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Analyse des anthropogen und natürlich
bedingten Zutrittes von Eisen und Sulfat
in bergbaubeeinflusste Fließgewässer
Abschlussbericht zum TP 1.1
Auftragnehmer:
G.E.O.S. Ingenieurgesellschaft mbH, Niederlassung Freiberg
Autoren: Martin, Mirko; Löser, Ralf; Dr. Janneck, Eberhard; Dr. Mayer, Roland; Kuhr, Julia;
Dr. Kahnt, René; Dr. Haubrich, Frank
Auftraggeber:
Sächsisches Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
Koordination: Lünich, Kathleen
Berichtszeitraum: 01.09.2017
30.04.2019
Berichtsabschluss: 30.09.2019
Gefördert durch den europäischen Fonds für Regionalentwicklung

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VITA-MIN
INHALTSVERZEICHNIS
ABBILDUNGSVERZEICHNIS ................................................................................................................................ V
TABELLENVERZEICHNIS ................................................................................................................................. VIII
ANLAGENVERZEICHNIS ...................................................................................................................................... XI
ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS ........................................................................................................................... XII
1
HINTERGRUND UND ZIELSTELLUNG ....................................................................................................... 1
2
GRUNDLAGEN................................................................................................................................................... 2
2.1
UNTERSCHEIDUNG ANTHROPOGEN UND NATÜRLICH BEDINGTER EINTRÄGE ............................................. 2
2.2
ANFORDERUNGEN DER EU-WASSERRAHMENRICHTLINIE (EU-WRRL) UND DEREN NATIONALER
UMSETZUNG ................................................................................................................................................................ 3
2.3
BEGRIFFSDEFINITION „GEFÄHRDUNG
IM SINNE DER LAWA ...................................................................... 4
2.4
CHARAKTERISIERUNG VON SULFAT ................................................................................................................ 5
2.4.1
EINTRAGSQUELLEN ........................................................................................................................................................ 5
2.4.2
AUSWERTUNG WEITERER CHEMISCHER PARAMETER ............................................................................................. 6
2.4.3
NATIONALE KENN-, GRENZ- UND ORIENTIERUNGSWERTE FÜR SULFAT ............................................................. 7
2.4.4
AUSWIRKUNGEN ERHÖHTER SULFATKONZENTRATIONEN ..................................................................................... 8
2.5
CHARAKTERISIERUNG VON EISEN ................................................................................................................... 9
2.5.1
EINTRAGSQUELLEN ........................................................................................................................................................ 9
2.5.2
AUSWERTUNG WEITERER CHEMISCHER PARAMETER .......................................................................................... 11
2.5.3
NATIONALE KENN-, GRENZ- UND ORIENTIERUNGSWERTE FÜR EISEN ............................................................. 13
2.5.4
AUSWIRKUNGEN ERHÖHTER EISENKONZENTRATION .......................................................................................... 14
2.6
BERGBAU ALS EINTRAGSPFAD ....................................................................................................................... 15
3
VORARBEITEN
-
DATENRECHERCHE,
ABGRENZUNG
UND
EINTEILUNG
DER
UNTERSUCHUNGSGEBIETE .............................................................................................................................. 17
3.1
UNTERSUCHUNGSGEBIET ............................................................................................................................... 17
3.1.1
OBERFLÄCHENWASSERKÖRPER ................................................................................................................................ 17
3.1.2
GRUNDWASSERKÖRPER ............................................................................................................................................. 19
3.2
IDENTIFIZIERUNG GEOGEN BEEINFLUSSTER GEBIETE .................................................................................. 21
3.2.1
ALLGEMEINES ZUR GEOLOGIE SACHSENS ............................................................................................................... 21
3.2.2
GEBIETE MIT GEOGEN ERHÖHTEN SULFATGEHALTEN .......................................................................................... 23
3.2.3
GEBIETE MIT GEOGEN ERHÖHTEN EISENGEHALTEN ............................................................................................. 24
3.3
IDENTIFIZIERUNG ANTHROPOGEN BEEINFLUSSTER GEBIETE ..................................................................... 27
3.3.1
EINFLUSS DURCH HISTORISCHEN ERZBERGBAU .................................................................................................... 28
3.3.1.1
Sulfat in den Bergbauwässern des historischen Erzbergbaus ......................................................... 28
3.3.1.2
Eisen in den Bergbauwässern des historischen Erzbergbaus ......................................................... 32

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Seite | II
VITA-MIN
3.3.2
EINFLUSS DURCH HISTORISCHEN STEINKOHLENBERGBAU .................................................................................. 34
3.3.3
EINFLUSS DURCH BRAUNKOHLENBERGBAU ........................................................................................................... 37
3.3.3.1
Allgemeines ........................................................................................................................................................... 37
3.3.3.2
Ergebnisse der Untersuchungen im Auftrag der LMBV ...................................................................... 38
3.3.4
EINFLUSS DURCH NEUEN ERZBERGBAU .................................................................................................................. 39
3.3.4.1
Revier Zinnwald - Cinovec .............................................................................................................................. 39
3.3.4.2
Revier Pöhla (Globenstein-Hämmerlein-Tellerhäuser) ..................................................................... 40
3.3.4.3
Revier Niederschlag ........................................................................................................................................... 41
3.3.5
EINFLUSS DURCH ATMOSPHÄRISCHE SCHWEFELDEPOSITION ............................................................................. 42
3.3.6
EINFLUSS DURCH ALTABLAGERUNGEN ................................................................................................................... 44
3.3.7
EINFLUSS DURCH HEIDEN UND MOORE .................................................................................................................. 45
3.3.8
EINFLUSS DURCH LANDWIRTSCHAFT ...................................................................................................................... 48
3.3.9
EINFLUSS DURCH INDUSTRIELLE UND KOMMUNALE ABWÄSSER ........................................................................ 49
3.4
RECHERCHE VERFÜGBARER GRUNDWASSERDATEN .................................................................................... 49
3.5
RECHERCHE WEITERER DATEN ..................................................................................................................... 50
3.6
RECHERCHE BEREITS EXISTIERENDER (HYDROCHEMISCHER) MODELLIERUNGEN ZU EISEN UND SULFAT
51
3.6.1
MODELLE IM RAHMEN DER WISMUT-URANBERGBAUSANIERUNG .................................................................... 51
3.6.1.1
Gruben ..................................................................................................................................................................... 52
3.6.1.2
Halden ..................................................................................................................................................................... 55
3.6.1.3
Absetzanlagen ...................................................................................................................................................... 56
3.6.2
MODELLE FÜR BERGBAUOBJEKTE AUSSERHALB DES ZUSTÄNDIGKEITSBEREICHES DER WISMUT GMBH .. 57
3.7
RECHERCHE VON BEST-PRACTICE-VERFAHREN ZUR SULFAT- UND EISENABREICHERUNG ..................... 59
3.7.1
SULFAT .......................................................................................................................................................................... 59
3.7.1.1
Verfahren zur Sulfatabreicherung ............................................................................................................... 59
3.7.1.2
Salzfrachtsteuerung und Bewirtschaftung ............................................................................................... 74
3.7.2
EISEN ............................................................................................................................................................................. 75
3.7.2.1
Einleitung ............................................................................................................................................................... 75
3.7.2.2
Verfahren zur Enteisenung von Grund- und Oberflächenwasser .................................................. 77
4
STATISTISCHE AUSWERTUNG DER VORHANDENEN MESSDATEN.............................................. 80
4.1
AUSGANGSDATEN............................................................................................................................................ 80
4.1.1
DATEN ZUR CHEMISCHEN BESCHAFFENHEIT DES OBERFLÄCHENWASSERS ..................................................... 80
4.1.2
DATEN ZUR CHEMISCHEN BESCHAFFENHEIT DES GRUNDWASSERS ................................................................... 81
4.1.3
DATEN WEITERER MESSNETZE ................................................................................................................................ 82
4.1.4
WASSERKÖRPER, EIGENSCHAFTEN, ZIELE UND BEWIRTSCHAFTUNG NACH WRRL....................................... 83
4.2
DATENAUFBEREITUNG ................................................................................................................................... 84
4.3
DATENHALTUNG ............................................................................................................................................. 85
4.4
BESCHREIBENDE STATISTISCHE AUSWERTUNG ........................................................................................... 86
4.4.1
VORGEHENSWEISE ...................................................................................................................................................... 86
4.4.2
ÜBERBLICK ÜBER DIE MESSSTELLEN UND ANALYSENDATEN ............................................................................. 87
4.4.2.1
Oberflächenwasser ............................................................................................................................................ 87
4.4.2.2
Grundwasser ......................................................................................................................................................... 95
4.4.3
MESSSTELLENBEZOGENE AUSWERTUNG ..............................................................................................................106
4.4.3.1
Oberflächenwasser ..........................................................................................................................................106

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- INHALTSVERZEICHNIS -
Seite | III
VITA-MIN
4.4.3.2
Grundwasser .......................................................................................................................................................107
4.4.3.3
Zeitliche Entwicklung .....................................................................................................................................107
4.4.4
WASSERKÖRPERBEZOGENE AUSWERTUNG ..........................................................................................................109
4.4.4.1
Oberflächenwasserkörper ............................................................................................................................109
4.4.4.2
Grundwasserkörper ........................................................................................................................................112
4.4.5
EINZUGSGEBIETSBEZOGENE AUSWERTUNG .........................................................................................................112
4.4.5.1
Oberflächenwasser ..........................................................................................................................................112
4.4.5.2
Grundwasser .......................................................................................................................................................113
4.4.5.3
Einfluss der hydrologischen Verhältnisse auf die Konzentrationen an Eisen und Sulfat ...114
4.5
VERÄNDERUNG DER BESCHAFFENHEIT UND STOFFFRACHT ÜBER DEN FLIESSWEG .............................. 120
4.5.1
VORGEHENSWEISE ....................................................................................................................................................120
4.5.1.1
Ermittlung von Durchfluss und Stofffracht an den Messstellen ....................................................120
4.5.1.2
Bilanzierung der Stofffracht .........................................................................................................................121
4.5.1.3
Exemplarische Erläuterung der Bilanzierung ......................................................................................122
4.5.2
ERGEBNISSE ...............................................................................................................................................................124
4.5.3
SULFATBILANZIERUNG DER FLIESSGEWÄSSER IN SACHSEN ..............................................................................131
4.6
EXPLORATIVE STATISTIK............................................................................................................................ 134
4.6.1
ÜBERSICHT UND VORGEHENSWEISE ......................................................................................................................134
4.6.1.1
Beschreibung der Quellen anthropogener Beeinflussung ...............................................................134
4.6.1.2
Ermittlung der geogenen Beschaffenheiten ..........................................................................................135
4.6.1.3
Quantifizierung des anthropogenen Einflusses ...................................................................................136
4.6.2
ZUORDNUNG VON EINZUGSGEBIETSEIGENSCHAFTEN UND ERMITTLUNG DER ANTHROPOGEN WENIG
BEEINFLUSSTEN BESCHAFFENHEIT ......................................................................................................................................136
4.6.2.1
Großraum und Landschaftseinheit ...........................................................................................................140
4.6.2.2
Fliessgewässerlandschaften .........................................................................................................................141
4.6.2.3
Fließgewässertyp..............................................................................................................................................143
4.6.2.4
Hydrogeologischer Teilraum .......................................................................................................................144
4.6.2.5
Landbedeckung im Einzugsgebiet .............................................................................................................144
4.6.2.6
Einfluss durch Siedlung, Industrie, Gewerbe und Verkehr .............................................................146
4.6.2.7
Einfluss durch Land- und Forstwirtschaft..............................................................................................148
4.6.2.8
Einfluss durch den Bergbau .........................................................................................................................149
4.6.2.9
Einfluss durch Moore ......................................................................................................................................151
4.6.2.10
Zusammenfassung vergleichbarer Teilgebiete zu Beurteilungsräumen ................................153
4.6.2.11
Ermittlung des Eisen- und Sulfatgehaltes bei geringer anthropogener Beeinflussung
(„geogener Hintergrund“)
...............................................................................................................................................157
4.6.3
QUANTIFIZIERUNG DES ANTHROPOGENEN EINFLUSSES .....................................................................................161
4.6.3.1
Wasserbeschaffenheit in den Beurteilungsräumen ...........................................................................161
4.6.3.2
Ermittlung der Differenz zwischen wenig beeinflussten Konzentrationen und mittleren
Konzentrationen ..................................................................................................................................................................163
4.6.4
STATISTISCHE AUSWERTUNG .................................................................................................................................163
4.6.4.1
Analyse des Zusammenhanges Konzentration - Höhenlage ...........................................................164
4.6.4.2
Auswertung des Einflusses der Landnutzung auf die Konzentration .........................................167
4.6.4.3
Auswertung des Einflusses der Landnutzung mit Berücksichtigung der Beurteilungsräume
173
4.6.4.4
Auswertungen zum Bergbaueinfluss ........................................................................................................176
4.6.4.5
Auswertung zum Einfluss Siedlung/Industrie/Gewerbe/Verkehr .............................................181
4.6.4.6
Auswertung zum Einfluss durch Moore ..................................................................................................184

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Seite | IV
VITA-MIN
4.6.4.7
Multivariate Auswertung zum anthropogenen Einfluss auf die Wasserbeschaffenheit .....185
4.7
ERARBEITUNG DER KARTE DER GEOGENEN EISEN- UND SULFATBELASTUNG ........................................ 192
4.8
ERARBEITUNG DER KARTE DER ANTHROPOGENEN PROBLEMGEBIETE .................................................. 197
4.9
ERARBEITUNG DER GEFÄHRDUNGSKARTE ................................................................................................ 199
4.10
KLASSIFIZIERUNG DER OBERFLÄCHENWASSERKÖRPER......................................................................... 200
5
ABLEITUNG UND SCHLUSSFOLGERUNGEN ....................................................................................... 204
5.1
BEWERTUNG VON OPTIONEN ZUR SULFAT- UND EISENABREICHERUNG ................................................. 204
5.2
EMPFEHLUNG ZUR ERWEITERUNG DER DATENGRUNDLAGE .................................................................... 207
5.3
PROGNOSE ZUR ENTWICKLUNG DER EISEN- UND SULFATKONZENTRATION .......................................... 210
5.3.1
QUANTIFIZIERUNG DER STOFFQUELLE ..................................................................................................................211
5.3.2
MODELLIERUNG DES GRUNDWASSERABSTROMS .................................................................................................213
5.3.3
MODELLIERUNG DES EISEN- UND SULFATTRANSPORTES IM VORFLUTERSYSTEM ........................................213
5.3.4
DETAIL- UND PROZESSMODELLE ZUR ENTWICKLUNG DES KONZEPTIONELLEN MODELLS ..........................214
5.4
BEWERTUNG EINER MÖGLICHEN MODELLIERUNG .................................................................................... 214
6
ZUSAMMENFASSUNG ................................................................................................................................ 215
LITERATURVERZEICHNIS .............................................................................................................................. 228

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VITA-MIN
ABBILDUNGSVERZEICHNIS
Abbildung 1:
Grundschema anthropogen und natürlich bedingter Schadstoffeinträge in Grund- und
Oberflächenwasser. ______________________________________________________________________________________________________ 2
Abbildung 2: Schematische Darstellung physikalischer, chemischer und biologischer Stoff-wandlungsprozesse
des Eisens in Oberflächengewässern (blau) und deren Sedimenten (grau) (aus Kruspe et al. 2014). _____________ 10
Abbildung 3: Phasendiagramm der festen Eisenverbindungen in bergbaulich beeinflussten Wässern (aus
Laukenmann 2002, nach Brookins 1988). ____________________________________________________________________________ 13
Abbildung 4: Oberflächenwasserkörper (OWK) in Sachsen sowie ausgewiesene OWK mit Bereichen in
Zuständigkeit der LMBV und aktivem Braunkohlenbergbau. _______________________________________________________ 18
Abbildung 5: Grundwasserkörper (GWK) in Sachsen sowie ausgewiesene GWK mit Bereichen in Zuständigkeit
der LMBV und aktivem Braunkohlenbergbau. _______________________________________________________________________ 20
Abbildung 6:
Geologische
Karte
des
Freistaates
Sachsen
(Petrogeochemische
Einheiten
des
Grundgebirgsstockwerkes und älterer Bildungen des Deckgebirgsstockwerkes ohne Quartär, auf Basis der
GÜK400 des Freistaates Sachsen nach Kardel et al. 1996).__________________________________________________________ 22
Abbildung 7:
Massenanteil von Eisen in petrogeochemischen Einheiten des Freistaates Sachsen (geolog.
Grundlage GÜK400 aus Kardel et al. 1996, Datengrundlage: Rank et al. 1999). ___________________________________ 26
Abbildung 8:
Bergbaubeeinflusste Oberflächenwasserkörper in Sachsen, in dieser Abbildung sind die OWK mit
Zuständigkeit der LMBV enthalten (Martin et al. 2019). ____________________________________________________________ 27
Abbildung
9:
Oberflächenwasserkörper
mit
einer
potenziellen
Sulfatbelastung
aufgrund
erhöhter
Sulfatkonzentrationen in Stollnwässern des historischen Bergbaus mit Überschreitungen des LAWA-
Orientierungswertes. __________________________________________________________________________________________________ 30
Abbildung 10: Sulfatgehalt von OWK-Messstellen entlang der Freiberger Mulde, blau: gültiger LAWA-
Orientierungswert, rot: Abschnitt des Freiberger Reviers (Mittelwerte 2015, basierend auf Daten des LfULG
2018a). _________________________________________________________________________________________________________________ 31
Abbildung
11:
Oberflächenwasserkörper
mit
einer
potenziellen
Eisenbelastung
aufgrund
erhöhter
Konzentrationen an Gesamteisen in Stollnwässern des historischen Bergbaus mit Überschreitungen des LAWA-
Orientierungswertes. __________________________________________________________________________________________________ 34
Abbildung 12: Darstellung der Steinkohlenhalden mit Sickerwasseraustritt und der dadurch potenziell
beeinflussten Oberflächenwasserkörper (OWK), Daten aus GEOS 2008). __________________________________________ 35
Abbildung
13:
Vergleich
der
Sulfatkonzentrationen
in
den
letzten
zwei
Jahrzehnten
im
Fließgewässerlängsschnitt der Spree (rot: unveröff. Daten des IGB vom 2./3. Juni 2015, schwarz: Maximalwerte
1997-1999, grün: Medianwerte 1997-1999, jeweils aus Gelbrecht etal. 2003) (aus Gelbrecht et al. 2016) ______ 38
Abbildung 14: a) Geförderte Braunkohlenmenge und b) Gegenüberstellung der SO
2
-Emissionen und der
Braunkohleförderung in der DDR und den neuen Bundesländern von 1945 bis 1992 (Datenauswertung nach
Matthes 1999). _________________________________________________________________________________________________________ 43
Abbildung 15: a) Einträge an Sulfat aus der Atmosphäre in die Böden und Gewässer über die Jahrzehnte in
Sachsen und Gegenüberstellung der derzeitigen jährlichen SO
4
-Austräge über Oberflächenwässer; b) Schwefel-
Flächenbeaufschlagung
berechnet
aus
den
Braunkohledaten
bis
1990,
ab
1990
Auswertung
der
bundesdeutschen Immissionsdaten (UBA 2018). ____________________________________________________________________ 43
Abbildung 16: Moorkomplexkarte für Sachsen (Darstellung der einzelnen Moorkomplexe überhöht, aus Kessler
et al. 2011). ____________________________________________________________________________________________________________ 46
Abbildung 17: Verteilung der Moore in Sachsen (Darstellung der Moore als Fließgewässerlandschaft auf der
Basis geologischer Einheiten, LfULG 2017b) _________________________________________________________________________ 47
Abbildung 18: Eisenhydroxid-Ausfällungen aus eisenhaltigen Wässern im Moor von Soos (CZ, OWK:
CZXX_OHL_0110). ______________________________________________________________________________________________________ 48
Abbildung 19: Draufsicht (links) und Vertikalschnitt (rechts) auf das Finite Elemente Netz des regionalen
hydraulischen Modells im Bereich der Grube Königstein (aus Kahnt & Paul 2008). _______________________________ 53

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Abbildung 20: Detailliertes 3D-Modell der Laugungsblöcke und Grundstrecken des Bergwerkes Königstein
(rechts oben) und daraus abgeleitetes Kompartimentsmodell FLOODING (links unten, Stand 2008) (aus Kahnt &
Paul 2008). _____________________________________________________________________________________________________________ 54
Abbildung 21: Modellkonzept für die Prognose der Flutung der Grube Königstein. _______________________________ 54
Abbildung 22: Schematische Abbildung einer IAA mit den Bereichen Freiwasser, Schluffzone (Feinschlamm),
Übergangszone und Sandzone/Dämme. Dargestellt sind die Prozesse, die den Stoffaustrag beeinflussen und in
einem Prognosemodell berücksichtigt werden müssen (Kahnt & Paul 2008). _____________________________________ 57
Abbildung 23: Räumliche Diskretisierung des Boxmodells von DMT für die Grube Oelsnitz auf der Basis von
Reacflow3D (DMT 2012). _____________________________________________________________________________________________ 58
Abbildung 24: Verfahrensschema zur Fällung mit Kalkhydrat (Die als optional dargestellten Verfahrensstufen
sind je nach Wasserqualität und Behandlungsziel nicht in jedem Fall erforderlich). ______________________________ 68
Abbildung 25: Vereinfachtes Prozessschema zum Kalkstein-Kalk-Verfahren.______________________________________ 69
Abbildung 26: Konfiguration und Prozessschema des HDS-Verfahrens (GARD-Guide 2014). _____________________ 69
Abbildung 27: Vereinfachtes Prozessschema zum SAVMIN-Verfahren (GARD-Guide 2014). ______________________ 70
Abbildung 28: Schematisierte Darstellung des RODOSAN-Prozesses. _______________________________________________ 71
Abbildung 29: Vereinfachtes Prozessschema zum CARIX-Verfahren (Veolia 2018) (CARIX: CArbon Dioxide
Regenerated IonEXchanger). _________________________________________________________________________________________ 72
Abbildung 30: Schematisierte Darstellung des IMPI-Prozesses (Pulles et al. 2004). _______________________________ 72
Abbildung 31: Versuchsanlage zur passiven Behandlung von saurem Bergbauwasser in der Jacobina Mine,
Brasilien (Fregadolli et al. 2015). _____________________________________________________________________________________ 73
Abbildung 32:
Prinzipdarstellung Untergrundreaktor (Koch 2003). _____________________________________________ 73
Abbildung 33: Forschungsansatz des INKA BB Teilprojektes 21 (INKA BB 2016). _________________________________ 75
Abbildung 34: Lage der 2.333 übergebenen und 1.867 mit Daten belegten Messstellen und Lage der 722 OWK
bzw. 657 mit Daten belegten OWK. ___________________________________________________________________________________ 88
Abbildung 35: Beispiele zur unterschiedlichen Bewertung von Messstellen, die den Fließgewässer-OWK und
dessen Gesamteinzugsgebiet charakterisieren (blau) und Messstellen, die das Eigeneinzugsgebiet des OWK
charakterisieren (grün). ______________________________________________________________________________________________ 91
Abbildung 36: Karte der Messstellen mit Gebietsbezug und der repräsentierten Gebiete (Fall A und B). _________ 92
Abbildung 37: Häufigkeitsverteilungen der Analysendaten. ________________________________________________________ 95
Abbildung 38: Lage der 2.901 Grundwasserbeschaffenheitsmessstellen mit Analysendaten im Zeitraum 2000 bis
2017 und Lage der 83 Oberflächenwasserkörper. ___________________________________________________________________ 97
Abbildung 39: Lage der Grundwassermessstellen mit Analysendaten im Zeitraum 2000 bis 2017 und
Einschätzung der Eigenschaft „Oberflächennähe“ für das beprobte Grundwasser.
_______________________________ 100
Abbildung 40: Häufigkeitsverteilungen für das Grundwasser (alle Messstellen). _________________________________ 103
Abbildung 41: Häufigkeitsverteilungen der Analysendaten für das oberflächennahe Grundwasser. ____________ 105
Abbildung 42: Zeitlicher Trend der Sulfatkonzentration im Oberflächenwasser im Ergebnis des Vergleichs der
mittleren Konzentrationen in den Zeiträumen 2000-2005 und 2012-2017. ______________________________________ 108
Abbildung 43: Zeitlicher Trend der Konzentration an Eisen (gesamt) im Oberflächenwasser im Ergebnis des
Vergleichs der mittleren Konzentrationen in den Zeiträumen 2000-2005 und 2012-2017. ______________________ 109
Abbildung 44: Beispiel zur Datenzusammenfassung: mit der gleichen Wichtung der Einzeldaten wird vermieden,
dass die Messstelle mit n = 7 das Ergebnis übermäßig beeinflusst. ________________________________________________ 111
Abbildung
45:
Teileinzugsgebiete
zur
Beurteilung
der
Einflüsse
auf
die
Wasserbeschaffenheit
an
Grundwassermessstellen
(schwarze
Punkte:
Messstellen,
schraffiert:
Braunkohlegebiete
außerhalb
Bearbeitungsgebiet). _________________________________________________________________________________________________ 114
Abbildung 46
Entwicklung der Eisen- und Sulfatkonzentration und des Durchflusses in der Zwickauer Mulde
(Durchfluss: Pegel Zwickau-Pölbitz, Beschaffenheit: OBF39600). _________________________________________________ 116
Abbildung 47
Entwicklung der Eisen- und Sulfatkonzentration und des Durchflusses in der Zwickauer Mulde
(Durchfluss: Pegel Golzern 1, Beschaffenheit: OBF47200), logarithmische Darstellung von Durchfluss und
Eisengehalt
116
Abbildung 48
Entwicklung der Eisen- und Sulfatkonzentration und des Durchflusses in der Zwickauer Mulde
(Durchfluss: Pegel Golzern 1, Beschaffenheit: OBF47200) _________________________________________________________ 116

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VITA-MIN
Abbildung 49
Entwicklung der Eisen- und Sulfatkonzentration und des Durchflusses in der Zwickauer Mulde
(Durchfluss: Pegel Colditz, Beschaffenheit: OBF40500) ____________________________________________________________ 117
Abbildung 50
Exemplarische Darstellung des Jahresganges von Durchfluss, Eisenkonzentration und
Sulfatkonzentration
für
eine
Messstelle
im
Oberlauf
(Pegel
Aue,
Messstelle
OBF41200
in
der
Johanngeorgenstädter Schwarzwasser) und im Mittellauf (Pegel Wolkenburg und Messstelle OBF40000) ____ 118
Abbildung 51
Exemplarische Darstellung der Ergebnisse der Bilanzierung der Eisenfracht in der Spree _____ 123
Abbildung 52: Berücksichtigte Naturregionen und Landschaftseinheiten Sachsens. _____________________________ 140
Abbildung 53: Fließgewässerlandschaften in Sachsen. _____________________________________________________________ 142
Abbildung 54: Ergebnis der Zuordnung von Fließgewässerlandschaften zu Oberflächen-wassermessstellen und -
wasserkörpern. _______________________________________________________________________________________________________ 143
Abbildung 55:
Hydrogeologische Teilräume der Hydrogeologischen Übersichtskarte Sachsens (HÜK200). __ 144
Abbildung 56: Prozentualer Anteil von Siedlungs-/Gewerbe-/Industrieflächen an der Landfläche aus den Corine-
Landbedeckungsdaten. _______________________________________________________________________________________________ 146
Abbildung 57: Ergebnis der Beurteilung des Einflusses durch Siedlung, Industrie, Gewerbe, Verkehr auf die
Oberflächenwassermessstellen. ______________________________________________________________________________________ 147
Abbildung 58: Prozentualer Anteil von Ackerflächen an der Landfläche. _________________________________________ 148
Abbildung 59
Gebiete des ehemaligen und aktiven Erzbergbaus ________________________________________________ 150
Abbildung 60: Messstellen mit Beeinflussung durch ehemaligen und aktiven Erzbergbau. ______________________ 151
Abbildung 61: Messstellen im Einflussbereich von Mooren. ________________________________________________________ 152
Abbildung 62: Beurteilungsräume in Sachsen. ______________________________________________________________________ 155
Abbildung 63: Zusammenhang zwischen Sulfatgehalt im Oberflächenwasser und Geländehöhe. _______________ 165
Abbildung 64: Zusammenhang zwischen Sulfatgehalt im Oberflächenwasser und Geländehöhe. _______________ 166
Abbildung 65: Sulfatgehalt in Abhängigkeit von der Geländehöhe, alle GW-Messstellen
mit „oberflächennahem“
Grundwasser in Sachsen (rot),
davon „anthropogen wenig beeinflusste“ Messstellen (grün) mit abgeschätzter
Obergrenze für den „anthropogen wenig beeinflussten“ Konzentrationsbereich (cyanfarbene Kurve).
_________ 167
Abbildung 66: Regressionsbeziehung Ackerfläche (Einflussgröße) und Sulfatkonzentration (Zielgröße, nur
Messstellen „G“), für die Großräume Tiefland und Mittelgebirge.
__________________________________________________ 169
Abbildung 67: Auswertung der Gesamtdatenmenge bezüglich der Einflussklassen des Bergbaueinflusses. _____ 177
Abbildung 68: Vergleich der Sulfatkonzentrationen im Oberflächenwasser unter Berücksichtigung der
Geländehöhe: Messstellen G ohne starken anthropogenen Einfluss (grün), anthropogen beeinflusste Messstellen A
(rot) und Stollnmessstellen (blau). __________________________________________________________________________________ 180
Abbildung 69: Vergleich der Sulfatkonzentrationen im Grundwasser unter Berücksichtigung der Geländehöhe:
Messstellen G ohne starken anthropogenen Einfluss (grün), anthropogen beeinfllusste Messstellen A (rot) und
Stollnmessstellen (blau). _____________________________________________________________________________________________ 181
Abbildung 70: Auswertung der Gesamtdatenmenge bezüglich der Einflussklassen des Bergbaueinflusses. _____ 182
Abbildung 71: Karte der anthropogen wenig beeinflussten Gesamteisenkonzentrationen im Oberflächenwasser.
________________________________________________________________________________________________________________________ 193
Abbildung 72: Karte der anthropogen wenig beeinflussten Sulfatkonzentrationen im Oberflächenwasser. ____ 194
Abbildung 73: Karte der anthropogen wenig beeinflussten Gesamteisenkonzentrationen im Grundwasser.____ 195
Abbildung 74: Karte der anthropogen wenig beeinflussten Sulfatkonzentrationen im Grundwasser. ___________ 196
Abbildung
75:
Anthropogener
Anteil
an
der
Gesamteisenkonzentration
im
Oberflächenwasser
der
Beurteilungsräume. __________________________________________________________________________________________________ 197
Abbildung
76:
Anthropogener
Anteil
an
der
Konzentration
an
Sulfat
im
Oberflächenwasser
der
Beurteilungsräume. __________________________________________________________________________________________________ 198

