Abschlussbericht

Kompendium wirtschaftlicher und umweltge-

rechter Best-Praxis Lösungen für Bergbaufol-

gemanagement sowie aktiven Bergbau (TP 2.6)

Teil 2: Instrumente zur Ermittlung geeigneter umweltgerech-

ter Verfahren

Autoren: Dr.-Ing. habil. Felix Bilek, Dr. Christian Hildmann, Manja Walko, Mario Uhlig

Koordination: Kathleen Lünich

Berichtszeitraum: Okt/2019

–

März/2020

Berichtsabschluss: 31.03.2020

- INHALTSVERZEICHNIS -

Seite | I

VITA-MIN

3.2.1

WASSERBEHANDLUNG BIOLOGISCHE VERFAHREN (NR.: 2.1.2) _______________________________________ 17

3.2.2

WASSERBEHANDLUNG - PHYSIKALISCH/ CHEMISCHE VERFAHREN (NR.: 2.1.4) ________________________ 22

3.2.3

BIOLOGISCHE VERFAHREN DER IN-SITU GRUNDWASSERSANIERUNG (NR.: 2.2.) _______________________ 29

3.2.4

CHEMISCH/PHYSIKALISCHE VERFAHREN DER IN-SITU GRUNDWASSERSANIERUNG (NR.: 2.2.) _________ 30

3.3.1

SCHWEBSTOFFABSCHEIDUNG 3.1.1 ___________________________________________________________________ 32

3.3.2

NEUTRALISATIONSVERFAHREN (NR.: 3.1.2) _________________________________________________________ 35

3.3.3

METALLABSCHEIDUNG (NR.: 3.1.3) __________________________________________________________________ 35

3.3.4

NATÜRLICHE SELBSTREINIGUNG (FLIEßGEWÄSSER) (NR.: 3.2) ______________________________________ 35

3.3.5

BAULICHE MAßNAHMEN (NR.: 3.3.1) ________________________________________________________________ 36

3.3.6

WASSERMANAGEMENT (NR.: 3.3.2) __________________________________________________________________ 37

3.4.1

INLAKE-NEUTRALISATION (NR.: 4.1.1 UND NR 4.1.2) ________________________________________________ 38

3.4.2

REAKTIVE TEPPICHE (NR.: 4.1.3) ____________________________________________________________________ 39

3.4.3

NATÜRLICHE SELBSTREINIGUNG (NR.: 4.2) __________________________________________________________ 40

3.4.4

FLUTUNG BZW. WIEDEREINSTAU (NR.: 4.3.1) ________________________________________________________ 41

3.4.5

STEUERUNG (NR.: 4.3.2) _____________________________________________________________________________ 42

3.5.1

OBERFLÄCHENABDICHTUNG (NR.: 5.1.1) ____________________________________________________________ 44

3.5.2

VERRINGERUNG DER EXPOSITION (NR.: 5.5.1) _______________________________________________________ 47

3.5.3

KIPPENKÖRPER/HALDEN-KONDITIONIERUNG (NR.: 5.5.2) ___________________________________________ 51

3.5.4

ANGEPASSTE BAUMAßNAHMEN (NR.: 5.5.3) __________________________________________________________ 52

3.5.5

UMGANG MIT ANFALLENDEN SCHLÄMMEN (NR.: 5.6) ________________________________________________ 53

- INHALTSVERZEICHNIS -

Seite | II

VITA-MIN

4.1.1

EINFLUSSFAKTOREN _________________________________________________________________________________ 56

4.1.2

WEITERE HINWEISE ZUR NUTZUNG DER ENTSCHEIDUNGSDIAGRAMME ________________________________ 56

4.2.1

KOMMENTARE ZUR AUSWAHL VON VERFAHREN ZUR BEHANDLUNG VORWIEGEND SULFATBELASTETER

GRUNDWÄSSER (ABBILDUNG 4-2) ____________________________________________________________________________ 57

4.2.2

KOMMENTARE ZUR AUSWAHL VON PASSIVEN OXISCHEN VERFAHREN ZUR BEHANDLUNG VORWIEGEND

DURCH AZIDITÄT, EISEN UND ALUMINIUM BELASTETER GRUNDWÄSSER (ABBILDUNG 4-3) ____________________ 57

4.2.3

KOMMENTARE ZUR AUSWAHL VON AKTIVEN OXISCHEN VERFAHREN ZUR BEHANDLUNG VORWIEGEND

DURCH AZIDITÄT, EISEN UND ALUMINIUM BELASTETER GRUNDWÄSSER (ABBILDUNG 4-4) ____________________ 58

4.2.4

KOMMENTARE

ZUR

AUSWAHL

VON

VERFAHREN

ZUR

BEHANDLUNG

VORWIEGEND

DURCH

SCHWERMETALLE UND ARSEN BELASTETER GRUNDWÄSSER (ABBILDUNG 4-5) _______________________________ 58

4.2.5

KOMMENTARE ZUR AUSWAHL VON VERFAHREN ZUR BEHANDLUNG OCH SALINARER GRUNDWÄSSER

(ABBILDUNG 4-6) ____________________________________________________________________________________________ 58

4.3.1

KOMMENTARE ZUR AUSWAHL VON VERFAHREN ZUR BEHANDLUNG VORWIEGEND SULFATBELASTETER

FLIEßGEWÄSSER (ABBILDUNG 4-8) __________________________________________________________________________ 66

4.3.2

KOMMENTARE ZUR AUSWAHL VON VERFAHREN ZUR BEHANDLUNG VORWIEGEND DURCH AZIDITÄT, EISEN

UND ALUMINIUM BELASTETER FLIEßGEWÄSSER (ABBILDUNG 4-9) ____________________________________________ 67

4.3.3

KOMMENTARE

ZUR

AUSWAHL

VON

VERFAHREN

ZUR

BEHANDLUNG

VORWIEGEND

DURCH

SCHWERMETALLE UND ARSEN BELASTETER FLIEßGEWÄSSER (ABBILDUNG 4-10) _____________________________ 67

4.3.4

KOMMENTARE ZUR AUSWAHL VON VERFAHREN ZUR BEHANDLUNG HOCH SALINARER FLIEßGEWÄSSER

(ABBILDUNG 4-11) __________________________________________________________________________________________ 68

4.5.1

KOMMENTARE

ZU

MAßNAHMEN

ZUR

MINDERUNG/UNTERBINDUNG

DER

PYRITVERWITTERUNG

(ABBILDUNG 4-13) __________________________________________________________________________________________ 75

4.5.2

KOMMENTARE ZU MAßNAHMEN ZUR MINDERUNG/UNTERBINDUNG VON STOFFAUSTRÄGEN AUS

KIPPENKÖRPERN UND HALDEN (ABBILDUNG 4-14) __________________________________________________________ 75

4.5.3

UMGANG MIT ANFALLENDEN SCHLÄMMEN (ABBILDUNG 4-15) _______________________________________ 75

- ABBILDUNGSVERZEICHNIS -

Seite | II

VITA-MIN

- TABELLENVERZEICHNIS -

Seite | III

VITA-MIN

- 0 ANLAGENVERZEICHNIS -

Seite | 1

VITA-MIN

- 0 ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS -

Seite | 2

VITA-MIN

Active Drain and Gate System

anoxic limestone drain - Anoxischer Karbonatkanal

Acid Mine Drainage – saure bergbaubeeinflusste Wässer (Grubenwässer, Haldenwässer,

Sickerwässer) = saure Wässer mit hohen Gehalten an gelösten Metall-, Semimetall- und

Sulfat-Ionen, die aus Erzlagerstätten, Kohlenlagerstätten, Bergwerken (Minen) und

Bergbauhalden ausfließen

Eisenhydroxidschlamm

Flockungshilfsmittel

Grubenwasserreinigungsanlage

High-Density-Sludge (Verfahren)

International Network of Acid Prevention

Manganese Oxid Bed

Manganese Removal Bed

Neutralisationsmittel

Oxic Limstone Chanel

Oxic Limstone Drain

Passive In-situ Remediation of Acidic Mine / Industrial Drainage, Forschungsprojekt der

5. Framework Programme der EU-Kommission (1998–2002)

permeable reactive barrier / Reaktive Barrieren / Durchströmte Reinigungswände

reducing and alkalinity producing system - reduzierendes Alkalinität produzierendes

System

successive alkalinity producing system - sukzessive Alkalinität produzierendes System

Surface-catalysed Oxidation of Ferrous Ion

Vertikalfilterreaktor

Zero Valent Iron

- 1 VERANLASSUNG UND PROJEKTZIEL -

Seite | 3

VITA-MIN

Sowohl die Wirtschaft als auch die Umwelt in Sachsen sind in verschiedenen Regionen von

laufenden oder bereits abgeschlossenen Bergbauaktivitäten geprägt. Das LfULG führte das

von der Europäischen Union und dem Kooperationsprogramm Freistaat Sachsen - Tschechi-

sche Republik 2014 – 2020 geförderte Projekt Vita-Min. Dieses Projekt hat sich zum Ziel

gesetzt, Gewässerbelastungen durch den aktiven und Sanierungsbergbau sowie den Alt-

bergbau und daraus resultierende Konflikte zu identifizieren und Lösungsstrategien regional

und grenzüberschreitend zu entwickeln. Gegenstand war insbesondere die Entwicklung und

Kontrolle der Wassergüte von Grund- und Oberflächenwasser in bergbaubeeinflussten Regi-

onen sowie die Erweiterung des Verständnisses der wasserwirtschaftlichen und geochemi-

schen Gesamtsituation im Freistaat Sachsen sowie Tschechien. Es wurden konkrete Konzep-

te zur Verbesserung der wasserwirtschaftlichen Situation erstellt, welche zur Umsetzung der

Wasserrahmenrichtlinie in den vom Bergbau betroffenen Regionen beitragen sollen. Unter

anderem wurde eine Vielzahl von Reinigungs- und Sanierungsverfahren für betroffene

Grund- und Oberflächenwässer recherchiert und hinsichtlich ihrer Anwendung und Anwend-

barkeit in Sachsen bewertet [3, 4, 5, 6, 7, 8].

Diese Verfahren wurden nun gebündelt und recherchierbar gemacht, indem sie in die bishe-

rige Datenbankanwendung ATRIUM eingepflegt wurden. Diese Datenbankanwendung wird

vom LfULG seit 2004 auf seiner Webseite zur Verfügung gestellt, umfasste bisher jedoch nur

Verfahren zur Sanierung von Altlasten. Diese Webanwendung wurde nun um bergbauspezi-

fische Sanierungsverfahren erweitert und ertüchtigt und in diesem Zug in die neue BEAST-

(Bergbau-Altlasten-Sanierungs-Technologien) Datenbank überführt. Die neue BEAST-

Anwendung wurde ebenfalls in die LfULG Webseite integriert.

Die nun auch bergbauliche Sanierungsverfahren umfassende BEAST-Datenbank soll der

übersichtlichen Darstellung und der Kommunikation der erlangten Ergebnisse und Erkennt-

nisse dienen. Sie soll für alle Akteure und Beteiligten eine Hilfestellung in der Planung und

Vorbereitung weiterer Maßnahmen sein, die dazu dienen, die bergbaugeprägten Landschaf-

ten Sachsens in eine attraktive Folgenutzung zu überführen und den Naturhaushalt zu reha-

bilitieren.

Sie soll auch eine fachliche Arbeitshilfe für Gutachter und Behörden vor allem innerhalb der

Bearbeitungsphasen „Sanierungsuntersuchung" und „Sanierungsplanung" darstellen. Die

aktualisierte BEAST-Datenbank ermöglicht insbesondere Mitarbeitern von Behörden aber

auch planenden und ausführenden Firmen und Ingenieurbüros eine Auswahl und Erstbewer-

tung von Maßnahmen und Sanierungsverfahren zur Umsetzung der Vorschriften des Bun-

des-Bodenschutz- und Altlastengesetzes (BBodSchG) einerseits und des Bundesberggeset-

zes (BBergG) andererseits.

In dieser Studie werden in

nochmals alle recherchierten und be-

schriebenen wirtschaftlichen und umweltgerechten Best-Praxis Lösungen für das Bergbau-

folgemanagement sowie für den aktiven Bergbau in kurzer Form zusammengestellt. Eine

detaillierte Darstellung der einzelnen Verfahren erfolgt aufgrund der bereits vorliegenden

Dokumentationen [3, 4, 5, 6, 7, 8] nicht.

In

des Dokuments werden Kriterien benannt, die vom An-

wender in Abhängigkeit der standortspezifischen Randbedingungen und Anforderungen zur

Auswahl möglicher Verfahren und Vorgehensweisen herangezogen werden können.

- 2 ERGÄNZUNG DER DATENBANK -

Seite | 4

VITA-MIN

Die zur Ergänzung und Modernisierung der Datenbank durchgeführten Arbeiten und die Do-

kumentation der aktualisierten Datenbank erfolgt in

, einem separaten Dokument, das dem Text als Anlage 2 beigefügt ist. Die neue

Datenbank wird um die in Teil 1 benannten Verfahren zum Schutz von Grund- und Oberflä-

chenwässern vor bergbaulichen Einflüssen bzw. um Verfahren für die Behandlung von berg-

baubeeinflussten Wässern erweitert. Die Aufnahme weiterer neuer Informationen zu allen

Verfahren in die Datenbank ist möglich.

Die Behandlung von bergbaubeeinflussten Wässern ist meist eine Kombination eines oder

mehrerer sich gegenseitig beeinflussender Teilprozesse. Abbildung 2-1 zeigt Beispiele wie

physikalische, chemische und biologische Verfahrensschritte bei den einzelnen Grubenwas-

seraufbereitungsverfahren zusammenwirken. So werden Fe und Al im Normalfall im Rahmen

der Neutralisation von Grubenwässern durch chemische Fällung etwa bei pH 8,5 abgeschie-

den. Die erst bei höheren pH-Werten Hydroxide bildenden Metalle wie Mn, Zn, Cu, Ni und

Cd werden eher durch Sorptionsprozesse an die Hydroxid-Schlämme von Eisen und Alumi-

nium abgeschieden. Die gravitative Abscheidung der durch Fällung gebildeten Schwebstoffe

aus der Wasserphase ist dagegen ein rein physikalischer Prozess. Insofern ist eine Struktu-

rierung möglicher Verfahren lediglich nach dem Wirkmechanismus oder nach dem Schad-

stoff nicht immer zielführend. Diesem Aspekt wurde weitgehend bei der Gliederung der Ver-

fahren für die Datenbank Rechnung getragen, indem für die oberste Ebene eine schutzgut-

bezogene Gliederung gewählt wurde. In den weiteren Gliederungsebenen werden die Ver-

fahren nach dem primären Wirkmechanismus eingeordnet, wohlwissend dass für physika-

lisch dominierte Verfahren wie z. B. die Sedimentation auch chemische Prozesse eine Rolle

spielen und chemische Verfahren wie die oxidative Metallabscheidung auch mikrobielle

Komponenten haben können.

- 2 ERGÄNZUNG DER DATENBANK -

Seite | 5

VITA-MIN

Die bisherige ATRIUM-Datenbank fokussierte auf die Behandlung und Sanierung von Altlas-

ten. Sie umfasste die in Tabelle 2-1 dargestellten Behandlungsstrategien. Unter jedem Un-

terpunkt wurden eines oder mehrere Verfahren (hier nicht dargestellt) gruppiert. Die Da-

tenbank ermöglichte die gezielte Suche nach Verfahren anhand von verschiedenen Schlag-

worten oder Schadstoffgruppen. Für jedes der abgelegten Verfahren wurde eine allgemeine

Verfahrensbeschreibung abgelegt. Es bestand die Möglichkeit Anbieter für ein bestimmtes

Verfahren zu hinterlegen. Weitere Informationen wurden zu folgenden Stichpunkten abge-

legt:

Arbeitsschutz

Überwachung

Nachsorge

Nachbesserung

Anwendungsstand

Erforderliche Genehmigungen

Behandelbares Schadstoffspektrum

Eignungsgrad für verschiedene Böden und Materialien

Umweltauswirkungen

Die bisherige Gliederung der ATRIUM Datenbank wurde nun erweitert, um die bergbauspezi-

fischen Verfahren mit in die Struktur zu integrieren. Die Ergänzung betrifft insbesondere

Behandlungsverfahren für bergbaubeeinflusste Fließgewässer und Seen. Gefährdungen die-

ser Kompartimente des Wasserhaushaltes entstehen infolge von Bergbautätigkeiten, insbe-

- 2 ERGÄNZUNG DER DATENBANK -

Seite | 6

VITA-MIN

sondere beim Abbau von Steinen, Kies, Sand und Braunkohle werden aber auch nach wie

vor durch den Altbergbau verursacht.

Abbildung 2-2 zeigt die Zusammenführung von bereits vorhandenen Daten aus der bisheri-

gen ATRIUM-Datenbank (Links) und den für bergbaurelevante Verfahren vorliegenden

Steckbriefen (Rechts) für bergbaurelevante Verfahren in die neu gewählten Kategorien der

aktualisierten BEAST-Datenbank (Mitte). Neben den in verschiedenen vorangegangenen

LfULG-Projekten erarbeiteten Steckbriefen für bergbaurelevante Verfahren wurden die not-

wendigen Informationen auch aus den dazugehörigen Berichten [3, 4, 5, 6, 7, 8] und aus

weiteren Recherchen (siehe Kap. 2.1) zusammengetragen.

Die Informationen aus der bisherigen ATRIUM-Datenbank und den Steckbriefen wurden für

bergbauspezifische Verfahren für einige Stichpunkte zusammengeführt (so z. B. für die

„Verfahrensbeschreibung“). Zu anderen Stichpunkten (wie z. B. zur „Überwachung“) lagen

bisher keine Informationen für die bergbauspezifischen Verfahren vor. Diese Informationen

wurden, wenn verfügbar und sinnvoll, bei der Datenbank-Aktualisierung ergänzt.

1 Bodensanierung (Dekontamination)

1.1

ex-situ Bodensanierung

1.1.1

ex-situ Behandlungsverfahren (on site)

1.1.2

ex-situ Behandlungsverfahren (off site)

1.1.3

Verfahren zum Aushub und Verwertung des Bodens

1.2

in-situ Bodensanierung

1.2.1

Biologische Verfahren Boden

1.2.2

Chemisch-Physikalische Verfahren Boden

1.3

Bodenluftsanierung

1.3.1

Bodenluftentnahmeverfahren

1.3.2

Bodenluftbehandlungsverfahren

2 Grundwassersanierung (Dekontamination)

2.1

ex-situ Grundwassersanierung (pump and treat)

2.1.1

Verfahren zur Förderung und Ableitung des Grundwassers

2.1.2

Wasserbehandlung - biologische Verfahren

2.1.3

Wasserbehandlung - mechanische Seperationsverfahren

2.1.4

Wasserbehandlung - physikalisch/ chemische Verfahren

2.2

in-situ Grundwassersanierung

2.2.1

Biologische Verfahren

2.2.2

Chemisch-Physikalische Verfahren GW

2.2.3

Phasenabscheidung

5 Sicherungsmaßnahmen

5.1

Abdichtsysteme

5.1.1

Oberflächenabdichtung

5.1.2

Vertikale Dichtsysteme

5.1.3

Basisabdichtung

5.2

Immobilisierung

5.2.1

Immobilisierung in-situ

5.2.2

Immobilisierung on-site/off-site

5.3

Hydraulische Verfahren

5.3.1

Hydraulische Sperren

5.3.2

Abfangen/Umleiten von Wasser

5.4

Explosionsschutz

5.4.1

passive Entgasung

- 2 ERGÄNZUNG DER DATENBANK -

Seite | 7

VITA-MIN

Die aktualisierte BEAST-Datenbank umfasst vier Gliederungsebenen.

Gliederungsebene 1:

: Die oberste Gliederungsebene bildet die schutzgutbezoge-

ne Gliederung. Sie umfasst die folgenden fünf Strategien

Aus der bisherigen ATRIUM-Gliederung stammende Elemente

Neue in die BEAST-Datenbank aufgenommene bergbauspezifische Gliederungselemente

- 2 ERGÄNZUNG DER DATENBANK -

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VITA-MIN

Aktualisierte

BEAST-

DB

- 2 ERGÄNZUNG DER DATENBANK -

Seite | 9

VITA-MIN

Dabei entstammen die Strategien

und

sowie

der bisherigen ATRIUM-Datenbank. Sie wurden um die Strategien

und

ergänzt. Dieses Beibehalten der schutzgutbezogenen

Gliederung der Datenbank (Boden, Grundwasser, Fließgewässer u.s.w.) in der ersten Glie-

derungsebene ist sinnvoll, da es Suchprozesse der Anwender erleichtert.

In Gliederungsebene 2 und 3:

bzw.

werden die Verfahren

nach ihren Haupt-Wirkprinzipien (z. B. Biologisch, Chemisch, Physikalisch) oder nach ihren

Hauptwirkungsbereichen (In-situ, ex-situ) eingeordnet, wohlwissend dass für physikalisch

dominierte Verfahren wie z. B. die Sedimentation auch chemische Prozesse eine Rolle spie-

len und chemische Verfahren wie die oxidative Metallabscheidung auch mikrobielle Kompo-

nenten haben können. Diese Gliederungsebenen entsprechen in der Regel den nächsten

anstehenden Auswahl-Entscheidungen der Anwender. Sie spiegeln die Anforderungen durch

die jeweiligen Standorte, der Genehmigungsbehörden und des Schadstoffspektrums wider.

In Gliederungsebene 4:

sind die einzelnen Verfahren mit ihren Spezifika charak-

terisiert. Durch die große Vielfalt der Verfahren, die speziell im Rahmen der Bergbausanie-

rung erprobt und eingesetzt werden, wurde es hier teilweise notwendig, bereits bestehende

Einträge (z. B. Reduktion/Oxidation) zu diversifizieren, Das heißt, es werden in der aktuali-

sierten BEAST-Datenbank z. B. mehrere Verfahren zur „Oxidation“ eingeführt:

Oxidation: Belüftungskaskade

Oxidation: Venturi-Belüftung

Oxidation: Oberflächenbelüftungssysteme

Oxidation: chemische Oxidationsmittel

Zwei Beispiele für die oben genannte Gliederung sind in Tabelle (hier für die Strategie

„Grundwassersanierung“) dargestellt.

Gliederungs-

ebene

Bezeichnung Gliederungs-

ebene

1

1

Strategie

Grundwassersanierung

2

1.1

Szenariengruppe

Ex-situ Grundwassersanierung

3

1.1.1

Szenarien

Verfahren zur Förderung und Ableitung des

Grundwassers

4

1.1.1.1

Verfahren

Wiedereinleitung ins Grundwasser über

Schluckbrunnen

Gliederungs-

ebene

Bezeichnung Gliederungs-

ebene

1

1

Strategie

Grundwassersanierung

2

1.1

Szenariengruppe

Ex-situ Grundwassersanierung

3

1.1.1

Szenarien

Verfahren zur vorwiegend chemischen Was-

serbehandlung

4

1.1.1.1

Verfahren

Neutralisationsverfahren

In manchen Fällen kommen Sanierungsverfahren sowohl im Altlastenbereich als auch in

jeweils angepasster Form in der Bergbausanierung zum Einsatz. Grundsätzlich wird ein be-

- 2 ERGÄNZUNG DER DATENBANK -

Seite | 10

VITA-MIN

stimmtes Verfahren jedoch nur einmal in der Datenbank geführt. Zur Charakterisierung der

Einsatzmöglichkeiten wird die Kategorie „

“, die in jedem Steckbrief genannt

ist und die auch Bestandteil der aktualisierten BEAST-Datenbank bleibt, genutzt. Hier kann

für jedes Verfahren gekennzeichnet werden, ob es „geeignet zur Sanierung von Altlasten“

oder „geeignet zur Sanierung von Bergbaufolgen“ ist.

2.1 DATENQUELLEN

Die Recherche und Bewertung der bergbaurelevanten Sanierungsverfahren baut auf den

Ergebnissen der VODAMIN-Berichte von Teilprojekt 04 „Reinigungsverfahren von Grundwas-

ser und Oberflächengewässern“ [5], Teilprojekt 09 „Reinigungsverfahren für Grubenwasser

- Bewertung und Selektion der Verfahren“ [6] sowie Teilprojekt 14 „Verfahren zur Fassung,

Ableitung und Reinigung von bergbaulich kontaminierten Grundwässern“ [7] auf.

Im Vita-Min-Teilprojekt 1.9 „Recherche und Wirtschaftlichkeit (mikro-)biologischer Verfah-

ren zur Reinigung von Bergbauwässern“ [4] wurden folgende (mikro-)biologischen Reini-

gungsmethoden bereits umfassend beschrieben und bewertet:

Aerobe konstruierte Feuchtgebiete

Anaerobe konstruierte Feuchtgebiete

Reduzierende Alkalinität produzierende Systeme

In-situ reaktive Barrieren

In-situ Reaktionszonen (Stimulation der heterotrophen Sulfatreduktion)

In-situ Enteisenung

Bioreaktoren – heterotrophe Sulfatreduktion

Bioreaktoren – autotrophe Sulfatreduktion

Bioreaktoren – Schwertmannit-Verfahren

Für diese Verfahren liegen sog. Steckbriefe vor, in denen diese nach definierten Kriterien

kurz charakterisiert wurden.

Folgende weitere Verfahren wurden im Rahmen des Vita-Min-Teilprojektes 1.8 „Reinigungs-

verfahren sowie wirtschaftliche Bewertung und Selektion der Best-Praxis-Verfahren gegen

Acid-Mine-Drainage“ [3] in Form von Steckbriefen charakterisiert:

Aktive Grubenwasseraufbereitung

Aktive Behandlung von Wässern mit Schwermetallen

Savmin- und Walhalla-Verfahren

Membran-Verfahren

Membranelektrolyse-Verfahren (RODOSAN)

Thermische Eindampfung

Absetz- bzw. Sedimentationsbecken

Oxischer Karbonatkanal (OLD)

Offenes Karbonatgerinne (OLC)

Manganese Oxidation Bed

Anoxischer Karbonatkanal (ALD)

Vertikaldurchflussreaktor (VFR) – Großoberflächenfilter

Geschlossenes Karbonatlösungssystem

Siderit–Calcit-Reaktor

sowie weitere Verfahren aus anderen Vita-Min-Studien.

- 2 ERGÄNZUNG DER DATENBANK -

Seite | 11

VITA-MIN

Folgende internationale Quellen zu Verfahren der Bergbauwasser-Aufbereitung bzw. der

Verminderung des Anfalls von bergbaubeeinflustem Wasser werden ausgewertet:

1.

(2003). Zusammenstellung von Verfahren zur Abtrennung von

Sulfatfrachten aus bergbaubeeinflussten Wässern. Es werden Fällungstechniken,

Membranverfahren, Ionen-Austauschverfahren und Verfahren zur mikrobiellen

Sulfatentfernung dargestellt. Die einzelnen Prozesse werden anhand von

Beispielen bewertet [11].

2.

(INAP 2014)

The International

Network for Acid Prevention. Von

abgerufen. Sehr

umfangreiche Zusammenstellung aller für die Sauerwasserbildung relevanten

hydraulischen, mikrobiellen und hydrochemischen Prozesse. Die gesetzlichen

Grundlagen für verschiedene Länder, Methoden der Erkundung und Vorhersage

sowie der Vermeidung und Behandlung von AMD werden vorgestellt [12].

3.

; PIRAMID (Passive In-situ Remediation of

Acidic Mine / Industrial Drainage ) Consortium. University of Newcastle Upon Ty-

ne, 2003 (PIRAMID Consortium, 2003). In diesem in einem internationalen For-

schungsverbund entstandenen Text werden Hinweise zur praktischen Anwendung

von passiven in-situ-Sanierungs-Technologien zur Aufbereitung und Behandlung

von sauren und / oder metallhaltigen Minenabwässern und anderen, ähnlichen

Abwässern zusammengestellt [13].

4.

; International Centre for Soil and

Contaminated Sites. Dessau, 2006. Der Text stellt verschiedene etablierte in-

situ-Verfahren zur Dekontamination organisch belasteter Untergründe (gesättigte

und ungesättigte Zone) aus dem Bereich der Altlastenbehandlung vor [14].

5.

. Herausgegeben von der

Environmental Protection Acency, USA, 2013. Der Text fokussiert auf die im

Untergrund beim Abbau von organischen Schadstoffen ablaufenden chemischen

und mikrobiellen Prozesse. Er stellt kurz einige Beispiele von im Feld

implementierten Verfahrensvarianten dar [15].

