DE102009049805A1 - Process for the in situ purification of acidic waters, suppression of ongoing pollutant mobilizations and immobilization of metals, in particular of heavy metals, arsenic, natural radionuclides and free hydrogen ions - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zur In-situ-Reinigung von sauren Wässern, Unterdrückung fortlaufender Schadstoffmobilisierungen und Immobilisie, Arsen, natürlichen Radionukliden und freien Wasserstoffionen durch zeitlich und/oder räumlich gesteuerte Injektionen in kontaminierte wassergesättigte untertägige Bereiche und Zonen, vorzugsweise in Grundwasserleitern, und in kontaminierte Grundwässer, wobei für eine In-situ-Behandlung und In-situ-Sanierung dieser Bereiche und Zonen sowie der Grundwässer eine reaktive wässrige Lösung aus Natriumhydroxid und/oder Natriumsulfit und Anmachwasser dosiert und gezielt eingebracht wird. Mit Hilfe des beschriebenen Verfahrens werden erhebliche umweltrelevante, technisch/technologische und ökonomische Vorteile gegenüber bekannten Verfahren erzielt. Diese Vorteile sind Durchführung gezielter und kostengünstiger In-situ-Behandlungen und In-situ-Sanierungen der Schadherde, Immobilisierung bereits mobilisierter Schadstoffe in kontaminierten Grundwässern, aktive Entwicklung der hydro- und geochemischen Milieubedingungen in Richtung vorbergbaulicher Bedingungen, so dass durch also pH-Wertanhebung und Redoxpotentialsenkung die fortschreitenden Mobilisierungen von Schadstoffen unterdrückt werden, Förderung durch die chemisch induzierten Veränderungen des hydro- und geochemischen Milieus in Richtung neutraler, intermediärer Verhältnisse der mikrobiologisch katalysierten Sulfatreduktion, ...The invention describes a method for the in-situ cleaning of acidic water, suppression of continuous pollutant mobilizations and immobilization, arsenic, natural radionuclides and free hydrogen ions by time and / or spatially controlled injections into contaminated water-saturated underground areas and zones, preferably in aquifers, and in contaminated groundwater, whereby a reactive aqueous solution of sodium hydroxide and / or sodium sulfite and mixing water is dosed and introduced specifically for in-situ treatment and in-situ remediation of these areas and zones as well as the groundwater. With the help of the described method, significant environmental, technical / technological and economic advantages over known methods are achieved. These advantages include the implementation of targeted and cost-effective in-situ treatments and in-situ remediation of the foci, immobilization of already mobilized pollutants in contaminated groundwater, active development of the hydro- and geochemical environment in the direction of pre-mining conditions, so that by increasing the pH value and Redox potential reduction suppressing the progressive mobilization of pollutants, promotion by the chemically induced changes in the hydro- and geochemical milieu towards neutral, intermediate conditions of the microbiologically catalyzed sulfate reduction, ...
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur In-situ-Reinigung von sauren Wässern, Unterdrückung fortlaufender Schadstoffmobilisierungen und Immobilisierung von Metallen, insbesondere von Schwermetallen, Arsen, natürlichen Radionukliden und freien Wasserstoffionen durch zeitlich und/oder räumlich gesteuerte Injektionen in kontaminierte wassergesättigte untertägige Bereiche und Zonen, vorzugsweise in Grundwasserleitern, und in kontaminierte Grundwässer, wobei für eine In-situ-Behandlung und In-situ-Sanierung dieser Bereiche und Zonen sowie der Grundwässer eine reaktive wässrige Lösung aus Natriumhydroxid und/oder Natriumsulfit und Anmachwasser dosiert und gezielt eingebracht wird.The invention relates to a process for the in-situ purification of acidic waters, suppression of ongoing pollutant mobilizations and immobilization of metals, in particular of heavy metals, arsenic, natural radionuclides and free hydrogen ions by temporally and / or spatially controlled injections into contaminated water-saturated underground areas and zones, preferably in aquifers, and in contaminated groundwater, with a reactive aqueous solution of sodium hydroxide and / or sodium sulfite and mixing water being dosed and introduced in a targeted manner for in-situ treatment and in-situ remediation of these areas and zones and groundwaters.
