DE102017123092A1 - Process for the purification of ground and surface water in the catchment area of coal mines using filter material such as biochar, which is produced by the known methods of pyrolysis or HTC - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von Grund- und Oberflächenwasser in ausgekohlten Tagebauen unter Verwendung von Biokohle, welche als Filter eingesetzt wird.The invention relates to a process for the purification of ground and surface waters in coal mines using biochar, which is used as a filter.
Description
Der hohe Eisen- und Sulfatgehalt ist eine Spätfolge der Stilllegung von Tagebauen.The high iron and sulphate content is a late consequence of the decommissioning of opencast mines.
Vor Jahren brachten die Braunkohlebagger bei abgesenktem Grundwasser die Minerale Pyrit und Markasit ans Tageslicht. Durch den Kontakt mit Sauerstoff zerfielen sie in Eisenhydroxyd und Sulfat. Mit dem ansteigenden Grundwasser in der Bergbaufolgelandschaft werden jetzt Eisenhydroxyd und Sulfat in die Fließgewässer und die Tagebaurestlöcher gespült.Years ago, the lignite excavators brought the minerals pyrite and marcasite to light when the groundwater was lowered. Upon contact with oxygen, they decomposed into iron hydroxide and sulfate. With the rising groundwater in the Bergbaufolgelandschaft now iron hydroxide and sulfate are flushed into the rivers and the open pit residual holes.
Die vorhandenen Belastungen mit Säuren, Eisen, Sulfat und untergeordnet auch einer Reihe von Schwermetallen, wie Arsen und Aluminium, haben ihre Ursache in der Pyrit- und Markasitverwitterung und der damit verbundenen Versauerung.Exposure to acids, ferrous, sulphate, and, in addition, a number of heavy metals, such as arsenic and aluminum, is due to pyrite and marcasite weathering and its associated acidification.
Pyrit und Markasit sind vorwiegend als Beimengungen in den tertiären geologischen Schichten zu finden, die in der Lausitz den Hauptteil der Abraummassen bilden, da überwiegend nur geringmächtige quartäre Deckschichten ausgebildet sind. Auch im Mitteldeutschen Revier nehmen die Anteile der tertiären Schichten in den Abraummassen von Süd nach Nord zu. Unabhängig davon sind insbesondere die Kippen- und Haldenbereiche aufgrund der inhomogenen Verstürzung der Abraummassen auch im Mitteldeutschen Revier durch eine starke Tendenz zur Versauerung und als Sulfat- und Eisenquelle gekennzeichnet.Pyrite and marcasite are predominantly to be found as admixtures in the tertiary geological strata, which form the main part of the excavated masses in Lusatia, since predominantly only low-grade quaternary cover layers are formed. In the Central German area, too, the proportions of the tertiary strata in the roughage masses are increasing from south to north. Regardless of the particular tilting and dump areas are characterized in the Central German area by a strong tendency to acidification and as sulfate and iron source due to the inhomogeneous increase in the Abumummassen.
Diesem Phänomen der Versauerung und Verockerung bei ausgekohlten Tagebauen will die diesseitig genannte Erfindung entgegensteuern.This phenomenon of acidification and hardening in coal mines will be counteracted by this invention.
Erfindungsgemäß liegt die Aufgabe darin begründet, ein Verfahren zur Reinigung von Grund- und Oberflächenwasser unter Verwendung von hochporösem, nach bereits bekannten Verfahren der Pyrolyse bzw. HTC hergestelltem Filtermaterial zu finden, wobei die Anwendung von Biokohle als Filtermaterial ausgeführt wird.According to the invention, the object is to find a method for the purification of groundwater and surface water using highly porous, produced by already known methods of pyrolysis or HTC filter material, wherein the application of biochar is carried out as a filter material.
Der Patentanspruch 1 wird wie folgt ausgeführt:
„Verfahren zur Reinigung von Grund- und Oberflächenwasser in ausgekohlten Tagebauen unter Verwendung von Biokohle, welche als Filter eingesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Zufluss des Grund- und Oberflächenwassers eine Filterung in Form von Biokohle zwischengeschaltet wird und nach Sättigung der Biokohle ein Austausch dieser stattfindet und somit Eisenhydroxyd mit der Biokohle gefiltert wird und nicht belastetes Grund- und Oberflächenwasser als Unterlauf weitergeleitet wird.”The patent claim 1 is carried out as follows:
"Process for the purification of ground and surface water in coal mines using biochar, which is used as a filter, characterized in that between the inflow of groundwater and surface water filtering in the form of biochar is interposed and after saturation of the biochar an exchange this takes place and thus iron hydroxide is filtered with the biochar and non-polluted groundwater and surface water is forwarded as an underflow. "
Die besonderen physikalischen Eigenschaften der Biokohle, insbesondere ihre große und hochporöse Oberfläche, veranlassen die technische Lösung dahingehend, dass die Eigenschaft der Biokohle als Filtermaterial geeignet ist.The special physical properties of biochar, in particular its large and highly porous surface, cause the technical solution to the effect that the property of biochar is suitable as a filter material.
