DE102007043751A1

DE102007043751A1 - Verfahren zur Einstellung des pH-Wertes von Gewässern

Info

Publication number: DE102007043751A1
Application number: DE200710043751
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Rabe; Christopher Dr.-Ing. Pust; Günter Scholz; Helma Honig; Wolfrath König
Original assignee: Rheinkalk GmbH
Current assignee: Rheinkalk GmbH
Priority date: 2007-09-13
Filing date: 2007-09-13
Publication date: 2009-03-19
Also published as: UA100524C2

Abstract

Ziel und Aufgabe der Erfindung bestehen darin, eine kostengünstige Möglichkeit auf der Grundlage der Inlake-Konditionierung saurer Gewässer zu finden, nach der Neutralisationsmittel mit hohem Stoffumwandlungsgrad zur Anwendung gelangen und die Kosten der Seewasserbehandlung bedeutend gesenkt werden können. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die pH-Wertanhebung mehrstufig erfolgt und dabei die Konzentration der jeweils eingesetzten Neutralisationsmittelsuspensionen pH-wertabhängig eingestellt wird und/oder der Einsatz in Abhängigkeit ihrer ermittelten definierten Auflösegeschwindigkeit pH-wertabhängig erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur pH-Wert-Anhebung saurer und offener Gewässer, insbesondere auf Tagebaurestseen mit einem Wasservolumen von > 500.000 m³.
In der Folge des Bergbaus insbesondere bei Nutzung der sogenannten Tagebautechnologie in Verbindung sehr leistungsfähiger Förderbrücken und Schaufelrad- sowie Eimerkettenbagger entstehen Hohlräume in der genutzten Landschaft, die sich nach und nach mit Grund- und Oberflächenwasser füllen. In vielen Fällen wird durch das wieder aufgehende Grundwasser sowie die damit verbundenen geologischen und chemischen Bedingungen im neu geschaffenen Deckgebirge eine Seenlandschaft kreiert, die durch extrem saure Wässer gekennzeichnet ist.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, derartig saure Wässer mittels sogenannter Grubenwasserreinigungsanlagen (GWRA) zu behandeln, um vor der Anbindung an die Vorflut keine Gefährdungen der abströmseitig folgenden Gewässer zuzulassen. Das eigentlich saure Gewässer verbleibt jedoch in diesem Falle über Jahrzehnte in seinem sauren lebensfeindlichen Milieu.
Bekannt sind des Weiteren sogenannte Inlake-Verfahren z. B. in DE 19961243 beschrieben, wo durch Resuspendierung von Kraftwerksaschen die aus der Verbrennung von Braunkohlen stammen, die vorhandene Basenkapazität genutzt wird, um die im See vorhandene Säurekapazität zu neutralisieren. Die Anwendung dieses Verfahrens bleibt jedoch begrenzt auf jene Standorte, die mit derartigen Stoffen im See bzw. in unmittelbarer Nähe ausgestattet sind. Dies betrifft auch Ablagerungen anderer alkalisch wirkender Stoffe bzw. Stoffgruppen.
Des Weiteren ist ein Verfahren nach Aktenzeichen DE 103 04 009.9 zur Steuerung der Wasserqualität in offenen sauren Gewässern bekannt, wo unter Nutzung der Inlake-Verfahrenstechnik, Injektor- und Mischtechnik sowie feinkörniger Neutralisationsmittel und intelligenter Verteiltechnik ein hoher Effekt beim Einsatz von Neutralisationsmitteln erreicht wird.
Die gute Vermischung des Neutralisationsmittels und die gute Verteilung der Suspensionen im See reichen jedoch allein nicht aus, um hohe und höchste Wirkungsgrade beim Stoffumsatz und damit bei der Kostenoptimierung solcher Verfahren zu gewährleisten. Auch in den Offenlegungsschriften DE 4124073 A1 und WO 02/16272 A1 sind Verfahren zur Behandlung saurer Wässer beschrieben. Die Anwendung bei größeren Bergbau-Restseen erfordert jedoch einen unverhältnismäßig hohen technisch-ökonomischen Aufwand.
In DE 10 2006 001 929 wird ein Verfahren zur Verbesserung der Wasserqualität von sauren Gewässern beschrieben, nachdem bei in einer ersten Behandlungsstufe bei einem niedrigem pH-Wert ein calcium- oder calcium-/magnesiumhaltiger Einsatzstoff und in einer zweiten Stufe bei einem höheren pH-Wert Natronlauge eingesetzt wird. Bei diesem Verfahren sind insgesamt hohe Produkteinsatzkosten erforderlich.
