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Steckbriefliche Zusammenfassung von
Projektergebnissen im Rahmen des
Projektes Vita-Min
Reinigungsverfahren sowie
wirtschaftliche Bewertung und
Selektion der Best-Praxis-
Verfahren gegen Acid-Mine-
Drainage (Teilprojekt 1.8)
2019

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Reinigungsverfahren sowie wirtschaftliche Bewertung und Selektion der
Best-Praxis-Verfahren gegen Acid-Mine-Drainage (Teilprojekt 1.8)
Seite 1
Acid mine drainage, acid and metalliferous drainage (AMD)
oder auch
acid rock drainage (ARD):
sind saure Wässer mit
hohen Gehalten an Metall-, Semimetall- und Sulfat-Ionen, die aus
Erzlagerstätten, Kohlenlagerstätten, Bergwerken (Minen) und
Bergbauhalden
ausfließen,
die
Sulfidminerale,
insbesondere
Disulfide enthalten.
Einführung, Hintergrund und Zielstellung
Saure Grubenwässer (engl: Acid mine drainage AMD) stellen nach wie vor ein
Problem in den sächsischen Bergbaurevieren dar. Hervorgerufen wird AMD durch
die Verwitterung von Pyrit, Markasit oder Sphalerit aufgrund der Belüftung von
Sedimenten in den Kippen des Braunkohlenbergbaus bzw. Halden des Erz- und
Steinkohlenbergbaus sowie der Grundwasserabsenkung.
Unter anderem werden bei der Verwitterung von Pyrit sowohl Eisen- als auch
Sulfat- und Wasserstoffionen freigesetzt. Einhergehend mit der Absenkung des
pH-Wertes werden sonst stabil gebundene, z. T. toxische Metallionen mobilisiert.
Von den Folgen sind Grund- und Oberflächengewässer gleichermaßen betroffen.
Eisen(II)-, Sulfat- und die Metallionen werden mit dem Wasserfluss transportiert.
Eisen wird in den Fließgewässern und Seen zunächst oxidiert, dann unter
erneuter Entstehung von Säure zu Eisen(III)hydroxid hydrolisiert und als
Schlamm sichtbar ausgefällt. Damit kommt es zur Trübung des Gewässers und
Ablagerung von Eisenschlamm auf den Wasserpflanzen. Eisenschlämme wirken
sich negativ auf die Besiedlung des Benthos aus (z. B. Krebse, Muscheln,
Schnecken, Insekten). Für Fische ist vor allem die Bildung von Eisenoxiden in
den Kiemen aus dem gelösten Eisen(II) gefährlich. Schwermetalleinträge in
Gewässer haben in Abhängigkeit vom pH-Wert vielfältige Auswirkungen auf
lebende Organismen, beispielsweise mit negativen Effekten auf das Vorkommen
schwermetallsensitiver Arten. Zudem verursachen die sauren Wässer
Korrosionsschäden an Bauwerken und Geräten und eine stark eingeschränkte
Nutzung von sauren Tagebaurestseen.
Mit Hilfe einer umfangreichen und den Gegebenheiten angepassten Sanierung
saurer Wässer kann die Umwelt vor den beschriebenen negativen Auswirkungen
weitestgehend geschützt werden.
Ziel dieses Teilprojektes war es, aus der Vielzahl von Sanierungsverfahren die für
die Herausforderungen in der Region geeignetsten Methoden herauszuarbeiten
und wirtschaftlich zu betrachten. Hierbei ist das Augenmerk auf bereits national
und international erfolgreich angewendete Verfahren gerichtet worden, aber auch
neuere Forschungsansätze fanden Berücksichtigung.

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Reinigungsverfahren sowie wirtschaftliche Bewertung und Selektion der
Best-Praxis-Verfahren gegen Acid-Mine-Drainage (Teilprojekt 1.8)
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Methodik
Die Recherche und Bewertung von Reinigungsverfahren bei AMD basiert auf
Ergebnissen der VODAMIN-Berichte (Teilprojekt 04, 09 und 14). Diese Verfahren,
mit einem Anwendungsspektrum auf Tagebaurestseen, Fließgewässer und das
Grundwasser, wurden mit der aktuellen internationalen Literatur auf
Vollständigkeit und Aktualität abgeglichen und geprüft, ob weitere Verfahren zu
berücksichtigen sind.