Ein Problem des unter- und übertägigen Bergbaus sind dessen Auswirkungen auf die Gewässerqualität in Hinblick auf die Senkung des pH-Wertes. Die Bildung von sauren oxidierenden Wässern, sogenannte bergbauversauerte Grund- und Oberflächenwässer, ist besonders im Erzbergbau problematisch. Diese Situation verschlechtert sich um ein Vervielfaches beim Laugungsbergbau mit Säuren. Infolge des Säureeintrages und der natürlichen Pyritverwitterung werden saure, oxidierende Wässer in Größenordnungen generiert, die sich hauptsächlich nach Einstellung des Bergbaus im verbleibenden Hohlraumsystem (Grubenbau) und im gelaugten Grundwasserleiter sammeln und im Flutungswasser anreichern bzw. auch aus ihrem Bildungsgebiet in bergbauunbeeinflusste Grundwasserleiter und Grundwässer abfließen. Mit der Versauerung bzw. Ansäuerung werden Schadstoffe je nach geologischen Verhältnissen, darunter auch Metalle, Schwermetalle und natürliche Radionuklide aus dem Gestein mobilisiert und im Wasser gelöst. Mit diesen Störungen des natürlichen hydro- und geochemischen Milieus werden Grundwasserleiter und Grundwasser in schlechte chemische Zustände versetzt, die sich durch die natürlichen Selbstreinigungsprozesse in der Regel nicht oder nur über sehr lange Zeiträume, teilweise über Jahrhunderte, regenerieren. Weiterhin geht von solchen Schadherden oftmals eine Kontamination angeschlossener Grundwasserleiter und Oberflächengewässer sowie verbleibender bzw. zu sanierender untertägiger Anlagen und Bergbaufolgelandschaften aus, so dass ohne technische Maßnahmen daraus langfristig Schädigungen der Umwelt und öffentliche Güter resultieren.One problem of underground and surface mining is its impact on the quality of the water with a view to lowering the pH. The formation of acidic oxidizing waters, so-called mining-contaminated ground and surface waters, is particularly problematic in ore mining. This situation worsens by a multiple in the leaching mining with acids. As a result of the acid entry and the natural Pyritverwitterung acidic, oxidizing waters are generated in orders of magnitude, which accumulate mainly after setting of the mining in the remaining cavity system (mine construction) and in the leached aquifer and accumulate in the flood water or drain from their educational area in mining unaffected aquifers and groundwaters , Depending on the geological conditions, including metals, heavy metals and natural radionuclides, pollutants are mobilized from the rock and dissolved in the water with the acidification or acidification. With these disturbances of the natural hydro- and geochemical milieu, aquifers and groundwater are put into bad chemical states, which usually do not regenerate by the natural self-purification processes or only over very long periods, partly over centuries. In addition, contamination of connected aquifers and surface waters, as well as remaining or rehabilitated underground structures and mining areas, often results in contamination of such aquatic herds, resulting in long-term damage to the environment and public goods without technical measures.
Nach dem Stand der Technik werden kontaminierte Wässer über Brunnen gefasst, nach übertage gepumpt und mit konventionellen Wasserbehandlungsanlagen on-situ gereinigt (pump-and-treat). Das gereinigte Wasser wird entweder in die Vorflut abgegeben, in den Grundwasserleiter oder in den Schadherd zurückgeführt, gegebenenfalls erfolgt die Zugabe von sauberen Wasser, eine sogenannte Waschung.According to the state of the art, contaminated waters are collected via wells, pumped to overground and cleaned on-site with conventional water treatment plants (pump-and-treat). The purified water is either discharged into the receiving waters, returned to the aquifer or the Schadherd, where appropriate, the addition of clean water, a so-called washing.
Die pump-and-treat-Verfahren erfordern aufwändige Anlagen, wie Brunnen, Pumpen, Rohrleitungssysteme sowie Anlagen und Geräte zur Wasserbehandlung. Das Betreiben dieser Anlagen ist kostenaufwändig und relativ personalintensiv sowie durch den ständigen Verbrauch von Energie und Chemikalien gekennzeichnet. Weiterhin fallen im Ergebnis der Wasserbehandlung ständig Rückstände an, die einer Deponierung bedürfen, wobei neben dem erforderlichen Flächenbedarf und den Anlagen ebenfalls erhebliche Kosten anfallen.The pump-and-treat processes require complex equipment such as wells, pumps, piping systems and water treatment systems and equipment. The operation of these systems is costly and relatively labor intensive and characterized by the constant consumption of energy and chemicals. Furthermore fall as a result of water treatment constantly residues that require landfill, which in addition to the required space requirements and the facilities also incur considerable costs.
