DE19647901A1

DE19647901A1 - Verfahren zur Verhinderung oder Verminderung des Austrages von Schadstoffen aus Deponien

Info

Publication number: DE19647901A1
Application number: DE1996147901
Authority: DE
Inventors: Jan Burmeister
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-11-20
Filing date: 1996-11-20
Publication date: 1998-06-25
Anticipated expiration: 2016-11-21
Also published as: DE19647901C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verhinderung oder Verminderung des Austrages von Schadstoffen aus Deponien, insbesondere Deponien und Altab lagerungen, bei denen die Ablagerungskörper mit Wasser bedeckt sind oder mit Wasser bedeckt werden sollen. In einem wichtigen Anwendungsfall geht es um die Verhinderung oder Verminderung des Austritts von Ammoniak in gasförmiger oder gelöster Form.

Zur Deponierung von Aschen, Schlämmen, Abprodukten und anderen Abfällen wurden oftmals vom Bergbau hinterlassene Hohlformen in der Landschaft genutzt, z. B. Tagebaurestlöcher. In vielen Fällen ist dabei eine Deponierung der genannten Stoffe in einer Weise erfolgt, die heutigen Ansprüchen an den Schutz des Grund wassers und anderer Schutzgüter nicht gerecht wird. Oftmals ist der Fall zu beob achten, daß Ablagerungskörper in die bergbauliche Hohlform verbracht wurden, als noch Sümpfungsmaßnahmen zur Wasserhaltung betrieben und der Grund wasserspiegel somit künstlich niedrig gehalten wurde.

Nach Beendigung des Verbringens der Stoffe wurden die Sümpfungsmaßnahmen eingestellt, der Grundwasserspiegel stellt sich auf ein wesentlich höheres neues Niveau ein und setzt den Ablagerungskörper oder Teile davon unter Wasser. Wenn die abgelagerten Stoffe Substanzen enthalten, die wasserlöslich oder mit Wasser transportierbar sind und eine nachteilige Veränderung der Eigenschaften des Grundwassers oder anderer Gewässer besorgen lassen, besteht oftmals Anlaß, Sanierungsmaßnahmen für den Ablagerungskörper vorzusehen.

Für derartige Sanierungsmaßnahmen an "normalen" Deponien (d. h. solchen, die nicht in bergbaulichen Hohlformen angelegt/abgelagert wurden) und anderen kontaminierten Standorten sind sehr verschiedenartige Ansätze bekannt. So kann man versuchen, den Ablagerungskörper nachträglich gegenüber seiner Umgebung abzudichten, um damit den Transport von Stoffen durch strömendes Sickerwasser aus dem Ablagerungskörper in die Umgebung zu unterbinden. Für diesen Zweck sind Spund-, Schmal- und Schlitzwandverfahren, Unterfahrungen und Untergrund injektagen bekannt.

Einige dieser Verfahren arbeiten neben der reinen Dichtungsschicht aus wasser undurchlässigem Material auch noch mit zusätzlichen Filterschichten, die in dem Rest-Sickerwasserstrom, der die Dichtungsschicht durchdringen kann, eine weitere Verminderung der Schadstoff-Frachten bewirken soll (siehe DE 35 05 076 A1, DE 36 16 380 A1, DE 37 17 884 A1, DE 40 05 839 A1, DE 43 13 931 A1).

Speziell im Fall einer Ablagerung in einer offenen bergbaulichen Hohlform unter den Randbedingungen eines Grundwasserzustroms aus dem benachbarten Gebirge und eines großen hydraulischen Potentialgefälles sind jedoch Situationen anzutreffen, bei denen eine vollständige Einkapselung/Umschließung des Ablagerungskörpers, besonders seine horizontale Abdichtung an der Deckfläche, auf Probleme stößt, da sich durch die großen hydraulischen Potentialunterschiede zwischen Wasserstän den im benachbarten Gebirge und der gesümpften Hohlform Liegenddrücke unter dieser horizontalen Dichtung aufbauen würden, die zu einer schnellen Zerstörung derselben führen (sog. Liegenddurchbruch oder hydraulischer Grundbruch) und damit die Unwirksamkeit der Dichtungsschicht bewirken würden.

