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Enclosure und Reaktoren zur in-situ-Neutralisation
von schwefelsauern Bergbauseen


In den mittel- und ostdeutschen Braunkohlenrevieren entstehen mehrere hundert Restseen (TRS) die etwa zur Hälfte der Zahl hoch mineralisiert und stark versauert sind (Gesamtvolumen der TRS 6,6 km³, ph-Wert ca. 2,6). Bisher wurde die Neutralisation der versauerten Seen als chemische Neutralisation durchgeführt.
Die Wissenschaftler der beteiligten Institutionen entwickelten im Labor und Technikumsmaßstab erfolgreich Verfahren zur biologischen Neutralisation der Tagebaurestseen. Diese biologische Neutralisation sichert die erforderliche Nachhaltigkeit für die zukünftige Nutzung der Tagebaurestseen.
Das zu entwickelnde in-situ-Verfahren soll autonom arbeitet (Energieversorgung durch Sonne und Wind) und es soll keine Abfälle erzeugen, da die Reaktionsprodukte durch die biologische Neutralisation in ihren Ursprung zurückgeführt werden.
Für die Überführung dieser Verfahren in die Praxis werden technische Anlagen mit entsprechenden Volumen benötigt. In den zurückliegenden Jahren wurden deshalb
entwickelt und in einem TRS bei Plessa erprobt.



Luftbild der technischen Anlage im TRS 111 Luftbild der technischen Anlage im TRS 111

Mircobiologische Umsetzung Mircobiologische Umsetzung

Prinzipdarstellung Enclosure Prinzipdarstellung Enclosure








Enclosure


Im TRS schwimmende senkrechte Kunststoffwände in Kreisform, welche einen definierten Raum von der Umgebung abgrenzen. Die Hülle besteht aus 2,0 mm starken HD-PE Dichtungsbahnen. Den Auftrieb erzeugen am Umfang angeordnete PE-Rohre d=110 mm. Zur Stabilisierung der Schwimmlage ist am unteren Rand eine Ballastkette angeordnet. Die Abdichtung zum Seegrund erfolgt über eine flexible Schürze. Zur Verankerung sind radial Hahnepots mit Grundgewichten und Schwimmern angeordnet. In der Mitte der Enclosure befindet sich eine schwimmende Plattform, auf welcher die Versorgungseinrichtungen für die Energieversorgung (Solarenergie, Windenergie) inklusive Speicherung sowie die Steuerung der technischen Anlagen montiert sind. Die Reaktionsprodukte aus den Reaktoren werden auf den Grund der Enclosure abgelagert. Die Reaktorsysteme sind am äußeren Umfang der Enclosure montiert und über Stege mit der Plattform in der Mitte verbunden.

Reaktor vor dem Einsetzten in den TRS
Reaktor vor dem Einsetzen in den TRS

Schwimmender Reaktor
schwimmender Reaktor

Reaktoranordnung im TRS Reaktoranordnung im TRS


Reaktoren


Die Reaktoren bestehen aus einem HD-PE Mantel und den inneren senkrechten Füllkörperbehältern. Der Deckel ist abnehmbar. Am oberen Rand des Reaktors sind 4 Schwimmkörper radial angeordnet. Die Schwimmlage des Reaktors wird durch Ballastgewichte am Boden erreicht.
  • Bei den Schwefelreaktoren handelt es sich um 4-Kammerreaktoren, D = 2,50 m, H = 4,50 m.
  • Bei den Eisenreaktoren handelt es sich um 2-Kammerreaktoren, D = 1,50 m, H = 4,00 m.
Jeweils zwei Eisenreaktoren und ein Schwefelreaktor werden zu einer Reaktorkombination zusammengeschaltet. Dabei sind die Reaktoren starr miteinander verbunden, damit ein gleich bleibendes Niveau innerhalb der Reaktorkombination erreicht wird.

Die Entwicklung der in-situ-Anlagen zur Neutralisation von schwefelsauren Bergbauseen stellte technisches Neuland dar. Die gestellte Aufgabe umfasste neben der Entwicklung der Enclosure und der Reaktoren die Zuordnung der erforderlichen Prozesstechnik. Hierbei handelt es sich in erster Linie um Pumpen, Rohr- und Schlauchleitungen mit den entsprechenden Absperrventilen bzw. Rückschlagventilen. Eine besondere Herausforderung ist das stark saure Milieu in den Tagebaurestseen sowie die autonome Versorgung der Anlagen mit Energie und eine Fernsteuerung der Prozesse. Die Entwicklung biologischer Neutralisationsverfahren von schwefelsauren Bergbauseen haben nicht nur ihre Bedeutung für die Braunkohlenreviere in Ost- und Mitteldeutschland. Mineralisierte und versauerte Bergbaurestseen gibt es in allen Tagebaugebieten der Erde, z.B. in Tschechien und Polen, in denen Pyritoxidation in den Abraumkippen stattfindet und dadurch Schwefelsäure in die Restsee eingespült wird.


Beteiligte Institutionen:


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