Ziel und Aufgabe der Erfindung bestehen darin, eine Möglichkeit auf der Grundlage der Inlake-Behandlung saurer Gewässer zu finden, nach der die Kosten der pH-Wertanhebung von sauren Gewässern bedeutend gesenkt werden können. Insbesondere sollen Neutralisationsmittel mit hohem Stoffumwandlungsgrad zur Anwendung gelangen und die Kosten der Seewasserbehandlung bedeutend gesenkt werden können.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe der Erfindung dadurch gelöst, dass zur pH-Wertanhebung von sauren Gewässern der Eintrag von Neutralisationsmittel in suspendierter Form über Verteileinrichtungen in mindestens zwei Stufen derartig vorgenommen wird, dass die Konzentration der jeweils eingesetzten Neutralisationsmittelsuspensionen pH-wertabhängig eingestellt wird und bei niedrigen pH-Werten die Konzentration der Neutralisationsmittelsuspensionen höher eingestellt ist als bei höheren pH-Werten. Erfindungsgemäß wird bei pH-Werten von < 4,5 eine Konzentration von 2 bis 15 Ma.-% und bei pH-Werten von = 4,5 eine Konzentration von 0,05–2 Ma.-% eingestellt.
Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die pH-Wertanhebung mehrstufig erfolgt und dabei die Konzentration der jeweils eingesetzten Neutralisationsmittelsuspensionen pH-wertabhängig eingestellt wird und/oder der Einsatz in Abhängigkeit ihrer ermittelten definierten Auflösegeschwindigkeit pH-wertabhängig erfolgt.
In Versuchen wurde gefunden, dass bei Zugabe von Neutralisationsmittelsuspensionen in Abhängigkeit vom pH-Wert bei gleich bleibender Suspensionskonzentration bei > 2 Ma.-% bei pH-Werten von > 4,5 eine Verringerung des Wirkungsgrades eintritt und damit eine Erhöhung der Produkteinsatzmenge mit steigenden Kosten verbunden ist.
Weiter wurde überraschend gefunden, dass Neutralisationsmittel in Abhängigkeit ihrer ermittelten definierten Auflösegeschwindigkeit pH-wertabhängig einsetzbar sind. Zur Ermittlung einer vergleichbaren Auflösegeschwindigkeit werden 1,5 ml einer 1%igen Neutralisationsmittelsuspension zu 100 ml entionisiertem Wasser gegeben und in diesem wird der zeitliche Verlauf der Leitfähigkeit gemessen. In weiteren Versuchen wurde gefunden, dass Neutralisationsmittel mit niedrigen Endleitfähigkeiten bei niedrigen pH-Werten deutlich höhere Wirkungen erzielen als bei höheren pH-Werten. Erfindungsgemäß wird zur pH-Wertanhebung von sauren Gewässern der Eintrag von Neutralisationsmittel in suspendierter Form stufenartig derartig vorgenommen, dass die Neutralisationsmittel mit niedrigen Endleitfähigkeitswerten bei niedrigeren pH-Werten und Neutralisationsmittel mit hohen Endleitfähigkeitswerten bei höheren pH-Werten eingesetzt werden.
Erfindungsgemäß werden die Neutralisationsmittel die in einer Konzentration von 0,015 Ma.-% in entionisiertem Wasser eine Endleitfähigkeitswert von < 200 μs erreichen, bei pH-Werten von < 4,5 und Neutralisationsmittel, die eine Endleitfähigkeitswert = 200 μs erreichen, bei pH-Werten von > 4,5 eingesetzt.
Bei der Durchführung der Versuche erreichten die ungebrannten feinkörnigen Produkte, wie beispielsweise Kreide, Kalksteinmehl oder Dolomitmehl geringe und Branntkalk, Kalkhydrat oder Magnesiumbranntkalk höhere Auflösegeschwindigkeiten. Mit dem vorgeschlagenen Verfahren können preiswerte ungebrannte Kalkprodukte sehr effizient bei der pH-Wertanhebung eingesetzt werden und gestalten die Behandlungsverfahren kostengünstig.
Die Erfindung soll anhand des folgenden Anwendungsbeispiels näher erläutert werden.
Ein saurer Tagebausee mit einem Volumen von 10 Mio. m³ weist einen pH-Wert von 3,0 und einen Neutralisationsbedarf von 3 mmol/l bis zum Erreichen eines pH-Wertes von 7,0 auf.
Für die erste Behandlungsstufe bis zum Erreichen eines pH-Wertes von 4,5 wird Kalksteinmehl mit einer Körnung von < 90 μm als Suspension in einer Konzentration von 3 Ma.-% eingesetzt. Dabei werden insgesamt 1000 t Kalksteinmehl über eine Verteilanlage in 300 m³/h über 10 Verteilstellen in einem Zeitraum von ca. 115 Betriebsstunden in das Gewässer eingetragen.
Mit der Bewegung der Verteileinrichtung an der Seeoberfläche und der Ausnutzung der wetterbedingten Strömungsvorgänge an der Seeoberfläche durch eine entsprechende Positionierung der Verteileinrichtung wird sicher gestellt, dass keine Überkonzentration von Neutralisationsstoff in bevorzugten Bereichen des Sees eintreten kann und somit immer eine 100% Stoffumwandlung gewährleistet wird.
In einer zweiten Behandlungsstufe werden insgesamt 700 t Kalkhydrat als Suspension in einer Konzentration von 1,5 Ma.-% eingesetzt. Über die gleiche Verteilanlage erfolgt in einem Zeitraum von ca. 160 Betriebsstunden die Behandlung des Gewässers.
Nach der Realisierung des zweistufigen Verfahrens wird der pH-Wert mit 7,0 gemessen und die Säurekapazität in Form des k_S4,3-Wertes beträgt Ca. 1 mmol/l.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19961243 [0004]
- DE 10304009 [0005]
- DE 4124073 A1 [0006]
- WO 02/16272 A1 [0006]
- DE 102006001929 [0007]