Im ersten Schritt werden die (nicht biologischen) Reinigungsverfahren zur
Aufbereitung saurer Grubenwässer übersichtlich dargestellt, wobei auch die
Differenzierung in aktive, passive und in-situ-Verfahren näher betrachtet wird.
Zur Ermittlung des passenden Reinigungsverfahrens von Grubenwässern,
Fließgewässern
und
Seewasser
wurden,
in
Abhängigkeit
von
den
Standorteigenschaften, Entscheidungsbäume entwickelt. Die Reinigung von
Bergbauwässern mittels (mikro-)biologischer Verfahren wurde in einer
gesonderten Studie (Teilprojekt 1.9) im Projekt Vita Min betrachtet.
Außerdem wurden drei Modellgrundwässer definiert, die sich in ihren
Ionenkonzentrationen an Eisen und Sulfat unterscheiden. Diese dienten als
Berechnungsgrundlage
zur
Ermittlung
von
Investitions-
und
Verbrauchsmittelkosten für vier Verfahren, die unter sächsischen Bedingungen
insbesondere bei hohen Eisen-/Sulfat-Frachten eingesetzt werden könnten.
Aufbauend auf der Literaturrecherche wurden alle Best-Praxis-Verfahren gegen
AMD zusammen getragen und detailliert beschrieben. Daraus ist für jedes
Verfahren ein Steckbrief erarbeitet worden, welcher beispielsweise Aussagen zu
Einsatzgebiet, Rahmenbedingungen, Stand der Wissenschaft und Technik,
technologischem Prinzip und Wirkungsweise, Wirkungsgrad und Dauer sowie zur
Nachhaltigkeit
des
Sanierungserfolges,
Wirtschaftlichkeit,
Kosten,
Genehmigungsfähigkeit ermöglicht und Fallbeispiele weltweit und in Sachsen
benennt.
Ein zusammenfassender Vergleich und die Wirtschaftlichkeitsbewertung der
Verfahren erfolgten in tabellarischer Form differenziert nach Anwendung für
azidische sowie neutral bis alkalische Wässer. Zudem wurden speziell in Sachsen
genutzte Verfahren herausgearbeitet und verfahrensspezifisch in Karten verortet.
Als gesondertes Kapitel im Bericht wurde die Behandlung von AMD in
sächsischen Tagebauseen erörtert. Dazu wurde die Möglichkeit, die Seen
natürlich versauern zu lassen der Anwendung verschiedener Reinigungsverfahren
gegenüber gestellt.
Außerdem ist im Rahmen dieses Berichts eine Laborstudie zur Reaktionskinetik
der Eisenoxidation durchgeführt worden, deren Ergebnisse für die Behandlung
sehr saurer Wässer von Bedeutung sind.

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Reinigungsverfahren sowie wirtschaftliche Bewertung und Selektion der
Best-Praxis-Verfahren gegen Acid-Mine-Drainage (Teilprojekt 1.8)
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Die Ergebnisse der recherchierten Reinigungsverfahren dieses Teilprojekts sowie
weiterer Teilprojekte in Vita-Min sollen in einer Web-Anwendung der breiten
Öffentlichkeit zugänglich gemacht werden. Dazu wurde ein Umsetzungskonzept
zur Integration der Reinigungsverfahren in die bestehende ATRIUM-Datenbank
des LfULG, einhergehend mit der Modernisierung dieser, entwickelt.
Ergebnisse und Diskussion
Weltweit sind zahlreiche Verfahren zur Aufbereitung der durch den Bergbau
verunreinigten Wässer beschrieben (siehe Abbildung 1). In der Praxis wird davon
jedoch
nur
ein
geringer
Teil
eingesetzt.
Beispielsweise
kommen
Neutralisationsverfahren von jeher zum Einsatz und werden für spezielle
Einsatzgebiete angepasst und weiterentwickelt.
Abbildung 1: Kategorien der Aufbereitungstechnologien – Verfahrensauswahl (INAP,
2014)
Entsprechend den regionalen Besonderheiten werden an die Aufbereitung
verschiedene Anforderungen gestellt. So sind z. B. in den Kohleregionen
Südwestenglands nur geringe Volumenströme von wenigen m³/h zu behandeln,
während im Lausitzer und Mitteldeutschen Revier vor allem aktive Verfahren zur
Behandlung großer Volumenströme im m³/s-Bereich zur Anwendung kommen.