6.

. Environmental Protection

Acency, USA, 2000. Der Text fokussiert auf die Planung, Implementierung und

den Betrieb/Unterhaltung von Wetlands. Der Text ist auf die US-amerkanische

Gesetzeslage abgestimmt [16].

7.

,

1995. Allgemeine und knappe Einführung in die Funktionsweise, die

verschiedenen Ausprägungen und die Implementierung von Wetlands [17].

- 3 TEIL 1: KOMPENDIUM: BESCHREIBUNG DER BERGBAURELEVANTEN VERFAHREN -

Seite | 12

VITA-MIN

3.1 EINFÜHRENDE BEMERKUNG

Nur ein Teil der in der wissenschaftlichen Literatur beschriebenen Verfahren werden welt-

weit aktuell tatsächlich für die Aufbereitung von durch den Bergbau verunreinigten Wässern

eingesetzt. Einige andere Verfahren befinden sich noch in der Entwicklung. So sieht

Wolkersdorfer (2017) die elektrochemischen Verfahren als zukunftsweisend an. Für einen

industriellen Einsatz sind jedoch noch einige Anstrengungen von Wissenschaft und Ingeni-

eurstechnik notwendig.

Andere Verfahren sind technologisch funktionsfähig, werden aber aufgrund hoher Kosten für

Betriebsstoffe und Energie kaum eingesetzt. Hierzu zählen bspw. die Ettringitfällung oder

das Walhalla-Verfahren sowie Verfahren, die die Sulfatreduktion zur Schwermetallbildung

nutzen. Solche Verfahren sind dann nur im Einzelfall unter besonderen Randbedingungen

(erhöhter Handlungsdruck, besonders gute Verfügbarkeit der benötigten Zuschlagstoffe

usw.) einsetzbar.

Wieder andere Verfahren sind aufgrund lokaler Gegebenheiten an einem Standort gut ge-

eignet, an anderen Standorten jedoch nicht einsetzbar. Ein Beispiel sind die aeroben

Wetlands zur Schwebstoff- und Metallabscheidung, die zur Behandlung von Stollenwässern

alter englischer Kohlebergbaue eingesetzt werden. Diese sind i.d.R. durch alkaline

Wasserbeschaffenheiten, geringe Volumenströme und geringe Schwermetallfrachten ge-

prägt, weshalb diese Verfahren wirksam sind. Eine Übertragung auf sächsische Verhältnisse

ist aufgrund völlig anderer geochemischer und hydraulischer Bedingungen jedoch nur in

Einzelfällen möglich.

Weiterhin gibt es Reinigungsmethoden, die speziell für die Anforderungen des mittel- und

ostdeutschen Braunkohleneviers (weiter)entwickelt wurden wie z. B. die

.

Für diese gibt es so gut wie keine internationalen Erfahrungen oder Referenzen.

Ein relevanter Faktor am Standort Sachsen ist die Temperatur. Sowohl mikrobielle als auch

chemische Stoffumsätze verringern sich teilweise signifikant bei Temperaturen nahe des

Nullpunktes. Auf diesen Prozessen basierende Reinigungsverfahren liefern deshalb in der

kalten Jahreszeit oft signifikant schlechtere Ergebnisse als im Sommerhalbjahr. Auch das

anteilige oder vollständige Ein- und Zufrieren von Oberflächengewässern oder Anlagen (z.

B. Ockerteiche) kann die Leitungsfähigkeit von sowohl naturnahen als auch technischen

Verfahren zeitweise stark beeinträchtigen.

Hierzulande wird im Rahmen der Wasserrechtlichen Erlaubnis für den Betrieb eines Reini-

gungsverfahrens meist die Einhaltung von Absolutwerten im Ablauf gefordert. Die Vorgabe

einer prozentualen Abreinigungsleistung oder gar die Vorgabe einer über das Jahr gemittel-

ten Fracht ist selten. Vor diesem Hintergrund sind jahreszeitliche Schwankungen der Leis-

tungsfähigkeit gerade naturnaher Systeme oft Ausschlusskriterien für ein Verfahren.

In diesem Sinne sind nicht alle hier genannten Verfahren von der gleichen praktischen Rele-

vanz. Die letztendliche Entscheidung über die Einsetzbarkeit eines Verfahrens kann nur

- 3 TEIL 1: KOMPENDIUM: BESCHREIBUNG DER BERGBAURELEVANTEN VERFAHREN -

Seite | 13

VITA-MIN

durch den Fachmann anhand eines konkreten Standortes bzw. einer konkreten Problemstel-

lung in Kenntnis aller relevanten Randbedingungen getroffen werden (siehe auch Kap. 4.1).

In den folgenden Unterkapiteln des „Kompendiums“ werden die bergbaurelevanten Verfah-

ren der einzelnen Strategien vorgestellt. Jeweils am Anfang eines Kapitels ist die Gliederung

der BEAST-Datenbank dargestellt. Jedes Verfahren erhält eine Gliederungsnummer. Blau

hinterlegt sind jeweils die bereits bisher enthaltenen Verfahren dargestellt. Diese werden

nun um die bergbaurelevanten Verfahren (braun hinterlegt) ergänzt. Teilweise beinhaltete

die bereits bestehende Datenbank Eintragungen (Verfahren), die auch bergbaurelevant

sind. Diese wurden lila gekennzeichnet. Diese bestehenden Einträge werden um den Zusatz

„geeignet zur Sanierung von Bergbaufolgen“ ergänzt. Teilweise mussten dafür auch Inhalte

ergänzt werden.

3.2 STRATEGIE 2: GRUNDWASSERSANIERUNG (DEKONTAMINATION)

Hinsichtlich

erfolgt keine Ergänzung durch bergbaurelevante

Verfahren. Alle Verfahren, die primär Maßnahmen zur Minderung des Schadstoffaustrages

aus bergbaubürtigen Feststoffkörpern (z. B. Kippen) betreffen, werden in

eingeordnet Kap. 3.5).

Der Bedarf bergbaubeeinflusste Grundwässer zu behandeln, tritt insbesondere auf, wenn

diese Wässer im Zuge von Bergbautätigkeit oder der nachfolgenden Sanierung geho-

ben/abgefördert werden müssen bzw. unkontrolliert/diffus an der Tagesoberfläche austre-

ten. Dies kann z. B. auch an einem Stollenmundloch eines aufgegebenen Bergwerkes sein.

Insofern wird unter

explizit auch die ex-situ-Behandlung

dieser Wässer eingeordnet. Sie werden von den den Fließgewässern zugeordneten Verfah-

ren (Kap. 3.3

) unterschieden, da sie noch nicht in ei-

nen Oberflächenwasserkörper ausgetreten und durch diesen verdünnt wurden. Diese Unter-

scheidung ist von verfahrenstechnischer Relevanz, da:

Verfahren, wie z. B. die Sulfatfällung unter oxischen Bedingungen auf hohe (unver-

dünnte) Sulfatkonzentrationen angewiesen ist und

der Austritt in ein Oberflächengewässer häufig mit einer teilweisen Neutralisation der

Azidität und der Oxidation der Eisenfracht der Grundwässer einhergeht. Die häufig

hohen Aziditäten bergbaubeeinflusster Grundwässer erfordern andere Behandlungs-

verfahren als die Behandlung neutraler, lediglich mit hohen Eisenhydroxid-

Schwebstofffrachten belasteter Fließgewässer.

Bergbaubeeinflusste Grundwässer werden durch Sümpfung an die Oberfläche gefördert oder

treten unkontrolliert und diffus als Sickerwässer an Böschungen oder in Form von

Dränagewässern oder Stollenausläufen an die Tagesoberfläche aus. Insofern können diese

Grundwässer bereits eine Zeitlang im Kontakt mit der Atmosphäre in Stollen, Gräben,

Ableitern o.ä. transportiert worden sein, bevor sie einer Behandlung zugeleitet werden kön-

nen. Die dann relevanten Aufbereitungs-, Behandlungs- und Stoffrückhalteverfahren sind

dann vergleichbar mit denen, die im Kapitel 3.3

ge-

nannt sind. Im Folgenden wird deshalb folgende Einordnung durchgeführt:

Verfahren, bei denen es primär um die Abscheidung noch gelöster Bestandteile bzw.

die Behandlung eines Sauerstoffdefizits geht, (typisch für bergbaubeeinflusste

Grundwässer) werden im Kapitel „

“ beschrieben.

- 3 TEIL 1: KOMPENDIUM: BESCHREIBUNG DER BERGBAURELEVANTEN VERFAHREN -

Seite | 14

VITA-MIN

Verfahren, bei denen es primär um die Abscheidung bereits kolloidal vorliegender

Bestandteile geht (typisch für Fließgewässer) werden im Kapitel „

“ beschrieben.

Generell können jedoch alle Verfahren, die für die ex-situ-Behandlung bergbaubeeinflusster

Grundwässer geeignet sind, bei entsprechender Beschaffenheit auch auf den kompletten

Volumenstrom eines Fließgewässers angewendet werden.

Tabelle 3-1 zeigt die aktuelle Gliederung der harmonisierten ATRIUM-Datenbank für Strate-

gie 2:

. Nachfolgend werden nur die in Tabelle 3-1 braun gekenn-

zeichneten bergbauspezifischen Verfahren erläutert.

Legende der Farbhinterlegung

Datensatz aus ursprünglicher ATRIUM-Datenbank: Es erfolgt keine Ergänzung

Ergänzter bergauspezifischer Eintrag

Bestehender Eintrag: Muss um bergbauspezifische Informationen ergänzt werden

- 3 TEIL 1: KOMPENDIUM: BESCHREIBUNG DER BERGBAURELEVANTEN VERFAHREN -

Seite | 15

VITA-MIN

2.1.1.1

Wiedereinleitung ins Grundwasser über Schluckbrunnen

2.1.1.2

Wiedereinleitung ins Grundwasser über Verrieselung

2.1.1.3

Ableitung in die Kanalisation

2.1.1.4

Ableitung in Oberflächengewässer

2.1.1.5

Grundwasserförderung über Vakuumbrunnen

2.1.1.6

Grundwasserförderung über Vertikalbrunnen

2.1.1.7

Grundwasserförderung über Horizontalbrunnen

2.1.1.8

Grundwasserförderung über Dränwände

2.1.2.1

Biologische Verfahren (bei ex-situ Grundwassersanierung)

2.1.2.2

Biol. Verfahren: Aerobe konstruierte Feuchtgebiete

2.1.2.3

Biol. Verfahren: Anaerobe konstruierte Feuchtgebiete

2.1.2.4

Biol. Verfahren: Reduzierende Alkalinitätssysteme RAPS, SAPS

2.1.2.5

Biol. Verfahren: Bioreaktoren - heterotrophe Sulfatreduktion

2.1.2.6

Bioreaktoren - autotrophe Sulfatreduktion

2.1.2.7

Natürliche Selbstreinigung

2.1.3.1

Membranverfahren

2.1.3.2

Membranverfahren: Mikrofiltration

2.1.3.3

Membranverfahren: Nanofiltration

2.1.3.4

Membranverfahren: Umkehrosmose

2.1.3.5

Leichtflüssigkeitsabscheidung (Phasentrennung)

2.1.3.6

Sedimentation

2.1.3.7

Flotation

2.1.3.8

Filtration

- 3 TEIL 1: KOMPENDIUM: BESCHREIBUNG DER BERGBAURELEVANTEN VERFAHREN -

Seite | 16

VITA-MIN

2.1.4.1

Elektrochemische Verfahren

2.1.4.2

Membranelektrolyseverfahren: Rodosan-Verfahren

2.1.4.3

Emulsionsspaltung

2.1.4.4

Strippung/ Desorption

2.1.4.5

Adsorption (bei ex-situ Grundwassersanierung)

2.1.4.6

Sorbenten aus dem Bergbauumfeld

2.1.4.7

Fällung: Gipsfällung

2.1.4.8

Fällung: Schwertmannitfällung

2.1.4.9

Fällung: Bariumsulfatfällung

2.1.4.10

Fällung: Ettringitfällung

2.1.4.11

Aktive Neutralisation: Klassische GWRA

2.1.4.12

Aktive Neutralisation: Dickschlammverfahren

2.1.4.13

Passive Neutralisation: Oxischer Karbonatkanal

2.1.4.14

Passive Neutralisation: Offenes Karbonatgerinne

2.1.4.15

Passive Neutralisation: Manganese Oxidation Bed

2.1.4.16

Passive Neutralisation: Geschlossenes Karbonatlösungssystem

2.1.4.17

Ionenaustausch

2.1.4.18

Katalytische Verbrennung

2.1.4.19

Extraktion / MPPE Verfahren

2.1.4.20

Oxidation: Belüftungskaskade

2.1.4.21

Oxidation: Venturi-Belüftung

2.1.4.22

Oxidation: Oberflächenbelüftungssysteme

2.1.4.23

Oxidation: chemische Oxidationsmittel

2.1.4.24

Oxidation: Vertikaldurchflussreaktor, Low-pH Fe oxidation channel

2.1.4.25

Thermische Entsalzung

2.2.1.1

Biosparging

2.2.1.2

Eintragen flüssiger Stoffe zur Erhöhung der Bioverfügbarkeit

2.2.1.3

Bioscreen

2.2.1.4

Eintragen fester Sauerstoffträger

2.2.1.5

Eintragen flüssiger Sauerstoffträger

2.2.1.6

Eintragen von Sauerstoff (gasförmig)

2.2.1.7

Injektion von Primärsubstrat

2.2.1.8

C-Eintrag zur Stimulation heterotrophe Sulfatreduktion →Injektionsverfahren

2.2.1.9

Reduktive Dechlorierung

2.2.1.10

Eintragen von Elektronenakzeptoren

2.2.1.11

Reaktive Wand (vollflächig durchströmt) – Neutralisation/Stofffrachtreduktion durch

Umsatz organischer Substanz

2.2.2.1

Reaktive Wand (vollflächig durchströmt) – Neutralisation/Metallfrachtreduktion durch

karbonathaltiges Substrat

- 3 TEIL 1: KOMPENDIUM: BESCHREIBUNG DER BERGBAURELEVANTEN VERFAHREN -

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VITA-MIN

3.2.1

WASSERBEHANDLUNG BIOLOGISCHE VERFAHREN (NR.: 2.1.2)

Der Wirkmechanismus aerober Feuchtgebiete beruht auf der Bereitstellung biologischer

Oberflächen und Biofilme, durch welche die Eisenoxidation (mikro-)biologisch katalysiert

wird (Weber & Bilek, 2018). Die in [4] zusammengefassten Prozesse, die im Feuchtgebiet

ablaufen (mikrobiell katalysierte Oxidation, Filtration kolloidal gebundener Schadstoffe,

Sorption, Bioakkumulation), stellen eine Kombination einiger der nachfolgend beschriebenen

Behandlungsverfahren dar. Gleiches gilt für anaerobe Feuchtgebiete oder auch reduzierende

Alkalinitätssysteme, deren Wirkmechanismus der Induzierung mikrobieller Eisen- und

Sulfatreduktion durch das organische Substrat, zusätzlich zu den Prozessen des aeroben

Feuchtgebietes, noch die Ausfällung von Metallsulfiden, die Mitfällung von Arsen in Eisensul-

fiden und ggf. die Bildung von Alkalinität durch die Auflösung von Kalk/Dolomit nach sich

zieht.

3.2.1.1

BIOL. VERFAHREN: AEROBE KONSTRUIERTE FEUCHTGEBIETE (NR.: 2.1.2.2)

Aerobe konstruierte Feuchtgebiete (aerobic wetlands) bezeichnen technische Ökosysteme,

die in Anlehnung an natürliche Feuchtgebiete erbaut wurden. Sie zeichnen sich aus durch

a)

eine technische oder natürliche hydraulische Barriere zur Verhinderung des Versi-

ckerns von Wasser,

b)

Einrichtungen zur Steuerung der Durchströmung und

c)

einer Bodenschicht für das Wachstum von Makrophyten [10].

In ihnen werden Prozesse natürlicher Feuchtgebiete kontrolliert zur Immobilisierung von

Schadstoffen ausgenutzt. Der Kernprozess ist die Oxidation von Fe-II (ggf. Mn-II) durch

Luftsauerstoff mit daran anschließender Ausfällung von (Oxi-)hydroxiden. Die Reaktionsge-

schwindigkeit der Oxidation wird nur gering beschleunigt, so dass der geringe technische

Aufwand mit großem Flächenbedarf einhergeht.

2.2.2.2

Adsorptive Wand (vollflächig durchströmt)

2.2.2.3

Funnel and Gate

2.2.2.4

Drain-and-Gate-System

2.2.2.5

Elektrokinetische Verfahren (bei in-situ Grundwassersanierung)

2.2.2.6

In-situ-Strippen (AirSparging)

2.2.2.7

Thermische Verfahren (bei in-situ Grundwassersanierung)

2.2.2.8

ISCO-Verfahren (in-situ-chemische Oxidation)

2.2.2.9

Grundwasserzirkulationsbrunnen (In-Well-Air Stripping)

2.2.2.10

Hydroschock-Verfahren

2.2.2.11

Injektionsverfahren (bei in-situ Grundwassersanierung)

2.2.2.12

Dichtwand-Heber-Reaktor (DHR-Verfahren)

2.2.2.13

In situ Bodenspülung GW

2.2.2.14

In-situ-Enteisung

2.2.3.1

Verfahren mit Skimmer

2.2.3.2

Verfahren mit Koaleszenzabscheider

- 3 TEIL 1: KOMPENDIUM: BESCHREIBUNG DER BERGBAURELEVANTEN VERFAHREN -

Seite | 18

VITA-MIN

Konstruktiv lassen sich aerobe konstruierte Feuchtgebiete unterteilen in [10]:

•

Freiwassersysteme mit direktem Kontakt der Wasseroberfläche zur Atmosphäre und

horizontaler Durchströmung,

•

Systeme mit horizontaler Durchströmung im Boden,

•

Systeme mit vertikaler Durchströmung im Boden.

Dabei zeichnen sich die Systeme mit Durchströmung im Boden durch höhere Umsatzraten,

damit geringerem Flächenbedarf und höherer Stabilität gegenüber Temperaturschwankun-

gen aus. Die Wassertiefe beträgt typischerweise 15–50 cm [6].

Der eigentliche Wirkmechanismus beruht auf der Bereitstellung biologischer Oberflächen

und Biofilme, durch welche die Eisenoxidation (mikro-)biologisch katalysiert wird. Einerseits

durch mikrobielle Eisenoxidation selbst und andererseits durch darüber induzierte Folgere-

aktionen werden verschiedene Schadstoffe aus der Wasserphase in Festphasen immobili-

siert (Skousen et al., 2017):

•

mikrobiell katalysierte Oxidation von Fe-II und Mn-II (letzteres i.d.R. erst bei Kon-

zentrationen gelösten Eisens < 5 mg/L),

•

Filtration kolloidal gebundener Schadstoffe durch Pflanzenbewuchs und Boden,

•

Sorption (z. B. Oberflächenkomplexierung) anderer Metall(oid-)e an den entstehen-

den Eisen-/Mangan-(oxi-)hydroxiden,

•

Aufnahme in die Biomasse der Pflanze (bedeutsam bei geringen Konzentrationen und

v. a. für bioakkumulierbare Stoffe, wie Cr).

Besondere Bedeutung kommt einer geeigneten Bepflanzung mit Makrophyten zu, durch wel-

che

a)

der Sauerstofftransport in den Wurzelraum erhöht,

b)

als wesentlicher Effekt, die Filtration der gefällten (Eisen-)phasen gewährleistet wird

und

c)

eine Vergleichmäßigung der Strömung mit Verhinderung hydraulischer Kurzschlüsse

stattfindet.

Typische Bepflanzungen sollten für die Region einheimische Arten sein. Mayes et al. (2009)

führen in ihrem Review auf: Schilfrohr (Phragmites australis), Breitblättriger Rohrkolben

(Typha latifolia), Schmalblättriger R. (Typha angustifolia), Einfacher Igelkolben (Sparganium

emersum), Schmalblättriges Wollgras (Eriophorum angustifolium), Flatter-Binse (Juncus

effusus). Alle genannten Arten kommen in den gemäßigten Klimaten Europas vor.

3.2.1.2

BIOL. VERFAHREN: ANAEROBE KONSTRUIERTE FEUCHTGEBIETE (NR.: 2.1.2.3)

Anaerobe konstruierte Feuchtgebiete (compost/anaerobic wetlands) sind technisch kontrol-

lierte Biotope, in denen durch die gezielte Durchströmung der als Substrat dienenden Bo-

denschicht ein anaerobes Milieu geschaffen wird, in welchem mikrobiell induzierte

Sulfatreduktion stattfindet. Dabei muss das eingesetzte Substrat als mikrobiell verwertbare

Kohlenstoffquelle verfügbar sein (leicht verfügbar, Cellulose basiert, Lignin basiert).

- 3 TEIL 1: KOMPENDIUM: BESCHREIBUNG DER BERGBAURELEVANTEN VERFAHREN -

Seite | 19

VITA-MIN

Der Wasserstand ist i. d. R. 0–8 cm, die > 0,3 m mächtige organische Schicht muss konti-

nuierlich von Sauerstoffzutritt bewahrt werden, damit in den tieferen Schichten die redukti-

ven Prozesse stattfinden können. Die anaeroben Feuchtgebiete werden nicht zwingend be-

pflanzt, wobei Makrophyten jedoch die gleichen Vorteile bieten, wie bei den aeroben

Feuchtgebieten dargestellt. Ein anaerobes konstruiertes Feuchtgebiet besitzt im oberen Be-

reich aufgrund des Kontaktes zur Atmosphäre immer auch aerobe Zonen, so dass eine voll-

ständige Abgrenzung zu den aeroben Pendants nicht immer möglich ist, zumal es auch in

aeroben Systemen anaerobe Zonen geben kann (s. a. Mayes et al., 2009).

Den organischen Substraten wird oft Kalk (oder auch Dolomit) beigemischt, um die

Alkalinität zu erhöhen (fließender Übergang zum (unbepflanzten) RAPS; Kap. 3.2.1.3).

Der Wirkmechanismus anaerober konstruierter Feuchtgebiete beruht auf der Induzierung

mikrobieller Eisen- und Sulfatreduktion durch das organische Substrat mit darauf folgender

•

Ausfällung von Metallsulfiden (Eisen, Cadmium, Blei, Nickel, Zink),

•

Mitfällung von Arsen in Eisensulfiden,

•

ggf. Bildung von Alkalinität durch Auflösung von Kalk/Dolomit.

Zusätzlich zu diesen Prozessen finden in den oberen Schichten, in welchen noch Sauerstoff

vorhanden ist, prinzipiell die gleichen Prozesse statt, wie in aeroben konstruierten Feucht-

gebieten. Wie in allen Biotopen bildet sich eine komplexe Lebensgemeinschaft von Mikroor-

ganismen aus. Neben dem direkten Zielprozess, der Sulfatreduktion, ist u. a. auch der Ab-

bau höhermolekularer organischer Substanz zu kurzkettigen, für die Sulfatreduzierer ver-

wertbaren C-Quellen von Relevanz.

Wirkungsweise und Anwendungsgebiete anaerober konstruierter Feuchtgebiete werden in

[4] detaillierter beschrieben.

3.2.1.3

BIOL. VERFAHREN: REDUZIERENDE ALKALINITÄTSSYSTEME RAPS, SAPS (NR.: 2.1.2.4)

Beim reduzierenden Alkalinität-produzierenden System (reducing and alkalinity producing

system RAPS) bzw. dem sukzessive Alkalinität produzierenden System (successive alkalinity

producing system SAPS) strömt das Wasser in einem unbepflanzten Filterbett vertikal erst

durch eine Kompostschicht und dann durch die darunterliegende Kalksteinschicht.

Die Systeme stellen damit eine Weiterentwicklung von Karbonatkanälen dar, welche zu Pas-

sivierung der Karbonatoberfläche mit Eisenhydroxiden neigen (Kepler & McCleary, 1994).

Sie

kombinieren

die

neutralisierende

Wirkung

der

Karbonatkanäle

mit

Sulfatreduktionsmechanismen (Kepler & McCleary, 1993). Bei höherem hydraulischen Gefäl-

le wird ihnen gegenüber den konstruierten Feuchtgebieten Vorzug gegeben.

Im SAPS dominiert der Prozess der Einlösung von Alkalinität zur Minderung der Azidität ei-

nes Wassers – während die vorgeschaltete Passage durch organisches Material lediglich

dem Verhindern des Ausfällens von Eisen dient. Dieser Kernprozess des Verfahrens läuft

abiotisch ab. In der Regel folgt ein Oxidationsschritt (aerobes konstruiertes Feuchtgebiet

oder Oxidationsbecken, Absetzbecken), um das noch enthaltene reduzierte Fe-II zu oxidie-

ren und zu fällen. Die durch die Kalkschüttung aufgeprägte Alkalinität puffert dabei den pH-

Wert. Damit sind SAPS für Wässer mit einer gewissen metallionen-getragenen Azidität ge-

eignet. Wegen der zusätzlichen organikreichen Schicht beruht die Reinigungswirkung im

RAPS in ersten Linie auf (mikro-)biologischen Prozessen, die u. a. die Ausfällung von Eisen-

- 3 TEIL 1: KOMPENDIUM: BESCHREIBUNG DER BERGBAURELEVANTEN VERFAHREN -

Seite | 20

VITA-MIN

sulfiden bewirken, weshalb reduzierende Alkalinität-produzierende Systeme zur Behandlung

eisen- und sulfatreicher Wässer eingesetzt werden können.

Wirkungsweise und Anwendungsgebiete reduzierender Alkalinitätssysteme werden in [4]

detaillierter beschrieben.

3.2.1.4

BIOL. VERFAHREN: BIOREAKTOREN - HETEROTROPHE SULFATREDUKTION (NR.: 2.1.2.5)

Sulfat, Eisen und weitere als Sulfide fällbare Metall(oid-)e können aus der Wasserphase

durch heterotrophe Sulfatreduktion entfernt werden.

Durch die Zufuhr organischer, leicht biologisch abbaubarer Substanzen (wie Ethanol, Me-

thanol, Acetat) kommt es im anoxischem Milieu zum Biomasseaufbau unter Verwertung des

zugeführten Kohlenstoffs und des im Wasser vorhandenen Sulfatsauerstoffs. Die Bakterien-

zelle gibt den reduzierten Schwefel in Form von Sulfid wieder nach außen ab

(dissimilatorische Sulfatreduktion), was mit einem Alkalinitätsgewinn (Protonenverbrauch)

verknüpft ist. Die frei gewordenen Sulfidionen reagieren mit dem gelöst vorliegenden Fe-II

über mehrere Stufen zu amorphem Eisenmonosulfid (Ausfällung als Feststoff), was die Kon-

zentration der im Wasser gelösten Metall- (insbes. Fe-II-) und Sulfationen vermindert.

Eine Behandlungsmöglichkeit für eisen- und sulfatbelastete, gefasste Grubenwässer besteht

in der ex-situ Grundwassersanierung in einem geschlossenen Bioreaktor. Zur Etablierung

der mikrobiellen Sulfatreduktion in einem technischen Reaktor müssen stöchiometrisch ent-

sprechende Konzentrationen an Metallen und Sulfat vorhanden sein oder die Möglichkeit der

Teilrückoxidation von Sulfid zu S

0

bzw. das Ausstrippen als H

2

S bestehen. Zudem ist eine

ausreichende Aufenthaltszeit im Raumvolumen des Reaktors zu gewährleisten. Das Verfah-

ren ist stark temperaturabhängig.

Wirkungsweise und Anwendungsgebiete verschiedener Bioreaktoren zur Sulfatreduktion

werden in [4] detaillierter beschrieben.

3.2.1.5

BIOREAKTOREN - AUTOTROPHE SULFATREDUKTION (NR.: 2.1.2.6)

Das Verfahren der autotrophen Sulfatreduktion befindet sich noch in der Pilotphase. Zwei

technische Varianten scheinen dabei erfolgversprechend (Wagner, 2011):

•

Einsatz als technischer Reaktor,

- 3 TEIL 1: KOMPENDIUM: BESCHREIBUNG DER BERGBAURELEVANTEN VERFAHREN -

Seite | 21

VITA-MIN

•

Einsatz als in-situ Reaktor unter Nutzung der ADAG-Technologie.

