DE3410132A1

DE3410132A1 - Verfahren zur vorwiegend horizontalen, nachtraeglichen abdichtung von deponien und vorrichtungen zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE3410132A1
Application number: DE19843410132
Authority: DE
Inventors: Eberhard Dipl.-Ing. 7000 Stuttgart Beitinger; Conrad Dipl.-Des. Hummel (FH)
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-03-20
Filing date: 1984-03-20
Publication date: 1985-10-03
Also published as: DE3410132C2

Description

Verfahren zur vorwiegend horizontalen, nachträglichen
Abdichtung von Deponien und Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur vorwiegend horizontalen, nachträglichen Abdichtung von Deponien nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 und Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens.
In den letzten Jahrzehnten wurde eine Vielzahl von Deponien, ohne ausreichende natürliche, oder künstliche Abdichtung eingerichtet. In diesen Deponien gelangten neben Hausmüll, Aushubmassen und sonstigen Abfall stoffen, auch Abfallstoffe aus der industriellen Produktion. Alle diese Abfälle enthalten Schadstoffe unterschiedlicher Toxidität, deren Auswirkungen auf alle lebenden Organismen zum Teil erst heute erkannt werden. Die Kenntnis über die Wirkungsweise dieser Stoffe verlangt in vielen Fällen nachträgliche Sanierungsmaßnahmen.
Diese können darin bestehen, daß entweder der Ueponiekörper nachtr.iglich abgedichtet wird, oder das Grundwasser durch Absenken aus dem unmittelbaren Gefahrenbereich verdrängt wird.
Eine weitere und sehr kostenirtensive Sanierungsmaßnahme stellt die Umlagerung des problematischen Abfalls auf eine geordnete Deponie dar, die über ausreichende Schutzmaßnahmen gegen eine Kontamination der Umwelt verfügt.
Bekannte Maßnahmen zur nachträglichen vertikalen Abdichtung sind durch die Verfahren zur Herstellung von vertikalen Dichtwänden gegeben. Solche Dichtwände bestehen in der Regel aus gerammten, oder eingestellten Spundwindun.
Eine Dichtwand kann auch durch /lusheXbcrl eine Schlitzes und dessen nachträgliche Verfüllung mit einen Zement-Uentonitg£ misch oder c1iemischrn Dichtmitteln hergestellt werden. Die Verfahren sind zuverlässig und praktisch erprobt.
Für die nachträgliche horizontale Abdichtung sind Verfahren im Gespräch, bei denen in einem Raster von ca. 2-5 m vertikale Bohrungen durchgeführt werden, durch die unterhalb des Deponiekörpers abdichtende Injektionsmittel in das Erdreich eingedrfickt werden0 Diese Verfahrensvorschläge sind praktisch nicht erprobt und haben wesentliche Nachteile. Beim Durchstoßen des Deponie körpers können Schadstoffe mobilisiert werden, die bisher lokal festgehalten waren und durch die Injektionsbohrungen direkt in das Grundwasser gelangen. Weitere Nachteile sind die hohen Kosten für sicher abdichtende injektionsmittel und das Fehlern von Nachweismögl ichkeiten einer geschlossenen Dichtungsschicht.
Auch grundwasserabsenkende Maßnahmen haben den wesentlichen Mangel, daß bei Durchlässigkeit schadstoffhaltige Sickerwässer den abgesenkten Grundwasserkörper erreichen können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das in der Lage ist nachträglich eine rundum gegen das Grundwasser abdichtende Sperrschicht herzustellen,ohne daß der Deponiekörper von den Herstellmaßtiahmen berührt wird.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden 'Verfahrensschritte gemäß Anspruch 1 und durch die gattungsgemäßen Vorrichtungen gelöst.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es erstmals möglich eine kontrolliert geschlossene Abdichtung unterhalb des Deponiekörpers herzustellen, ohne daß bei der Herstellung der Deponiekörper besch.digt wird.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil ergibt sich aus der wirtschaftlichen Herstellung und dem Betrieb der zugehörigen Anlage durch die aufgezeigte Möglichkeit der Energiegewinnung.