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Reinigungsverfahren sowie wirtschaftliche Bewertung und Selektion der
Best-Praxis-Verfahren gegen Acid-Mine-Drainage (Teilprojekt 1.8)
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Aktive
Behandlung
bedeutet
im
Zusammenhang
mit
Grubenwasserreinigung,
dass
für
die
Behandlung
Energie,
Chemikalien
und
eine
kontinuierliche
Überwachung
des
Reinigungsprozesses nötig sind (Wolkersdorfer, 2017).
Passive
Behandlung
verwendet
zur
Verbesserung
der
Wasserqualität ausschließlich „natürliche“ Energie wie potentielle
Energie (Höhenunterschied), Sonnenenergie (Wärme, Fotosynthese)
oder biologische Energie (Bakterien) (Wolkersdorfer, 2017).
Mit betrachtet werden muss, inwieweit die Rückgewinnung von Wertstoffen bei
der Grubenwasseraufbereitung ein Rolle spielt, wie z. B. die Nutzung von
Eisenhydroxidschlämmen.
Insbesondere
die
Behandlung
von
Wässern
stillgelegter erzgebirgischer Gruben des Erzbergbaus erfordert speziell
angepasste Technologien, da diese Wässer durch ein breites Spektrum an
Schwermetallen charakterisiert sind.
Grundsätzlich können die Reinigungsverfahren für Bergbauwässer in drei
Kategorien eingeteilt werden – in aktive, passive und in-situ Verfahren.
Die Reinigungsleistung durch Nutzung passiver Verfahren allein, wird als
unzureichend eingestuft. Durch Kombination mehrerer passiver Verfahren
können zufriedenstellende Ergebnisse erbracht werden (Wieber & Streb, 2010).
Auch eine Kombination mit aktiven Verfahren ist möglich.
Weltweit und in Deutschland kommen vorwiegend optimierte aktive Verfahren
zum Einsatz, da diese hinsichtlich Größenordnung, Reinigungsfähigkeit, Effizienz
und Kosten besser planbar sind. Ein Ranking der Verfahren über die rein
wirtschaftliche Kosten-Nutzen-Rechnung ist kaum möglich, da immer
Standortfaktoren eine übergeordnete Rolle bei der Verfahrensauswahl spielen.
Deshalb wurde ein standörtlich bedingtes Ranking vorgenommen und zur
Auswahl geeigneter Verfahren verschiedene Entscheidungsbäume entwickelt.
Prinzipiell wird bei der Behandlung von AMD im ersten Schritt Alkalinität erzeugt,
einhergehend mit der Neutralisation der Säure und dem Anstieg des pH-Wertes.
Danach werden die Metalle abgeschieden. Bei sächsischen Grubenwässern
besteht das Hauptziel der Metallabscheidung in der Umwandlung von Eisen(II) zu
Eisen(III), um die Entfernung von Eisen als Eisenhydroxid (Fe(OH)
3
) zu
erleichtern.

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Reinigungsverfahren sowie wirtschaftliche Bewertung und Selektion der
Best-Praxis-Verfahren gegen Acid-Mine-Drainage (Teilprojekt 1.8)
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In-situ Behandlung
ist ein technischer Eingriff, der verunreinigtes
Wasser am Entstehungsort verhindert, vermindert oder reinigt
(PIRAMID Consortium, 2003).
Es wurden Entscheidungsbäume für vier verschiedene Einsatzbereiche gegen
AMD entwickelt:
aktive Grubenwasserbehandlung
passive Grubenwasserbehandlung
Behandlung bergbaubeeinflusster Fließgewässer
Behandlung bergbaubeeinflusster Seen
Als
Beispiel
ist
der
Entscheidungsbaum
für
die
Auswahl
eines
Reinigungsverfahrens zur aktiven Behandlung von Grubenwässern in Abbildung 2
abgebildet, wobei die Rechtecke die einzelnen Behandlungskomponenten
darstellen. Kapitelverweise (in rot) zur detaillierten Beschreibung der Verfahren
im Bericht sind dem Entscheidungsbaum ebenso zu entnehmen. Je mehr
Behandlungskomponenten die Aufbereitung durchläuft, desto kostenintensiver
wird sie. Blau hervorgehoben ist die häufigste Vorgehensweise für die
Braunkohlenbergbau geprägten Regionen Sachsens.
