>
Mehrere GEOTUBE®-Systeme im Einsatz bei der Entwässerung von sauren Grubenwässern.
Gestapelte GEOTUBE-Behälter neben einer neu errichteten Entwässerungszelle.
GEOTUBE-Behälter gewährleisten ganzjährig zuverlässige Leistung unter wechselnden Witterungsbedingungen.
Behandlungsanlage zur Trennung von unbehandeltem saurem Grubenwasser in gereinigtes Wasser und Schlammphase.
Sichere Eindämmung von Rückständen beim Umm‑Wu’al‑Phosphatprojekt in Saudi-Arabien gewährleisten
Solmax lieferte 900.000 m² der doppelseitigen GSE® HD 1,5 mm FrictionFlex Kunststoffdichtungsbahn für die Abbauprodukte von Ma’aden in Umm Wu’al (Saudi-Arabien), erfüllte dabei strenge Qualitätskontrollen und gewährleistete eine einwandfreie Abdichtung unter extremen Bedingungen.
Zuverlässige Aufbereitung von Tunnelausbruchmaterial unter wechselnden Schlammbedingungen
Mittels GEOTUBE®-Entwässerungsschläuchen konnte das Prozesswasser bei der Aufbereitung von Tunnelausbruchmaterial kontinuierlich wiederverwendet werden. Trotz stark variierender Feststoffgehalte im Schlamm wurden ein klares Filtrat für die Rückführung in den Prozess sowie transportfähiges, entwässertes Material erzeugt – und das unter den beengten Platzverhältnissen der Baustelle.
Der weltweit größte unterirdische Wärmespeicher in Vojens
In Vojens, Dänemark, speichert ein 200.000 m³ großer Erdbecken-Wärmespeicher überschüssige Sonnenwärme aus einem 70.000 m² großen Solarthermie-Kollektorfeld. Mit Geokunststoffen von Solmax reduziert das System jährlich 6.000 Tonnen CO2.
Überblick
Säurehaltige Grubenwässer stellen seit Generationen eine anhaltende Umweltbelastung in den Appalachen dar. In West Virginia erzeugen stillgelegte Bergwerke weiterhin saure und sulfatreiche Abflüsse, die eine langfristige Behandlung erfordern, um umliegende Gewässer zu schützen und Umweltauflagen einzuhalten.
In der Omega Mine südlich von Morgantown, West Virginia, benötigte das West Virginia Department of Environmental Protection (WVDEP) ein zuverlässiges System zur Behandlung von AMD aus drei stillgelegten Grubenbereichen. Je nach Jahreszeit fielen an dem Standort etwa 1,3 bis 2,6 yd³/min (1,0 bis 2,0 m³/min) saure Grubenwässer an, mit einem durchschnittlichen pH-Wert von 3,4. Unter bestimmten Bedingungen wurden pH-Werte von nur 2,8 gemessen, was die Notwendigkeit einer Behandlungsstrategie unterstreicht, die sowohl mit anspruchsvoller Wasserchemie als auch mit kontinuierlichen Zuflüssen zuverlässig umgehen kann.
Herausforderung
Saure Grubenwässer entstehen, wenn sulfidische Minerale, insbesondere Pyrit, während und nach dem Bergbau mit Sauerstoff und Wasser in Kontakt kommen. Durch diese Reaktion werden Schwefelsäure und gelöste Metalle gebildet, wodurch der pH-Wert sinkt und Schadstoffe wie Eisen, Aluminium und andere Schwermetalle mobilisiert werden. Einmal entstanden, kann saures Grubenwasser die Wasserqualität noch lange nach Beendigung des Bergbaus beeinträchtigen und stellt damit eine langfristige Herausforderung für Betreiber, Behörden und Anwohner dar.
In der Omega Mine bestand die Herausforderung nicht lediglich darin, eine einmalige Einleitung zu behandeln oder ein festes Materialvolumen zu entfernen. Vielmehr war eine dauerhaft tragfähige Lösung für die Bewirtschaftung von saurem Grubenwasser aus drei stillgelegten Grubenbereichen erforderlich. Die anfallenden Wässer mussten kontinuierlich erfasst, behandelt und kontrolliert werden, wobei saisonale Schwankungen, niedrige pH-Werte und die fortlaufende Bildung von Ausfällungsschlämmen berücksichtigt werden mussten.