Die Aufgabe wird im wesentlichen dadurch gelöst, daß unterhalb des Deponiekürpers (2) Rohre (1) im weiteren auch Kälterohre genannt, in Abst(inden von ca. (J, j'-5 m im bekannten Vortriebsverfahren unterirdisch verlegt werden, daß diese Rohre rnit einem Kältemittel (3) durchflossen werden, welches dem umgebenden Wasser (4) soviel an Wärme entzieht, daß das Wasser mit einer ausreichenden Schichtdicke gefriert und die aufgenommene Wärme über einen geschlossenen Kreislauf nach dem System der Wärmepumpe einer nutzbringenden Verwendung zugeführt wird.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
Die Erfingung wird anhand einiger in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1: In schematischer Darstellung einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen abgedichteten Deponiekörper.
Fig. 2: Einen Schnitt durch einen, mit einer horizontalen Sperrschicht abgedichteten Deponiekörper, wobei die horizontale Abdichtung an eine Dichtwand angebunden ist.
Fig0 3: Eine Aufsicht auf eine Vorrichtung, wie unter Fig. 2 beschrieben Fig. 4: Eine erfindungsgemäße Einrichtung mit Vorrichtung zum Einbringen der Kälterohre, mit einem Brunnen zum Ausbringen der Sickerwässer und einer Abdeckung der Sammelleitungen.
Fig. 5: Schematischer Schnitt durch eine erfindungsgemäße Abdichtung bei einer Hanglage der Deponie.
Fig. 6: Schematische Aufsicht auf eine mehrschichtige überlagerte Anordnung der Kälterohre.
Fig. 7: Schematischer Schnitt durch eine Vorrichtung wie unter Fig. 6 beschrieben.
Fig. 8: Schematische l)arstellunq der Funktionsweise der Kälteerzeugung.
Fig. q : Schnitt durch ein Kilterohr mit in der Rohrwand integrierten Leck- und Temperaturmeldeeinrichtungen.
Fig. 10: Schnitt durch ein Khlterohr mit innen an der Rohrwand angebrachten Vorrichtungen zur Leck- und Temperaturerfassung.
Fig. 11: Variante zu Fig. 10 mit aussen am Rohr angebrachten Datenträgern.
Fig. 12: Schematische Darstellung der Anschlüsse der Kälterohre an die Sammelleitungen.
Fig. 13: Schematischer Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit Leitungen zur Einbringung von Wasser.
Fig. 1 zeigt einen schematischen Schnitt durch eine Abdichtungsvorrichtung. Dabei werden ausreichend dickwandige Rohre (1) mit einem definierten Abstand zum Deponiekörper (2) unter diesem durch ein bekanntes Vortriebsverfahren eingebracht.
Diese Rohre (1) können vorzugsweise aus einem Kunststoff bestehen, der gegenüber Kälteeinwirkung unempfindlich ist. Es können auch andere Rohrmaterialien zum Einsatz kommen, die ausreichend gegen Korrosion und chemischen Angriff von innen und aussen resistent sind. Die Rohre (1) werden je nach lokalen Boden- und Grundwasserverhiltnissen sinnvollerweise in Abstinden von 0,5-5 m verlegt. Die Rohre (1) durchstoßen den oberen Grundwasserspiegel (33) soweit außerhalb der vertikalen Projektion (3U) des Deponiekörpers (2), daß ein vollständiger Schutz vor Eindringen von Sickerwässer (29) in das Grundwasser (4) gewährleistet ist.
Die Rohre (1) werden von einem Kältemittel (3) durchflossen, dessen Siedepunkt so eingestellt ist, daß beim Durchfließen der Rohre in flüssiger Form dieses dem umgebenden Wasser bei gleichzeitiger Verdunstung soviel Wärme entziehen kann, daß rund um die Rohrleitung eine geschlossene Vereisung des umgebenden Wassers bewirkt wird.
[)er Abstand der Rohre (1) und das Kältemittel (3) werden so eingestellt, daß sich die Außenflächen des Eiskörpers mit denen der nächstliegenden Rohre überschneiden. Dadurch bildet sich ein flächenhaft geschlossener, dichter Eiskörper (5) unter dem Deponiekörper (2). Die Mächtigkeit der vereisten Fläche wird so eingestellt, daß Auflösungen durch Auftauen an den oberen und unteren Randflächen des dichtenden Eiskörpers (5), dessen Undurchlässigkeit nicht beeinflussen.