Abbildung 2: Schema zur Auswahl einer möglichen Verfahrensweise zur aktiven
Aufbereitung von Grubenwässern. Blau markiert ist die häufige Vorgehensweise für die
Braunkohlenbergbau geprägten Regionen Sachsens.

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Reinigungsverfahren sowie wirtschaftliche Bewertung und Selektion der
Best-Praxis-Verfahren gegen Acid-Mine-Drainage (Teilprojekt 1.8)
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Anhand der drei definierten Modellwässer mit einem pH-Wert von 5,7, die sich in
ihren Eisenkonzentrationen (112 mg/l; 224 mg/l; 336 mg/l) unterscheiden,
erfolgten Kostenschätzungen für vier Reinigungsverfahren. Diese könnten unter
sächsischen Bedingungen als Einzel- bzw. Stufenanlage eingesetzt werden und
sind
hinsichtlich
ihrer
wirtschaftlichen
Aspekte
ohne
genauere
Standortfestlegungen sinnvoll abschätzbar.
Die Berechnungsergebnisse sind daher als Richtwerte für die Verfahren
anzusehen, die unter bestimmten Rahmenbedingungen ermittelt wurden:
1) Aktive Eisenabscheidung durch Neutralisation und Oxidation
Volumenstrom: 1 m³/s
Kosten je nach Modellwasser zwischen 0,13 und 0,17 €/m³ bzw.
inkl. Schlammdeponierung zwischen 0,19 und 0,33 €/m³
2) Passive Eisenabscheidung über Belüftung (Kaskade), OLC/OLD (Offenes
Karbonatgerinne/Oxischer Karbonatkanal) und Sedimentationsbecken
Volumenstrom: 10 l/s
Kosten je nach Modellwasser zwischen 0,008 und 0,014 €/m³ bzw.
inkl. Schlammdeponierung zwischen 0,02 und 0,04 €/m³
3) Passive Eisenabscheidung über ALD (Anoxischer Karbonatkanal) und
Sedimentationsbecken
Volumenstrom: 10 l/s
Kosten je nach Modellwasser zwischen 0,013 und 0,015 €/m³ bzw.
inkl. Schlammdeponierung zwischen 0,038 und 0,046 €/m³
Eisen-Auslaufkonzentration nicht < 2 mg/l
4) Passive
Eisenabscheidung
über
einen
Vertikaldurchflussreaktor
(Großoberflächenfilter)
Volumenstrom: 10 l/min (sehr gering im Vgl. zu 1) - 3))
Kosten je nach Modellwasser zwischen 0,013 und 0,015 €/m³ bzw.
inkl. Schlammdeponierung zwischen 0,038 und 0,046 €/m³
Eisen-Auslaufkonzentration nicht < 2 mg/l
Derzeit
werden
in
Sachsen
vorwiegend
Anlagen
im
Dünn-
und
Dickschlammverfahren zur Behandlung bergbaubeeinflusster Wässer genutzt,
z. T. mit nachgeschalteter Filtration (z.B. AAF Königstein, WBA Pöhla). Diese
Verfahren sind Stand der Technik und in der Lage die anfallenden großen
Volumina erfolgreich zu behandeln. Beispiele für Behandlungsanlagen für
Grubenwässer sind in einer Karte in Abbildung 3 verortet.

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Reinigungsverfahren sowie wirtschaftliche Bewertung und Selektion der
Best-Praxis-Verfahren gegen Acid-Mine-Drainage (Teilprojekt 1.8)
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Dünn- und Dickschlammverfahren
sind konventionelle, aktive
Verfahren zur Grubenwasserreinigung mittels Neutralisation und
Oxidation
sowie
anschließender
Sedimentation.
Das
Dickschlammverfahren stellt eine verfahrenstechnische Optimierung
dar, bei der es zur Teilrückführung des Schlamms ins
Reaktionsbecken kommt, einhergehend mit der Weiternutzung des
im Schlamm gebundenen nicht verbrauchten Neutralisationsmittels.