Die Gewinnung von Biokohle ohne Flächeninanspruchnahme erfolgt durch die Verwendung des Baum- und Strauchaufwuchses in den Tagebaurestlöchern, welche dem Flutungsprozess unterliegen. Dieses Material wird bereits gewonnen und kann als Biokohlematerial verwendet werden. Weitere Möglichkeiten der Gewinnung von Biomasse ergeben sich aus der Nutzung von Material aus der Forstpflege und Bestandsverjüngung in den Waldbeständen der Rekultivierung sowie aus dem Material von Agro-Forst-Systemen und aus dem Krautungsmaterial von Flüssen und anderer Hauptvorfluter.The extraction of biochar without land use takes place through the use of tree and shrub growth in the opencast mining holes, which are subject to the flooding process. This material is already recovered and can be used as biochar material. Further biomass production possibilities arise from the use of forest management material and stock rejuvenation in forest reclamation stocks, as well as agro-forestry material and from the herringbone material of rivers and other main receiving waters.
Des Weiteren ist es möglich, aus Baum-, Strauch- und Rasenschnitt aus der privaten und kommunalen Bestandspflege die entsprechende Gewinnungsmöglichkeit von Biokohle zu aktivieren. Die dafür benötigten Anlagen sind vorhanden. Es sollte sich aber um dezentrale Anlagen handeln, um unmittelbar neben der anfallenden Biomasse die Biokohle herzustellen.Furthermore, it is possible to activate the appropriate extraction of biochar from tree, shrub and grass clippings from private and municipal management. The required equipment is available. However, they should be decentralized plants in order to produce the biochar directly next to the resulting biomass.
Der Einsatz von Biokohle zur Reinigung von eisenhydroxydbelastetem Grund- und Oberflächenwasser ist neu bzw. nicht vorbekannt. Das seit Jahren bestehende Problem der Gewässerbelastung durch Eisenhydroxyd und Sulfat lässt sich durch die enorme Filterwirkung von Biokohle bereinigen, wenn diese als Filter von dem Grund- und Oberflächenwasser durchflossen wird.The use of biochar for the purification of iron-hydroxide contaminated groundwater and surface water is new or not previously known. The problem of water pollution due to iron hydroxide and sulphate, which has existed for many years, can be remedied by the enormous filtering effect of biochar, if it is passed through as a filter by the groundwater and surface water.
Die technologischen Verfahren reichen von Bodenfiltern nach dem Prinzip der Schlitzwand, wie in dem Patentanspruch 1 beschrieben, die vom Grundwasser durchströmt wird, bis zu Filteranlagen in offenen Gewässern. Auch die Kombination mehrerer Verfahren, zum Beispiel mit Drainung, ist möglich.The technological methods range from soil filters according to the principle of the diaphragm wall, as described in the patent claim 1, which is traversed by the groundwater, to filter systems in open waters. It is also possible to combine several processes, for example with drainage.
Für die Verfahrensanwendung wird eine große Menge von Biokohle benötigt, welche nach den bekannten Verfahren der Carbonisierung oder Pyrolyse hergestellt wird.For the process application, a large amount of biochar is needed, which is prepared by the known methods of carbonization or pyrolysis.
In der Herstellung einer technologischen Einheit zwischen
- – Biomasseanfall,
- – standortnaher, dezentraler Anlagen der Carbonisierung aus der Biomasse und
- – Verwendung der Biokohle als Wasserfilter
- - biomass attack,
- - Local, decentralized carbonization plants from biomass and
- - Use of biochar as a water filter
Die belastete Biokohle als Filtermaterial kann nachfolgend in einem Kompostierungsprozess mit Pflanzennährstoffen angereichert werden. Damit wäre der gesamte Kohlenstoff des Ausgangsmaterials dauerhaft im Boden als CO2-Senke gebunden und ein kleiner Beitrag gegen den Klimawandel geleistet.The contaminated biochar as filter material can subsequently be enriched in a composting process with plant nutrients. Thus, the entire carbon of the starting material would be permanently bound in the soil as CO 2 sink and made a small contribution to climate change.
