleitungen nicht zuläßt, eingeleitet
werden.
11. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß das Füllvolumen der Salzkaverne bzw. Hohlräume etwa 50 bis 60% des
Gesamtvolumens beträgt, um die durch Aufwärmen der flüssigen Abfallstoffe verursachte Volumenvergrößerung
zu kompensieren und um einen Gasraum zur Aufnahme von gegebenenfalls entstehenden
Dampfphasen zu belassen.
12. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß schwer trennbare, wäßrige Emulsionen in die Salzkaverne bzw. in Hohlräume
eingeleitet und dort belassen werden, bis die wäßrige Phase sich an dem Salz der umgebenden Wandung
gesättigt hat und die emulgierte Phase sich von dieser wäßrigen Salzlösung abgetrenr; hat, worauf
die emulgierte Phase abgezogen wird.
1?. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß drr Emulsion zur besseren Abtrennung der emulgieren Phase anionisch-grenzflächenaktive
Stoffe zugesetzt werden.
14. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zum Einlagern flüssiger,
pumpfähiger Abfallstoffe zwei oder mehrere Saizkavernen bzw. Hohlräume in Salzlagerstätten nebeneinander
betrieben werden und in die eine Kaverne bzw. den einen Hohlraum organische Flüssigkeiten
enthaltende Abfallstoffe zur Rückführung der organischen Phase nach dem Aufschwimmen und in eine
andere Salzkaverne bzw. einen anderen Hohlraum ölfreie Abfallstoffe eingeführt werden oder in die
eine Kaverne bzw. den einen Hohlraum neutrale Phasen und in eine andere Salzkaverne bzw. einen
anderen Hohlraum alkalische und zu neutralisierende, saure Phasen eingeführt werden.
15. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere Salzkavernen
bzw. Hohlräume in Salzlagerstätten im Verbund miteinander mit Abfallstoffen gefüllt und
entleert werden und Sedimente, wie Kristallisate, Salze, Hydroxyde, aus der einen Salzkaverne bzw.
dem einen Hohlraum in eine andere Salzkaverne bzw. einen anderen Hohlraum umgepumpt werden
und nur in einer Kaverne ein Feststoffvolumen gebildet wird.
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