Verfahren zum schadlosen Deponieren von verfestigten anorganischen Reststoffen und Abfällen in aufgelassenen Steinbrüchen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum schadlosen Deponieren von verfestigten Reststoffen und Abfällen, z. B. Rückständen aus Rauchgasreinigungsanlagen, oder ausgelaugten Schlacken aus metallurgischen Prozessen in aufgelassenen Steinbrüchen.

Die Nutzung aufgelassener Steinbrüche als Deponieräume für z. B. Rückstände aus Rauchgasreinigungsanlagen bietet sich grundsätzlich an, jedoch sind nicht nur umfangreiche geotechnische und hydrogeologische Untersuchungen erforderlich, sondern auch meist aufwendige bautechnische Maßnahmen, um den Vorschriften der TA Abfall (1) zu genügen (2), (3), (4).

Bei Einhaltung des vorgeschriebenen Abstandes der Deponieaufstandsfläche (Deponieplanum) vom Grundwasserpegel, die z. B. für Deponien der Klasse 4 mindestens 1 m beträgt, bietet die Ausgestaltung der viellagigen Basisabdichtung im allgemeinen keine besonderen technischen Probleme.

Die auf dem Deponieplanum aufzubauende Basisabdichtung, wie sie zur Veranschaulichung in Fig. 1 schematisch dargestellt ist, ist für die Deponieklasse 4 von oben nach unten wie folgt geschichtet:

• Vlies zur Gewährleistung der Dränwirkung des Flächenfilters;
• Flächenfilter d = 30 cm;
• Hochdruck-Polyethylen-Vlies zum Schutz der Folie;
• eine Lage HDPE-Folie, d = 2,5 mm;
• 1,5 m mineralische Abdichtung 6-lagig einzubauen, Durchlässigkeit k ≦ 10⁻¹⁰ m/s

• 3 m mineralische Dichtung mit einer Durchlässigkeit K_f≦1x10⁻⁷ m/s

Um die Möglichkeit zu schaffen, das sich auf der Basisabdichtung ansammelnde Sickerwasser absaugen zu können, kann die Basis der Deponie in Felder eingeteilt und mit einem dachprofilartigen Quergefälle von z. B. 3 % und einem Längsgefälle von z. B. 1 % zu einem Tiefstpunkt hin, der sich in der Mitte des Feldes befindet, versehen werden. Über diesen Tiefpunkten werden Schächte angeordnet, um das Wasser, das sich auf der Basis sammelt, abpumpen zu können, s. Figuren 2 und 3.

Derzeit muß davon ausgegangen werden, daß nur solche Steinbrüche für die Deponierung in Frage kommen, bei denen - gegebenenfalls nach Auffüllung des Untergrundes - der Abstand vom maximalen Wasserstand zum Deponieplanum gemäß Fig. 1 mindestens 1 m beträgt.

Das Problem der Nutzung von ausgekolkten Steinbrüchen stellt die Abdichtung der Steinbruchwände dar. In der Literatur (5) wird dies präzisiert:

"Die Abdichtung von Steinbruchwänden muß sowohl die drucklose Ableitung von Kluftwasser als auch von Sickerwasser gewährleisten. Darüber hinaus muß die Abdichtung die Setzung der Abfälle mitmachen, ohne daß sich unverträgliche Zugspannungen aufbauen."

Bis vor kurzem gab es für die Abdichtung der mehr oder weniger senkrechten Steinbruchwände keine brauchbaren Systeme. Ein in neuester Zeit vorgeschlagenes System besteht aus Beton-Fertigteilen, die in der Steinbruchwand als Tragsystem verankert sind, bei denen eine Noppenfolie als Abdichtung mit dem Beton fest verbunden ist. Die Beton-Fertigteile sind so gestaltet, daß sie den Neigungsverhältnissen der Vorsprünge etc. der Steinbruchwand sowohl im Grund- als auch im Aufriß relativ gut angepaßt werden können. Die Stöße zwischen den einzelnen Fertigplatten mit Noppenfolie erfolgt durch eine Überklebung mit einer Lasche aus Polyethylen, die beidseitig mit dem Basismaterial verschweißt wird (6). Dieses System, auf das beispielhaft für andere analoge Systeme verwiesen wird, hat zwar den Vorteil der nur geringen Nachbearbeitung der Steinbruchwände, aber den Nachteil der sehr hohen Verlegungskosten, und es bleibt die Unsicherheit über das Langzeitverhalten der Abdichtung bestehen.