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- TABELLENVERZEICHNIS -
Seite | VIII
VITA-MIN
TABELLENVERZEICHNIS
Tabelle 1: Zusätzliche chemische Parameter für die Bewertung von Sulfatdaten in Wasserkörpern. ______________ 6
Tabelle
2:
Hintergrundwerte
(HGW)
und
Orientierungswerte
(OW)
für
Sulfat
in
Bezug
auf
die
Fließgewässertypen in Sachsen (Auszug aus: LAWA 2015). ___________________________________________________________ 7
Tabelle 3: Expositionsklassen bei chemischem Angriff erhöhter Sulfatgehalte auf Beton.___________________________ 9
Tabelle 4: Überblick über die Löslichkeit der Eisenverbindungen in Abhängigkeit der pH- und Redox-
Bedingungen. __________________________________________________________________________________________________________ 12
Tabelle 5: Wesentliche chemische Parameter für die Auswertung von Eisendaten.________________________________ 12
Tabelle 6: Orientierungswerte für Eisen in Bezug auf die Fließgewässertypen in Sachsen (Auszug aus: LAWA
2015). __________________________________________________________________________________________________________________ 14
Tabelle 7: OWK mit aktivem Braunkohlenbergbau und Objekten im Zuständigkeitsbereich der LMBV. _________ 18
Tabelle 8: GWK mit aktivem Braunkohlenbergbau und Zuständigkeitsbereichen der LMBV. _____________________ 20
Tabelle 9: Flächenanteile der geologischen Einheiten Sachsens (Grundgebirgsstockwerk und ältere Bildungen
des Deckgebirgsstockwerkes ohne Quartär, auf Basis der GÜK400 nach Kardel et al. 1996). _____________________ 23
Tabelle 10: Mittlere Eisengehalte in den petrogeochemischen Einheiten Sachsens (Zuordnung auf Basis von Rank
et al. 1999, in Klammern: Zuordnung von Eisengehalten ähnlicher petrogeochemischer Einheiten, da keine Daten
verfügbar). _____________________________________________________________________________________________________________ 25
Tabelle 11: Statistische Auswertung der gelösten Sulfatgehalte der Stollnwässer als Auszug des BfUL-Programms
1999-2016 (LfULG 2018a), jeweils Mittelwert im mg/L aus aktuellstem Messjahr). ______________________________ 28
Tabelle 12: Statistische Auswertung der Sulfatgehalte von OWK-Messstellen entlang der Freiberger Mulde
(Daten aus 2015, Quelle: LfULG 2018a). _____________________________________________________________________________ 31
Tabelle 13: Statistische Auswertung der Eisengehalte (Gesamteisen) der Stollnwässer als Auszug des BfUL-
Programms 1999-2016 (LfULG 2018a), jeweils Mittelwert in mg/L aus aktuellstem Messjahr). _________________ 32
Tabelle 14: Charakteristik des Steinkohlenbergbaus in Sachsen (aus Pälchen 2009). _____________________________ 35
Tabelle
15:
Durch
austretende
Haldensickerwässer
des
Steinkohlenbergbaus
beeinflusste
Oberflächenwasserkörper in Sachsen (GEOS 2008). _________________________________________________________________ 36
Tabelle 16: Chemische Daten von Wässern im Tiefen Elbstolln (Mittelwerte, in Klammern Minimal- und
Maximalwert, Daten aus Reichel & Schauer 2005). __________________________________________________________________ 37
Tabelle 17: Hauptminerale und Sulfat-/Eisen-Freisetzungspotenzial der Lagerstätte Zinnwald - Cinovec. ______ 39
Tabelle 18: Sulfatgehalte der Stollnwässer im Raum Zinnwald - Cinovec. __________________________________________ 40
Tabelle 19: Hauptminerale und Sulfat-/Eisen-Freisetzungspotenzial der Lagerstätte Pöhla (Globenstein-
Hämmerlein-Tellerhäuser). ___________________________________________________________________________________________ 41
Tabelle 20: Minerale und Sulfat-/Eisen-Freisetzungspotenzial im Revier Niederschlag. __________________________ 42
Tabelle 21: Sulfatgehalte von industriellen und kommunalen Abwässern (aus Nestler & Grischek 2002). _______ 49
Tabelle 22: Systematisierung der Verfahren zur Sulfatabreicherung. ______________________________________________ 59
Tabelle 23: Vergleich von Verfahren zur Sulfatabreicherung aus Bergbauwässern._______________________________ 61
Tabelle
24:
Vorzugsbereiche
für
den
Einsatz
der
Entsäuerungsverfahren
in
Abhängigkeit
der
Wasserbeschaffenheit (Baldauf 1993). _______________________________________________________________________________ 76
Tabelle 25: Überblick über die Verfahren zur Eisenabtrennung aus Wässern. _____________________________________ 77
Tabelle 26: Liste der Laborparameter zur Oberflächenwassergüte für die jeweiligen Kompartimente Wasser,
schwebstoffbürtiges Sediment und Biota. ____________________________________________________________________________ 81
Tabelle 27:
Liste der Laborparameter zur Grundwassergüte. ____________________________________________________ 82
Tabelle 28: Wesentliche Daten zu Grund- und Oberflächenwasserkörpern nach WRRL sowie deren Zuordnung,
Klassifikation und Zustand. ___________________________________________________________________________________________ 83
Tabelle 29: Anzahl OWK und Zuordnung des jeweiligen Zuständigkeitsbereiches. ________________________________ 87
Tabelle 30: OWK in Sachsen ohne zugeordnete Messstellen bzw. ohne Daten. _____________________________________ 88
Tabelle 31: Flussgebiete, Teilbearbeitungsgebiete und Anzahlen an OWK und Beschaffenheitsmessstellen im
Oberflächenwasser, Daten LfULG (2017b). ___________________________________________________________________________ 89
Tabelle 32: Anzahl der Messstellen (Mst.) mit Analysendaten 2000-2017, untergliedert nach Messstellentyp. __ 90

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- TABELLENVERZEICHNIS -
Seite | IX
VITA-MIN
Tabelle 33: Anzahl an OWK, Messstellen und Analysendaten für Eisen und Sulfat der Messstellen des
Beschaffenheitsmessnetzes 2000-2017 des LfULG. __________________________________________________________________ 93
Tabelle 34: Überblick über die Analysenwerte (alle Messstellen, Zeitraum 2000-2017). __________________________ 94
Tabelle 35: Tabelle der Häufigkeitsverteilungen der Analysendaten (Bereich des Modalwertes bzw. Dichtemittels
hervorgehoben). _______________________________________________________________________________________________________ 94
Tabelle 36: Anzahl der auszuwertenden Messstellen der Grundwasserbeschaffenheit. ____________________________ 96
Tabelle 37: Anzahl GWK und Zuordnung zu jeweiligem Zuständigkeitsbereich. ___________________________________ 96
Tabelle 38: Grundwasserkörper ohne vorhandene Daten. __________________________________________________________ 96
Tabelle 39: Überblick über die Betreiber der Grundwassermessstellen. ____________________________________________ 97
Tabelle
40:
Übersicht
zu
den
Messstellentypen
des
Grundwassers
und
der
Anzahl
an
Grundwasserbeobachtungsmessstellen (GWBM) bzw. Filterstrecken. ______________________________________________ 98
Tabelle
41:
Anzahlen
der
Messstellen
der
Grundwasserbeschaffenheit
bzw.
der
Filterstrecken
im
oberflächennahen Grundwasser ______________________________________________________________________________________ 99
Tabelle 42: Anzahlen an GWK und Analysendaten für Eisen und Sulfat der Grundwassermessstellen. __________ 101
Tabelle 43: Überblick über die Analysenwerte (alle GW-Messstellen
außer Messstellentyp „Grundwasserblänke“,
„Lysimeter“ und „Oberflächenwassermessstellen“, Zeitraum
2000-2017) _________________________________________ 101
Tabelle 44: Überblick über Analysenwerte: Messstellentyp „Stollen“ (Zeitraum
2000-2017) ____________________ 102
Tabelle 45: Tabelle der Häufigkeitsverteilungen der Analysendaten für das Grundwasser (alle Messstellen,
Bereich des Modalwertes bzw. Dichtemittels hervorgehoben). ____________________________________________________ 103
Tabelle 46: Zusammenstellung einzelner Werte mit hoher Wahrscheinlichkeit der Analysendaten für das
Grundwasser. _________________________________________________________________________________________________________ 104
Tabelle 47: Tabelle der Häufigkeitsverteilungen der Analysendaten für das oberflächennahe Grundwasser
(Bereich des Modalwertes bzw. Dichtemittels hervorgehoben) ____________________________________________________ 105
Tabelle 48: Ergebnis: relative Anzahlen an Datensätzen (Analysendaten) für OWK-Messstellen, bezogen auf die
maximale Anzahl während eines Jahres.
Hervorhebung orange: ≥90 % der maximalen Anzahl, gelb: ≥80 % der
maximalen Anzahl. ___________________________________________________________________________________________________ 108
Tabelle 49: Anzahl Analysenwerte zur Auswertung der OWK. _____________________________________________________ 111
Tabelle 50:
Anzahl Analysenwerte zur Auswertung der GWK. ___________________________________________________ 112
Tabelle 51: Anzahl Analysenwerte zur gebietsbezogenen Auswertung des Oberflächenwassers für die Parameter
Eisen und Sulfat. ______________________________________________________________________________________________________ 113
Tabelle 52
Exemplarische Auswertung von Eisen- und Sulfatgehalt in Abhängigkeit vom Durchfluss. ________ 115
Tabelle 53
Konzentrationsmittelwerte im Oberflächenwasser und Grundwasser der zusammengefassten
Betrachtungsgebiete (vgl. Abschnitt 4.6.2.10) ______________________________________________________________________ 119
Tabelle 54: Struktur von Zu- und Abfluss der wichtigsten Fließgewässer Sachsens. ______________________________ 132
Tabelle 55: Sulfatbilanz der wesentlichen Fließgewässer Sachsens. _______________________________________________ 133
Tabelle 56: Gebietseigenschaften zur Ableitung von Beurteilungsräumen. _______________________________________ 137
Tabelle 57: Daten zur Beschreibung anthropogener Stoffquellen. _________________________________________________ 138
Tabelle 58: Rückschlüsse auf anthropogene Beeinflussungen. _____________________________________________________ 139
Tabelle 59: Berücksichtigte Landschaftseinheiten der Großräume Tiefland, Hügelland und Mittelgebirge (LEP
2013). _________________________________________________________________________________________________________________ 140
Tabelle 60: Berücksichtigte Fließgewässerlandschaften.___________________________________________________________ 142
Tabelle 61: Corine Landbedeckungsklassen und Zuordnung für die Klasseneinteilung der Messstellen. ________ 145
Tabelle 62: Beurteilungsräume mit regionaler Verbreitung._______________________________________________________ 153
Tabelle 63: Beurteilungsräume mit überregionaler Verbreitung. _________________________________________________ 156
Tabelle 64: Zusammenfassung der 40 Beurteilungsräume zu größeren Einheiten (zusammengefasste
Beurteilungsräume). _________________________________________________________________________________________________ 157
Tabelle 65: Anthropogen wenig beeinflusste Eisen- und Sulfatkonzentrationen im Oberflächenwasser der
Beurteilungsräume mit regionaler Verbreitung, M.: Mooreinfluss. ________________________________________________ 159
Tabelle 66: Anthropogen wenig beeinflusste Eisen- und Sulfatkonzentrationen im Oberflächenwasser der
Beurteilungsräume mit überregionaler Verbreitung, M.: Mooreinfluss. ___________________________________________ 160
Tabelle 67: Anthropogen wenig beeinflusste Eisen- und Sulfatkonzentrationen im Grundwasser der
Beurteilungsräume mit regionaler Verbreitung, M.: Mooreinfluss. ________________________________________________ 160

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- TABELLENVERZEICHNIS -
Seite | X
VITA-MIN
Tabelle 68: Anthropogen wenig beeinflusste Eisen- und Sulfatkonzentrationen im Grundwasser der
Beurteilungsräume mit überregionaler Verbreitung, M.: Mooreinfluss. ___________________________________________ 161
Tabelle 69: Einschränkung der Auswertbarkeit der Analysendaten aufgrund von Unterschreitungen der
Nachweisgrenze (NG) der Analyseverfahren. _______________________________________________________________________ 162
Tabelle 70: Exemplarische Zusammenfassung der einfachen Regressionsanalyse: Einfluss der Ackernutzung auf
den Sulfatgehalt nach weitgehendem Ausschluss anderer anthropogener Beeinflussungen (nur Messstellen „G“
nach Abschnitt 0). ____________________________________________________________________________________________________ 168
Tabelle 71: Anteil der erklärten Streuung an der Gesamtstreuung. _______________________________________________ 171
Tabelle 72: Mittlere Sulfatkonzentrationen berechnet aus Regressionsgeraden, Tiefland. _______________________ 171
Tabelle 73: Mittlere Sulfatkonzentrationen berechnet aus Regressionsgeraden, Mittelgebirge. _________________ 171
Tabelle 74: Durch Landnutzung erklärte Streuung unter Berücksichtigung der Höhenregion. __________________ 173
Tabelle 75: Haupteinflüsse aus der Landnutzung. __________________________________________________________________ 173
Tabelle 76: Anzahl der identifizierten Haupteinflussfaktoren (nur Corine-Landbedeck-ungsanteile) für die
Beurteilungsräume. __________________________________________________________________________________________________ 175
Tabelle 77: Ergebnisse der einfachen Varianzanalyse für die zusammengefassten Beurteilungseinheiten. _____ 178
Tabelle 78: Ergebnisse der einfachen Varianzanalyse für die zusammengefassten Beurteilungseinheiten. _____ 179
Tabelle 79: Ergebnisse der Auswertung der Einflussklassen durch Siedlung, Industrie, Gewerbe, Verkehr,
Deponien, Aufschüttungen usw. ______________________________________________________________________________________ 183
Tabelle 80: Mittlere Sulfat- und Eisengehalte [mg/L] an den Messstellen in Abhängigkeit der Beeinflussung durch
Moore. _________________________________________________________________________________________________________________ 184
Tabelle 81: Zusammenfassung der verfügbaren Größen zur multivariaten Auswertung. ________________________ 186
Tabelle 82: Auswahlschema für die gebräuchlichsten Verfahren zur multivariaten Auswertung von Einflüssen
auf mehrere Zielgrößen. ______________________________________________________________________________________________ 187
Tabelle 83: Übersicht über die ermittelten Hauptkomponenten und die am stärksten von diesen beeinflussten
Parametern für die zusammengefassten Beurteilungsräume. _____________________________________________________ 191
Tabelle 84: Orientierungswerte (OW) nach OGewV. ________________________________________________________________ 200
Tabelle 85: Ermittlung optimaler Klassengrenzen für die Klassifizierung der Analysenwerte aller OWK anhand
der Orientierungswerte (OW) unter Berücksichtigung der Häufigkeitsverteilungen. ____________________________ 201
Tabelle 86: Ergebnisse der Klassifizierung: Eisen-gesamt bezüglich der Orientierungswerte (OW) zur Einstufung
in den guten ökologischen Zustand, nur RC, 2012-2017,
n≥1 (die Prozentangaben
beziehen sich auf die Anzahl
der Oberflächenwasserkörper). ______________________________________________________________________________________ 202
Tabelle 87: Ergebnisse der Klassifizierung: Sulfat bezüglich der Orientierungswerte (OW) zur Einstufung in den
guten ökologischen Zustand, nur RC, 2012-2017,
n≥1 (die Prozentangaben beziehen sich auf die Anzahl der
Oberflächenwasserkörper). __________________________________________________________________________________________ 202
Tabelle 88: Ergebnisse der Klassifizierung: Sulfat bezüglich der Orientierungswerte (OW) zur Einstufung in den
sehr guten ökologischen Zustand, nur RC, 2012-2017, n 2 (die Prozentangaben beziehen sich auf die Anzahl der
Oberflächenwasserkörper). __________________________________________________________________________________________ 203
Tabelle 89
Betrachtungsräume mit Defiziten bezüglich der Anzahl an auswertbaren Analysendaten
(Markierung mit „x“: Datendefizit, Angabe von Mittelwert und Spannbreite nicht oder nur eingeschränkt
möglich)
208
Tabelle 90
Recherchierte und bewertete Beeinflussung der Eisen- und Sulfatgehalte im Grund- und
Oberflächenwasser und deren Berücksichtigung im Rahmen der statistischen Auswertung _____________________ 218
Tabelle 91: Durch Landnutzung erklärte Streuung unter Berücksichtigung der Höhenregion. __________________ 224
Tabelle 92: Haupteinflüsse aus der Landnutzung. __________________________________________________________________ 224

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- ANLAGENVERZEICHNIS -
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VITA-MIN
ANLAGENVERZEICHNIS
Anlage 1
Mittlere Konzentrationen an OW-Messstellen
Anlage 2
Mittlere Konzentrationen an GW-Messstellen
Anlage 3
Wasserkörperbezogene Auswertung
Anlage 4
Karten zu MW
Anlage 5
Einzugsgebietsbezogene Auswertung
Anlage 6
Frachtberechnung in der Karte
Anlage 7
Frachtberechnung im Diagramm
Anlage 8
Ermittlung der Geländehöhe der Messstellen und der Geländeneigung
Anlage 9
Verwendung der Daten Corine Land Cover (CLC)
Anlage 10
Beurteilung der Beeinflussung der Messstellen durch Moore
Anlage 11
Beurteilung der Beeinflussung der Messstellen durch Siedlung, Industrie, Gewerbe,
Verkehr u. a.
Anlage 12
Beurteilung der Beeinflussung der Messstellen durch Bergbau
Anlage 13
Boxplots der Eisen- und Sulfatkonzentrationen in den Beurteilungsräumen
Anlage 14
Auswertung der Wasserbeschaffenheit in den Beurteilungsräumen
Anlage 15
Abschätzung der anthropogenen Konzentrationserhöhung anhand der Differenz zwi-
schen mittlerer Konzentration (A) und weitgehend unbeeinflusster Konzentration (G)
Anlage 16
Analyse des Zusammenhanges zwischen Höhenlage und Konzentration
Anlage 17
Auswertungen zum Einfluss der Landnutzung auf die Konzentration
Anlage 18
Auswertungen zum Einfluss der Landnutzung mit Berücksichtigung der Beurteilungs-
räume
Anlage 19
Auswertung der Beeinflussungsklassen für Bergbau, Siedlung/Industrie und Moore
Anlage 20
Multivariate Datenauswertung mittels Hauptkomponentenanalyse
Anlage 21
Datenrahmen
Anlage 22
Klassifizierung mittl. Konzentrationen in Fließgewässern anhand OW für guten ökolo-
gischen Zustand
Anlage 23
Karte der anthropogenen S336toffeinträge: Sulfat und Eisen gesamt

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- ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS -
Seite | XII
VITA-MIN
ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS
ACP
allgemeine chemisch-physikalische Parameter (ACP)
A
EZG
Fläche Einzugsgebiet
AG
Auftraggeber
AMD
Acid Mine Drainage
BG
Bestimmungsgrenze
BGR
Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe
c
mittlere Stoffkonzentration
CA
Korrespondenzanalyse
CCA
Kanonische Korrespondenzanalyse
CLC
Corine Land Cover
EBG
Eisenbelastungsgebiet
EZG
Einzugsgebiet
FWK
Fließgewässer-Wasserkörper
GIS
Geografisches Informationssystem
GOK
Geländeoberkante
GrwV
Grundwasserverordnung
GWBM
Grundwasserbeobachtungsmessstelle
GWK
Grundwasserkörper
GWL
Grundwasserleiter
GWRL
Grundwasserrichtlinie
HDS
High Density Sludge (Fällungsverfahren)
HLSR
Hochleistungssulfatreduktion
HGW
Hintergrundwert
IAA
Industrielle Absetzanlage
LAWA
Bund/Länder-Arbeitsgemeinschaft Wasser
LEAG
Lausitz Energie Bergbau AG
LfULG
Sächsisches Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
LMBV
Lausitzer und Mitteldeutsche Bergbau-Verwaltungsgesellschaft mbH
M
mittlere Stofffracht
Max
Maximalwert
Med
Median (Zentralwert)
MIBRAG
Mitteldeutsche Braunkohlengesellschaft mbH
Min
Minimalwert

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- ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS -
Seite | XIII
VITA-MIN
MKZ
Messstellenkennziffer
MQ
Mittlerer Durchfluss
Mst.
Messstelle
MW
Mittelwert
n
Anzahl der Stichproben
NF
Nanofiltration
NG
Nachweisgrenze
NSG
Naturschutzgebiet
OGewV
Oberflächengewässerverordnung
OW
Orientierungswert
OWK
Oberflächenwasserkörper
P90
90. Perzentil
PCA
Hauptkomponentenanalyse (Principal Component Analysis)
rAG
regionale Arbeitsgruppe
RAPS
Reducing and Alkalinity Producing Systems
RB
repräsentative Messstelle zur Überwachung der biologischen Qualitätskompo-
nenten nach EG-Wasserrahmenrichtlinie (Bestandteil des Messstellennetzes
Gewässergüte in Sachsen)
RC
repräsentative Messstelle zur Überwachung der chemischen Qualitätskompo-
nenten nach EG-Wasserrahmenrichtlinie (Bestandteil des Messstellennetzes
Gewässergüte in Sachsen)
RDA
Redundanzanalyse
RO
Reverse Osmosis (Umkehrosmose)
SALKA
Sächsisches Altlastenkataster
SAPS
Successive Alkalinity Producing Systems
SIMON
Sächsisches Informationssystem für Moore und organische Nassstandorte
SWK
Standgewässer-Wasserkörper
TrinkwV
Trinkwasserverordnung
UBA
Umweltbundesamt
UQN
Umweltqualitätsnorm
WRRL
Wasserrahmenrichtlinie

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-1 HINTERGRUND UND ZIELSTELLUNG-
Seite | 1
VITA-MIN
1
HINTERGRUND UND ZIELSTELLUNG
Viele Regionen in Sachsen sind stark durch den Bergbau geprägt. Der Chemismus von
Wasserkörpern ist in von Bergbau betroffenen Regionen stark durch die Art des Bergbaus
und durch die Geologie beeinflusst. Zu den Hauptproblemen zählen oft die fortschreitende
Senkung des pH-Wertes und die stoffliche Belastung der Gewässer, u. a. durch Eisen und
Sulfat. Durch das Absenken des Grundwasserspiegels und Freilegen von Gesteinsformatio-
nen gelangt Sauerstoff an die anstehenden Minerale, die hierdurch oxidieren, z.B.:
2 FeS
2
+ 2 H
2
O + 7 O
2
2 FeSO
4
+ 2 H
2
SO
4
(Mobilisierung von Sulfat und Eisen)
Dadurch werden Sulfat und Fe(II)-Ionen gebildet, die durch versickernde Niederschlagswäs-
ser gelöst und in Oberflächen- und Grundwässer ausgetragen werden.
Als wesentliche Belastungsschwerpunkte wurden bereits die Gebiete des aktiven und des
ehemaligen Braunkohlenbergbaus in Sachsen erkannt. Mit dem fortgeschrittenen Grund-
wasserwiederanstieg tritt dort das mit Eisen und Sulfat belastete Grundwasser in das
Oberflächenwasser ein. Negativ wirken sich dabei erhöhte Eisen- und Sulfatgehalte bspw.
auf die Biozönose, die Färbung der Gewässer (Trübung - braune Spree), die Nutzung der
Bergbaufolgeseen als Badegewässer sowie auf die Trinkwassergewinnung aus Uferfiltraten
aus. Infolge der Beeinträchtigung der Gewässerbiozönose kann ein guter ökologischer
Zustand vieler durch den Braunkohlenbergbau betroffener Gewässer nach Wasserrahmen-
richtlinie nicht erreicht werden.
Aufgrund dieser Situation wurden in der Vergangenheit bereits zahlreiche Untersuchungen
und Studien zur Eisen- und Sulfatbelastung im Lausitzer und im Mitteldeutschen Braunkoh-
lerevier durchgeführt. Untersuchungen im Zuständigkeitsbereich der LMBV werden deshalb
in dieser Studie weitestgehend ausgeklammert. Die Untersuchungsergebnisse der durch die
LMBV beauftragten Eisen- und Sulfatstudien
(IWB
2010a, IWB 2010b, IWB 2012, IWB 2013
und IWB 2015) werden zur Einbeziehung in die Abschlussdokumentation recherchiert.
Der Fokus dieses Teilprojektes liegt daher auf der Analyse des anthropogen und natürlich
bedingten Zutrittes von Eisen und Sulfat in die durch Erzbergbau (inkl. Wismut) und
Altbraunkohlenbergbau (außerhalb des Zuständigkeitsbereiches der LMBV) beeinflussten
sächsischen Gewässer. Eine umfassende Literaturstudie fasst die bisher durchgeführten
Arbeiten zusammen, die anschließend hinsichtlich ihrer Aussagegenauigkeit bewertet
werden. Mittels der Auswertung von Oberflächen- und Grundwasserbeschaffenheitsdaten
wird eine Grundlage für die Ermittlung von „Hot-Spot“-Gebieten für den Eintrag von Sulfat
und Eisen in die Gewässer geschaffen. Dabei werden weitere Informationen zum hydrogeo-
chemischen Potenzial genutzt sowie das Fließverhalten zuzüglich der Interaktion von Grund-
und Oberflächenwasser ausgewertet.
Die gewonnenen Ergebnisse bilden dabei die Grundlage für eine zielgerichtete und mengen-
effiziente Anwendung von Maßnahmen. Dafür werden nationale und internationale Reini-
gungsverfahren zur Sulfat- und Eisenabreicherung dargestellt und in Bezug auf die Verhält-
nisse in den Regionen des Erzbergbaus in Sachsen hinsichtlich Anwendbarkeit und Verhält-
nismäßigkeit bewertet.
Die Umsetzung des Vorhabens erfolgt im Rahmen des EU-Projektes Vita-Min, welches sich
mit den bergbaubedingten Gewässerbelastungen und deren Folgen auseinandersetzt.

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-2 GRUNDLAGEN-
Seite | 2
VITA-MIN
2
GRUNDLAGEN
2.1 UNTERSCHEIDUNG ANTHROPOGEN UND NATÜRLICH
BEDINGTER EINTRÄGE
Schadstoffeinträge in Grund- und Oberflächenwasser sind im Allgemeinen anthropogen oder
natürlich bedingt (Abbildung 1).
Bei anthropogen bedingten Einträgen handelt es sich um alle direkt oder indirekt vom
Menschen verursachten Einträge. Hierbei wird zwischen diffusen und punktförmigen
Emissionen unterschieden. Während Punktquellen, wie bspw. Altablagerungen, industrielle
oder kommunale Abwassereinleitungen, direkt erfassbar und einem Einleiter eindeutig
zuzuordnen sind, lassen sich diffuse Einträge nicht direkt vor Ort lokalisieren. Zu den
flächenhaft wirkenden diffusen Quellen gehören hauptsächlich Stoffeinträge aus der
Landwirtschaft (z. B. durch Ausbringen mineralischer Düngemittel oder Pflanzenschutzmit-
tel), aus dem Sanierungsbergbau infolge des Grundwasserwiederanstiegs oder aber durch
atmosphärische Deposition.
Neben anthropogenen Quellen, die in der Regel die Hauptbelastung darstellen, können
Stoffeinträge auch natürlichen geogenen Quellen zugeordnet werden. Emissionen natürli-
chen Ursprungs werden nicht durch den Menschen hervorgerufen, sondern sind lediglich auf
die natürliche Hintergrundbelastung zurückzuführen.
Die jeweiligen natürlich sowie anthropogen bedingten Eintragsquellen von Eisen und Sulfat
in die Fließgewässer Sachsens werden separat in den Abschnitten zur Charakterisierung der
beiden Stoffe aufgeführt (vgl. Kapitel 2.4.1 bzw. 2.5.1).
Abbildung 1: Grundschema anthropogen und natürlich bedingter Schadstoffeinträge in
Grund- und Oberflächenwasser.