Von spezieller Relevanz ist das Problem des Auswaschens oder Austrages von Schadstoffen aus Deponien in bergbaulichen Hohlformen dann, wenn in einer nur teilverfüllten bergbaulichen Hohlform über dem Ablagerungskörper eine Flutung mit Wasser erfolgen soll, um so einen See oder ein anderes Oberflächengewässer entstehen zu lassen.

Ziel der Erfindung war es daher, daß ein See vor einem Schadstoffeintrag aus dem am späteren Seegrund gelegenen Ablagerungskörper geschützt werden muß, um eine bestimmte Mindestwassergüte im See gewährleisten zu können.

Deshalb bestand die Aufgabe darin, ein Verfahren zu entwickeln, den Austritt von Schadstoffen aus der Deponie bzw. dem Ablagerungskörper durch geeignete Maßnahmen zu verhindern oder zu vermindern.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß man die Deponie bzw. den Ablagerungskörper vollständig oder teilweise mit einer Filterschicht umgibt, die selektiv die Schadstoffe zurückhält oder deren Weitertransport verzögert, andere Stoffe aber passieren läßt.

Unter einer Deponie sind in diesem Zusammenhang sowohl in Betrieb befindliche oder bereits stillgelegte Anlagen zur Abfallentsorgung zu verstehen, als auch kontaminierte Standorte, z. B. von Industrieanlagen oder von nicht mehr genutzten militärischen Einrichtungen.

Der Ablagerungskörper ist der spezielle Teil der Deponie, der ein abgrenzbarer Bereich der Erdkruste ist, der durch Schadstoffe verunreinigt ist. Das können abge lagerte Abfälle in ortsfesten Abfallentsorgungsanlagen, in den Untergrund versickerte Schadstoffe aus Lagerbereichen wassergefährdender Stoffe u. a. sein.

Die Filterschicht soll hydraulisch durchlässig sein, d. h. die strömenden Flüssigkeiten (in der Regel Wasser) passieren lassen, jedoch die mit der Flüssigkeit transportier ten Schadstoffe zurückhalten. Dabei ist es unerheblich, auf welchen physikalischen, chemischen oder biologischen Prinzipien dieser Rückhalt der Schadstoffe basiert. Es kommen zu diesem Zweck zum Beispiel alle Adsorptionsmittel in Frage, die eine Rückhaltung bestimmter Stoffe durch sorptive Prozesse ermöglichen. Grundgedanke ist hierbei, daß nicht jeder Flüssigkeitsaustrag aus dem Ablagerungskörper unterbunden werden muß, sondern nur der Austrag von in der Flüssigkeit gelösten oder mit der Flüssigkeit transportierten Schadstoffen.

Die Filterschicht sollte eine solche Schichtdicke haben, daß sie die in der Deponie bzw. dem Ablagerungskörper enthaltenen Schadstoffe beim Austreten vollständig aufnehmen kann. Dabei berechnet man die notwendige Schichtdicke nach der ge wünschten bzw. notwendigen Rückhaltekapazität für die Schadstoffe, die durch geeignete Erkundungsmaßnahmen des Ablagerungskörpers (Feststellung von Art, Konzentration und Gesamtmasse der Schadstoffe) zu ermitteln ist. So wird die insgesamt zurückzuhaltende Schadstoffmenge festgestellt und anschließend aus der Schüttdichte und der nutzbaren Kapazität des Materials der Filterschicht die notwendige Schichtdicke ermittelt. Zweckmäßig bestimmt man die nutzbare Kapazität des zu verwendenden Materials der Filterschicht in Vorversuchen unter realen Bedingungen, also mit den Flüssigkeiten aus dem Ablagerungskörper.

Zweckmäßig wird über und/oder unter der Filterschicht eine wasserdurchlässige Schicht aus rolligem Material angeordnet. Dazu eignet sich beispielsweise Kies, also für Flüssigkeiten gut durchlässiges Material. Diese Schicht dient u. a. auch der Schaffung weitgehend einheitlicher Druck- und Strömungsverhältnisse unter der später aufzutragenden Filterschicht; sie hat Sauberkeits-, Ausgleichs- und Drainage funktionen. Auf diese Schicht aus rolligem Material bringt man die Filterschicht in geeigneter Körnung und Schichtdicke auf.

