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Die Erfindung bezieht sich auf offenen
Gewässer
mit einem Volumen von mehr als 500.000 m3, die
nach Auslaufen des Bergbaus einer Sanierung zur Absicherung einer
Folgenutzung unterzogen werden müssen.
Die Folgenutzung kann wirtschaftlicher Art als Wasserspeicher und/oder
als Fischgewässer oder
auch touristischer Art als Bade- und/oder
Wassersportgewässer
sein.
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Die Flutung von derartigen Bergbaurestlöchern erfolgt
meist durch Selbstaufgang in Folge steigenden Grundwassers nach
Beendigung der Bergbautätigkeit
bzw. durch Zuführung
von Oberflächenwasser
von in der Umgebung liegenden Fließgewässern.
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Nach Einstellung des offenen Bergbaus
und der damit verbundenen Einstellung der allgemeinen Grundwasserabsenkung
durchströmt
das wieder in Erscheinung tretende Grundwasser die vom Bergbau hinterlassenen
Kippen. Insbesondere aufgrund von Pyritverwitterung im offenen Bergbau
sind diese Kippen oft mit einem hohen Säurepotential angereichert. Das
führt,
insbesondere bei Mangel an Oberflächenwasser für die Flutung,
zur Versauerung der entstehenden Tagebaurestseen mit pH-Werten bis
auf < 3. Saure
Zuströmungen
mit dem Grundwasser führen ebenfalls
zur Versauerung von bereits gefluteten oder neutralisierten Bergbaurestseen.
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Durch den Mangel an Oberflächenwasser scheidet
die Möglichkeit
der Neutralisation von saurem Grundwasserzuströmungen in Restseen durch alleinige
Nutzung von Oberflächenwasser,
die allgemein als Stand der Technik bekannt ist, in der Regel aus.
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Aus dem Stand der Technik ist bekannt
Natron- oder Kalilauge in unterschiedlichen Konzentrationen zur
Neutralisation einzusetzen. Dies erfolgt meist bei speziellem Anwendungsbedarf,
bei kleinen Mengen oder in Verbindung mit chemischen Prozessen,
da diese Produkte sehr teuer sind.
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Bei Einsatz von Soda in sauren Seen
mit freier Schwefelsäure
bei pH-Werten von < 4,3
besteht die Gefahr des Ausgasens von CO2 aus dem Seewasser. Darüber hinaus
kann der Einsatz von Soda vorhandene Gipsausfällungen auflösen und
damit den ohnehin hohen Sulfatgehalt im Seewasser weiter erhöhen. Durch
die Verwendung von Soda wird der Natriumgehalt des Seewassers und
die Leitfähigkeit deutlich
erhöht.
Soda weist darüber
hinaus den Nachteil auf, dass es eine reine chemische Substanz ist,
die einen hohen Preis hat und selbst bei geringem technischem Aufwand
zu außerordentlich
hohen Neutralisationskosten führt.
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Weiter ist aus dem Stand der Technik
bekannt, saure Wässer
durch Kalkung zu neutralisieren. Die Kalkung ist aus der Aufbereitung
saurer Wässer
zu Brauch- oder Trinkwasser bekannt und wird beispielsweise in Grubenwasseraufbereitungsanlagen
praktiziert. Hier ist prinzipiell der Einsatz von Branntkalk, Kalkhydrat
und Kalkmilch bekannt. Ein grundsätzliches Problem bei der Verwendung
calciumhaltiger Produkte in sulfatreichen Wässern ist die Gefahr der Vergriesung
und Vergipsung. Durch die hohen Sulfatgehalte des Seewassers kann
sich auf den Kalkprodukten eine Gipskruste bilden, die eine weitere
Auflösung
und Reaktionsentfaltung behindert und damit den Produktein satz uneffektiv
gestaltet. Diese Erscheinung gilt insbesondere für Branntkalk, der zusätzlich in
hohem Maße
zur Hydratation und Carbonisierung neigt, und in der Regel nur gelöscht und
als Suspension mit definierter Applikation einsetzbar ist.
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Aus der Braunkohlenindustrie ist
bekannt, Braunkohlenschlämme
und Braunkohlenaschen in Tagebaurestlöcher zu transportieren und
dort zu deponieren. Studien haben gezeigt, dass gerade die Einspülungen von
Kraftwerksaschen aus der Verbrennung von Braunkohlen für einen
relativ hohen pH-Wert von pH > 10
im Wasser des Restsees sorgten. Nach Einstellung der Braunkohlenverbrennung und
der damit verbundenen Einstellung der Einspülungen ist der pH-Wert auf
Grund der geringen Pufferwirkung dann in relativ kurzer Zeit von
ca. pH = 8 auf ca. pH = 3,5 abgesunken. Damit scheidet auch diese
Möglichkeit
für eine
dauernde Neutralisierung saurer Wässer in Bergbaurestseen zum
Zwecke einer wirtschaftlichen Nachnutzung aus.
