Eine Kapillarsperre besteht aus zwei Materialschichten, die unter Neigung eingebaut werden. Als Kapillarschicht wird ein Feinsand verwendet, der auf einer feinkiesigen Schicht (Kapillarblock) liegt. Die Abschirmwirkung der Kapillarsperre beruht auf dem deutlichen Porensprung in der Kontaktflaeche von feinem und grobem Material. Infolge Kapillaritaet bildet einsickerndes Niederschlagswasser an der Kontaktflaeche mit den groeberen Poren des Kapillarblocks einen Kapillarsaum. Es bewegt sich im feinem Material lateral hangwaerts und dringt nicht in den Muellkoerper ein. In Laboruntersuchungen werden geeignete Materialkombinationen ermittelt sowie Systemleistungen und Entwurfskriterien bestimmt.
Laborversuche ueber die Moeglichkeiten der Behandlung von Sickerwaessern einer Muelldeponie, chemisch-physikalische Behandlung, biologische Reinigung. Untersuchung an einer Modellklaeranlage.
Die Bewirtschaftung von Siedlungsabfällen stellt nach wie vor in Entwicklungsländern ein erhebliches Problem dar. Derzeit besteht die Behandlung von Siedlungsabfällen in vielen dieser Länder aus einer gemeinsamen Sammlung aller Abfallfraktionen in einem Sammelgefäß und einer anschließenden Deponierung dieser Abfälle. Im Rahmen des Projektes Trans4biotec soll am Beispiel Marokkos und der Elfenbeinküste untersucht werden, wie der existierende Umgang mit den vorhandenen Siedlungsabfällen, im Sinne einer nachhaltigen Abfallbewirtschaftung, verbessert werden kann. Dabei wird zunächst über eine Bestandsaufnahme der Ist-Zustand der Abfallbewirtschaftung aufgenommen und anschließend, im Rahmen Workshops mit Stakeholdern der Abfallbewirtschaftung, über Optimierungspotenziale diskutiert. Zudem soll untersucht werden, ob sich biologische Siedlungsabfälle der beiden Entwicklungsländer für eine anaerobe Behandlung zur Erzeugung biobasierter Produkte (wie z.B. Schmierstoffe oder Lösemittel) eignen. Hierbei soll neben den biologischen Abfällen auch Deponiesickerwasser untersucht werden, da dieses in Entwicklungsländern meist nicht nachbehandelt wird und damit eine erhebliche Umweltgefährdung darstellt. Es soll daher untersucht werden, wie hoch das Säurebildungs- und Produktpotential für dieses Medium ist sowie eine Handlungsempfehlung für die Sickerwasserbehandlung ausgearbeitet werden. Auf Grundlage der durchgeführten Untersuchungen zur Abfallbewirtschaftung und zur Eignung der biologischen Abfälle sollen Handlungsempfehlungen zur Optimierung der existierenden Abfallwirtschafts-systeme der teilnehmenden afrikanischen Städte (Marrakech, Tétouan, Abidjan) erstellt werden. Neben den genannten Forschungstätigkeiten ist auch die Ausbildung marokkanischer und ivorianischer Masterstudenten und Doktoranden im Bereich der Abfallbewirtschaftung Bestandteil dieses Vorhabens. Dadurch soll eine Verstetigung der erzielten Projektergebnisse erreicht werden.