Ein Verfahrenstest erfolgte mit einer Reaktor-Gruppe, die im Technikumsmaßstab 4 Jahre

im Dauerbetrieb arbeitete. Folgende Prozessschritte lagen dem Verfahren dabei zugrunde

(Wagner, 2011):

•

Reaktor 1: Eisenabscheidung durch FeS-Fällung und Sedimentation sowie

Abförderung des Eisensulfidschlammes,

•

Reaktor 2: das für Reaktor 1 notwendige Sulfid wird mikrobiell erzeugt und über-

schüssiges Sulfat mikrobiell bis auf 200–400 mg/L reduziert,

•

Reaktor 3: Strippen des überschüssigen Sulfides als Schwefelwasserstoff und dessen

Teilrückoxidation zum elementaren Schwefel.

Wirkungsweise und Anwendungsgebiete von Bioreaktoren zur autotrophen Sulfatreduktion

werden in [4] detaillierter beschrieben.

3.2.1.6

NATÜRLICHE SELBSTREINIGUNG – GRUNDWASSER

Die natürliche Selbstreinigung (natural attenuation) des Grundwassers beruht auf natürli-

chen Prozessen, die ohne menschlichen Eingriff wirken und in unterschiedlichem Ausmaß

zur Reduktion von Schadstoffen führen. Ausgehend von der Schadstoffquelle laufen entlang

des Transportweges physikalische, chemische und biologische Prozesse ab, die eine Vermin-

derung der Schadstofffracht oder der Konzentration im Grundwasser nach sich ziehen. Es

werden Prozesse mit einbezogen, die zu einem Rückhalt oder einer Verdünnung der Schad-

stoffe führen:

Verdünnungseffekte durch Grundwasserneubildung, Dispersion und Diffusion

Schwebstoffrückhalt (mechanische Filterwirkung) bzw. Lösungs- und Ausfällungspro-

zesse in den durchströmten Lockersedimenten (Milieuveränderungen im GWL oder

innerhalb der hyporheischen Zone)

Adsorption/Desorption/Ionenaustausch an Tonen oder organischen Bestandteilen,

was dort insbesondere die Anreicherung von Schwermetallen verursacht

Allerdings werden Prozesse, die tatsächlichen zum Abbau der Schadstoffe führen, bevorzugt

(mikrobiologischen Abbauprozesse). In bergbaubeeinflussten Grundwasserleitern sind dies

insbesondere:

- 3 TEIL 1: KOMPENDIUM: BESCHREIBUNG DER BERGBAURELEVANTEN VERFAHREN -

Seite | 22

VITA-MIN

Metall- (bes. Eisen, Mangan) und Sulfatverminderung durch heterotrophe

Sulfatreduktion

Ammoniumabbau durch Nitrifizierung (aerob) + anschließende Denitrifizierung (an-

aerob/heterotroph) oder anaerob/autotroph durch die Anammoxreaktion

durch Metabolismus Umwandlung organischer oder anorganischer Schadstoffe u. U.

auch in Stoffe, die problematischer sind als die Ausgangsstoffe

Praktisch angewendet wird zumeist die kontrollierte natürliche Selbstreinigung (monitored

natural attenuation) des Grundwassers. Sie bedeutet eine Überwachung der natürlich im

Grundwasser und beim Übertritt ins Oberflächengewässer ablaufenden Prozesse durch ein

Monitoringprogramm insbesondere hinsichtlich der Auswirkungen potentieller Schadstoffe

auf die wasserwirtschaftlich genutzten Grundwasserleiter sowie deren Eintrag in die Vorflut.

Die Entwicklungen können so dokumentiert und analysiert werden, um die auftretenden

Veränderungen zu quantifizieren. Es empfiehlt sich ein iteratives Vorgehen für die Entschei-

dungsfindung, insbesondere um eingreifen zu können, falls sich die Wasserqualität nicht von

allein verbessert oder sich sogar verschlechtert und somit eine (Be)handlung erfordert.

3.2.2

WASSERBEHANDLUNG - PHYSIKALISCH/ CHEMISCHE VERFAHREN (NR.: 2.1.4)

3.2.2.1

MEMBRANELEKTROLYSEVERFAHREN: RODOSAN-VERFAHREN (NR.: 2.1.4.2)

Mit dem sog. Membranelektrolyseverfahren kann einem typischerweise aziditäts-, sulfat-

und metallreichen bergbaubeeinflussten Wasser die Azidität und die Metallfracht entzogen

und der Sulfatgehalt anteilig gemindert werden.

Das Verfahrensprinzip beruht auf der elektrochemischen Wasserspaltung in einem Katho-

den- und einem Anodenraum, die durch eine anionen-permeable Membran getrennt sind.

Im von Rohwasser durchflossenen Kathodenraum werden Wasserstoff und Hydroxylionen

freisetzt, wodurch eine Neutralisation und damit die Fällung von Hydroxiden erreicht wird.

Andererseits entsteht eine Ladungsdifferenz die Sulfat über die Membran hinweg aus der

Wasserphase treibt. Das hierauf basierende sog. RODOSAN-Verfahren wurde 2006 in der

Lausitz im Pilotmaßstab getestet (Friedrich, et al., 2007). Die Wirkungsweise dieses Verfah-

rens wird in [3] und [5] detaillierter beschrieben.

3.2.2.2

FÄLLUNG: GIPSFÄLLUNG (NR.: 2.1.4.7)

Eine bergbautypische Anwendung zur Sulfatabtrennung ist die Fällung von Gips durch Zu-

gabe von Kalkmilch (Maree, et al., 2001; 2004). Dieses kostengünstige Verfahren kombi-

niert die bei stark azidischen Wässern mit hohen Sulfatfrachten ohnehin notwendige Neutra-

lisation (Kap. 3.3.2) mit einer Sulfatabreicherung. Allerdings kann die Sulfatabreicherung

lediglich bis zur Gipssättigung erfolgen. Diese wird abhängig von der Ionenstärke der Wäs-

ser ab 2,6 g

Gips-gelöst

/L erreicht. Damit ist dieses Verfahren aufgrund des Gips-

Löslichkeitsproduktes hinsichtlich Sulfat generell nur als Vorreinigungsstufe nutzbar. Die

Gipsfällung wird deshalb auch nicht als alleiniges Verfahren eingesetzt, sondern stellt meist

einen vorteilhaften Begleitprozess in technischen Neutralisationsverfahren dar.

3.2.2.3

FÄLLUNG: SCHWERTMANNITFÄLLUNG (NR.: 2.1.4.8)

Die mikrobiell- und oberflächenkatalysierte Eisenhydroxisulfat-Fällung bei niedrigen pH-

Werten zur gleichzeitigen Sulfat- und Metallabscheidung aus Grubenwässern wurde im Pi-

lotmaßstab u. a. von Janneck et al. (2008) getestet. Gegenwärtig sind große Aufenthaltszei-

- 3 TEIL 1: KOMPENDIUM: BESCHREIBUNG DER BERGBAURELEVANTEN VERFAHREN -

Seite | 23

VITA-MIN

ten bzw. geringe mikrobiell kontrollierte Fällungsraten sowie das eingeschränkte Verwer-

tungspotenzial für den entstandenen Schwertmannit noch das Haupthindernis für eine wei-

tere großtechnische Umsetzung.

3.2.2.4

FÄLLUNG: BARIUMSULFATFÄLLUNG

(NR.: 2.1.4.9)

Die Sulfatabscheidung ist durch Fällung des schwerlöslichen Baryts (BaSO

4

) durch Barium-

carbonat- (Hlabela, et al., 2007) oder Bariumsulfid-Zugabe (Maree, et al., 2004) möglich.

Der ursprünglich als Sulfat vorliegende Schwefel wird in diesem komplexen mehrstufigen

Prozess letztendlich in Sulfid überführt und zu elementarem Schwefel aufbereitet. Entschei-

dend für diesen Prozess ist die Rückgewinnung des kostenintensiven Bariums durch Sedi-

mentation und thermische Reduktion des BaSO

4

zu BaS. Möglichkeiten zur

standort-nahen thermischen BaSO

4

-Reduktion und

standort-nahen katalytischen Sulfid-Rückoxidation zu S

0

sind damit Voraussetzung für die Etablierung dieser Prozessabfolge. Barium ist jedoch be-

reits in geringen Konzentrationen toxisch und auch Bariumcarbonat oder Bariumsulfid sind

ökotoxicologisch nicht unproblematisch.

3.2.2.5

FÄLLUNG: ETTRINGITFÄLLUNG (SAVMIN-VERFAHREN), CESR-PROZESS, WALHALLA-PROZESS

(NR.: 2.1.4.10)

Ein potenziell bergbaurelevantes Verfahren ist die sulfat-entfernende Ettringit-Fällung, die

u. a. in einer Pilotanlage in der südafrikanischen Stilfontein Gold Mine (Usinowicz, Monzyk,

& Carlton, 2006) getestet wurde. Bei einem mit Kalkhydratzugabe bei 11 bis 12 eingestell-

ten pH-Wert erfolgt in Abhängigkeit der Wasserbeschaffenheit zunächst die Gips- (CaSO

4

x

2H

2

O) und Brucit- (Mg(OH)

2

)-Übersättigung. Durch Al-Hydroxid-Zugabe erfolgt die

Ettringitbildung (Ca

6

Al

2

[(OH

12

(SO

4

)

3

]∙26H

2

O). Die abschließende Rückführung des pH-

Wertes in den Neutralbereich erfolgt mit CO

2

und durch Calcit-Fällung.

In der als

bezeichneten Variante wird der Ettringit wieder mit Schwefelsäu-

re aufgelöst, um Al-Hydroxid zurückzugewinnen. Die im Einzelnen komplexe weitere Verfah-

renskette umfasst die Al-Hydroxid-Abtrennung, die Fällung von Gips aus der nun Gips-

übersättigten Lösung an Kristallen und die Abtrennung von Gips.

In der als

oder

bekannten Variante wird Aluminium nicht

zurückgewonnen. Vielmehr werden in der Bauindustrie eingesetzte Tonerdezemente als Al-

Quelle und Reagenz zur pH-Wert-Einstellung eingesetzt (Janneck, et al., 2012). Diese be-

stehen im Wesentlichen aus Calciumaluminaten, also Mischungen aus CaO und Al

2

O

3

in ver-

schiedenen

stöchiometrischen

Verhältnissen.

So

dient

chemisch

gefälltes

Tricalciumaluminat-Hydrat als Ausgangssubstanz zur Herstellung von synthetischem

Entsprechende Zuschlagstoffe werden (oder wurden) explizit für die

Sulfateliminierung auf dem Markt angeboten.

Dieses Verfahren wurde bisher wiederholt im Bergbauumfeld in Pilotanlagen getestet. Er-

kenntnisse liegen aus dem Betrieb von Pilotanlagen mit einem Durchsatz von ca. 1 m³ pro

Stunde vor (Janneck, et al., 2012). Die Firmen MINTEK (MINTEK, 2008; 2014) und Veolia

(Banerjee, et al., 2016) bewerben das Verfahren in ihren Internet-Auftritten.

Die einzelnen Verfahren zur Sulfatmineral-Fällung werden in [3] detaillierter beschrieben.

- 3 TEIL 1: KOMPENDIUM: BESCHREIBUNG DER BERGBAURELEVANTEN VERFAHREN -

Seite | 24

VITA-MIN

3.2.2.6

NEUTRALISATION: KLASSISCHE GWRA (NR.: 2.1.4.11)

Die klassische Grubenwasserreinigung umfasst folgende Schritte:

(1) Neutralisation des Grubenwassers in einem Reaktionsbecken durch kontrollierte pH-

abhängige Kalkhydratzugabe bei gleichzeitiger Belüftung zur Eisenoxidation mit Luft-

sauerstoff

(2) Flockungshilfsmittelzugabe zur Unterstützung der Koagulation und des Flocken-

wachstums der in Schritt 1 gebildeten kolloidalen Feststoffe

(3) Sedimentation der Feststoffe in einem Sedimentationsbecken

(4) Eindickung und gegebenenfalls Entwässerung der gebildeten Schlämme

Komplexere Verfahrensvarianten nutzen mehrere hintereinander geschaltete Reaktionsbe-

cken in verschiedenen Ausführungen, die sukzessive Anhebung des pH-Wertes und die

Strippung hoher TIC-Gehalte zur Minderung des Neutralisationsmitteleinsatzes.

Die technisch-aktive Neutralisation von Grundwässern in GWRA wird [3] detaillierter be-

schrieben.

3.2.2.7

NEUTRALISATION: DICKSCHLAMMVERFAHREN (NR.: 2.1.4.12)

Das HDS (High Density-Sludge-) Verfahren stellt eine verfahrenstechnische Optimierung der

Neutralisation in einer GWRA dar. Es erweitert die in Kap. 3.2.2.6 beschriebene Prozessab-

folge durch die Teil-Rückführung des im Sedimentationsbecken abgeschiedenen Schlammes

und dessen Rückführung in das Reaktionsbecken. Dieses Verfahren erlaubt die bessere Aus-

nutzung des im Schlamm gebundenen, nicht verbrauchten Neutralisationsmittels, stellt zu-

sätzliche Sorptionsplätze für die homogene Katalyse des Oxidationsprozesses zur Verfügung

und erzeugt einen besser sedimentierbaren Schlamm.

Das (HDS)-Verfahren umfasst folgende 4 Teilschritte:

1. Eintrag des Neutralisationsmittels in den rezyklierten Schlamm in einem vorgeschal-

teten Anmischtank/Becken. Hierdurch wird der Kontakt zwischen den Feststoffen er-

zwungen, was die Koagulation der Kalkpartikel mit den rezyklierten Fällungsproduk-

ten fördert.

2. Neutralisation des Grubenwassers im eigentlichen Reaktionsbecken durch kontrollier-

te pH-abhängige Kalkmilch/Schlamm-Zugabe bei gleichzeitiger Belüftung. Durch die

Zudosierung des neutralisierten Schlammes finden die Oxidations- und Fällungsreak-

tionen verstärkt auf der Oberfläche bereits bestehender Partikel statt, wodurch deren

Wachstum forciert wird (Aubé, et al., 2009). Hierdurch kann bei geringeren Übersät-

tigungen der amorphen Eisenhydroxide und dadurch bei weniger stark erhöhten pH-

Werten gearbeitet werden, mit dem Ziel, auch wasserärmere/ kryptokristalline Ei-

senhydroxide

(höhere

Schlammdichte,

geringeres

Schlammvolumen)

und

Eisenhydroxisulfate zu fällen. Letzteres führt zur Kalkeinsparung, da anteilig Sulfat

anstatt der Hydroxylionen als Anion verwendet wird.

3. Fällungsmittel-Zugabe in einem Flockungstank.

4. Sedimentation mit gesteigerter Effektivität (höhere Mengenströme, geringere Auf-

enthaltszeiten). Ein Teil des aus dem Sedimentationsbecken abgezogenen Schlam-

mes wird in den Anmischtank zurückgeführt.

Das HDS-Verfahren wird [3] detaillierter beschrieben. Für das HDS-Verfahren wurde in der

Datenbank kein eigenes „Verfahren“ angelegt, da es technisch eine Variante der „aktiven

- 3 TEIL 1: KOMPENDIUM: BESCHREIBUNG DER BERGBAURELEVANTEN VERFAHREN -

Seite | 25

VITA-MIN

Neutralisation“ darstellt. Im Teil 2 „Entscheidungshilfe“ ist das HDS-Verfahren als Möglich-

keit in die Entscheidungsbäume mit eingegliedert.

3.2.2.8

PASSIVE NEUTRALISATIONSVERFAHREN (NR.: 2.1.4.13 BIS 2.1.4.16)

Passive Neutralisationsverfahren beruhen auf der Auflösung und/oder Ausfällung von anor-

ganischen, mineralischen Substanzen in übertägigen oder unterirdischen Reaktionskammern

(Reaktoren, Gerinne, Kanäle). Diese Verfahren sind v.a. für geringere Volumenströme ge-

eignet, da die Lösungskinetik der Neutralisationsmittel den Durchsatz limitiert. Nach Wieber

& Streb (2010) können dabei zwei Hauptprinzipien unterschieden werden:

•

Techniken, die auf der Auflösung von Kalksteinen basieren (z. B. ALD, OLD, Siderit-

Calcit-Reaktor),

•

Systeme, an denen an der Oberfläche eines anorganischen Mediums mineralische

Ausfällungen stattfinden (z. B. SCOOFI-Reaktor [2], Pyrolusit-Prozess-Reaktor).

Als Reaktionsräume können natürliche Bachläufe und Teiche bzw. technische Kanäle, Gerin-

ne oder Becken genutzt werden. In diesen finden die Lösungs- und Fällungsreaktionen zu-

geführter karbonatischer Substanzen zur Neutralisierung der Säure, zur Anhebung des pH-

Wertes und zur Generierung von Alkalinität im behandelten Wasser statt.

Die einfachste Methode der passiven Neutralisierung ist die Befüllung / Auskleidung eines

Bachbettes mit karbonatischem Gestein/Gesteinsbruchstücken, wobei es zu dessen

(Auf)Lösung kommt, wenn das saure Grubenwasser darüber hinweg fließt. Wird hierfür ein

natürlicher bzw. technisch ins Gebirge geschnittener (felsengesäumter), ggf. mit karbonati-

schem Gestein/Gesteinsbruchstücken (ø 15 – 30 cm) gefüllt Bachlauf verwendet, definiert

die Literatur dies als offenes Karbonatgerinne (oxid limestone channel OLC;

), sind bauliche Maßnahmen insbesondere zur Unter-

grund-/Uferbefestigung (im Lockergestein) erforderlich, handelt es sich um einen offenen

bzw. oxischen Karbonatkanal (oxid limestone drain OLD;

). Karbonatgerinne eignen sich für die Behandlung saurer bis mäßig saurer

((pH: 2,5–6,5), sauerstoffhaltiger Grubenwässer mit moderaten Metall- (insbesondere Fe,

Mn, Al) und Sulfationenkonzentrationen unterhalb der Gipsausfällung.

Die Auflösung des Kalksteins und die Oxidationsreaktionen durch Sauerstoffzutritt bewirken

•

die Generierung von Alkalinität,

•

die Neutralisierung von Säuren,

•

die pH-Wert-Anhebung,

•

die Ausfällung von Oxiden/Hydroxiden (insbesondere Eisen-, Aluminiumhydroxide).

Zudem kommt es zur Sorption von Spurenmetallen an den Fe-/Al-Hydroxiden und zur Ko-

Präzipitation von Mangan.

OLCs beanspruchen wenig Fläche und sind bei korrekter Installation wartungsfrei. Zur Ver-

hinderung von clogging mit Metall(hydr)oxid- oder Calciumsulfat-Ausfällungen bzw. durch

biologisches Wachstum sind hohe Strömungsgeschwindigkeiten (> 0,1…0,5 m/min, Verweil-

zeit 1 - 3 h) erforderlich, idealerweise mit turbulenten Fließbedingungen (z. B. durch Wälle

und/oder Gefällestufen). Karbonatgerinne eignen sich als Behandlungsvariante im steilen

- 3 TEIL 1: KOMPENDIUM: BESCHREIBUNG DER BERGBAURELEVANTEN VERFAHREN -

Seite | 26

VITA-MIN

(Gefälle > 12… 20 %), unwegsamen Gelände oder bei azidischen Wässern, die über weite

Strecken (300 bis 1000 m) abgeleitet werden müssen (Ziemkiewicz, etal., 1996; Heitfeld, et

al., 2012).

OLD finden Verwendung als Einzelbehandlung oder in Kombination mit anderen passiven

Einheiten. Meist ist ein nachgeschaltetes Absetzbecken erforderlich. Ziemkiewicz et al.

(1996) empfehlen bei größeren OLCs Absetzbecken oder Feuchtgebiete an Zwischenpunkten

(Flachkanalsegmente).

Bei sog. Manganese Oxidation Beds (MOB, oder auch Manganese Removal Beds = MRB;

) handelt es sich um kalksteingefüllte Becken

(Bruchstücke 10 – 30 mm), die nicht vollständig mit Wasser geflutet werden (INAP, 2014).

Ziel der Behandlung ist hier speziell die Oxidation des schwer oxidierbaren Mangans. Diese

ist bei neutralem pH-Wert kinetisch gehemmt (Christenson, et al., 2016). Die Oxidation von

Mangan wird in der Natur durch Mn-oxidierende Mikroorganismen (Bakterien + Pilze) verur-

sacht, katalysiert durch Mineraloberflächen, insbesondere die der Manganoxide selbst. Die

Manganoxidationsbetten unterstützen das Wachstum einer natürlich vorkommenden Mikro-

organismen-Algen-Vergesellschaftung, die den Mangangehalt im behandelten Wasser um

bis zu 100% reduzieren kann. Sobald die Mikroorganismen das Mangan oxidieren und die

Fällung des Manganoxids induzieren, katalysiert die sich bildende mineralische Oberfläche

der Mn-Oxide eine zusätzliche Manganoxidation (Autokatalyse).

Für die Behandlung saurer (pH ≤ 4,5) Grubenwässer mit geringen Konzentrationen an ge-

löstem Sauerstoff, Eisen und Aluminium (O

2

< 1 mg/l, Redox ≤ 300 mV: Fe-III, Al(III)

≤ 2 mg/l; Fe-III-Anteil am Gesamteisen < 10 %: O

2

≤ 1 mg/l) bieten sich anoxische

Karbonatkanäle (anoxic limestone drain ALD;

) an (PIRAMID Consortium, 2003; Hedin, et al., 1994; Younger, et al., 2002; Heitfeld, et

al., 2012). Das PIRAMID Consortium (2003) definiert ALDs als einfache abgedeckte Grä-

ben/Rinnen, die mit karbonatischen Gesteinsbruchstücken gefüllt sind, mit denen das

hindurchströmende Wasser in Kontakt tritt. Die Funktion unter anoxischen Bedingungen

wird durch eine vollständige Bedeckung mit einer undurchlässigen Ton- oder Bodenschicht

erreicht, so dass gleichzeitig Sauerstoffzutritt und CO

2

-Freisetzung unterbunden werden.

Durch die anoxischen Bedingungen im System verbleiben insbesondere alle gelösten Eisen-

ionen in der Fe-II-Form, anstatt in die Fe-III-Form überzugehen.

RAPS (Reducing Alkalinity Producing Systems) werden in Kap. 3.2.1 beschrieben.

3.2.2.9

OXIDATION: BELÜFTUNGSKASKADE (NR.: 2.1.4.20)

Die Oxidation von bergbaubeeinflussten Wässern erfolgt meist mit dem Ziel, Eisen zu oxi-

dieren, um es dann als hydroxidischen Feststoff abzuscheiden. Insofern sind diese und die

nachfolgend genannten Möglichkeiten des Sauerstoffeintrages in die aquatische Phase wie-

derum nur ein Teil einer Prozessabfolge zur Wasserbehandlung. Aber auch die Oxidation

alleine zur Erhöhung des Sauerstoffgehaltes in Vorbereitung der Einleitung in ein Fließge-

wässer kann notwendig sein.

Gehobenes Grundwasser kann mittels einer Belüftungskaskade belüftet werden. Dazu wird

das zu belüftende Wasser über eine Reihe von Überfällen geleitet. Beim Sturz über die

Wehrkrone in das jeweils nächst tiefere Becken wird O

2

in das Wasser eingemischt. Rele-

vante Faktoren zu deren Auslegung sind in [3] dargestellt. Zu beachten ist, dass im Falle

hoher Gehalte an Fe-II und ausreichender Alkalinität Eisenhydroxidfällungen innerhalb der

Kaskade auftreten. Weiterhin ist zu beachten, dass die Eisenoxidationsgeschwindigkeit pH-

- 3 TEIL 1: KOMPENDIUM: BESCHREIBUNG DER BERGBAURELEVANTEN VERFAHREN -

Seite | 27

VITA-MIN

Wert-abhängig ist. Damit ist auch Aufnahmefähigkeit eines Fe-II-reichen Wassers bezüglich

Sauerstoff während der Passage der Kaskade vom pH-Wert abhängig.

Der Einsatz von Belüftungskaskaden wird in [3] detaillierter beschrieben.

3.2.2.10 OXIDATION: VENTURI-BELÜFTUNG (NR.: 2.1.4.21)

Venturi-Belüftungen nutzen die Energie strömenden Wassers in einem Rohr um Luft und

damit Sauerstoff einzusaugen und in der Wasserphase zu lösen. Eine Sondervariante, die

speziell für bergbaubeeinflusste Wässer genutzt wird, ist das Verstürzen von Wasser in ei-

nem senkrechten Rohr, wobei die Gasphase mitgerissen und beim Aufprall in die Wasser-

phase eingelöst wird.

3.2.2.11 OXIDATION: OBERFLÄCHENBELÜFTUNGSSYSTEME (NR.: 2.1.4.22)

Eine weitere Möglichkeit ist der Eintrag von Sauerstoff bspw. in ein Wasserbecken durch

Belüfter (z. B. Wendelbelüfter oder Begasungsschläuche), die die Gasphase in die Wasser-

phase einblasen und dabei möglichst feinblasig dispergieren. Ziel ist der möglichst große

Stoffübergang des gasförmigen Sauerstoffes aus der Gasphase in die Wasserphase.

Auch ohne aktive Belüftung findet ein Sauerstoffübergang in die Wasserphase statt, sofern

diese nicht gesättigt ist. Insofern trägt bereits der Aufenthalt in einem offenen Gerinne oder

einem Becken zur Sauerstoffversorgung eines Wasserstromes bei. Generell steigt der Sau-

erstoffeintrag mit der Gas-Wasser-Oberfläche und der Sauerstoffuntersättigung. Er sinkt mit

steigender Temperatur.

3.2.2.12 OXIDATION: CHEMISCHE OXIDATIONSMITTEL (NR.: 2.1.4.23)

Chemische Oxidationsmittel wie Kaliumpermanganat, Wasserstoffperoxid, Hypochlorid,

Ozon oder Chlor wirken stärker oxidativ als Sauerstoff. Sie können eingesetzt werden um

schwer oxidierbare Stoffe wie komplexe anthropogene Organika oder Huminstoffe zu oxidie-

ren. Aber auch für die Oxidation von Mangan mit dem Ziel der nachfolgenden

Manganhydroxidfällung können künstliche Oxidationsmittel eingesetzt werden. Die Wir-

kungsweise chemischer Oxidationsmittel wird in (Bilek, 2013) detaillierter beschrieben.

3.2.2.13

OXIDATION: VERTIKALDURCHFLUSSREAKTOR, LOW-PH FE OXIDATION CHANNEL

(2.1.4.24)

Der Vertikaldurchflussreaktor (vertical flow reactor VFR) ist dadurch charakterisiert, dass

das zu behandelnde Wasser von oben durchströmt.

Ziel ist es die Metallabscheidung (insbesondere Eisen) unter aeroben Bedingungen zu för-

dern. Dabei wirken die großen Oberflächen des Filtermaterials katalysierend auf die Eisen-

oxidation. Es können aber auch reaktive und sorptiv wirksame Materialien als Filterbett ein-

gesetzt werden, wodurch neben der Oxidation und Hydroxidbildung auch sorptive Prozesse

und die Neutralisation unterstützt werden. I.d.R. ist die Abscheidung umso effektiver umso

besser das Wasser im Neutralbereich gepuffert ist.

Beim klassischen VFR, auch Großoberflächenfilter genannt, fließt das kontaminierte Gru-

benwasser vertikal durch ein unreaktives Kiesbett, um die Metallabscheidung (insbesondere

Eisenspezies) unter aeroben Bedingungen zu fördern. Das Kiesbett besteht aus zwei Schich-

ten, einer Feinkiesschicht (10 – 20 cm silikatischer Kies, ø 5 – 10 mm) und darunter einer

Mittel- bis Grobkiesschicht (z. B. 10 – 20 cm silikatischer Kies, ø 20 - 30 mm). Alternativ

- 3 TEIL 1: KOMPENDIUM: BESCHREIBUNG DER BERGBAURELEVANTEN VERFAHREN -

Seite | 28

VITA-MIN

zum Kiesbett ist die Verwendung von Medien mit hoher spezifischer Oberfläche wie z. B.

Hochofenschlacke, Ocker = Ferrihydrite/Goethit- Mixtur, Grüner Rost = Fe(II, III)-Hydroxid

oder Kunststoff möglich.

Das Kiesbett wirkt einerseits als Filter für größere Partikel, aber auch als Aufwachsmedium

für Mikroorganismen, die zu autokatalytischen Reaktionen beitragen (Wolkersdorfer, 2017).