Herkömmliche Verfahren zur Behandlung von sauren Grubenwässern erfordern häufig erhebliche Flächen, laufenden Wartungsaufwand und eine aufwendige Handhabung der anfallenden Schlämme. Das WVDEP benötigte daher ein System, das eine kontinuierliche Behandlung ermöglicht und gleichzeitig die anfallenden Feststoffe innerhalb der verfügbaren Standortfläche effizient zurückhält. Darüber hinaus musste die Lösung eine zuverlässige Entwässerungsleistung gewährleisten, ohne den Behandlungsprozess zu beeinträchtigen oder zusätzliche Umweltrisiken zu schaffen.
Für das Omega-Projekt war somit mehr als nur eine Rückhaltefläche erforderlich. Gefragt war ein ganzheitlicher Systemansatz, der saures Grubenwasser an mehreren Sammelpunkten erfasst, den pH-Wert chemisch einstellt, metallhaltige Schlämme sammelt und konzentriert, das sedimentierte Material entwässert und gleichzeitig die langfristige Einhaltung der Umweltauflagen während des Betriebs sicherstellt.
Lösung
Das Behandlungssystem der Omega Mine erzielt eine hohe Entwässerungsleistung und bietet zugleich langfristige betriebliche Vorteile. Die in die GEOTUBE®-Einheiten eingeleitete Schlämme wiesen anfänglich einen Feststoffgehalt von etwa 2 Gew.-% auf. Innerhalb von sieben Tagen erhöhte sich der Feststoffgehalt des zurückgehaltenen Materials auf 45 Gew.-%. Nach 30 Tagen wurde ein Feststoffgehalt von 65 Gew.-% erreicht.
Für die Behandlung entwickelte das WVDEP ein zentrales Managementsystem für saures Grubenwasser, das die Zuflüsse aus den drei stillgelegten Grubenbereichen sammelt und zu einer zentralen Behandlungsanlage fördert. Dort gelangt das saure Grubenwasser zunächst in einen Ausgleichsbehälter, in dem Calciumhydroxid (Hydratkalk) dosiert wird, um den pH-Wert auf 6,0 anzuheben. Zusätzlich wird eine geringe Menge eines anionischen Polymers zugegeben, um die Flockung der ausgefällten Feststoffe zu unterstützen und die Fest-Flüssig-Trennung zu verbessern.
Nach der chemischen Konditionierung strömt das behandelte Wasser in einen Klarer (Clarifier). Dort setzen sich die Feststoffe am Boden ab, während die geklärte Flüssigkeit den weiteren Behandlungsschritten zugeführt wird. Sobald der abgesetzte Schlamm ein definiertes Niveau erreicht, fördern Pumpen aus dem Steuerungsgebäude den Schlamm automatisch zu den in der Entwässerungszelle installierten GEOTUBE GT500 Entwässerungseinheiten.
Die GEOTUBE®-Einheiten boten eine passive Lösung zur Entwässerung und Rückhaltung der bei der Behandlung von saurem Grubenwasser anfallenden Feststoffe. Der aus dem Boden des Klarers abgepumpte Schlamm wurde mit einem Feststoffgehalt von rund 2 Gew.-% in die Einheiten eingeleitet. Innerhalb der GEOTUBE-Behälter wurden die Feststoffe zurückgehalten, während das Wasser durch die Poren des technischen Geotextils filtriert wurde. Das geklärte Filtrat wurde anschließend nach der Behandlung wieder in die umliegenden Gewässer eingeleitet.
Die GEOTUBE®-Entwässerungszelle ermöglichte es dem WVDEP zudem, die verfügbare Fläche am Standort effizient zu nutzen. Nach der Befüllung und Entwässerung konnten die Einheiten in mehreren Lagen übereinandergestapelt werden, wodurch innerhalb der vorhandenen Grundfläche ein langfristiges System zur Feststoffbewirtschaftung geschaffen wurde. Dieser Ansatz unterstützte einen kontinuierlichen Anlagenbetrieb und reduzierte gleichzeitig den Bedarf an häufigem Materialumschlag, Transport sowie mechanischer Schlammentwässerung.
