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Haldenabdeckung: 2-/3-Schichtsysteme (klassisch)

Verfahrensbeschreibung

Abdecksysteme von Kippen und Halden - zur Reduzierung der Niederschlagsinfiltration in den Halden/Kippenkörper und damit der Verringerung des Schadstoffaustrages aus der Halde/Kippe - zum Erosionsschutz und der Standsicherheit - zur Wiedereingliederung des Standortes in das natürliche Umfeld mit einem standortangepassten Schichtaufbau zumeist aus: - Basislage, ausgelegt als Dichtschicht (z.B. bei Halden des Erzbergbaus), Dämmschicht (z.B. bei Halden des Uranerzbergbaus) oder kapillarbrechende Schicht (z.B. bei Kalihalden) - ggf. Entwässerungsschicht - ggf. Speicher- und Pufferschicht (z.B. auf Kalihalden) - Rekultivierungsschicht (klassisch auf Braunkohlentagebaukippen)
Einsatzbereich
Kippen (Braunkohletagebau, Sand-/Kiesabbau) und Halden (Steinkohlen-, Kali-, Spat-, Uran-, Erzbergbau)
Behandlungsziel
Reduzierung der Schadstofffracht durch das Abdeckungssystem selbst (Dichtschicht) und/oder angepasste Begrünung
Verfahrensart
Bergbau
Umwelteinflüsse
Schaffung eines Areals mit niedriger Sickerwasser-/Grundwasserneubildungsrate
Überwachung
- Überwachung der Kippen-/Haldenstruktur hinsichtlich Erosionserscheinungen, Setzungen, Rutschungen usw. - Überwachung der Vegetationsentwicklung und ggf. Nachsaat/-pflanzung, Einsatz von Bodenverbesserungsmitteln - Monitoring des oberirdischen Haldenabflusses sowie von Wasseraustritten am Haldenfuß, Haldenlösungsfassungen, Drainagen - Monitoring der nahegelegenen Vorflut - Grundwassermonitoring der betroffenen Kippenbereiche
Nachsorge
Pflege-, Nachsanierungs- und Langzeitaufgaben, um den Sanierungserfolg langfristig zu gewährleisten
Nachbesserung
- Mischung der Rekultivierungsschicht mit Komposten, Biokohle, Klärschlamm o.ä. zur Bodenverbesserung - Etablierung eines mehrschichtigen, biologisch-dynamischen Systems aus Wasserhaushalts- und Rekultivierungsschicht einschließlich mehrschichtiger Vegetation ohne oder ggf. auch mit abdichtenden Schichten („schwarz - grüne Barriere“); Schlüsselfunktion: Dichtungswirkung und Nachhaltigkeit der Wasserhaushalts- und Rekultivierungsschicht einschließlich der Vegetation an der Geländeoberfläche - Abdeckverbundsysteme oder speziell modifizierte Kapillarsperren als Schutzfunktion gegen die Exhalation des radioaktiven Radongases
Relevante Prozesse
  • die Reduzierung der Niederschlagsinfiltration bewirkt im allgemeinen eine Verringerung des Schadstoffaustrages in Grundwasser- und Oberflächenverschmutzung → Grundwasser- und Oberflächenverschmutzung werden verhindert oder bestehende Umweltbeeinflussungen reduziert
  • Interzeptionsverlust + Evapotranspiration der Vegetation verringern den Sickerwassereintrag und damit die Grundwasserneubildung
  • Tonschichten: geringe nutzbare Feldkapazität minimiert den transpirationsbedingten Wasserentzug durch die Vegetation - höhere Wasserverfügbarkeit für die Vegetation insbesondere während der Sommermonate; selbst bei intensiver Entwässerung verbleiben rund 60 - 90 % des Bodenwassers (Haftwasser), so dass die Schrumpfung moderat bleibt
  • flaschentonhaltige Basislagen - Dichtwirkung durch kf-Werte 10-7 - < 10-9 m/s - vergleichsweise geringe Quellungs- und Schrumpfungsvermögen aufgrund der Dominanz von Zweischichttonmineralen