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-2 GRUNDLAGEN-
Seite | 3
VITA-MIN
Orientierungswerte:
Schwellenwerte, die diejenigen Parameter-
ausprägungen markieren sollen, die den Übergang vom „guten“
zum „mäßigen“ ökologischen Zustand bzw. Potenzial verursachen
können (LAWA 2015).
2.2 ANFORDERUNGEN DER EU-WASSERRAHMENRICHTLINIE (EU-WRRL) UND
DEREN NATIONALER UMSETZUNG
Die gesetzliche Grundlage für die Wasserqualität in den Ländern der Europäischen Union
bildet die im Jahr 2000 verabschiedete Wasserrahmenrichtlinie (WRRL 2000), die seitdem
ständig fortgeschrieben wurde (WRRL 2006, WRRL 2008, WRRL 2009, WRRL 2013, WRRL
2014). Sie dient der Schaffung eines Ordnungsrahmens für Maßnahmen der Europäischen
Gemeinschaft im Bereich der Wasserpolitik und gibt die Rahmenbedingungen vor, um einen
guten ökologischen und chemischen Zustand aller Gewässer Europas (Flüsse, Seen,
Küstengewässer und Grundwasser) zu erreichen. Die Mitgliedsstaaten sind hierbei die
Verpflichtung eingegangen Oberflächenwasserkörper (OWK) sowie Grundwasserkörper
(GWK) zu schützen, zu verbessern und zu sanieren, um bis 2015 bzw. bei Fristverlängerun-
gen bis 2021 oder 2027 diesen guten Zustand zu erreichen. Der Gewässerzustand wird
durch biologische, hydromorphologische und chemisch-physikalische Qualitätskomponenten
definiert.
Für Eisen und Sulfat gibt es in der EU-WRRL keine Regelungen. Somit existieren für beide
Parameter in Bezug auf Seen und Flüsse keine Umweltqualitätsnormen (UQN).
Für die sächsischen Oberflächengewässer gilt nach Ablösung der SächsWRRLVO (2004) die
Oberflächengewässerverordnung (OGewV) vom 20.06.2016 zur Umsetzung der WRRL. In
der OGewV sind für eine Vielzahl an Parametern UQN zur Beurteilung des ökologischen
Zustands bzw. Potenzials festgelegt. Es werden für Eisen und Sulfat jedoch keine verbindli-
chen Qualitätsnormen angegeben, sondern nur gewässertypspezifische Orientierungswerte
(OW), welche seitens der Bund/Länderarbeitsgemeinschaft Wasser (LAWA) festgelegt
wurden.
Oberflächenwasserkörper stehen gewöhnlich in Wechselwirkung mit Grundwasserkörpern.
Daher können erhöhte Stoffkonzentrationen im Grundwasser Auswirkungen auf das
Oberflächenwasser haben. Die Richtlinie 2006/118/EG zum Schutz des Grundwassers
(GWRL 2006), welche zuletzt durch die Richtlinie 2014/80/EU (GWRL 2014) geändert
wurde, enthält den Parameter Sulfat im Zusammenhang mit der Nutzung des Grundwassers
zur Trinkwassergewinnung („Trinkwassergrenzwert für Indikatorparameter“). Die Umset-
zung der GWRL erfolgt in Sachsen durch die Grundwasserverordnung (GrwV 2010, zuletzt
geändert durch Art. 1 V vom 4.5.2017).
Die national gültigen Orientierungs-, Kenn- und Grenzwerte für Sulfat und Eisen werden
gesondert in den Kapiteln 2.4.3 bzw. 2.5.3 aufgeführt.

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2.3 BEGRIFFSDEFINITION „GEFÄHRDUNG“ IM SINNE DER LAWA
Im Jahr 2007 wurde durch den Ausschuss „Oberirdische Gewässer und Küstengewässer“ der
LAWA das Rahmenkonzept Arbeitspapier II beschlossen (LAWA 2007), welches fließgewäs-
sertypspezifische Hintergrund- und Orientierungswerte für allgemeine chemisch-
physikalische Parameter (ACP) gemäß Anhang V der WRRL (umgesetzt durch Anlage 3
OGewV 2011) beinhaltet.
In diesem Arbeitspapier werden folgende Parameter, denen eine unterstützende Bedeutung
für die Erreichung und Beurteilung des ökologischen Zustandes/Potenzials von Fließgewäs-
sern gemäß WRRL zukommt, betrachtet:
Temperatur und Delta-Temperatur,
Sauerstoffgehalt,
TOC,
BSB
5
,
Chlorid,
pH-Wert,
Gesamtphosphat,
Ortho-Phosphat und
Ammonium.
Zwischen 2012 und 2014 erfolgte im Rahmen des LAWA-Projektes O3.12 „Korrelation
zwischen biologischen Qualitätskomponenten und allgemein chemisch-physikalischen
Parametern“ (Halle & Müller 2014) eine Ableitung von Orientierungswerten (OW) auf der
Basis chemischer und biologischer Monitoringdaten der Bundesländer aus den Jahren 2004
bis 2011. Dabei wurden die ACP um die folgenden Parameter erweitert:
Nitrit-N,
Ammoniak-N,
Eisen und
Sulfat.
Die Ergebnisse dieses Vorhabens wurden in die Neufassung des RaKon-Arbeitspapiers II
vom 09.01.2015 (LAWA 2015) mit einbezogen.
Die im Arbeitspapier festgelegten OW dienen als einheitliche Maßstäbe zur Beurteilung des
Einflusses der ACP auf das Erreichen bzw. Verfehlen des guten ökologischen Zustands bzw.
Potenzials von Fließgewässern. In diesem Zusammenhang kann auch von Gefährdung
gesprochen werden, da bei Überschreitung der typspezifischen OW die Zielvorgaben gemäß
WRRL gefährdet sein können.
In den sich an das LAWA-Projekt O3.12 anschließenden Teilprojekten erfolgten die typspezi-
fische Ableitung von OW speziell für den Parameter Sulfat (Halle & Müller 2015a) sowie
Eisen (Halle & Müller 2015b). Die abgeleiteten OW sowie die Auswirkungen bei Überschrei-
tungen der OW werden gesondert in den Kapiteln 2.4 (Sulfat) und 2.5 (Eisen) aufgeführt.

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2.4 CHARAKTERISIERUNG VON SULFAT
2.4.1
EINTRAGSQUELLEN
Sulfat ist eines der wichtigsten in Gewässern vorkommenden mineralischen Ionen und kann
dort sowohl in natürlich als auch in anthropogen erhöhten Konzentrationen auftreten. Die
natürliche Sulfatkonzentration von Fließgewässern ist in erster Linie auf den geogenen
Hintergrundwert (HGW) des Grundwassers, z. B. bei sulfathaltigen Nebengesteinen,
zurückzuführen.
Des Weiteren wird ein natürlicher Sulfatgehalt in Grund- und Oberflächenwasser durch die
Zersetzung organischen Materials und die atmosphärische Deposition verursacht. Sulfat
kann aber auch aus Abbauprodukten tierischer und pflanzlicher Eiweiße, aus dem Schwefel-
kreislauf der Organismen oder aus der mikrobiellen Oxidation von Sulfiden (z.B. Eisensulfide
wie Pyrit) stammen (Kunkel
et al.
2004).
Natürliche Sulfatkonzentrationen in Fließgewässern liegen meist im Bereich zwischen 10 und
150 mg/L (Merkel & Sperling 1996). In Untersuchungen von Schneider
et al.
(2003) wurden
in Sandsteinlandschaften, silikatischen Grundgebirgen und Mooren Sulfatkonzentrationen bis
50 mg/L nachgewiesen. Dagegen wurden für Zechstein, Muschelkalk, Keuper sowie kalkige
und sandig-tonige Kreide aufgrund des geochemischen Aufbaus Konzentrationen
> 100 mg/L Sulfat ermittelt (Schneider
et al.
2003).
Anthropogen erhöhte Sulfatkonzentrationen im Grund- oder Oberflächenwasser sind auf
diffuse Quellen sowie auf Punktquellen zurückzuführen. Zu den diffusen Sulfatquellen
gehören hauptsächlich die in der Landwirtschaft eingesetzten Düngemittel, worunter
verschiedene Mineraldünger, wie bspw. Superphosphat, Ammoniumsulfat und Kaliumsulfat,
fallen. Aber auch großflächige Moorentwässerungen zur anschließenden landwirtschaftlichen
Nutzung tragen zu einem erhöhten Sulfateintrag in Gewässer bei (Zak
et al.
2009).
Durch verkehrs- oder industriell bedingte, luftgetragene Schwefeldeposition kommt es
ebenfalls zu einem diffusen Eintrag von Sulfat. Damit verbunden geht eine Versauerung von
Böden und Grundwasser durch säurehaltige Niederschläge, dem sogenannten „sauren
Regen“, einher. Dieser Eintragspfad hat sich durch den europaweiten Einsatz von Rauchgas-
entschwefelungsanlagen in den letzten 30 Jahren erheblich reduziert.
Zu charakteristischen Punktquellen von Sulfat zählen u. a. Einleitungen aus industriellen
und kommunalen Abwässern.
Die höchsten anthropogenen Sulfatbelastungen sind in Sachsen heutzutage auf den
Braunkohlenbergbau zurückzuführen. Infolge des Bergbaus werden durch die Auflockerung
des Gesteins schwefelhaltige Mineralien dem Einfluss von Wasser und Luftsauerstoff
ausgesetzt. Dadurch kommt es zu Oxidationsprozessen, in deren Folge Sulfid-Schwefel zu
Sulfat-Schwefel oxidiert wird. Diese Prozesse werden durch schwefeloxidierende Bakterien
stark beschleunigt. Aus dem Sulfidschwefel, z. B. im Pyrit (FeS
2
), und Hydrolyse von
Eisen(III)-Ionen wird Schwefelsäure gebildet, was zur Versauerung der Wässer führt (Acid
Mine Drainage, AMD). Parallel werden durch die gebildete Schwefelsäure verschiedene
Metalle aus dem Gestein herausgelöst, mit der Folge von weiteren Schadstoffbelastungen in
Grund- und Oberflächenwässern.

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Relevante Eintragsquellen der Sulfatbelastung in Fließgewässer aufgrund des Bergbaus
sind:
Grubenwasserreinigungsanlagen,
Ausleitungen aus Bergbaufolgeseen,
Abflüsse aus Entwässerungsstollen stillgelegter Bergwerke,
diverse Entwässerungsgräben und
diffuse Grundwasserzutritte.
2.4.2
AUSWERTUNG WEITERER CHEMISCHER PARAMETER
Sulfat ist ein konservativer Wasserinhaltsstoff, d. h. es erfolgt praktisch kein Abbau in den
Fließgewässern. Verringerungen der Konzentration erfolgen durch Verdünnung, durch
Versickerung in das Grundwasser (z.B. oberer Spreewald), durch Wasserüberleitungen von
Teilströmen in andere Flussgebiete (z.B. Rothschönberger Stolln von Freiberger Mulde in die
Triebisch/Elbe) und in geringem Maße durch Sulfatreduktion mit anschließender Eisensulfid-
fällung in Gewässersedimenten.
Eine Fällung als schwerlösliches Sulfat, insbesondere als Gips (CaSO
4
2H
2
O), ist nur bei
sehr hohen Konzentrationen möglich. Die Löslichkeit von CaSO
4
liegt bei ca. 2 g/L. Dies
entspricht einer Sulfatkonzentration von 1.400 mg/L. Dieser Sulfatgehalt muss in einem
Wasser überschritten sein, damit bei Anwesenheit entsprechender Ca-Konzentrationen
CaSO
4
2H
2
O ausfällt, was in Oberflächenwässern fast nie realisiert wird. Durch die
Anwesenheit anderer Kationen (wie z. B. Na
+
und Mg
2+
) wird die Löslichkeit von Calciumsul-
fat erhöht und damit die Ausfällung von Gips erschwert.
Zur Auswertung der Daten für Sulfat sind weitere Parameter heranzuziehen, welche in
Tabelle 1 aufgelistet sind.
Tabelle 1: Zusätzliche chemische Parameter für die Bewertung von Sulfatdaten in Wasser-
körpern.
Parameter
Bemerkungen
elektrische Leitfähigkeit (Lf)
Beurteilung der Salzfracht
Calcium (Ca)
Beurteilung der Löslichkeitsverhältnisse
(Fällung von CaSO
4
)
Stickstoffverbindungen
(Gesamt-N, N-NO
3
, N-NO
2)
Indikator für Einfluss Landwirtschaft
Phosphorverbindungen
(Gesamt-P, PO
4
3-
)
Indikator für Einfluss Landwirtschaft
Schwefelverbindungen
(Gesamt-S, S
2-
)
Indikator für Sulfatreduktion
(stark reduzierende Verhältnisse)

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Hintergrundwerte:
Schwellenwerte, die diejenigen Parameter-
ausprägungen markieren sollen, die den Übergang vom „sehr
guten“ zum „guten“ ökologischen Zustand bzw. Potenzial verursa-
chen können (LAWA 2015).
2.4.3
NATIONALE KENN-, GRENZ- UND ORIENTIERUNGSWERTE FÜR SULFAT
Für Oberflächengewässer finden sich entsprechend der EU-WRRL, wie bereits erwähnt,
keine rechtsverbindlichen Grenzwerte für Sulfat. Nach der aktuell gültigen OGewV 2016 sind
bei der Bewertung der biologischen Qualitätskomponenten jedoch Schwellenwerte in Form
von Hintergrund- und Orientierungswerten für Sulfat heranzuziehen. Diese wurden im
Rahmen der Erstellung des RaKon-Arbeitspapiers II durch die LAWA erarbeitet. Die Diffe-
renzierung dieser Schwellenwerte basiert auf den verschiedenen in Deutschland vorkom-
menden Fließgewässertypen.
Gemäß dem LAWA RaKon-Arbeitspapier II existiert für alle im Bundesland Sachsen auftre-
tenden Fließgewässertypen ein HGW für Sulfat von 25 mg/L (LAWA 2015, Tabelle 2). Dieser
Wert ist für Fließgewässer mit natürlicherweise geogen erhöhten Sulfatkonzentrationen
jedoch nicht gültig. Die jeweiligen OW für Sulfat sind ebenfalls in Tabelle 2 dargestellt.
Tabelle 2: Hintergrundwerte (HGW) und Orientierungswerte (OW) für Sulfat in Bezug auf
die Fließgewässertypen in Sachsen (Auszug aus: LAWA 2015).
Fließgewässertypgruppen
LAWA-
Fließgewässertypen
HGW für SO
4
[mg/L]
P90
OW für SO
4
[mg/L]
MW/Jahr
silikatische und karbonatische
Bäche des Mittelgebirges
5 / 5.1 (silikatisch)
≤ 25
75
6 / 7 / 19 (karb.)
≤ 25
220
kleine bis mittelgroße silikatische
Flüsse des Mittelgebirges
9
≤ 25
75
große Flüsse und Ströme des
Mittelgebirges
9.2 / 10
≤ 25
220
organische Bäche und Flüsse des
Mittelgebirges
11 (basenarm)
≤ 25
75
11 (basenreich)
≤ 25
220
silikatische und karbonatische
Bäche des norddeutschen
Tieflandes
14 / 16 (silikatisch)
≤ 25
140
14 / 16 (karb.) / 18 / 19
≤ 25
200
kleine bis mittelgroße silikatische
und karbonatische Flüsse des
norddeutschen Tieflandes
15 / 17
≤ 25
200
große Flüsse und Ströme des
norddeutschen Tieflandes
15_g / 20
≤ 25
200
organische Bäche und Flüsse des
norddeutschen Tieflandes
11 (basenarm)
≤ 25
75
11 (basenreich)
≤ 25
140

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Seitens der LAWA wurde für silikatische Gewässertypen des Mittelgebirges ein OW in Höhe
von 75 mg/L und für karbonatische Gewässertypen in Höhe von 220 mg/L festgelegt. Die
erwartete höhere Empfindlichkeit silikatischer Gewässertypen gegenüber Sulfat konnte
durch Studien bestätigt werden (Halle & Müller 2015a, Koenzen
et al.
2016).
Im Tiefland wurde für die meisten Fließgewässertypen ein OW von 200 mg/L festgelegt. Für
silikatische und organische Fließgewässertypen spiegelt sich die größere Empfindlichkeit in
einem OW von 140 mg/L wider. Für basenarme organische Gewässer wurde der für Mittel-
gebirge abgeleitete Wert von 75 mg/L übernommen. Naturgemäß kann ein OW für Sulfat
bei erhöhten Sulfatkonzentrationen jedoch nur dann angewandt werden, wenn diese
anthropogen bedingt sind.
Für Sulfat betragen der Schwellenwert in der Grundwasserverordnung (GrwV 2010) sowie
der Grenzwert in der Trinkwasserverordnung (TrinkwV 2001, zuletzt geändert durch BGBl.
2018 I S. 99) jeweils 250 mg/L.
2.4.4
AUSWIRKUNGEN ERHÖHTER SULFATKONZENTRATIONEN
In den Methoden der „Biologischen Wasseruntersuchung 2“ (Tümpling & Friedrich 1999)
wird unter Salzgehalt die Summe aller gelösten Ionen des Na
+
, K
+
, Mg
2+
, Ca
2+
, Cl
-
, SO
42-
,
HCO
3
-
und CO
32-
verstanden. Sulfat ist bei natürlichen gewässertypspezifischen Konzentrati-
onen kein Schadstoff, sondern ein Ion mit essentieller Bedeutung für aquatische Lebewesen.
Die biologische Indikation der durch den Salzgehalt hervorgerufenen ökologischen Bedin-
gungen beruht auf der "biologischen Wirkung des Salzgehaltes". Diese ergibt sich aus dem
Zusammenwirken unterschiedlicher Ionenkombinationen (Ionenwirkung) und der Gesamt-
konzentration mit ihrer osmotischen Wirkung (Osmoregulation) (Ziemann 1971). Sulfat
spielt daher als Komponente der Salzbelastung eine wichtige Rolle.
Die meisten aquatischen Organismen sind an einen bestimmten Salzgehalt im Wasser
angepasst und haben unterschiedliche Mechanismen entwickelt, auf Veränderungen der
Salzbelastung zu reagieren (Haupttypen z.B. Osmokonformer oder Osmoregulierer). Daher
unterscheidet sich die Toleranz einzelner Arten gegenüber Sulfat sehr. Eine Verallgemeine-
rung kann hier nicht getroffen werden, allerdings steigt mit zunehmender Wasserhärte die
Toleranz gegenüber Sulfat (LAWA 2015). Eine Wechselwirkung mit Chlorid wird ebenfalls
diskutiert (Koenzen
et al.
2016). Daher sollten für optimale Ionen- und Osmoregulation die
absoluten Konzentrationen und die relativen Konzentrationsverhältnisse der Ionen zueinan-
der nahe den natürlichen Bedingungen liegen. Organismen, welche silikatische Gewässerty-
pen bevorzugen, besitzen eine geringere Regulationsfähigkeit als Organismen, welche
karbonatische Gewässertypen bevorzugen. In silikatischen Gewässertypen kann daher eine
auf zusätzliche Ionenbelastungen empfindlicher reagierende Biozönose erwartet werden
(Koenzen
et al.
2016). Das RaKon-Arbeitspapier II (LAWA 2015) bezieht sich daher bei der
Ableitung von Orientierungswerten für Sulfat und Chlorid in Fließgewässern konsequent auf
die unterschiedlichen Fließgewässertypen (Kapitel 2.4.3).
Neben der Wirkung des Sulfats als Komponente der Salzbelastung sind weitere gewässer-
ökologische Effekte erhöhter Sulfatkonzentrationen zu nennen (siehe auch Kleeberg
et al.
2014). Schon seit Mitte des 20. Jahrhunderts ist bekannt, dass Sulfat zu einer verstärkten
Phosphor-Freisetzung und dadurch zu einer Re-Eutrophierung von Gewässern beiträgt (Ohle
1938). Hierfür werden reduktive Prozesse an der Sediment/Wasser-Kontaktzone verant-

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wortlich gemacht, in der es durch Eisen- und Sulfatreduktion zur Freisetzung von an
Eisenhydroxid gebundenem Phosphor kommt (Zak
et al.
2006). Der jahrzehntelange Eintrag
von Phosphor in die Gewässer ist dabei hauptsächlich auf phosphathaltige Waschmittel und
Düngerausträge aus der Landwirtschaft zurückzuführen.
Zudem können Makrophyten, Makrozoobenthos und Fische durch giftigen Schwefelwasser-
stoff beeinträchtigt werden, welcher sich beim Prozess der Sulfatreduktion in Gewässer-
sedimenten bildet (Vehanen
et al
. 2012, Lamers
et al
. 2013). Außerdem wurde in Tiefland-
flüssen Deutschlands mit Sulfatkonzentrationen > 200 mg/L eine negative Beeinflussung
der Zusammensetzung des Makrozoobenthos beobachtet (Halle & Müller 2015a).
Ferner haben anhaltend hohe Sulfatkonzentrationen gebietsabhängig direkte Konsequenzen
auf die Trinkwasserversorgung. So haben bspw. die Städte Berlin und Frankfurt/Oder
Probleme den Sulfat-Grenzwert von 250 mg/L gemäß TrinkwV (2001) einzuhalten. Erhöhte
Sulfatkonzentrationen verändern zudem den Geschmack des Trinkwassers (NLWKN 2001).
Jedoch existieren kaum Studien darüber, wie sich hohe Sulfatkonzentrationen oberhalb des
Trinkwassergrenzwertes auf die menschliche Gesundheit auswirken. Sulfatkonzentrationen
> 600 mg/L sollen zu Verdauungsstörungen (Gastroenteritis, Durchfall) führen, wovon
besonders Kinder betroffen seien (Backer 2000).
Des Weiteren können Schäden an der Infrastruktur durch Eindringen von sulfathaltigem
Wasser entstehen. Sulfat bildet zusammen mit Bestandteilen des Betons großvolumige
kristalline Verbindungen, welche das Betongefüge beeinträchtigen (Locher 1967). Dieses
Phänomen ist als „Zementbazillus“ bzw. Ettringit bekannt, deren Folgen mit Frostschäden zu
vergleichen sind (Gelbrecht
et al.
2016). Sulfat ist deshalb eine Komponente, die nach
DIN 4030 zur Beurteilung der Betonaggressivität von Wässern herangezogen wird. Hinsicht-
lich ihres chemischen Angriffes auf Beton werden sulfathaltige Wässer in folgende Klassen
eingeteilt:
Tabelle 3: Expositionsklassen bei chemischem Angriff erhöhter Sulfatgehalte auf Beton.
Sulfatkonzentration
Expositionsklasse
200 - 600 mg/L
schwach angreifend
600 - 3.000 mg/L
mäßig angreifend
3 - 6 g/L
stark angreifend
Neben dem Sulfatgehalt müssen nach DIN 4030 weitere Parameter (z.B. pH-Wert und
gelöstes CO
2
) für den chemischen Angriff auf Beton berücksichtigt werden.
2.5 CHARAKTERISIERUNG VON EISEN
2.5.1
EINTRAGSQUELLEN
Eisen ist ein ubiquitärer Bestandteil der Erdkruste. Der größte Teil ist in Mineralen fest
gebunden und somit zunächst immobil. Erst bei chemischen Verwitterungsprozessen von
eisenhaltigen Sulfiden und Silikaten wird das Eisen-gelöst und freigesetzt. Geogene Stoff-
einträge in Fließgewässer lassen sich für Eisen insbesondere in Gebieten mit Vorkommen

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von Eisensulfid führenden magmatischen und metamorphen Gesteinen nachweisen. Des
Weiteren sind geogene Stoffeinträge von Eisen aus sulfidhaltigen, Kohle und Tone führen-
den sedimentären Gesteinen zu erwarten, insbesondere wenn diese eine geringe Pufferka-
pazität aufweisen.
In Fließgewässern treten natürlicherweise Eisenkonzentrationen von 0,5 bis 1 mg/L auf
(Hamburg 1997, Lenntech 2015). Das Eisen in oberirdischen Gewässern ist im Wasser
naturgemäß kaum gelöst. Es liegt vielmehr in Form organischer Eisenkomplexe und
feindisperser Eisenoxide/-hydroxide vor. Das Gewässersediment ist, ähnlich wie der Boden,
durch höhere Eisengehalte charakterisiert. An der Sediment/Wasser-Kontaktzone kommt
das Eisen sowohl in der zwei- als auch in der dreiwertigen Form vor. Zurückzuführen ist
dieses Phänomen auf einen ständigen Wechsel zwischen Reduktions- und Auflösungsprozes-
sen einerseits und Fällungsprozessen andererseits, was den Übergang des Eisens von der
einen zur anderen Oxidationsstufe bedingt. Das Gleichgewicht ist abhängig vom Redoxpo-
tenzial, welches wiederum durch die oxidierbaren organischen Stoffe und den Sauerstoff-
gehalt im Gewässer beeinflusst wird.
Im Grundwasser kann das Eisen je nach Standortbedingungen und anthropogenen Vorbe-
lastungen in einem sehr großen Schwankungsbereich auftreten, mit Werten von < 0,1 mg/L
in unbelasteten Gebieten bis zu Werten > 100 mg/L in vom Bergbau beeinflussten Gebieten.
Dabei liegt das Eisen im (anaeroben) Grundwasser in der zweiwertigen Form vor (Fe
2+
),
welche unter diesen Bedingungen die stabile Existenzform des Eisens ist.
Einen anschaulichen Überblick über die wesentlichen Stoffwandlungsprozesse des Eisens in
Oberflächengewässern und deren Sedimenten gibt Abbildung 2.
Abbildung 2: Schematische Darstellung physikalischer, chemischer und biologischer Stoff-
wandlungsprozesse des Eisens in Oberflächengewässern (blau) und deren Sedimenten
(grau) (aus Kruspe
et al.
2014).

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Tritt Eisen(II)-haltiges Grundwasser in ein Oberflächengewässer über und erhält dadurch
Kontakt zu Sauerstoff, setzt eine Oxidation des Eisens ein. In der weiteren Abfolge führt
dies zur Ausfällung von gelartigem Eisenhydroxid, welches zunächst als Trübung in Erschei-
nung tritt und sich auf festen Oberflächen im Gewässer als brauner Überzug (Eisenocker)
niederschlägt. Für Details zur Hydrochemie des Eisens im Grund- und Oberflächenwasser ist
auf die Studie von Kruspe
et al.
(2014) zu verweisen.
Der Eintrag von Eisen in Oberflächengewässer ist hauptsächlich auf bergbauliche Aktivität
(v. a. Braunkohlentagebau) zurückzuführen. Jahrzehntelang wurde zur Braunkohlengewin-
nung der Grundwasserspiegel abgesenkt, wobei es zur Belüftung und folglich zur Verwitte-
rung von Eisendisulfidmineralen (Pyrit und Markasit, FeS
2
) kam. Bei diesem geochemischen
Prozess, allgemein als Pyritverwitterung bezeichnet, wird neben Sulfat und Wasserstoff auch
Eisen freigesetzt. Mit dem seit der Schließung vieler Braunkohlentagebaue ab 1990 begon-
nenen Sanierungsbergbau geht ein fortschreitender Grundwasserwiederanstieg einher,
wodurch eine verstärkte Exfiltration von saurem, eisenreichem Grundwasser in die Oberflä-
chengewässer erfolgt.
Neben der diffusen Einleitung von eisenhaltigem Grundwasser infolge der Bergbausanie-
rung, kann der Eiseneintrag in Fließgewässer auch punktuell erfolgen. Zu bedeutenden
Punktquellen zählen ungereinigte Sümpfungswässer, wobei es sich um Grundwasserhebun-
gen im Anstrombereich von aktiven aber auch zum Teil bereits eingestellten Tagebauen
handelt. Diese Einleitungen finden mehr oder weniger kontinuierlich statt, wodurch in den
Fließgewässern schwankende Eisenkonzentrationen auftreten können.
Im Vergleich zum Braunkohlenbergbau spielt der Eintrag von Eisen aus dem sächsischen
(Alt)erzbergbau eine deutlich geringere Rolle. Zwar treten in vielen Abflüssen aus alten
Wasserlösestolln gegenüber der natürlichen Hintergrundkonzentration auch erhöhte
Eisengehalte auf (vgl. Abschnitt 3.3.1.2, Tabelle 13), aber mit deutlich geringeren Werten
als im Braunkohlenbergbau. Außerdem sind die abfließenden Wassermengen oft geringer,
so dass die Auswirkungen auf die OWK entsprechend moderat sind.
2.5.2
AUSWERTUNG WEITERER CHEMISCHER PARAMETER
Eisen ist im Gegensatz zu Sulfat ein sehr reaktiver Wasserinhaltsstoff. Abhängig von den
Redoxverhältnissen kann Eisen zwei- oder dreiwertig vorliegen und dadurch in Abhängigkeit
von den Milieubedingungen seine Wertigkeit und sein chemisches Verhalten ändern.
Neben der variablen Wertigkeit des Eisens sind auch die Löslichkeitsverhältnisse sehr
unterschiedlich. Zweiwertiges Eisen bildet unter stark reduzierenden Bedingungen in
Gegenwart von Sulfidschwefel leicht Eisen(II)-sulfid. Dreiwertiges Eisen bildet schwerlösli-
che Eisenoxidhydroxide. Einen Überblick gibt Tabelle 4.