In diesem Projekt wurden am Beispiel der Bergehalden des thueringischen Schieferbergbaus aus das Ausmass der Gewaesserbelastung durch Verwitterungsprodukte der Pyritoxidation ermittelt und die Transportmechanismen von Aluminium und Sulfat aus den Halden ins Grund- und Oberflaechenwasser untersucht. Das Vorherrschen von Al und Mg in den sauren Sickerwaessern (pH 4-5) und die positive Korrelation zwischen Mg und Sulfat deuten darauf hin, dass in erster Linie der Chlorit des Tonschiefers (Mg-Al-Silicat) durch den Saeureangriff zersetzt wird. Das Potential an akkumulierten Verwitterungsprodukten wird durch die Dauer der Trockenperiode zwischen Niederschlaegen bestimmt. Niederschlagsintensitaet und -dauer bestimmen massgeblich, ob und in welchem Ausmass die Auswaschung erfolgt. Bereits unter Basisabflussbedingungen fuehrt langsam draenendes Sickerwasser aus der ungesaettigten Zone des Haldenkoerpers zu einem stetigen Austrag von Verwitterungsprodukten. Regen- oder Schneeschmelzereignisse koennen starke Saeureschuebe initiieren. Ausschlaggebend ist hierbei die Mobilisierung von wasser- und schadstoffgesaettigten Bereichen im Basisbereich der Halde (Kapillarsaum) durch den steigenden Grundwasserspiegel in der Halde, die als Hauptursache der beobachteten hohen Saeure- und Stofffrachten gelten kann. Der Anstieg des Grundwassers wird durch lateral zufliessendes Grundwasser und die Hochwasserwelle aus dem oberen Einzugsgebiet bedingt. Fuer die Behandlung nicht vermeidbarer Sickerwaesser wurde ein Passivbehandlungsverfahren realisiert, welches aus drei Hauptbehandlungsstufen besteht: Kalksteindraenage, Absetzbecken und Makrophytenanlage. In der Kalksteindraenage erfolgt die Entsaeuerung des Wassers und die Ausfaellung von Aluminium. Durch kurzzeitige Erhoehung der Stroemungsgeschwindigkeit werden die Faellungsprodukte aus der Kalksteinschuettung ausgetragen und sedimentieren in dem nachgeschalteten Absetzbecken. Zur Endreinigung durchlaeuft das Wasser ein mit Makrophyten bewachsenes Feuchtgebiet, in dem Mangan als vierwertiges Manganoxidhydrat aus dem Wasser ausgefaellt sowie Zink und Nickel an den eingebrachten Substraten sorbiert werden. Mit dieser Anlage wurde in einem Teilstrom von etwa 1,5 m3/h eine Anhebung des pH-Wertes von 4,2 auf Werte um 7,5, eine Abtrennung der Metalle Aluminium, Kupfer, Mangan und Zink mit jeweils groesser 95 Prozent und eine Abtrennung des Nickels von etwa 80 Prozent erreicht. Sanierungsansaetze zur Verminderung des Austrages von Verwitterungsprodukten aus den Schieferhalden und zur Verbesserung der Wasserqualitaet in den Fliessgewaessern sollten auf folgende Massnahmen gerichtet sein: - Minimierung der Fliesskomponenten, - Abfangen von Belastungsspitzen und - naturnahe Behandlung nicht vermeidbarer Sickerwaesser.
Im Rahmen dieses SAFEUSE Teilvorhabens ist es ein wesentliches Ziel, ein ökologisch und ökonomisch nachhaltiges Rekultivierungsverfahren für Abfalldeponien zu entwickeln. Durch geeignete Energiepflanzen, die an die gegebenen Charakteristika der Rekultivierungsschicht und des vietnamesischen Klimas angepasst sind, sollen die Evapotranspiration maximiert und dadurch die Sickerwasserbildung minimiert werden. Gleichzeitig sollen sich die einzusetzenden Pflanzen für die Energiegewinnung eignen. Es werden Versuche durchgeführt, um den Effekt auf die Verminderung der Sickerwasserbildung und die Biomassebildung verschiedener Pflanzenarten und -sorten zu vergleichen. Für diejenigen Pflanzen, die die besten Ergebnisse zeigen, werden Keimungs-, Anzucht-, Auspflanzungs-, Pflege- und Ernteverfahren entwickelt. Ein weiteres Teilziel ist die Übertragung einer in Deutschland entwickelten passiv-biologischen Technologie zur verbesserten Behandlung von Deponiesickerwasser auf die vietnamesischen Standortverhältnisse. Das Verfahren soll mit minimalem Energie- und Betriebsmitteleinsatz auskommen. Mit Hilfe einer Pilotanlage werden die notwendigen Anpassungen eines passiv biologischen Behandlungsverfahrens für Deponiesickerwasser an die vietnamesischen Standortverhältnisse vorgenommen. Die wissenschaftlichen und verfahrenstechnischen Vorhabensergebnisse zur Rekultivierung und Sickerwasserbehandlung fließen in ein Gesamtmaßnahmenkonzept für die Wiederinwertsetzung geschlossener Deponien ein.