  • Baggergut: - unter Auflast einer Drain- und Rekultivierungsschicht Verminderung des Grobporenanteils (Erhöhung der Trockenraumdichte) mit extrem geringen hydraulischen Durchlässigkeiten (4x10-10 m/s), folglich ist auch der Stoffaustausch mit umgebenden Schichten bzw. innerhalb des Grundwasserleiters stark eingeschränkt - gleichzeitige Wirkung als Bodenverbesserungsmittel
  • Tone (Eigenschaften entscheidend hervorgerufen durch die silikatischen Tonminerale): - hohes Wasserbinde-, Quell- u. Abdichtungsvermögen; geringe Wasserleitfähigkeit - Plastizität - hohe Absorptionskapazität gegenüber allen möglichen anorganischen und organischen Stoffen - nichtnewtonsches Fließverhalten + Thixotrophie
Anwendungsstand
Stand der Technik
Zeitaufwand
über 10 Jahre

Rechtliche Anforderungen

Arbeitsschutz
- TRGS 524 „Schutzmaßnahmen bei Tätigkeiten in kontaminierten Bereichen“ - DGUV-Regel 101-004 „Kontaminierter Bereiche“ (bisher: BGR 128) - Gefahrstoffverordnung GefStoffV - Materialienband „Leitfaden zum Arbeitsschutz bei der Altlastenbehandlung“ des Freistaates Sachsen - DIN-Vorschriften der VOB Teil C in der aktuellen Fassung - BBodSchV, insbes. §12 - AbfKlärV bzw. BioAbfV (insbesondere bei Auftrag von Gemische mit Klärschlamm und/oder Kompost) - Kreislaufwirtschafts- und Abfallgesetz (KrW-/AbfG) bei Verwendung von Baggergut - Verordnung über die Verwertung von Abfällen auf Deponien über Tage (DepVerwV) E- inhaltung der anerkannten technischen Regeln des Erd- und Deponiebaus
Genehmigungsfähigkeit
prinzipiell gegeben
Erforderliche Genehmigungen
Gesetz Notwendig
Abfallrecht u. U.
Baurecht Ja
Immissionsschutzrecht u. U.
Wasserrecht Ja
Sonstige u. U.

Bewertung

Eignungsgrad für Schadstoffe
gut
bedingt
  • Arsen
  • Blei
  • Cadmium
  • Cobalt
  • Kupfer
  • Nickel
  • Zink
  • Sulfate
  • Phosphate
  • Schwebstoffe mit adsorbierten Schadstoffen
  • Chrom
  • Schwermetalle
  • Saures Wasser
  • basisches Wasser
ungeeignet
  • Aliphatische, aromat. KW
  • MKW (Diesel, Schmieröle)
  • Leichtflüchtige KW (BTEX)
  • PCB
  • PAK (< 4 Ringe)
  • PAK (> 4 Ringe)
  • LHKW
  • Dioxine, Furane
  • Phenole und Alkohole
  • Pestizide
  • Quecksilber
  • Zinn
  • Cyanide (komplex)
  • Fluoride
  • MTBE
  • PAK
  • Schwefelwasserstoff
  • Ammoniak
Umweltauswirkung
hoch mittel gering ohne
Transportaufkommen X
Flächenbedarf X
Bodenbelastung X
Grundwasserbelastung X
Luftbelastung X
Lärmbelastung X
Schmutzbelastung X
Abfallaufkommen X
Anforderungen
  • vorher ausreichende geostatische Sicherung der Abraumhalden/Kippenareale entsprechend den Richtlinien für die bergrechtliche Zulassung
  • vorherige Abflachung (Profilierung) der Haldenflanken und Terrassierung (Bermen) (Kalihalden: Generallneigung im Verhältnis von mindestens 1:2,5)
  • bei Halden komplexe Wasserführung aus Haldenlösungsfassung, Oberflächenwasserableitung und Drainagen
  • Nachweis der geomechanische und bodenphysikalische Eignung aller Auftragsmaterialien
  • das Auftragsmaterial darf zu keiner Zeit weder durch seine physikalische Beschaffenheit noch durch erhöhte Schadstoffgehalte eine schädliche Standortveränderung hervorrufen - schädliche Bodenveränderungen mit nachteiligen Auswirkungen auf die Bodenfunktionen und erhöhte Stoffausträge über alle relevanten Wirkungspfade sind von vornherein auszuschließen - schädliche Verunreinigung des Grundwassers oder sonstige nachteilige Veränderung seiner Eigenschaften, insbesondere ein Eintrag von Stoffen der Liste I und II nach der Grundwasserverordnung sind nicht zu besorgen