Erfindungsgemäß wird die Deponie bzw. der Ablagerungskörper durch die Filter schicht vollständig oder teilweise umgeben. Eine übliche und zweckmäßige Aus führungsform besteht darin, daß die Deponie bzw. der Ablagerungskörper horizontal durch die Filterschicht bedeckt wird.

Die Schadstoffe können in Wasser gelöst sein oder mit dem Wasser transportiert werden.

Ein bevorzugter Anwendungsfall liegt vor, wenn die Schadstoffe gasförmiger und/ oder in Wasser gelöster Ammoniak, insbesondere in Form gelöster Ammonium ionen, sind.

Zu beseitigende Schadstoffe können aber auch Phenole oder phenolische Verbindungen oder Mineralölphasen sein.

Handelt es sich bei dem zurückzuhaltenden Schadstoff um Ammoniumionen, die durch einen Wasserzustrom aus dem Ablagerungskörper ausgewaschen (entweder allein oder gemeinsam mit anderen Stoffen) und in den See oder in ein anderes Gewässer eingetragen werden, so ist zur Schadstoffrückhaltung in der Filterschicht prinzipiell jeder Stoff geeignet, welcher selektiv die Ammoniumionen zurückhält, andere (unschädliche) Stoffe jedoch mehr oder weniger ungehindert passieren läßt.

Für diesen Zweck sind besonders Filterschichten aus natürlich vorkommenden oder künstlich erzeugten Oxiden oder Mischoxiden aus Silizium und/oder Aluminium geeignet.

Als Oxide oder Mischoxide kommen vorzugsweise anorganische Ionenaustauscher in Frage, die eine Selektivität für das Ammoniumion besitzen. Als solche Ionenaus tauscher werden vorzugsweise Zeolithe gewählt, die entweder als natürliche Mineralien bergmännisch gewonnen werden oder die künstlich durch Synthese prozesse erzeugt werden.

Als für Ammoniumionen besonders geeigneter Zeolith kommt insbesondere der natürlich vorkommende Zeolith Clinoptilolith in Frage.

Geeignet sind auch die synthetischen Zeolithe F und W (DE 21 56 471). Bei den organischen Polymeren gibt es ebenfalls Ionenaustauscher mit spezieller Selektivi tät für das Ammoniumion.

Obwohl die grundsätzliche Eignung dieser Ionenaustauscher für die Entfernung von Ammoniumionen bekannt ist, war nicht vorauszusehen, daß eine Filterschicht unter den natürlichen Bedingungen einer Deponie für diesen Zweck geeignet ist.

Ein bevorzugtes Material für die Filterschicht ist auch Aktivkohle; sie ist insbesondere zur Beseitigung von Phenolen und phenolischen Verbindungen geeignet.

Ein spezieller Anwendungsfall des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt vor, wenn keine vollständige Zurückhaltung von Schadstoffen notwendig oder gewünscht ist, sondern lediglich eine kontrollierte Freisetzung oder zeitliche Verzögerung des Übertritts des Schadstoffs in den See oder ein anderes Gewässer. Dies ist speziell dann sinnvoll, wenn der See vom Typ her ein durchströmtes Gewässer ist, also ein kontinuierlicher Austrag von Seewasser und damit auch des Schadstoffes möglich ist. In diesem Fall kann man die Filterschicht keilförmig aufbauen und somit er reichen, daß nach und nach Schadstoffe in den See eintreten können und dann durch den Abfluß kontinuierlich ausgetragen werden. Den Schadstoffübertritt kann man dabei so gestalten, daß eine akzeptable Wasserqualität im See und im Vor fluter gewährleistet wird.

Die beschriebenen Verhältnisse sind beispielhaft in den beigefügten Fig. 1 und 2 dargestellt.