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Tabelle 4: Überblick über die Löslichkeit der Eisenverbindungen in Abhängigkeit der pH-
und Redox-Bedingungen.
Redox-
bedingungen
pH-Bedingungen
stark sauer
(pH 1-3)
schwach sauer
(pH 3-6)
neutral
(pH 6-8)
schwach
basisch
(pH 8-11)
reduzierend
löslich
löslich
schwer löslich
(Fe(OH)
2
)
schwer löslich
(Fe(OH)
2
)
reduzierend,
Anwesenheit von
Sulfidschwefel
löslich
schwer löslich
(FeS)
schwer löslich
(FeS)
schwer löslich
(FeS)
oxidierend
löslich
schwer löslich
(Fe(OH)
3
)
schwer löslich
(Fe(OH)
3
)
schwer löslich
(Fe(OH)
3
)
Zur Auswertung des Datenbestandes für Eisen sind weitere Parameter heranzuziehen,
welche in Tabelle 5 aufgelistet sind. Zu den wichtigsten Parametern, die neben Eisen
mitbetrachtet werden müssen, gehören die Wassertemperatur,
der pH-Wert (Einfluss auf
die Oxidationsgeschwindigkeit von Fe(II) zu Fe(III)), der gelöste Sauerstoff sowie das
Redoxpotenzial.
Tabelle 5: Wesentliche chemische Parameter für die Auswertung von Eisendaten.
Parameter
Bemerkungen
Wassertemperatur (T)
Oxidationsgeschwindigkeit (Fe(II)/Fe(III))
pH-Wert
Oxidationsgeschwindigkeit (Fe(II)/Fe(III)) und
Beurteilung der Löslichkeitsverhältnisse
Eisen
(Gesamt-Fe, Fe(II), Fe(III))
Beurteilung der Bindungsform
Redoxpotenzial (Eh)
Beurteilung der Redoxverhältnisse (Fe(II)/Fe(III))
Sauerstoffgehalt (O
2
)
Indikator für Bindungsform
Schwefelverbindungen
(Gesamt-S, S
2-
)
Beurteilung der Löslichkeitsverhältnisse
Stickstoffverbindungen (N-NH
4
)
Indikator für reduzierende Verhältnisse
Metalle und Halbmetalle
(Zn, Cd, Mn, As, Cr, Hg, Pb, Ni)
Indikator für Bergbaueinfluss
In Abbildung 3 sind die verschiedenen Spezies von Eisen in Bezug auf den pH-Wert und das
Redoxpotenzial (Eh-Wert) schematisch dargestellt. Dem Phasendiagramm ist zu entneh-
men, dass das leicht lösliche Eisen(II) nur unter schwach oxidierenden bzw. reduzierenden
Bedingungen und niedrigen pH-Werten vorkommt.

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Abbildung 3: Phasendiagramm der festen Eisenverbindungen in bergbaulich beeinflussten
Wässern (aus Laukenmann 2002, nach Brookins 1988).
Lösliches Eisen(III) in Form von Fe
3+
-Ionen existiert nur bei niedrigem pH (<3,5) unter
oxidierenden Bedingungen.
2.5.3
NATIONALE KENN-, GRENZ- UND ORIENTIERUNGSWERTE FÜR EISEN
Ebenso wie für Sulfat sind für Eisen in der EU-WRRL keine rechtsverbindlichen Grenzwerte
vorhanden, sondern nur gewässertypspezifische Orientierungswerte (OW), welche seitens
der LAWA festgelegt wurden. Für die Fließgewässertypgruppen im Mittelgebirge beträgt der
OW für Gesamteisen 0,7 mg/L und für die Tieflandgewässer 1,8 mg/L. Es ist jedoch kein
Hintergrundwert als Anzeige für einen „sehr guten Zustand“ für Eisen festgelegt.
Die im RaKon-Arbeitspapier II (LAWA 2015) festgelegten OW für Eisen, bezogen auf die
unterschiedlichen Fließgewässertypen in Sachsen, sind in Tabelle 6 zusammenfassend dar-
gestellt.
Für Gesamteisen wird in der TrinkwV 2001 (zuletzt geändert durch BGBl. 2018 I S. 99) ein
Grenzwert von 0,2 mg/L angegeben. In der GrwV 2010 (zuletzt geändert durch Art. 1 V v.
4.5.2017) existieren keine Regelungen für Eisen.

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Tabelle 6: Orientierungswerte für Eisen in Bezug auf die Fließgewässertypen in Sachsen
(Auszug aus: LAWA 2015).
Fließgewässertypgruppen
LAWA-
Fließgewässertypen
Fe
[mg/L]
MW/Jahr
silikatische und karbonatische Bäche des
Mittelgebirges
5 / 5.1
0,7
6 / 7 / 19
0,7
kleine bis mittelgroße silikatische Flüsse des
Mittelgebirges
9
0,7
große Flüsse und Ströme des Mittelgebirges
9.2 / 10
0,7
organische Bäche und Flüsse des Mittelgebirges
11 (basenarm)
0,7
11 (basenreich)
0,7
silikatische und karbonatische Bäche des
norddeutschen Tieflandes
14 / 16 (silikatisch)
1,8
14 / 16 (karbonatisch) /
18 / 19
1,8
kleine bis mittelgroße silikatische und karbona-
tische Flüsse des norddeutschen Tieflandes
15 / 17
1,8
große Flüsse und Ströme des norddeutschen
Tieflandes
15_g / 20
1,8
organische Bäche und Flüsse des norddeutschen
Tieflandes
11 (basenarm)
1,8
11 (basenreich)
1,8
2.5.4
AUSWIRKUNGEN ERHÖHTER EISENKONZENTRATION
Da Eisen ein essentielles Spurenelement für Pflanzen und Tiere ist, tolerieren und regulieren
Fließgewässerorganismen erhöhte Eisengehalte bis zu einem bestimmten Niveau. Bei
Überschreitung des Toleranzbereiches können zu hohe Eisenkonzentrationen aquatische
Biozönosen direkt bzw. indirekt schädigen. Eisenionen wirken auf viele Organismen (speziell
auf Fische) direkt toxisch, was hauptsächlich zu Zellschädigungen führt (MEPBC 2008).
Aber auch auf indirektem Weg können hohe Eisenkonzentrationen den Zustand von Fließ-
gewässern beeinflussen. So wirkt sich die Oxidation des zweiwertigen Eisens zunehmend auf
die Wasserbeschaffenheit der Fließgewässer aus, wobei es aufgrund des ausgefällten
Eisen(III)hydroxids zu einer sichtbaren Braunfärbung und zur anschließenden Ablagerung
von Eisenhydroxidschlämmen im Gewässer kommt. Neben der optischen Beeinträchtigung
sind negative Auswirkungen auf die Lebensbedingungen und den Lebensraum von Wasser-
organismen sowie auf die Morphologie des Fließgewässers zu erwarten.
Die Gewässerbiozönose kann u. a. auf folgende Weise negativ beeinflusst werden:
Beeinträchtigung der Atmung von Wasserorganismen durch Eisenniederschläge auf
Atmungsorganen und durch Oxidation von Eisen(II) zu Eisen(III),
Sauerstoffzehrung durch die Oxidation von Eisen(II) zu Eisen(III)
Reduzierung der Pufferkapazität,
Beeinträchtigung der Nahrungsaufnahme,
Beeinträchtigung des Lebensraums durch von Eisenocker überzogenen Oberflächen,

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-2 GRUNDLAGEN-
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VITA-MIN
Beeinträchtigung des Phosphorhaushalts von Gewässern (ortho-Phosphat als relevan-
ter Pflanzennährstoff wird adsorbiert bzw. ausgefällt, was zur Veränderung trophischer
Bedingungen führen kann).
Eine signifikante Folge dieser Beeinflussungen ist eine abnehmende Abundanz und Arten-
vielfalt von Makrozoobenthos, Phytobenthos und Fischen (Halle & Müller 2015b, LAWA
2015).
Weitere Ausführungen zu den Auswirkungen erhöhter Eisenkonzentrationen auf aquatische
Organismen sind Kruspe
et al
. (2014) bzw. Halle & Müller (2015b) zu entnehmen.
2.6 BERGBAU ALS EINTRAGSPFAD
Stoffausträge aus dem Bergbau rühren hauptsächlich von der Oxidation von Sulfiden her,
vor allem wenn diese durch Bergbauaktivitäten der Einwirkung von Luft und Wasser
zugänglich werden. Diese können entweder angereichert in einer Erzlagerstätte oder dispers
im Nebengestein vorkommen. Letzteres betrifft z. B. Pyrit im Deckgebirge des Braunkohlen-
bergbaus oder feindisperse Sulfide in Gesteinen. Des Weiteren enthalten die Sulfide
Nebenkomponenten, die zu einem Schwermetallaustrag beitragen können.
Unter atmosphärischen Bedingungen sind die Sulfide nicht stabil, werden oxidiert und
mobilisieren Sulfat und Eisen sowie weitere Metalle. Die wichtigsten Prozesse sind dabei:
ZnS + 2 O
2
ZnSO
4
(Mobilisierung von Sulfat und Zink)
CdS + 2 O
2
CdSO
4
(Mobilisierung von Sulfat und Cadmium)
2 FeS
2
+ 2 H
2
O + 7 O
2
2 FeSO
4
+ 2 H
2
SO
4
(Mobilisierung von Sulfat und Eisen)
2 FeAsS + 2 H
2
O + 7 O
2
2 FeAsO
4
+ 2 H
2
SO
4
(Mobilisierung von Sulfat und Eisen)
Die letzten beiden Reaktionen verlaufen unter primärer Säurebildung. Des Weiteren bewirkt
die Oxidation und anschließende Hydrolyse der Fe(III)-Verbindungen zusätzliche Säurefrei-
setzung unter Abscheidung schwer löslicher Eisenverbindungen:
2 FeSO
4
+ 0,5 O
2
+ H
2
SO
4
Fe
2
(SO
4
)
3
+ H
2
O
(Oxidation von Fe(II) zu Fe(III))
Fe
2
(SO
4
)
3
+ 3 H
2
O
2 Fe(OOH) + 3 H
2
SO
4
(Immobilisierung von Eisen)
Diese Prozesse führen zur Entstehung der typisch sauren sulfat- und eisenhaltigen Sicker-
und Grubenwässer (acid mine drainage, AMD). In der Folge können die sauren Wässer
weitere geochemische Prozesse induzieren, z. B. die Mobilisierung von Aluminium aus
Feldspat oder Eisen aus Glimmern.
Sowohl die Sulfidoxidation als auch die Oxidation von Fe(II) zu Fe(III) werden durch
Mikroben (z.B.
Thiobacillus ferrooxidans
) extrem, bis zum Mehrtausendfachen, beschleunigt.
Voraussetzung ist die Anwesenheit von Sauerstoff und Wasser.

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-2 GRUNDLAGEN-
Seite | 16
VITA-MIN
Die Ergebnisse einer detaillierten Datenrecherche des durch den Bergbau (Altbergbau,
aktiver und zukünftiger Bergbau) bedingten Eisen- und Sulfatzutrittes in Fließgewässer
finden sich in Abschnitt 3. Die statistische Auswertung der vorhandenen Daten zur Eisen-
und Sulfatbelastung im Oberflächen- und Grundwasser wurde in Abschnitt 4 vorgenommen.

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-3 VORARBEITEN - DATENRECHERCHE, ABGRENZUNG UND EINTEILUNG DER UNTERSUCHUNGSGEBIETE-
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VITA-MIN
3
VORARBEITEN - DATENRECHERCHE, ABGRENZUNG UND EINTEI-
LUNG DER UNTERSUCHUNGSGEBIETE
3.1 UNTERSUCHUNGSGEBIET
Das Untersuchungsgebiet erstreckt sich auf die Wasserkörper im Freistaat Sachsen. Die
Bearbeitungskulisse sind auftragsgemäß die vom Erzbergbau beeinträchtigten Gebiete (inkl.
Wismut-Standorte) und die Gebiete mit Altbraunkohlenbergbau (außerhalb des Zuständig-
keitsbereiches der LMBV). Die Bereiche mit aktivem Braunkohlenbergbau und dem Zustän-
digkeitsbereich der LMBV werden nicht betrachtet. Da diese Bereiche jedoch Auswirkungen
über ihre Gebietsgrenzen hinaus haben, müssen sie an den Schnittstellen zur Bearbeitungs-
kulisse dieser Studie im notwendigen Umfang in die Betrachtungen einbezogen werden.
3.1.1
OBERFLÄCHENWASSERKÖRPER
Sachsen ist in 721 Oberflächenwasserkörper (646 von denen im Zuständigkeitsbereich des
Freistaates Sachsen) untergliedert. Von den 646 OWK sind 616 Fließgewässer-Wasserkörper
(FWK) und 30 Standgewässer-Wasserkörper (SWK). Auftragsgemäß umfasst die Bearbei-
tungskulisse die von Erzbergbau beeinträchtigten Gebiete und die Gebiete mit Altbraunkoh-
lenbergbau (außerhalb des Zuständigkeitsbereiches der LMBV). Die Bereiche mit aktivem
Braunkohlenbergbau und der Zuständigkeitsbereich der LMBV werden ausgespart
(Abbildung 4, Tabelle 7). Abweichend davon wurden die beiden im LMBV-Gebiet liegenden
ehemaligen Braunkohlenbergbaugebiete im Bereich vom
Berzdorfer See und
Olbersdorfer See
in die Betrachtungen einbezogen.
Das Lausitzer Braunkohlenrevier grenzt direkt an das Land Brandenburg. Die Fließrichtung
von Oberflächenwasser ist nach Norden gerichtet. Daher hat dieses Gebiet keinen Einfluss
auf die Wässer der südlich angrenzenden Gebiete.
Abzüglich der 52 OWK, welche Gebiete mit Altbraunkohlenbergbau in der Zuständigkeit der
LMBV bzw. Gebiete mit aktivem Braunkohlenbergbau in der Zuständigkeit der LEAG bzw.
MIBRAG aufweisen, werden im Rahmen dieser Studie 669 OWK einer intensiveren Betrach-
tung unterzogen.

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-3 VORARBEITEN - DATENRECHERCHE, ABGRENZUNG UND EINTEILUNG DER UNTERSUCHUNGSGEBIETE-
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VITA-MIN
Abbildung 4: Oberflächenwasserkörper (OWK) in Sachsen sowie ausgewiesene OWK mit
Bereichen in Zuständigkeit der LMBV und aktivem Braunkohlenbergbau.
Tabelle 7: OWK mit aktivem Braunkohlenbergbau und Objekten im Zuständigkeitsbereich
der LMBV.
Nordsachsen
Lausitz
OWK
Objekte
OWK
Objekte
DESN_046
Speicher Borna
DEBB538166_616
See Knappenrode,
Spreetaler See,
Blunoer See, Partwit-
zer See u.a., Tagebau
Welzow
DESN_053
Speicher Witznitz
DEBB53818_256
Heide See
DESN_055
Stausee Rötha
DEBB800015381723 Senftenberger See
DESN_5496-2
Werbeliner See
DESN_002
Halbendorfer See
DESN_5496-3
Werbeliner See N
DESN_023
Knappensee
DESN_5496-4
Seelhausener See
DESN_048
Dreiweibernsee
DESN_54962
Schladitzer See
DESN_050
Silbersee
DESN_549718-1
Werbeliner See W
DESN_051
Mortkasee
DESN_566-8
Zwenkauer See W
DESN_538-3
Wittichenau
DESN_566-9
Cospudener See W
DESN_538-4
Erikasee, N-Teil
DESN_56658-1
Tgb. Schleenhain
DESN_538134
Clara See
DESN_566592
Werbener See
DESN_53814-3
Knappensee

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-3 VORARBEITEN - DATENRECHERCHE, ABGRENZUNG UND EINTEILUNG DER UNTERSUCHUNGSGEBIETE-
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VITA-MIN
Nordsachsen
Lausitz
OWK
Objekte
OWK
Objekte
DESN_5666-4a
Tgb. Schleenhain SO DESN_538154
Erikasee, Lugteich
DESN_5666-4b
Tgb. Witznitz II
DESN_582-4
Tagebau Nochten
DESN_56668-3
Bockwitzer See W
DESN_5824-3
Tagebau Reichwalde
DESN_566686
Harthsee
DESN_582494-2
Bärwalder See
DESN_566688-4
Tgb. Espenhain
DESN_582512-1
Tagebau Nochten,
Nordrand
DESN_5666888
Bockwitzer See
DESN_582512-2
Tagebau Nochten
DESN_566692-2
Tgb. Espenhain
DESN_58252-2
Lohsasee,
Bernstein-
see, Scheibe See
DESN_5666924
Tgb. Espenhain
DESN_566694
Störmthaler See
DESN_566696
Zwenkauer See
DEST_SAL05OW04-00 Wallendorfer See
DEST_SAL05OW05-01 Tgb. Profen
DEST_SAL15OW12-00 Tgb. Bruckdorf
DEST_SAL08OW13-00 Tgb Köckern W
DEST_SAL15OW01-00 Tgb. Profen Süd
DEST_SAL15OW09-02 Tgb. Phönix
DEST_SAL15OW11-00 Tgb. Lochau
DEST_SAL05OW12-00 Tgb. Profen Nord W
DEST_VM02OW12-00
Goitzschesee
DETH_56658_12+29
Haselbacher See
DETH_56666_0+25
RL Zechau, vollst. in
TH
3.1.2
GRUNDWASSERKÖRPER
Sachsen ist weiterhin in 83 Grundwasserkörper untergliedert. Davon liegen 55 vollständig
auf sächsischem Gebiet. Von den übrigen GWK hat Sachsen bei 15 die Federführung, da der
flächenmäßig größte Anteil in Sachsen liegt (LfULG 2015).
Die Bereiche mit aktivem Braunkohlenbergbau und der Zuständigkeitsbereich der LMBV
werden auch in Bezug auf die Grundwasserkörper ausgespart (Abbildung 5, Tabelle 8).
Abzüglich von 12 GWK, welche Gebiete mit Altbraunkohlenbergbau in der Zuständigkeit der
LMBV bzw. Gebiete mit aktivem Braunkohlenbergbau in der Zuständigkeit der LEAG bzw.
MIBRAG aufweisen, werden im Rahmen dieser Studie 71 GWK einer intensiveren Betrach-
tung unterzogen.

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-3 VORARBEITEN - DATENRECHERCHE, ABGRENZUNG UND EINTEILUNG DER UNTERSUCHUNGSGEBIETE-
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VITA-MIN
Abbildung 5: Grundwasserkörper (GWK) in Sachsen sowie ausgewiesene GWK mit Berei-
chen in Zuständigkeit der LMBV und aktivem Braunkohlenbergbau.
Tabelle 8: GWK mit aktivem Braunkohlenbergbau und Zuständigkeitsbereichen der LMBV.
Nordsachsen
Lausitz
GWK
Bezeichnung
GWK
Bezeichnung
DESN_VM 2-2
Strengbach
DEBB_SE 4-1
Schwarze Elster
DESN_VM 1-1
Lober-Leine
DESN_SE 2-2
Bernsdorf-Ruhland
DESN_SAL GW 052
Großraum Leipzig
DESN_SE 1-3-2
Wittichenau
DEST_SAL GW 016
Zeitz-Weissenfelser
Platte (Saale)
DESN_SE 1-1
Hoyerswerda
DESN_SAL GW 059
Weißeelsterbecken
DESN_SP 3-1
Lohsa-Nochten
DETH_SAL GW 057
Weißeelsterbecken-
Gerstenbach
DESN_SP 2-1
Niesky

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-3 VORARBEITEN - DATENRECHERCHE, ABGRENZUNG UND EINTEILUNG DER UNTERSUCHUNGSGEBIETE-
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VITA-MIN
3.2 IDENTIFIZIERUNG GEOGEN BEEINFLUSSTER GEBIETE
3.2.1
ALLGEMEINES ZUR GEOLOGIE SACHSENS
Im Freistaat Sachsen können gebietsweise geogen bedingt erhöhte Eisen- und Sulfatgehalte
in Gewässern auftreten. Die geogene Grundbelastung von Oberflächen- und Grundwasser
ist in erster Linie von den geologischen Verhältnissen im Untergrund abhängig. Auf die
Abgrenzung des geogenen Hintergrundes von anthropogenen Belastungen wird im Abschnitt
4.6.2.11 näher eingegangen.
Charakteristisch für das sächsische Territorium ist eine hohe geologische Vielfalt, welche die
geologischen Formationen vom mittleren Rhiphäikum (Granulitgebirge) bis zum Quartär
repräsentiert (Kardel
et al.
1996). Im Rahmen dieser Studie werden jedoch zur Identifizie-
rung der Gebiete mit Potenzial für Sulfat- bzw. Eiseneinträge aufgrund der geologischen
Gegebenheit ausgehend, lediglich die geologischen Einheiten des Grundgebirgsstockwerkes
sowie die älteren Bildungen des Deckgebirgsstockwerkes (Perm, Trias, Kreide, Vulkanite des
Tertiärs) betrachtet. Die jüngsten geologischen Bildungen des Quartärs sind bei der
Betrachtung außen vor.
Eine Übersicht zu den in Sachsen auftretenden petrogeochemischen Einheiten ist Abbildung
6 sowie deren jeweilige Flächenanteile in Tabelle 9 zu entnehmen.
Das Grundgebirgsstockwerk in Nordwestsachsen ist überwiegend geprägt durch Grauwa-
cken, Buntsandstein, Zechstein und Rotliegendes sowie speziell in der Nordwestsächsischen
Senke durch saure Vulkanite und Ganggesteine. Im nördlichen Teil von Mittelsachsen bei
Riesa und Meißen dominieren Monzogranitoide und Granodiorite. Im Niederlausitzer
Antiklinalbereich treten in erster Linie Grauwacken auf. Das Erzgebirge-Vogtland im
Südwesten Sachsens ist charakterisiert durch das Auftreten von Tonschiefern, Grauwacken,
Graniten, Phylliten sowie Glimmerschiefern. An die Vorerzgebirgssenke schließt sich das
sächsische Granulitmassiv an. Para- und Orthogneise mit einem Flächenanteil von 13 %
sind hingegen der Erzgebirgszentralzone zuzuordnen. Dort sticht lediglich bei Altenberg der
Osterzgebirgische Eruptivkomplex hervor. In der Oberlausitz treten hingegen Granodiorite
mit einem Flächenanteil von 10,7 %, Tonschiefer, Grauwacken sowie tertiäre Vulkanite auf.
Weitere 7,3 % der Fläche Sachsens sind den bereits weitgehend wieder abgetragenen
Sedimenten der Kreide in der Elbzone zuzuordnen.
Eine Vielzahl an geochemischen Untersuchungen gibt Auskunft über die mittleren Gehalte
an Haupt- und Spurenelementen in den sächsischen Gesteinen (z.B. Pälchen
et al.
1987,
Kardel
et al
. 1996, Rank
et al.
1999). Darunter wurden auch Daten zu Eisen erfasst, welche
speziell bei der Identifizierung von Gebieten mit geogen erhöhten Eisengehalten eine
wichtige Rolle spielen (vgl. Kapitel 3.2.3.).
Entscheidend für den Sulfat- und Eisengehalt in natürlichen Gewässern ist neben ihrem
absoluten Gehalt in den Ausgangsgesteinen ihre Fähigkeit zur Mobilisierung (Löslichkeit,
Transport) und Fixierung (Ausfällung, Adsorption) während des Verwitterungsprozesses. Die
Verwitterung hängt wiederum hauptsächlich von der jeweiligen Bindungsform im Substrat
und vom pH-Wert ab.

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-3 VORARBEITEN - DATENRECHERCHE, ABGRENZUNG UND EINTEILUNG DER UNTERSUCHUNGSGEBIETE-
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VITA-MIN
Abbildung 6: Geologische Karte des Freistaates Sachsen (Petrogeochemische Einheiten des Grundgebirgsstockwerkes und älterer Bildungen
des Deckgebirgsstockwerkes ohne Quartär, auf Basis der GÜK400 des Freistaates Sachsen nach Kardel
et al.
1996).

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-3 VORARBEITEN - DATENRECHERCHE, ABGRENZUNG UND EINTEILUNG DER UNTERSUCHUNGSGEBIETE-
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VITA-MIN
Tabelle 9: Flächenanteile der geologischen Einheiten Sachsens (Grundgebirgsstockwerk
und ältere Bildungen des Deckgebirgsstockwerkes ohne Quartär, auf Basis der GÜK400
nach Kardel
et al.
1996).
Erdzeitalter
Petrogeochemische Einheit
Flächenanteil [%]
Tertiär
Basaltoide
0,7
Phonolith
0,1
Tuff
0,3
Kreide
Sandsteine
7,3
Trias
Buntsandstein
3,8
Muschelkalk
0,3
Perm
Rotliegendes
6,6
Zechstein
2,6
Oberkarbon-Perm
Jüngerer Granit
1,8
Älterer Granit
1,5
Saure Vulkanite
9,8
Monzonitoide
1,9
Rhyolithoide in Gängen
1,8
Lamprophyre
0,1
Ordovizium-Unterkarbon
Tonschiefer, Grauwacken
10,1
Basische Vulkanite
2,0
Kambrium-Ordovizium
Phyllite
6,6
Kambrium
Glimmerschiefer
4,7
Präkambrium-Kambrium
Granodiorite
4,6
Metagranitoide (Orthogneise,
Augengneise)
1,2
Metarhyolithoide (Gm-Gneise)
1,4
Metagranitoide (Rumburger Granit)
0,4
Amphibolite
0,1
Serpentinite
0,1
Gabbros
0,1
Präkambrium
Grauwacken
10,6
Granodiorite (Anatexit)
4,5
Ostlausitzer Granodiorit
1,6
Paragneise
10,4
Granulite
2,9
Proterozoikum
Quarzgänge
0,1
3.2.2
GEBIETE MIT GEOGEN ERHÖHTEN SULFATGEHALTEN
Eine Quelle erhöhter Sulfatgehalte in Grund- und Oberflächenwässern können sulfatreiche
Gesteine sein. Für eine Sulfatkonzentration von 100 mg/L müssen 100 g Sulfat/m
3
Wasser

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-3 VORARBEITEN - DATENRECHERCHE, ABGRENZUNG UND EINTEILUNG DER UNTERSUCHUNGSGEBIETE-
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VITA-MIN
aus dem Gestein mobilisiert werden. Daher führen nur größere Partien (in größeren Flächen
oder Mächtigkeiten) primär sulfatreicher Gesteine zu erhöhten Sulfatgehalten der Wässer.
Solche größeren Areale sulfatreicher Gesteine finden sich in Mitteleuropa vor allem in
folgenden Formationen:
Trias
mittlerer Keuper („Gipskeuper“)
Muschelkalk
Röt-Formation (Oberer Buntsandstein)
Perm
Zechstein
In diesen Schichten treten vor allem Anhydrit- und Gipsablagerungen auf.
Eine zweite Möglichkeit des geogenen Sulfateintrags ist die Oxidation stärker sulfidführender
Gesteine. Dies betrifft vor allem:
Alaunschiefer des Silur und
sulfidreiche Schichten des Tertiärs.
Kennzeichnend ist, dass solche Gesteine in früherer Zeit zur Gewinnung der Sulfide (Pyrit)
abgebaut wurden, z.B. in Mühlwand (Silur) und Bad Düben (Tertiär).
Die aufgeführten Gesteinsformationen, welche einen erhöhten Anteil an Sulfat aufweisen,
spielen flächenhaft in Sachsen aber eher eine untergeordnete Rolle (vgl. GÜK400, Abbildung
6). Buntsandstein und Zechstein des Grundgebirgsstockwerkes treten in Gemeinschaft
hauptsächlich in Nordsachsen bei Meißen, Bad Düben und Borna, die Nordwestsächsische
Senke umringend, und kleinflächig in der Vorerzgebirgssenke bei Crimmitschau auf. Der
Muschelkalk mit lediglich 0,3 % Flächenanteil Sachsens ist bei Bad Düben anzutreffen.
Weiterhin kommen die Formationen der Trias auch in der Oberlausitz nahe der Grenze zu
Brandenburg vor. Die sulfidreichen Schichten des Tertiärs treten potenziell im Lausitzer
Vulkanitkomplex auf.
Angaben zu mittleren Sulfatgehalten der jeweiligen Hauptgesteinstypen Sachsens sind mit
aktuellem Stand der Wissenschaft nicht möglich. Lediglich das Vorkommen sulfatreicher
Gesteinsformationen gibt Aufschluss über eine potenzielle Belastung durch Sulfat in
Fließgewässern.
3.2.3
GEBIETE MIT GEOGEN ERHÖHTEN EISENGEHALTEN
Eisen ist ein ubiquitärer Bestandteil der Lithosphäre und kommt nach Sauerstoff, Silizium
und Aluminium als vierthäufigstes Element in der Erdkruste vor.
Als Grundlage für die Identifizierung der Gebiete mit Potenzial für eine Eisenbelastung,
dienten die im Bodenatlas des LfUG (Rank
et al.
1999) definierten mittleren Eisengehalte
der sächsischen Hauptgesteinstypen. Die mittleren Eisengehalte wurden den petrogeoche-
mischen Einheiten des Grund- und Deckgebirges ohne jungtertiäre und quartäre Bildungen
(geolog. Grundlage: GÜK 400, vgl. Kapitel 3.2.1), so weit möglich, zugeordnet. Keine Daten