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsvariante, bei der, in bekannter Weise um den Deponiekörper (2) herum, in vertikaler Bauweise eine vertikale Dichtwand (7) errichtet wird. Diese dient zugleich als deponieseitige Verbauwand zur Herstellung eines begehbaren VortriebsstoJlens (8), der sich jeweils linear entlang zweier gegenüberliegender äusserer Dichtwände (7) erstreckt. Nach Errichtung dieses Stollens (8.1), der durch Ein- und Ausstiegsöffnungen (9) zugänglich ist, werden von diesem ausgehend durch die Dichtwände (7) hindurch die Kälterohre (1) bis in den gegenüberliegenden Stollen (8.2) vorgetrieben und danach mit beiden Stollen in noc zu beschreibender Weise untereinander verbunden. Ein dichter Anschluß (10) zwischen der vertikalen Dichtwand (7) und dem dichtenden Eiskt'rper (5) ist dadurch gewährleistet, daß auch die Dichtwand (7) im Anschluß bereich auf eine Itmperatur unter Oo L abgekühlt wird. Nach der Vereisung verbleibendes Wasser innerhalb der Abdichtung kann über geeignete Vorrichtungen entfernt werden.
Fig. 3 zeigt eine Aufsicht auf die in der Fig. 2 beschriebene Vorrichtung. Die Enden der Kälterohre (1) sind mit den Versorgungsleitungen (11) verbunden.
In Fig. 4 ist eine Vorrichtung zum Einbringen der Rohre (1) dargestellt. Auf einer Rampe (15) die entweder wie dargestellt auf der Erdoberfläche aufgeständert oder die teilweise ins Erdreich (L;) eingegraben ist und deren Rampenneigung dem Anfangswinkel der Rohrachsenneigung beim Vortrieb der Kälterohre (1) entspricht, wird ein geeignetes Vortriebsaggregat (34) errichtet mit dessen Hilfe die Kälterohre (1) durch Verdrängen, Bohren, Schneiden und/olJer Pressen in das Erdreich, hier mit konstantem Krümmungsradius, eingebracht werden können. Die Enden der Kälterohre (1) werden anschließend verbunden und können mit einem Haubenkanal (16) oder auf andere Weise abgedeckt werden. Zur Absaugung von Sicker- und Tauwässer (29) im Tiefpunkt der Abdichtung ist bei dieser Variante ein Brunnen (12) installiert der mit seinem unteren Ende bis in die Gefrierzone einmündet und aus dessen Inneren die Wässer (29) mit einer Pumpe (13) und einer Druckrohrleitung (14) abgesaugt werden können.
In Steinbrüchen oder Iianglagen wird der dort angelegte Deponierkörper (2) durch Vorrichtungen, wie in Fig. 5 dargestellt, abgedichtet. Im Bereich der Steilwand wird eine vertikale Dichtwand (7) eingebaut. Die Kälterohre (1) können dabei entweder bergseits von einem Vortriebs- und Versorgungsstollen (8) aus, der vorzugsweise in bergmännischer Bauweise aufgefahren wird, oder talseitig von der Erdoberfläche aus bis zum jeweils gegenü berliegenden Zielbauwerk vorgetrieben werden. Die horizontale Abdichtung erfolgt dabei erfindungsgemäß durch das Gefrieren des die Kälterohre (1) umgebenden Grundwassers (4).
Die Kälterohre (1) können auch in mehreren Lagen übereinander eingebaut werden. In Fig. 6 ist der vorzugsweise sich kreuzende Einbau in zwei Lagen dargestellt.
Fig. 7 zeigt den Schnitt, der in Fig. 6 im Grundriss dargestellten Vorrichtung. Die Notwendigkeit einer solchen lflauweise kann sich aus Gründen der lokalen Baugrund- und Grundwasserverhältnisse ergeben. Bei hochkontaminierten Deponiekörpern ergibt diese Bauweise eine erhöhte Sicherheit gegen Durchbruch.