Die Erfahrungen bisheriger Grubenflutungen zeigen, dass unter Anwendung des pump-and-treat-Verfahrens einer anfänglichen Phase intensiver Stoffausträge (first flush) eine lange Periode mit nur langsam fallenden Konzentrationen folgt und damit Einsatzzeiträume über Jahrzehnte erforderlich sind. Insbesondere in der Periode langsam fallender Stoffausträge ist das konventionelle pump-and-treat-Verfahren uneffektiv für die Sanierung von Grundwasserleitern. Da das kontaminierte Grundwasser aus dem Grundwasserleiter entnommen wird und somit quasi durch die zufließenden Wässer ein ständiger Austrag von mobilen Schadstoff aus der Umgebung des Grundwasserleiters erfolgt, nähern sich die bergbaulich veränderten hydro- und geochemischen Bedingungen in-situ nur sehr langsam den ursprünglichen vorbergbaulichen Verhältnissen an. Statt dessen kommt es fortgesetzt zu Freisetzungen von Schadstoffen und weiteren Anreicherungen im Grundwasser und -leiter.The experience of previous mine floods shows that applying the pump-and-treat process of an initial phase of intensive first effluent discharges follows a long period of only slowly decreasing concentrations, requiring deployment periods of decades. Especially in the period of slowly decreasing mass discharges, the conventional pump-and-treat process is ineffective for the remediation of aquifers. Since the contaminated groundwater is taken from the aquifer and thus a constant discharge of mobile pollutants from the environment of the aquifer is almost done by the incoming water, the changes in hydro-geochemical and geochemical conditions in-situ only very slowly approach the original pre-mining conditions in-situ , Instead, releases of pollutants and other enrichments in the groundwater and aquifer continue.
Um Zeitdauer, Aufwand und Kosten bei der Sanierung zu minimieren wird häufig versucht, das pump-and-treat-Verfahren mit passiv wirkenden Barrieren im Abstrom des Schadherdes zu kombinieren. Für die In-situ-Behandlung kontaminierter Wässer ist die Anwendung von sogenannten permeablen reaktiven Wänden bekannt, diese bestehen aus eingebrachten Schichten von einem oder mehreren wasserdurchlässigen reaktiven oder adsorptionsaktiven Medien. Beim Durchströmen dieser Wände werden die Schadstoffe adsorptiv gebunden, oxidiert, reduziert oder gefällt.In order to minimize time, effort and cost of remediation is often trying to combine the pump-and-treat process with passive barriers in the downstream of the Schadherdes. For the in-situ treatment of contaminated waters, the use of so-called permeable reactive walls is known, these consist of introduced layers of one or more water-permeable reactive or adsorption-active media. As they pass through these walls, the pollutants are adsorptively bound, oxidized, reduced or precipitated.