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-3 VORARBEITEN - DATENRECHERCHE, ABGRENZUNG UND EINTEILUNG DER UNTERSUCHUNGSGEBIETE-
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VITA-MIN
lagen für tertiären Tuff, Buntsandstein, Muschelkalk, Lamprophyre und Quarzgänge vor.
Diesen Gesteinsformationen wurden fachlich begründbar die Eisengehalte geochemisch
ähnlicher Einheiten zugeordnet (Tabelle 10).
Tabelle 10: Mittlere Eisengehalte in den petrogeochemischen Einheiten Sachsens (Zuord-
nung auf Basis von Rank
et al.
1999, in Klammern: Zuordnung von Eisengehalten ähnlicher
petrogeochemischer Einheiten, da keine Daten verfügbar).
Erdzeitalter
petrogeochemische
Einheit
Fe
[Masse-%]
vergleichbare petrogeochem.
Einheit
Tertiär und
Quartär
Basaltoide
8,9
Phonolith
2,8
Tuff
(8,9)
Basaltoide
Kreide
Sandsteine
2,1
Trias
Buntsandstein
(2,1)
Sandsteine aus der Kreide
Muschelkalk
(1,7)
Sedimente des Zechstein
Perm
Rotliegendes
4,6
Zechstein
1,7
Oberkarbon-
Perm
Jüngerer Granit
0,99
Älterer Granit
0,98
Saure Vulkanite
0,98
Monzonitoide
4,1
Rhyolithoide in Gängen
1,1
Lamprophyre
(4,8)
basische Magmatide (Gabbros)
Ordovizium-
Unterkarbon
Tonschiefer, Grauwacken
5,6
Basische Vulkanite
9,1
Kambrium-
Ordovizium
Phyllite
5,3
Kambrium
Glimmerschiefer
5,1
Präkambrium-
Kambrium
Granodiorite
3,2
Metagranitoide
2
Metarhyolithoide
1,9
Rumburger Granit
1,2
Amphibolite
9,6
Serpentinite
5,9
Gabbros
4,8
Präkambrium
Grauwacken
3,7
Granodiorite (Anatexit)
3
Ostlausitzer Granodiorit
3,3
Paragneise
3,6
Granulite
2,2
Proterozoikum Quarzgänge
(0,98)
saure Vulkanite
Der Eisenanteil der einzelnen geologischen Einheiten Sachsens weist einen großen Schwan-
kungsbereich auf. Die niedrigsten Eisengehalte sind mit ca. 1 % den sauren Magmatiden
(Granit und Rhyolith des Oberkarbon bis Perm) und die höchsten Gehalte mit > 9 %

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-3 VORARBEITEN - DATENRECHERCHE, ABGRENZUNG UND EINTEILUNG DER UNTERSUCHUNGSGEBIETE-
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VITA-MIN
hingegen den basischen und ultrabasischen Substraten (Amphibolite, basische Effusiva des
Ordovizium bis Unterkarbon, Basaltoide des Tertiär) zuzuweisen.
Mithilfe von ArcGIS erfolgte die grafische Darstellung der Eisengehalte für die jeweiligen
petrogeochemischen Einheiten Sachsens (Abbildung 7).
Gebiete mit signifikant höheren geogenen Eisengehalten treten im Westerzgebirge und
teilweise in Nordwestsachsen sowie in der Oberlausitz aufgrund ihrer großen Flächenanteile
an Tonschiefern, Grauwacken, Phylliten, Glimmerschiefern, Rotliegendem und Paragneisen
auf. Weiterhin stark geogen eisenführend sind die kleinflächigen Bereiche im Vogtland und
in der Vorerzgebirgssenke aufgrund des Auftretens basischer Vulkanite sowie der südliche
Teil der Oberlausitz mit den tertiären Vulkaniten.
Bei der Bewertung solcher Gebiete ist zu beachten, dass lithologisch bedingte hohe Eisen-
gehalte keinen unmittelbaren Einfluss auf die Eisengehalte von OWK und GWK haben. Dazu
ist die Freisetzungsrate entscheidend. Diese ist bei den meisten Gesteinen relativ gering.
Die enthaltenen Eisenminerale, wie Hämatit, Magnetit und Eisensilikate, sind überwiegend
sehr schwer löslich. Zur Mobilisierung sind neben dem Zugang für Wasser zum Gestein ein
niedriger pH-Wert und ein geringes (Hämatit) oder hohes (Magnetit, Eisensilikate) Redoxpo-
tenzial notwendig. Daher erfolgt die lithogene Eisenmobilisierung überwiegend über lange
Zeiträume.
Abbildung 7: Massenanteil von Eisen in petrogeochemischen Einheiten des Freistaates
Sachsen (geolog. Grundlage GÜK400 aus Kardel
et al.
1996, Datengrundlage: Rank
et al.
1999).

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-3 VORARBEITEN - DATENRECHERCHE, ABGRENZUNG UND EINTEILUNG DER UNTERSUCHUNGSGEBIETE-
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VITA-MIN
3.3 IDENTIFIZIERUNG ANTHROPOGEN BEEINFLUSSTER GEBIETE
In einem weiteren Schritt dieser Studie wurden solche Gebiete im Untersuchungsgebiet
identifiziert, welche für den anthropogenen Zutritt von Eisen und Sulfat in Fließgewässer
verantwortlich sind oder zukünftig sein können. Der Schwerpunkt lag dabei auf den durch
den Bergbau (Altbergbau, aktiver und zukünftiger Bergbau) beeinflussten Gebieten
(Abbildung 8), wobei weiterhin zwischen dem Steinkohlenbergbau, dem Braunkohlenberg-
bau und dem Erzbergbau unterschieden wurde. Eine detaillierte Analyse des Bergbauein-
flusses wurde in Martin et al. (2019) vorgenommen. Weitere betrachtete Einflussfaktoren
sind Altablagerungen, Halden, Heiden, Moore, Landwirtschaft sowie Einleitungen industriel-
ler und kommunaler Abwässer. Die durch diese Faktoren beeinflussten sächsischen Gebiete
werden in den folgenden Unterabschnitten grafisch aufbereitet. Eine Quantifizierung der
anthropogenen Einflussfaktoren auf die Eisen- und Sulfatbelastung in den Grund- und
Oberflächenwasserkörpern erfolgt im Abschnitt 4.6.3 im Ergebnis umfangreicher statisti-
scher Auswertungen.
Abbildung 8: Bergbaubeeinflusste Oberflächenwasserkörper in Sachsen, in dieser Abbil-
dung sind die OWK mit Zuständigkeit der LMBV enthalten (Martin et al. 2019).

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-3 VORARBEITEN - DATENRECHERCHE, ABGRENZUNG UND EINTEILUNG DER UNTERSUCHUNGSGEBIETE-
Seite | 28
VITA-MIN
3.3.1
EINFLUSS DURCH HISTORISCHEN ERZBERGBAU
Der Erzbergbau in Sachsen wurde erstmals Mitte des 12. Jahrhunderts nachgewiesen und
weist mittlerweile eine mehr als 800-jährige Geschichte auf. Mit dem politischen und
wirtschaftlichen Umbruch Deutschlands im Jahre 1990 wurde ein Großteil der Bergbauaktivi-
täten eingestellt.
Der historische Erzbergbau hinterließ dabei eine große Anzahl von Bergbauobjekten. Dies
sind insbesondere Halden, Stollen (z.T. Grubenwasser abführend), Pingen und Restlöcher.
Quellen für Sulfat und Eisen sind dabei potenziell vor allem Stollnwässer und Haldensicker-
wässer.
3.3.1.1
SULFAT IN DEN BERGBAUWÄSSERN DES HISTORISCHEN ERZBERGBAUS
Die Oxidation von Sulfiden führt auch in den vom Erzbergbau betroffenen Gebieten zu
potenziellen Sulfateinträgen in die Gewässer. Um zu einer Einschätzung dieses Sachverhal-
tes zu kommen, wurden die BfUL-Daten der Stollnwässer im Erzgebirge einer Auswertung
unterzogen (LfULG 2018a). Die Ergebnisse sind in Tabelle 11 aufgeführt.
Tabelle 11: Statistische Auswertung der gelösten Sulfatgehalte der Stollnwässer als Auszug
des BfUL-Programms 1999-2016 (LfULG 2018a), jeweils Mittelwert im mg/L aus aktuells-
tem Messjahr).
OWK
MKZ
Name
Gewässer
Jahr
n
MW
DESN_53714-2 OBF05001 Tiefer Zwiesler Erbstolln
Gottleuba
2015
4
47
DESN_537186
OBF07950 St. Erasmus Stolln
Brießnitzbach
2014
4
64
DESN_537184
OBF08350 Neuer Bielastolln
Biela
2015
4
71
DESN_5371822 OBF08380 Tiefer Bünaustolln
Aschergraben
2016
6
26
DESN_5371822 OBF08391 Tiefer Hilfe Gottes Stolln
Heerwasser
2015
4
19
DESN_537182
OBF08440 Zwitterstocks Tiefer Erbstolln Rotes Wasser
2016
6
15
DESN_5-1
OBF12205 Neuer König David Hilfsstolln Elbe
2009
2
390
DESN_53732-2 OBF12780 Rothschönberger Stolln, vor
Einmdg. in die Triebisch
Triebisch
2015
11
256
DESN_542-3
OBF31521 Tiefer Lorenz Gegentrum
Stolln
Freiberger Mulde
2009
1
69
DESN_542-3
OBF31541 Mundloch Hüttenrösche
Morgenstern
Freiberger Mulde
2011
3
248
DESN_542-4
OBF31714 Tiefer Wolf Stolln
Freiberger Mulde
2013
4
145
DESN_542-4
OBF31806 Adam Stolln, Segen Gottes
Erbstolln
Freiberger Mulde
2009
2
330
DESN_542-3
OBF33010 Kgl.-Vertr.-Ges.-Stolln
Roter Graben
2016
6
353
DESN_542-3
OBF33020 Hauptstolln-Umbruch
Roter Graben
2016
6
230
DESN_5422-1
OBF33080 (Tiefer) Friedrich Christoph
Erbstolln
Bobritzsch
2015
3
60
DESN_5422-1
OBF33090 Friedrich Erbstolln
Bobritzsch
2016
7
13
DESN_5424-1
OBF33603 Neuer Segen Gottes oder
Sieben Planeten Stolln
Große Striegis
2016
6
77
DESN_5424-1
OBF33650 Thelersberger Stolln bei
Linda, Mundloch
Große Striegis
2016
6
89
DESN_542614
OBF34390 Tiefer Hauptstolln Geyer,
Mundloch
Geyerbach
2014
6
21
DESN_5426-2
OBF34599 Tropper Stolln
Zschopau
2014
5
85
DESN_542612
OBF35391 Tiefer Erbstolln
Rote Pfütze
2016
6
51
DESN_54262
OBF35802 Tiefer St. Christoph Stolln,
Sehma
2014
6
83

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-3 VORARBEITEN - DATENRECHERCHE, ABGRENZUNG UND EINTEILUNG DER UNTERSUCHUNGSGEBIETE-
Seite | 29
VITA-MIN
OWK
MKZ
Name
Gewässer
Jahr
n
MW
(Tiefer) Junger Andreas
Stolln
DESN_54266
OBF36794 Tiefer Sauberger Stolln,
Mündung
Wilisch
2016
6
71
DESN_542662
OBF36803 König Dänemark Stolln
Jahnsbach
2016
5
114
DESN_5426822 OBF37404 Tiefer Heilige Dreifaltigkeit
Stolln
Seiffener Bach
2016
5
22
DESN_5426864 OBF38101 Königlich Weistaubner Tiefer
Erbstolln
Rote Pockau
2016
7
62
DESN_5426864 OBF38190 Walfischstolln Pobershau,
Mundloch
Rote Pockau
2014
6
37
DESN_54-2
OBF38701 Stolln Jägersgrün
Zwickauer Mulde
2016
4
32
DESN_54116
OBF40641 Eibenstocker Communstolln
Kleine Bockau
2014
6
10
DESN_54116
OBF40642 Tiefer Riesenberger Stolln
Neudecker Bach
2016
4
10
DESN_54118-2 OBF40672 Unterer Troster Stolln
Zschorlaubach
2014
4
26
DESN_5412-2
OBF40710 Glück Auf Stolln
Johgst. Schwarz-
wasser
2014
6
51
DESN_5412-2
OBF40711 Friedrich August Stolln
Johgst. Schwarz-
wasser
2014
6
55
DESN_5412-2
OBF40712 Stolln 146
Johgst. Schwarz-
wasser
2014
6
110
DESN_5412-2
OBF40801 Roter und Weißer Löwe
Pöhlwasser
2014
6
25
DESN_5412-3
OBF40901 Treue Freundschaft Stolln
Johgst. Schwarz-
wasser
2014
6
71
DESN_5412892 OBF41301 Frisch Glück Stolln
Oswaldbach
2016
4
41
DESN_54134
OBF42001 Marcus Semmler Stolln
Schlema
2014
6
78
DESN_5416-1
OBF42733 Lampertusstolln
Goldbach
2016
4
96
DESN_532342
OBF47001 Wasserlösungsstolln zum
Maischacht (Haupttagesram-
pe)
Brunndöbra
2014
6
24
DESN_532342
OBF47003 Mühleither Stolln (Dynamos-
tolln)
Flößgraben
2016
6
18
DESN_566138
OBF49999 Brüder Einigkeit Stolln
Triebelbach
2016
6
252
fett
: Wert > LAWA-Orientierungswert von 75 mg/L;
fett unterstrichen
: Wert > Grenzwert der TrinkwV 2001 (250 mg/L)
Es zeigt sich, dass in den Stollnwässern eine Reihe starker Überschreitungen des strengsten
LAWA-Orientierungswertes von 75 mg/L auftritt. Einige Werte überschreiten den Grenzwert
der TrinkwV 2001 von 250 mg SO
4
/L. Der höchste Wert mit 390 mg SO
4
/L wurde im Neuen
König David Hilfsstolln unterhalb von Scharfenberg gemessen.
In Abbildung 9 sind die OWK dargestellt, welche eine
potenzielle
Sulfatbelastung aufgrund
von erhöhten Sulfatkonzentrationen, verbunden mit Überschreitungen des LAWA-
Orientierungswertes bzw. Grenzwertes für Trinkwasser, in Wasserlösestolln des historischen
Erzbergbaus aufweisen.

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-3 VORARBEITEN - DATENRECHERCHE, ABGRENZUNG UND EINTEILUNG DER UNTERSUCHUNGSGEBIETE-
Seite | 30
VITA-MIN
Abbildung 9: Oberflächenwasserkörper mit einer potenziellen Sulfatbelastung aufgrund
erhöhter Sulfatkonzentrationen in Stollnwässern des historischen Bergbaus mit Überschrei-
tungen des LAWA-Orientierungswertes.
Erhöhte Sulfatgehalte finden sich auch in einigen Stollnwässern des historisch bedeutenden
Freiberger Reviers (Hüttenrösche Morgenstern, Tiefer Wolf Stolln, Adam Stolln, Segen
Gottes Erbstolln, Hauptstolln Umbruch und Verträgliche-Gesellschaft-Stolln).
Zur Einordnung dieser Werte werden die Sulfatgehalte der Freiberger Mulde herangezogen
(LfULG 2018a). Die statistische Auswertung ist Tabelle 12 zu entnehmen. Die Ergebnisse
zeigen moderate Sulfatgehalte, die durchweg unterhalb des strengsten LAWA-
Orientierungswertes (75 mg/L für silikatische Gewässertypen des Mittelgebirges) liegen. Im
Längsprofil zeigen sich niedrige Werte im Oberlauf der Freiberger Mulde, die infolge des
Bergbau- und Siedlungseinflusses stetig ansteigen und ab Siebenlehn ein konstantes Niveau
von ca. 60 mg/L erreichen. Der Rückgang der Sulfatgehalte unterhalb Döbeln ist durch den
Zufluss der Zschopau, die aus einem vom Bergbau und auch der Besiedlung weniger stark
beeinflussten EZG kommt, bedingt.
Die stärker sulfathaltigen Stollnwässer werden daher durch die Freiberger Mulde hinreichend
verdünnt. Dieser Sachverhalt deutet darauf hin, dass es auch bei anderen OWK, in deren
EZG sich sulfatbelastete Wasserlösestollen befinden, zu einer ausreichenenden Verdünnung
in der Vorflut kommt und Sulfat als Bergbauschadstoff im Erzgebirge nur eine geringe Rolle
spielt.

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-3 VORARBEITEN - DATENRECHERCHE, ABGRENZUNG UND EINTEILUNG DER UNTERSUCHUNGSGEBIETE-
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VITA-MIN
Tabelle 12: Statistische Auswertung der Sulfatgehalte von OWK-Messstellen entlang der
Freiberger Mulde (Daten aus 2015, Quelle: LfULG 2018a).
MKZ
Name
n
Min
[mg/L]
Max
[mg/L]
MW
[mg/L]
Med
[mg/L]
P90
[mg/L]
OBF31301 Brücke am Katzenstein
12
23
29
25,7
25,5
27,9
OBF31500 Muldenhütten
12
28
59
39,8
35,0
53,4
OBF31510 Hilbersdorf
12
30
78
48,7
40,0
72,1
OBF31600 Halsbrücke 1
12
32
86
54,3
50,0
80,6
OBF31700 Obergruna
12
37
94
60,9
61,0
74,5
OBF31710 uh. Siebenlehn
6
36
63
53,3
55,5
62,5
OBF31800 Nossen-Altzella
6
37
66
55,7
58,5
65,0
OBF31900 uh. Roßwein
6
45
80
61,3
61,5
76,0
OBF31950 Niederstriegis
12
39
78
58,8
60,5
70,4
OBF32000 uh. Döbeln
12
40
87
61,8
62,0
73,7
OBF32010 Döbeln, Brücke bei B 169
12
40
85
61,1
61,5
71,6
OBF32200 Leisnig
5
34
55
44,8
42,0
55,0
OBF32300 Mdg. in Erlln
21
34
55
46,0
46,0
54,0
Ein Längsprofil der an den OWK-Messstellen entlang der Freiberger Mulde gemessenen
Sulfatgehalte aus dem Jahr 2015 ist in Abbildung 10 dargestellt. Der Anstieg der Sulfatkon-
zentration in der Freiberger Mulde zwischen Muldenhütten und Halsbrücke ist aber nicht nur
auf den Altbergbau zurückzuführen, sondern er wird auch durch industrielle Abwassereinlei-
tungen hervorgerufen.
Abbildung 10: Sulfatgehalt von OWK-Messstellen entlang der Freiberger Mulde, blau:
gültiger LAWA-Orientierungswert, rot: Abschnitt des Freiberger Reviers (Mittelwerte 2015,
basierend auf Daten des LfULG 2018a).
0
20
40
60
80
100
Sulfatgehalt (mg/l)
Messstellen entlang der Freiberger Mulde
75 mg/l
Freiberger
Revier
Hüttenrösche
VGS/HSU

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-3 VORARBEITEN - DATENRECHERCHE, ABGRENZUNG UND EINTEILUNG DER UNTERSUCHUNGSGEBIETE-
Seite | 32
VITA-MIN
3.3.1.2
EISEN IN DEN BERGBAUWÄSSERN DES HISTORISCHEN ERZBERGBAUS
Wie bereits erwähnt, zählt der Alterzbergbau ebenfalls zu den Verursachern für den Eintrag
von Eisen in die Fließgewässer Sachsens. Die Einschätzung dieses Sachverhaltes erfolgte
auf Basis von statistisch ausgewerteten BfUL-Daten der Stollnwässer im Erzgebirge (LfULG
2018a). Die Werte für Gesamteisen wurden mit dem national gültigen Orientierungswert der
LAWA (0,7 mg/L) und dem strengeren Grenzwert der TrinkwV 2001 (0,2 mg/L) verglichen.
Zur Bestimmung des Jahresdurchschnitts wurde von Messwerten, die kleiner der Bestim-
mungsgrenze (BG) sind, die Hälfte des Wertes der BG verwendet (entsprechend OGewV
2016, Anlage 9, Nr. 3.1.1). Die Ergebnisse sind in Tabelle 13 aufgeführt.
Tabelle 13: Statistische Auswertung der Eisengehalte (Gesamteisen) der Stollnwässer als
Auszug des BfUL-Programms 1999-2016 (LfULG 2018a), jeweils Mittelwert in mg/L aus
aktuellstem Messjahr).
OWK
MKZ
Name
Gewässer
Jahr
n
MW
DESN_53714-2 OBF05001 Tiefer Zwiesler Erbstolln
Gottleuba
-
-
-
DESN_537186
OBF07950 St. Erasmus Stolln
Brießnitzbach
-
-
-
DESN_537184
OBF08350 Neuer Bielastolln
Biela
2014
4
0,13
DESN_5371822 OBF08380 Tiefer Bünaustolln
Aschergraben
2012
2
0,08
DESN_5371822 OBF08391 Tiefer Hilfe Gottes Stolln
Heerwasser
2014
4
0,08
DESN_537182
OBF08440 Zwitterstocks Tiefer Erbstolln Rotes Wasser
2012
1
0,1
DESN_5-1
OBF12205 Neuer König David Hilfsstolln Elbe
2009
2
0,8
DESN_53732-2 OBF12780
Rothschönberger Stolln, vor
Einmdg. in die Triebisch
Triebisch
2014
2
0,6
DESN_542-3
OBF31521
Tiefer Lorenz Gegentrum
Stolln
Freiberger Mulde
2009
1
0,4
DESN_542-3
OBF31541
Mundloch Hüttenrösche
Morgenstern
Freiberger Mulde
2011
3
1,1
DESN_542-4
OBF31714 Tiefer Wolf Stolln
Freiberger Mulde
2009
4
0,015
DESN_542-4
OBF31806
Adam Stolln, Segen Gottes
Erbstolln
Freiberger Mulde
2009
2
1
DESN_542-3
OBF33010 Kgl.-Vertr.-Ges.-Stolln
Roter Graben
2014
7
1,3
DESN_542-3
OBF33020 Hauptstolln-Umbruch
Roter Graben
2014
7
2,9
DESN_5422-1
OBF33080
(Tiefer) Friedrich Christoph
Erbstolln
Bobritzsch
2012
2
0,2
DESN_5422-1
OBF33090 Friedrich Erbstolln
Bobritzsch
2012
2
0,015
DESN_5424-1
OBF33603
Neuer Segen Gottes oder
Sieben Planeten Stolln
Große Striegis
2012
2
1,7
DESN_5424-1
OBF33650
Thelersberger Stolln bei
Linda, Mundloch
Große Striegis
2012
2
1,4
DESN_542614
OBF34390
Tiefer Hauptstolln Geyer,
Mundloch
Geyerbach
2014
5
0,3
DESN_5426-2
OBF34599 Tropper Stolln
Zschopau
2014
1
0,1
DESN_542612
OBF35391 Tiefer Erbstolln
Rote Pfütze
2012
2
0,5
DESN_54262
OBF35802
Tiefer St. Christoph Stolln,
(Tiefer) Junger Andreas
Stolln
Sehma
2014
4
0,09
DESN_54266
OBF36794
Tiefer Sauberger Stolln,
Mündung
Wilisch
2016
4
0,3
DESN_542662
OBF36803 König Dänemark Stolln
Jahnsbach
2012
2
0,05

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-3 VORARBEITEN - DATENRECHERCHE, ABGRENZUNG UND EINTEILUNG DER UNTERSUCHUNGSGEBIETE-
Seite | 33
VITA-MIN
OWK
MKZ
Name
Gewässer
Jahr
n
MW
DESN_5426822 OBF37404
Tiefer Heilige Dreifaltigkeit
Stolln
Seiffener Bach
2012
2
0,015
DESN_5426864 OBF38101
Königlich Weistaubner Tiefer
Erbstolln
Rote Pockau
2014
1
1,6
DESN_5426864 OBF38190
Walfischstolln Pobershau,
Mundloch
Rote Pockau
2014
4
0,3
DESN_54-2
OBF38701 Stolln Jägersgrün
Zwickauer Mulde
2012
1
0,3
DESN_54116
OBF40641 Eibenstocker Communstolln
Kleine Bockau
2014
4
0,015
DESN_54116
OBF40642 Tiefer Riesenberger Stolln
Neudecker Bach
2012
2
1,6
DESN_54118-2 OBF40672 Unterer Troster Stolln
Zschorlaubach
2011
4
0,22
DESN_5412-2
OBF40710 Glück Auf Stolln
Johgst. Schwarz-
wasser
2014
4
2,2
DESN_5412-2
OBF40711 Friedrich August Stolln
Johgst. Schwarz-
wasser
2014
4
0,6
DESN_5412-2
OBF40712 Stolln 146
Johgst. Schwarz-
wasser
2014
4
0,04
DESN_5412-2
OBF40801 Roter und Weißer Löwe
Pöhlwasser
2014
5
1
DESN_5412-3
OBF40901 Treue Freundschaft Stolln
Johgst. Schwarz-
wasser
2014
4
1,7
DESN_5412892 OBF41301 Frisch Glück Stolln
Oswaldbach
2012
2
0,028
DESN_54134
OBF42001 Marcus Semmler Stolln
Schlema
2014
4
0,13
DESN_5416-1
OBF42733 Lampertusstolln
Goldbach
2012
2
0,3
DESN_532342
OBF47001
Wasserlösungsstolln zum
Maischacht (Haupttages-
rampe)
Brunndöbra
2014
5
1,2
DESN_532342
OBF47003
Mühleither Stolln (Dynamo-
stolln)
Flößgraben
2012
2
0,015
DESN_566138
OBF49999 Brüder Einigkeit Stolln
Triebelbach
2012
2
0,2
fett
: Wert > Grenzwert der TrinkwV 2001 (0,2 mg/L),
fett unterstrichen
: Wert > LAWA-Orientierungswert (0,7 mg/L);
Es zeigt sich, dass in den Stollnwässern eine Reihe starker Überschreitungen des LAWA-
Orientierungswertes von 0,7 mg Gesamteisen/L für Fließgewässer des Mittelgebirges
auftritt. Eine entsprechend höhere Anzahl an Werten überschreitet den Grenzwert der
TrinkwV 2001 von 0,2 mg Gesamteisen/L. Der höchste Wert mit 2,9 mg Fe/L wurde im
Hauptstolln-Umbruch nahe Freiberg gemessen.
In Abbildung 11 sind die OWK dargestellt, welche eine
potenzielle
Eisenbelastung aufgrund
von erhöhten Konzentrationen an Gesamteisen, verbunden mit Überschreitungen des
LAWA-Orientierungswertes, in Wasserlösestolln des historischen Erzbergbaus aufweisen.

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-3 VORARBEITEN - DATENRECHERCHE, ABGRENZUNG UND EINTEILUNG DER UNTERSUCHUNGSGEBIETE-
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VITA-MIN
Abbildung 11: Oberflächenwasserkörper mit einer potenziellen Eisenbelastung aufgrund
erhöhter Konzentrationen an Gesamteisen in Stollnwässern des historischen Bergbaus mit
Überschreitungen des LAWA-Orientierungswertes.
3.3.2
EINFLUSS DURCH HISTORISCHEN STEINKOHLENBERGBAU
Der Steinkohlenbergbau ist infolge der Bildung von „Acid Mine Drainage“ (AMD) eine
bekannte Quelle von Eisen, Sulfat und Schwermetallen. Diese Austräge erfolgen in Halden-
sickerwässern und in austretenden Grubenwässern.
In Sachsen gibt es mehrere ehemalige Steinkohlen-Bergbaureviere. Eine Übersicht ist in
Tabelle 14 dargestellt. Die Übersicht zeigt drei große Steinkohlenbergbau-Reviere: Zwickau,
Oelsnitz und Döhlen (Freital). Die Steinkohlen wiesen signifikante Schwefelgehalte auf. Der
Schwefel war dabei überwiegend als Pyrit (FeS
2
) enthalten. Daneben trat der Pyrit auch im
Nebengestein der Steinkohlenflöze auf. Diese gelangten als Grobberge (aus dem eigentli-
chen Bergbau) und Waschberge (aus der Kohlenaufbereitung) auf die Steinkohlenhalden.
Niederschläge und Luftsauerstoff wirken auf den auf den Halden befindlichen Pyrit ein und
oxidieren diesen unter Freisetzung von Sulfat und Eisen (siehe Abschnitt 2.6). Daher sind
signifikante Sulfat- und Eisenausträge in den Sickerwässern aus den Halden festzustellen.
Die Daten der drei größeren Reviere, insbesondere der Steinkohlenbergbau-Halden wurden
im Steinkohlenkataster des LfULG recherchiert (GEOS 2008). Die Recherche ergab, dass bei
24 von insgesamt 121 Halden ein Eisen- und Sulfatzutritt in die betroffenen OWK aufgrund
des Austritts von Haldensickerwässern möglich ist (Abbildung 12).