Fig. 8 zeigt in schematischer Abbildung das Prinzip der Kälteerzeugung bei gleichzeitiger Wärmegewinnung. Es basiert auf dem Prinzip der Verdichtung und Expansion von Kältemitteln und dem Wärmeaustausch nach dem Kühlschrankprinzip bzw. einer Wärmepumpe. Das Kältemittel (3) entzieht bei Durchströmung der Kälterohre (1) dem Grund- oder Bodenwasser (4) unterhalb des Gefrierpunktes von Wasser bei gleichzeitiger Verdampfung soviel an Wärme daß dieses vereist Das gasförmige Kältemittel (3) wird anschließend in Verdichter (17) komprimiert und die damit verbundene Temperaturerhöhung in einem Wärmetauscher (19) abgeführt. Bei Durchströmen des Wärmetauschers unter Druck wird das gasförmige Kältemittel (3) verflüssigt und nach Durchströmen eines Expansionsventils (18) wieder in die Kälterohre (1) eingespeist.
Die im Warmetauscher (19) abgegebene W.irme kann über ein geeignetes Medium in einem zweiten geschlossenen Kreislauf einer Nutzung zugeführt werden. Die Nutzung kann entweder im direkten Verbrauch der Wärme liegen oder der Energieerzeugung dienen. Eine weitere erfindungsgemäße Variante ist in der Nutzung des im Deponiekörper (2) entstehenden Gases (22) aus der anaeroben Zersetzung organischer Abfälle, zu sehen. Dieses Deponiegas (22) im wesentlichen bestehend aus Kohlendioxid und Methan, kann auf bekannte Weise gewonnen und zum Betrieb von Gasmotoren (21) eingesetzt werden, deren mechanische Energie zum Antrieb der Verdichter (17) und deren Abwärme als weitere thermische Energie genutzt werden kann.
Zur Kontrolle von Leckagen, von Temperaturänderungen und dem Vereisungsgrad können wie in Fig. 9 dargestellt, bei der Herstellung der Kälterohre (1) in die Rohrwand (24) elektrisch leitfähige Drähte (23) eingebaut werden, die ijber geeignete Meßströme und Meßwerterfassungsgeräte Anhaltspunkte zur Steuerung geben. Dies setzt jedoch voraus, daß die Kälterohre (1) aus geeigneten nicht leitfähigem Material, z.B. Kunststoff hergestellt sind.
Fig. 10 und ii zeigen Varianten zur Anbringung dieser elektrisch leitfähigen Drähte in Form von flächenhaften Elementen (25), die über den Querschnitt geschlossen oder unterbrochen innen oder aussen an der Rohrwandung (24) angebracht sind.
Vorzugsweise werden die einzelnen Kälterohre (1) an i-hren Enden wie in Fig. 12 dargestellt, an die Versorgungsleitungen (11) angeschlossen. Jedes Kälterohrende wird huber ein regulierbares Ventil (26) an die Versorgungsleitung (11) angegeschlossen. Die Versorguncllsl eitungen (11) dienen zur Einspeisung und Abnahme des Kiltemittels(3) in und aus den Kälterohren (1) im geschlossenen Kiltel<reislauS. Vor dem Anschlußventil (26) werden zwei benachbarte Kilteleitungen (1) mit einer Bypassleitung (32) verbunden, die über ein Ventil (31) geschlossen werden kann. Vor der ventilgesteuerten Einmündung des K-ilterohrendes in die Versorgungsleitung (11) ist jeweils ein Anschlußflansch (27) mit Blindstopfen (35) zum Anschluß einer Notleitung vorgesehen. Mit dieser Vorrichtung können die Kälterohre (1) parallel oder schleifenförmig, in Reihenschaltung durchflossen werden. Im Bedarfsfall kann zudem jedes einzelne Kälterohr (1) aus dem Verbund herausgenommen werden und einzeln mit besonderen Kühlmitteln oder Temperaturen gefahren werden. Bei Leckage eines Rohres (1) kann diese von der Durchströmung abgeschlossen, herausgezogen und durch ein Neues ersetzt werden.
Steht im Bodenkörper Wasser (4) zur Bildung eines geschlossenen Eiskörpers(5) nicht in ausreichendem Umfang zur Verfügung, so kann wie in Fig. 13 dargestellt, das notwendige Wasser durch perforierte Wasserrohrleitungen (28), die oberhalb der Kälterohre (1) angeordnet sind, eingebracht werden.