Fig. 1 zeigt den Ausgangszustand einer gesümpften bergbaulichen Hohlform mit einer darin befindlichen Deponie. Die Geländeoberfläche (1) senkt sich gegenüber der Umgebung tief ein. Im Inneren der Hohlform befindet sich ein (optionaler) Körper (5) aus bergbaulichem Abraum sowie der Ablagerungskörper der Deponie (6), welcher auf dem Körper (5) aufliegt. Über dem Ablagerungskörper (6) kann sich ein freier, gesümpfter Wasserkörper (7) mit einem Wasserspiegel (11) befinden, dessen konstante Höhe durch Abpumpen von Wasser (12) gesichert werden kann. In der Umgebung der gesümpften Hohlform bildet sich ein Grundwasserströmungsfeld aus, welches in der Regel eine trichterförmige Grundstruktur hat. Die Grundwasserober fläche (2) bewirkt durch ihren Höhenunterschied gegenüber dem gesümpften Wasserspiegel (11) in der Hohlform einen permanenten Grundwasserzustrom zum Innern der Hohlform hin, welcher durch die Potentiallinien (3) und Stromlinien (4) der Grundwasserströmung dargestellt ist.

Fig. 2 stellt die Situation der bergbaulichen Hohlform mit der darin befindlichen Deponie dar, nachdem die in der vorliegenden Erfindung beschriebenen Maßnahmen erfolgt sind. Auf den Ablagerungskörper (6) der Deponie wurde eine Sauberkeits-, Filter- oder Drainageschicht (8) aufgebracht, und auf dieser Schicht ist die eigentliche Filterschicht (9) zur Schadstoffrückhaltung angeordnet. Das verbleibende Volumen der bergbaulichen Hohlform ist mit Wasser aufgefüllt (10), so daß ein See entstanden ist, der hier einen Wasserspiegel (11) nur wenig unter Geländeoberfläche aufweist. Das Grundwasserströmungsfeld hat sich neu geordnet. Die Grundwasseroberfläche (2) hat sich wesentlich höher eingestellt als im gesümpften Ausgangszustand, der See und die Deponie werden nach wie vor durch Grundwasser angeströmt, hier durch Potentiallinien (3) und Stromlinien (4) dargestellt.

Bezugszeichenliste

1

Geländeoberfläche der bergbaulichen Hohlform

2

Oberfläche des Grundwassers

3

Potentiallinie der Grundwasserströmung

4

Stromlinie der Grundwasserströmung

5

Liegend-Kippe (bergbaulicher Abraum), optional

6

Ablagerungskörper (Asche, Schlämme, Abfälle usw.)

7

Wasserkörper mit Zwangswasserhaltung

8

Drainage-Filter-Druckausgleichsschicht aus rolligem Material

9

Filterschicht zur Schadstoffrückhaltung

10

Wasserkörper in der gefluteten bergbaulichen Hohlform

11

Wasserspiegel

12

Abfluß aus der gesümpften bergbaulichen Hohlform (gepumpt)

13

neugeschüttete Böschung, optional

Claims

1. Verfahren zur Verhinderung oder Verminderung des Austrages von Schadstoffen aus Deponien, dadurch gekennzeichnet, daß die Deponie bzw. der Ablagerungs körper mit einer Filterschicht vollständig oder teilweise umgeben wird, die selektiv die Schadstoffe zurückhält oder deren Weitertransport verzögert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterschicht eine solche Schichtdicke erhält, daß sie die in der Deponie bzw. im Ablagerungskörper enthaltenen Schadstoffe beim Austreten vollständig aufnehmen kann.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß über und/oder unter der Filterschicht eine wasserdurchlässige Schicht aus rolligem Material angeordnet ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Deponie bzw. der Ablagerungskörper horizontal durch die Filterschicht bedeckt ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schadstoffe in Wasser gelöst sind oder mit dem Wasser transportiert werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schadstoffe gasförmiger und/oder in Wasser gelöster Ammoniak, insbesondere in Form gelöster Ammoniumionen, sind.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schadstoffe Phenole oder phenolische Verbindungen sind.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Filterschicht ein natürlich vorkommendes oder künstlich erzeugtes Oxid oder Mischoxid aus Silizium und/oder Aluminium zum Einsatz kommt.

9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Filter schicht ein Zeolith verwendet wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6 und 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Filterschicht das Mineral Clinoptilolith verwendet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Filterschicht Aktivkohle zum Einsatz kommt.