  • Nachweis der Standsicherheit der hergestellten Abdeckung
  • ausreichend mächtige Schichtaufbauten für eine optimale Ausprägung/Funktionalität der einzelnen Schichten
  • Dichtschicht: - tonhaltige Basislage (z.B. Flaschentone) oder Einbau von Baggergut und künstlich hergestellten Abdichtmaterialien - ausreichende Dichtwirkung zum Haldenkörper hin (Vermeidung/Verringerung des Sickerwassereintrags in den Haldenkörper) - der Anfälligkeit gegenüber Austrocknungsprozessen (Trockenrissbildung) muss bei Verwendung als Dichtschicht durch eine ausreichend mächtige Überdeckung zur Vermeidung des Einwachsens von Wurzeln entgegengewirkt werden
  • Dämmschicht (z.B. auf Halden des Uranerzbergbaus mit radiologischen Belastungen des Luftpfades wie am Standort Schlema-Alberoda): - Nutzung eines mineralisch-bindigen Bodens (Schluff, Lehm) mit einer langfristig und flächenhaft wirkenden effektiven Wasserdurchlässigkeit von kf = 10-6…10-7 m/s - Mindestmächtigkeit 0,5 m; Standard 0,8 m
  • Kapillarbrechende Schicht (z.B. auf Kalihalden): - aus grobstückigen bis kiesigen Materialien, vorzugsweise recyceltem und unverdichtetem Bauschutt - verhindert den kapillaren Haldenlösungsaufstieg in die konturgebende Schicht/Kulturschicht - verhindert eine Versalzung des Wurzelraumes durch aufsteigende Haldenlösung - stabilisiert den konturgebenden Bodenauftrag
  • Entwässerungsschicht: - bessere Eigenschaften des Bodenwasserhaushaltes im Hinblick auf den Schutz der mineralischen Abdichtung - größerer Wurzelraum für die Pflanzen - keine Gefahr für die Funktionalität des Entwässerungssystems durch die Wurzeln der aufstockenden Gehölze
  • Speicher- und Pufferschicht (z.B. auf Kalihalden) - konturgebend - vorzugsweise Verwendung natürlicher und unbelasteter Unterbodenmaterialien (sandig bis bindig) - meist mit zugelassenen Abfällen und Bodengemischen aufgefüllt - in einer Regelmächtigkeit von > 1,0 m - wirkt als durchwurzelbarer und wasserspeicherfähiger Unterboden - aus Gründen der Standsicherheit lagenweiser Einbau mit ausreichend moderater Verdichtung ohne die Mehrfachfunktion zu gefährden
  • Rekultivierungsschicht/Kulturschicht: - aus quartären Sanden, unbelasteten Oberböden (bindig bis wenig bindig) oder anderen kulturfreundlichen Bodengemischen; unverdichtet und gefügeschonend eingebaut, sorptionskräftig - Herstellung der endgültigen Oberflächenkontur - Schutz der Abdichtungsschicht vor Beschädigungen und Frost- bzw. Austrocknungseinwirkungen - Etablierung einer dichten Vegetation mit hohen Interzeptionsverlusten und starker Evapotranspiration ausreichend mächtig dimensioniert zur Gewährleistung einer Wasserspeicherfähigkeit (nutzbare Feldkapazität) ≥ 300 l/m2 ausreichendes Nährstoffangebot gut durchwurzelbar
Anforderungen an Umwelt
  • hoher Bedarf an geeignetem Haldenabdeckungsmaterial
  • Bedarf an Saatgut bzw. Pflanzkulturen
Beispiele weltweit
  • K+S: Standorte Hattorf und Wintershall / Werra (Thüringen): Abdeckung von Kalihalden - 2016 – 2020: Pilotprojekt zur Haldenabdeckung - 2018 – 2021: Großversuch zur Haldenabdeckung - 2021: Beginn zur Umsetzung des operativen Regelbetriebs der Haldenabdeckung
  • Institut für Bodenkunde Uni Hamburg (IfB) 1995 - 1999 Feldversuche zur Prüfung der Funktionsfähigkeit des auf der Schlicklagerstätte Francop realisierten Oberflächenabdichtungssystems