Zudem sind Ockerteiche bzw. Absetzbecken, ggf. mit Kalkzugabe für eine pH-
Wert-Anhebung, geeignete Verfahren zur Verringerung der Eisenfrachten in
kleinen Fließgewässern. Sie werden jedoch auch zum Absetzen der innerhalb
einer Flusskläranlage ausgefällten Stoffe neben dem eigentlichen Flusslauf
installiert. Außerdem werden sie zur Optimierung des Dickschlammverfahrens
oder der gestaffelten Neutralisation genutzt und stehen am Ende der
Behandlungskette zur Abscheidung der im Reaktionsbecken entstandenen
Feststoffe zur Verfügung.
Die Sanierung sächsischer Tagebauseen erfolgt durch die Zugabe von
Neutralisationsmitteln und/oder CO
2
(zum Aufbau eines Hydrogencarbonat-
puffers) mit jeweils standortangepassten Eintragstechnologien. Grundsätzlich
angewendete Verfahren sind die In-Lake-Neutralisation per Behandlungsschiff
oder als stationäre Anlage sowie die Auslaufbehandlung. Auch hier wird die
Auswahl des geeigneten Verfahrens von den Standortbedingungen und den
behördlichen Vorgaben bestimmt. Anhand von vier Beispielseen aus dem
Lausitzer
Braunkohlenrevier
wurden
die
Behandlungskosten
der
Seeneutralisation mit denen der Auslaufbehandlung verglichen. Daraus ergab
sich, dass sich die Kosten mit zunehmendem Anteil des zu behandelnden
Auslaufvolumens gemessen am Gesamtseewasservolumen schnell positiv in
Richtung In-Lake-Behandlung verschieben. Es ist jedoch zu beachten, dass sich
die Kostenbetrachtung nur auf ein Jahr bezieht und beispielsweise die
Investitionskosten nicht berücksichtigt wurden.
Für die passiven Methoden zur Metallentfernung stellen die hohen Eisenfrachten
der bergbaubeeinflussten Wässer Sachsens das häufigste Ausschlusskriterium
dar. Passive Verfahren sind außerdem für die Behandlung großer Volumenströme
(> 10 l/s) kaum geeignet und daher aktuell in Sachsen nicht in Betrieb. Sie
weisen jedoch besonders bei geringen Volumenströmen für die Behandlung
schwermetall-
oder
arsenhaltiger
Wässer
besonders
im
Erzgebirge
Einsatzpotential auf. Zeitweise waren Pilotanlagen im Einsatz. Im Sommer 2019
ist zudem eine Wetland-Grundwasser-Reinigungsanlage in Betrieb gegangen, die
kontaminiertes
Grundwasser
einer
ehemaligen
Schwelerei
aufbereitet
(Schadstoffe wurden nicht genauer benannt).

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Reinigungsverfahren sowie wirtschaftliche Bewertung und Selektion der
Best-Praxis-Verfahren gegen Acid-Mine-Drainage (Teilprojekt 1.8)
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Abbildung 3: Karte der Behandlungsanlagen des Lausitzer und Mitteldeutschen
Braunkohlenreviers sowie des Erz- und Steinkohlenbergbaus
Zusammenfassung und Ausblick
In diesem Teilprojekt wurde eine Vielzahl an Reinigungsverfahren gegen Acid-
Mine-Drainage recherchiert, welche international angewendet bzw. erprobt
werden. Diese wurden differenziert nach aktiven, passiven und In-situ Verfahren
detailliert beschrieben. Nach Möglichkeit sind dabei die Vor- und Nachteile
einzelner Anlagenelemente und ihr wirtschaftlicher Aufwand dargestellt. Als
Übersicht
werden
alle
Verfahren
hinsichtlich
Anwendungsspektrum,
Voraussetzungen/Aufwand, Effizienz von Neutralisation und Stoffabreicherung
sowie wirtschaftlichen Aspekten tabellarisch zusammengefasst. Die 14
relevantesten
Reinigungsverfahren
sind
außerdem
in
Form
von
Verfahrenssteckbriefen dargestellt.
