Aktenzeichen | 33012/02 |
Abschlussbericht: | |
Projektträger: | BASE TECHNOLOGIES
GmbH
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Telefon: | +49 89 820 80 85-46 |
Internet: | - |
Bundesland: | Bayern |
Beschreibung: | Zielsetzung und Anlass des Vorhabens Die Belastung von Oberflächen- und Grundwasser durch bergbauliche Aktivitäten ist eines der größten und kostspieligsten Umweltprobleme weltweit. Insbesondere die Oxidation sulfidischer Minerale führt zu einer Freisetzung von Eisen, Säure, Sulfat und assoziierten Metall(oid)en in schädlichen Konzentrationen (sog. „Acid Mine Drainage“). Die sukzessive Neutralisation des Grubenwassers führt zur Ausfällung von Eisenhydroxiden (sog. „Verockerung“) und damit zu einer verminderten Nutzbarkeit von Wasserressourcen und einer vollständigen Zerstörung aquatischer Ökosysteme. Ziel des Förderprojektes war die Einführung und Weiterentwicklung eines nachhaltigen und umweltfreundlichen Verfahrens für die Aufbereitung pH-neutralen Grubenwassers. Entscheidender Vorteil im Vergleich zur aktuellen Praxis ist dabei der vollständige Verzicht auf den dauerhaften Einsatz von Energie und Chemikalien, wodurch der ökologische Fußabdruck bei der Nachsorge für bergbauliche Ewigkeitslasten deutlich verringert wird. Der Fokus der Wasseraufbereitung liegt auf der natürlichen, physikalischen und biogeochemischen Immobilisierung des im Bergbau omnipräsenten Eisens. Übergeordnetes Ziel des Projektes war es insofern, durch Optimierung und Einführung einer nachhaltigen Technologie in Deutschland einen Beitrag zu den umwelttechnischen und sozioökonomischen Folgen des aktiven und nachsorgenden Bergbaus zu leisten. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIm Zuge einer Pilotstudie wurden Prozesse und Mechanismen, die zur natürlichen Entfernung der Eisenfracht beitragen, erforscht und quantifiziert. Zu diesem Zweck wurde an einem geeigneten Standort mit bergbautypischer Wasserchemie eine Pilotanlage installiert und hinsichtlich der maßgeblichen Einflussfaktoren überwacht. Das innovative Konzept der Pilotanlage sah neben einem mehrstufigen Aufbau (Absetzbecken, Wetlands, Sedimentfilter) auch drei weitgehend identische, parallele Züge vor, sodass durch gezielte Variation des Volumenstroms bislang fehlende Vergleichsdaten gewonnen wurden. Die unter realen Bedingungen erhobenen Daten erlauben einen numerischen Bezug zwischen Prozesskinetik und Anlagenbemessung. Parallel zur Pilotstudie wurden im Labor ergänzende Säulenversuche zur Untersuchung und Parametrisierung der maßgeblichen, natürlichen Mechanismen zur Entfernung der (partikulären) Eisenfracht durchgeführt. Zwecks Vergleichbarkeit von Labor- und Felddaten wurden die Sedimentationsversuche mit aus der o.a. Pilotanlage entnommenen Eisenhydroxiden durchgeführt. Die Versuche dienten dazu, das Zusammenspiel von Aggregierung und Sedimentation sowie v.a. auch die Limitierung der natürlichen Entfernung der Eisenfracht in Absetzbecken zu erforschen und zu parametrisieren. Ergebnisse und Diskussion Mittels der Pilotanlage konnte die dauerhafte Leistungsfähigkeit und Betriebssicherheit des mehrstufigen passiven Systems demonstriert werden. Die Ergebnisse des Pilotprojektes zeigen eine hervorragende Reinigungsleistung der mehrstufigen Anlage von fast 98%, was mit der am Projektstandort betriebenen, konventionellen Anlage vergleichbar ist. Über die gesamte Laufzeit der Pilotstudie wurde der standortspezifische, strenge Grenzwert für Eisen von 1 mg/L unter realen Bedingungen durchgängig eingehalten bzw. mit im Mittel 0,20(±0,07) mg/L im Ablauf sogar deutlich unterschritten. Neben Eisen wurden auch abfiltrierbare Stoffe, Mangan und Ammonium sowie weitere Spurenstoffe (Arsen, Aluminium) zuverlässig verringert. Somit konnte für das mehrstufige System der Nachweis für Eignung und Betriebssicherheit erbracht werden. Für sekundäre Schadstoffe wie Mangan und Ammonium konnte die Reinigungsleistung im Vergleich zur konventionellen Anlage sogar deutlich verbessert werden. Aufbauend auf den umfangreichen Monitoringdaten und Laborergebnissen wurde ein quantitatives Verständnis der passiven Entfernung von Eisen aus neutralem Grubenwasser abgeleitet und damit der Grundstein für eine wissenschaftlich fundierte Konzipierung und Bemessung passiv-biologischer Systeme gelegt. Dabei handelt es sich um eine im Bereich der Ingenieurökologie typische, konservative Abschätzung der erforderlichen Anlagengröße basierend auf sowohl empirischen Daten als auch daraus abgeleiteten Erkenntnissen der zugrundeliegenden Kinetik. Der Ansatz erlauben nunmehr eine maßgeschneiderte Bemessung der einzelnen Anlagenkomponenten auch bei geringen Konzentrationsniveaus und/oder strengen Ablaufkriterien. Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation Die Ergebnisse und Erkenntnisse aus dem Forschungsprojekt wurden auf Fachtagungen präsentiert und in einschlägigen wissenschaftlichen Organen publiziert. Für das Projekt wurde ein kompakter Abschlussbericht erstellt, der einen Überblick über die wesentlichen Ergebnisse und Erkenntnisse gibt. Fazit Die vorliegend abgeleiteten qualitativen und quantitativen Erkenntnisse zur Konzipierung und Bemessung passiver Systeme gehen deutlich über den etablierten Stand der Technik hinaus. Dies gilt insbesondere für (1.) gering belastete Grubenwässer und (2.) die maßgeschneiderte Bemessung mehrstufiger Systeme auch für strenge Grenzwertniveaus im Bereich der Bergbaunachsorge. Die Vorteile ingenieurökologischer, passiver Technologien für Klima- und Ressourcenschutz sowie Kostenminimierung liegen v.a. für moderate Schadstoff- und Volumenströme im Rahmen der langfristigen Nachsorge bergbaulicher Ewigkeitslasten auf der Hand und gewinnen für die nachhaltige Wasser-/Gewässerbewirtschaftung im Rahmen der WRRL massiv an Bedeutung. Das größte Anwendungspotential ergibt sich naturgemäß im großflächigen Braunkohletagebau, bei dem infolge des Kohleausstiegs für die kommenden Jahrzehnte mit einem schnell wachsenden Nachsorgebedarf zu rechnen ist. Durch die steigenden Anforderungen an die chemische, biologische und ökologische Wasser- bzw. Gewässerqualität im Rahmen der WRRL ergibt sich jedoch auch für Bergbaualtlasten mit hohem Emissionspotential in historischen Bergbauregionen ein zunehmender Handlungsbedarf. Durch passive Technologien kann insofern im Bereich der langfristigen Bergbaunachsorge eine wirksame Entlastung der öffentlichen Hand erreicht werden. |
Förderzeitraum: | 03.02.2021 - 03.06.2021 (4 Monate) |
Fördersumme: | 12.217,00 |
Förderbereich: | 10 |
Stichworte: | Oberflächengewässer, Grubenwasser, Tagebau, Braunkohlerevier, Chemische Aufbereitung |
Publikationen: |