Beispiele in Sachsen
  • Wismut - Bereich Aue ab 1996 Feld- und Lysimeterversuche auf Halde 371/II 1998 Feldversuche zum großflächigen Einbau der Haldenabdeckungen (praktikable und kostengünstige Abdecktechnologie) auf der Halde Borbachdamm (Hartenstein) Schwerpunkt der Sanierung in Sachsen: Sanierung der hinterlassenen Abraumhalden am Standort Schlema-Alberoda - in-situ Sanierung der größten Halden - Abflachung der Haldenböschungen - zur Reduzierung der Staubabwehung, Strahlenexposition und Niederschlagsinfiltration Abdeckung mit einer 1 m mächtigen Schicht, die aus einer Dämm-/Speicherschicht und einem kulturfähigen Oberboden besteht - umfangreich Wegebau- und Wasserbauarbeiten auf den Halden - anschließende Begrünung derzeit Bearbeitung der Halden 309, 310 und 371 Halde 309: Rodung - Profilierung mit Abdeckmaterial - ca. 0,5 m mächtige Kulturschicht aus Mineralboden und Komposterde - Wasser- und Wegebauarbeiten - Pflanzung einheimischer Baum- u. Straucharten an den sieben bereits fertiggestellten Halden Durchführung von Pflege-, Nachsanierungs- und Langzeitaufgaben, um den Sanierungserfolg langfristig zu gewährleisten
  • Wismut - Bereich Königstein Standort Königstein (Uranerzbergbau) - nur eine größere Abraumhalde, Halde Schüsselgrund - wird derzeit noch bewirtschaftet, da sie im Rahmen der Sanierung des Standortes zur Aufnahme von Rückständen der Wasserbehandlung, kontaminierten Bodenabtrag und Abbruchmassen benötigt wird - Böschungssystem im Wesentlichen fertiggestellt und mit Mineralboden abgedeckt - Auftrag einer Testabdeckung auf der Halden-Plateaufläche im Jahre 1999 - weitere Abdeckung der Halde erfolgt schrittweise parallel zu deren Bewirtschaftung - endgültige Abschluss der Haldensanierung kann erst nach Einstellung der Flutungswasserbehandlung und abgeschlossener Standortsanierung erfolgen
  • Wismut - Bereich Königstein Standort Dresden-Gittersee (Alt-Steinkohlen- und Uranbergbau) - Halde Marienschacht: Mehrschichtabdeckung + Graseinsaat auf gesamter Fläche für Erosionsschutz - Halde Gittersee Mehrschichtabdeckung + Begrünung; 2006 abgeschlossen
  • Wismut - Altstandorte Halde 42 Johanngeorgenstadt - Rodung + Beginn Sanierung Apr/2019 - Abflachung sämtlicher Böschungen + Bodenauftrag für Begrünung - Erstbegrünung bis auf einzelne Restarbeiten wie die Pflanzungen von Sichtschutz abgeschlossen
  • Wismut - Altstandorte Halde Zeppelin Annaberg-Buchholz - Rodung Feb/2019 - Herstellung einer Oberflächenentwässerung III. Quartal 2019 - Beginn der eigentlichen Sanierung für 2020 geplant: Herstellung einer neuen Haldeninfrastruktur + abschließende Bepflanzung
Leistungsfähigkeit unter sächsischen Bedingungen
  • Abdeckungssysteme auf Erz- und Uranbergbauhalden
  • Abdeckung stark belasteter Kippenareale
Vorteile
  • Reduzierung der Schadstofffracht durch das Abdeckungssystem selbst (Dichtschicht) und/oder angepasste Begrünung
  • Erosionsschutz, Standsicherheit
  • Wiedereingliederung des Standortes in das natürliche Umfeld
  • Baggergut: - mit gewisser Aufbereitung hohe Plastizität bei entsprechendem Wassergehalt (breiig - weich), was den Einbau als Dichtschicht in Lagen vergleichsweise einfach gestaltet - kann gleichzeitig als Bodenverbesserungsmittel wirken
Nachteile
  • technologisch aufwändige Abdecksysteme
  • Bewegung riesiger Materialmengen - intensives Stoffstrom-Management