Ein Favorit unter den verschiedenen Behandlungsmöglichkeiten gegen AMD lässt
sich nicht ableiten, da für einen bestimmten Standort nur jeweils ein Verfahren in
Frage kommt. Bestenfalls ist eine Anpassung der Reinigungsstufen bzw. eine
Optimierung bei technischen Detailfragen möglich. Das Einsatzpotential der
einzelnen Behandlungsverfahren in den sächsischen Bergbauregionen ergibt sich
in erster Linie auf Grundlage der Parameter Behandlungsvolumina und
Eisenkonzentrationen. Auf Grundlage internationaler Datenrecherche sind jedoch

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Reinigungsverfahren sowie wirtschaftliche Bewertung und Selektion der
Best-Praxis-Verfahren gegen Acid-Mine-Drainage (Teilprojekt 1.8)
Seite 9
Entscheidungsbäume zur Verfahrensauswahl für den sächsischen Raum
entwickelt worden.
Auch bei der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung konnten für Behandlungskosten (in €
pro zu behandelnden m³ Grubenwasser) bestenfalls Richtwerte für vier in
Sachsen anwendbare Verfahren geschätzt werden.
Die Studie zeigt auch, dass insbesondere aktive Verfahren zur Behandlung von
AMD erfolgreich eingesetzt werden, es jedoch für die Nutzung passiver
Reinigungsverfahren
noch
Verfahrensoptimierung
hinsichtlich
Effektivität
notwendig wäre.
Literatur
INAP. (2014).
Global Acid Rock Drainage Guide (GARD Guide).
The International Network for Acid
Prevention. Von
http://www.gardguide.com
abgerufen
PIRAMID Consortium. (2003).
Engineering guidelines for the passive remediation of acidic and/or
metalliferous mine drainage and similar wastewaters.
European Commission 5th Framework RTD
Project no. EVK1-CT-1999-000021 "Passive in-situ remediation of acidic mine / industrial drainage"
(PIRAMID), University of Newcastle Upon Tyne, Newcastle Upon Tyne, UK.
Wieber, G., & Streb, C. (2010).
Geowärme Bad Ems - Minimierung des Schadstoffaustrages.
Institut für geothermisches Ressourcenmanagement; ITB - Institut für Innovation, Transfer und
Beratung gemeinnützige GmbH. Bingen am Rhein: Ministerium für Umwelt, Forsten und
Verbraucherschutz Rheinland-Pfalz.
Wolkersdorfer, C. (2017).
Reinigungsverfahren für Grubenwässer - Bewertung und Beschreibung
von Verfahren.
South African Research Chair for Acid Mine Drainage Treatment, Tshwane
University of Technology, Pretoria, SA; Finnish Distinguished Professor for Mine Water
Management, Lappeenranta University of Technology, Mikkeli, Finnland.

Impressum
Herausgabe:
Dieser Steckbrief wurde im Rahmen des Projekts Vita-Min erstellt.
Das Projekt Vita-Min wurde aus Mitteln des europäischen Fonds für
regionale Entwicklung im Kooperationsprogramms SN-CZ 2014-2020
finanziert. Die Projektpartner sind das sächsische Landesamt für
Umwelt, Landwirtschaft und Geologie (Leadpartner), die
Stadtverwaltung Oelsnitz/Erzgeb. und die Verwaltungsbehörde des
Bezirks Ústecký kraj.
Alle Teilprojekte des LfULG tragen zum Leitprojekt „Für saubere
Gewässer in Sachsen“ bei.
Für Fragen und weitere Informationen zu diesem Teilprojekt
kontaktieren Sie:
Ansprechpartner
Sächsisches Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
Ansprechpartner: Frau Kathleen Lünich
Telefon: + 49 351 88928 4420
E-Mail:
Kathleen.Luenich@smul.sachsen.de
Bearbeitung:
Die Ergebnisse dieses Teilprojekts wurden im Rahmen einer Vergabe
vom LfULG durch die Firmen FIB Forschungsinstitut für
Bergbaufolgelandschaften e. V.; GFI Grundwasser-Consulting-Institut
GmbH Dresden; VisDat geodatentechnologie GmbH erarbeitet.
Titelfoto:
LfULG (2019): Vincenzgraben (Oßling) im Lausitzer Braunkohlerevier
(mittlere Messwerte 2018: pH-Wert 3,2; Eisen 18,8 mg/l; Sulfat 905 mg/l)
Redaktionsschluss:
20.12.2019
Weitere Informationen finden Sie unter
www.vitamin-projekt.eu