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-3 VORARBEITEN - DATENRECHERCHE, ABGRENZUNG UND EINTEILUNG DER UNTERSUCHUNGSGEBIETE-
Seite | 35
VITA-MIN
Tabelle 14: Charakteristik des Steinkohlenbergbaus in Sachsen (aus Pälchen 2009).
Revier/
Lagerstätte
Mächtigkeit
produktive
Serie [m]
Schwefel-
gehalt
[%]
Bergbau
Förder-
der-
menge
[Mt]
Bemerkung
Zwickau
300
1-2,5
1348-1978
210
parallel umfangreiche
Kohlenverarbeitung
(Kokerei, Teerverarbei-
tung)
Oelsnitz
170
1-3
1844-1971
140
Döhlen
(Freital)
110
1,5-3,5
1542-1967
Uranerzberg-
bau bis 1989
50
„Energie“-kohlenabbau bis
1967, parallel und danach
bis 1989 „Erz-kohlenabbau“
(U-Erz)
Flöha
60-100
n.b.
1800-1880
0,1
aschereich
Altenberg-
Schönfeld
100
n.b.
1839-1937
0,05
Anthrazit, aschereich
Hainichen
200
n.b.
1789-1873
0,1
aschereich
Borna-
Ebersdorf
200
n.b.
1816-1865
0,1
aschereich
Abbildung 12: Darstellung der Steinkohlenhalden mit Sickerwasseraustritt und der dadurch
potenziell beeinflussten Oberflächenwasserkörper (OWK), Daten aus GEOS 2008).

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-3 VORARBEITEN - DATENRECHERCHE, ABGRENZUNG UND EINTEILUNG DER UNTERSUCHUNGSGEBIETE-
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VITA-MIN
Die Auflistung der durch den Steinkohlenbergbau betroffenen OWK sowie die zuzuordnen-
den Halden mit potenziellem Sickerwasseraustritt, welcher für die Beeinflussung der OWK in
Frage kommt, ist Tabelle 15 zu entnehmen.
Tabelle 15: Durch austretende Haldensickerwässer des Steinkohlenbergbaus beeinflusste
Oberflächenwasserkörper in Sachsen (GEOS 2008).
Revier
Haldenbezeichnung
OW
NW
Betroffener OWK
OWK ID
OWK Name
Freital
Bergehalde Dresden-Gittersee
408230
5651039 DESN_537198
Kaitzbach
Zwickau
Am Morgensternschacht I
326043
5619551
DESN_54152
Reinsdorfer
Bach
Am Kästnerschacht I
326265
5619133
Am Wilhelm-Schacht I, westlich
324488
5619815
Am Westsachsenstadion,
Vereinsglück-Schacht
322431
5619115
DESN_541532
Planitzbach
An der Planitzer Straße, Glück-
Auf-Schacht
322290
5619470
Am Martin-Hoop-Schacht IV
327988
5621926
DESN_54156
Muelsenbach
An den Arnim-Schächten
322440
5618156
DESN_54-4
Mulde-4
Am Forst- und Schader-Schacht
323840
5619884
Fortuna-Schacht-Halde
322715
5618916
Halde am Steigerhaus Fritsche-
Schacht
323569
5618799
Oelsnitz
Vereinigtfeld-Schacht- III -Halden
335873
5622991
DESN_54166
Roedlitzbach
Helene- und Idaschachthalde
337019
5623551
DESN_54162
Hegebach
Pluto-Merkur-Schachthalde
337736
5624064
Kaisergrube-Halde
338257
5624179
Concordia-Schacht-Halde
338294
5623206
Concordia-Schacht-Halde
338541
5623269
Frieden- und Hedwig-Schacht-
Halde
338204
5622469
Vertrauen-Schacht-Halde
339514
5623034
Gottes-Segen und Glückauf-
Schacht-Halde
340121
5622942
Victoria-Schacht-Halde
340648
5623439
Deutschland-Schacht- I -Halden
336952
5621860
Kaiserin-Augusta-Schacht-Halde
339599
5622115
Vereinsglück-Halde
337428
5621044
Neben dem Sulfat- und Eisenaustrag über Haldensickerwässer, sind auch Austräge über
Grubenwässer möglich. Für Sachsen ergibt sich hinsichtlich der Grubenwässer folgende
Situation:

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-3 VORARBEITEN - DATENRECHERCHE, ABGRENZUNG UND EINTEILUNG DER UNTERSUCHUNGSGEBIETE-
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VITA-MIN
Zwickau:
keine Grubenwasseraustritte
wahrscheinlich Austritte in der Nähe der Zwickauer Mulde in das Grundwasser
Oelsnitz:
keine Grubenwasseraustritte
Flutungsstand noch unterhalb niedrigstem Talsohlenniveau
Döhlen (Freital)
Grubenwasseraustrag über den Tiefen Elbstolln (Mündung)
Die chemische Situation des Grubenwassers aus dem Tiefen Elbstolln (Revier Freital-
Döhlen) ist in Tabelle 16 aufgeführt.
Tabelle 16: Chemische Daten von Wässern im Tiefen Elbstolln (Mittelwerte, in Klammern
Minimal- und Maximalwert, Daten aus Reichel & Schauer 2005).
Parameter
Einheit
Jahr
NW-Flügel
SO-Flügel
Mundloch
Elbstolln
Calcium
mg/L
1996/97
203 (194-209)
191 (169-239)
180 (157-190)
2001/02
214 (206-217)
264 (259-276)
209 (190-240)
Eisen ges.
mg/L
1996/97
0,2 (0,1-0,3)
0,5 (0,1-0,7)
0,2 (<0,1-0,5)
2001/02
0,18 (0,1-0,3)
1,5 (0,8-1,7)
0,5 (0,3-0,9)
Sulfat
mg/L
1996/97
762 (703-855)
419 (342-534)
348 (288-478)
2001/02
851 (680-1.324)
1.130 (886-1.286)
473 (393-605)
Leitfähigkeit
mS/cm
1996/97
2,3 (1,8-2,8)
1,4 (1,1-2,0)
1,2 (0,4-1,6)
2001/02
2,3 (1,9-2,8)
3,1 (2,4-3,5)
1,7 (1,3-1,9)
3.3.3
EINFLUSS DURCH BRAUNKOHLENBERGBAU
3.3.3.1
ALLGEMEINES
In den Bereichen des Braunkohlenbergbaus ist die Verwitterung von Sulfiden (Pyrit und
Markasit) der dominierende Prozess für die Freisetzung von Eisen und Sulfat. Im Gegensatz
zum Eisen, ist Sulfat in einem weiten Redoxbereich stabil und unterliegt keinen hydrolyti-
schen Reaktionen. In Folge dessen hat Sulfat eine hohe Mobilität und gelangt aus Braunkoh-
lenkippen ins Grundwasser und von dort zumeist auf diffusem Wege in Seen und Fließge-
wässer.
Eine nicht unerhebliche Bedeutung für die Sulfatbelastung des Grund- und Oberflächenwas-
sers haben auch ehemalige Vernässungsgebiete und anmoorige Böden im Bereich der
bergbaubedingten großflächigen Grundwasserabsenkungen
außerhalb
der eigentlichen
Tagebaue. Durch den langsam stattfindenden Grundwasserwiederanstieg nach Beendigung
des Braunkohlenbergbaus, werden auch hier große Mengen an Sulfat freigesetzt, die aus
der Verwitterung der in den anmoorigen Böden enthaltenen Sulfide während der Zeit der
Grundwasserabsenkung stammen. Hinzu kommt, dass eine Sulfatentfernung aus den
Wässern des aktiven Bergbaus beim derzeitigen Stand von Wissenschaft und Technik aus
wirtschaftlichen Gründen nicht realisierbar ist, weshalb die vorhandenen Grubenwasserbe-
handlungsanlagen nicht auf die Entfernung von Sulfat ausgelegt sind. Daher treten in
nahezu allen Fließgewässern, die durch die aktiven bzw. ehemaligen Braunkohleabbaugebie-

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-3 VORARBEITEN - DATENRECHERCHE, ABGRENZUNG UND EINTEILUNG DER UNTERSUCHUNGSGEBIETE-
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VITA-MIN
te der Lausitz und Mitteldeutschlands fließen (vgl. Abbildung 8), anthropogen erhöhte
Sulfatkonzentrationen auf.
3.3.3.2
ERGEBNISSE DER UNTERSUCHUNGEN IM AUFTRAG DER LMBV
Im Auftrag der LMBV wurden mehrere Studien zur Problematik von Eisen und Sulfat erstellt,
u.a. IWB 2013, IWB 2015 und Gelbrecht et al. 2016. Diese beziehen sich auf die Gebiete in
Zuständigkeit der LMBV bzw. auf die Gebiete mit aktivem Braunkohlenbergbau. Diese sollen
auftragsgemäß nicht Gegenstand dieser Studie sein, werden aber kurz behandelt.
Das Lausitzer wie das Mitteldeutsche Braunkohlenrevier grenzen direkt an andere Bundes-
länder (Sachsen-Anhalt bzw. Brandenburg) Die Fließrichtung des Oberflächenwassers ist
nach Norden gerichtet. Daher haben diese Gebiet keinen Einfluss auf die Wässer der südlich
angrenzenden Gebiete.
Nachfolgend werden die wesentlichen Ergebnisse der Studien im Auftrag der LMBV darge-
stellt.
Gelbrecht et al. 2016 führen für den Fließlängsschnitt von der Spreequelle am Kottmar bis
zur Mündung der Spree in die Havel in Berlin aus, dass sich die Sulfatgehalte „in einigen
Spreeabschnitten mittlerweile auf über 400 mg/L erhöht haben. Sobald die Spree verstärkt
aus dem Gebiet gespeist wird, das durch erhebliche Grundwasserabsenkungen infolge des
Braunkohlentagebaus betroffen ist, steigen die Sulfatkonzentrationen über den Wert von
250 mg/L (Abbildung 13. Die untersuchten Zuflüsse aus diesem Gebiet weisen Sulfatkon-
zentrationen zwischen etwa 300 und über 1000 mg/L“.
Abbildung 13: Vergleich der Sulfatkonzentrationen in den letzten zwei Jahrzehnten im
Fließgewässerlängsschnitt der Spree (rot: unveröff. Daten des IGB vom 2./3. Juni 2015,
schwarz: Maximalwerte 1997-1999, grün: Medianwerte 1997-1999, jeweils aus Gelbrecht
etal. 2003) (aus Gelbrecht et al. 2016)
Eine Einschätzung des Anteils des Sanierungsbergbaus der LMBV an der Sulfatbelastung der
Spree wurde in IWB 2015 vorgenommen. Die Einschätzung erfolgte getrennt nach Südraum
und Nordraum. Der Südraum umfasst dabei den Abschnitt der Spree zwischen Quelle und
oberhalb Talsperre Spremberg. Dies entspricht dem sächsischen Anteil an der Spree.

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-3 VORARBEITEN - DATENRECHERCHE, ABGRENZUNG UND EINTEILUNG DER UNTERSUCHUNGSGEBIETE-
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VITA-MIN
Als Sulfatquellen werden genannt:
natürliche Hintergrundbelastung,
Grubenwasserreinigungsanlagen der VEM/VEG,
Ausleitungen aus Bergbaufolgeseen durch die LMBV,
Zuflüsse sulfatbelasteter Fließgewässer II. Ordnung,
diverse Entwässerungsgräben und
diffuse Grundwasserzutritte.
In der natürlichen Hintergrundkonzentration sind einerseits gezogene Anteile, andererseits
anthropogene Einträge durch landwirtschaftliche, kommunale und industrielle Nutzungen
enthalten. Für die Fließgewässer außerhalb des Lausitzer Braunkohlenreviers wird eine
Sulfatkonzentration zwischen 50 und 100 mg/l angegeben. Die rein natürliche Hintergrund-
belastung der Fließgewässer mit Sulfat ohne jegliche anthropogenen Einflüsse würde
deutlich niedriger liegen.
Für die Spree in Spremberg-Wilhelmsthal werden mittlere Sulfatfrachten von 178.000 t/a
bilanziert:
ca. 34.000 t/a (19 %) aus der natürlichen Hintergrundbelastung
ca. 113.000 t/a (63 %) aus Einträgen von VEM/VEG
ca. 31.000 t/a (17 %) aus dem Sanierungsbergbau der LMBV
In der Studie wurde eine nicht zeitkonkrete Prognose der Sulfatbelastung erarbeitet mit
folgenden Ergebnissen:
Minderung der Sulfatfracht im Südraum von 166.000 t/a auf 150.000 t/a
Verringerung des Anteils des aktiven Bergbaus von 122.000 t/a auf ca. 109.000 t/a
Erhöhung des Anteils des Sanierungsbergbaus von 67.000 t/a auf ca. 74.000 t/a
damit Verschiebung der Anteile der Verursacher auf ca. 60 % für den aktiven Berg-
bau und ca. 40 % für den Sanierungsbergbau
Insgesamt wird ein weiterer starker Anstieg der Sulfatfrachten nicht erwartet.
3.3.4
EINFLUSS DURCH NEUEN ERZBERGBAU
In diesem Abschnitt werden die potenziellen Auswirkungen des aktiven bzw. zukünftigen
Erzbergbaus (sog. „neuer Bergbau“) auf Sulfat- und Eiseneinträge und deren Konzentratio-
nen in den Fließgewässern untersucht.
3.3.4.1
REVIER ZINNWALD - CINOVEC
Der neue Bergbau im Raum Zinnwald - Cinovec richtet sich vor allem auf die Gewinnung
von Lithium. Zinn und Wolfram sind potenzielle Nebenprodukte (Sennewald & Martin 2014).
In Tabelle 17 sind die Hauptminerale des Lagerstättengebietes Zinnwald - Cinovec mit ihrer
Konzentration an Schwefel (Sulfatquelle) und Eisen aufgeführt. Außerdem befindet sich eine
Bewertung des Freisetzungspotenzials für Sulfat und Eisen in dieser Tabelle.
Tabelle 17: Hauptminerale und Sulfat-/Eisen-Freisetzungspotenzial der Lagerstätte
Zinnwald - Cinovec.
Kompo-
Formel
Mas-
Schwefel
Eisen

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-3 VORARBEITEN - DATENRECHERCHE, ABGRENZUNG UND EINTEILUNG DER UNTERSUCHUNGSGEBIETE-
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VITA-MIN
nenten
sen-
Anteil
Kon-
zen-
tration
Freiset-
zungs-
potenzial
Kon-
zen-
tration
Freiset-
zungs-
potenzial
Lagerstätte
Quarz
SiO
2
3
0
0
0
0
“Zinnwal-
dit”
K(Fe
2+
,Li)
3
[(OH,F)
2
|(Si,Al)
4
O
10
]
3
0
0
1
0
Ton-
minerale
Al
4
[(OH)
8
|Si
4
O
10
]
2
0
0
0
0
Feldspat
Na[AlSi
3
O
8
]
2
0
0
0
0
Topas
Al
2
[(F,OH)
2
|SiO
4
]
2
0
0
0
0
Cassiterit
SnO
2
1
0
0
0
0
Wolframit
(Fe,Mn)WO
4
1
0
0
1
0
Scheelit
CaWO
4
1
0
0
0
0
Sulfide
Kesterit
Cu
2
(Zn,Fe)SnS
4
1
3
1
1
1
Pyrit
FeS
2
1
3
1
3
1
Chalcopyrit
CuFeS
2
1
3
1
2
1
Nebengestein
Granit
Feldspat, Quarz,
Glimmer
0
0
0
0
Granit-
porphyr
Feldspat, Quarz,
Glimmer
0
0
0
0
Bewertung auf Skala von 0 bis 3: 3 - hoch, 2 - mittel, 1 - niedrig, 0 - sehr niedrig, vernachlässigbar
Aus der Übersicht wird deutlich, dass die Lagerstätte hauptsächlich aus Quarz und Silikaten
besteht. Sulfide treten eher selten auf. Dies führt zu der Einschätzung, dass das Revier
Zinnwald - Cinovec nur ein sehr geringes Potenzial im Hinblick auf Sulfat- und Eiseneinträge
in die Fließgewässer hat.
In Tabelle 18 sind die Sulfatgehalte der wesentlichen Stollnwässer im Raum Zinnwald –
Cinovec (Tiefer Bünaustolln und Tiefer Hilfe Gottes Stolln) dargestellt.
Tabelle 18: Sulfatgehalte der Stollnwässer im Raum Zinnwald - Cinovec.
Name
MKZ
OWK/Gewässer Jahr n
Min
[mg/L]
Max
[mg/L]
MW
[mg/L]
Med
[mg/L]
P90
[mg/L]
Tiefer
Bünaustolln
OBF08380
DESN_5371822
(Heerwasser)
2013 4
18
28
22
21
28
Tiefer Hilfe
Gottes Stolln
OBF08391
DESN_5371822
(Heerwasser)
2015 4
18
19
19
18,5
19
Die Auswertung zeigt Sulfatgehalte der Stollnwässer im Bereich 20 mg/L und bestätigt die
Einschätzung eines sehr geringen Potenzials im Hinblick auf Sulfat- und Eiseneinträge in die
Fließgewässer.
3.3.4.2
REVIER PÖHLA (GLOBENSTEIN-HÄMMERLEIN-TELLERHÄUSER)
Der neue Bergbau im Raum Pöhla richtet sich vor allem auf die Gewinnung von Wolfram,
Zinn und Zink. Magnetit, Kupfer und Indium sind potenzielle Nebenprodukte.

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-3 VORARBEITEN - DATENRECHERCHE, ABGRENZUNG UND EINTEILUNG DER UNTERSUCHUNGSGEBIETE-
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VITA-MIN
In Tabelle 19 sind die Hauptminerale des Lagerstättengebietes Pöhla (Globenstein-
Hämmerlein-Tellerhäuser) mit ihrer Konzentration an Schwefel (Sulfatquelle) und Eisen
aufgeführt. Außerdem findet sich eine Bewertung des Freisetzungspotenzials für Sulfat und
Eisen.
Tabelle 19: Hauptminerale und Sulfat-/Eisen-Freisetzungspotenzial der Lagerstätte Pöhla
(Globenstein-Hämmerlein-Tellerhäuser).
Kompo-
nenten
Formel
Mas-
sen-
Anteil
Schwefel
Eisen
Konzen-
tration
Freiset-
zungs-
potenzial
Konzen-
tration
Freiset-
zungs-
potenzial
Lagerstätte
Granat
Ca
3
(Al,Fe
3+
)
2
[SiO
4
]
3
3
0
0
2
1
Pyroxen
Ca(Mg,Fe
2+
)
Si
2
O
6
3
0
0
2
1
Amphibol
Ca
2
Fe
2+
5
Si
8
O
22
(OH)
2
3
0
0
2
1
Magnetit
Fe
3
O
4
3
0
0
3
1
Feldspat
Na[AlSi
3
O
8
]
1
0
0
0
0
Quarz
SiO
2
1
0
0
0
0
Scheelit
CaWO
4
1
0
0
0
0
Cassiterit
SnO
2
1
0
0
0
0
Sulfide
Sphalerit
(Zn,Fe)S
2
2
3
2
2
Pyrit
FeS
2
1
3
2
3
2
Arsenopyrit
FeAsS
1
3
2
3
2
Chalcopyrit
CuFeS
2
1
3
1
3
2
Nebengestein
Glimmer-
schiefer
Quarz,
Muskovit
0
0
0
0
Bewertung auf Skala 0 bis 3: 3 - hoch, 2 - mittle, 1 - niedrig, 0 - sehr niedrig, vernachlässigbar
Aus der Übersicht wird deutlich, dass die Lagerstätte hauptsächlich aus Silikaten und
Magnetit besteht. Sulfide treten in größeren Anteilen auf, wobei der Schwerpunkt auf
Sphalerit liegt. Dies führt zu der Einschätzung, dass das Lagerstättengebiet Pöhla ein relativ
hohes Potenzial im Hinblick auf Sulfat- und Eiseneinträge in die Fließgewässer aufweist.
3.3.4.3
REVIER NIEDERSCHLAG
Der neue Bergbau im Bereich Niederschlag richtet sich auf die Gewinnung von Fluss- und
Schwerspat. Das Bergwerk wurde seit 2008 geplant und ausgebaut. Die Produktion begann
2015.
In Tabelle 20 sind die Hauptminerale des Lagerstättengebietes Niederschlag mit ihrer
Konzentration an Schwefel (Sulfatquelle) und Eisen aufgeführt. Außerdem findet sich eine
Bewertung des Freisetzungspotenzials für Sulfat und Eisen.

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-3 VORARBEITEN - DATENRECHERCHE, ABGRENZUNG UND EINTEILUNG DER UNTERSUCHUNGSGEBIETE-
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VITA-MIN
Tabelle 20: Minerale und Sulfat-/Eisen-Freisetzungspotenzial im Revier Niederschlag.
Kompo-
nenten
Formel
Mas-
sen-
Anteil
Schwefel
Eisen
Konzen-
tration
im
Mineral
Freisetzungs-
potenzial aus
Lagerstätte
Konzen-
tration
im
Mineral
Freiset-
zungs-
potenzial aus
Lagerstätte
Lagerstätte
Fluorit
CaF
2
3
0
0
0
0
Baryt
BaSO
4
3
3
0
0
0
Quarz
SiO
2
2
0
0
0
0
Feldspat
K[AlSi
3
O
8
]
[
1
0
0
0
0
Sulfide
Sphalerit
(Zn,Fe)S
1
3
1
2
1
Pyrit
FeS
2
1
3
1
3
1
Chalcopyrit
CuFeS
2
1
3
1
2
1
Galenit
PbS
1
3
0
0
0
Nebengestein
Glimmer-
schiefer
Quarz,
Muskovit
0
0
0
0
Bewertung auf Skala von 0 bis 3: 3 - hoch, 2 - mittle, 1 - niedrig, 0 - sehr niedrig, vernachlässigbar
Aus der Übersicht wird deutlich, dass die Lagerstätte hauptsächlich aus Fluorit und Baryt
besteht. Baryt weist zwar einen hohen Sulfatanteil von ca. 40 % auf, ist aber in Wasser
schwer löslich. Die aus Baryt ableitbaren maximalen Sulfatkonzentrationen im Wasser liegen
bei ca. 2 mg/L. Daher ist das Sulfat-Freisetzungspotenzial sehr gering. Die Sulfide haben
einen sehr geringen Anteil an der Lagerstätte, so dass sowohl das Sulfat- als auch das
Eisen-Freisetzungspotenzial insgesamt als gering einzuschätzen sind.
3.3.5
EINFLUSS DURCH ATMOSPHÄRISCHE SCHWEFELDEPOSITION
Die größte anthropogene Schwefelquelle in Mitteleuropa seit Mitte des vorletzten Jahrhun-
derts war die Verbrennung fossiler Kohlenstoffträger. Der größte Anteil der Schwefelemissi-
onen stammte aus Kraft- und Fernheizanlagen (ca. 44 %) und Industrieanlagen (42 %)
(Schachtschabel
et al.
1992). Die Auswertung von Emissions- und Immissionsdaten zu
schwefelhaltigen Stoffen in der Atmosphäre (Schwefeldioxid und Stäube) ergaben eine
starke Wichtung zu > 95 % des Anteils an SO
2
(Matthes 1999, Kulinna
et al.
1997, Schacht-
schabel
et al.
1992). Größte Quelle an Schwefel in der Atmosphäre ist demnach die SO
2
-
Emission. Nach Richter & Meissner (1998) betrug 1997 die SO
2
-S-Emission in Deutschland
ca. 745.103 t S/a. Dies entspricht einem Anteil von 96 % an der gesamten Emission des
Landes. Daraus ist eine durchschnittliche Flächenbeaufschlagung (flächenbezogener Eintrag
an Schwefel in die Umwelt) von 30 kg/ha/a abzuleiten. Hier ist jedoch zu berücksichtigen,
dass es lokal zwischen Industriestandorten und ländlichen Gebieten große Unterschiede
gibt. Demzufolge können die Industriestandorte durchaus die doppelte S-Beaufschlagung
erfahren.
Bezogen auf die emittierten Stoffe werden diese nach einiger Zeit wieder aus der Atmosphä-
re in die Böden und Flüsse durch Nass- und Trockendeposition ausgewaschen bzw. an der
Bodenmatrix oder Pflanzenmaterial absorbiert.

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-3 VORARBEITEN - DATENRECHERCHE, ABGRENZUNG UND EINTEILUNG DER UNTERSUCHUNGSGEBIETE-
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VITA-MIN
Nach Matthes (1999) kann die Entwicklung der SO
2
-Schadstoffemissionen der DDR im
Zeitraum von 1970 bis 1990 mit der Entwicklung der Braunkohleförderung gleichgesetzt
werden. Grund dafür sind die mangelnde Entschwefelung und Entstaubung der Kraftwerke
und Großfeuerungsanlagen, welche die größten Schwefel-Emittenten waren. Nach 1990
wurden die SO
2
- und Staubemissionen der Braunkohlekraftwerke drastisch reduziert, indem
über Filter und Abscheideanlagen die Stoffe entfernt wurden.
Die Gegenüberstellung von geförderter Braunkohlemenge und SO
2
-Emissionen aus den
Daten von Matthes (1999) ergaben für die durchschnittlichen Schwefelgehalte der Mittel-
deutschen Braunkohlegebiete einen Wert von 0,84 % Schwefel. Gemäß anderer Literatur
scheint dieser S-Gehalt relativ niedrig zu sein gegenüber der allgemeinen Wertung, dass die
Braunkohlen der Lausitz zwischen 0,3 und 1,5 % S und die aus dem Oligozän stammenden
Kohlen des Mitteldeutschen Revieres zwischen 1,5 und 2,1 % Schwefel enthielten.
Abbildung 14 stellt eine zeitliche Gegenüberstellung der Braunkohleförderung in der DDR
und der SO
2
-Emissionen dar. Die Braunkohlenförderung und SO
2
-Emissionen nach Matthes
(1999) wurden als Grundlage für die weitere Kalkulation der SO
2
-S-Einträge in Abbildung 15
genommen.
Abbildung 14: a) Geförderte Braunkohlenmenge und b) Gegenüberstellung der SO
2
-
Emissionen und der Braunkohleförderung in der DDR und den neuen Bundesländern von
1945 bis 1992 (Datenauswertung nach Matthes 1999).
Abbildung 15: a) Einträge an Sulfat aus der Atmosphäre in die Böden und Gewässer über
die Jahrzehnte in Sachsen und Gegenüberstellung der derzeitigen jährlichen SO
4
-Austräge
über Oberflächenwässer; b) Schwefel-Flächenbeaufschlagung berechnet aus den Braunkoh-
ledaten bis 1990, ab 1990 Auswertung der bundesdeutschen Immissionsdaten (UBA 2018).

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-3 VORARBEITEN - DATENRECHERCHE, ABGRENZUNG UND EINTEILUNG DER UNTERSUCHUNGSGEBIETE-
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VITA-MIN
Nach Matthes (1999) kann man die Emission an SO
2
-S gleich setzen mit der Immission von
Schwefel in die Umwelt. Daraus lassen sich durchschnittliche Flächenbeaufschlagungen an
Schwefel über die Jahre und Jahrzehnte bestimmen. Hier müsste natürlich durch die
inhomogene Verteilung der Schwefelemittenten auch eine inhomogene Verteilung des
eingetragenen Schwefels berücksichtigt werden. Der Höhepunkt der Schwefelemission ist in
den Jahren 1985 – 1989 zu finden.
Ab 1990 wurde einerseits durch das Zurückfahren des Braunkohlenabbaus und andererseits
durch den Einbau von Filteranlagen der Staub und Schwefeldioxidausstoß sehr stark
reduziert. Die Kalkulation der S-Emission durch Braunkohleverbrennung (S-Immission durch
SO
2
) ist ab 1990 nicht mehr anwendbar. Hier sind aber verlässliche Daten zur SO
2
-
Immission vorhanden.
Aus den emittierten S-Mengen lassen sich Schwefel-Flächenbeaufschlagungen errechnen.
Diese sind für Sachsen in Abbildung 15 dargestellt. Hier wurden die derzeitig über die Flüsse
ausgetragenen Sulfatmengen den in den vergangenen Jahren eingetragenen SO
4
-Mengen
gegenübergestellt. Demzufolge würde ein Szenario (Eintrag = Austrag) den Jahren 1954
bzw. 1992 entsprechen. Als Vergleich wurden weiterhin die Schwefel-Bestandes-
niederschläge von Tharandt und Oberbärenburg aus den Jahren 1985 – 1993 mit einbezo-
gen. Größenordnungsmäßig decken sich diese mit den Bundesimmissionsdaten.
Bekannt ist, dass die Oberböden an Schwefel infolge von Auswaschung durch geringe
Schwefeldepositionen verarmen. Es ist wenig darüber bekannt, wieviel Schwefel derzeit
noch in der Pedosphäre durch die ehemals starken Immissionen festgelegt oder noch
unterwegs sind. Ein Teil der aktuellen Sulfatfrachten in den Flüssen könnte deshalb seine
Ursache in den hohen Depositionsmengen der Vergangenheit haben. Ein konkreter Nach-
weis darüber konnte in der vorliegenden Studie nicht erbracht werden, da dazu Messungen
notwendig wären.
Eine Lokalisierung der durch die atmosphärische Schwefeldeposition beeinflussten Gebiete
ist aufgrund der diffus wirkenden Schwefelquelle nicht möglich.
3.3.6
EINFLUSS DURCH ALTABLAGERUNGEN
Altablagerungen und Altstandorte sind für Sachsen im SALKA erfasst. Diese Daten konnten
seitens des AG aus Datenschutzgründen nicht sachsenweit zur Verfügung gestellt werden.
Aus früheren Untersuchungen war bekannt, dass im SALKA kaum chemische Daten zu Eisen
und Sulfat vorhanden sind. Daher wurde entschieden, nur bei Vorliegen konkreter Anhalts-
punkte für einen Eisen- bzw. Sulfateintrag aus Altablagerungen SALKA-Daten gezielt
auszuwerten.
Von einer Kartendarstellung der durch Altablagerungen betroffenen Gebiete wurde daher
abgesehen.