Die eisen- und auch manganreduzierenden Prozesse durch das auf dem Kiesbett bzw. in

dessen Porenraum abgelagerte Eisenhydroxid führen nachfolgend zur Bildung einer

Eisenhydroxidschicht und damit zur Prozessoptimierung. Nach Dey et al. (2003) in Blanco et

al. (2018) erfolgt eine Entfernung von Eisen auch schon allein durch vertikale Strömung

innerhalb der abgelagerten Eisenhydroxidschicht (= Ockerbett; ohne Substrat oder ein an-

deres Medium).

Die Prozesse im VFR unterscheiden sich je nach den vorherrschenden Milieubedingungen

(Blanco et al., 2018, Sapsford et al., 2015, Trumm et al., 2017):

•

Bei circumneutralem – alkalischem Grubenwasser kommt es durch die Selbstfiltration

durch das Eisenhydroxidbett und die heterogene Eisenoxidation und Ausfällung von

hydratisierten Eisenoxiden und –hydroxiden zur:

o

homogenen und heterogenen Oxidation zweiwertigen Eisens (Fe-II

→

Fe-III)

o

Filtrationen ausgefällten Ferrihydrits

o

oberflächenkatalysierte Oxidation der Fe-II-Ionen (Surface Catalysed Oxidation Of

Ferrous Iron SCOOFI).

•

Im pH-Bereich von 3 – 4,5 dominiert die biotische Fe-II-Oxidation gegenüber der

abiotischen Fe-II-Oxidation mit den Hauptmechanismen:

o

mikrobielle Fe-II-Oxidation und die Ausfällung von Schwertmannit

o

kolloidale und nanopartikuläre Fe-III-Aggregierung.

•

Unter sehr sauren Bedingungen (pH < 3) erfolgt eine Abreicherung wahrscheinlich

allein durch Filtration, da die Sättigungsindizes niedrig sind und keine Übersättigun-

gen mehr auftreten.

Mit dem Vorteil einfach in Design, Materialien und Konstruktion zu sein, stellt der VFR eine

kostengünstige Behandlungsmethode zur Behandlung eisenhaltiger AMD dar. Allerdings er-

fordert sie regelmäßige Reinigung bzw. den Austausch der Filtermedien (betriebliche Para-

meter wie Entschlammungstechniken, Schlamm-Management, Entsorgung). Die einzelnen

Einsatzmöglichkeiten von Vertikaldurchflussreaktoren werden in [3] detaillierter beschrie-

ben.

3.2.2.14 THERMISCHE ENTSALZUNG (NR.: 2.1.4.25)

Die thermische Entsalzung beruht auf dem Wasserentzug durch Verdampfung und der dann

möglichen Fällung der Wasserinhaltsstoffe. Die hierfür benötigte sehr große Energiemenge

(ca. 600 kWh/m³) kann deutlich gemindert werden, wenn die bei der Kondensation des

Wassers wieder freiwerdende Wärmeenergie dem zu erwärmenden Zulaufwasser zugeführt

wird. Mit diesem Prinzip kann der Energieverbrauch pro m³ auf < 10% gesenkt werden.

- 3 TEIL 1: KOMPENDIUM: BESCHREIBUNG DER BERGBAURELEVANTEN VERFAHREN -

Seite | 29

VITA-MIN

Die benötigte Energie kann dem Prozess durch Wärme (mit Heißdampf betriebene Gleich-

strom-Eindampfanlage) oder Elektroenergie (für die Brüdenverdichtung per Kompressor)

zugeführt werden. Der Einsatz und die Wirkungsweise der thermischen Entsalzung wird in

[3] detaillierter beschrieben.

3.2.3

BIOLOGISCHE VERFAHREN DER IN-SITU GRUNDWASSERSANIERUNG (NR.: 2.2.)

3.2.3.1

C-EINTRAG ZUR STIMULATION HETEROTROPHE SULFATREDUKTION →INJEKTIONSVERFAHREN

(NR.: 2.2.1.8)

Die heterotrophe Sulfatreduktion zur Metall- und Sulfatabscheidung in on-site-Reaktoren

wurde im Kap. 3.2.1.4 beschrieben. Bei der in-situ Variante werden durch die Infiltration

organischer, leicht biologisch abbaubarer Substanzen (z. B. Methanol, Glycerin) in den

Grundwasserleiter über einen oder mehrere Infiltrationsbrunnen (quer zum Grundwasser-

strom angeordnet) die gleichen Reaktionen erstrebt. Ziel ist es, im Abstrom dieser Infiltrati-

on(en) durch Dispersion und Diffusion eine Zone aufzubauen, in der die stofffixierenden

mikrobiellen Prozesse ablaufen (PIRAMID Consortium, 2003).

3.2.3.2

REAKTIVE WAND (VOLLFLÄCHIG DURCHSTRÖMT) – NEUTRALISATI-

ON/STOFFFRACHTREDUKTION DURCH UMSATZ ORGANISCHER SUBSTANZ (NR.: 2.2.1.11)

Sogenannte Reaktive Wände sind insbesondere aus der Altlastensanierung bekannt. Grund-

prinzip ist das Einbringen von reaktivem Material in den Grundwasserleiter, so dass dieses

vom Grundwasser, getrieben durch den natürlichen Gradienten durchströmt wird. Dabei

sollen die Problemstoffe mit den reaktiven Materialien der permeablen Wand reagieren, fi-

xiert oder abgebaut werden. Ein Fallbeispiel für den Einsatz von Reaktiven Wänden in der

Lausitz am Skadodamm wird in [5] detaillierter beschrieben.

Auch im Bergbaubereich können mit dem Grundwasser abströmende Kontaminanten prinzi-

piell durch eine Änderung des geochemischen Milieus zur Reaktion und Fällung gebracht

werden. Einsätze sind nicht häufig, da

gering konzentrierte Schwermetalle am besten durch Sorption entfernt werden und

in den Untergrund eingebrachte Sorbentien schnell belegt sind,

höher konzentrierte Problemstoffe wie Eisen-II am besten oxidativ abgeschieden

werden, was bei gleichzeitiger Anwesenheit von sulfidischen Feststoffen im gesättig-

ten Untergrund kontraproduktiv für die Eisenfreisetzung ist (siehe Kap. 3.2.4.1),

Sulfat bestenfalls (unter hohem Aufwand) reduktiv abgeschieden werden kann (Kap.

3.2.3.1), was großer Mengen an organischer Substanz bedarf und die Gefahr der

Verblockung von Porenraum in sich birgt [8],

Azidität als wichtiger bergbaurelevanter Parameter im Wesentlichen durch die Eisen-

konzentration beeinflusst werden kann, die wiederum in-situ schlecht behandelt wer-

den kann (s.o.).

Generell sind mit dem Einsatz von Reaktiven Wänden bei höhen Ionenkonzentrationen häu-

fig ungewollte Begleitreaktionen zu erwarten. Hinsichtlich der konstruktiven Umsetzung

können unterschieden werden:

•

reaktive Barrieren (PRB, permeable reactive barrier) mit Einbau fester reaktiver Ma-

terialien über die gesamte Breite des zu behandelnden Grundwasserstromes

- 3 TEIL 1: KOMPENDIUM: BESCHREIBUNG DER BERGBAURELEVANTEN VERFAHREN -

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VITA-MIN

•

funnel & gate Technologie mit gezielter Zuleitung des Grundwasserstromes durch

hydraulische Sperren (funnel) in einen Bereich in dem sich reaktives Material befin-

det oder das hier diskontinuierlich oder kontinuierlich zugeführt wird (gate). Die Zu-

fuhr der reaktiven Medien kann als Feststoff oder als Fluid (z. B. über Injektionslan-

zen siehe Injektionsverfahren) erfolgen.

Der Wirkmechanismus für die reaktiven Barrieren unterscheidet sich je nach zugeführtem

reaktivem Material:

•

Die Zugabe organischen Material bewirkt direkt die Stimulation der heterotrophen

mikrobiellen Sulfatreduktion und somit die Bildung von Sulfid und Fällung von Metall-

sulfiden.

•

Durch die Oxidation von elementarem Eisen in reaktive Barrieren mit ZVI (Zero Va-

lent Iron) entstehen Fe-II, H

2

und OH

-

. Bei Abwesenheit von Sauerstoff werden Mili-

eubedingungen für mikrobielle Sulfatreduktion geschaffen, wodurch die Immobilisie-

rung von Metall(oid-)en in Sulfiden ermöglicht wird.

•

Die Kombination der Materialien ist möglich (Gibert et al., 2013).

3.2.4

CHEMISCH/PHYSIKALISCHE VERFAHREN DER IN-SITU GRUNDWASSERSANIERUNG (NR.:

2.2.)

3.2.4.1

IN-SITU-ENTEISENUNG (NR.: 2.2.2.14)

Bei der In-situ Eisenung erfolgt die Oxidation zweiwertigen Eisens im Untergrund um dieses

dort dauerhaft als Hydroxid festzulegen. Für den Eintrag des dafür notwendigen Sauerstof-

fes in den Untergrund wird ein sauerstoffgesättigter Teilstrom des aus dem Grundwasserlei-

ter geförderten Grundwassers wieder reinfiltriert. Die Wasseraufbereitung erfolgt deshalb in

zwei Phasen:

In der „Anreicherungsphase“ wird eisenfreies, sauerstoffreiches Wasser über einen kombi-

nierten Förder/Infiltrationsbrunnen in den Untergrund infiltriert, um zweiwertiges Eisen und

andere redoxsensitive Kationen, welche an den Oberflächen des Korngerüstes sorbiert sind,

zu oxidieren und zu fällen. Während der anschließenden „Entnahmephase“ wird das zwei-

wertige im nachströmenden Grundwasser gelöste Eisen sorptiv an die neu gebildeten Fe-III-

Hydroxide gebunden und zurückgehalten und das Grundwasser kann eisenfrei gefördert

werden. Die Entnahme wird fortgesetzt, bis die Austauscher des Untergrundes wieder mit

Fe

2+

belegt sind, der Fe-II-Durchbruch bevorsteht und sich eine weitere Anreicherungsphase

mit O

2

-reichem Wasser anschließt (Groth et al., 1997).

Generell ist die In-situ-Enteisenung nur einsetzbar wenn

die im Untergrund bewirkte Oxidation neben dem Eisenrückhalt keine weiteren nega-

tiven Prozesse bewirkt. Beispielsweise kann die Oxidation von im Untergrund vor-

handenen sulfidischen Mineralen zu einer ungewollten Freisetzung von Eisen und

Sulfat führen,

die Alkalinität des Wassers ausreicht, um die durch die Eisenfreisetzung bewirkte

Aziditätsfreisetzung zu kompensieren, ohne das der pH-Wert in den sauren Bereich

fällt. Dies würde wiederum die erstrebte Eisenoxidation stark verlangsamen und

- 3 TEIL 1: KOMPENDIUM: BESCHREIBUNG DER BERGBAURELEVANTEN VERFAHREN -

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VITA-MIN

die Verhältnisse im Aquifer nicht so stark reduktiv sind (bspw. durch hohe Anteile an

organischer Substanz), dass sauerstoffzehrende Konkurrenzreaktionen auftreten.

Speziell die Gefahr der Sulfid-Oxidation durch eingetragenen Sauerstoff schließt die in-situ-

Enteisenung im Umfeld vieler Bergbaustandorte als Sanierungsvariante aus. Entsprechende

Standort-Erkundungen sind zwingend erforderlich.

3.3 STRATEGIE 3: FLIEßGEWÄSSERSANIERUNG

Prinzipiell können alle Verfahren, die zur ex-situ-Behandlung bergbaubeeinflusster Grund-

und Stollenwässer geeignet sind (siehe Kap. 3.2.1 und 3.2.2) auch für die Behandlung von

Fließgewässern eingesetzt werden. Limitierender Faktor ist hierbei häufig der zu behandeln-

de Volumenstrom. Die entsprechenden Verfahren werden deshalb nicht mehr explizit unter

erwähnt.

Tabelle 3-2 zeigt die aktuelle Gliederung der harmonisierten ATRIUM-Datenbank für

. Alle in dieser Strategie genannten Verfahren wurden neu in

die Atrium Datenbank aufgenommen.

Die Behandlung des gesamten Volumenstromes eines bereits bestehenden Fließgewässers

ist häufig erforderlich, wenn dieses durch Stollenwässer oder über den Grundwasserzustrom

unkontrolliert und diffus mit Eisen oder Schwermetallen aber auch mit erosiv eingetragenen

Schwebstoffen belastet wird.

3.1.1.1

Anlage von Absetzbecken / Ockerteichen

3.1.1.2

Zugabe Flockungshilfsmittel

3.1.2.1

Zugabe von Neutralisationsmitteln

3.1.3.1

Belüftungskaskade

3.3.1.1

Dichtung/Entdichtung von Fließgewässern

3.3.1.2

Verlegung/Rückverlegung von Fließgewässern

3.3.2.1

Speicherbewirtschaftung

3.3.2.2

Salzlaststeuerung

- 3 TEIL 1: KOMPENDIUM: BESCHREIBUNG DER BERGBAURELEVANTEN VERFAHREN -

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VITA-MIN

Im Falle der sächsischen Braunkohlenfolgelandschaften sind diese Grundwässer durch die

hydrochemischen Reaktionen im belüfteten Bereich der ehemaligen Absenkungstrichter ei-

sen-, sulfat- und aziditätsreich. Aber auch grundwasserbürtige Halb- und Leichtmetalle wie

Arsen und Aluminium tragen zur Belastung bei.

Im Falle des erzgebirgischen Buntmetall-Bergbaus und des Uranbergbaus, sind die Fluss-

wässer i.d.R. weniger aziditätsreich jedoch durch erhöhte Schwermetallkonzentrationen ge-

prägt [4]. Diese binden sich wiederum häufig an kolloidale Schwebstoffe, so dass der parti-

kuläre Transport von Schwermetallen dominant ist. Die Behandlung solchermaßen belaste-

ter Fließgewässer kann durch Eisenhydroxid-Fällung und -sedimentation erfolgen. Hierbei

besteht die Möglichkeit, die Eisenhydroxide im Fließgewässer selbst zu fällen, sofern im Un-

terlauf Möglichkeiten zur Sedimentation und ggf. auch zur Entfernung der gebildeten

Eisenhydroxidschlamm (EHS) existieren. Eine weitere Möglichkeit ist die vorübergehende

Entnahme des Volumenstromes aus dem Gerinne und seine Durchleitung durch einen Be-

reich, in dem die Oxidation des Wassers und Sedimentation des EHS erfolgen kann. Diese

können den Charakter von Sedimentationsbecken, Ockerteichen oder Flusskläranlagen ha-

ben.

Ob zur Unterstützung der sedimentären Abscheidung Neutralisationsmittel eingebracht wer-

den müssen, hängt von folgenden Faktoren ab:

Azidität/Alkalinität des Fließgewässers

Eisen- und Metallgehalt

pH-Wert

Mögliche Aufenthaltszeit im Bereich vor der Sedimentation

Potenzial zum Sauerstoffeintrag (Gefälle, Sohlschwellen, Fläche zu Volumen-

Verhältnis) bei gegebener Fe-II-Konzentration und Temperatur.

Folgende bergbauspezifische Verfahren werden in der Gliederungsebene „Fließgewässersa-

nierung“ in der BEAST-Datenbank ergänzt:

3.3.1

SCHWEBSTOFFABSCHEIDUNG

(NR.: 3.1.1)

Bergbaubürtige Verunreinigungen von Fließgewässern durch Schwebstoffe treten v.a. in

zweierlei Form auf:

In die Fließgewässer eingetragene Metallionen bilden (ggf. nach Oxidation) Hydroxi-

de, die koagulieren und abhängig von der Flockengröße und der Fließgeschwindigkeit

letztendlich irgendwo im Abstrom im Gewässerbett sedimentieren.

Durch die bergbaulich bedingt vermehrte Erosion werden Schwebstoffe in das Fließ-

gewässer eingetragen, die mit dem Fluss abstromig verfrachtet werden und ebenfalls

in Stillwasserbereichen zur Sedimentation kommen.

3.3.1.1

ANLAGE VON ABSETZBECKEN / OCKERTEICHEN (IN-SITU, BYPASS) (NR. 3.1.1.1)

Für die gezielte Abscheidung bereits vorhandener Schwebstofffrachten (insbesondere Eisen-

verbindungen, aber auch andere Schwermetalle bspw. als Ko-Präzipitate in kontrollierten

„Zonen“ ist dort eine möglichst geringe Strömungsgeschwindigkeit, eine möglichst geringe

Windeinwirkung und möglichst vorteilhafte Bedingungen zu Bildung von Flocken sicherzu-

stellen. Solche Abschnitte eines Fließgewässers, direkt im Hauptstrom oder im Nebenschluss

nennt man Absetzbecken oder Ockerteiche.

- 3 TEIL 1: KOMPENDIUM: BESCHREIBUNG DER BERGBAURELEVANTEN VERFAHREN -

Seite | 33

VITA-MIN

Absetzbecken sind immer dann angebracht, wenn die Hydrolyse des Eisens nach dem Gru-

benwasseraustritt schnell genug und vollständig stattfindet oder wenn das Grubenwasser

bereits alkalisch genug ist, um eine schnelle Hydrolyse des Eisens zu ermöglichen

(Wolkersdorfer, 2017). Zum Teil kommt es auch noch im Absetzbecken zur Oxidation zwei-

wertiger Metallionen, die dann zur Hydrolyse zur Verfügung stehen. Die Sedimentation ist

nur bei netto-alkalischem Wasser wirksam (PIRAMID Consortium, 2003). Liegt netto-

azidisches Grubenwasser vor, kann i.d.R. keine ausreichende Menge an Eisenhydroxyd ge-

bildet werden (Wolkersdorfer, 2017). Im Absetzbecken erfolgt keine Reduktion von Sulfat

(Heitfeld, et al., 2012).

Oberflächen, an denen sich suspendierte Flocken abscheiden können, können in den Ocker-

teichen bspw. über Vegetation (z. B. Schilfgürtel) geschaffen werden (Literatur PIRAMID:

SCOOFI-Reaktoren; Kap. 3.2.2.8). Bei zu hoher Feststoffbelastung und Schlammbildung

sind die Becken regelmäßig zu beräumen.

Sollen im Ockerteich auch noch reduzierte Metallverbindungen oxidiert werden, so ist ein

ausreichender (passiver) Sauerstoffeintrag über die Gewässeroberfläche (Kap. 3.2.2.11)

oder (bei ausreichendem Gefälle) über eine Belüftungskaskade (Kap. 3.2.2.9) oder einen

Belüftungspilz im Zulauf sicherzustellen. Die Absetzteichgröße ergibt sich dabei aus dem

Volumenstrom und der stark pH-abhängigen Fe-Oxidationsrate. Höhere Fe-II-Frachten sind

schwer abzuscheiden, da große Absetzteich-Flächen die Windanfälligkeit erhöhen (Aufwirbe-

lung von bereits sedimentiertem Eisenhydroxid-Schlamm).

Absetzbeckenbehandlungssysteme werden oft aufgrund ihrer Einfachheit und niedrigen Ka-

pitalkosten ausgewählt, wenn Landfläche zur Verfügung steht (Aubé & Zinck, 2003) (bei

größeren Anlagen empfehlen sich zwei parallel laufende Absetzbecken, Wolkersdorfer,

2017). Absetzbecken können als Einzelsystem verwendet werden, kommen aber i.d.R. als

Vorstufe sowohl bei passiven als auch bei aktiven Grubenwasserreinigungsanlagen zum Ein-

satz:

• bei erhöhter Feststoffkonzentration > 5 mg/l im Zulauf

• zur Behandlung sehr großer Fließraten

• zur Behandlung hoher Konzentrationen von Metallen (auch passive Behandlung von

Wässern mit hohen Eisenkonzentrationen > 50 mg/l möglich).

- 3 TEIL 1: KOMPENDIUM: BESCHREIBUNG DER BERGBAURELEVANTEN VERFAHREN -

Seite | 34

VITA-MIN

Die Aufenthaltsdauer sollte mindestens 48 h betragen, allein für Feststoffe (z. B. Sand,

Schluff) gilt eine mittlere Aufenthaltszeit von 3 bis 4 h (Wolkersdorfer, 2017).

3.3.1.2

ZUGABE FLOCKUNGSHILFSMITTEL (NR.: 3.1.1.2)

Flockung bezeichnet (im Gegensatz zur Koagulation und Sedimentation) eigentlich die che-

mische Bildung von (zunächst in der Wasserphase gelösten) Feststoffen aus aquatischen

Stoffen. Verfahrenstechnisch bezeichnet die „Flockung“ jedoch auch die Unterstützung der

Bildung größerer Feststoff-Aggregate in der Wasserphase durch Zugabe von Flockungsmit-

teln (Stoffen die bei Zugabe in die Wasserphase Feststoffe bilden) oder Flockungshilfsmit-

teln (FHM; Stoffe, die die Bildung von größeren Aggregaten aus bereits vorhandenen kolloi-

dalen Feststoffen unterstützen). Für Fließgewässer gilt häufig:

•

Die Flocken bleiben aufgrund der pH-Werte unter 7,5 und der geringen Dichte an

Feststoffen klein. Ihre Sedimentierungsrate ist deshalb eher langsam (mehrere Tage

bis zu zwei Wochen).

•

Die Bedingungen für die Sedimentation sind aufgrund der Traktionskraft der Flüsse

und aufgrund der sich ständig verändernden Strömungsgeschwindigkeiten und Strö-

mungen im Laufe des Jahres schlecht.

•

Eisenhydroxide bleiben bei entsprechender Turbulenz lange in der Schwebe und kön-

nen so über lange Strecken in den Flussbetten sedimentieren.

Die „Flockung“ als Behandlungsmaßnahme zielt deshalb darauf ab

a) Feststoffe zu erzeugen, die wiederum als Sorbenten für noch gelöste Schadstoffe (z.

B. Schwermetalle) dienen oder

b) Feststoffe in eine besser sedimentierbare Form zu überführen.

Insofern wird die Flockung meist als Teilprozess einer Behandlungsverfahrens eingesetzt

(siehe auch Kap. 3.2.2.6).

Als FHM dienen meist langkettige anionische oder kationische Polymere.

Als Flockungsmittel können Eisen- oder Aluminiumsalze (u.a. FeCl

2

, FeCl

3

, AlSO

4

…) zugege-

ben werden, wenn die gleichzeitig transportierte Eisenfracht nicht ausreichend hoch ist (z.

B. im erzgebirgischen Bergbau) um z. B. Schwermetall- oder Arsenbelastungen durch Sorp-

tion zu mindern.

- 3 TEIL 1: KOMPENDIUM: BESCHREIBUNG DER BERGBAURELEVANTEN VERFAHREN -

Seite | 35

VITA-MIN

Flockungshilfsmittel beschleunigen die Sedimentation oder Flotation suspendierter Feststoff-

teilchen und verbessern damit das Entwässerungsverhalten der gebildeten Schlämme. Sie

lösen sich im Wasser, sorbieren mit einzelnen Segmenten an verschiedenen Partikeln und

führen so zu deren Zusammenlagerung. Sie vermindern durch ihre Ladung auch die elektro-

statische Abstoßung zwischen Partikeloberflächen, wodurch die Zusammenlagerung kleine-

rer Partikel zu größeren Partikeln gefördert wird. Das FHM wird normalerweise in granulier-

ter Form als Feststoff bevorratet, in einer Ansetzstation mit Brauchwasser zu einer

pumpbaren Lösung angesetzt und mittels Schlauchpumpe dem sauerstoff-reichen (belüfte-

ten), neutralisierten (da die meisten Flockungsmittel stark sauer reagieren) Wasserstrom

zugegeben. Die Anwendung von FHM führt zu Schlamm mit eher hohem Wassergehalt und

hohem Volumen, der deshalb diskontinuierlich aus dem Gewässer entfernt werden muss.

3.3.2

NEUTRALISATIONSVERFAHREN

(NR.: 3.1.2)

Ein großer Vorteil der oxidativen Hydroxidbildung ist die Erzeugung und Bereitstellung von

sehr reaktiven Sorptionsoberflächen, die genutzt werden können, um weitere, schwerer fäll-

bare Wasserinhaltsstoffe wie z. B. Mn durch Sorption aus der aquatischen Phase zu entfer-

nen.

3.3.2.1

ZUGABE NEUTRALISATIONSMITTEL – AKTIV

(NR.: 3.1.2.1)

In der einfachsten Variante werden dem Fließgewässer Neutralisationsmittel (NM) zudosiert

und bspw. über eine Mischstrecke (z. B. offenes Gerinne) eingemischt. Für die Eisenoxidati-

on benötigter Sauerstoff entstammt dem Wasser selbst oder wird passiv über die Wasser-

oberfläche eingetragen, was einen der Eisenfracht angepassten Flächenbedarf zur Folge hat,

oder erfolgt (wenn relieftechnisch möglich) über eine Belüftungskaskade (Kap. 3.2.2.9).

3.3.3

METALLABSCHEIDUNG

(NR.: 3.1.3)

3.3.3.1

BELÜFTUNGSKASKADE (NR.: 3.1.3.1)

Belüftungskaskaden erhöhen den Gasaustausch eines Wassers durch Eintrag von Luftsauer-

stoff und den Austrag von CO

2

. Ziel ist es, das aufzubereitende Rohwasser hinsichtlich CO

2

und O

2

weitgehend mit der Atmosphäre ins Gleichgewicht zu bringen. Belüftungssysteme

schaffen damit die Voraussetzung dass zweiwertige Metallionen oxidieren und hydrolysieren

können. Die Effektivität der Kaskade ist dabei direkt von der Fallhöhe h und der Anzahl von

Belüftungsstufen abhängig (Kap. 3.2.2.9).

Belüftungskaskaden sind typische Anlagenelemente der klassischen Grubenwasserreinigung

bei Platzmangel bzw. wenn Gefälle vorhanden ist. Sie werden auch als Vorbehandlungsein-

heit bei passiver Grubenwasserbehandlung oder in-situ durch Einbau einer Kaskade direkt in

das belastete Fließgewässer eingesetzt.

3.3.4

NATÜRLICHE SELBSTREINIGUNG (FLIEßGEWÄSSER)

(NR.: 3.2)

Die natürliche Selbstreinigung (natural attenuation) von Fließgewässern beruht auf natürli-

chen Prozessen zur Reinigung oder Verminderung der Verschmutzung von Boden und

(Grund-)Wasser. Ausgehend von der Schadstoffquelle laufen entlang des Transportweges

physikalische, chemische und biologische Prozesse ab, die eine Verminderung der Schad-

- 3 TEIL 1: KOMPENDIUM: BESCHREIBUNG DER BERGBAURELEVANTEN VERFAHREN -

Seite | 36

VITA-MIN

stofffracht oder der Konzentration nach sich ziehen. Zum einen sind das Prozesse, die einen

Rückhalt oder eine Verdünnung der Schadstoffe bewirken:

Verdünnungseffekte durch Niederschlagsereignisse inkl. dem Zustrom als oberirdi-

scher und Zwischenabfluss, Zusammenfluss von Flussläufen, Grundwasserzustrom

sowie Diffusion und Konvektion durch die Wasserbewegung

Sedimentation von Fest-/Trübstoffen oder Metallausfällungen bes. in Stillwasserbe-

reichen,

Filtrationsprozesse in den im Fluss abgelagerten Sedimenten oder innerhalb der

hyporheischen Zone (mechanische Filterwirkung, Lösung- oder Ausfällungsprozesse

durch Redoxreaktionen oder Änderungen des Kalk-Kohlensäure-Gleichgewichts)

Sorptions-/Desorptionsprozesse an organischen Bestandteilen oder Ausfällungspro-

dukten

Zum anderen sind mikrobiologische Umsetzungsprozesse bedeutsam, die zu einem tatsäch-

lichen Abbau der Schadstoffe führen können:

Wechselwirkungen zwischen Mikroorganismen und Pflanzen werden vor allem im

pflanzenbewachsenen Ufer- bzw. Flachwasserbereich wirksam (Prozesse der Oxidati-

on, Hydrolyse und Fällung von Metallen (primär: Fe und Mn, sekundär: Al und Zn)

Sedimentation gelöster Metallkomplexe (Ablagerung von ausgefällten Feststoffen aus

der wässrigen Lösung),

Filtration von Metallpartikeln oder Kolloiden durch Pflanzenstängel (physikalisch),

Adsorption an Pflanzenteilen (auch Sorption und in-situ Oxidation),

Ausfällung von Hydroxiden auf Pflanzenstängeln (Bildung von Hydroxidbelägen),

direkte Aufnahme von Metallionen durch Pflanzenwurzeln

Verminderung der Sulfatgehalte durch eine Umwandlung in Sulfid und Schwefelwas-

serstoff (Sauerstoffzehrung z. B. in tieferen Wasserniveaus und v.a. im stehenden

Bereich)

Fe-oxidierende Bakterien, die wesentlich zur schnellen biogeochemischen Oxidation

von Fe(II) zu Fe(III) beitragen

durch Metabolismus Umwandlung organischer oder anorganischer Schadstoffe in

Stoffe, die u. U. problematischer sind als die Ausgangsstoffe

Praktisch angewendet wird zumeist die kontrollierte natürliche Selbstreinigung (monitored

natural attenuation) des Wassers. Da Grund- und Oberflächenwasser stets korrespondieren

bedeutet dies neben der Überwachung der Prozesse im Fließgewässer selbst meist auch ein

Monitoring der im Grundwasser bzw. beim Übertritt von Grundwasser ins Oberflächenge-

wässer natürlich ablaufenden Prozesse (je nachdem, wo sich die Schadstoffquelle befindet

und ob effluente, influente oder wechselnde Zustromverhältnisse vorherrschen).

