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Einbau alkaliner Stoffe

Verfahrensbeschreibung

Einbau alkalisch wirkender Stoffe wie Kalkstein, Kraftwerksasche, Mischung aus Kalkstein und Braunkohlenflugasche, alkalische Eisenhydroxidschlämme oder Sodalith in neu entstehende Kippen-/Haldenkörper (vor Abraumverkippung intensive Mischung z.B. auf der Abraumbandanlage; Anlegen von Reaktionsteppichen in Uferbereichen) zur: - Minderung/Unterbindung der Pyritoxidation und Bildung saurer Bergbauwässer (AMD) im Sicker- und Grundwasserbereich - Neutralisation bereits gebildeter AMD und Verminderung von Säurefracht und Mineralisation im Grundwasserleiter - Neutralisation von Tagebaufolgeseen und benachbarter Areale
Einsatzbereich
- Sickerwasserbereich auf Halden oder im Uferbereich der Oberflächengewässer - oberer wasserwirtschaftlich genutzter Grundwasserleiter, im Zustrom zu Bergbaufolgeseen oder Fließgewässern
Behandlungsziel
Vorbeugung der AMD-Bildung + Neutralisation bereits gebildeter AMD
Verfahrensart
Bergbau
Umwelteinflüsse
Bedarf an karbonatischen Zuschlagstoffen
Überwachung
Stoffstrommanagement, Monitoring Grund- und Oberflächenwässer
Nachsorge
Monitoring Grund- und Oberflächenwässer
Relevante Prozesse
  • die Säure wird gepuffert und das damit Kippengrundwasser neutralisiert
  • die Säurekapazität des hindurchströmenden Wassers wird erhöht
  • Metalle sowie Halbmetalle fallen größtenteils als Hydroxide aus und werden damit aus dem Wasser entfernt - geringere Eisen- und Aluminiumgehalte
  • Copräzipitation weiterer Schwermetalle und von Halbmetallen → erhebliche Minderung der Konzentrationen an Spurenmetallen und -halbmetallen wie wie Co, Ni, Zn, As
  • Eisen- und Schwefel-Oxidation verursachende Bakterien und Archaeen werden durch die höheren pH-Werte gehemmt und so der Pyritverwitterung vorgebeugt wird (Dämpfung der Verwitterungsreaktionen unter chemisch gepufferten Verhältnissen)
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
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
  • Schwermetalle
  • Saures Wasser
bedingt
  • Arsen
  • Blei
  • Cadmium
  • Cobalt
  • Kupfer
  • Nickel
  • Quecksilber
  • Zink
  • Zinn
  • Sulfate
ungeeignet
  • Aliphatische, aromat. KW
  • MKW (Diesel, Schmieröle)
  • Leichtflüchtige KW (BTEX)
  • PCB
  • PAK (< 4 Ringe)
  • PAK (> 4 Ringe)
  • LHKW
  • Dioxine, Furane
  • Phenole und Alkohole
  • Pestizide
  • Cyanide (komplex)
  • Phosphate
  • Fluoride
  • Schwebstoffe mit adsorbierten Schadstoffen
  • Chrom
  • MTBE
  • PAK
  • basisches Wasser
  • Schwefelwasserstoff
  • Ammoniak
Umweltauswirkung
hoch mittel gering ohne
Transportaufkommen X
Bodenbelastung X
Grundwasserbelastung X
Luftbelastung X
Lärmbelastung X
Schmutzbelastung X
Abfallaufkommen X
Flächenbedarf X
Anforderungen
  • genaue Kenntnis der chem. und physikal. Eigenschaften des zu verkippenden Abraums, da die Dosierung der Karbonatmenge in Abhängigkeit der Parameter Pyritgehalt, Eigenpuffergehalt und Pyritverwitterungsrate der Abraummaterialien erfolgt
  • Bestimmung des Versauerungspotentials der Kippe
  • Ermittlung der zur Neutralisation erforderlichen Kalkmengen
  • Durchführung von Technikumsversuchen zur Pufferung mit den in Frage kommenden Zuschlagstoffen
  • Betriebsplanverfahren und Behördenabstimmung
  • Errichtung der Kalkdosieranlage einschließlich Prozesssteuerung; ggf. Vorversuche zur Kalkzumischung
  • Aufbau und langfristige Durchführung eines Erfolgsmonitorings
Anforderungen an Umwelt
  • Bedarf an karbonatischen Zuschglagstoffen
Beispiele weltweit
  • Abraumkippe des Tagebau Garzweiler: Beimengung von kalkhaltigen Zuschlagstoffen (gemahlener Kalkstein, Mischung aus gemahlenem Kalkstein und Braunkohlenflugasche) in den Abraum und der damit verbundenen Pufferung des Kippenwassers; Kalkstein wird unmittelbar dem Abraum auf der Abraumbandanlage vor einer Übergabestation zugegeben
Leistungsfähigkeit unter sächsischen Bedingungen
  • Einsatz in den aktiven Tagebauen des Lausitzer und Mitteldeutschen Reviers - Konditionierung der zukünftigen Kippe-GWL z.B. bei Verkippung der Absetzerkippe; in Bereichen mit potentiell starker Versauerungsprognose bspw. im Zustrom zu Bergbaufolgeseen
  • Einbringen definierter Stoffmengen - auf großen Flächen bis zu Tiefen von 0,5 – 1 m mit der heute verfügbaren Technik möglich - bei noch zu realisierenden Ufergestaltungen können alkalische Produkte mit wenig Aufwand in die zur Hohlraum-/Böschungsgestaltung genutzten Massen eingemischt werden - Einbringen alkalischer Produkte in flüssiger Form über preiswert anlegbare Drainage- oder Injektionssysteme denkbar
Vorteile
  • effektive Neutralisationsmethode innerhalb der Abraummaterialien
  • gesamtes Kippenareal wird behandelt
  • effektiv gegen Bildung von AMD
  • Neutralisation und Minderung der Mineralisation, insbes. Schwermetalle, Al, As
  • Produkte müssen nicht wie in der Inlake-Technik hochreaktiv sein, da für den Stoffumsatz stehen ausgedehnte Zeithorizonte zur Verfügung stehen
Nachteile
  • ggf. erhöhte Sulfatkonzentrationen bleiben
  • teuer
  • genaue Kenntnis der Eigenschaften des Abraums
  • Bedarf an geeigneten Zuschlagstoffen, ggf. Vorversuche notwendig
  • anspruchsvolle techn. Umsetzung
  • aufwendiges Betriebsmonitoring
Investitionskosten
  • Kosten für die Errichtung der Kalkdosieranlage einschließlich Prozesssteuerung
  • ggf. Kosten für Vorversuche
  • dazu kommen Kosten für Planung und Genehmigung
Kosten für laufenden Betrieb
  • Kosten für die Zuschlagstoffe
  • Betriebskosten für Logistik und Einbring-/Mischungstechnologie
  • Kosten für das laufende Betriebsmonitoring
Kosten für Chemikalien
  • Kosten für die karbonahaltigen Zuschlagstoffe
Datenstand
01.01.2006