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-3 VORARBEITEN - DATENRECHERCHE, ABGRENZUNG UND EINTEILUNG DER UNTERSUCHUNGSGEBIETE-
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VITA-MIN
3.3.7
EINFLUSS DURCH HEIDEN UND MOORE
Moore und organische Nassstandorte sind natürliche Kohlenstoff-, Stickstoff-, Phosphor-
und Schwefel-Senken, weshalb sie eine bedeutende Rolle im Wasser- und Stoffhaushalt
einnehmen. Als wasserabhängige Ökosysteme sind Moore besonders von der Veränderung
des Wasserhaushaltes durch direkte oder indirekte anthropogene Eingriffe, z. B. der
Entwässerung, betroffen.
Eine landesweite Übersicht zur Lage und dem Zustand der Moore und organischen Nass-
standorte für den Freistaat Sachsen existiert erst seit wenigen Jahren. Zwischen 2008 und
2011 wurde im Auftrag des Sächsischen Landesamtes für Umwelt, Landwirtschaft und
Geologie (LfULG) das Konzept eines Sächsischen Informationssystems für Moore und
organische Nassstandorte (kurz SIMON) erarbeitet (Kessler
et al.
2011). In diesem Informa-
tionssystem wurden bodenkundliche, geologische, naturschutzfachliche und weitere
zweckdienliche Informationen gebündelt. Grundlagen zur Generierung einer sachsenweiten
Übersicht bildeten neben abiotischen Datenquellen (u. a. Geologische Karten, Bodenkon-
zeptkarte) auch biotische Quellen (Daten der selektiven Biotopkartierung, 2. Durchgang).
Die weiterführende Methodik ist ausführlich in Kessler
et al.
2011 beschrieben.
Im Ergebnis entstand erstmals ein kartografischer Überblick zur Verbreitung der „Moorkom-
plexe“ in Sachsen mit einer Gesamtfläche von 46.800 ha bzw. 2,5 % der Landesfläche
Sachsens. Die Moorkomplexkarte ist in Abbildung 16 dargestellt. Kerngebiete der Verbrei-
tung sind das Westerzgebirge, das Mittelerzgebirge, die Königsbrück-Ruhlander Heiden und
das Oberlausitzer Heide- und Teichgebiet.

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Abbildung 16: Moorkomplexkarte für Sachsen (Darstellung der einzelnen Moorkomplexe
überhöht, aus Kessler
et al
. 2011).
Im Rahmen der aktuellen Studie wurde für die grafische Ausweisung von Moorflächen als
Gebiete mit potenzieller Sulfat- bzw. Eisenbelastung für Oberflächengewässer aufgrund der
fehlenden Verfügbarkeit aller SIMON-Daten lediglich auf die Karte der Fließgewässerland-
schaften in Sachsen (LfULG 2017b, Ausgrenzung auf Basis der geologischen Einheiten,
Grundlage: GÜK 400) zurückgegriffen. Die ausgewiesenen Moore sind in Abbildung 17
dargestellt und umfassen eine Gesamtfläche von 199 km
2
für die Fließgewässerlandschaft
Moore. Dies entspricht 1,1 % der Landesfläche Sachsens.

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Abbildung 17: Verteilung der Moore in Sachsen (Darstellung der Moore als Fließgewässer-
landschaft auf der Basis geologischer Einheiten, LfULG 2017b)
Moorböden weisen regelmäßig erhöhte Gehalte an organisch gebundenem Schwefel und
Eisensulfiden auf. Im Bundesland Niedersachsen z. B. sind Moore charakterisiert durch
einen Schwefelanteil von 0,1 bis 0,6 % in der Trockenmasse (LBEG 2018). Bei der Belüftung
oder Entwässerung von Moorböden werden durch Oxidationsprozesse erhebliche Mengen
des Schwefels als wasserlösliches Sulfat mobilisiert, welches in das Grund- bzw. Oberflä-
chenwasser gelangen kann.
In Nordwestsachsen und der Lausitz nehmen dort anzutreffende Moore (wie NSG Mause-
bruch, Presseler Quellmoorkomplex und Wöllnauer Senke) eine Rolle als Sulfatsenken ein
(Kessler
et al.
2011). Dies trifft aber nur für intakte Moore zu, in denen reduktive Bedingun-
gen herrschen.
Erste Rechercheergebnisse zum Eisen ergaben, dass Moore für einen erhöhten Eisenzutritt
in Fließgewässer verantwortlich sein können. Begründet werden kann dies durch die für
Moore charakteristischen sauren und reduzierenden Bedingungen, wodurch es zu einer
verstärkten Mobilisierung von Eisen kommt.
Moore bestehen hauptsächlich aus Torf, einem organischen Sediment. Es entsteht in Mooren
aus der Ansammlung nicht oder nur unvollständig zersetzter pflanzlicher Substanz. Es weist
nur sehr geringe Gehalte an Metallen und anderen Schadstoffen auf. Eine signifikante
Wirkung ist jedoch die Reduktionswirkung der organischen Substanz. Diese kann auf

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benachbarte Sedimente übergreifen und von dort vor allem Eisen reduzieren und damit
mobilisieren:
4 Fe(OH)
3
+ C + 7 CO
2
4 Fe(HCO
3
)
2
+ 2 H
2
O
Fe(HCO3)2 wird im Wasser gelöst. Treten solche Wässer an die Erdoberfläche, kommen sie
mit Luftsauerstoff in Kontakt und das Fe wird oxidiert und ausgefällt (Abbildung 18):
4 Fe(HCO
3
)
2
+ O
2
+ 2 H
2
O
4 Fe(OH)
3
+ 8 CO
2
Abbildung 18: Eisenhydroxid-Ausfällungen aus eisenhaltigen Wässern im Moor von Soos
(CZ, OWK: CZXX_OHL_0110).
3.3.8
EINFLUSS DURCH LANDWIRTSCHAFT
Aussagen zum Einfluss der Landwirtschaft auf Grund- und Oberflächenwasser konzentrieren
sich oft auf die Nitratbelastung und den Eintrag organischer Stoffe. Allerdings haben Nestler
& Grischek (2002) in einem BMBF-Vorhaben versucht, eine Schwefelbilanz für landwirt-
schaftliche Betriebe aufzustellen. Im Ergebnis dieser Untersuchungen wird eine Bewertung
des Sulfateintrags durch die Landwirtschaft vorgenommen. Zusammenfassend wird von
Nestler & Grischek ausgeführt, dass die landwirtschaftliche Flächennutzung in der Lage ist,
sowohl atmosphärische Einträge als auch die Schwefelzufuhr durch Dünger weitestgehend
durch die Flächennutzung abzupuffern. Allerdings ist bei Betrieben mit sehr hohem Viehbe-
satz in der Regel der Schwefelimport über Zukauffuttermittel höher, als der flächenbezoge-
ne Schwefelexport. Nach Nestler & Grischek wirken sich demnach die in der Landwirtschaft
freigesetzten Sulfatmengen nicht wesentlich auf die Grundwasserbeschaffenheit aus. Für die
Oberflächenwässer wird dies von diesen Autoren ebenfalls vorausgesetzt.
Im Zuge der statistischen Datenauswertung im Zuge unserer Studie wurden Ergebnisse
erzielt, die eine Modifizierung dieser Aussagen erfordern (siehe Abschnitt 4.6.2.7).

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3.3.9
EINFLUSS DURCH INDUSTRIELLE UND KOMMUNALE ABWÄSSER
Sulfathaltige Abwässer fallen hauptsächlich bei der chemischen Industrie, erdölverarbeiten-
den Industrie und bei der Stahlerzeugung an. Prozesswässer der metallverarbeitenden
Industrie (z. B. Beizen, saure Elektrolytlösungen) werden meist einer Neutralisation
unterzogen und erhöhen dadurch die Sulfatfracht des Abwassers. Durch Schlachtbetriebe,
Gerbereien und Zellstoffbetriebe werden sulfithaltige Materialien verwendet. Während der
Abwasserbehandlung wird das Sulfit zu Sulfat oxidiert und gelangt in das Abwasser.
Generell weisen einige Industrieabwässer Sulfatkonzentrationen von einigen hundert bis
tausend mg Sulfat/L auf.
Die Sulfatkonzentration von kommunalen Abwässern ergibt sich aus den Konzentrationen
des Trinkwassers, menschlicher Stoffwechselprodukte sowie verwendeter Wasch- und
Reinigungsmitteln. Sulfatgehalte von industriellen und kommunalen Abwässern sind
beispielhaft in Tabelle 21 aufgeführt.
Tabelle 21: Sulfatgehalte von industriellen und kommunalen Abwässern (aus Nestler &
Grischek 2002).
Art des Abwassers
Sulfatkonzentration in mg/L
Städtisches Abwasser
100 - 300 (Mittelwert: 200)
Häusliches Abwasser
50 - 150
Mischabwasser
300 - 600
Textilveredelung
750 - 1.050
Batteriefabrik
> 4.000
Glasindustrie
60.000
Elektropoliererei
8.000
Beizerei
54.000
Eine nähere Betrachtung erfolgt auf Basis der Datenauswertung in Abschnitt 4.6.2.6.
3.4 RECHERCHE VERFÜGBARER GRUNDWASSERDATEN
In Sachsen wird durch das LfULG gemäß den Forderungen der EU-WRRL ein Grundwasser-
messnetz betrieben, welches die regelmäßige Beprobung und Analyse der Grundwasserbe-
schaffenheit in allen GWK sicherstellt. Im Rahmen der überblicksweisen Überwachung (ca.
208 Messstellen) werden ein- bis zweimal jährlich Proben genommen und im Labor analy-
siert, u. a. Eisen und Sulfat im Grundprogramm Anorganik und Eisen(II) im erweiterten
Grundprogramm. Messstellen zur operativen Überwachung diffuser Belastungen (ca. 247
Messstellen) werden ein- bis zwölfmal jährlich und zur operativen Überwachung punktueller
Belastungen (158 Messstellen) einmal jährlich beprobt und analysiert.
Die Daten des Landesmessnetzes zur Grundwasserbeschaffenheit wurden vom LfULG zur
Bearbeitung der Studie zur Verfügung gestellt. Sie umfassen neben dem genannten
staatlichen
Messnetz
zusätzlich
aktuelle
und
Altdaten
weiterer
Betreiber

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VITA-MIN
(LMBV/LEAG/MIBRAG, Wasserverbände und -versorger, Kommunen und öffentliche Verwal-
tungen, Wirtschaftsbetriebe: Wismut, Saxonia, Dow Chemical).
Die recherchierten Grundwasserdaten wurden in die für das Projekt angelegte Datenbank
überführt, aufbereitet und anschließend einer beschreibenden Statistik unterzogen (vgl.
Kap. 4.4). Die Ergebnisse für die Messstellen wurden in Form einer Arbeitskarte dargestellt.
Das Ziel der statistischen Auswertung der Grundwasserbeschaffenheit besteht darin,
anthropogen erhöhte Eisen- und Sulfatgehalte im Grundwasser zu erkennen und räumlich
zuzuordnen.
3.5 RECHERCHE WEITERER DATEN
Zur Bearbeitung dieser Studie sind eine Reihe weiterer Daten (hydrologische, hydrogeologi-
sche, landwirtschaftliche und wasserwirtschaftliche Daten) erforderlich, um geografische
Zusammenhänge herzustellen und ggf. Korrelationen zwischen Einflüssen und den resultie-
renden Konzentrationen zu untersuchen.
Diese Daten wurden gezielt für bestimmte Fragestellungen recherchiert und werden in den
entsprechenden Abschnitten aufgeführt. Zusammenfassend handelt es sich um folgende
Daten:
- Beschaffenheitsdaten Oberflächenwasser der sächsischen Messnetze (Betreiber: LfULG)
- Beschaffenheitsdaten Grundwasser der sächsischen Messnetze (Betreiber: LfULG,
LMBV/LEAG/MIBRAG, Wasserverbände und -versorger, Kommunen und öffentliche Verwal-
tungen, Wismut, Saxonia, Dow Chemical)
- Pegeldaten und Zeitreihen gemessener Abflüsse (Basispegel des sächsischen Pegelnetzes
Fließgewässer)
- GIS-Daten und Attribute der Wasserkörper nach WRRL, deren Eigenschaften und Bewirt-
schaftungsziele (Daten LfULG)
- Geodaten und Attribute der Fließgewässerlandschaften, Fließgewässernetz, Standgewäs-
ser, Gewässereinzugsgebiete, Teileinzugsgebiete, Fließgewässerkörper, Standgewässerkör-
per, EZG der Fließgewässerkörper, Fließgewässermessstellen (Stamm- und Bewegungsda-
ten), Grundwasserkörper, Grundwassermessstellen (Stamm- und Bewegungsdaten)
- Wasserhaushaltsgrößen der Sächsischen Fließgewässer aus dem Sächsischen Wasser-
haushaltsportal: MQregio (regionalisierter mittlerer Durchfluss)
- Digitale topografische Karten und Luftbilder des Staatsbetriebes Geobasisinformation und
Vermessung Sachsen (GeoSN)
- Sächsische Landschaftseinheiten, Hydrogeologische Teilräume, Moore, Abwassereinleitun-
gen (Geodaten LfULG)
- Corine Landbedeckungsdaten

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- SRTM-Höhendaten
- Bergbaugebiete, Gruben und Tagebaue (Geodaten GEOS GmbH)
3.6 RECHERCHE BEREITS EXISTIERENDER (HYDROCHEMISCHER)
MODELLIERUNGEN ZU EISEN UND SULFAT
3.6.1
MODELLE IM RAHMEN DER WISMUT-URANBERGBAUSANIERUNG
Die nachfolgende Zusammenstellung von Modellierungen zu Eisen und Sulfat beruht
maßgeblich auf den Erfahrungen und Tätigkeiten von GEOS im Rahmen der Wismut-
Sanierung. Diese wurde ergänzt durch aktuelle Recherchen.
Grundsätzlich ist zunächst anzumerken, dass es sich bei Modellen zur Prognose von
Grubenflutungen, zur Sickerwasserqualität von Halden sowie zum Austrag aus industriellen
Absetzanlagen stets um Unikate handelt, die ganz spezifisch für einen Standort bzw. ein
Objekt entwickelt und angepasst wurden. Zwar sind Modellkonzepte generell nutzbar,
jedoch ist stets eine i. d. R. sehr aufwändige, standortspezifische Anpassung notwendig.
Ohne dass im Nachfolgenden nochmals darauf verwiesen wird, wurden Eisen und Sulfat
stets in die Prognosen einbezogen, da diese Hauptbestandteile von Bergbauwässern sind
und damit für belastbare Prognosen unbedingt zu berücksichtigen sind.
Die meisten der nachfolgend aufgeführten Modelle wurden vor dem Hintergrund von
Sanierungsentscheidungen, d. h. als Werkzeug zur Bewertung von unterschiedlichen
Sanierungsmaßnahmen entwickelt. Zu den Modellen wurden jeweils Studien angefertigt, in
denen neben den Eingangsparametern die unterschiedlichen Modellergebnisse dokumentiert
wurden. Diese Studien wurden mit wenigen Ausnahmen von Auftragnehmern der Wismut
GmbH angefertigt. Die zugrunde liegenden numerischen Modelle wurden nur in einigen
Fällen an die Wismut GmbH übergeben. Häufig sind sie bei den Autoren der Studien
verblieben. Dies war von dem Hintergrund von Schutzrechten in der Regel immer dann der
Fall, wenn die Prognose mit Hilfe von selbstentwickelten Modellen der Auftragnehmer, d. h.
nicht mit kommerzieller Software, erfolgt ist. Dies war relativ häufig der Fall, da es für die
Simulation der Entwicklung von Wasserstand und Wasserqualität von Gruben, sowie die
Prognose der Entwicklung von Stoffausträgen aus Halden und Absetzanlagen keine oder nur
mit vielen Kompromissen nutzbare kommerzielle Software gibt bzw. zum Zeitpunkt der
Modellentwicklung gab. Deshalb wurden von einigen Firmen und Institutionen Eigenentwick-
lungen für diese speziellen Fragestellungen durchgeführt.
Die Tatsache, dass die meisten der Modelle vor dem Hintergrund von Sanierungsentschei-
dungen entwickelt wurden, hat zur Folge, dass diese Modelle nicht aktualisiert wurden und,
wie oben erläutert, auch nicht zur Verfügung stehen bzw. nicht mehr nutzbar sind. Eine
Ausnahme hierzu bilden die Modelle, die im Zusammenhang mit der Sanierung der Grube
Königstein entwickelt wurden, da für diese Grube noch keine Entscheidung zur finalen
Sanierung getroffen wurde. Das Grubenflutungsmodell FLOODING und das regionale
Strömungs- und Transportmodell auf der Grundlage von SPRING werden seit mittlerweile
ca. 20 Jahren fortgeschrieben, an den aktuellen Daten kalibriert und stetig verbessert. Nach

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VITA-MIN
unserem Kenntnisstand verfügt die Wismut GmbH über die aktuellen Modelle und ist selbst
in der Lage Eingangsdaten anzupassen und Simulationen durchzuführen.
3.6.1.1
GRUBEN
Der Chemismus der Grubenwässer ist in Beuge
et al.
(1994) charakterisiert. Danach kann
er in weiten Grenzen schwanken und hängt vor allem vom Erzinhalt, von der Gangart (den
Begleitmineralen) und vom Charakter des Nebengesteins ab. Erze verwittern in Oberflä-
chennähe wie die Gesteine durch Luftoxidation, wobei diese Zone entlang von tektonischen
Brüchen auch unter natürlichen Verhältnissen teils bis mehr als 2.000 Meter tief hinabrei-
chen kann. Unter den Bedingungen des Bergbaus dehnt sich dieser sogenannte „eiserne
Hut“ der Lagerstätte durch Absenken des Grundwasserspiegels seitlich wie auch vertikal
wesentlich aus. Besonders schnell und intensiv verwittern Sulfide und Arsenide – oft unter
Bildung von Schwefel- und Arsensäure, die wiederum in Verbindung mit Mikroorganismen
den Verwitterungsprozess weiter beschleunigen. Dabei werden von den vielen Metallen vor
allem migrationsfreudige Elemente wie Kupfer, Zink, Cadmium und Quecksilber in Form
wasserlöslicher Verbindungen mit dem Grubenwasser ausgetragen. Ein anderer Teil, zu dem
insbesondere Eisen, Wismut, Wolfram und Zinn gehören, verbleibt dagegen in sulfatischer,
arsenatischer oder oxidischer Form. Er bildet Krusten und Imprägnationen im und auf dem
Gestein. Allerdings ändern sich die Werte für Säuregrad und Redoxpotential im Grubenwas-
serlauf. Daraus ergeben sich für die einzelnen Elemente wechselnde Transportkapazitäten.
Teils werden sie erst beim Austritt an die Erdoberfläche als Ocker und Sinter ausgefällt.
In der Regel unterliegen die einmal im Grubenwasser vorhandenen gelösten Bestandteile
Sulfat und häufig auch Eisen (oxidiert und ausgefällt) beim Austritt in Oberflächenwässer
nur begrenzt chemischen Reaktionen. Dies ist dadurch bedingt, dass in luftgängigen
Grubenbauen bereits untertage eine Oxidation des Eisens stattfinden kann.
Die Eisen- und Sulfatbelastung von Grund- und Oberflächenwässern infolge von Grubenflu-
tungen ist maßgeblich durch die Verwitterung sulfidischer Minerale bedingt. Bei der Auffah-
rung und Bewetterung eines Bergwerkes werden diese oxidiert und gelangen nach der
Flutung in das Grubenwasser. Dabei ist zu unterscheiden zwischen einem sofort verfügbaren
Anteil, mit der Überflutung von Grubenbereichen unmittelbar in Lösung geht und in eine
Nachlieferung aus dem Porenraum. Da bei einer Grube mit Wasserhaltung große Bereiche
des anstehenden Gesteins teilentwässert werden, können diese im Laufe der Zeit auch
durchoxidiert werden. Nach einer Flutung gibt es deshalb einen in der Regel sehr lang
anhaltenden Prozess der Stoffnachlieferung aus dem Gestein. Während der sofort verfügba-
re Anteil einer (exponentiellen) Auswaschung unterliegt, die maßgeblich durch den Wasser-
durchsatz durch die geflutete Grube bestimmt wird, ist die Nachlieferung aufgrund der
Heterogenität der Parameter sehr schwierig quantifizierbar. Sie wurde deshalb bei einer
Reihe von Grubenflutungsmodellen nicht berücksichtigt.
Bei der Prognose von Grubenflutungen kommen in der Regel Kompartimentmodelle oder
Boxmodelle zum Einsatz. Eine hohe räumliche Auflösung der Grube mittels Finite Elemente
oder Finite Differenzen Modellen hat sich als nicht zielführend erwiesen. Der Grund liegt in
der Heterogenität und dem Nichtvorhandensein der notwendigen Eingangsdaten in ausrei-
chender Qualität und Quantität. Bei diesen Modellen wird die Grube in einzelne Bilanzberei-
che unterteilt, in denen die Wasser- und Stoffbilanz sowie geochemische Prozesse berechnet
werden. Die einzelnen Bilanzbereiche tauschen aufgrund von Randbedingungen (Zuflüsse,

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Überläufe, Wasserentnahmen, etc.) und Verbindungen mit angrenzenden Bereichen Wasser-
und damit auch Stoffströme aus. Sie werden durch das flutbare Volumen (als Funktion des
Flutungsstandes) teilweise unterteilt in Streckenhohlraum und Porenhohlraum charakteri-
siert. Der Porenraum des anstehenden Gebirges wird dabei für die Wasserbilanz und (leider
nur in Ausnahmen) für die Stoffnachlieferung berücksichtigt.
Die hydraulischen Randbedingungen sind dabei sehr stark von der Lage der Grube abhän-
gig. Im Bereich des Festgesteins gibt es in der Regel keine ausgedehnten Grundwasserbe-
reiche. Die Zusickerung erfolgt sehr heterogen über Klüfte und Störungen in die Grube. Dies
entzieht sich einer detaillierten modellhaften Beschreibung. Anders ist die Situation im
Bereich der sächsischen Kreide. Hier befindet sich die Grube Königstein im unteren von vier
teilweise ausgedehnten und wasserwirtschaftlich genutzten Grundwasserstockwerken. Diese
Grundwasserdynamik, aus der die hydraulischen Randbedingungen für die Grube resultie-
ren, kann deshalb mit einem regionalen hydrogeologischen Modell beschrieben werden. Für
Abströme aus der Grube kann dieses Modell auch als Transportmodell verwendet werden.
Nachfolgend ist das Modellkonzept für den Standort Königstein (Kahnt & Paul, 2008)
dargestellt.
Das regionale hydraulische Modell auf der Basis der Software SPRING (Abbildung 19) liefert
die hydraulischen Randbedingungen für das Grubenflutungsmodell FLOODING (Abbildung
20).
Abbildung 19: Draufsicht (links) und Vertikalschnitt (rechts) auf das Finite Elemente Netz
des regionalen hydraulischen Modells im Bereich der Grube Königstein (aus Kahnt & Paul
2008).

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Abbildung 20: Detailliertes 3D-Modell der Laugungsblöcke und Grundstrecken des Bergwer-
kes Königstein (rechts oben) und daraus abgeleitetes Kompartimentsmodell FLOODING
(links unten, Stand 2008) (aus Kahnt & Paul 2008).
Das gesamte Modellkonzept für die Grube Königstein ist in Abbildung 21 dargestellt.
Abbildung 21: Modellkonzept für die Prognose der Flutung der Grube Königstein.
Zur reaktiven Stofftransportmodellierung für den Abstrombereich bzw. zur Durchströmung
von Schwächezonen von Stauern wurden unterschiedliche 1D-Transportmodelle auf der
Grundlage von PHREEQC, MINTEK und anderer entwickelt. Während das Grubenflutungsmo-
A1
A2
A3
B1
B2
B3
C1
C2
C3
WN
WS
E2
E1
AG
BG
CG
DG

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dell fortwährend an den Flutungsdaten weiter kalibriert wurde, ist die Unsicherheit der
Parametrisierung, insbesondere für Spurengehalte und reaktiven Materialien (Sulfide, Calcit,
etc.) sehr hoch.
Nachfolgend erfolgt eine Zusammenstellung, der aus der Kenntnis der Autoren der für die
Wismut GmbH durchgeführten Modellierungen bzw. erstellten Modelle für Grubenflutungen.
Uranbergwerk Grube Königstein (Detailerläuterungen siehe oben):
Grubenflutungsmodell FLOODING, fortlaufend aktualisiert; Modell befindet sich im
Eigentum der UIT GmbH Dresden, kann aber durch die Wismut genutzt werden.
1D-reaktive Transportmodelle PHREEQC, MINTEK und andere; Ergebnisse liegen als
Studien bei der Wismut vor.
3D-Strömungsmodell auf der Grundlage von SPRING; Modell wurde von der Firma
delta-h, Witten entwickelt und liegt vollständig bei der Wismut vor.
Uranbergwerk Schlema-Alberoda:
Es wurden mehrere Grubenflutungsmodelle im Rahmen von Studien, vor allem im
Zusammenhang mit der Auslegung der Wasserbehandlung, erarbeitet. Diese wurden
nach Kenntnis der Autoren nicht aktualisiert und liegen nicht in nutzbarer Form bei
der Wismut vor.
Uranbergwerk Pöhla:
Es wurden mehrere Grubenflutungsmodelle im Rahmen von Studien, vor allem im
Zusammenhang mit der Auslegung der Wasserbehandlung, erarbeitet. Diese wurden
nach Kenntnis der Autoren nicht aktualisiert und liegen nicht in nutzbarer Form bei
der Wismut vor.
Kohlegrube und Uranbergwerk Gittersee:
Von GEOS wurde ein hydraulisches Modell erstellt und angepasst. Damit wurde auch
zum Teil konventioneller Stofftransport (ohne chemische Wechselwirkungen) für ein-
zelne Spezies berechnet. Das Modell wurde nicht aktualisiert.
3.6.1.2
HALDEN
Die Prognose des Stoffaustrages oder auch der Sickerwasserkonzentration von Halden
wurde in der Regel nur im Zusammenhang von Sanierungsentscheidungen durchgeführt.
Die Modelle wurden von Auftragnehmern der Wismut GmbH erstellt und in Berichten
dokumentiert. Eine Übergabe der Modelle erfolgte i. d. R. nicht.
Die Ursache für die Freisetzung von Sulfat und Eisen sind auch hier in der Regel die Gehalte
an sulfidischen Mineralien im Haufwerk. Durch den Zutritt von Luftsauerstoff erfolgt eine
Oxidation und es entstehen hoch mineralisierte Porenwässer. Diese werden im Zusammen-
hang mit der Durchsickerung des Haldenkörpers ausgetragen. Dabei spielt sowohl die
Heterogenität des Haldenkörpers (bevorzugte Fließwege) als auch die kinetisch sehr
limitierten Diffusionsprozesse eine zentrale Rolle. Insbesondere aufgrund der Heterogenität
ist eine belastbare Prognose der Sickerwasserzusammensetzung ohne das Vorliegen
gemessener Konzentrationen sehr unsicher.