Aufgrund der Vielzahl der hier wirkenden Prozesse wurde kein für sich stehendes Verfahren

in der Datenbank angelegt.

3.3.5

BAULICHE MAßNAHMEN

(NR.: 3.3.1)

3.3.5.1

DICHTUNG/ENTDICHTUNG VON FLIEßGEWÄSSERN

(NR.: 3.3.1.1)

Die Dichtung von Fließgewässern findet vornehmlich während der Phase des Bergbaus statt,

da die Vorfluter durch die Sümpfungsmaßnahmen den Kontakt zum Grundwasser verlieren

und zu erhöhter Infiltration neigen. Die Dichtung hat das Ziel, den Verlust von Oberflächen-

- 3 TEIL 1: KOMPENDIUM: BESCHREIBUNG DER BERGBAURELEVANTEN VERFAHREN -

Seite | 37

VITA-MIN

wasser durch Versickerung zu mindern und den Aufwand für die Sümpfung zu senken. Ziel

ist es auch, bereits gefördertes Sümpfungswasser abzuführen und nicht erneut in den Ab-

senkungstrichter einzuspeisen.

Meistens wird die Sohldichtung nach Beendigung des Abbauprozesses zurückgebaut, sofern

eine Wiederauffüllung des Absenkungstrichters zum fraglichen Zeitpunkt erwünscht und

durch die Versickerung aus dem Fließgewässer leistbar ist.

3.3.5.2

VERLEGUNG/RÜCKVERLEGUNG VON FLIEßGEWÄSSERN (NR.: 3.3.1.2)

Die Umleitung von Fließgewässern erfolgt in der Regel im Vorfeld des Abbaus einer Lager-

stätte im Bereich des ursprünglichen Flussverlaufes und wurde insbesondere im Braunkoh-

lentagebau in Sachsen häufig durchgeführt. Die Rückverlegung kann erfolgen, wenn der

ausgekohlte Bereich nicht von einem Restsee eingenommen wird. In der Regel liegt der Pla-

nung einer Flussverlegung die Planung der zukünftigen Endstellung des Tagebaus und damit

die Lage des Restsees zugrunde (Rahmenbetriebsplan), so dass fühzeitig bekannt ist, ob

eine Rückverlegung möglich oder notwendig ist. Ziel der Rückverlegung ist es

wieder möglichst naturnahe Verhältnisse hinsichtlich Ufergestaltung, natürliche Über-

flutungsflächen, Gefälle und Fließweg sowie hinsichtlich Artenvielfalt (Bereitstellung

ökologischer Nischen) herzustellen,

für den Bergbaubetrieb temporär notwendige wasserbauliche Anlagen zurückzubau-

en,

hinsichtlich der Infiltrations- und Exfiltrationsverhältnisse sowie der tributären Flüsse

einen weitgehend natürlichen Wasserhaushalt für den betroffenen Fließgewässerab-

schnitt zu schaffen und

damit einen für die Folgenutzung attraktiveren und gleichzeitig nachsorgeärmeren

Zustand zu schaffen.

3.3.6

WASSERMANAGEMENT

(NR.: 3.3.2)

3.3.6.1

SPEICHERBEWIRTSCHAFTUNG (NR.: 3.3.2.1)

Witterungsbedingte Dargebotsschwankungen von Flutungs-, See- und Flusswasser führen

zu ökologischen (Unterschreitung von Mindestwasserabflüssen, stagnante Zustände) und

ökonomischen (Verfehlung von Bewirtschaftungszielen in der Schifffahrt, der Fischerei, dem

Tourismus sowie Mangel von Wasser für den Verdünnungs- und Spülbetrieb zur Ableitung

erhöhter Stofffrachten) Einbußen. Die Speicherbewirtschaftung vollständig gefluteter Tage-

baufolgeseen aber auch von Talsperren in Tagebaufolgelandschaften ist deshalb ein zentra-

les Element der Wassermengen- und Wasserbeschaffenheitssteuerung. Ziel ist es, Mindest-

abflüsse bzw. Mindestwasserstände in den Vorflutern und Seen einzuhalten und maximale

Stoffkonzentrationen nicht zu überschreiten. Dies erfordert die Sicherung der

Bewirtschaftbarkeit von Speicherlamellen und die Herstellung von hydraulischen Steuerele-

menten, um das verfügbare Wasserdargebot möglichst umfänglich einzuspeichern und zu

nutzen.

3.3.6.2

SALZLASTSTEUERUNG

(NR.: 3.3.2.2)

Ein prominentes Beispiel für die bergbaubedingte Bewirtschaftung von Fließgewässern ist

die Salzlaststeuerung. Bei diesem Verfahren werden nicht rückhaltbare Salzfrachten, die

bspw. als Haldensickerwässer anfallen, kontrolliert in die Vorflut abgeschlagen, so dass be-

- 3 TEIL 1: KOMPENDIUM: BESCHREIBUNG DER BERGBAURELEVANTEN VERFAHREN -

Seite | 38

VITA-MIN

hördlich vorgegebene Konzentrationen nicht überschritten werden. Zur möglichst optimalen

Ausnutzung des Wasserdargebotes müssen Mess-, Steuer- und Regelsysteme sowie Spei-

chermöglichkeiten für die Salzsolen etabliert werden.

3.4 STRATEGIE 4: SEENSANIERUNG

Tabelle 3-3 zeigt die aktuelle Gliederung der harmonisierten ATRIUM-Datenbank für

. Alle in dieser Strategie genannten Verfahren wurden mit dieser Bear-

beitung neu in die Atrium Datenbank aufgenommen.

Folgende bergbauspezifische Verfahren wurden in der Gliederungsebene „Seesanierung“

ergänzt:

3.4.1

INLAKE-NEUTRALISATION

(NR.: 4.1.1 UND NR 4.1.2)

Insbesondere für die Lausitzer Tagebaufolgelandschaft ist die Bildung/Herstellung von gro-

ßen (bis >150 Mio m³) Hartwasserseen typisch. Diese zeigen zu Beginn ihrer Entstehung

teilweise hohe metallgetragene Aziditäten (bis > 5 mol/m³), so dass der Eintrag von

Alkalinität in Form von Kalkprodukten für eine Neutralisation notwendig ist. Der Eintrag von

Kalkprodukten kann durch folgende Technologien erfolgen [9]:

4.1.1.1

Initialneutralisation mittels Schiff

4.1.1.2

Nachsorgeneutralisation mittels Schiff

4.1.1.3

Inlakeneutralisation mit CO2-Einsatz mittels Schiff

4.1.2.1

Initialneutralisation mittels stationärer inlake-Neutralisationsanlage

4.1.2.2

Nachsorgeneutralisation mittels stationärer inlake-Neutralisationsanlage

4.1.2.3

Inlakeneutralisation mit CO2-Einsatz mittels stationärer inlake-Neutralisationsanlage

4.1.3.1

Reaktive Teppiche mit organischen Bestandteilen

4.1.3.2

Reaktive Teppiche mit alkalinen Bestandteilen

4.3.1.1

Flutung bzw. Wiedereinstau von Restseen

4.3.1.2

Flutung bzw. Wiedereinstau der Grundwasserleiter

4.3.2.1

Anpassung des langfristigen GW-Spiegels durch Stauhaltung

- 3 TEIL 1: KOMPENDIUM: BESCHREIBUNG DER BERGBAURELEVANTEN VERFAHREN -

Seite | 39

VITA-MIN

1. Eintrag über Schiffe, die am Ufer befüllt werden und die Neutralisationsprodukte über

die gesamte Seeoberfläche einmischen können. Vorteilhaft ist hier die Möglichkeit,

alle Bereiche des Sees zeit- und mengenvariabel bedarfsgerecht beaufschlagen zu

können. Nachteilig ist die Notwendigkeit, eine Schiffseinsatzstelle vorhalten bzw. in-

stallieren zu müssen (kleine, von einem Trailer aus einzusetzende Schiffe sind auch

im Einsatz, haben aber eine geringere Eintragsleistung).

2. Eintrag über stationäre Inlake-Neutralisationsanlagen, die ortsfest auf dem See ver-

ankert sind und vom Ufer aus mit den Neutralisationsprodukten bzw. mit der bereits

hergestellten Kalkmilch versorgt werden.

Beide Verfahrensvarianten werden eingesetzt für die folgenden.

3.4.1.1

INITIALNEUTRALISATION (NR.: 4.1.1.1 UND NR.: 4.1.2.1)

Die Initialneutralisation bezeichnet die in der Regel erste Seewasserkörper-Neutralisation,

bei der der pH-Wert des Seewasserkörpers einmalig auf über 6,0 angehoben wird. Bei der

Initialneutralisation ist meistens der Eisen- und der Aluminiumpuffer zu überwinden, wes-

halb meist vergleichsweise große Mengen an Neutralisationsmitteln eingebracht werden

müssen.

3.4.1.2

NACHSORGENEUTRALISATION (NR.: 4.1.1.2 UND NR.: 4.1.2.2)

Die sog. Nachsorgeneutralisation hat dagegen den Zweck, den pH-Wert bereits neutralisier-

ter Seen im Neutralbereich zu halten, um bei weitgehend stabiler Wasserbeschaffenheit die

Entwicklung einer seeinternen Biozönose zu ermöglichen und die Bewirtschaftung des Was-

serkörpers, insbesondere die Ankoppelung an die Vorflut zu ermöglichen.

3.4.1.3

INLAKE MIT CO

2

-EINSATZ

(NR.: 4.1.1.3 UND NR.: 4.1.2.3)

Die Einstellung eines neutralen pH-Wertes in einem Seewasserkörper bewirkt nicht unbe-

dingt den sofortigen Aufbau eines ausreichenden Carbonatpuffers, wie er sich üblicherweise

in einem seit langem neutralen natürlichen See ausbildet. Ein gut ausgebildeter

Carbonatpuffer (Alkalinität >0,5 mol/m³) beugt jedoch der Wiederversauerung durch fort-

gesetzten bergbaulichen Einfluss (aziditätsreiche Grundwasserzuströme) vor. Wiederholte

Nachsorgeneutralisationen sind dann nicht mehr nötig bzw. können in größeren Abständen

erfolgen.

Um in einem neutralisierten Seewasserkörper gut gepufferte Verhältnisse einzustellen, kann

die Nachsorgeneutralisation durch den Einsatz von CO

2

ergänzt werden. Durch gleichzeiti-

gen Eintrag von CO

2

und Neutralisationsmitteln und deren gesteuerter und kontrollierter

Reaktion miteinander kann Hydrogencarbonat erzeugt und so der benötigte Carbonatpuffer

im Seewasserkörper aufgebaut werden [9].

3.4.2

REAKTIVE TEPPICHE (NR.: 4.1.3)

Reaktive Teppiche sind mit Reaktiven Wänden (Kap. 3.2.3.2) vergleichbare durchströmbare

Zonen z. B. am Übergang eines Standgewässers in den Grundwasserleiter. Ziel ist es gleich-

falls, das hindurchströmende Wasser mit den reaktiven Materialien im Teppich zur Reaktion

zu bringen und dessen Beschaffenheit positiv zu beeinflussen. Zielreaktionen können bspw.

die pH-Wert-Anhebung, die Alkalinisierung und der Rückhalt von Metallfracht sein.

- 3 TEIL 1: KOMPENDIUM: BESCHREIBUNG DER BERGBAURELEVANTEN VERFAHREN -

Seite | 40

VITA-MIN

Der Einsatz von „reaktiven Teppichen“ wurde im Feldmaßstab im Rahmen der Sanierungs-

arbeiten im Speicherbecken Lohsa II in Form eines Pilot- und Demovorhabens der LMBV in

den Jahren 2004 bis 2010 erprobt. Die bei der Profilierung des Sees anfallenden Lockerge-

steinsmassen wurden innerhalb des Speicherbeckens Lohsa II durch Verspülung umgela-

gert. Während des Verspülprozesses wurden dem Verspülgut in einigen Bereichen alkalische

Zuschlagstoffe in Form von Kalkprodukten zugeführt. Diese dienten einerseits dazu, die mit

dem Prozess der Massenumlagerung einhergehende Aciditäts-Freisetzung abzupuffern, zum

anderen sollte eine Verbesserung der benthischen Bedingungen in den Verspülbereichen

erreicht werden.

3.4.3

NATÜRLICHE SELBSTREINIGUNG

(NR.: 4.2)

Ob mittelfristig eine natürliche Selbstreinigung eines Standgewässers erfolgen kann, hängt

im Wesentlichen von den Aziditäts- und Alkalinitätsfrachten der dem See zu- und abgehen-

den Wasserströme nach Wiederherstellung des stationären Endzustandes ab. Abnehmende

hydraulische Gradienten infolge der Wiederauffüllung der Grundwasserleiter (Kap. 3.4.4)

führen zu einem Nachlassen des ggf. aziditätsreichen Grundwasseranstromes. Weiterhin

kann durch das Hindurchleiten gepufferten Wassers („Spülung“) durch den Seewasserkörper

fortlaufend (bzw. im Rahmen des verfügbaren Flutungswasser-Dargebots) Alkalinität einge-

tragen werden. Verbleibt auch dann noch ein dauerhafter Netto-Eintrag von Azidität, ist die

natürliche Selbstreinigung ohne weitere unterstützende Maßnahmen nicht erwartbar. In die-

sem Fall bedarf es der Bereitstellung erhöhter Wassermengen zur Spülung des

Seewaserkörpers oder der Zufuhr von Alkalinität über Inlake-Neutralisationsmaßnahmen

(Kap. 3.4.1).

Wird ein See im Mittel bilanzneutral hinsichtlich des Alkalinitätseintrages, so können sich

etablierende biologische Prozesse zum Alkalinitätseintrag beitragen.

Die natürliche Selbstreinigung (natural attenuation) beruht auf natürlichen Prozessen zur

Reinigung oder Verminderung der Verschmutzung von Boden und (Grund-)Wasser. Ausge-

hend von der Schad-stoffquelle laufen entlang des Transportweges physikalische, chemische

und biologische Prozesse ab, die eine Verminderung der Schadstofffracht oder der Konzent-

ration nach sich ziehen.

Zum einen sind das Prozesse, die einen Rückhalt oder eine Verdünnung der Schadstoffe

bewirken:

•

Verdünnungseffekte durch Niederschlagsereignisse inkl. dem Zustrom als oberirdi-

scher und Zwischenabfluss, durch Zustrom aus einmündenden Fließgewässern,

Grundwasserzustrom sowie Diffusion und Konvektion durch die Wasserbewegung

•

Sedimentation von Fest-/Trübstoffen oder Metallausfällungen vorwiegend in Stillwas-

serbereichen

•

Filtrationsprozesse in den abgelagerten Seesedimenten oder innerhalb der

hyporheischen Zone (mechanische Filterwirkung, Lösung- oder Ausfällungsprozesse

durch Redoxreaktionen oder Änderungen des Kalk-Kohlensäure-Gleichgewichts -

enthalten (See-)Sedimente karbonatische Bestandteile, wird zuströmendes AMD

beim Eintritt ins Oberflächengewässer neutralisiert)

•

Sorptions-/Desorptionsprozesse an organischen Bestandteilen oder Ausfällungspro-

dukten

- 3 TEIL 1: KOMPENDIUM: BESCHREIBUNG DER BERGBAURELEVANTEN VERFAHREN -

Seite | 41

VITA-MIN

Zum anderen werden Wechselwirkungen zwischen Mikroorganismen und Pflanzen vor allem

im pflanzenbewachsenen Ufer- bzw. Flachwasserbereich wirksam (Prozesse der Oxidation,

Hydrolyse und Fällung von Metallen (primär: Fe und Mn, sekundär: Al und Zn):

•

Sedimentation gelöster Metallkomplexe (Ablagerung von ausgefällten Feststoffen aus

der wässrigen Lösung),

•

Filtration von Metallpartikeln oder Kolloiden durch Pflanzenstängel (physikalisch),

•

Adsorption an Pflanzenteilen (auch Sorption und in-situ Oxidation),

•

Ausfällung von Hydroxiden auf Pflanzenstängeln (Bildung von Hydroxidbelägen),

•

direkte Aufnahme von Metallionen durch Pflanzenwurzeln

Zur Neutralisation saurer Tagebauseen kommt es:

•

durch Respiration im vermischungsfreien anoxischen Raum (Monimolimnion oder

Hypolimnion; nur unter anaeroben Bedingungen stabil, sobald es zur Durchmischung

des Sees kommt, sind die neutralisierenden Effekte der Eisenreduktion reversibel)

•

durch Sulfatreduktion mit Entfernung bzw. sicherer Fixierung der Reaktionsprodukte

(Voraussetzung für die natürliche Desulfurikation: dimiktische Seen mit einem stabi-

len sommerlichen Hypolimnion; beste Bedingungen in einem von der Vollzirkulation

abgeschlossenen Monimolimnion)

Aufgrund der Vielzahl der hier wirkenden Prozesse wurde kein für sich stehendes Verfahren

in der Datenbank angelegt.

3.4.4

FLUTUNG BZW. WIEDEREINSTAU

(NR.: 4.3.1)

Die durch Sauerstoffzutritt in das entwässerte Gebirge ausgelöste Sulfidoxidation ist der bei

weitem folgenreichste Kontaminationsprozess in Folge der Entwässerung der Braunkohlen-

tagebaue in der Lausitz und im mitteldeutschen Revier. Die Sulfidoxidation bewirkt ver-

schiedene Folgeprozesse wie die Schwermetall- und Sulfat-Lösung, die Aziditätsfreisetzung

und das generelle Aufsalzen der Grundwässer. Hierduch wird die Grundwasserqualität groß-

räumig beeinträchtigt. Unter anderem wird die Gewinnung von Brauchwasser für den

menschlichen Bedarf großräumig eingeschränkt. Um diesen Prozess so frühzeitig wie mög-

lich zu beenden, müssen die entwässerten Aquifere so schnell wie möglich wieder geflutet

werden. Dies erfolgt

a) durch Einstellung der Sümpfungsmaßnahmen,

b) durch Einleitung von Wasser aus Fließgewässern und noch in Betrieb befindlichen

Sümpfungsanlagen in die verbliebenen bergbaulichen Hohlformen und natürlicher-

weise vorhandenen Hohlformen (Vernässungsgebiete),

c) durch den Neubau von Oberflächenwasser-Zuleitern in die Wassermangel-Gebiete

(ein Beispiel ist hier der Obere Landgraben in der Lausitz, der die Wasserüberleitung

von der Spree bis in die Restlochkette ermöglicht),

d) durch Anlage von Schluckbrunnen und

e) den Rückbau von künstlichen Kolmationsschichten in Fließgewässern (Entdichtung),

wie er beispielsweise in der Spree nördlich des SB Bärwalde durchgeführt wurde

(Kap. 3.3.5.1).

- 3 TEIL 1: KOMPENDIUM: BESCHREIBUNG DER BERGBAURELEVANTEN VERFAHREN -

Seite | 42

VITA-MIN

Weitere Ziele der Flutung sind

1. die Minderung der hydraulischen Gradienten im Umfeld der Tagebaue um den Schad-

stofftransport aus dem Grundwasserleiter in die Oberflächengewässer zu mindern,

2. die Erhöhung der Böschungsstabilität im Bereich der Hohlformen,

3. die Zuführung von Alkalinität in die entstehenden Seekörper als vorauslaufende

Maßnahme für die ggf. nachfolgend notwendige Initial- und Nachsorgeneutralisatio-

nen (siehe Kap. 3.4.1),

4. die Spülung der Seewasserkörper und die Verdünnung der ggf. hohen Ionenkonzent-

rationen im See. Diese Maßnahme kann beginnen, sobald der Seekörper einen

Abstrom in den Grundwasserleiter auszubilden beginnt, Sie wird effektiver und bes-

ser steuerbar, sobald eine Anbindung des Restseekörpers an die öffentliche Vorflut

existiert. In diesem Fall kann die eingeleitete Wassermenge theoretisch bis zur Gren-

ze des Dargebotes erhöht werden und

5. die Reduzierung des während des Bergbaus geschaffenen Wasserdefizits in der Regi-

on. Dieses beinhaltet auch ein Retentionsdefizit: Die Region kann während der Phase

der Grundwasserabsenkung weder durch ihre Seen (noch nicht vorhanden), noch

durch ihre Grundwasserleiter (entwässert) als Retentionsraum für Wasser genutzt

werden.

Die Flutung der bergbaulichen Hohlformen mindert durch die in Sachsen sehr intensive hyd-

raulische Koppelung der Seewasserkörper mit dem Grundwasserleiter immer gleichzeitig

das Wasservolumendefizit der Grundwasserleiter und das Mengendefizit der Seewasserkör-

per. In der Regel erfolgt die Wiederauffüllung der Grundwasserleiter daher auch vornehm-

lich durch die Flutung der Restlöcher. Deren Abstrom in die Grundwasserleiter füllt gleich-

zeitig den Absenkungstrichter. Allerdings werden auch unabhängig von der Existenz von

Restseen bzw. räumlich getrennt von diesen Maßnahmen zur Stützung des Grundwasser-

spiegels durchgeführt. Dies kann durch die Anlage von Versickerungsgräben, Teichen oder

Schluckbrunnen erfolgen. Mit solchen Maßnahmen werden z. B. grundwasserabhängige Bio-

tope geschützt.

3.4.5

STEUERUNG (NR.: 4.3.2)

3.4.5.1

ANPASSUNG DES LANGFRISTIGEN GW-SPIEGELS DURCH STAUHALTUNG

(NR.:

4.3.2.1)

Die Lage des nachbergbaulichen Grundwasserspiegels ist eine Mehrziel-Optimierung. Neben

der in Kap. 3.4.4 aufgezeigten Gründen für eine möglichst zügige und weitgehende Flutung

zum Schutz vor weiterer Sulfidoxidation kann auch die langfristige Absenkung des Grund-

wasserspiegels ein Ziel der nachbergbaulichen Wassermanagements sein. So werden in vie-

len Ortslagen spezielle Graben- und Drainagesysteme, Wasserhaltungen oder Schutzbrun-

nengalerien etabliert um bspw. die Infrastruktur und Wohnbebauung vor Vernässungen zu

schützen.

Auch die Minderung hydraulischer Gradienten zur Minderung der Grundwasserströmung

kann ein Ziel zur Absenkung des Grundwasserspiegels sein. Ziel ist es dann, den advektiv

getriebenen Austrag bergbaubürtiger Wasserinhaltsstoffe zu mindern. Dies kann bspw.

durch die Pflanzung stark wasserkonsumierender Pflanzen wie Luzerne erfolgen.

- 3 TEIL 1: KOMPENDIUM: BESCHREIBUNG DER BERGBAURELEVANTEN VERFAHREN -

Seite | 43

VITA-MIN

3.5 STRATEGIE 5: SICHERUNGSMAßNAHMEN

Tabelle 3-4 zeigt die aktuelle Gliederung der harmonisierten ATRIUM-Datenbank für

.

5.1.1.1

Mineralische Abdichtung

5.1.1.2

Abdichtung mit Kunststoffdichtungsbahn

5.1.1.3

Kombinationsdichtung

5.1.1.4

Abdichtung mit Bentonitmatten

5.1.1.5

Abdichtung mit Kapillarsperre

5.1.1.6

Asphaltbetonabdichtung

5.1.1.7

Einhausung

5.1.1.8

Abdeckung (durch Planen oder Dichtfolien o. A.)

5.1.1.9

Wasserglasvergütete Dichtung

5.1.1.10

Polymervergütete Bentonit-Sand-Dichtung

5.1.1.11

Bentokiesabdichtung

5.1.1.12

Haldenabdeckung: 2-/3-Schichtsysteme (klassisch)

5.1.1.13

Minderung von GWN und Erosion durch Zwischenbegrünung

5.1.1.14

Minderung von GWN und Erosion durch abschließende Wiederbegrünung / Aufforstung

5.1.2.1

Dichtwand/Schlitzwand

5.1.2.2

Spundwand

5.1.2.3

Überschnittene Bohrpfähle

5.1.2.4

Hochdruckinjektionswand

5.1.2.5

Gefrierwand

5.1.2.6

Injektionswand

5.1.2.7

Schmalwand

5.1.3.1

Injektionsschirme

- 3 TEIL 1: KOMPENDIUM: BESCHREIBUNG DER BERGBAURELEVANTEN VERFAHREN -

Seite | 44

VITA-MIN

Folgende bergbauspezifische Verfahren wurden in der Gliederungsebene „Sicherungsmaß-

nahmen“ ergänzt:

3.5.1

OBERFLÄCHENABDICHTUNG (NR.: 5.1.1)

3.5.1.1

HALDENABDECKUNG: 2-/3-SCHICHTSYSTEME (KLASSISCH)

(NR.: 5.1.1.12)

Haldenabdeckungen haben das Ziel, erosive Prozesse an der Haldenoberfläche zu minimie-

ren, den Oberflächenabfluss zu kanalisieren und den Sickerwasserdurchzug durch den Hal-

denkörper zu begrenzen (Häfner et al., 2000). Dies geschieht durch

die weitestgehende oberflächliche Ableitung des auftreffenden Niederschlages,

die Minderung der Durchsickerung der obersten Deckschicht durch Einsatz gering-

durchlässiger Materialien,

5.1.3.2

Bergmännische Unterfahrung

5.2.1.1

Injektion bzw. Verpressung

5.2.1.2

Mixed-in-Place-Verfahren

5.2.2.1

Verfestigung

5.2.2.2

Verglasung

5.3.1.1

Infiltrationsbrunnen

5.3.2.1

Vertikalbrunnen

5.3.2.2

Drainagegraben

5.3.2.3

Horizontaldrainage

5.4.1.1

Passive Entgasung

5.5.1.1

Verringerung der Expositionszeiten

5.5.1.2

Verringerung Expositionsflächen / Verfüllung / Umlagerung

5.5.1.3

Böschungsgestaltung

5.5.1.4

Selektive Abraumgewinnung und -verkippung

5.5.2.1

Einbau alkaliner Stoffe

5.5.2.2

Einbau O2-zehrender Stoffe

5.5.2.3

Einbau inertisierender Stoffe

- 3 TEIL 1: KOMPENDIUM: BESCHREIBUNG DER BERGBAURELEVANTEN VERFAHREN -

Seite | 45

VITA-MIN

die weitere Minderung des Wasseranfalles durch Steigerung der Verdunstung über

die Vegetation,

und ggf. die laterale Ableitung des verbleibenden Wassers durch Drainageschichten.