In
Die Effektivität der eingesetzten passiven Systeme richtet sich im wesentlichen nach den Kosten für das reaktive Material sowie der Zeit, in der das System die Schadstoffe aus den Wässern eliminiert. Erfolgt die Abtrennung der Schadstoffe durch Fällung, versetzen die Fällprodukte die Poren des reaktiven Materials, wodurch das Material wasserundurchlässig und damit wirkungslos für die zu erfüllende Aufgabe wird. Wird die Abtrennung der Schadstoffe durch Adsorption vorgenommen, ist die freie zur Verfügung stehende Oberfläche, d. h. die Korngrößenverteilung des zum Einsatz kommenden Materials von entscheidender Bedeutung. Hierbei stellt die Ausfällung von wasserunlöslichen Karbonaten oder Sulfaten im reaktiven Material meist eine Begrenzung dar, die die Realisierung des Verfahrens in Frage stellt. Einerseits ist bei zu großer Feinheit des reaktiven Materials die Durchströmbarkeit nach kurzer Zeit nicht mehr gewährleistet oder andererseits bei zu geringem Porenvolumen die Aufnahmekapazität des reaktiven Materials für Schadstoffe unakzeptabel gering.The effectiveness of the passive systems used depends essentially on the costs of the reactive material and the time in which the system eliminates the pollutants from the water. If the separation of the pollutants by precipitation, the precipitates put the pores of the reactive material, whereby the material is water impermeable and thus ineffective for the task to be performed. If the removal of the pollutants by adsorption is carried out, the free surface available, d. H. the particle size distribution of the material used is of crucial importance. In this case, the precipitation of water-insoluble carbonates or sulfates in the reactive material usually represents a limitation that puts the realization of the process in question. On the one hand, if the reactive material is too high in fineness, flow-through properties are no longer guaranteed after a short time or, on the other hand, if the pore volume is too small, the absorption capacity of the reactive material for pollutants is unacceptably low.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein effektives und kostengünstiges sowie vorrichtungsarmes Verfahren zur In-situ-Reinigung von sauren Wässern, Unterdrückung fortlaufender Schadstoffmobilisierungen und Immobilisierung von Metallen, insbesondere von Schwermetallen, Arsen, natürlichen Radionukliden und freien Wasserstoffionen zu entwickeln, das
- – Störungen der natürlichen hydro- und geochemischen Verhältnisse und somit weitere Beeinflussungen der Grundwässer, Oberflächenwässer und der Umwelt mit Schadstoffen erheblich vermindert und langfristig verhindert werden
- – durch chemisch induzierten Veränderungen des hydro- und geochemischen Milieus in Richtung neutraler, intermediärer Verhältnisse die natürlichen Selbstreinigungsprozesse durch mikrobiologisch katalysierte Sulfatreduktion gefördert, wieder in Gang gesetzt und forciert werden
- – hydro- und geochemische Milieubedingungen in Richtung vorbergbaulicher Bedingungen durch pH-Wertanhebung und Redoxpotentialsenkung aktiv entwickelt und somit eine fortschreitende Mobilisierung von Schadstoffen aus den Grundwasserleitern unterdrückt werden
- – bereits in den kontaminierten Grundwässern vorhandene Schadstoffe, vorrangig Metalle, Schwermetalle, Arsen, natürliche Radionuklide und freie Wasserstoffionen in den Grundwässern selbst untertägig sicher immobilisiert werden
- – finanzielle, anlagen- und gerätetechnische Aufwendungen für weitere konventionelle Verfahren bzw. Verfahrensschritte erheblich reduziert werden bzw. erst gar nicht eingesetzt werden müssen
- – gesetzliche Forderungen, behördliche Auflagen und wasserrechtliche Vorgaben hinsichtlich der Reduzierung der Konzentrationen der Metalle, insbesondere von Schwermetalle, Arsen, natürlichen Radionuklide und freien Wasserstoffionen sicher erfüllt und gewährleistet werden und die behandelten Wässer mit behördlicher Genehmigung in Vorfluter eingeleitet werden bzw. auf natürlichem Wege abfließen können
- – Entsorgung und Deponierung vermieden werden.
- - Disturbances of the natural hydro- and geochemical conditions and thus further influences on groundwater, surface waters and the environment with pollutants are significantly reduced and prevented in the long term
- - by chemically induced changes in the hydro- and geochemical environment in the direction of neutral, intermediate conditions, the natural self-purification processes promoted by microbiologically catalyzed sulfate reduction, be set back in motion and forced
- - Hydro and geochemical environmental conditions are actively developed in the direction of mining conditions by increasing the pH and redox potential reduction and thus suppressing a progressive mobilization of pollutants from the aquifers
- - Already existing in the contaminated groundwater pollutants, primarily metals, heavy metals, arsenic, natural radionuclides and free hydrogen ions in the groundwaters themselves are securely immobilized underground
- - Financial, plant and equipment expenses for other conventional processes or process steps are significantly reduced or even do not need to be used