  • Separierung und Zwischenlagerung entsprechend geeigneter Schichthorizonte während des Abbaus
  • Resourcenproblem insbesondere bei der Herstellung einer ausreichend mächtigen, an die Fuktion angepassten Dichtschicht bzw. Rekultivierungsschicht
  • aufwendiges Monitoring Boden, Wasser, Pflanze
Investitionskosten
  • Kosten für die Entnahme, Transport, ggf. Zwischenlagerung, Einbau der Abdecksubstrate inkl. Herstellung der Oberflächenkontur
  • Kosten für die Erstbegrünung bzw. Zwischenbegrünung mit anschließender Erstaufforstung
  • dazu kommen Kosten für Planung
  • ggf. Grundstückskauf und Genehmigung
Kosten für laufenden Betrieb
  • Kosten für Überwachungsmonitoring insbesondere der Sicker-, Grund- und Oberflächenwässer
  • Pflege-, Nachsanierungs- und Langzeitaufgaben erfüllt, um den Sanierungserfolg langfristig zu gewährleisten
Kosten für Chemikalien
  • keine
Datenstand
01.01.2016

Literatur

  • Veröffentlichungen der Bund-Länderarbeitsgemeinschaft Bodenschutz (LABO), der Bund/Länder-Arbeitsgemeinschaft Wasser (LAWA) und der Bund/Länder-Arbeitsgemeinschaft Abfall (LAGA)
  • Marski, R. (2005). Produktion, Test und Einsatz von künstlichem Oberbodensubstrat für die Abdeckung von Halden des Uranerzbergbaus. (Melchior & Berger, Hrsg.) Bodenkundliche Arbeiten, Bd. 56, S. 237-260.
  • Schneider, P. 2005: Alternative Methoden in der Bergbausanierung – Konzeption von reaktiven Abdecksystemen am Beispielstandort Halde Schüsselgrund. Dissertation. Fakultät für Geowissenschaften, Geotechnik und Bergbau der Technischen Universität Bergakademie Freiberg.
  • Hildmann, C., Knoche, D., Rösel, L., Zimmermann, B., Landeck, I. 2016: Konzept zur Reduzierung des Haldenwasseraufkommens durch Optimierung der Haldenbegrünung an den Kalirückstandshalden im Südharzrevier. Abschlussbericht für die Lausitzer und Mitteldeutsche Bergbau-Verwaltungsgesellschaft mbH, Bereich Kali, Spat, Erz, Sondershausen. Finsterwalde. unveröffentlicht
  • Walko, M., Hildmann, C. 2013: Vorstudie zur Minderung der Stoffeinträge (N, S und Fe) in das Sicker- und Grundwasser auf der Kippe des Tagebau Nochten. Bericht für das Sächsische Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie des Freistaates Sachsen. Finsterwalde. unveröffentlicht
  • Knoche, D., Embacher, A., Liebner, F. Wolf, J., Katzur, J. 2002: Hanglysimeter-Untersuchungen zum hydrologischen Verhalten eines Abdecksystems für Halden des Uranbergbaus. In Klotz, D. (Hsg.) Untersuchungen zur Schadstoff-Migration in Lysimetern. Institut fur Hydrologie - GSF - Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit GmbH. GSF- Bericht 05/02. Neuherberg.
  • Löser, R., Schneider, P., Meyer, J., Schramm, A., Gottschalk, N. 2011: Wasserhaushaltliche Bewertung von Haldenabdeckungen im Raum Schlema-Alberoda. Deponie-Workshop Liberec - Zittau 10. - 11. Nov/2011. Wissenschaftliche Schriften im Rahmen des EU Ziel3/Cil3-Projekts " Erdbau und Rekultivierung", Heft 6.
  • Gröngröft, A., Gebert, J., Berger, K., Maaß, B. 2005: Verwendung von Baggergut als Material für die Dichtung von Deponien, den Deichbau, zur Verfülllung und zur Bodenverbesserung. In Melchior, S. & Berger, K. (Hrsg.) Abfallverwertung bei der Rekultivierung von Deponien, Altlasten und Bergbaufolgelandschaften. Grundwasserschutz - Abfallwirtschaft - Deponietechnik - Bodenschutz. Fachtagung am 31. März und 1. April 2005 in Hamburg. Hamburger Bodenkundliche Arbeiten, Band 56. S. 209.