Claims

Ansprüche 1. Verfahren zur vorwiegend horizontalen nachträglichen nbdichtung von Deponien, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalt dcs Deponiekörpers (2) Rohre (i) unterirdisch im \Iortriebsverfahren mit bestimmten Abständen eingebracht werden, die die qesamte Fläche unter dem Deponiekörper (2) abdecken und die mit einem Kältemi titel (3) durchFlossen werden, dessen Auswahl so getroffen wird, daß sie eine geschlossene flächenhafte Vereisung (5) des umgebenden Wassers (3) bewirken.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitungen (i) horizontal und gerade zwischen einem Anfahr- (8.1) und einem Zielstollen (8.2) im Vortriebsverfahren verlegt werden0
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine zur vertikalen Abdichtung der Deponie eingebrachte vertikale Dichtwand (7) als deponieseitige Verbauwand für die Einrichtung eines lincaren Anfahr- (8.1) und Zielstollens (8.2) zur Verlegung der Kälterohre (i) dient, der anschließend zur Aufnahme der Versorgungsleitungen (11), der Kälterohre (1) und als Kontrollgang verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprfiche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einbringung der Kälterohre (1), die Dichtwand (7) durchstoßen wird.
5. Verfahren nach Anspruch (1), dadurch gekennzeichnet, daß die Kälterohre (1) im vertikalen Schnitt in gekrümmter Linie eingebaut werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmung einen konstanten Radius hat.
7. Verfahren nach 1, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Einbringen der Rohre (1) von einer auf der @rdoberfläche aufgestellten Vortriebseinrichtung aus, erfolgt.
ß. Vorrichtung nach einem der 1nspriche 1, S, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrlcitungen (1) von einer Rampe (15) aus in das Erdreich (6) eingeschoben werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in 2 Ebenen Rohrleitungen (1) eingebracht werden, die sich überkreuzen.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung des abdichtenden Eiskörpers (5) als Kältemittel (3), eine bei unter dem Gefrierpunkt von Wasser siedende Flüssigkeit, in ein geschlossenes Kreislaufsystem in der Art gefüllt wird, daß das Kältemittel (3) mit z.B. 100 C die Kälterohre (1) durchströmt und dabei das umgebende Wasser (4) auf unter 0° C abgekühlt und vereist, anschließend verdichtet wird, dabei erhitzt, die Wärme in einem Verflüssiger (19), der als Wärmetauscher arbeitet, an einen Abnehmer (20) abgibt und nach einer Expansion (18) wieder in flüssiger Form die Kalterohre (1) durchfließt.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zum mechanischen Antrieb des Verdichters (17) ein Gasmotor (21) verwendet wird, der von dem aus der Deponie (2) gewonnenen Methangas (22) angetrieben wird,
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch qekennzeichnet, daß die gewonnene Wärme aus dem Verflüssiger (19) als Nutzwärme zur direkten Heizung oder zur Energieerzeugung verwendet wird.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Kälterohre (1) Kunststoffrohre verwendet werden.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß zur Leck- und Temperaturmeldung in den Rohrmantel (24) ein oder mehrere elektrisch leitende Kabel (23) eingebracht werden.
15. Vorrichtung nach anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb oder außerhalb des Kältsrohres (1) in geeigneter Weise ein elektrisch leitfähiges Material (25) über den teilweise oder ganzen Duorschnitt in dünner Schicht aufgebracht wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß ijber die auswahl des Kältemittels (3) und der Temperatur, die Mächtigkeit der Eisschicht (5) bestimmt werden kann.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß ffir das Kältemittel (3) eine umweltverträgliche Zusammensetzung gewählt wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansprüche der Kälteleitungen über eine Verrohrung mit Bypassleitung (32) und Anschlußflansch (27)und Ventilsteuerung (26, 31) in der Weise erfolgt, daß die Kälterohre (1) im Bedarfsfall einzeln angesteuert und/oder in Schleifen durchflossen werden können.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Kälterohre (1) bei Auffälligkeiten oder Bedarf mit einem der Kältemittel (3) besonderer Zusammensetzung und Temperatur einzeln anqesteuert werden kannen
20. Verfahren nach einem der ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß bei nicht ausreichendem Vorrat an Wasser zur Vereisung, dieses über geeignete Vorrichtungen in die Nähe der Kälterohre (1) eingespeist wird.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser über perforierte Rohrleitungen (28), die oberhalb der Kälterohre (1) eingetrieben werden, eingebracht wird.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprfiche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß Sicker-, Tau- oder verbliebenes Wasser (29) oberhalb der Eisdecke (5) durch Brunnen (12) abgepumpt wird.