Umweltgeologie_Abschnitt_005

TU Dresden / Institut fr Geotechnik Professur fr Angewandte Geologie

Vorlesungsmaterial UmweltgeologieSeite 5-1

Abschnitt 5 - Tonrohstoffe im Umweltschutz

Haupteinsatzgebiete im Umweltschutz

Geologische Barriere: Tonschichten aller Art in geologischen Bildungen als natrliche Barrieren zum Schutz des

Grundwassers. Dichtungsmaterial: Tonschichten als technisch-konstruktive Elemente zum Schutz des Grundwassers und der

Luft. Adsorbermedien: Beseitigung wassergefhrdender Stoffe durch Fixierung der chemischen Verbindungen an der

Oberflche.

Geologische Barriere

Merkmale / Eigenschaften: Rckhaltevermgen gegenber der Schadstoffausbreitung rumliche Ausdehnung (Mchtigkeit, Flche) hydraulische Eigenschaften (Wasserdurchlssigkeit) < 10-8 m/s Diffusionsgeschwindigkeit nach dem Konzentrationsgeflle geochemische Eigenschaften:

- Schadstofffixierung - Adsorption / Desorption - chemische Reaktionen (Fllung) - Zerfallsreaktionen

Horizontale und vertikale Abdichtung einer Deponie [5-1].

Bewertung des Rckhaltevermgens gegenber der Schadstoffausbreitung:

D - Diffusionskoeffizient c - Porenwasserkonzentration k - Durchlssigkeitsbeiwert i - hydraulischer Gradient S - Sorptionsbeiwert t Zeit Stofftransportgleichung [5-2].



Geologische Barriere

Transportmodellierung einer Durchbruchskurve der Stoffemission [5-3].

Rckhaltevermgen einer Barriere und Stoffaustrag aus der Deponie [5-3].

Geologische Barriere - Langzeitverhalten

Eigenschaften mssen ber lange Zeitrume unverndert erhalten bleiben. Zeitliche Vernderungen der Durchlssigkeit der geologischen Barriere. Einflussfaktoren: nderungen in der Lagerung der Gesteine

und in der Wirksamkeit des Trennflchen-gefges durch die Auflast der Deponie.

Mikroskopische Gefgenderungen durch

die Wirkung des Sickerwassers (Ionenumbelegung, Aggregatbildungen).

Bestndigkeit der Minerale gegenber dem

Sickerwasser (Lsung, Fllung).

Einfluss des Elektrolytgehaltes auf das Gefge einer Tonschicht [5-1].

Dichtungsmaterial

Tonschichten als technisch-konstruktive Elemente zum Schutz des Grundwassers und der

Luft Einsatzgebiete: Bauwesen Altlastensanierung

(Einkapselungsverfahren) Deponiebau

- bertagedeponie - Untertagedeponie

Arten der technischen Barrieren: Basisabdichtung Oberflchenabdichtung Vertikale Abdichtungen Sonderformen (Formkrper)



Dichtungsmaterial

Merkmale / Eigenschaften: Rckhaltevermgen gegenber der Schad-

stoffausbreitung wie geologische Barriere. rumliche Ausdehnung (Mchtigkeit,

Flche) hydraulische Eigenschaften (kf < 10-8 m/s) geochemische Eigenschaften

- Schadstofffixierung - Adsorption / Desorption - chemische Reaktionen - Zerfallsreaktionen

Langzeitverhalten

Stoffemission und Durchlssigkeitsbeiwert [5-2].

Dichtungsmaterial - Deponieabdichtungen

Schnitt durch die Deponie Georgswerder [5-4].

Begriffe im Deponiebau [5-5].

Basisabdichtung (schematisch) [5-5]. Oberflchenabdichtung (schematisch) [5-5].



Dichtungsmaterial - Deponieabdichtungen - TA Siedlungsabfall



Dichtungsmaterial - Rohstoffe und Produkte

Rohstoffe: Kaolinittone aller Art Dreischichtsilikattone Bentonite

- Na-, Ca-belegt - Organoclays

Produkte: Rohtone geschnitzelt Mahltone Bentonit aktiviert und gemahlen Bentonitmatten

Dichtungsmaterial - Langzeitverhalten - bersicht

Langzeitverhalten: Alterungsprozess mit Erhhung der Wasserdurchlssigkeit um mehrere Grenordnungen. Qualittsprobleme beim Rohstoff und Bau. Basisabdichtung durch: Sickerwassereinwirkung Temperatureinwirkung Auflast

Oberflchenabdichtung durch: Bioturbation / Gefgeauflsungen Rissbildungen bei Austrocknung

Rissbildung durch Austrocknung beim Dichtungsbau [5-4].

Erhhte Wegsamkeiten bei mineralischen Abdichtungen (schematisch).

Dichtungsmaterial - Langzeitverhalten - Basisabdichtung

Temperaturwirkung: Temperaturerhhung durch mikrobielle Zer-

setzung des Mlls (Selbstentzndung) Sickerwassertemperatur > 30 C Erhhung der Durchlssigkeit durch

Absenkung der Viskositt des Wassers Austrocknung der Dichtung unter der Folie Temperaturgradient an der OK der Dichtung

Wasserentzug durch Dampfdiffusion Schrumpfung und Rissbildung

Temperatureinwirkungen einer Deponie auf die Dichtungsschichten (schematisch) [5-6].



