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Elutionsverhalten von Braunkohleaschen des Rheinischen Braunkohlereviers

Elution behaviour of lignite fly ash from the Rhenish Lignite Mining Area, Germany

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Zusammenfassung

Braunkohleaschen entstehen bei Kraftwerks-Verbrennungsprozessen von Braunkohle. Heute werden diese Rückstände in Monodeponien abgelagert, früher erfolgte eine Mitverkippung in Abraumkippen der Braunkohlegewinnung. Die potenzielle Mobilisierung von Spurenelementen dieser Ascheablagerung durch Sicker- oder Grundwassereinfluss und die daraus resultierenden Auswirkungen auf die Grundwasserqualität wurden in Laborversuchen sowie aschehaltigen Abraumkippen untersucht. Das Elutionsverhalten von 12 Ascheproben des Rheinischen Braunkohlereviers (NRW) aus drei Kraftwerken wurde durch Königswasseraufschlüsse, Elutions- oder Schüttelversuche, pH-stat-Versuche, sowie Trog- und Säulenversuche bestimmt. In aschehaltigen Abraumkippen wurde die Grundwasserqualität durch Auswertung vorhandener Analysen beurteilt.

Die stärkste Mobilisation der Spurenstoffe wurde in sauren und alkalischen Milieus festgestellt. Aufgrund der Pufferwirkung der basisch wirkenden Aschen erfolgt bei Kontakt mit saurem Kippengrundwasser eine Neutralisation, wodurch der überwiegende Teil der Spurenstoffe immobilisiert wurde. Das tatsächliche Elutionsvermögen einer aschehaltigen Abraumkippe unter Realbedingungen ist dabei deutlich geringer, als das im Labor ermittelte potenzielle Elutionsvermögen der reinen Kraftwerksaschen.

Abstract

Lignite fly ash originates as a waste product from power generation by lignite combustion. Today these residuals are deposited separately, whereas in the past, fly ash was mixed with the overburden of coal mining and deposited in the lignite open-pits. The potential for mobilization of trace elements from this ash due to percolating water or groundwater and its impact on groundwater quality were examined in laboratory experiments as well as in overburden heaps containing ash. Elution behaviour of 12 ash samples from three power plants of the Rhenish lignite mining area (NRW, Germany) were evaluated in the laboratory through pH-stat experiments, elution or batch experiments, aqua regia digestions as well as through column experiments. Groundwater quality in mining heaps containing ash was interpreted by using existing analyses from the location. Results indicate that the mobility of the trace elements is most pronounced in acidic and alkaline environments. Due to buffering effects of the alkaline ash, acidic heap groundwaters were neutralized, resulting in immobilization of the trace elements. Thus, the effective elution behavior of overburden heaps containing lignite fly ash is significantly lower than the total elution potential of the pure ash determined from laboratory experiments.

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Danksagung

Die Autoren danken dem Rhein-Erft-Kreis für die Auftragsvergabe und Finanzierung des Projektes. Gedankt wird auch dem LANUV-Labor in Herten für die im Rahmen der Laborversuche durchgeführten Spurenelementmessungen. Zu guter Letzt soll dem begleitenden Arbeitskreis, in dem das Umweltministerium (MULNV) NRW und die RWE Power AG beteiligt ist, für die konstruktive Mitarbeit gedankt werden.

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Authors and Affiliations

  1. Lehrstuhl Angewandte Geologie, Ruhr-Universität Bochum, Universitätsstraße 150, 44801, Bochum, Deutschland

    Sascha Frank, Jens Eilert, Tenzile Acar, Stefan Wohnlich & Frank Wisotzky

  2. Abteilung Grundwasser, Erftverband, Am Erftverband 6, 50126, Bergheim, Deutschland

    Nils Cremer

Authors
  1. Sascha Frank
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  2. Jens Eilert
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  3. Tenzile Acar
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  4. Nils Cremer
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  5. Stefan Wohnlich
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  6. Frank Wisotzky
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Frank, S., Eilert, J., Acar, T. et al. Elutionsverhalten von Braunkohleaschen des Rheinischen Braunkohlereviers. Grundwasser 24, 13–26 (2019). https://doi.org/10.1007/s00767-018-00411-w

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