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Bekannt ist weiterhin ein Verfahren,
beschrieben in
DE 199 61 243 ,
nachdem die in einem Tagebaurestsee vorhandenen eingespülten Kraftwerksaschen,
die aus der Verbrennung von Braunkohlen stammen und am Boden eines
Tagebaurestsees sedimentiert sind, wieder aufzunehmen, zu verwirbeln
und über
Rohrleitungen im sauren Restsee zu verteilen und zur Neutralisation
zu nutzen. Dieses Verfahren ist jedoch nur begrenzt nutzbar, wenn
Altaschen im Gewässer
vorhanden sind.
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In den Offenlegungsschriften
DE 4124073 A1 und
WO 02/16272 sind kontinuierliche Verfahren zur Behandlung saurer
Wässer
in Reaktoren beschrieben. Die Anwendung bei offenen größeren Bergbaurestseen
erfordert jedoch einen unverhältnismäßig hohen
technisch-ökonomischen
Aufwand. Eine technische Anwendbarkeit für offene Große saure
Wasserkörper
ist damit wirtschaftlich und technisch sinnvoll nicht möglich.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht
darin, ein wirtschaftliches und einfaches Verfahren für die Verbesserung
der Wasserqualität
von offenen Gewässern
mit einem Speichervolumen von mehr als 500.000 m3 zu
finden, wobei die offenen Gewässer sauer
sind, erhöhte
Sulfatgehalte oder saure Zuströmungen
aufweisen. Diese Gewässer
sollen nach Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein natürlichen
Gleichgewichts mit pH-Werten
von ≥ 6 bis
8 sowie eine merkliche Pufferkapazität aufweisen.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass
in offene saure sulfathaltige Gewässer mit einem pH-Wert von < 5,5 und/oder in
Gewässer mit
sauren Zuströmungen
mit einem pH-Wert von < 5,5
und Sulfatgehalten von > 400
mg/l, gebrannter Dolomit mit einem Anteil von > 50 % CaO + MgO und mit einem Verhältnis von
Magnesium/Calciumgehalt von 0,25 bis 2 in einer Körnung von
0 – 3
mm, wobei Ca0 + MgO – Anteile
in hydratisierter Form vorliegen können, als Feststoff oder in
einer Suspension eingebracht wird.
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Bei der Realisierung des vorgeschlagenen Verfahrens
werden bei einem pH-Wert von > 4,3
bis 8,2 ausschließlich
oder zusätzlich
carbonat- und/oder hydrogencarbonat- und/oder kohlendioxydhaltige Stoffe
und/oder Verbindungen in sulfathaltige Gewässer eingebracht bis der pH-Wert
und/oder die Pufferkapazität
in Form des Ks4,3-Wertes einen vorgegebenen
Grenzwert für
den pH-Wert im Bereich von 5,5 – 8,2
und für
den Ks4,3-Wertes im Bereich von 0,2 bis
10 mmol/l überschreitet.
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Der einzusetzende feinkörnige gebrannte Dolomit
kann in saure sulfathaltige Gewässer
als Feststoff oder in einer Suspension in einem Anteil bis 40 %
eingebracht werden.
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Bei der Einspülung des feinkörnigen gebrannten
Dolomits in einer Suspension kann als Suspensionsflüssigkeit
Seewasser und/oder Oberflächenwasser
verwendet werden wobei bei der Mischung von Feststoff und Wasser
zusätzliche
mechanische Energie in Form einer Rühr- und/oder Zerkleinerungseinrichtung
eingebracht wird. Dabei wird nach eigenen Untersuchungen der Wirkungsgrad des
Neutralisationspotentials des feinkörnigen gebrannten Dolomits
um bis zu 30 % erhöht.
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Der Einsatz des gebrannten Dolomits,
insbesondere des CaO-Anteiles in hydratisierter Form hat den Vorteil,
dass bei der Nydratisierung eine feinkörnige Struktur von überwiegend < 0,1 mm erzeugt, welche
die Reaktivität
und Effektivität
des vorgeschlagenen Verfahrens weiter verbessert.