- - Legal requirements, regulatory requirements and water regulations regarding the reduction of concentrations of metals, in particular of heavy metals, arsenic, natural radionuclides and free hydrogen ions are safely met and guaranteed and the treated waters are discharged with regulatory approval in receiving waters or drain naturally can
- - Disposal and landfill be avoided.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur In-situ-Reinigung von sauren Wässern, Unterdrückung fortlaufender Schadstoffmobilisierungen und Immobilisierung von Metallen, insbesondere von Schwermetallen, Arsen, natürlichen Radionukliden und freien Wasserstoffionen durch Injektionen in kontaminierte wassergesättigte untertägige Bereiche und Zonen, vorzugsweise in Grundwasserleitern, und in kontaminierte Grundwässer gelöst, dass für eine In-situ-Behandlung und In-situ-Sanierung der kontaminierten wassergesättigten untertägigen Bereiche und Zonen und/oder der kontaminierten Grundwässer durch zeitlich und/oder räumlich gesteuerte Injektionen einer reaktiven wässrigen Lösung aus Natriumhydroxid (NaOH) mit einer Konzentration von 0,05 g/l bis 1300 g/l und/oder Natriumsulfit (Na2SO3) mit einer Konzentration von 0,05 g/l bis 250 g/l und Anmachwasser über natürlich vorhandene hydraulische Verbindungen und/oder technisch hergestellte Zugänge und Abgänge zwischen der Aufgabe der reaktiven wässrigen Lösung, der Durchströmung der kontaminierten wassergesättigten untertägigen Bereiche und Zonen und/oder der kontaminierten Grundwässer und dem Abfluss der schadstofffreien gereinigten Wässer und/oder mit Injektionsvorrichtungen dosiert und gezielt eingebracht wird.According to the invention, the object is achieved by a method for the in-situ purification of acidic waters, suppression of ongoing pollutant mobilizations and immobilization of metals, in particular heavy metals, arsenic, natural radionuclides and free hydrogen ions by injections into contaminated water-saturated underground zones and zones, preferably in aquifers. and dissolved in contaminated groundwater, for in-situ treatment and in-situ remediation of the contaminated water-saturated subsurface areas and zones and / or contaminated groundwaters by temporally and / or spatially controlled injections of a reactive aqueous solution of sodium hydroxide (NaOH) with a concentration of 0.05 g / l to 1300 g / l and / or sodium sulfite (Na 2 SO 3 ) at a concentration of 0.05 g / l to 250 g / l and mixing water via naturally occurring hydraulic compounds and / or technically produced accesses and outlets between en the task of the reactive aqueous solution, the flow through the contaminated water-saturated underground areas and zones and / or the contaminated groundwater and the discharge of pollutant-free purified water and / or metered with injection devices and introduced targeted.
Die Zusammensetzung der reaktiven wässrigen Lösung aus Natriumhydroxid und/oder Natriumsulfit und Anmachwasser und die verwendeten Konzentrationen von Natriumhydroxid und/oder Natriumsulfit werden für die Dosierung der reaktiven wässrigen Lösung durch die Erkundungsergebnisse der kontaminierten wassergesättigten untertägigen Bereiche und Zonen und/oder der kontaminierten Grundwässer, vorrangig der ermittelten Schadstoffe, deren Menge und Zusammensetzung, den Standortverhältnissen, vorrangig den hydro- und geochemischen Zuständen, den Flächen- und Raumausdehnungen und Umfängen der kontaminierten Wassergesättigten untertägigen Bereiche und Zonen und/oder der kontaminierten Grundwässer sowie die Einsatzzeit des Verfahrens gesteuert und angepasst.The composition of the reactive aqueous solution of sodium hydroxide and / or sodium sulfite and make-up water and the concentrations of sodium hydroxide and / or sodium sulfite used are prioritized for the metering of the reactive aqueous solution by the reconnaissance results of the contaminated water-saturated subsurface areas and zones and / or contaminated groundwater the determined pollutants, their quantity and composition, the location conditions, primarily the hydro and geochemical conditions, the surface and spatial dimensions and perimeters of the contaminated water-saturated underground areas and zones and / or the contaminated groundwaters as well as the time of use of the method controlled and adjusted.
Zur Verbesserung der Konvektion und des Durchsatzes kann an geeigneten Stellen der kontaminierten wassergesättigten untertägigen Bereiche und Zonen sowie der Grundwässer gezielt Wasser entnommen werden. Diese Stellen sind so zu wählen, dass ein möglichst großer Flächen- und Rauminhalt dieser Bereiche und Zonen sowie der Grundwässer erfasst und angeströmt werden kann.In order to improve the convection and the throughput, water can be deliberately added at suitable points of the contaminated water-saturated underground areas and zones as well as the groundwater be removed. These locations should be selected in such a way that the largest possible area and volume of these areas and zones as well as the groundwater can be captured and flown.