Die Produktion von Algenbiomasse sowohl als Energieträger als auch als Grundlagebiomasse für die chemische und pharmazeutische Industrie ist in den letzten Jahren stark angestiegen. Zurzeit konzentriert sich die Forschung auf die Auswahl der richtigen Algenart und die Optimierung der Photobioreaktoren. Für die Wachstumsmedien werden künstlich hergestellte Nährlösungen eingesetzt, die vorwiegend Phosphat aus fossilen Quellen und energieintensive Stickstoffverbindungen beinhalten. Im Gegensatz dazu sollte das Vorhaben der Bereitstellung nachhaltiger Nährstoffe dienen. Dafür sollte zunächst untersucht werden, inwieweit sich Fermenteroutput von unterschiedlichen Vergärungsanlagen für die Substitution von fossilen Nährstoffen eignet. Des Weiteren lag ein Schwerpunkt in der Behandlung von Deponiesickerwässern. Die darin enthaltenden Schadstoffe, wie Schwermetalle sollten gebunden und enthaltende Stickstofffrachten reduziert werden, um Kosten für deren Behandlung zu senken. Die generelle Eignung des Systems Mikroalge/Deponiesickerwasser konnte mit dem durchgeführten Projekt bereits nachgewiesen werden. Damit ist der Weg frei, die verfahrenstechnischen Bedingungen weiter zu optimieren und die technisch, wirtschaftliche Machbarkeit des Vorhabens zu verifizieren. Folgende Punkte sollten dabei vorrangig untersucht werden: - Optimierung des flächenbezogenen Biomasseertrages, - Optimierung des flächenbezogenen Biogas- und Energieertrages, - Entwicklung eines ökonomischen Biomasserückhalte(-rückführungs-)systems, - energetische und wirtschaftliche Bilanzierung der Algenbiomasseproduktion auf der Deponie Pohlsche Heide, - Bilanzierung der Emissionsminderung sowie Ressourceneffizienz.
In einem Werk der 'Chemischen Fabrik Rhenania' (ab 1928 Kali-Chemie AG) wurden am Stolberger/Rhld. Standort von 1852 bis 1944 in der Hauptsache Soda und später weitere Produkte wie Ätznatron, Chlorkalk und Düngemittel hergestellt. Die Produktionsrückstände gelangten neben Bauschutt und Schlacken auf eine Halde. Die so genannte Halde Kali-Chemie bzw. Rhenania-Halde nimmt bei einer Schütthöhe von bis zu 40 m eine Fläche von ca. 7,5 ha ein. Das Volumen wird auf 2,6 Mio m3 geschätzt. Die Rhenania-Halde besteht überwiegend aus Calciumsulfid (CaS), einem Abfallprodukt der hier bis 1922 bestehenden Sodaproduktion sowie aus Kalk. Niederschläge, die auf die Halde fallen und dort versickern, lösen das Calciumsulfid. Das Sickerwasser tritt auf einer Strecke von rund 170 m am nördlichen Haldenfuß aus. Bis etwa 1980 wurden dort Spitzenwerte bis 15.000 mg/l an Sulfid- bzw. Schwefelwasserstoff gemessen. In den letzten Jahren erreichten die gemessenen Maximalwerte rund 4.000 mg/l. Die ursprüngliche Sickerwasserfassung am nördlichen Haldenfuß wurde in 2009 als unterirdischer Drainagegraben ausgebaut. Damit wurde zum einem eine Möglichkeit der homogenisierten und sedimentfreien Entnahme des Sickerwassers für die spätere Abwasseraufbereitung geschaffen. Außerdem konnte die Geruchsproblematik der Schwefelwasserstoffgase nahezu unterbunden werden. Die Entwicklung einer für den Standort optimalen Sickerwasserbehandlungsanlage bedeutet die integrierte Betrachtung aller technischen, wirtschaftlichen, ökologischen, betrieblichen und genehmigungsrechtlichen Aspekte. Ferner waren die Auswirkungen auf den technischen Betrieb einer Anlage abzuschätzen, die durch die Reduzierung der Sickerwassermengen innerhalb der nächsten 20 Jahre zu erwarten sind. Die Reduzierung der Sickerwassermenge erfolgt durch die Umsetzung eines Bepflanzungskonzeptes, mit dem insbesondere in den Wintermonaten durch die Anpflanzung von Nadelgehölz die Verdunstungsrate deutlich erhöht wird. Die verfahrenstechnische Prozessauswahl erfolgte durch chemisch-mathematische Modellierung, Laborversuche, halbtechnische Versuche und einem Variantenvergleich. Durch einen kontinuierlichen Laborversuch wurde letztendlich nachgewiesen, dass das ausgewählte biologische Aufbereitungsverfahren der Firma Paques, Balk (NL), das 'Thiopaq®'-Verfaren, als technisch und wirtschaftlich am besten geeignetes Verfahren anzusehen ist. Für die konkret anfallenden Sickerwässer waren zusätzlich umfangreiche Entwicklungsarbeiten nötig. Mit dem vorliegenden Kenntnisstand ist sichergestellt, dass eine Aufbereitung der Sickerwässer unter Berücksichtigung aller oben genannten Aspekte praktikabel ist.
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