Literatur

  • Boehm, B., Schwarzenberg, T. 2000: Kippenmaßnahmen zur Verbesserung der Grundwasserqualität im Rheinischen Braunkohlenrevier. In Hafner, F., Schmidt, J., Merkel B., Pohl, A. (Hrsg.) Wasserwirtschaftliche Sanierung von Bergbaukippen, Halden und Deponien. Freiberger Forschungsforum Vorträge und Posterbeitrage zum 51. Berg- und Hüttenmännischen Tag 2000. S. 26-42. Freiberg
  • Wistzky, F., Obermann, P., Kwasny, J., Boehm, B. 2000: Verbesserung der Grundwasserqualität in Braunnkohleabraumkippen durch Zugabe alkalischer Zuschlagstoffe – Technikumsversuche. In Hafner, F., Schmidt, J., Merkel B., Pohl, A. (Hrsg.) Wasserwirtschaftliche Sanierung von Bergbaukippen, Halden und Deponien. Freiberger Forschungsforum Vorträge und Posterbeitrage zum 51. Berg- und Hüttenmännischen Tag 2000. S. 377-387. Freiberg
  • Beuchle, G. 1999: Hydrolyse von Sodalith zu in situ Konditionierung saurer Porenwässer mit technischen Basen durch Neutralisation und Sekundärphasenbildung. Dissertation. Naturwissenschaftlich-Mathematische Gesamtfakultät der Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg. Forschungszentrum Karlsruhe GmbH. Karlsruhe.
  • Höppner, S., Rieger, K., Scholz, G. 2006: Wirtschaftliche Bewertung innovativer, aktiver und passiver Wasseraufbereitungssysteme für saure Bergbauwässer. In Merkel, B. Schaeben, H., Wolkersdorfer, C., Hasche-Berger, A. (Hrsg.) Behandlungstechnologien für bergbaubeeinflusste Wässer. 57. Berg- und Hüttenmännischer Tag. Wissenschaftliche Mitteilungen 31. S. 105 - 112. Institut für Geologie. Freiberg.