Als Anmachwasser kann Grund-, Trink- sowie gereinigtes Wasser einer konventionellen Wasserbehandlungsanlage zum Einsatz kommen. Die reaktive, wässrige Lösung wird in konventionellen Löse- und Mischapparaturen hergestellt, deren Dimensionierung ebenfalls von den Erkundungsergebnissen der kontaminierten wassergesättigten untertägigen Bereiche und Zonen und/oder der kontaminierten Grundwässer abhängig ist.As a mixing water, ground, drinking and purified water of a conventional water treatment plant can be used. The reactive, aqueous solution is prepared in conventional solvent and mixing equipment, the dimensioning of which is also dependent on the results of the investigation of the contaminated water-saturated underground areas and zones and / or the contaminated groundwater.
Infolge der Injektion der reaktiven, wässrigen Lösung laufen in den kontaminierten wassergesättigten untertägigen Bereichen und Zonen und/oder der kontaminierten Grundwässer folgende wesentlichen Reaktionen ab:
pH-Wert-Pufferung in den Bereich > 4,5
pH buffering in the range> 4.5
Durch die Injektion der reaktiven, wässrigen Lösung erfolgt eine chemisch induzierte Veränderung des hydro- und geochemischen Milieus der kontaminierten Grundwasserleiter und Grundwässer in Richtung neutraler, intermediärer Verhältnisse. Damit werden grundsätzliche Voraussetzungen für einen signifikanten Verlauf der mikrobiologisch katalysierten Sulfatreduktion geschaffen.The injection of the reactive, aqueous solution causes a chemically induced change in the hydro- and geochemical milieu of the contaminated aquifers and groundwaters in the direction of neutral, intermediate conditions. This creates the basic prerequisites for a significant course of microbiologically catalyzed sulfate reduction.
Mit dem Verfahren werden keine lagerstättenfremden bzw. schwer abbaubaren Stoffe in die Grundwasserleiter und Grundwässer eingebracht. Die eingebrachten Stoffe sind keine Schadstoffe, als Reaktionsprodukte verbleiben Na+, Sulfat (gelöst im Wasser), Metallhydroxide und -sulfide (als Feststoff). Diese Stoffe kommen in Erzkörpern und Grundwasserleitern natürlich vor.The process does not introduce into the aquifers and groundwaters substances that are foreign to the deposit or that are difficult to degrade. The substances introduced are not pollutants, as reaction products remain Na + , sulfate (dissolved in water), metal hydroxides and sulfides (as a solid). These substances occur naturally in orebodies and aquifers.
Das wassergefüllte Hohlraumsystem (gefluteter Grubenbau) stellt einen Reaktor mit hoher Sedimentkapazität und ausreichend langen Verweilzeiten dar. Dabei könnten auch umliegende Grundwasserleiter in die In-situ-Behandlung einbezogen werden. Eingriffsmöglichkeiten zur Prozessbeeinflussung sind über die natürlich vorhandenen hydraulischen Verbindungen, technisch hergestellte Zugänge, Abgänge und Injektionsvorrichtungen gegeben.The water-filled cavity system (flooded mine) represents a reactor with high sediment capacity and sufficiently long residence times. In the process, surrounding aquifers could also be included in the in-situ treatment. Intervention options for influencing the process are provided by the naturally existing hydraulic connections, technically produced access points, outlets and injection devices.
Mit Hilfe des beschriebenen Verfahrens werden erhebliche umweltrelevante, technisch/technologische und ökonomische Vorteile gegenüber bekannten Verfahren erzielt. Diese Vorteile bestehen darin:
- – gezielte und kostengünstige In-situ-Behandlungen und In-situ-Sanierungen der Schadherde werden durchgeführt
- – bereits mobilisierte Schadstoffe in kontaminierten Grundwässern werden immobilisiert
- – die hydro- und geochemischen Milieubedingungen in Richtung vorbergbaulicher Bedingungen werden aktiv entwickelt, also pH-Wertanhebung und Redoxpotentialsenkung, so dass fortschreitende Mobilisierungen von Schadstoffen unterdrückt werden
- – durch die chemisch induzierten Veränderungen des hydro- und geochemischen Milieus in Richtung neutraler, intermediärer Verhältnisse wird die mikrobiologisch katalysierte Sulfatreduktion gefördert (Forcierung natürlicher Selbstreinigungsprozesse)
- – langfristige, kostenintensive Maßnahmen nach dem Stand der Technik werden zeitlich begrenzt oder vermieden
- – Entsorgung und Deponierung werden eingespart.
