DE19647901C2 - Verfahren zur Verhinderung oder Verminderung des Austrages von Schadstoffen aus Deponien - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verhinderung oder Verminderung des Austrages von Schadstoffen aus Deponien.

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 aus dem Ablagerungskörper in die Umgebung zu unterbinden. Für diesen Zweck sind Spund-, Schmal- und Schlitzwandverfahren, Unterfahrungen und Untergrundinjektagen 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 00 915 A1, DE 43 13 931 A1).

Der Stand der Technik, wie er in DE 43 00 915 A1 dargelegt ist, geht davon aus, beim Aufbau mineralischer Kombinationsdichtungen solche Materialien oder Zu­ schlagsstoffe zu verwenden, die organische Substanzen in geeigneter Verteilung enthalten und dadurch insbesondere organische Schadstoffe durch Sorption stark und langfristig zurückhalten sollen. Dabei ist der zentrale Gedanke dieser Systeme immer die Abdichtung des Ablagerungskörpers der Deponie gegenüber seiner Um­ gebung und als zusätzliche, auch in Kombination anwendbare Maßnahme die Ver­ wendung von Sorbentien, die organische Schadstoffe binden sollen. D. h., die möglichst vollständige oder zumindest weitgehende Unterbindung des Grundwasser- bzw. Sickerwasserstromes durch oder aus der Deponie ist zentraler Bestandteil der bisher etablierten Deponieabdichtungssysteme.

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 beim Versuch einer nachträglichen Abdichtung des Ablagerungskörpers gegenüber seiner Umgebung Situationen anzutreffen, bei denen eine vollständige Einkapselung/Umschließung des Ablagerungskörpers, besonders seine horizontale Abdichtung an der Aufstands- und an der Deckfläche, auf Probleme stößt.

Oftmals sind Unterfahrungen großräumiger Deponiekörper zum nachträglichen Einbau von Basisabdichtungen sehr problematisch oder sogar unmöglich. In solchen Fällen kann ein Grundwasserzustrom von der Deponiebasis her nicht unterbunden werden, und die Deponie würde vertikal von unten nach oben durchströmt, wobei Schadstoffe ausgewaschen werden können. Im beschriebenen Fall sind oftmals auch Deponieabdichtungen an der Deckfläche nicht möglich, da sich durch die großen hydraulischen Potentialunterschiede zwischen Wasserständen im benachbarten Gebirge und der gesümpften Hohlform Liegenddrücke unter dieser horizontalen Dichtung aufbauen würden, die zu einer schnellen Zerstörung derselben führen würden (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 dem Ablagerungskörper der Deponie durch geeignete Maßnahmen zu verhindern oder zu vermindern, unter Vermeidung der bei den bisher bekannten Verfahren bestehenden und oben beschriebenen Nachteile.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

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 Schadstoffe durch sorptive Prozesse ermöglichen. Grundgedanke ist hierbei, daß nicht jeder Flüssigkeitsaustrag aus dem Ablage­ rungskörper unterbunden werden muß, sondern nur der Austrag von in der Flüssigkeit gelösten oder mit der Flüssigkeit transportierten Schadstoffen.

Der Vorteil dieser Lösung gegenüber den bisher bekannten Verfahren liegt darin, daß auch bei schwierigen geohydraulischen Verhältnissen in der Umgebung des Ablagerungskörpers (wie oben geschildert) nachträgliche Sanierungsmaßnahmen an bestehenden Deponien durchgeführt werden können.

Die Filterschicht sollte eine solche Schichtdicke haben, daß sie die in dem Ablagerungskörper der Deponie 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. Bei den organischen Polymeren gibt es ebenfalls Ionenaustauscher mit spezieller Selektivität 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. Darin bedeuten

Bezugszeichenliste

• 1. 1 Geländeoberfläche der bergbaulichen Hohlform
• 2. 2 Oberfläche des Grundwassers
• 3. 3 Potentiallinie der Grundwasserströmung
• 4. 4 Stromlinie der Grundwasserströmung
• 5. 5 Liegend-Kippe (bergbaulicher Abraum), optional
• 6. 6 Ablagerungskörper (Asche, Schlämme, Abfälle usw.)
• 7. 7 Wasserkörper mit Zwangswasserhaltung
• 8. 8 Drainage-Filter-Druckausgleichsschicht aus rolligem Material
• 9. 9 Filterschicht zur Schadstoffrückhaltung
• 10. 10 Wasserkörper in der gefluteten bergbaulichen Hohlform
• 11. 11 Wasserspiegel
• 12. 12 Abfluß aus der gesümpften bergbaulichen Hohlform (gepumpt)
• 13. 13 neugeschüttete Böschung, optional

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.

Claims (8)

1. Verfahren zur Verhinderung oder Verminderung des Austrages von Schadstoffen aus Deponien, dadurch gekennzeichnet, daß der Ablagerungskörper der Deponie ohne eine Dichtungsschicht oder Sperrschicht mit einer Filterschicht vollständig oder teilweise umgeben wird, die selektiv die Schadstoffe zurückhält oder deren Weitertransport verzögert, wobei die Grundwasserströmung jedoch nicht oder nur unwesentlich beeinflußt wird.

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

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

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ablagerungskörper der Deponie horizontal durch die Filterschicht bedeckt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Filterschicht ein natürlich vorkommendes oder künstlich erzeugtes Oxid oder Mischoxid aus Silizium und/oder Aluminium zum Einsatz kommt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Filterschicht ein Zeolith verwendet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Filterschicht das Mineral Clinoptilolith verwendet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Filterschicht Aktivkohle zum Einsatz kommt.