Um eine höhere Sicherheit der Abdichtung zu gewährleisten, tendieren die Vorschläge daher in der jüngsten Zeit dahin, die Steinbruchböschung im oberen Teil abzuflachen, z. B. durch Sprengung und durch Verfüllung im Boden-/Wandbereich die Steinbruchböschung in ein Böschungsplanum einer vorgegebenen Neigung, z. B. 1 : 1,3, umzugestalten. Schematisch geht diese Böschungsumwandlung aus Fig. 4 hervor (7). Als Verfüllmaterial wird vorwiegend gut zu verdichtender Boden gewählt. In Teilbereichen der felsigen Böschung wird es zur Vermeidung unterschiedlicher Setzungen erforderlich sein, mit Magerbeton zu verfüllen. Auf diesem neu entstandenen Böschungsplanum wird dann die für z. B. Deponien der Klasse 4 erforderliche Basisabdichtung aufgebracht, s. Fig. 1.

Die durch die TA Abfall vorgeschriebene Abdichtung ist damit nicht nur für den Boden, sondern dann auch für die Böschung erfüllt. In Fig. 5 ist für einen konkreten Fall ein Ausführungsbeispiel skizziert. Wegen der großen Böschungslänge und aus Gründen des Arbeitsablaufes werden in einem Vertikalabstand von ca. 15 m Bermen - umlaufende Fahrstraßen - angeordnet.

Der grundsätzliche Nachteil dieses Vorschlages ist der erhöhte Platzbedarf durch Aufweitung des Steinbruches, was oft wegen der Bebauung nicht möglich ist, und die zu erbringende investive Vorleistung durch Herrichten des Böschungsplanums vor Beginn der Deponierung.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen anzugeben, die es ermöglichen, verfestigte anorganische Reststoffe und Abfälle entsprechend den behördlichen Auflagen in voll abgedichteten Steinbrüchen kostengünstiger als bisher vorzunehmen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, beim schadlosen Deponieren von verfestigten anorganischen Reststoffen und Abfällen, nämlich Rückständen aus der Abgasreinigung wie

• Flugaschen und Stäube aus Feuerungs- und Verbrennungsanlagen,
• Aschen und Stäube aus Wirbelschichtfeuerungsanlagen,
• trockene mineralische Rückstände aus Rauchgasreinigungen,
• Flugaschen und Stäube aus Müllverbrennungsanlagen etc.

oder von ausgelaugten Schlacken aus metallurgischen Prozessen in aufgelassenen Steinbrüchen den Rückständen oder Mischungen aus Rückständen hydraulische Bindemittel, wie Portland-, Hochofen-, Alinitzement, in ausreichender Menge zuzugegeben und gut zu vermischen und der Mischung vor dem Deponieren das erforderliche Anmachwasser zuzugeben. Dabei soll sich der Zusatz an hydraulischen Bindemitteln und Anmachwassser danach richten, daß die aus den Rückständen, Bindemitteln und Anmachwasser hergestellte Betonmörtelmischung nach dem Erstarren Festigkeiten von gleich oder größer als 2,0 N/mm² (nach 7 Tagen) und Durchlässigkeitswerte von K_f kleiner/gleich 1 x 10⁻⁹ m/s erreichen (8). Aus dieser Mörtelmischung wird lagenweise auf der vorschriftsmäßig, z. B. entsprechend der Deponieklasse 4, abgedichteten Steinbruchsohle, wobei die Abdichtung als Wanne ausgebildet ist, der monolithische Deponie Deponiekörper mit steilen Flankenwänden hochgezogen. Bei Beibehaltung der Steinbruchböschung in ursprünglichem oder in einem für die Deponierung hergerichteten Zustand, wird der Restraum zwischen Deponiekörper und Böschung in einem geschichteten Aufbau mit unterschiedlichen Materialien verfüllt, wie schematisch in Fig. 6 skizziert.

Nach Abschluß der Deponiearbeiten wird die Deponie mit einer Oberflächenabdichtung entsprechend den Forderungen der TA Abfall versehen, und schließlich ist die Deponie mit Einrichtungen zu versehen, um das sich evtl. oberhalb der Bodenabdichtung ansammelnde Sickerwasser abzupumpen.