- - Targeted and cost-effective in-situ treatments and in-situ remediation of the pests are carried out
- - already mobilized contaminants in contaminated groundwaters are immobilized
- - The hydro and geochemical environmental conditions towards mining conditions are actively developed, ie pH increase and redox potential reduction, so that progressive mobilizations of pollutants are suppressed
- - The chemically induced changes of the hydro- and geochemical environment in the direction of neutral, intermediate conditions promote the microbiologically catalyzed sulfate reduction (promotion of natural self-cleaning processes)
- - Long-term, cost-intensive measures according to the prior art are limited in time or avoided
- - Disposal and landfill are saved.
Ausführungsbeispielembodiment
Das Ausführungsbeispiel beschreibt einen Pilotversuch der verfahrensgemäßen Behandlung von saurem, stark oxidierendem Flutungswasser einer untertägigen Grube. Nach Beendigung des Laugungsbergbaus auf Uran wird die Grube seit mehreren Jahren kontrolliert geflutet. Das hydrochemische Milieu des Flutungswassers ist bis jetzt sauer und oxidierend. Eine natürliche Abnahme der Schadstoffkonzentrationen im Flutungswasser erfolgt nur noch sehr langsam durch Verdünnung und Auswaschung. Das Flutungswasser wird derzeit vollständig gefasst und in einer konventionellen Wasserbehandlungsanlage anlagen-, kosten- und personalaufwändig gereinigt. Entsprechend vorliegender Prognosen sinken die Schadstoffkonzentrationen im Flutungswasser nur sehr langsam, so dass erhebliche Aufwendungen über viele Jahre für die Wasserbehandlung erwartet und veranschlagt werden.The exemplary embodiment describes a pilot experiment of the method according to the treatment of acid, strongly oxidizing flooding water of an underground pit. After completion of the leaching mining on uranium, the pit has been flooded in a controlled manner for several years. The hydrochemical environment of the flooding water is so far sour and oxidizing. A natural decrease of the pollutant concentrations in the flooding water takes place only very slowly by dilution and leaching. The flooding water is currently completely captured and cleaned in a conventional water treatment plant, costly and labor-intensive. According to available prognoses, the pollutant concentrations in the flooding water sink only very slowly, so that considerable Expenses over many years for water treatment are expected and estimated.
Der Pilotversuch wird in einer Säule, die mit Sandsteinbruchstücken zwischen 5 mm und 22 mm Größe aus der Grube gefüllt ist, durchgeführt. Die 10,7 m lange Säule mit einem Gesamtvolumen von 1,3 m3 ist mit saurem oxidierenden Flutungswasser aus der Grube aufgefüllt. Die Durchströmung der Säule erfolgt unter gesättigten Bedingungen. Das unbehandelte Flutungswasser ist durch folgende Parameter gekennzeichnet:
- – pH-Wert 2,77
- – Redoxpotential 720 mV
- – Leitfähigkeit 1,7 mS/cm
- – Uran 9,7 mg/l
- – Radium-226 9,3 Bq/l
- – Eisen 52 mg/l
- – Aluminium 16,6 mg/l
- – Zink 7140 μg/l
- – Cobalt 180 μg/l
- – Nickel 370 μg/l
- – Cadmium 60 μg/l.
- - pH 2.77
- - Redox potential 720 mV
- - Conductivity 1.7 mS / cm
- - uranium 9.7 mg / l
- - Radium-226 9.3 Bq / l
- - Iron 52 mg / l
- - Aluminum 16.6 mg / l
- - Zinc 7140 μg / l
- - Cobalt 180 μg / l
- - Nickel 370 μg / l
- - Cadmium 60 μg / l.
Für die Versuchsdurchführung werden für die Verweilzeit des Flutungswassers in der Säule die Bedingungen in der gefluteten Grube berücksichtigt. Der Volumenstrom durch die Säule ist auf ca. 0,33 l/h eingestellt. Damit beträgt die mittlere Verweilzeit des konditionierten Flutungswassers in der Säule ca. 80 Tage.For the experiment, the conditions in the flooded pit are taken into account for the residence time of the flooding water in the column. The volume flow through the column is set at approx. 0.33 l / h. Thus, the average residence time of the conditioned flooding water in the column is about 80 days.