Dichtungsmaterial - Langzeitverhalten - Basisabdichtung

Sickerwassereinwirkung: Sickerwasser stark mineralisiert Deponie wirkt als Reaktor mit Abbau

organischer Substanzen organische / anorganische Suren Kohlenwasserstoffe Schwermetallsalze

Wechselwirkung mit den Mineralen des Tones - Lsung (Karbonate) - Ionenaustausch (Smektite) - Mineralneubildungen (Fllung) - Gefgeauflockerung (Rissbildung)

Vernderung der Wasserdurchlssigkeit - keine / positiv / negativ

Dichtungsmaterial - Langzeitverhalten - Oberflchenabdichtung

Gefgeauflsungen durch Bioturbation

- Durchwurzelung - whlende Organismen

klimatisch bedingte Rissbildungen bei Austrocknung

Selbstheilung ? Erhhung der Durchlssigkeit um mehrere

Grenordnungen, wenn die Dichtungs-schicht nicht geschtzt wird!

Legende: 1-Gras; 2-Rekultivierungsschicht lehmiger Sand; 3-Geotextil; 4-Entwsserungsschicht (Grobsand/Feinkies); 5-Bentonitmatte; 6-Dichtung (Geschiebemergel, sandiger Lehm; 7-Kapillarschicht (Feinsand); 8-Auffangdrn; 9-Auffangwanne (PEHD Schichtaufbau von Testfeldern auf der Altablagerung Georgswerder [5-7].

Erluterungen: Bilanzzeitrume jeweils vom 1. Januar eines Jahres bis zum gleichen Termin des Folgejahres, Verdunstung als Differenz zwischen Niederschlag und der Summe aller Abflsse berechnet; nderung des Bodenwasserhaus-haltes nicht bercksichtigt Wasserhaushalt des Testfeldes S1 Georgswer-der im Mittel der Jahre 1993 bis 1995 [5-7].



Dichtungsmaterial - Langzeitverhalten - Oberflchenabdichtung

1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995

Testfeld S 1

Testfeld F 1

Niederschlag

0

200

400

600

800

1000

1200

Dur

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Jahr

Jahressummen der Durchsickerung der bindigen mineralischen Dichtungen in den Testfeldern S 1 und F 1 auf der Altdeponie

Hamburg-Georgswerder

Jahressummen der Durchsickerung der bindi-gen mineralischen Dichtungen auf den Testfeldern auf der Altablagerung Georgswerder [5-7].

Wirkungsgrad der bindigen mineralischen Dichtungen, der Kombinationsdichtung und der Kapillarsperre - Testfelder Georgswerder [5-7].

Dichtungsmaterial - vertikale Abdichtungen

Schlitzwnde bis 40 m Tiefe Einphasen-Dichtwand Zweiphasen-Dichtwand (Austausch) Kombinationsdichtwand Dichtwandmassen Bentonit-Zement-Suspensionen

Schema einer Schlitzwandfrseinrichtung [5-8].

Schematische Darstellung einer Einkapselung mittels Schlitzwand [5-8].



Dichtungsmaterial - vertikale Abdichtungen - Schlitzwandverfahren nach [5-9]



Dichtungsmaterial - vertikale Abdichtungen - Kombinationsdichtwand

Kombinationsdichtwand [5-1].

Kombinationsdichtwand mit glsernen U-Profilen in unterschiedlicher Ausfhrung [5-10]: links - einreihige Labyrinthwand mit einfacher Schlossdichtung Mitte - einreihige Labyrinthwand mit zweifacher Schlossdichtung rechts - mehrreihige Labyrinthwand mit mehrfacher Schlossdichtung

Literatur / Quellenangaben zum Abschnitt 5

[5-1] JASMUND, K.; LAGALY, G.: Tonminerale und Tone. - Steinkopf Verlag, Darmstadt

1993

[5-2] FINSTERWALDER, K.; MANN, U.: Stofftransport durch mineralische Abdichtungen. -Neuzeitliche Deponietechnik. 2. Deponie-Seminar, Bochung 1990. - S. 209 - 221

[5-3] MATSCHULLAT, J.; MLLER, G.: Geowissenschaften und Umwelt. - Springer Verlag, Heidelberg 1994, S. 329

[5-4] Sanierung Deponie Georgswerder. - Umweltbehrde Hamburg, April 1988

[5-5] MESECK, H.: Bautechnische Lsungen fr neue Deponien. - Zeitschrift der Tiefbau Be-rufsgenossenschaft, Sonderheft 1990, S. 4 - 8

[5-6] DLL, P.; STOFFREGEN, H.: Gefhrdung der Basisabdichtung von Deponien mit Wrmeentwicklung. Modellierung der Austrocknung der mineralischen Dichtschicht. - GeoCongress, Kln 2(1996). - S. 55 - 60

[5-7] MELCHIOR, S.: Zeit- und vegetationsabhngige Vernderungen der Wirksamkeit von Abdeckschichten. - Materialien zu Strahlenschutz/Umweltradioaktivitt, Radebeul 5(1997). - S. IX/1 - IX/4

[5-8] Sanierung der Deponie Bielefeld-Brake. - Firmenprospekt Bilfinger+Berger

[5-9] Schlitz- und Dichtwnde. - Firmenprospekt Bauer

[5-10] WINKLER, U.: Glserne Dichtwand kapselt Grundwasservorkommen. - Wasserwirtschaft Wassertechnik 42(1992)1. - S. 43 - 45

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