Die Basisabdichtung (Fig. 1) wird entlang der äußeren Begrenzungslinie hochgezogen und bildet eine geschlossene Wanne. Die Höhe des Wannenrandes kann z. B. 3 m betragen (Fig. 7). Die Seitenwand des Deponiekörpers wird steil eingestellt, um das Steinbruchvolumen gut zu nutzen; eine Böschungsneigung von z. B. 10 : 1 ist wegen des betonartigen Verhaltens des Deponiematerials gut einstellbar. Um zu verhindern, daß kontaminiertes Niederschlagwasser unkontrolliert aus dem Schüttfeld austritt, wird an der äußeren Begrenzung des Schüttfeldes ein umlaufender Deich von z. B. 3 m Breite und z. B. 2 m Höhe mit Hilfe von Stahlschalung hergestellt und laufend mit hochgezogen. Die Hinterfüllung zwischen äußerer Begrenzungswand des Deponiekörpers und der ggf. gesäuberten Steinbruchwand erfolgt sukzessive mit dem Hochsteigen des Deponiekörpers. Die Hinterfüllung ist geschichtet, und zwar wird an der Steinbruchwand eine ca. 1 m starke Hangdränage mit einer Schotterkörnung von z. B. 16 bis 32 mm hochgezogen und auf der Wand des Deponiekörpers eine mineralische Dichtung mit einer Durchlässigkeit K_f kleiner oder gleich 1 x 10⁻¹⁰ m/s in einer Stärke von ca. 3 m. Der Zwischenraum zwischen Hangdränage und mineralischer Dichtung wird mit gut verdichtetem inertem Material ausgefüllt.

Die Hangdränage mündet im Bereich der Steinbruchsohle in einem Versickerungsgraben. An der Außenwand des Deponiekörpers wird wegen der fast senkrechten Böschung und wegen der niedrigen Durchlässigkeit des Deponiegutes auf eine Kombinationsdichtung (mineralische Dichtung + Folie) verzichtet. Dafür wird die mineralische Dichtung mit ca. 3 m recht dick ausgeführt. Den Aufbau der Hinterfüllung zeigt Fig. 8.

Nach Abschluß der Deponiearbeiten wird der Deponiebereich mit einer Oberflächenabdichtung entsprechend den Forderungen der TA Abfall versehen, und zwar gemäß Fig. 9 von oben nach unten:

• Bewuchs,
• Rekultivierungsschicht d mindestens 1 m,
• Flächenfilter (d = 30 cm),
• Kunststoff-Vlies zum Schutz der Folie,
• Kunststoffdichtungsbahn, d mindestens 2,5 mm,
• 0,50 m mineralische Dichtungsschicht, 2-lagig eingebaut, Durchlässigkeit K_f kleiner/gleich 1 x 10⁻¹⁰ m/s.

Das Oberflächenwasser kann gesammelt und gezielt abgeführt werden. Schließlich wird die Basis der Deponie zur kontrollierten Ableitung von Sickerwasser in Felder eingeteilt mit einem dachprofilartigen Quergefälle von ca. 3 % und einem Längsgefälle von ca. 1 %, wie schematisch für einen Ausführungsfall in den Figuren 2 und 3 verdeutlicht, zu einem Tiefstpunkt hin, der sich in der Mitte des Feldes befindet.

Hier werden Schächte angeordnet, um das sich auf der Basisabdeckung ansammelnde Wasser abpumpen zu können.

Alternativ kann, abhängig von den örtlichen Gegebenheiten, anstelle der senkrechten Schachtrohre unterhalb der Basisabdichtung ein Stollen angeordnet werden, durch den das Wasser im freien Gefälle einem Einzelschacht außerhalb der Deponie zufließt und von dort abgepumpt wird.

Dieses Verfahren zum Deponieren von verfestigten anorganischen Reststoffen und Abfällen, insbesondere solchen aus Rauchgasreinigungsanlagen, ermöglicht unter Wahrung der behördlichen Auflagen, die z. B. für die Deponieklasse 4 gelten (1), ohne irgendwelche Beschränkung auch die Deponierung in aufgelassenen Steinbrüchen bei vertretbaren Kosten. Die investiven Aufwendungen für die Berücksichtigung des Wandeinflusses müssen außerdem nicht komplett vor Beginn des Deponierens abgeschlossen sein, sondern können in etwa ratierlich mit der Nutzung des Deponievolumens des Steinbruchs aufgebracht werden. Damit entfällt die Notwendigkeit der unmittelbaren vollständigen Abdichtung der Steinbruchwand.

So belaufen sich bei der Durchrechnung für einen aufgelassenen Kalksteinbruch mit einem für die Deponierung zur Verfügung stehenden Nutzvolumen von 5,0 Mio. m³ die Summe aller Herrichtungskosten für Deponieplanum, Hinterfüllung, Oberflächenabdichtung etc. auf weniger als 16 DM/m³ (Preisbasis Anfang 1990). Demgegenüber liegen die Kosten für Ausführungsformen, die die Böschung einebnen und in ein Böschungsplanum überführen, bis zu 60 % höher.