Dem Volumenstrom und der Flutungswasserzusammensetzung angepasst, erfolgt die Dosierung von Natriumhydroxid (NaOH) und Natriumsulfit (Na2SO3) zum Flutungswasser vor der Zuführung in die Säule. Die Aufgabemenge des Natriumhydroxids mit einer Konzentration von 4 g/l erfolgt pH-Wert gesteuert, durchschnittlich wird ein konstanter Volumenstrom von 0,019 l/h dem Flutungswasserstrom zugeführt. Das Natriumsulfit wird in destilliertem Wasser gelöst, mit einer konstanten Konzentration von 1,4 g/l und einem konstanten Volumenstrom von 0,037 l/h dem Aufgabestrom zugegeben.Adjusted to the volume flow and the flooding water composition, the metered addition of sodium hydroxide (NaOH) and sodium sulfite (Na 2 SO 3 ) to the flooding water before feeding into the column. The feed quantity of the sodium hydroxide with a concentration of 4 g / l is controlled by pH, on average a constant volume flow of 0.019 l / h is supplied to the flooding water stream. The sodium sulfite is dissolved in distilled water, added to the feed stream at a constant concentration of 1.4 g / l and a constant volume flow of 0.037 l / h.
Das mit Natriumhydroxid und Natriumsulfit versetzte Flutungswasser wird über ein Aufgabedosiersystem in die Säule aufgegeben. Über die Fließstrecke der Säule sind mehrere Beprobungsstellen für das durchströmende Wasser angeordnet. Am Auslauf der Säule wird das austretende Wasser gesammelt.The flooded water mixed with sodium hydroxide and sodium sulfite is added to the column via a metered dose system. Over the flow path of the column several sampling points for the water flowing through are arranged. At the outlet of the column, the escaping water is collected.
Nach einem Zeitraum von ca. einem Jahr konnten mit dem durchgeführten Pilotversuch folgende wesentliche Ergebnisse am Auslauf der Säule erzielt werden:
- – pH-Wert 5
- – Redoxpotential 400 mV
- – Leitfähigkeit 1,7 mS/cm
- – Uran 0,6 mg/l
- – Radium-226 3,8 Bq/l
- – Eisen < 0,02 mg/l
- – Aluminium < 0,05 mg/l
- – Zink 2300 μg/l
- – Cobalt 90 μg/l
- – Nickel 110 μg/l
- – Cadmium 20 μg/l.
- - pH 5
- - Redox potential 400 mV
- - Conductivity 1.7 mS / cm
- - uranium 0.6 mg / l
- - Radium-226 3.8 Bq / l
- - iron <0.02 mg / l
- - Aluminum <0.05 mg / l
- - Zinc 2300 μg / l
- - Cobalt 90 μg / l
- - Nickel 110 μg / l
- - Cadmium 20 μg / l.
Diese Ergebnisse zeigen sehr eindrucksvoll, dass signifikante Schadstoffabsenkungen im austretendem Wasser erreicht werden konnten. So konnten Cobalt bis 50%, Radium-226, Zink, Nickel und Cadmium von 60% bis 70%, Uran > 90% und Eisen und Aluminium fast 100% gesenkt werden.These results show very impressively that significant reductions in emissions could be achieved in the exiting water. Thus cobalt could be reduced to 50%, radium-226, zinc, nickel and cadmium from 60% to 70%, uranium> 90% and iron and aluminum almost 100%.
Auf der Fließstrecke durch das Gestein werden zudem keine Schadstoffe aus den Sandsteinbruchstücken nachgelöst.In addition, no pollutants are redissolved from the sandstone fragments on the flow path through the rock.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
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- D.-W., In-situ remediation of chromium contaminated groundwater using zero-valent iron, American Chemical Society National Meeting, Anaheim CA/Division of environmental Chemistry, S. 780–783 [0007] D.-W., In situ remediation of chromium contaminated groundwater using zero-valent iron, American Chemical Society National Meeting, Anaheim CA / Division of Environmental Chemistry, pp. 780-783 [0007]
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