Die
Nach der Sättigung der Biokohle mit Eisenhydroxyd wird die Biokohle
Durch die hohe Filtereigenschaft der Biokohle
Im offenen Fließgewässer wird dagegen ein Filterkorb, der dem Grabenprofil angepasst und ebenfalls mit Biokohle gefüllt ist, eingebracht. Ein minimaler Anstau, als Überlauf oder Grundablass, leitet das Grabenwasser durch den Filter. Diese Konstruktion ist gegebenenfalls kaskadenförmig im weiteren Grabenverlauf zu wiederholen. Somit wird nicht belastetes Grund- und Oberflächenwasser in den See
In der
Die
In der
Aus der
Durch Auswechslung des jeweiligen Filtermaterials der Biokohle nach Sättigung mit dem Eisenhydroxyd entsteht ein Eisenhydroxydschlamm, welcher nachhaltig weiter verwertet werden kann. Eisenhydroxyd (EHS) wird einer thermischen Behandlung unterzogen und letztendlich als Produkt und Zusatzstoff für den Straßenbau verwendet. In einem ersten Verfahrensschritt wird das Eisenhydroxyd zunächst entwässert und getrocknet. Nach der Trocknung erfolgt die thermische Behandlung des Materials unter hohen Temperaturen, die mit Biokohle zu erreichen sind. Dabei verflüssigt sich das pulverförmige Material und wird zur Schlacke.By replacing the respective filter material of the biochar after saturation with the iron hydroxide, an iron hydroxide sludge is formed, which can be sustainably recycled further. Iron hydroxide (EHS) undergoes a thermal treatment and is ultimately used as a product and additive for road construction. In a first process step, the iron hydroxide is first dehydrated and dried. After drying, the material is subjected to thermal treatment at high temperatures, which can be achieved with biochar. The powdered material liquefies and becomes slag.
Die Herstellung von Biokohle aus biogenen Abfallstoffen über das Pyrolyseverfahren ergibt als Endprodukt die so genannte Pyrokohle, die über einen physikalisch-chemischen Vorgang bei 350 bis 600°C bei sauerstoffarmer Verbrennung entsteht. Nachfolgend wird sie als Biokohle benannt. Bei der hydrothermalen Carbonisierung wird bei 20 bar und 250°C eine kohlenstoffreiche, schlammige Masse gefiltert, getrocknet und als HTC-Kohle gewonnen. Beide Kohlen, zusammenfassend als Biokohlen bezeichnet, besitzen annähernd die gleichen Filtereigenschaften, welche dem Patentanspruch unterliegen.The production of biochar from biogenic waste materials via the pyrolysis process results in the so-called pyrocarbon, which results from a physico-chemical process at 350 to 600 ° C with low-oxygen combustion. Subsequently, it is named as biochar. In the hydrothermal carbonization, a carbon-rich, muddy mass is filtered at 20 bar and 250 ° C, dried and recovered as HTC coal. Both coals, collectively referred to as biochars, have approximately the same filter properties, which are subject to the claim.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Filterschachtfilter shaft
- 22
- Biokohlebiochar
- 33
- Grundwassergroundwater
- 44
- Seelake
- 55
- BiokohleherstellungBiokohleherstellung
- 66
- Baumwuchsforest cover
- 77
- Stauanlagedam
- 88th
- Biofilterbiofilter
- 1010
- Betonprofilconcrete profile
- 1212
- Unterlaufunderflow
- 1414
- angestauter Oberlaufaccumulated upper reaches
Claims (1)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/DE2018/100827 WO2019068289A1 (en) | 2017-10-05 | 2018-10-04 | Method for purifying ground and surface water in the zone around exhausted open pit mines, using filter material such as biochar which is produced according to known methods of hydrolysis or htc |
DE112018005539.6T DE112018005539A5 (en) | 2017-10-05 | 2018-10-04 | METHOD FOR CLEANING BASE AND SURFACE WATER IN THE INPUT AREA OF CARBONED CABINET WITH THE USE OF FILTER MATERIALS LIKE BIOCOAL, WHICH IS USED BY THE KNOWN METHODS OF PYROLYSIS OR. HTC IS MADE |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102016118869 | 2016-10-05 | ||
DE102016118869.7 | 2016-10-05 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102017123092A1 true DE102017123092A1 (en) | 2018-04-05 |
Family
ID=61623703
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102017123092.0A Withdrawn DE102017123092A1 (en) | 2016-10-05 | 2017-10-05 | Process for the purification of ground and surface water in the catchment area of coal mines using filter material such as biochar, which is produced by the known methods of pyrolysis or HTC |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102017123092A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102021105209A1 (en) | 2020-03-05 | 2021-09-09 | Aquasust Gmbh & Co. Kg | Process for the production of a substrate for the needs-based, extensive application on agricultural areas and recultivation areas |
DE102019106384B4 (en) | 2019-03-13 | 2022-12-15 | Aquasust Gmbh & Co. Kg | Process for the manufacture of a seed coating product |
-
2017
- 2017-10-05 DE DE102017123092.0A patent/DE102017123092A1/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE102019106384B4 (en) | 2019-03-13 | 2022-12-15 | Aquasust Gmbh & Co. Kg | Process for the manufacture of a seed coating product |
DE102021105209A1 (en) | 2020-03-05 | 2021-09-09 | Aquasust Gmbh & Co. Kg | Process for the production of a substrate for the needs-based, extensive application on agricultural areas and recultivation areas |
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|
R082 | Change of representative |
Representative=s name: HASCHICK, GERALD, DIPL.-ING. FACHING. F. SCHUT, DE |
|
R118 | Application deemed withdrawn due to claim for domestic priority |