Die Oberflächenabdeckung für Halden ist von Deponieabdecksystemen abgeleitet. Sie er-

folgt mit dem Ziel:

einer Reduzierung der Schadstofffracht durch das Abdeckungssystem selbst (Dicht-

schicht) und/oder angepasste Begrünung

→

die Reduzierung der Niederschlagsinfilt-

ration bewirkt im allgemeinen eine Verringerung des Schadstoffaustrages; Grund-

wasser- und Oberflächenverschmutzung werden verhindert oder bestehende Um-

weltbeeinflussungen reduziert

Erosionsschutz, Standsicherheit, geringe Setzungsempfindlichkeit

Wiedereingliederung des Standortes in das natürliche Umfeld

spezielle Anforderungen z. B. Schutzfunktion gegen die Exhalation des radioaktiven

Radongases

lange Nutzungsdauer mit geringen Folgekosten

Der standortangepasste Schichtaufbau zumeist aus:

Basislage

o

als Dichtschicht ausgelegt (z. B. bei Halden des Erzbergbaus, Tagebaukippen)

o

Dämmschicht (z. B. auf Halden des Uranerzbergbaus mit radiologischen Be-

lastungen des Luftpfades)

o

als kapillarbrechende Schicht ausgelegt (z. B. bei Kalihalden)

ggf. Entwässerungsschicht

ggf. Speicher- und Pufferschicht (z. B. bei Kalihalden)

Rekultivierungsschicht

Mit der Abdeckung von Hochhalden im Bergbau kann bereits in der Phase des aktiven Berg-

baus begonnen werden. Der Abschluss der Abdeckung erfolgt naturgemäß jedoch erst in der

Nachsorgephase. Die meisten Hochhalden in Sachsen entstanden im Zuge des von der

SDAG WISMUT durchgeführten Uranbergbaus. Solche Halden befinden sich an den sächsi-

schen WISMUT GmbH-Standorten Crossen (z. B. Bergehalde Crossen), Pöhla (z. B. Luchs-

bachhalde), Aue/Schlema/ Alberoda (viele Halden) und Dresden Gittersee sowie Königstein.

Im Falle der Halden des Uranbergbaus wurde die Abdeckung erst nach Einstellung des Ab-

baubetriebes begonnen. Die Stabilisierung und Abdeckung der Uranbergbau-Halden erfolgt

durch

die stabilisierende Entwässerung der Haldenkörper,

die Erstabdeckung der Halden zur Minderung der Winderosion,

die Geotechnische Stabilisierung der Tailings-Dämme,

der Rekontourierung, Böschungsabflachung und Massenumlagerung zur Herstellung

der abschließenden Morphologie,

den Auftrag einer wasserundurchlässigen Schicht zur Entkoppelung der oberflächli-

chen, vornehmlich aus dem Niederschlag gespeißten Wassers vom Haldenwasser,

den Auftrag einer Kulturbodenschicht und Bepflanzung der Oberfläche,

die Anlage von Entwässerungsgräben, Rückhaltebecken und Aufbereitungsanlagen

und

die Etablierung eines Monitoring-Systems

- 3 TEIL 1: KOMPENDIUM: BESCHREIBUNG DER BERGBAURELEVANTEN VERFAHREN -

Seite | 46

VITA-MIN

Die

Halden

des

Thüringer

Kalisalz-Bergbaus

werden

dagegen

mit

einer

Kontourierungsschicht zur Herstellung der abschließenden Morphologie und Hangneigung

abgedeckt, wobei hier Abraummassen und Bauschutt zum Einsatz kommen. Darüber wird

eine Kulturbodenschicht aufgetragen, die sukzessive bepflanzt wird.

3.5.1.2

MINDERUNG DER GRUNDWASSERNEUBILDUNG UND EROSIONSSCHUTZ DURCH ZWI-

SCHENBEGRÜNUNG

(NR.: 5.1.1.13)

Als Zwischenbegrünung bezeichnet man die Aussaat ausgesuchter (bspw. einjähriger) Kul-

turen für eine extensive Nutzung. Durch Zwischenbegrünung kann die Sickerwasserbildung

während des Tagebaubetriebes bspw. auf länger offen liegenden Bermen hilfreich sein. Ein

weiterer wesentlicher Aspekt ist jedoch auch die Erhöhung der Böschungsstabilität und die

Minderung von Erosionsprozessen. Die Zwischenbegrünung kann durchgeführt werden

als Erstbegrünung auf Tagebaukippen, Bergehalden des (Uran)Erzbergbaus oder Ka-

li-Rückstandshalden vor der eigentlichen Aufforstung

als Erstbegrünung von Kippenflächen, die ohne Kulturpflanzennutzung bleiben (z. B.

für Naturschutzprojekte)

Böschungsbegrünung im aktiven Tagebau

Ziele der Zwischenbegrünung sind

die Vermeidung von Vernässung, Erosion; Böschungsstabilisierung,

die Herstellung eines funktionsfähigen Bodengefüges, Entwicklung der Bodenfrucht-

barkeit,

die Verringerung der Sickerwasserbildung ggf. schon im Initialstadium der Waldent-

wicklung und

der Schutz gegen unerwünschten Aufwuchs

Voraussetzung für den Einsatz der Zwischenbegrünung ist das

Vorhandensein bzw. Herstellung einer Wasserhaushaltsschicht und

ggf. der Einsatz von Bodenverbesserungsmaßnahmen – Kombination bodenmeliora-

tiver und pflanzenbaulicher Maßnahmen

Vorteile der Zwischenbegrünung sind

die bodenverbessernde und bodenschützenden Wirkung

a. schnelle Bodendeckung als Erosionsschutz, Bodenbeschattung, günstiges

Kleinklima

b. Bildung/Erhalt des Bodengefüges und der Durchwurzelung (z. B. Aufschluss

der Rekultivierungssubstrate durch die Wurzeln)

→

Bildung/Erhalt der Kapil-

larwirkung, bessere Luft- und Wasserversorgung im Boden

c. Stickstoffbindung aus der Luft oder tieferen Bodenschichten und Verlagerung

in den Feinwurzelbereich

d. Verringerung des Aufwuchses einer verdämmenden Begleitflora

die Schaffung eines ganzjährigen Lebensraumes für zahlreiche Vogel- und Insekten-

arten,

die Aussamung, wenn die Zwischenbegrünung lange genug stehen bleibt,

die zahlreiche Blühaspekte – Ästhetik und

die Möglichkeit zum Verzicht auf das Ausmähen der Forstkulturen (Kosteneinspa-

rung)

- 3 TEIL 1: KOMPENDIUM: BESCHREIBUNG DER BERGBAURELEVANTEN VERFAHREN -

Seite | 47

VITA-MIN

3.5.1.3

MINDERUNG DER GRUNDWASSERNEUBILDUNG UND EROSIONSSCHUTZ DURCH AB-

SCHLIEßENDE WIEDERBEGRÜNUNG / AUFFORSTUNG (NR.: 5.1.1.14)

Die abschließende Wiederbegrünung der Oberfläche von Außenkippen und Innenkippen

dient

der Steuerung der Grundwasserneubildung,

der Verbesserung der Nachnutzungsmöglichkeiten z. B. durch Land-, Weide- und

Forstwirtschaft aber auch durch Tourismus und

der Minderung der Erosion.

Voraussetzung für die Wiederbegrünung ist der Auftrag bzw. die Herstellung einer Kulturbo-

denschicht. Dies erfolgt

durch Ablagerung wenig versauerungsgefährdeter bzw. gepufferter Substrate ent-

sprechender Korngrößenverteilung als finale Schicht noch mit Bergbautechnik (z. B.

Absetzer),

durch Ablagerung von Substraten, die in kurzer Zeit durch Verwitterung kultur-

freundliche Oberböden bilden können und

durch Zumischung puffernder Substrate wie Kalk oder Geschiebemergel bereits wäh-

rend der bergmännischen Errichtung der geologischen Körper oder im Nachgang

durch Melioration.

Der Verfahrensansatz besteht:

in der Errichtung einer Wasserhaushaltsschicht auf der Halden-/Kippenoberfläche,

die ein optimales Wachstum von Pflanzen gewährleistet, um möglichst hohe

Evapotranspirationsraten zu erreichen und somit die Sickerwassermenge reduzieren

zu können,

in der Auswahl geeigneter dauergrüner Kulturen und

in der optimalen Bewirtschaftung der Flächen

Voraussetzung ist die Herstellung einer Wasserhaushaltsschicht

Tieflockerung und Tiefkalkung bei starker Überverdichtung oder Versauerung des Un-

terbodens,

Bodenbearbeitung

zur

Homogenisierung

der

Substratgemenge

und

der

Vergleichmäßigung der aufgebrachten Dünge- bzw. Meliorationsmittel durch

Aufbringung und Einarbeitung von Bodenverbesserungsmitteln angepasst an die Bo-

denbeschaffenheit und die Bepflanzungsart

3.5.2

VERRINGERUNG DER EXPOSITION

(NR.: 5.5.1)

Die Exposition erosions- und elutionsgefährderter Flächen kann reduziert werden indem

a) die Expositionszeit vermindert wird und/oder

b) die Expositionsfläche vermindert wird.

Der Auftrag von Abdeckungen auf Haldenmaterial und andere ggf. kontaminierte Berei-

che (Tailings, Rückstandshalden, Abbruchmaterial ehemaliger bergbaulicher Infrastruk-

tur) hat mehrere Funktionen:

Schutz vor windinduziertem Stoffaustrag,

- 3 TEIL 1: KOMPENDIUM: BESCHREIBUNG DER BERGBAURELEVANTEN VERFAHREN -

Seite | 48

VITA-MIN

Begrenzung des Sickerwasserdurchzuges, Begrenzung der Exposition gegenüber

Niederschlagswasser durch laterale Ableitung und Steigerung der Verdunstung,

Trennung des unkontaminierten Oberflächenwassers (z. B. Sickerwasser) vom ggf.

kontaminierten Halden-Grundwasser,

Hangstabilisierung bzw. Minderung des Stoffabtrages durch Erosion,

Gestaltung der Morphologie und

Schaffung einer Kulturbodenschicht als Basis für die Wiederbegrünung und damit die

Nachnutzung der Haldenoberfläche.

3.5.2.1

VERRINGERUNG DER EXPOSITIONSZEITEN

(NR.: 5.5.1.1)

Ist mit erhöhtem Stoffaustrag aus Haldenkörpern oder offen liegenden Flächen zu rechnen,

so können diese durch möglichst geringe Expositionszeiten vermindert werden. Dies kann

im Rahmen der Abbauplanung durch Verminderung der Haldenoberflächen und dem alsbal-

digen Abdecken mit inerten Materialien erfolgen. Durch Verlegung von Bermen und andren

lange offenliegenden Oberflächen in Horizonte mit geringer Verwitterungsneigung werden

die Expositionszeiten von versauerungsgefährdeten stratigraphischen Bereichen ebenfalls

minimiert (Häfner et al., 2000). Die Minimierung der technologisch bedingten Expositions-

zeiten kann erreicht werden durch:

zeitnahe Überdeckung der Förderbrückenkippe (Hauptkippenoberfläche) mit der

Absetzerkippe (Verhinderung der Ausbildung einer zweiten Verwitterungszone),

schnelle Herstellung der Oberflächenkontur der Absetzerkippe und Abdeckung mit

Kulturboden + Erstbegrünung,

selektive Schüttführung auf den Arbeitsebenen (vergleichsweise kurze Expositions-

zeiten der Böschungen und Arbeitsebenen; für die Minderung der Verwitterungsum-

sätze eher unbedeutend),

zeitoptimierte Vorfeldentwässerung,

zeitoptimierte Transportwege (z. B. Abraumtransport auf kürzestem Weg direkt über

Kippe hinweg mit Abraumförderbrücken oder mit Bandanlagen),

Zwischenbegrünung der temporären Böschungen und

rasche Flutung der Tagebaurestseen (beschleunigter Wasserspiegelanstieg verringert

den Einfluss der Rillenerosion und den damit verbundenen Säureaustrag aus den Bö-

schungsflächen).

Die Minderung der Grundwasserneubildung während des Tagebaubetriebes dient

der Stabilisierung der Böschungen und

der Minderung der durch Sümpfung abzufördernden Wassermenge.

3.5.2.2

VERRINGERUNG EXPOSITIONSFLÄCHEN / VERFÜLLUNG / UMLAGERUNG

(NR.:

5.5.1.2)

Kippenkörper sind in den Braunkohletagebaufolgelandschaften die prominentesten Quellen

von Problemstoffen wie Sulfat, Eisen und Azidität. Die stärksten Beeinflussungen von Ober-

flächengewässern treten im unmittelbaren Abstrom solcher Körper auf. Beispielhaft sei die

geringe Versauerungsneigung des SB Bärwalde genannt, welches ausschließlich aus dem

Gewachsenen angeströmt wird, wohingegen der Kippenkörper dieses Tagebaus heute voll-

ständig überstaut ist und im Abstrom des Seekörpers liegt. Dieser See konnte alleine durch

Fremdflutung aus der Spree neutralisiert werden und bedurfte nie eine Inlake-Behandlung.

Die entgegengesetzte Situation liegt am Schlabendorfer See vor. Dieser weist ein ca. 5 km

langes Südufer auf, das vollständig an einer durchströmten Kippe liegt. Das in der Kippe

- 3 TEIL 1: KOMPENDIUM: BESCHREIBUNG DER BERGBAURELEVANTEN VERFAHREN -

Seite | 49

VITA-MIN

gebildete Grundwasser geht zu einem erheblichen Anteil dem Seewasserkörper zu und sorgt

für eine fortdauernde starke Versauerung. Der Seewasserkörper bedarf deshalb einer fort-

gesetzten wiederholten Neutralisation.

Diese Beispiele verdeutlichen dass die Planung der abschließenden Seekontour und die Lage

der Kippenkörper eine entscheidende Bedeutung für die Wasserqualität und die Nachsorge-

aufwendungen zukommt. Durch eine frühzeitige Planung der Endstellung des Tagebaus un-

ter Berücksichtigung des zukünftigen Strömungsregimes kann die hydrologische Situation

im Umfeld eines Tagebaus entscheidend verbessert werden. Vor dem Hintergrund der oft

ungeplant schnellen Einstellung vieler Tagebaue nach der politischen Wende 1989/90 sind

die Positionen vieler Restseen nicht optimal.

3.5.2.3

BÖSCHUNGSGESTALTUNG

(NR.: 5.5.1.3)

Grundsätzlich sind im Bergbau zwei Arten von Böschungen zu unterscheiden:

temporär

o

tagebauseitige temporäre Böschungen

o

kippenseitig temporäre Böschungen

dauerhaft

o

Böschungen von Bergbaufolgeseen als Hinterlassenschaft von Tagebauen

o

Böschungen der Bergehalden des Erz- und Steinkohlenbergbaus

o

Böschungen von Kalihalden

Hauptziel der dauerhaften Böschungsgestaltung ist die Herstellung von Standsicherheit des

Kippen-/Haldenkörpers zum Schutz der Menschen und ihrer Umgebung sowie Erosionsstabi-

lität der Oberfläche, hauptsächlich unter dem Gesichtspunkt einer Verminderung der Sauer-

stoffexposition als Ursache der Pyritoxidation und Bildung saurer Wässer.

Die temporären Böschungen der Braunkohlentagebaue sollten aus diesem Grund so kurz

wie möglich existieren und nach Möglichkeit mit pyritfreiem/-armem Material abgedeckt

bzw. zwischenbegrünt werden.

Zusätzlich können folgenden Gefährdungen der Schutzgüter durch Rutschungen und somit

durch Freilegen von Haldenmaterial der Bergehalden des Steinkohlen-/Erzbergbaus entste-

hen:

•

erhöhte dermale Kontaktmöglichkeit (Gefahrenpotential insbesondere bei Uran-

erzbergbauhalden)

•

Zutritt von Luftsauerstoff (Auswirkungen auf das Brandgeschehen)

•

Schaffung verbesserter Infiltrationsbedingungen mit verstärkter Sickerwasser-

bildung

•

Haldenmaterial kann in die Vorflut gelangen

Einflussparameter auf die Standsicherheit von Böschungen sind:

•

materialabhängig

o

bodenmechanische Eigenschaften (Wichte des Böschungsbodens, Korngrö-

ßenverteilung, Kornform, Lagerungsdichte und Porenraum, Wassergehalt,

Konsistenz, Scherfestigkeit, Formänderungsverhalten, Wasserdurchlässigkeit,

Kapillarität, Sättigungsgrad

o

Strukturfestigkeit des Böschungsbodens (ungestörtes, gewachsenes Material;

gestörtes Material)

•

materialunabhängig

- 3 TEIL 1: KOMPENDIUM: BESCHREIBUNG DER BERGBAURELEVANTEN VERFAHREN -

Seite | 50

VITA-MIN

o

Böschungsgeometrie (Böschungsneigung, Böschungshöhe, Grundwasser-

stand, Außenwasserstand)

o

Lasteinwirkungen (Massenkräfte, Betriebslasten (z. B. Gewinnungsgerät),

Einwirkungen aus dem laufenden Abbaubetrieb, dynamische Lasten (Erdbe-

ben, Erschütterungen), stationäre Strömungsvorgänge, instationäre Strö-

mungsvorgänge (z. B. Wellen), Erosion)

Maßnahmen für Standsicherheit und Erosionsstabilität:

geomorphologische Gestaltung z. B. Böschungsabflachungen (für dauerhaften Bö-

schungsneigungen um 1:2,5 (ca. 22°) ist die geotechnische Langzeit-Standsicherheit

für unterschiedliche Lastfälle nachgewiesen)

erdbautechnische Ausformung z. B. Einbau von Bermen (Verminderung des Erd-

drucks auf den Fuß der Böschung; Böschung mit steilem Hang und Bermen ist stand-

sicherer als eine durchgehende Böschung ohne Bermen)

schnelle Festlegung der Böschungsoberfläche i.d.R. durch Aufbringung eines Abdeck-

systems wie die Herstellung eines Kulturbodens + Begrünung

3.5.2.4

SELEKTIVE ABRAUMGEWINNUNG UND -VERKIPPUNG

(NR.: 5.5.1.4)

Eine wesentliche hydraulische Maßnahme zur Minimierung der Kippenversauerung besteht

in der Anlage eines oberen Grundwasserleiters in der Kippe, in dem qualitativ gutes Grund-

wasser bereitgestellt werden kann (Boehm & Schwarzenberg, 2000). Dies kann erreicht

werden durch:

mineralogisch/chemischen Trennung des Abraums durch:

1. Verkippung pyritarmer und karbonathaltiger Sedimente in die oberen Kipp-

scheiben

2. Verkippung der pyritreichen Sedimente in die unteren Kippscheiben

hydraulische Trennung des Abraums: Schaffung eines Durchlässigkeitssprungs von

etwa 10

-5

m/s zwischen oberem Kippenabschnitt (gut durchlässig) und tieferem

Kippenbereich (schlecht durchlässig)

Vorteil:

Grundwasser im oberen Kippenbereich für Trinkwassergewinnung nutzbar

kein Zustrom saurer Grundwässer in die Vorflut

optimierte Behandlung der nun abgegrenzten Kippenabschnitte mit hoher Versaue-

rung und Mineralisation (z. B. durch künstliche Kippenpufferung)

Voraussetzung ist, dass genügend pyritfreier, karbonathaltiger Abraum zur Verfügung steht

Die fortlaufende Charakterisierung des jeweils gewonnenen Abraummaterials hinsichtlich

seiner Säure- bzw. Basenkapazität ermöglicht es, den Abraum solchermaßen in die

Kippenkörper einzubauen, dass

stark verauerungsgefährdete Substrate basal eingebaut werden, also in Bereiche, die

durch schnellen Überstau wieder vor weiterem Sauerstoffzutritt geschützt werden

können.

Kulturfreundliche Substrate nahe der zukünftigen Kippenoberfläche eingebaut wer-

den, so dass die Entwicklung einer Kulturbodenschicht unterstützt wird und die dau-

erhaft ungesättigt verbleibenden Bereiche keine Quelle von Azidität für die Grund-

wasserzone darstellen.

- 3 TEIL 1: KOMPENDIUM: BESCHREIBUNG DER BERGBAURELEVANTEN VERFAHREN -

Seite | 51

VITA-MIN

Alkaline Substrate so den azidischen Substraten beigemischt werden, dass sich die

Potenziale zur Verauerung und zur Alkalinisierung weitgehend aufheben.

3.5.3

KIPPENKÖRPER/HALDEN-KONDITIONIERUNG

(NR.: 5.5.2)

3.5.3.1

EINBAU ALKALINER STOFFE

(NR.: 5.5.2.1)

Bei erwarteter Versauerungsneigung kann dem Abraum eine entsprechende äquivalente

Menge an Puffersubstanzen, z. B. in Form von Carbonaten beigemischt werden. Dies ermög-

licht bei Oxidation von Sulfiden und der Freisetzung von Azidität eine äquivalente Bevorra-

tung von Alkalinität. Diese wird im Falle anlaufender Verwitterungsprozesse ebenfalls freige-

setzt und führt bereits im lokalen Maßstab zur Kompensation der Azidität. Die pH-Werte

verbleiben im neutralen Bereich und unerwünschte Folgereaktionen wie die Aluminium- und

die Schwermetallmobilisierung unterbleiben. Auch die weitere Sulfidoxidation wird vermin-

dert, da diese gerade bei geringen pH-Werten durch das dann mobile Fe-III und die Tätig-

keit acidophiler Mikroorganismen forciert wird (Wisotzky et al., 2000).

Bei der Herstellung kulturfähiger Böden ist eine Kalkung zur Neutralisation insbesondere der

potentiell versauernden Rohböden der Braunkohlentagebaukippen und auf den Bergehalden

des Erz-/Steinkohlenbergbaus Standard. Der Einbau von alkalisch wirkenden Stoffen in neu

entstehende Kippen-/Haldenkörper kann bis in die Tiefe des zukünftigen Grundwasserleiter-

bereichs nach dem gleichen Prinzip zur Vorbeugung der Entstehung von AMD und deren

Weitertransport in die Vorflut erfolgen.

In Frage kommen fein- bis mittelkörnige karbonathaltige Substrate (wie Kalkstein, Kraft-

werksasche,

Mischung

aus

Kalkstein

und

Braunkohlenflugasche,

alkalische

Eisenhydroxidschlämme, Sodalith), die möglichst homogen (intensive Mischung z. B. auf der

Abraumbandanlage) in das abzulagernde Material gemischt werden. Die Wirkung besteht

analog zu OLD (ungesättigte Zone) bzw. ALD (gesättigte Zone) in der Auflösung des Karbo-

nats, wodurch

•

die Säure gepuffert und damit Kippengrundwasser neutralisiert wird,

•

die Säurekapazität des hindurchströmenden Wassers erhöht wird,

•

Metalle sowie Halbmetalle größtenteils als Hydroxide ausfallen und damit aus dem

Wasser entfernt werden,

•

Copräzipitation weiterer Schwermetalle und von Halbmetallen erreicht wird. Dies

führt zu einer erheblichen Minderung der Konzentrationen an Spurenmetallen und -

halbmetallen

•

Eisen- und Schwefel-Oxidation verursachende Bakterien und Archaeen gehemmt

werden (durch die höheren pH-Werte) und so der Pyritverwitterung vorgebeugt wird

(Dämpfung der Verwitterungsreaktionen unter chemisch gepufferten Verhältnissen)

Die Produkte müssen nicht wie in der Inlake-Technik hochreaktiv sein, da für den Stoffum-

satz stehen ausgedehnte Zeithorizonte zur Verfügung stehen. Die Dosierung der

Karbonatmenge erfolgt in Abhängigkeit der Parameter Pyritgehalt, Eigenpuffergehalt und

Pyritverwitterungsrate der Abraummaterialien.

Besonders in den oberen Kippengrundwasserleitern, die zur Trinkwasserversorgung in Frage

kommen sowie im Anstrombereich des Grund- und Oberflächenwassers zu Fließgewässern

oder Bergbaufolgeseen ist eine karbonatische Neutralisationszone sinnvoll. Es ist eine effek-

- 3 TEIL 1: KOMPENDIUM: BESCHREIBUNG DER BERGBAURELEVANTEN VERFAHREN -

Seite | 52

VITA-MIN

tive, aber auch die teure Methode zur Minimierung der Kippenversauerung und deren Mine-

ralisation und kann daher nur eingesetzt werden wenn besonders hohe Pyritkonzentrationen

zu erheblicher Versauerung und Mineralisation in der Kippe führen und damit ein unmittel-

bares Gefährdungspotential von Grundwassernutzern im Umfeld der Kippe vorhanden ist.

3.5.3.2

EINBAU O2-ZEHRENDER STOFFE

(NR.: 5.5.2.2)

Die Sulfidoxidation als einer der wesentlichen aziditäts- und schwermetallfreisetzenden Pro-

zesse kann durch Bindung des dafür notwendigen Sauerstoffzutrittes eingedämmt werden.

Dies kann theoretisch durch den Einbau sauerstoff-zehrender Stoffe in Halden- und

Kippenkörper erreicht werden. Hierfür geeignete organische Materialien müssen aufgrund

der großen benötigten Mengen auf dem Markt verfügbar, mikrobiell verwertbar und kosten-

günstig sein. Auch sollen beim mikrobiellen Abbau möglichst keine unerwünschten

Metabolite entstehen. Diese Kriterien schränken den Einsatz von Abprodukten der Landwirt-

schaft und der Lebensmittelindustrie ein. Der Einsatz solcher Stoffe scheitert meist an ge-

nehmigungsrechtlichen Gründen.

3.5.3.3

EINBAU INERTISIERENDER STOFFE

(NR.: 5.5.2.3)

In Einzelfällen werden inertisierende Stoffe in Kippen- und Halden eingebracht, die die Prob-

lemstoffe binden. So wurden von der WISMUT GmbH Versuche in Sachsen zur Bindung von

Sulfat mit Bariumsalzen im Grubengebäuden durchgeführt.

Die Inertisierung durch Zugabe bestimmter Stoffe wird in der Industrie beispielsweise auch

der Behandlung von Sonderabfällen eingesetzt, um deren Schädlichkeit gegenüber Mensch

und Umwelt zu reduzieren. Auch zur Minderung der Explosionsgefährlichkeit chemischer

Gasgemische oder Kohlenstaubablagerungen erfolgt Inertisierung.

Für den Einbau inertisierender Stoffe in neu entstehende Kippen-/Haldenkörper ist die Ein-

mischung von Phosphatträgern (z. B. LD-Mehl = phosphat- und calciumoxidhaltiger Produk-

tionsrückstand der Stahlerzeugung, Rohphosphat) in das Material von Steinkohlebergehal-

den beschrieben. Damit soll die AMD-Bildung durch Pyritoxidation gemindert bzw. unter-

bunden werden. Prozessbestimmend ist der Einkapselungseffekt (coating) der Pyritpartikel

durch Phosphationen:

sekundäre Eisenphosphatminerale kapseln die Pyritpartikel ein und verhindern damit

den Wasser- und Sauerstoffzutritt

→

die Pyritoxidation wird einge-

dämmt/unterbunden

3.5.4

ANGEPASSTE BAUMAßNAHMEN

(NR.: 5.5.3)

Infolge abgeschlossener Bergbautätigkeit kommt es in einzelnen Regionen zu einer langfris-

tigen Veränderung der Grundwasserflurabstände. Insofern müssen Baumaßnahmen, die in

diesen Bereichen durchgeführt werden oder durchgeführt worden sind, an diese neuen

Grundwasserstände angepasst werden. Dies kann erfolgen durch

Änderung der Nutzung (Sportplatz anstatt Wohnhaus),

Anlage von Aufschüttungen,

Verzicht auf ein Kellerstockwerk,

Anlage zusätzlicher Drainagen und Entwässerungsgräben inklusive zugehöriger

Pumpwerke,

- 3 TEIL 1: KOMPENDIUM: BESCHREIBUNG DER BERGBAURELEVANTEN VERFAHREN -

Seite | 53

VITA-MIN

Im Falle notwendiger Bauten im Grundwasserbereich (z. B. Kanäle): Bauausführung

für permanenten Grundwasserkontakt.

Im Falle von notwendigen Baumaßnahmen auf Kippen (z. B. Infrastruktur wie Straßen)

müssen diese vor der weiteren Bauausführung durch Verdichtungsmaßnahmen stabilisiert

werden.

Im Falle des Kontaktes mit bergbaubeeinflusstem Grundwasser kann der Einsatz korrosi-

onsbeständiger Materialien notwendig werden.

3.5.5

UMGANG MIT ANFALLENDEN SCHLÄMMEN

(NR.: 5.6)

3.5.5.1

SCHLAMMVERWERTUNG

(NR.: 5.6.1)

Nur in Einzelfällen dient die Grubenwasseraufbereitung heute bereits der Rückgewinnung

von Wertstoffen, obwohl das PIRAMID Consortium seit Jahren die Prüfung möglicher Ver-

wendungen insbesondere für wiedergewonnenes Eisenhydroxid empfiehlt.