Durch die Integration der GEOTUBE®-Einheiten in die gesamte Behandlungskette entwickelte das WVDEP ein System, das sowohl den physikalischen als auch den chemischen Anforderungen der Behandlung von saurem Grubenwasser gerecht wird und gleichzeitig eine hohe betriebliche Flexibilität bietet. Die Anlage wurde nicht nur zur Bewältigung der unmittelbaren Herausforderungen durch saure Grubenwässer in der Omega Mine konzipiert, sondern auch für einen zuverlässigen und nachhaltigen Langzeitbetrieb über viele Jahre hinweg.
Ergebnisse
Seit der Inbetriebnahme arbeitet das System ohne Verstöße gegen die Einleitungsanforderungen. Am Standort wurden bereits mehr als 80 GEOTUBE-Einheiten in mehreren Lagen übereinandergestapelt. Die bestehende Entwässerungszelle verfügt zudem über ausreichende Kapazität, um die aktuellen Mengen von saurem Grubenwasser bei einem 24-Stunden-Betrieb an sieben Tagen pro Woche noch für weitere zehn Jahre aufzunehmen und zu entwässern.
Diese lange Nutzungsdauer stellt einen wesentlichen Bestandteil des Projektwerts dar. Durch die fortlaufende Aufnahme und Entwässerung der Feststoffe des sauren Grubenwassers innerhalb des bestehenden Systems kann das WVDEP wiederkehrende Kosten vermeiden, die bei alternativen Verfahren des Feststoffmanagements anfallen würden. Der Einsatz des GEOTUBE-Entwässerungssystems führte zu Betriebskosten von weniger als 21 US-Dollar pro Tonne entwässerter Feststoffe und sorgt damit für kontinuierliche Kosteneinsparungen, solange das System in Betrieb bleibt.
Das Projekt zeigte zudem Potenzial, das über die reine Behandlung saurer Grubenwässer hinausgeht. Saure Grubenwässer werden zunehmend als mögliche Quelle für Seltene Erden (Rare Earth Elements, REE) betrachtet. Diese Gruppe von 17 Elementen ist für Anwendungen in den Bereichen Kommunikation, Energie, Verteidigung und Luft- und Raumfahrt von großer Bedeutung. Im Jahr 2017 initiierten das US-Verteidigungsministerium (Department of Defense) und das US-Energieministerium (Department of Energy) Programme zur Identifizierung inländischer REE-Quellen. In diesem Zusammenhang untersuchte auch das West Virginia Water Research Institute saure Grubenwässer als potenzielle Rohstoffquelle.
In der Omega Mine enthielten die in den GEOTUBE-Einheiten zurückgehaltenen und entwässerten Feststoffe rund 397 g/t Seltene Erden, was einer Rückgewinnungseffizienz von etwa 92 % entspricht. Der geschätzte Wert der in jedem GEOTUBE-Behälter enthaltenen Seltenen Erden lag bei etwa 14.820 US-Dollar, basierend auf einer angenommenen Menge von 56 kg REE pro Behälter und einem Wert von 225 US-Dollar pro Kilogramm. Diese Ergebnisse verleihen den Umweltvorteilen des Systems eine zusätzliche wirtschaftliche Dimension und zeigen, dass Feststoffe von sauren Grubdenwässern bei geeigneter Rückhaltung und Entwässerung ein potenziell verwertbarer Rohstoff sein können.
Nach dem Erfolg des Projekts in der Omega Mine weitete das WVDEP seine -Managementmaßnahmen auf mehr als 20 weitere Standorte aus. Einige dieser Anlagen behandeln Abflussmengen, die bis zu zehnmal höher sind als am Standort Omega Mine. Dies unterstreicht die Skalierbarkeit des gewählten Ansatzes und die Rolle, die die GEOTUBE-Technologie bei der langfristigen Bewirtschaftung saurer Grubenwässer spielen kann.
In der Omega Mine haben GEOTUBE GT500-Entwässerungseinheiten dazu beigetragen, eine komplexe Herausforderung im Zusammenhang mit sauren Grubenwässern aus stillgelegten Bergwerken in ein kontrolliertes und langfristig tragfähiges Behandlungssystem zu verwandeln. Das Projekt unterstützt weiterhin die Einhaltung von Umweltauflagen, reduziert den betrieblichen Aufwand und schafft zusätzliche Kapazitäten für die zukünftige Behandlung von sauren Grubenwässsern.