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Im Rahmen des vorgeschlagenen Verfahrens
werden oberhalb eines pH-Wertes von 4,3 carbonat- und/oder hydrogencarbonat-
und/oder kohlendioxydhaltige Stoffe ausschließlich oder in Form einer Feststoffmischung
gemeinsam in einem Verhältnis
von gebranntem Dolomit zu carbonat- und/oder hydrogencarbonat- und/oder
kohlendioxydhaltige Stoffen von 0,1 – 9, als Suspension oder Feststoff
in sulfathaltige Gewässer,
insbesondere zur Erhöhung der
Pufferwirkung des behandelten Gewässers gegenüber sauren Zuströmungen,
eingebracht.
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In eigenen Untersuchungen wurde gefunden,
dass die carbonat- und/oder hydrogencarbonat- und/oder kohlendioxydhaltige
Stoffe vorzugsweise Natriumhydrogencarbonat, Natriumcarbonat, Calciumcarbonat,
Magnesiumcarbonat, CO2 und Mischungen dieser Stoffe sind.
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Erfindungsgemäß können bei der Realisierung des
Verfahrens bei einem pH-Wert von > 4,3 carbonat-
undloder hydrogencarbonat- und/oder kohlendioxydhaltige Stoffe in
Form von Oberflächenwässern in
sulfathaltige Gewässer
eingeleitet werden.
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Überraschend
wurde in Versuchen festgestellt, dass beim Einsatz von feinkörnigem gebranntem
Dolomit mit einem Verhältnis
von Magnesium/Calciumgehalt von 0,25 bis 2 als basisch reagierender
Wirkstoff in sauren sulfathaltigen Gewässern, eine wirksamere und
problemlose Erhöhung
des pH-Wertes ohne die bekannten Nachteile der Kalkprodukte und
von Soda zu registrieren ist. Dies ist insbesondere ein Ergebnis
der neuartigen Kombination der reaktiven sofort in Lösung gehenden
Calciumlauge und dem sich bildendem schwerlöslichen Calciumsulfat mit dem
parallel entstehenden leicht löslichem
Magnesiumsulfat und der starken aber schwerlöslichen Base Magnesiumhydroxyd.
Durch diese neuartige Kombination von Konkurrenz- und Fällungsreaktionen
werden die bisher bekannten negativen Auswirkungen, wie Vergriesung,
Verklumpung, niedrige Neutralisationswirkungsgrade und empfindlich
genaue Applikation weitgehend vermieden. Auch die Gefahr einer Überdosierung
mit negativer Beeinflussung von vorhande ner Biologie ist wesentlich
geringer als bei bisher bekannten Verfahren. Durch die Ausfällung des
Magnesiumhydroxyds im neutralen Bereich wird die Alkalisierung abgebremst und
bei sauren Zuströmungen
erfolgt eine Aktivierung des Alkalisierungspotentials des Magnesiumhydroxyds,
wodurch zusätzlich
eine gewisse Nachhaltigkeit des Verfahrens bewirkt wird.
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Bei Anwendung des Verfahrens kann
CO2 aus der Atmosphäre oder aus Oberflächengewässern bei
pH > 4,3 zur Ausbildung
bzw. Erhaltung eines natürlichen
Calciumhydrogenarbonatpuffers aufgenommen werden.
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Ein weiterer Vorteil der Anwendung
des Verfahrens vor der Flutung von sauren Tagebaurestseen mit pH-Werten
von < 5 besteht
darin, dass nahezu sämtliches
biologisches Leben, welches in den natürlichen Flutungswässern, vorhanden
ist, die Flutung überlebt.
Das vorhandene biologische und chemische Alkalisierungspotential
der Oberflächenwässer wird
so erhalten.
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Die Anwendung des Verfahrens gestattet nach
einer Grobeinstellung der Gewässerqualität mit preiswerten
gebrannten Dolomitprodukten eine Feineinstellung mit ausgewählten Einsatzstoffen
zur Sicherung der Pufferwirkung des behandelten Gewässers.
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Die vorgeschlagenen Einsatzstoffe
weisen erdkrustenähnliche
Eigenschaften auf, sind physiologisch unbedenklich und verursachen
keine Umwelteinwirkung hinsichtlich Schwermetalle, KWS, Trübung u.a.
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Mit Anwendung des Verfahrens erfolgt
eine Herstellung der Gewässer
in Ausleitungsqualität
in öffentliche
Gewässer
mit pH-Werten > 6
bei gleichzeitiger Anregung der biologischen Selbstregulierung.