Eisenhydroxid kann in der Rohstoffwirtschaft außerhalb des Braunkohle- und Sanierungs-

bergbaus industriell verschiedentlich genutzt werden [3]. Die wichtigsten Einsatzmöglichkei-

ten sind:

Abwasser- und Schlammbehandlung

Entschwefelung von Biogasanlagen

Geruchsminderung in Kanälen und technischen Anlagen

Nutzung als Farbstoffpigmente (z. B. in der Ziegel- und Zementindustrie)

Anwendungen von Eisenhydroxidschlamm (EHS) im Umweltbereich außerhalb des aktiven

oder des Sanierungsbergbaus sind zum Beispiel:

Seensanierung (Sedimentstabilisierung und Nährstoffelimination in stark eutrophen

Binnengewässern)

Verfüllung von Hohlräumen bei der Rohstoffgewinnung

Schadstoffelimination an Altlastenstandorten

Baustoff zur Herstellung der Endkontur von Altlasten und Deponien

Innerhalb des Sanierungsbergbaus sowie auch für den aktiven Bergbau gibt es eine Reihe

von möglichen Nutzungen, welche wie folgt zusammengefasst werden können:

Gewinnungsstättenverfüllung

Säurekompensation in Braunkohleabraumkippen

Gewässerneutralisation

Die meisten Verwertungswege benötigen relativ reine Schlämme oder einen relevanten

Kalkanteil für Ihre Verwertung. Solche Schlämme fallen nur in technischen Anlagen an. Vor

allem die Verbringung von EHS aus Fließgewässern und naturräumlichen Absetzanlagen,

welche bisher in der Regel deponiert werden müssen, stellen die größte Herausforderung

dar. Ein Ansatz aktueller Forschungen besteht in der Veredelung der EHS zu Schlämmen mit

hohen Feststoffgehalten und einer hohen Reinheit, so dass sie einer stofflichen Verwertung

zugeführt werden können.

- 3 TEIL 1: KOMPENDIUM: BESCHREIBUNG DER BERGBAURELEVANTEN VERFAHREN -

Seite | 54

VITA-MIN

3.5.5.2

SCHLAMMRÜCKHALT (Z. B. IN TAGEBAUEN)

(NR.: 5.6.2)

In den sächsischen Bergbaugebieten fallen in erster Linie Eisenhydroxidschlämme (EHS) an,

z. T. mit höheren Gehalten an Al, Mn, Zn, Cu, Ni und Cd oder Mg und Si.

Die Abscheidung der Feststoffe erfolgt klassischerweise im Sedimentationsbecken einer

(GWRA) bzw. einem Ockerteich, bei in-situ-Fließgewässerbehandlung im Fließgewässer oder

im Feuchtgebiet selbst (naturräumliche Absetzanlagen). Auch durch den Zustrom

eisensulfatreicher Grundwässer kommt es im Fließgewässer zur Ablagerung von

Eisenhydroxidschlämmen. All diese Schlämme müssen von dort kontinuierlich bzw. diskon-

tinuierlich ausgebaggert und entsorgt werden [3].

EHS aus Fließgewässern und naturräumlichen Absetzanlagen eignen sich für die Verwertung

kaum und müssen daher in der Regel deponiert werden müssen. Neben der Ablagerung auf

einer Deponie kann der Rückhalt von Schlämmen alternativ erfolgen durch die Verbringung:

in Tagebaufolgeseen

o

Einleiten anfallender EHS-Schlämme in die Tagebaufolgeseen. So wurden bei-

spielsweise EHS in den Spreetaler See eingespült.

in Bereichen des aktiven Tagebaus

o

Schlämme werden in bergbauliche Hohlformen abgeleitet oder in

Kippenkörper eingebaut

Vorteile:

Die sehr kostenintensive Entwässerung und Trocknung der Schlämme entfällt

Der Schlamm bleibt pumpbar; Er kann über Pipelines verbracht werden. Das

Schlammvolumen stellt dabei keinen entscheidenden Kostenfaktor mehr dar

Die mögliche künftige Rückgewinnung des EHS, falls der technische Fortschritt eine

wirtschaftliche Verwertung als Rohstoff ermöglicht

Auch bei der Neutralisation der Tagebaufolgeseen entstehen Eisenschlämme. Diese sedi-

mentieren auf dem Seegrund und bedürfen daher keiner weiteren Maßnahmen. Der Prozess

an sich kann jedoch der Kategorie Rückhalt zugeordnet werden.

3.5.5.3

SCHLAMMDEPONIERUNG

(NR.: 5.6.4)

Deponien dienen zur dauernden Ablagerung nicht verwertbarer Reststoffe. Sie sind das letz-

te Glied in der Kette der Entsorgung. Deponien, die nach dem Stand der Technik zu errich-

ten sind, sind hochtechnische Bauwerke, die mit einem Multibarrierensystem dafür sorgen,

dass keine Schadstoffe aus den abgelagerten Stoffen in die Umwelt gelangen.

Ist der Rückhalt der bei der Behandlung von bergbaubeeinflussten Wässern anfallenden

Schlämme im Tagebau bzw. Tagebaufolgesee nicht möglich, ist die Verbringung der

Schlämme auf einer öffentlichen Deponie meist der einzig mögliche Entsorgungsweg. Dabei

ist die Minderung des Schlammvolumens beispielsweise durch Eindickung und Entwässerung

bzw. Rückführung innerhalb des Behandlungsprozesses von wesentlicher Bedeutung.

In den sächsischen Braunkohlenrevieren wird als wirtschaftliche Alternative zu öffentlichen

Deponien der Bau einer eigenen Deponie für Eisenhydroxidschlämme (EHS) und

Eisenhydroxidsedimente untersucht. Bei der Deponierung wird durch die jeweilige Deponie-

klasse geregelt, welche Schlämme dort abgelagert werden dürfen und welche ggf. auf öf-

- 3 TEIL 1: KOMPENDIUM: BESCHREIBUNG DER BERGBAURELEVANTEN VERFAHREN -

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VITA-MIN

fentliche Deponien mit einer höheren Deponieklasse verbracht werden müssen. Die Depo-

nieklasse richtet sich nach der Schlammzusammensetzung.

Bei der Lagerung von Eisenhydroxidschlamm (EHS) wird zwischen einer Zwischenlagerung,

wie Sie beispielsweise in Schlammstapelbecken erfolgt, und der Endlagerung auf einer De-

ponie unterscheiden. Eine Zwischenlagerung von EHS wird immer notwendig sein. Diese

dient in der Regel auch gleichzeitig der natürlichen Entwässerung der Schlämme.

- 4 TEIL 2 ENTSCHEIDUNGSHILFE ZUR AUSWAHL ZIELFÜHRENDER VERFAHREN -

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VITA-MIN

4.1 ALLGEMEINE BEMERKUNGEN

4.1.1

EINFLUSSFAKTOREN

Die Entscheidungshilfe wurde in Form von Baumdiagrammen ausgeführt, die unterteilt in

die einzelnen

über verschiedene jeweils relevante Entscheidungen zu möglichen

Verfahren führen, die zur Aufbereitung eines möglichen bergbaubeeinflussten Wassers ge-

eignet sind. Die Entscheidungshilfen beziehen sich entsprechend nur auf Bergbausanie-

rungsverfahren. Diese Entscheidungsbäume können jedoch immer nur erste Anhaltspunkte

für eine mögliche Auswahl von Verfahren liefern, da Planungen und Umsetzungen von Be-

handlungsverfahren jeweils immer stark standortabhängig sind und von weiteren spezifi-

schen Randbedingungen mit bestimmt werden. Dies können beispielsweise sein:

Eigentumsverhältnisse,

weitere Kontaminationen in Wasser und Boden, die eine „Mit“-Behandlung ermögli-

chen oder ein bestimmtes Verfahren ausschließen,

behördliche Vorgaben zu Ablaufwerten, die andere Grenzwerte festlegen als die, die

mit dem gewählten Verfahren normalerweise erreichbar sind,

lokal oder regional besonders gute oder schlechte Bezugsmöglichkeiten für einen be-

nötigten Zuschlagstoff ein Verbrauchsmittel oder Energie,

lokal oder regional besonders gute oder schlechte Entsorgungsmöglichkeiten für ei-

nen anfallenden Reststoff,

bereits vorhandene Infrastruktur („Altanlagen“), die zu verhältnismäßig geringen

Kosten und mit geringem Aufwand wieder in Betrieb genommen werden können

(Beispiel: alte Grubenwasserreinigungsanlagen oder Ockerteiche) und

der Wille der „Beteiligten“ einem bestimmten Verfahren zu Untersuchungs- oder De-

monstrationszwecken den Vorzug zu geben

4.1.2

WEITERE HINWEISE ZUR NUTZUNG DER ENTSCHEIDUNGSDIAGRAMME

Alle Baumdiagramme enden bei Verfahren, die in Teil 1 erläutert und mit einer Nummer

versehen wurden. Beim entsprechenden Verfahren wird jeweils die Nummer angegeben,

unter der das entsprechende Verfahren in Teil 1 des Dokuments erläutert wird.

Verfahren, die noch nicht großtechnisch eingesetzt wurden, bzw. für die noch ein erhebli-

cher Entwicklungsaufwand besteht, wurden nicht in die Entscheidungsbäume mit aufge-

nommen. Dies sind:

autotrophe Sulfatreduktion

Membranelektrolyseverfahren

Bariumsulfatfällung

Die Entscheidungen sind in den Entscheidungsbäumen bewusst nicht an Konzentrationen,

Durchflüsse und andere Zahlen (wenn größer als…) geknüpft, da die jeweiligen Größen im-

mer von anderen Größen abhängig sind (z. B. behandelbare Konzentration abhängig von

- 4 TEIL 2 ENTSCHEIDUNGSHILFE ZUR AUSWAHL ZIELFÜHRENDER VERFAHREN -

Seite | 57

VITA-MIN

vorhandener Fläche bzw. Aufenthaltszeit…). Dies bedeutet, dass im Rahmen einer ord-

nungsgemäßen Planung hinter jeder „Entscheidung“ eine fundierte Einzelfallprüfung auf-

grund konkreter Zahlen und Standortfaktoren zu erfolgen hat. Der Anwender muss vor der

Nutzung der Entscheidungsbäume wissen, welches Schutzgut (Grundwasser, Fließgewässer,

See) er betrachten möchte, um den entsprechenden Entscheidungsbaum anzuwenden.

4.2 ENTSCHEIDUNGSHILFE VERFAHREN ZUR GRUNDWASSERSANIERUNG

Die Verfahren zur Grundwassersanierung wurden aufgrund der sehr unterschiedlichen auf-

tretenden Schadstoffspektren in vier verschiedene Gruppen unterteilt (Abbildung 4-1). Für

diese wurde jeweils ein Baumdiagramm erstellt (Abbildung 4-2 bis Abbildung 4-6). Neben

dem Schadstoffspektrum sind als Kriterium für die Auswahl eines Verfahrens vor allem der

Platzbedarf und der zu behandelnde Volumenstrom wichtige Größen. Im Falle stark erhöh-

ter Salzfrachten, wie sie z. B. im Kalibergbau entstehen, ist dagegen die Verfügbarkeit von

Oberflächenwasser (Durchfluss angrenzender Vorfluter) besonders relevant, da diese im

Rahmen der Salzlaststeuerung darüber entscheiden, wie viel Salzfracht abtransportiert wer-

den kann.

Die einzelnen Verfahren sind in Abbildung 4-1 grafisch etwa demjenigen Schadstoffspekt-

rum (vier Säulen) zugeordnet, für das sie angewendet werden können. Verfahren, die für

mehrere Schadstoffspektren wirksam sind, wurden in Abbildung 4-1 über mehrere Schad-

stoffspektren hinweg eingetragen. Weiterhin werden die einzelnen Verfahren in Abbildung

4-1 grob dem von ihnen benötigten Platzangebot und den behandelbaren Volumenströmen

kategorisiert (y-Achse). Im Falle der Kontamination durch Salzfrachten erfolgt auf der y-

Achse die Einordnung der Verfahren gemäß Flusswasserdargebot und das Energieangebot.

4.2.1

KOMMENTARE ZUR AUSWAHL VON VERFAHREN ZUR BEHANDLUNG VORWIEGEND

SULFATBELASTETER GRUNDWÄSSER (ABBILDUNG 4-2)

Unter oxischen und pH-neutralen Bedingungen bilden sich bei Anwesenheit von Metallen

bevorzugt Metallhydroxide, die verstärkt zum Fouling von Filtermembranen beitragen. Eine

Behandlung eisen-(metall-)haltiger Wässer mit Membranfiltrationsanlagen ist daher proble-

matisch. Jedes Membranfiltrationsverfahren liefert eine Sole (Konzentrat), die zusätzlich

entsorgt werden muss. Hierfür stehen u.a. Eindampfer zur Verfügung.

Viele sulfatreiche bergbaubeeinflusste Grundwässer bedürfen der Neutralisation, meist mit

einem Ca-reichen Neutralisationsprodukt. Dies kann als Nebeneffekt bei der Neutralisation

zur Gipsübersättigung und damit zur Senkung der Sulfatkonzentrationen führen. Allerdings

ist damit keine Senkung der Sulfatkonzentrationen unter 2,6 g/L erreichbar.

4.2.2

KOMMENTARE ZUR AUSWAHL VON PASSIVEN OXISCHEN VERFAHREN ZUR BEHAND-

LUNG VORWIEGEND DURCH AZIDITÄT, EISEN UND ALUMINIUM BELASTETER GRUND-

WÄSSER (ABBILDUNG 4-3)

Wesentlich ist die Unterscheidung in netto-alkaline und netto-azidische Wässer: Sind Wäs-

ser netto-azidisch, erreichen unter atmosphärischen Bedingungen also letztendlich pH-

Werte unter 5, so ist die Eisenoxidation so stark verlangsamt, die Metallhydroxidbildung und

die Flockenbildung so gehemmt, dass eine effektive Stoffabtrennung aus der Wasserphase

- 4 TEIL 2 ENTSCHEIDUNGSHILFE ZUR AUSWAHL ZIELFÜHRENDER VERFAHREN -

Seite | 58

VITA-MIN

kaum mehr möglich ist. Die Aufenthaltszeiten für die Wässer in jedweder Behandlungsstruk-

tur (Ockerteich, Wetland etc.) werden damit zu groß.

Netto-azidischen Wässern ist deshalb in der einen oder anderen Form Alkalinität durch Lö-

sung von Kalkprodukten (oxische Variante) oder die Sulfatreduktion (reduktive Variante)

zur Verfügung zu stellen. Schwierigkeiten bestehen hier vor allem durch die Inertisierung

der sich lösenden Feststoffe durch Metallhydroxid-Präzipitate. Deshalb müssen suspendierte

Eisenhydroxide durch Filtrationsprozesse entfernt und/oder durch reduktive Prozesse wieder

rückgelöst werden.

Jeder Kalklösung unter anoxischen Bedingungen muss eine Belüftung und eine nachfolgende

Sedimentation der entstandenen Hydroxide folgen. Bei entsprechend hohen Eisenkonzentra-

tionen kann die Zufuhr von Alkalinität in anoxischen Untergrundpassagen wiederholt erfol-

gen.

Netto-alkalinen Wässern sind dagegen lediglich ausreichende Oberflächen und Aufenthalts-

zeiten zur Verfügung zu stellen, um einen ausreichenden Reinigungserfolg zu erzielen.

4.2.3

KOMMENTARE ZUR AUSWAHL VON AKTIVEN OXISCHEN VERFAHREN ZUR BEHANDLUNG

VORWIEGEND DURCH AZIDITÄT, EISEN UND ALUMINIUM BELASTETER GRUNDWÄSSER

(ABBILDUNG 4-4)

Die Behandlung vorwiegend durch Azidität, Eisen und Aluminium belasteter Wässer mittels

aktiver Verfahren erfolgt bei größeren Volumenströmen und Stofffrachten alternativlos

durch die Belüftung, die Neutralisation und die Sedimentation. Der entsprechende Entschei-

dungsbaum zeigt hierfür weitere Verfahrensschritte, die abhängig von der Wasserbeschaf-

fenheit mit einbezogen werden müssen. Die Abtrennung von weiteren Metallen erfordert u.

U. weitere Behandlungsschritte, die ebenfalls ausgewiesen sind.

4.2.4

KOMMENTARE ZUR AUSWAHL VON VERFAHREN ZUR BEHANDLUNG VORWIEGEND

DURCH SCHWERMETALLE UND ARSEN BELASTETER GRUNDWÄSSER (ABBILDUNG 4-5)

Die Festlegung von Schwermetallen und Arsen erfolgt am effektivsten durch Sorption an

Eisenhydroxide. Das setzt voraus, dass genügend Eisen im Rohwasser vorhanden ist und

dieses unter den jeweiligen Bedingungen (in-situ, on-site) auch hydrolysiert und gefällt

werden kann. Alternativ können Schwermetalle auch an andere Feststoffe oder

regenerierbare Austauscherharze gebunden werden. In jedem Fall stellt sich die Frage der

Weiterverwendung bzw. sicheren Ablagerung des beladenen Schlammes bzw. im Falle der

Sorption an regenerierbare Stoffe, der Umgang mit den Regeneratlösungen.

4.2.5

KOMMENTARE ZUR AUSWAHL VON VERFAHREN ZUR BEHANDLUNG HOCH SALINARER

GRUNDWÄSSER (ABBILDUNG 4-6)

Die Abtrennung von Natrium, Kalium, Magnesium aber auch Calcium sowie Chlorid als Anion

aus hochsalinaren Wässern ist verfahrenstechnisch schwierig bzw. sehr energieaufwändig.

Verfahren der Membranfiltration sind hierfür zwar bei der Meerwasserentsalzung in Ge-

brauch. Diese Verfahren werden jedoch umso kostenaufwändiger umso höher konzentriert

die Solen sind. Weiterhin verbleiben gesättigte Restlaugen, die abgeschlagen oder ther-

misch weiter eingedampft werden müssen. Eine weitere Herausforderung ist die Bildung von

- 4 TEIL 2 ENTSCHEIDUNGSHILFE ZUR AUSWAHL ZIELFÜHRENDER VERFAHREN -

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VITA-MIN

Gips, die i.d.R. erfolgt lange bevor andere Salze die Sättigung erreichen. Die Gipsbildung

gefährdet sowohl die Membranfiltration (Fouling) als auch den Eindampfprozess, da sich

Gips in den Verdampfern anlagert.

Aus diesen Gründen ist die sog. Salzlaststeuerung, d.h. die kontrollierte Einleitung der Solen

in Fließgewässer eine kostengünstige Alternative. Hierbei wird i.d.R. erstrebt bestimmte

behördlich festgelegte Stoffkonzentrationen in den Fließgewässern nicht zu überschreiten.

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VITA-MIN

4.3 ENTSCHEIDUNGSHILFE VERFAHREN ZUR FLIEßGEWÄSSERSANIERUNG

Analog zu den Verfahren zur Grundwassersanierung wurden auch die Methoden zur Fließ-

gewässersanierung in die 4 verschiedenen Schadstoffgruppen unterteilt (Abbildung 4-7),

deren Behandlungsmöglichkeiten nachfolgend jeweils in einem Baumdiagramm dargestellt

sind (Abbildung 4-8 bis Abbildung 4-11). Neben dem Schadstoffspektrum ist das Gewässer-

durchflussvolumen das Hauptkriterium für die Auswahl eines aktiven oder passiven In-situ-

Verfahrens. Erst danach werden pH-Bedingungen im Wasser und dessen Sauerstoffgehalt

relevant.

Die meisten der in Frage kommenden in-situ-Verfahren können bei ungünstigen Platzver-

hältnissen auch als Bypass-Variante neben dem eigentlichen Fluss-/Bachlauf angelegt wer-

den.

Die in-situ Behandlung im Fließgewässer ist u. U. nur begrenzt und meist nicht bis zur kom-

pletten Abscheidung der Schadstoffe möglich. Im Gegensatz zu tolerierbaren Resteisen-

oder-sulfatkonzentrationen müssen die Wässer mit toxisch wirkenden Schwermetallfrach-

ten, wenn sie durch angepasste Speicherbewirtschaftung nicht verdünnt werden können,

gefasst und in einer Reinigungsanlage (siehe Grundwassersanierung) aufwändig behandelt

werden.

4.3.1

KOMMENTARE ZUR AUSWAHL VON VERFAHREN ZUR BEHANDLUNG VORWIEGEND

SULFATBELASTETER FLIEßGEWÄSSER (ABBILDUNG 4-8)

Bei der Zugabe von Kalkprodukten in Fließgewässer kommt es nur in sehr begrenztem Maß

zur Sulfatabreicherung durch die Ausfällung von Gips (lediglich bis zur Gipssättigung). Da-

her stellt neben der Verdünnung eines sulfatbelasteten Fließgewässers durch Zuleitung un-

belasteten Wassers die Stimulation der natürlich ablaufenden, mikrobiellen Sulfatreduktion

die einzige Möglichkeit dar, in-situ Sulfat aus dem Fließgewässer zu entfernen (Festlegung

als Metallsulfid; Voraussetzung: stöchiometrisch ausreichende Metallkonzentrationen, be-

vorzugt Eisen).

Bestimmte Bakterien und Archaeen (Desulfurizierer) reduzieren Sulfat zu Sulfid bzw.

Schwefelwasserstoff unter Verwendung verschiedener organischer Stoffe oder elementaren

Wasserstoffs (H

2

) als Reduktionsmittel. Desulfurizierer sind obligat anaerobe Bakterien,

kommen nur in anoxischen Milieus vor. Die Sulfatreduktion erfolgt auch bei Anwesenheit

von Eisenionen nur, wenn der gesamte gelöste Sauerstoff verbraucht und Fe-III zu Fe-II

reduziert wird. Solche Verhältnisse stellen sich nur in anaeroben Feuchtgebieten sowie in

deren (unbewachsener) RAPS-Variante ein, wo im ersten Schritt der gesamte gelöste Sau-

erstoff durch aerobe mikrobielle Aktivität in der Makrophytenzone bzw. in der oberen orga-

nischen Substratschicht aus dem Wasser entfernt wird. Durch entsprechende Wasserfüh-

rung (vertikale Durchströmung) ggf. unter Verbrauch des Restsauerstoffs werden so redu-

zierende Verhältnisse hergestellt bzw. unterstützt.

- 4 TEIL 2 ENTSCHEIDUNGSHILFE ZUR AUSWAHL ZIELFÜHRENDER VERFAHREN -

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VITA-MIN

4.3.2

KOMMENTARE ZUR AUSWAHL VON VERFAHREN ZUR BEHANDLUNG VORWIEGEND

DURCH AZIDITÄT, EISEN UND ALUMINIUM BELASTETER FLIEßGEWÄSSER (ABBILDUNG

4-9)

Nur wenn ein Wasser bereits alkalisch genug ist, genügen Absetzbecken oder aerobe

Feuchtgebiete, um eine schnelle Hydrolyse des Eisens zu ermöglichen. Voraussetzung ist

das Vorliegen dreiwertigen Eisens bzw. die Oxidation der Eisen(II)-Ionen zu Eisen(III)-

Ionen. Die Oxidationsrate kann durch Einbringen von Energie über Sohlschwellen oder Be-

lüftungskaskaden verbessert werden.

Bei netto-azidischen Fließgewässern besteht analog zur GW-Sanierung die wesentlichste

Aufgabe daher darin, die pH-Werte auf über 5 anzuheben, damit Eisenoxidation und

Metallhydroxidbildung ablaufen. Aktiv erfolgt die Aziditätsminderung zumeist durch Zugabe

von Kalkprodukten. Bei Bachläufen mit geringen Durchflüssen eignen sich auch die Zugabe

von Natronlauge als Neutralisationsmittel oder die passive Behandlungsmethoden ALD, OLD,

SAPS oder anaerobe Feuchtgebiete und RAPS, bei denen Neutralisation und Metallabschei-

dung gekoppelt ablaufen.

Bei pH-Wert-Anhebung kommt es generell auch zur Ausfällung von Aluminium als Alumini-

umhydroxid (Mitfällung ab pH 4 - 5).

4.3.3

KOMMENTARE ZUR AUSWAHL VON VERFAHREN ZUR BEHANDLUNG VORWIEGEND

DURCH SCHWERMETALLE UND ARSEN BELASTETER FLIEßGEWÄSSER (ABBILDUNG 4-10)

Schwermetall- und Arsenabscheidung erfolgt durch Mitfällung als Hydroxid, Karbonat bzw.

Sulfid und/oder durch Sorption an bereits gebildeten Metalloxiden bzw. –hydroxiden wäh-

rend der Behandlungsverfahren zur Säureneutralisation und Eisenabscheidung.

Anders als Aluminium wird das besonders in den Braunkohlenabbaugebieten in höheren

Konzentrationen vorkommende Schwermetall Mangan jedoch nicht entfernt, solange gelös-

tes Eisen in Konzentrationen >1 mg/l vorhanden ist. Erst suspendierte Eisenhydroxidflocken

sind in der Lage, gelöstes Mangan durch Sorption effektiv aus der Wassersäule zu entfer-

nen. Unter aeroben Bedingungen kommt es in Feuchtgebieten oder Teichen neben der Man-

ganabscheidung auch zum Rückhalt von Arsen, Chrom, Kupfer, Uran und Zink (Oxidation,

Hydrolyse, Sorption, Fällung z. B. als Karbonat).

Unter den reduzierenden Bedingungen in anaeroben Feuchtgebieten oder RAPS fallen Arsen,

Cadmium, Blei, Kupfer, Nickel, Thallium und Zink als Sulfide aus (z. B. AsS und As

2

S

3

,

Greenockit CdS, Millerit NiS) und werden so im anoxischen Substrat immobilisiert.

Alkalische Lösungen entstehen bei hoher Kalkzugabe z. B. durch aktive Bekalkungsanlagen.

Sie führen bei Anwesenheit von Blei-, Kupfer- und Zinkionen zur Ausfällung von

Karbonatmineralen (z. B. Azurit, Malachit).

Bei hohen Schwermetall- und Arsenbelastungen muss das Wasser jedoch gefasst und be-

handelt werden (betrifft besonders Wasseraustritte in Gebieten des Erzbergbaus; Einsatz

versch. Fällungsverfahren). Zur Entfernung von Arsen, Blei, Cadmium, Chrom, Kupfer, Man-

gan und Zink wurden zudem spezifische passive Technologien entwickelt.

- 4 TEIL 2 ENTSCHEIDUNGSHILFE ZUR AUSWAHL ZIELFÜHRENDER VERFAHREN -

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VITA-MIN

4.3.4

KOMMENTARE ZUR AUSWAHL VON VERFAHREN ZUR BEHANDLUNG HOCH SALINARER

FLIEßGEWÄSSER (ABBILDUNG 4-11)

Hohe Salzlasten in Fließgewässern kommen i.d.R. nicht natürlich vor, sondern werden durch

die Einleitung von Solen verursacht. In diesen Fällen gilt es, die Salzlaststeuerung im Zu-

sammenspiel mit vorhandenen unbelasteten Wässern z. B. durch Speicherbewirtschaftung

anzupassen.

- 4 TEIL 2 ENTSCHEIDUNGSHILFE ZUR AUSWAHL ZIELFÜHRENDER VERFAHREN -

Seite | 69

VITA-MIN

Speicherbewirtschaftung

Absetzbecken / Ockerteich

aktive

Neutralisationsanlagen

Belüftungskaskade

RAPS/SAPS

(An-)aerobe Feuchtgebiete

RAPS

Anaerobe Feuchtgebiete

Salzlaststeuerung

Zugabe Flockungshilfsmittel

passive

Neutralisationsverfahren:

OLC, …, ALD

- 4 TEIL 2 ENTSCHEIDUNGSHILFE ZUR AUSWAHL ZIELFÜHRENDER VERFAHREN -

Seite | 70

VITA-MIN

neben Sulfat

auch Metalle

abzuscheiden?

Speicherbewirtschaftung

Verf. 3.3.2.1

(Verdünnung mit unbelastetem Wasser)

oder

Fassung und ex-situ Behandlung mit

Membranfiltrationsverfahren analog

zum GW

Verf. 2.1.3.2 – 2.1.3.4

Durchfluss ?

ja

nein

Speicherbewirtschaftung

Verf. 3.3.2.1

(Verdünnung mit unbelastetem Wasser)

in-situ Sanierung

mit passiven

Verfahren

Anaerobes Feuchtgebiet

Verf. 3.1.2/3.1.3

netto-

alkalin?

Anaerobes Feuchtgebiet

Verf. 3.1.2/3.1.3

nein

RAPS

Verf. 3.1.2/3.1.3

ja

Rest-

Sulfatkonzentrationen

tolerabel?