Claims

Verfahren zur Verbesserung der pH-Wertanhebung von sauren Gewässern durch Eintrag von Neutralisationsmittel in suspendierter Form über Verteileinrichtungen, dadurch gekennzeichnet, dass die pH-Wertanhebung in mindestens zwei Stufen derartig vorgenommen wird, dass die Konzentration der jeweils eingesetzten Neutralisationsmittelsuspensionen pH-wertabhängig eingestellt wird und bei niedrigen pH-Werten die Konzentration der Neutralisationsmittelsuspensionen höher eingestellt ist als bei höheren pH-Werten. und/oder dass Neutralisationsmittel in Abhängigkeit ihrer ermittelten definierten Auflösegeschwindigkeit pH-wertabhängig erfolgt, wobei die Neutralisationsmittel mit niedrigen Endleitfähigkeitswerten bei niedrigeren pH-Werten und Neutralisationsmittel mit hohen Endleitfähigkeitswerten bei höheren pH-Werten eingesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Neutralisationsmittelsuspensionen bei pH-Werten von < 4,5 eine Konzentration von 2–15 Ma.-% und bei pH-Werten von = 4,5 eine Konzentration von 0,05–2 Ma.-% aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Neutralisationsmittel die in einer Konzentration von 0,015 Ma.-% in entionisiertem Wasser eine Endleitfähigkeitswert von < 200 μs erreichen, bei pH-Werten von < 4,5 und Neutralisationsmittel, die eine Endleitfähigkeitswert = 200 μs erreichen, bei pH-Werten von > 4,5 eingesetzt werden.