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Mit Hilfe des vorgeschlagenen Verfahrens wird
die Nutzung von lebensfeindlichen sauren sulfathaltigen Gewässern, wie
beispielsweise von sauren Tagebaurestseen zur Erholung, Bewirtschaftung
und als Zwischenspeicher auf einfache Weise mit wirtschaftlichem
Aufwand ermöglicht
und gleichzeitig die Pufferkapazität deutlich angehoben.
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Das Prinzip der Erfindung soll im
folgenden an einem Beispiel näher
erklärt
werden.
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Ein Tagebaurestsee mit einem Volumen
von 60 Mio. m3 ist nur zu einem Drittel
mit 20 Mio. m3 gefüllt. Das Restseewasser besteht
hauptsächlich
aus saurem sulfatreichen Grundwasser und weist bei einem Sulfatgehalt
von 850 mg/l einen pN-Wert von 2,8 und einen kb6,5-wert von
3 mmol/l auf.
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Vor einer Flutung mit neutralem Oberflächenwasser
soll dieses Wasser neutralisiert werden, da es nach der Flutung
pH-Werte von < 4
aufweisen würde
und somit nicht in die Vorflut ausgeleitet werden kann. Da es sinnvoller
ist, die kleinere vorhandene konzentrierte saure Restseewassermenge
zu behandeln als die große
verdünnte
nach der Flutung wird die Neutralisation nach dem vorgeschlagenen Verfahren
mit gebranntem Dolomit realisiert. In einer Siloanlage am Seerand
wird gebrannter Dolomit mit einem Anteil von 90 % CaO + MgO und
einem Verhältnis
von Magnesium-/Calciumgehalt von 0,9 in einer Körnung von 0 – 1 mm eingelagert.
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Aus dem kb6,5-wert von
3 mmol/l errechnet sich für
die Anhebung des pH-Wertes auf 5,5 bei Annahme eines Neutralisationswirkungsgrades
von 90 % eine Einsatzmenge an gebranntem Dolomit von 100 g/m3 und damit insgesamt von 2000 t. Der gebrannte Dolomit
wird über
eine bekannte Dosiereinrichtung in einer Menge von 5 t/h mit 50
m3/h Seewasser in einem Rührreaktor
gemischt und mittels einer geeigneten Pumpe über eine Rohrleitung mit einer
Länge von 500
m über
Pontons an 10 verschiedenen Stellen über Verteileinrichtungen in
den Tagebaurestsee eingeleitet . Der Einsatz erfolgt montags bis
freitags über 10
h/d. Für
den Neutralisationsvorgang werden insgesamt 40 Einsatztage benötigt. Durch
den Einsatz des gewählten
Konditionierungsstoffes gibt es auch bei den vorhandenen hohen Sulfatgehalten
von 850 g/m3 keine Probleme bei der Durchführung und
dem Erfolg des Verfahrens. Die als ks4,3-wert gemessenen Pufferkapazität beträgt 0,9 mmol/l.
Zur Verbesserung des Hydrogencarbonatpufters werden 40 g/m3 Seewasser, also insgesamt 800 t Natriumhydrogencarbonat
auf die gleiche Weise, wie oben ausgeführt über Silo, Suspension und im
Zeitraum von 16 Arbeitstagen in den Tagebaurestsee eingebracht.
Dabei erhöht
sich der pH-Wert auf 6,7 und die Pufferkapazität wird mit einem erhöhtem ks4,3-wert von 1,5 gemessen.
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Nach Beendigung der Konditionierung
erfolgt eine rasche Flutung mit Obertlächenwasser, welches einen pH-Wert
von 7,0 und Sulfatgehalt von 110 mg/l aufweist. Nach vollständiger Füllung wird
im Tagebaurestsee ein pH-Wert von 6,8 und ein Sulfatgehalt von 360
mg/l gemessen.
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Das nach dem vorgeschlagenen Verfahren behandelte
Gewässer
besitzt Ausleitungsqualität
in öffentliche
Gewässer
bei gleichzeitiger Anregung der biologischen Selbstregulierung im
Gewässer.
Bei der nachfolgenden Flutung wird sämtliches biologisches Leben
und vorhandene biologische und chemische Alkalisierungspotential,
welches in den natürlichen Flutungswässern, vorhanden
ist, erhalten.
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Mit Hilfe des vorgeschlagenen Verfahrens wird
die Nutzung von lebensfeindlichen sauren sulfathaltigen Gewässern, wie
beispielsweise von sauren Tagebaurestseen zur Erholung, Bewirtschaftung
und als Zwischenspeicher auf einfache Weise mit relativ geringem
wirtschaftlichem Aufwand ermöglicht
und gleichzeitig die Pufferkapazität deutlich angehoben.