Natürliche

Selbstreinigung

Verf. 3.2

nein

ja

- 4 TEIL 2 ENTSCHEIDUNGSHILFE ZUR AUSWAHL ZIELFÜHRENDER VERFAHREN -

Seite | 71

VITA-MIN

Natürliche

Selbstreinigung

Verf. 3.2

•

Optimierung der Neutralisation

•

SAPS

Verf. 3.1.2/3.1.3

•

Speicherbewirtschaftung

Verf. 3.3.2.1

(Verdünnung mit unbelasteten Wasser)

Durchfluss ?

ja

nein

Belüftung

Verf. 3.1.3.1

passive Neutralisations-

verfahren: ALD

Verf. 3.1.2.1

netto-

alkalin?

nein

RAPS

Anaerobes Feuchtgebiet

Verf. 3.1.2/3.1.3

ja

noch Säure, Rest-

Eisen/-Aluminium

enthalten?

ja

nein

ausreichend

O2

verfügbar?

Belüftung

Verf. 3.1.3.1

netto-

alkalin?

aktive Zugabe

Neutralisationsmittel

Verf. 3.1.2.1

in-situ-Sedimentation

in Stillwasserbereichen

Verf. 3.1.1.1

ja

nein

Zugabe FHM

Verf. 3.1.1.2

Belüftung

Verf. 3.1.3.1

ausreichend

O2

verfügbar?

geringe

Fe(III)-Konz.

(< 1 mg/L)

geringe

Fe(II)-Konz.

(< 1 mg/L)

passive

Neutralisations-

verfahren: OLC

Verf. 3.1.2.1

in-situ-Sedimentation in Stillwasserbereichen

Verf. 3.1.1.1

oder im aeroben Feuchtgebiet

Verf. 3.1.3

tolerabel?

keine weiteren

Maßnahmen

erforderlich

ausreichend

Zeit für

Sedimentation?

ja

ja

ja

ja

ja

nein

nein

nein

nein

nein

- 4 TEIL 2 ENTSCHEIDUNGSHILFE ZUR AUSWAHL ZIELFÜHRENDER VERFAHREN -

Seite | 72

VITA-MIN

Durchfluss ?

Mitfällung:

•

bei passiven Neutralisationsverfahren

Verf. 3.1.2.1

o

ALD

o

OLC

•

in RAPS/SAPS

Verf. 3.1.2/3.1.3

•

in anaeroben Feuchtgebieten

Verf. 3.1.2/3.1.3

•

in aeroben Feuchtgebieten

Verf. 3.1.3

ausreichend

Eisen als

„FHM“

vorhanden?

Mitfällung:

•

in Absetzbecken /Ockerteichen

Verf. 3.1.1.1

•

in aeroben Feuchtgebieten

Verf. 3.1.3

•

in SAPS

Verf. 3.1.2/3.1.3

•

bei aktiver Neutralisation

Verf. 3.1.2.1

ja

ja

nein

•

Zugabe FHM

Verf. 3.1.1.2

Eisen(II) als zur

Sulfidfällung

vorhanden?

Co-Präzipitation bei Eisensulfidfällung:

•

RAPS

Verf. 3.1.2/3.1.3

•

Anaeroben Feuchtgebieten

Verf. 3.1.2/3.1.3

nein

Natürliche

Selbstreinigung

Verf. 3.2

Speicherbewirtschaftung (Verdünnung mit unbelasteten Wasser)

Verf. 3.3.2.1

oder

Fassung und ex-situ-Sanierung durch Sorptionsverfahren analog zum GW

Verf. 2.1.4.5, 2.1.4.6

noch Schwermetalle /

ja

Arsen enthalten?

ja

nein

tolerabel?

keine weiteren

Maßnahmen

erforderlich

nein

- 4 TEIL 2 ENTSCHEIDUNGSHILFE ZUR AUSWAHL ZIELFÜHRENDER VERFAHREN -

Seite | 73

VITA-MIN

Speicherbewirtschaftung

Verf. 3.3.2.1

Salzlaststeuerung

Verf. 3.3.2.2

ausreichend

unbelastetes

Zulaufwasser

vorhanden ?

ja

nein

Fassung und ex-situ-Sanierung analog zum GW durch:

Thermische Entsalzung

Verf. 2.1.4.25

Membranfiltration

Verf. 2.1.3.2 – 2.1.3.4

- 4 TEIL 2 ENTSCHEIDUNGSHILFE ZUR AUSWAHL ZIELFÜHRENDER VERFAHREN -

Seite | 74

VITA-MIN

4.4 ENTSCHEIDUNGSHILFE VERFAHREN ZUR SEEWASSERSANIERUNG

Die Verfahren zur Seewassersanierung werden in Anlage 1 in die weiteren Maßnahmen um

die Herstellung eines an die öffentliche Hand übertragbaren Gewässers aus einer bergbauli-

chen Hohlform eingeordnet. Zunächst muss über bergmännisch-geotechnische Maßnahmen

die Flutungsbereitschaft hergestellt werden.

Die nachfolgende Flutung dient zunächst der Wiederherstellung eines weitgehend ausgegli-

chenen Oberflächen- und Grundwasserhaushaltes. Sie hat aber auch Auswirkungen auf die

Beschaffenheit des Seewasserkörpers bei Erreichen des Zielwasserstandes. Die zum Ende

des Flutungsprozesses erreichbare Beschaffenheit in einem Seewasserkörper ist eine Funk-

tion der Qualität des Flutungswassers, der Flutungsgeschwindigkeit, der Erosionsprozesse in

der sich füllenden Hohlform und besonders der Stoffbilanz der zu- und abgehenden Grund-

wasserströme. Bereits der Flutungsprozess muss daher auch mit Hinblick auf die spätere

meist angestrebte nachfolgende Seewasserneutralisation geplant werden.

Nicht immer muss, kann oder soll ein See neutralisiert werden. Auch bereits sein natürlicher

Wasserhaushalt kann für eine akzeptable Wasserbeschaffenheit sorgen (Beispiel SB

Bärwalde). Für andere Seen ist ggf. ein langfristiges Verharren im sauren Zustand akzepta-

bel. Ein Beispiel wäre z. B. das an der Grenze zu Brandenburg liegende Restloch Heide VI.

In diesen Fällen muss lediglich der Auslauf so behandelt werden, dass keine Gefährdung der

abstromigen Oberflächengewässer zu besorgen ist. In Einzelfällen treten auch andere, nicht

bergbaubedingte Zielabweichungen, wie z. B. eine starke Eutrophierung auf, denen u.a.

durch andere Inlake-Maßnahmen begegnet werden kann.

Die für Bergbaufolgeseen zumindest in der Lausitz und im mitteldeutschen Revier typische

Belastung ist die Versauerung. Die Behandlungsstrategie, die sich hierfür in den letzten 15

Jahren etabliert hat, ist die Inlake-Neutralisation durch Neutralisationsmitteleintrag mit

Schiffen oder durch stationäre Anlagen. In einigen Fällen kann die Behandlung durch den

Aufbau eines CO

2

-Puffers begleitet werden mit dem Ziel, die Behandlungsintervalle zu ver-

längern.

4.5 ENTSCHEIDUNGSHILFE BEI SICHERUNGSMAßNAHMEN

Sicherungsmaßnahmen spielen während des aktiven Bergbaus bzw. nach Beendigung der

aktiven Abbauphase sowie in der Bergbau-Nachsorge eine Rolle. Sie betreffen:

den Anfall und die Lagerung von Abraummaterialien und bergbauspezifischen Rest-

stoffen, um Schadstoffeinträge in Boden, Grund- und Oberflächenwasser zu verrin-

gern bzw. zu unterbinden, wobei unterschieden wird in

o

Maßnahmen zur Minderung/Unterbindung der Pyritverwitterung

o

Maßnahmen

zur

Minderung/Unterbindung

von

Stoffausträgen

aus

Kippenkörpern und Halden

den Umgang mit Schlämmen, die in der Grubenwasserreinigung, bei hydraulischen

Abfangmaßnahmen oder in bergbaubeeinflussten Fließgewässern anfallen.

- 4 TEIL 2 ENTSCHEIDUNGSHILFE ZUR AUSWAHL ZIELFÜHRENDER VERFAHREN -

Seite | 75

VITA-MIN

4.5.1

KOMMENTARE ZU MAßNAHMEN ZUR MINDERUNG/UNTERBINDUNG DER

PYRITVERWITTERUNG (ABBILDUNG 4-13)

Pyritoxidation wird im aktiven Braunkohlentagebau verursacht durch:

Vorfeldentwässerung

Exposition der sulfidhaltigen Gesteine auf der Tagebauseite (Belüftung der Ab-

raumsedimente bei der Gewinnung, dem Transport und der Verkippung, Tagebau-

sohle, temporäre Böschungen)

Exposition des sulfidhaltigen Abraums auf der Kippenseite (langzeitige Oberflächen,

temporäre Böschungen)

Pyritverwitterung erfolgt zudem:

• an sulfidhaltigen Haldenablagerungen durch Sauerstoffzutritt in den Haldenkörper bei

unzureichenden Abdecksystemen, Erosionserscheinungen oder nach Rutschungen

• im Bereich anstehender, sulfidhaltiger Gesteine durch Sauerstoffzutritt über Stollen

und Wetterschächte in Untertage-Bergwerken

Im Entscheidungsbaum (Abbildung 4-13) sind die Maßnahmen zur Minderung der Exposition

bzw. zur Begrenzung der AMD-Bildung dargestellt.

4.5.2

KOMMENTARE ZU MAßNAHMEN ZUR MINDERUNG/UNTERBINDUNG VON STOFFAUS-

TRÄGEN AUS KIPPENKÖRPERN UND HALDEN (ABBILDUNG 4-14)

Sind potentiell AMD-bildende (pyritverwitterte) Abraummaterialien und Reststoffe verbracht

worden, bleibt der Versuch den Stoffaustrag aus den jeweiligen Gebieten (Kippe, Halden-

körper) in die Grund- und Oberflächenwässer zu begrenzen. Hierfür stehen die Maßnahmen:

•

Abdichtung der Flächen, um Sickerwassereintrag zu vermindern

•

Verringerung erneuter/weiterer Exposition durch Böschungssicherung und Begrü-

nung

•

Verringerung des Sickerwasservolumens durch höhere Verdunstungsleistung der

Vegetation

zur Verfügung (Abbildung 4-14).

Nur an ausgewählten Bereichen mit sehr hohem Schadenspotential für die nachfolgende

Wasserbewirtschaftung kann der Einbau alkaliner Stoffe erfolgen, da diese Maßnahme sehr

aufwändig und daher teuer ist.

4.5.3

UMGANG MIT ANFALLENDEN SCHLÄMMEN (ABBILDUNG 4-15)

Schlämme fallen aktuell bei der Grubenwasseraufbereitung, durch hydraulische Abfangmaß-

nahmen sowie in Fließgewässern an, die bergbaulich beeinflusst sind. Es entstehen über-

wiegend Eisenhydoxidschlämme (EHS) mit Beimengungen von Alumiunium, Arsen und/oder

Schwermetallen sowie organischen Bestandteilen. Die Schlämme der technischen Anlagen

weisen dabei eine höhere Reinheit auf, d.h. sie beinhalten z. B. nur geringe Mengen an Or-

ganik, im Gegensatz zu Schlämmen aus naturräumlichen Anlagen oder Fließgewässern.

- 4 TEIL 2 ENTSCHEIDUNGSHILFE ZUR AUSWAHL ZIELFÜHRENDER VERFAHREN -

Seite | 76

VITA-MIN

Im Mittelpunkt des Umgangs mit Schlämmen muss deren Verwertung stehen, d.h. die ein-

zelnen Stoffe oder Stoffgruppen werden in Industrie, Landwirtschaft usw. direkt wieder als

Produkt einsatzfähig (Kreislaufwirtschaft; Voraussetzung: relativ reine Schlämme). Hierbei

bilden Anwendungen von EHS im Umweltbereich außerhalb des aktiven oder Sanierungs-

bergbaus (Seensanierung, Verfüllung von Hohlräumen bei der Rohstoffgewinnung, Schad-

stoffelimination an Altlastenstandorten, Baustoff zur Herstellung der Endkontur von Altlas-

ten und Deponien) den Übergang zur Verwendung innerhalb des aktiven Berg-

baus/Sanierungsbergbaus (Gewinnungsstättenverfüllung, Säurekompensation in Braunkoh-

leabraumkippen, Gewässerneutralisation), was nur z. T. noch als echte Verwertung im Sinne

der Kreislaufwirtschaft gesehen werden kann und daher der Kategorie „Schlammrückhalt“

zugeordnet wird. Da eine große Menge der Schlämme für die stoffliche Verwertung nicht

geeignet sind - aber auch aus Kostengründen (Schlammentwässerung entfällt), ist die EHS-

Verspülung in Tagebaurestseen und Kippen in den Braunkohlenabbaugebieten derzeit der

Hauptentsorgungspfad. Erst als allerletzte Option sollte eine Deponierung der Schlämme in

Betracht gezogen werden.

Für die Verwertung, aber besonders auch hinsichtlich einer Deponierung, ist eine Verminde-

rung der anfallenden Schlammmengen relevant. Diese kann durch Optimierung/Anpassung

der Aufbereitungsprozesse (Schlammrückführung) erfolgen (Abbildung 4-15).

- 4 TEIL 2 ENTSCHEIDUNGSHILFE ZUR AUSWAHL ZIELFÜHRENDER VERFAHREN -

Seite | 77

VITA-MIN

Schlammverwertung

Schlammrückhalt -

Schlammrückführung

Schlammdeponierung

Einbau alkaliner Stoffe

Einbau O2-zehrender

Stoffe

Einbau inertisierender

Stoffe

Verringerung der

Expositionszeiten

Verringerung der

Expositionsflächen /

Verfüllung / Umlagerung

Böschungsgestaltung

selektive

Abraumgewinnung und -

verkippung

Haldenabdeckung mit

2-/3-Schichtsystem

Minderung der

Grundwasserneubildung

und Erosionsschutz durch

Zwischenbegrünung

Minderung der

Grundwasserneubildung

und Erosionsschutz durch

abschließende

Wiederbegrünung /

Aufforstung

- 4 TEIL 2 ENTSCHEIDUNGSHILFE ZUR AUSWAHL ZIELFÜHRENDER VERFAHREN -

Seite | 78

VITA-MIN

schnelle Herstellung Oberflächenkontur Absetzerkippe

Verf. 5.5.1.1

Standsicherheit durch Verdichtungsmaßnahmen

Verf. 5.5.1.2

bei unzureichenden Abdecksystemen, Erosionserscheinungen oder nach Rutschungen:

Erosionsschutz zur Verringerung der Expositionszeiten + Expositionsflächen durch Böschungssanierung

Verf. 5.5.1.3

und Nachbegrünung

Verf. 5.1.1.15

Halden

Erosionsschutz durch Zwischenbegrünung

Verf. 5.1.1.14, 5.5.1.1, 5.5.1.2

Erosionsschutz durch abschließende Wiederbegrünung/Aufforstung

Verf. 5.1.1.15

Einbau alkalinerStoffe

Verf. 5.5.2.1

Erosionsschutz durch geeignete Böschungsgestaltung

(Böschungsabflachungen, Einbau von Bermen),

Drainagesysteme

Verf. 5.5.1.2, 5.5.1.3

rasche Flutung der Tagebaurestseen

Verf. 5.5.1.1

Erosionsschutz durch geeignete Böschungsgestaltung

(Böschungsabflachungen)

Verf. 5.5.1.2, 5.5.1.3

Einbau alkalinerStoffe im Zustrombereich

Verf. 5.5.2.1

schnelle Verfüllung / Flutung

Verf. 5.5.1.1

angepasste Abbautechnologie

Verf. 5.5.1.1, 5.5.1.2

•

selektive Schüttführung auf

Böschungen und Arbeitsebenen

•

Verlegung der Abbausohlen im

offenen Tagebau in die Kohleschicht

•

zeitoptimierte Transportwege

Einbau einer Dichtwand

zur Verkleinerung des

zu entwässernden

Untergrundes

Verf. 5.5.1.2

zeitoptimierte

Vorfeldentwässerung

Verf. 5.5.1.1

Verhindern von Rutschungen, etc. an temporären

Böschungen durch geeignete Böschungsgestaltung

(Abflachung, Einbau von Bermen), Spülkippen

Verf. 5.1.1.13, 5.5.1.2, 5.5.1.3

Zwischenbegrünung der temporären Böschungen zum

Erosionsschutz

Verf. 5.1.1.14, 5.5.1.1, 5.5.1.2

schnelle Herstellung der Abdeckung mit Kulturboden bzw. 2-/3-Schichtsystemen

Verf. 5.1.1.12, 5.5.1.1

Kippen

Tagebausee + Böschung

Bergbaustollen

/-schächte

zeitnahe Überdeckung der Förderbrückenkippe mit der Absetzerkippe

Verf. 5.5.1.1

Überkippunglänger exponierter Randschlauchböschungen mit

pyritarmem/-freiem Material

Verf. 5.5.1.2

Selektive Abraumgewinnung und –verkippung

Verf. 5.5.1.4

•

mineralogisch/chemischen Trennung des Abraums

•

hydraulische Trennung des Abraums

Einbau alkalinerStoffe

Verf. 5.5.2.1

- 4 TEIL 2 ENTSCHEIDUNGSHILFE ZUR AUSWAHL ZIELFÜHRENDER VERFAHREN -

Seite | 79

VITA-MIN

Haldenabdeckung: 2-/3-Schichtsysteme mit

•

Dichtschicht

•

ggf. Entwässerungsschicht

•

Rekultivierungsschicht

Verf. 5.1.1.12

Zwischenbegrünung zur Minderung von

Erosion und Grundwasserneubildung

Verf. 5.1.1.14

Standsicherheit + Erosionsschutz durch geeignete Böschungsgestaltung

Verf. 5.1.1.13

•

dauerhaften Böschungsneigungen um 1:2,5

•

erdbautechnische Ausformung z.B. Einbau von Bermen

•

Drainagesysteme

•

Einbau von Faschinen, Geotextil, etc.

zeitnah Abdeckung +

Begrünung möglich?

nein

ja

Verhinderung Pyritverwitterung / AMD-Neutralisation

durch Einbau alkalinerStoffe

Verf. 5.5.2.1

Böschungen

vorhanden?

Entstehung AMD im

obersten GWL, nahe

Tagebausee?

Abdeckung

großer Flächen?

Verf. 5.1.1.15

•

Herstellung Wasserhaushaltsschicht

•

Auswahl geeigneter dauergrüner

Kulturen -Bepflanzung mit stärker

verdunstenden Kulturen

•

optimale Bewirtschaftung der Flächen

radiologische

Belastung ?

Haldenabdeckung: 2-/3-Schichtsysteme mit

•

Dämmschicht

•

Rekultivierungsschicht

Verf. 5.1.1.12

Salzbelastung?

Haldenabdeckung: 2-/3-Schichtsysteme mit

•

kapillarbrechender Schicht

•

Speicher-/Pufferschicht

•

Rekultivierungsschicht

Verf. 5.1.1.12

hoher Sulfat-/

(Schwer)Metallaustrag

hohes

Belastungspotential?

Verf. 5.1.1.15

Herstellung Wasserhaushaltschicht

+ Begrünung zum Erosionsschutz

nein

nein

ja

nein

ja

ja

nein

Verf. 5.1.1.15

Bepflanzunggeeigneter dauergrüner Kulturen (stärker verdunstend, vitale Mehrschicht-Vegetation)

- 4 TEIL 2 ENTSCHEIDUNGSHILFE ZUR AUSWAHL ZIELFÜHRENDER VERFAHREN -

Seite | 80

VITA-MIN

•

•

•

Schlämme in

bergbauliche

Hohlformen

oder auf Kippe

verbringbar?

ja

nein

Voreindickung/Entwässerung:

Eindicker

Dekanter

Schlammtrockenbetten

Enthält der

Schlamm große

Anteile

organischer

Substanzen?

Schlammrückführung

Verf. 5.6.3

HDS-Technik

Geco-Prozess

Schlammverwertung

Verf. 5.6.1

Schlamm-

konsistenz?

wasserarm, dicht

stark wasserhaltig

nein

meist Schlämme aus

techn. Anlagen (Typ 3 und 4)

ja

meist EHS aus Fließgewässern (Typ 1) +

naturräumlichen Absetzanlagen (Typ 2)

Schlammdeponierung

Verf. 5.6.4

- 5 TEIL 3 BEAST-ANWENDUNG -

Seite | 81

VITA-MIN

Durch das LfULG wurde ein Recherchesystem zu Sanierungstechnologien für Altlasten in

Form der bisherigen ATRIUM-Datenbank aufgebaut. Es diente als fachliche Arbeitshilfe für

Gutachter und Behörden auf dem Gebiet der Altlastensanierung. In den letzten Jahren ha-

ben sich die Anforderungen an eine zeitgemäße Webanwendung in Bezug auf Design und

Funktionalität deutlich verändert. Von Seiten des LfULG wurde es daher als notwendig er-

achtet, die Anwendung in das technologisch neu zu gestaltende und inhaltlich weiterentwi-

ckelte Datenbank-System übergehen zu lassen sowie um Bergbausanierungsverfahren zu

ergänzen. Das aktualisierte System wird durch das Akronym BEAST (Bergbau-Altlasten-

Sanierungs-Technologien) benannt.

Im Vita-Min-Teilprojekt 1.8 „Reinigungsverfahren sowie wirtschaftliche Bewertung und Se-

lektion der Best-Praxis-Verfahren gegen Acid-Mine-Drainage“ [3] wurde hierfür eine Kon-

zeption zur Neugestaltung der bisherigen ATRIUM-Datenbank und deren Erweiterung auf

bergbaurelevante Sanierungsverfahren (insbesondere Acid Mine Drainage (AMD) Reini-

gungsverfahren) erstellt. Weiterhin werden Aspekte zur Datenhaltung und Gestaltung der

neuen Anwendung nach aktuellen Stilvorgaben des LfULG aufgeführt.

Bergbauspezifische Reinigungsverfahren aus anderen Vita-Min-Teilprojekten und LfULG-

Studien wurden nun in die Datenbank integriert. Die Datenbank ist auch bezüglich weiteren

Verfahren durch den AG erweiterbar/aktualisierbar. Es wurden Möglichkeiten für eine

schnelle, komfortable Suche von Verfahren getrennt nach dem Anwendungsbereich (Altlas-

ten/Bergbau) integriert.

Die Dokumentation der Ertüchtigung und Erweiterung der Datenbank, sowie der nun imple-

mentierten Recherche-Möglichkeiten erfolgt in einem eigenständigen Dokument, das dem

Bericht als Anlage beigefügt ist. Dieses umfasst die folgenden Gliederungspunkte:

1 Einführung und Ziel

2 Stakeholder

3 Qualitätsziele

4 Technische und organisatorische Randbedingungen

5 Kontextabgrenzung

6 Lösungsstrategie

7 Datenhaltung

8 BEAST-Anwendung

8.1 Projektstruktur

8.2 Frontendgestalltung

8.3 Komponentensicht

8.4 Konfiguration der Anwendung

9 BEAST-Adminanwendung

9.1 Projektstruktur

9.2 Frontendgestalltung

9.3 Komponentensicht

9.4 Konfiguration der Anwendung

10 Übergreifende Konzepte

10.1 Installationsanleitung

10.2 Verwendete Konzepte

- 6 LITERATUR -

Seite | 82

VITA-MIN

[1]

(abgerufen am 11.11.2019)

[2]

Engineering guidelines for the passive remediation of acidic and/or metalliferous

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[3]

Vita-Min-Teilprojekt 1.8 „Reinigungsverfahren sowie wirtschaftliche Bewertung und

Selektion der Best-Praxis-Verfahren gegen Acid-Mine-Drainage“. Erstellt vom FIB For-

schungsinstitut für Bergbaufolgelandschaften e.V., dem GFI Grundwasser-Consulting-

Institut GmbH Dresden und der VisDat geodatentechnologie GmbH im Auftrag des LfULG

Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie, 2019.

[4]

Vita-Min-Teilprojekt 1.9 „Recherche und Wirtschaftlichkeit (mikro-)biologischer Ver-

fahren zur Reinigung von Bergbauwässern“. Erstellt vom DGFZ Dresdner Grundwasserfor-

schungszentrum e.V. im Auftrag des LfULG Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geo-

logie, 2018.

[5]

VODAMIN-Teilprojekt 04 „Reinigungsverfahren von Grundwasser und Oberflächen-

gewässern“. Erstellt vom DGFZ Dresdner Grundwasserforschungszentrum e.V. im Auftrag

des LfULG Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie, 2012.

[6]

VODAMIN-Teilprojekt 09 „Reinigungsverfahren für Grubenwasser - Bewertung und

Selektion der Verfahren“. Erstellt von C. Wolkersdorfer im Auftrag des LfULG Landesamt für

Umwelt, Landwirtschaft und Geologie, 2013.

[7]

VODAMIN-Teilprojekt 14 „Verfahren zur Fassung, Ableitung und Reinigung von berg-

baulich kontaminierten Grundwässern“. Erstellt durch G.E.O.S. Freiberg im Auftrag des

LfULG Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie, 2014.

[8]

„Nachhaltigkeit von in situ-Fixierungsmaßnahmen in der Bergbaufolgelandschaft für

den Parameter Sulfat“. Erstellt durch das Grundwasser-Consulting-Institut GmbH Dresden

im Auftrag des LfULG Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie, 2015.

[9]

In-Lake-Neutralisation von Berbaufolgeseen im Lausitzer und Mitteldeutschen Braun-

kohlerevier – Aktueller Stand und Bewertung der technischen Entwicklung. Broschüre der

LMBV mbH vom Dezember 2017.

[10]

[11]

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[12]

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VITA-MIN

[13]

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VITA-MIN

- ANLAGEN -

Seite | 88

VITA-MIN

Nein

Ja

Im Endzustand

Neutralität

erwartbar?

Ja

Nein

Zur weiteren Entscheidung nötig: Beschaffenheitsprognose für den stationären Endzustand unter Berücksichtigung der klimatischen

Verhältnisse, der langfristigen Grund- und Oberflächenwasserbilanz des Sees sowie der Bewirtschaftungsmöglichkeiten

Neutralität

erwünscht /

benötigt?

Nein

Ja

Versauerter Zustand

bis zum Eintreten der

Neutralität akzep-

tierbar?

Nein

Ja

Weiteres

Flutungswasser

bereitstellbar?

Nein

Ja

Anpassung der Prognose

Verschiedene

Vefahren zur

Inlake-

Neutralisation

Muss Seeauslauf

behandelt

werden?

Nein

Ja

Beladestation für

Schiffseinsatz

vorhanden?

Ja

Nein

Monate

Wochen

See mit großem

Schiff gut erreichbar?

(kein Einsetzen nötig)

Ja

Nein

Nein

Ja

Nein

pH-Wert unter 4

(Initialneutralisation)?

Ja

Nein

Nein

Ja

Zu hohe oder niedrige

Grundwasserspiegel im Umfeld

des Sees?

Nein

Ja

Stoffstrom-Steuerung:

Hydraulische/geotechnische Sanierung

Ja

Nein

See bereits geflutet?

Geotechnische Sicherung der

Böschungen, Bau von Zu- und

Ableitern

Bereitstellung von Flutungswasser

Bau von Steuerbauwerken,

Brunnengalerien, Drainagen etc.

Ja

Nein

Maßnahmen zu

Phosphorfällung/-rückhalt,

zum C-org-Rückhalt

Ja

Nein

See versauert?

Sz-Gr. 4.3

Sz-Gr. 4.1

Szenario 4.3.1

Szenario 4.3.1

Sz-Gr. 4.2

Verfahren 2.1.4.11

Szenario 4.1.1 o. 4.1.2

Szenario 4.1.1

Szenario 4.1.1

Hydraulische

Maßnahmen

Bedarfsklärung

Hydrochemische

Seewasser-

behandlung

Soll ein Carbonatpuffer

aufgebaut werden?

Wiederversauerungs-

intervall < 6 Monate?

Langfristiger

Alkalinitätsbedarf

prognostiziert?

Ja

Nein

Langfristiger

Alkalinitätsbedarf

prognostiziert?

Ja

Bau Einsetzstelle

+ Beladestation f.

großes Schiff

möglich?

Planung + Bau

Einsatzstelle +

Beladestation

Nein

Langfristiger

Alkalinitätsbedarf

prognostiziert?

Ja

Wie lange dauert

eine Behandlung mit

kleinen Schiffen?

Ja

See eutrophiert?

Sz-Gr. 4.2

- ANLAGEN -

Seite | 89

VITA-MIN