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Es wurden für eine Reihe von Halden Modellierungen im Zusammenhang mit der Sanie-
rungsentscheidung durchgeführt. Dabei ging es vor allem um die Bewertung der Wirkung
von Abdeckungen unter Berücksichtigung des Ist-Zustandes.
So wurden für eine Reihe von Halden im Bereich Aue/Schlema-Alberoda Modellierungen mit
PHREEQC, TENSIC/TEN3D im Rahmen von Studien durchgeführt. Für die Schüsselgrundhal-
te wurden von den Autoren dieser Studie Prognosen mit GoldSim erstellt. Bei TEN-
SIC/TEN3D handelt es sich um reaktive 1D (TENSIC) bzw. 3D-Modelle, die die chemischen
Wechselwirkungen einbeziehen. Das Grundkonzept basiert auf einer Unterteilung in einen
strömenden und in einem ruhenden Teil des Porenraumes zwischen denen ein empirisch
festgelegter Austausch stattfindet. Da diese Modelle jedoch eine Vielzahl von Parametern
besitzen, ist eine Parametrisierung in der Regel nicht eindeutig und die darauf beruhenden
Prognosen, auch aufgrund der Heterogenität der Zusammensetzung und der Fließwege, sind
extrem unsicher. Unter diesem Blickwinkel hat sich für bestehende Halden die folgende
Vorgehensweise bewährt:
1) Aufstellung einer Wasserbilanz mit BOWAHALD oder HELP oder ähnlichem unter Be-
rücksichtigung des Bewuchses und ggf. vorhandener Abdeckungen,
2) Verwendung von gemessenen Sickerwasserkonzentrationen,
3) Abschätzung der Frachten aus Konzentration und Wasserbilanz unter Berücksichti-
gung der maßgeblichen Fließwege.
Im Gegensatz zu Grubenwässern, kann der Stoffaustrag aus Halden als nahezu konstant
angenommen werden.
3.6.1.3
ABSETZANLAGEN
Der Stoffaustrag aus industriellen Absetzanlagen (IAA) wurde im Rahmen der Wismutsanie-
rung intensiv untersucht, da es sich um sehr bedeutende Stoffquellen handelt. Insbesondere
wurden Sanierungsentscheidungen für Standorte mit Absetzanlagen auf der Grundlage des
sogenannten Standortmodellkonzeptes getroffen. Dabei handelt es sich um ein Wasser- und
Stoffbilanzmodell unter Einbeziehung aller Stoffquellen eines Standortes. Dieses Modell
integriert die Detailmodelle für unterschiedliche Schadstoffquellen und wird dazu benutzt,
die Wirkung technischer Maßnahmen auf den Stoffaustrag (Frachten, Konzentrationen)
quantitativ zu erfassen und mit den Kosten in Relation zu setzen. Für die Standorte Cros-
sen/Dänkritz in Sachsen sowie die IAA Borbachdamm befanden sich diese Ansätze allerdings
noch in der Entwicklung und wurden deshalb im Gegensatz zu den IAA’s in Thüringen
(Culmitzsch und Trünzig) nicht konsequent umgesetzt.
Für die Absetzanlagen selbst wurden 1D- bzw. 3D-reaktive Detailmodelle entwickelt.
Teilweise mit GoldSim (Wismut, GEOS) und teilweise mit TENSIC/TEN3D (HPC, DMT). Die
nachfolgende Skizze (Abbildung 22) zeigt die für Absetzanlagen wesentliche Zonierung
sowie die ablaufenden und für eine Prognose zu berücksichtigenden Prozesse.

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Abbildung 22: Schematische Abbildung einer IAA mit den Bereichen Freiwasser, Schluffzone
(Feinschlamm), Übergangszone und Sandzone/Dämme. Dargestellt sind die Prozesse, die
den Stoffaustrag beeinflussen und in einem Prognosemodell berücksichtigt werden müssen
(Kahnt & Paul 2008).
3.6.2
MODELLE FÜR BERGBAUOBJEKTE AUSSERHALB DES ZUSTÄNDIGKEITSBEREICHES
DER WISMUT GMBH
Für die Gruben im Bereich Altbergbau wurden in der Regel Analogieschlüsse gezogen oder
vereinfachte Abschätzungen zum Auswaschungsverhalten gemacht. Detaillierte Modelle
liegen nach Kenntnis der Autoren mit den nachfolgend genannten Ausnahmen nicht vor.
Die nachfolgende Aufstellung basiert auf durchgeführten Recherchen zu diesem Thema:
Steinkohlengrube Zwickau:
Für die Steinkohlengrube existiert nach Kenntnis der Autoren ein 3D-geologisches
Modell, jedoch kein Grubenflutungsmodell.
Steinkohlengrube Oelsnitz:
Von DMT wurde ein reaktives Grubenflutungsmodell mit der Software ReacFlow3D
entwickelt. Dabei handelt es sich um ein Boxmodell bei dem auch chemische Wech-
selwirkungen berücksichtigt werden. Auch wurde das Grubenrevier detailliert, sowohl
horizontal als auch vertikal unter Berücksichtigung von Störungen unterteilt
(Abbildung 23).
Wasserbilanz an der Oberfläche (Versickerung,
Oberflächenabfluss in Abhängigkeit Freiwasser,
Abdeckung, Bewuchs)
Gesättigte und teilweise teilgesättigteStrömung
Sauerstoffdiffusionin AbhängigkeitAbdeckungetc.
Geochemische Wechselwirkungen im Porenwasser
(Gas-, Wasser- und Feststoffphase), speziell
Pyritoxidation
Karbonatpufferung
Konsolidierung von Schlufflinsen in der
Übergangszone
….
Schluffzone
Sandzone /
Dämme
Übergangszone
Freiwasser
Tiefenabhängigkeit der hydraulischen
Parameter
Konsolidierung
Abbau des Porenüberdruckes
Porenwasserfreisetzung nach oben
und unten
Zeitabhängigehydraulische
Leitfähigkeit
Setzungsprozesse
Gesättigte Strömungsbedigungen
ZeitabhängigeEntwicklungder
Freiwasserfläche
….

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-3 VORARBEITEN - DATENRECHERCHE, ABGRENZUNG UND EINTEILUNG DER UNTERSUCHUNGSGEBIETE-
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Abbildung 23: Räumliche Diskretisierung des Boxmodells von DMT für die Grube Oelsnitz
auf der Basis von Reacflow3D (DMT 2012).
Freiberger Revier:
Für das Freiberger Revier wurden für Einzelbereiche/Teilobjekte geochemische Be-
trachtungen/Modellierungen im Rahmen von Sanierungsplanungen (u. a. Roter Gra-
ben, Bereich Davidschacht, Stangenbergbach, Rothschönberger Stolln) sowie im
Rahmen von studentischen Arbeiten erarbeitet. Diese sind jedoch stets auf ganz spe-
zifische Fragestellungen bezogen und nicht allgemein nutzbar. Die Modelle liegen bei
den unterschiedlichen Autoren.
Halden- und Deponiekomplex Freital-Saugrund:
Halden und Absetzanlagen und Deponien; hier wurden ebenfalls verschiedene Model-
le im Rahmen der Vorbereitung von Sanierungsentscheidungen erstellt; dabei han-
delt es sich sowohl um konventionelle, d. h. nicht reaktive Stofftransportmodelle als
auch um Wasserbilanzmodelle für Einzelobjekte; weitere Details sind nicht bekannt.
Sulfattransportmodell der Spree:
Von GEOS wurde in den Jahren 2009 bis 2014 ein Sulfattransportmodell für das Ein-
zugsgebiet der Spree erstellt. Dabei wurde neben dem Sulfattransport im Fluss selbst
und seinen Nebengewässern auch der Stoffaustrag aus Kippen und Restseen des Alt-
bergbaus als auch aus Quellen des aktiven Bergbaus einbezogen. Teilweise wurden
auch Betrachtungen zum Transport von Eisen durchgeführt. Das zugrunde liegende
Mengengerüst wurde vom AG auf der Basis einer WBALMO-Modellierung zur Verfü-
gung gestellt.

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-3 VORARBEITEN - DATENRECHERCHE, ABGRENZUNG UND EINTEILUNG DER UNTERSUCHUNGSGEBIETE-
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VITA-MIN
3.7
RECHERCHE VON BEST-PRACTICE-VERFAHREN ZUR SULFAT- UND EISEN-
ABREICHERUNG
In der Vergangenheit wurden schon mehrere ausführliche Übersichten zur Behandlung von
Grund- und Oberflächenwässern im Rahmen des VODAMIN-Projektes im Auftrag des LfULG
erarbeitet, darunter z. B. die Studie von Bilek (2012) und die GEOS-Studie von Glombitza
et al.
(2013). Deshalb beschränkt sich die Darstellung von Best-Practice-Verfahren zur
Sulfat- und Eisenabreicherung in dieser Studie auf eine tabellarische Übersicht mit Fließbil-
dern zu ausgewählten Verfahren und ergänzende Erläuterungen.
3.7.1
SULFAT
3.7.1.1
VERFAHREN ZUR SULFATABREICHERUNG
Obwohl zahlreiche Prozesse zur Abreicherung von Sulfat aus Abwässern oder Prozesslösun-
gen bekannt sind, stellt die Abtrennung von Sulfat aus Bergbauwässern eine technische und
finanzielle Herausforderung dar. Das einfachste und kostengünstigste Verfahren zur
Sulfatabreicherung ist die Fällung von Gips mit Kalkhydrat. Die sogenannte einfache
Kalkfällung und das HDS-Verfahren sind die weltweit am häufigsten angewandten Stan-
dardverfahren zur Neutralisation von sauren Bergbauwässern mit Ausfällung von Gips und
Metallhydroxiden. Sulfat kann aber mit diesen Verfahren nur teilweise entfernt werden, was
durch die Löslichkeit von Gips bedingt ist. Es verbleiben Sulfatrestkonzentrationen von
< 2.000 mg/L. Weiter ist einschränkend zu beachten, dass die Gipsfällung nur mit sauren
Bergbauwässern funktioniert, welche relativ geringe Gehalte an Neutralsalzen (Na
+
und
Mg
2+
) aufweisen. Bei Anwesenheit von Mg
2+
kann dieses durch Einstellen eines sehr hohen
pH-Wertes (pH > 10) als Mg(OH)
2
gefällt werden, was zu einer Verbesserung der Gipsfäl-
lung führt.
Sulfatkonzentrationen < 2.000 mg/L bilden den Anteil an Sulfat, der als schwer entfernbar
gilt. Für diesen Konzentrationsbereich sind eine ganze Reihe physikalischer, chemischer,
biologischer und naturnaher Verfahren zur Sulfatentfernung aus Bergbauwässern bekannt
(Tabelle 22). Eine erste Monographie zur Problematik der Sulfatabtrennung aus Bergbau-
wässern wurde vom International Network for Acid Prevention veröffentlicht (INAP 2003).
Tabelle 22: Systematisierung der Verfahren zur Sulfatabreicherung.
Typ
Verfahrensgruppe
Einzelne Verfahren
Aktive
Verfahren
Chemische Verfahren
-
Fällungsverfahren mit Kalk (Calciumhydroxid):
Gipsfällung
-
Fällungsverfahren mit Kalk und Aluminiumver-
bindungen: Ettringitfällung
-
Fällungsverfahren mit Bariumsalzen: Bariumsul-
fatfällung
-
HDS-Verfahren
Physikalische Verfahren
-
Membranverfahren: Umkehrosmose, Nanofiltra-
tion
-
Ionenaustauscherverfahren: Gyp-Cix, Carix
-
Elektrochemische Verfahren: Rodosan
-
Elektrodialyse

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-3 VORARBEITEN - DATENRECHERCHE, ABGRENZUNG UND EINTEILUNG DER UNTERSUCHUNGSGEBIETE-
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VITA-MIN
-
Vakuumverdampfung
Biologische Verfahren -
Mikrobiologische
Sulfatreduktion
-
Thiomet
-
Thiopaq
-
HLSR
Passive
Verfahren
Anaerobe Wetlands
RAPS (Reducing and alkalinity producing systems)
Reaktive Barrieren
Die wichtigsten bekannten technischen Verfahren bzw. Pilotverfahren zur Sulfatab-
reicherung sind in Tabelle 23 dargestellt. Dabei wird auf die wichtigsten Informationen zum
Prozessverständnis eingegangen sowie Vor- und Nachteile genannt. Im Anschluss an die
Tabelle werden zu den wichtigsten Verfahren verfügbare Prozessfließbilder dargestellt.

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- 3 VORARBEITEN - DATENRECHERCHE, ABGRENZUNG UND EINTEILUNG DER UNTERSUCHUNGSGEBIETE -
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VITA-MIN
Tabelle 23: Vergleich von Verfahren zur Sulfatabreicherung aus Bergbauwässern.
Prozessinformation
Sulfat-Konz.
im Ablauf
Rückstände
Vorteile
Nachteile
Optimierungsmög-
lichkeiten/ Bemer-
kungen
Prozess-
schema
1) Fällung mit Kalkhydrat
Verwendung von Kalkhyd-
rat (Pulver) oder Kalk-
milch als Neutralisations-
und Fällungsmittel;
Ausfällung von Metallhy-
droxiden und Gips
< 2.000 mg/L
Schlamm aus Metall-
hydroxiden und Gips
robustes, erprobtes,
störungsarmes, kosten-
günstiges Verfahren
(Best-Practice für die
Eisenentfernung aus
sauren Bergbauwäs-
sern mit geringen und
mittleren Eisenkon-
zentrationen)
Bei hohen HCO
3
-
Gehalten: zusätzlicher
Kalkverbrauch, nicht
anwendbar bei neutra-
len Wässern mit hohen
Konz. an Neutralsalzen
(Na
+
, Mg
2+
), Probleme
durch Übersättigung bei
der Gipsfällung
HCO
3
-Entfernung durch
Ansäuern und Belüften,
Schlammrückführung
Abbildung
24
2) Fällung mit Kalkstein und Kalkhydrat
Zweistufige Fällung:
1. Stufe mit Kalkstein,
2. Stufe mit Kalkhydrat bis
pH 12, Rückneutralisation
mit CO
2
< 2.000 mg/L
Schlamm: Mg(OH)
2
und andere
Metallhydroxide,
Gips, große
Schlammmenge
neben Schwermetallen
werden Magnesium und
Karbonat abgetrennt
(Enthärtung)
Sulfatrestkonz. durch
Gipslöslichkeit bestimmt
hohe Schlammmenge,
schwer entwässerbar,
CO
2
für Rückneutralisa-
tion
CO
2
und CaCO
3
-
Rückführung
Abbildung
25
3) HDS-Verfahren
HDS: high density sludge
Fällungsverfahren mit
Kalkhydrat, intensive und
z.T. mehrfache Schlamm-
rückführung
und -konditionierung mit
frischer Kalkmilch bei pH
12,5)
< 2.000 mg/L
Metallhydroxide und
Gips-Schlamm
hohe Schlammdichte,
geringes Schlammvolu-
men, robustes,
störungsarmes,
erprobtes Verfahren
(Best-Practice)
verfahrenstechnischer
Aufwand für Schlamm-
kreislauf
Recyclingrate des
Schlammes anpassen
(1- bis 20-fache
Schlammrückführung)
Abbildung
26
4) Fällung mit Bariumsalzen
Fällung mit Bariumchlorid
oder Bariumhydroxid;
Flockung des gebildeten
BaSO
4
mit Eisensalzen
erforderlich
< 100 mg/L
Bariumsulfat und
ggf. Metallhydroxide
niedrige Sulfatrest-
konzentrationen
Bariumsalze sind
toxisch, Gefahr bei
Überdosierung,
kostenintensive
Fällungsreagenzien
Verfahren wird haupt-
sächlich zur Entfernung
von Radium aus
Grubenwässern
eingesetzt. Dabei spielt
die Sulfatabreicherung
keine oder nur eine
untergeordnete Rolle.
(Best-Practice zur
Radiumentfernung)
-

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- 3 VORARBEITEN - DATENRECHERCHE, ABGRENZUNG UND EINTEILUNG DER UNTERSUCHUNGSGEBIETE -
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VITA-MIN
Prozessinformation
Sulfat-Konz.
im Ablauf
Rückstände
Vorteile
Nachteile
Optimierungsmög-
lichkeiten/ Bemer-
kungen
Prozess-
schema
5) Bariumsulfid-Prozess
Fällung von BaSO
4
mit
BaS, therm. Reduktion des
BaSO
4
mit Koks zu BaS
und damit Rückführung
von BaS
< 200 mg/L
Sulfidschlamm,
Schwefel
niedrige Sulfatkonz.
erreichbar, Rückgewin-
nung BaS
nachgeschaltete Stufen
zur H
2
S-Entfernung und
pH-Werteinstellung
erforderlich
Verfahren im Pilotmaß-
stab (10m³/d) erprobt.
Durch Kombination mit
therm. Prozess der
BaSO
4
-Reduktion:
komplizierte Prozessfüh-
rung, kein „einfaches“
Wasserbehandlungsver-
fahren.
-
6) Ettringit-Fällung
Fällung von Ettringit mit
Walhalla-Kalk, Tonerde-
zement, oder Na-
Aluminat; pH-Wert >
11,5; Rückneutralisation
erforderlich
< 100 mg/L
(bei optimaler
Prozess-
führung)
Ettringitschlamm
niedrige Sulfatrest-
konzentrationen;
robustes erprobtes
Verfahren, Entfernung
von Spurenmetallen
Best-Practice bei kleinen
Durchsätzen im
Industrieabwasserbe-
reich
hohe Schlammmenge;
Störung durch Anwe-
senheit von Alkaliionen
(Na
+
, K
+
> 1 g/L)
hoher Fällungs-pH-Wert
Rückneutralisation
erforderlich
kostenintensive
Fällungsreagenzien
Schlammrecycling bzw.
Ettringit-Spaltung und
Al(OH)
3
-Rückführung,
Vorbehandlung zur
Metallentfernung und
Reduzierung der Sulfat-
konzentration empfoh-
len bzw. erforderlich.
-
7) SAVMIN-Prozess
Spezielles Verfahren zur
Ettringitfällung mit
Al(OH)
3
, anschließender
Ettringit-Spaltung und
Rückführung von Al(OH)
3
< 100 mg/L
(bei optimaler
Prozess-
führung und
Abwesenheit
von Alkali-
ionen)
Ettringitschlamm
niedrige Sulfatrest-
konzentration erreich-
bar, Kostenreduzierung
durch Al(OH)
3
-
Rückführung
moderate Schlamm-
menge; Störung durch
Anwesenheit von Alkali-
ionen (Na
+
, K
+
> 1 g/L)
hoher Fällungs-pH-Wert,
Rückneutralisation
erforderlich
Vorbehandlung zur
Metallentfernung und
zur Reduzierung der
Sulfatkonzentration
erforderlich, im
Pilotmaßstab erprobt,
Kostenvorteil durch
Al(OH)
3
-Rückführung
wird größtenteils der
aufwändigen Prozess-
führung geopfert.
Abbildung
27
8) Walhalla- bzw. CESR-Prozess
Ettringit-Fällung mit
Walhalla-Kalk (Calci-
umaluminat) bzw. Al-
reichen Tonerdezement
< 100 mg/L
(bei optimaler
Prozess-
führung und
Abwesenheit
Ettringitschlamm
niedrige Sulfatrest-
konzentration erreichbar
über Dosiermenge Ca-
Aluminat, Zielwert
Sulfat im Ablauf
hohe Schlammmenge;
Störung durch Anwe-
senheit von Alkaliionen
(Na
+
, K
+
> 1 g/L)
hoher Fällungs-pH-Wert,
Kalkfällung als Vorbe-
handlung erforderlich;
Rückführung von
Ettringitschlamm kann
Fällungsreagenz sparen
-

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- 3 VORARBEITEN - DATENRECHERCHE, ABGRENZUNG UND EINTEILUNG DER UNTERSUCHUNGSGEBIETE -
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VITA-MIN
Prozessinformation
Sulfat-Konz.
im Ablauf
Rückstände
Vorteile
Nachteile
Optimierungsmög-
lichkeiten/ Bemer-
kungen
Prozess-
schema
von Alkali-
ionen)
einstellbar
Rückneutralisation
erforderlich,
kostenintensive
Fällungsreagenzien
9) TWC-Prozess zur Ettringitfällung
Ettringitfällung mit
Verwendung von metalli-
schem Aluminum als Al-
Quelle
< 100 mg/L
(bei optimaler
Prozess-
führung und
Abwesenheit
von Alkali-
ionen)
Ettringitschlamm
geringere Schlamm-
menge im Vergleich zu
Wahalla-Prozess oder
Verwendung von
Tonerdezement als Al-
Quelle
Entwicklung von
Wasserstoff bei der
Reaktion von Al mit
Ca(OH)
2
.
Bisher nur im Labor-
maßstab entwickelt.
-
10) Umkehrosmose (RO)
Druck getriebenes
Membranverfahren (30
bis max. 200 bar) zur
Vollentsalzung von
Wasser, Aufspaltung des
Zulaufes (Feed) in nahezu
salzfreies Permeat und
salzhaltiges Konzentrat
sehr geringe
Sulfatkonzen-
tration im
Permeat
salzhaltiges
Konzentrat, welches
entsorgt oder weiter
behandelt werden
muss
hohe Permeatqualität,
Teilstrombehandlung zur
Sulfatabreicherung
sinnvoll
Anfall von salzhaltigem
Konzentrat (brine);
Gefahr der Verblockung
der Membran durch
Biofouling und Scaling
Vorbehandlung
erforderlich, Hauptan-
wedung bei Vorhanden-
sein von Neutralsalzen
im unteren bis mittleren
Konzentrationsbereich
(30-50 g/L), großtechni-
scher Einsatz zur
Meerwasserentsalzung
mit Konzentratentsor-
gung im Meer, proble-
matisch bei zu hohen
Gehalten an Ca
2+
, Sr
2+
,
Ba
2+
im Wasser
-
11) Nanofiltration (NF)
Druck getriebenes
Membranverfahren (3 bis
max. 60 bar) zur
Teilentsalzung von
Wasser, Aufspaltung des
Zulaufes (Feed) in nahezu
salzarmes Permeat und
salzhaltiges Konzentrat,
Fraktionierung von
gelösten Stoffen im
geringe
Sulfatkonzen-
tration im
Permeat
salzhaltiges
Konzentrat, welches
entsorgt oder weiter
behandelt werden
muss
viel geringerer Druck als
Triebkraft im Vergleich
zu RO, hoher Sulfat-
rückhalt im Konzentrat,
hohe Permeatqualität,
Teilstrombehandlung zur
Sulfatabreicherung
sinnvoll
Anfall von salzhaltigem
Konzentrat (brine);
Gefahr der Verblockung
der Membran durch
Biofouling und Scaling
Vorbehandlung
erforderlich, Hauptan-
wedung bei Vorhanden-
sein von Neutralsalzen
im unteren bis mittleren
Konzentrationsbereich
(30-50 g/L), großtechni-
scher Einsatz zur
Trinkwasseraufbereitung
und als Vorbehandlung
-

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- 3 VORARBEITEN - DATENRECHERCHE, ABGRENZUNG UND EINTEILUNG DER UNTERSUCHUNGSGEBIETE -
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VITA-MIN
Prozessinformation
Sulfat-Konz.
im Ablauf
Rückstände
Vorteile
Nachteile
Optimierungsmög-
lichkeiten/ Bemer-
kungen
Prozess-
schema
Wasser (z.B. Trennung
einwertiger von zweiwerti-
gen Ionen)
bei der Meerwasser-
entsalzung, zunehmen-
der Einsatz bei Berg-
bauwässern.
12) Elektrodialyse
Trennung von im Wasser
gelösten Ionen im
elektrischen Feld mit Hilfe
einander abwechselnden
Anionen- und Kationen-
tauschermembranen,
Triebkraft: elektrisches
Feld orthogonal zur
Membran
< 100 mg/L
keine festen
Rückstände
Rückgewinnung von
Chemikalien möglich
(z.B. NaOH und/oder
H
2
SO
4
)
Feststoffe sowie
organische Anionen,
Kolloide, Eisen- und
Manganoxide müssen in
Vorbehandlung entfernt
werden
meist nur in Kombinati-
on mit anderen Trenn-
prozessen sinnvoll
anwendbar, Hauptan-
wendung im Bereich
Prozesswässer mit
Rückgewinnung von
Wertstoffen (z.B.
Na
2
SO
4
)
-
13) RODOSAN-Verfahren
Membranelektrolyseverfa-
hen (Kombination aus
Elektrolyse und Elektrodia-
lyse), Bildung von
Wasserstoff, Metallhydro-
xiden und HCO
3
-
im
Kathodenraum, Bildung
von Sauerstoff und
Schwefelsäure im
Anodenraum
Bei Sulfat-
Zulaufwerten
von 800-
1000 mg/L
30 bis max.
65% Sulfatent-
fernung
Koppelprodukte:
Wasserstoff;
Ammoniumsulfat,
Rückstände:
Metallhydroxide
geringe Rückstands-
mengen, Neutralisierung
des sauren Wassers als
Nebeneffekt, Verwer-
tung des Sulfates als
Dünger ((NH
4
)
2
SO
4
)
möglich
Prozessstörungen durch
Ausfällungen (Fe(OH)
3
,
Mg(OH)
2
, CaCO
3
) im
Kathodenraum möglich
(Säurespülung als
Wartungsoption),
Stromausbeute sinkt mit
abnehmender Sulfat-
konzentration und durch
Ausfällungen.
Einleitung von CO
2
in
den Kathodenraum zur
Verringerung der
Verkrustungsneigung
und zur Bildung von
HCO
3
-
als pH-Puffer.
Die Verwertung der
Koppelprodukte
Wasserstoff und
Ammoniumsulfat ist
theoretisch möglich,
stößt aber an logistische
und rechtliche Hürden,
die vor einer praktischen
Verwertung gelöst
werden müssen.
Abbildung
28
14) Vakuumverdampfung
Verdampfung des Wassers
aus salzhaltigen Lösungen
(z.B. Brine von RO oder
NF) oft in Kombination mit
Kristallisation
< 50 mg/L
Sulfat im
Destillat
konzentrierte
Salzlösung bzw.
auskristallisierter
Salzschlamm
anwendbar bei sehr
hohen Salzkonzentratio-
nen, gute Qualität des
Destillates
hoher Energieverbrauch
Rückgewinnung von
Wärmeenergie bei der
Kondensation,
Anwendung nur für sehr
stark salzhaltige
Lösungen, Aufarbeitung
-

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- 3 VORARBEITEN - DATENRECHERCHE, ABGRENZUNG UND EINTEILUNG DER UNTERSUCHUNGSGEBIETE -
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VITA-MIN
Prozessinformation
Sulfat-Konz.
im Ablauf
Rückstände
Vorteile
Nachteile
Optimierungsmög-
lichkeiten/ Bemer-
kungen
Prozess-
schema
von Konzentrationen
aus RO und NF ist
technisch machbar, aber
mit hohem Energiever-
brauch verbunden.
15) GYP-CIX-Verfahren
Ionenaustauscher
Verfahren mit getrennten
Kolonnen für Kationen-
und Anionenaustauscher,
Regenerierung der
Austauscher mit H
2
SO
4
und Kalkmich
< 240 mg/L im
Ablauf
Gipsschlamm
Trinkwasserqualität
erreichbar
relativ hohe Schlamm-
menge (Gips) durch
Sulfatentfernung aus
dem Wasser und
Sulfateintrag über
H
2
SO
4
als Regenerier-
mittel
Schlammrecycling bei
der Gipsfällung aus den
Regenerierlösungen
-
16) CARIX-Verfahren
Ionenaustauscherverfah-
ren im Mischbett mit
schwach saurem Katio-
nenaustauscherharz und
stark basischem Anionen-
austauscherharz,
Regenerierung mit CO
2
-
gesättigtem Wasser
< 240 mg/L
Gips- und Ca-
Carbonatschlamm
Trinkwasserqualität
erreichbar, keine
Aufsalzung durch
Regenerierung, als Ent-
härtungsverfahren
einsetzbar, neben Sulfat
wird Nitrat entfernt,
keine flüssigen Abfall
produkte
Hauptanwendung in der
Wasserenthärtung und
Nitratentfernung, groß-
technische Anwendun-
gen bekannt, Kosten
vergleichbar NF,
etabliertes Verfahren in
der Trinkwasseraufbe-
reitung
Abbildung
29
17) Mikrobiologische Sulfatreduktion (technische Verfahren)
Verschiedene Ausfüh-
rungsformen und
Prozesse: Paques
Sulfatreduktionsprozesse
(Paques Thiopaq
®
,Paques
Thiomet
®
), Prozess nach
Räbiger, Chemolithoau-
totrophe Sulfatreduktion,
Hochleistungssulfat-
reduktion
Teilentslazung,
Sulfatrestge-
halte durch
Prozessführung
steuerbar
Metallsulfide bzw.
Schwefel je nach
Prozess
Keine Aufsalzung des
Wassers durch Fäl-
lungsmittel, Bildung von
HCO
3
-
als pH-Puffer,
Entfernung von
Schwermetallen als
Sulfidfällung (CuS, CdS,
FeS u.a.)
Kosten für C- und
Energiequelle, Erhöhung
der Mangan- und
Arsenlöslichkeit
Recycling von Schlamm,
Verwenden von billigen
C- und Energieqellen
-

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- 3 VORARBEITEN - DATENRECHERCHE, ABGRENZUNG UND EINTEILUNG DER UNTERSUCHUNGSGEBIETE -
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VITA-MIN
Prozessinformation
Sulfat-Konz.
im Ablauf
Rückstände
Vorteile
Nachteile
Optimierungsmög-
lichkeiten/ Bemer-
kungen
Prozess-
schema
18) Passive Verfahren
18.1 Anerobe Wetlands
sowie RAPS und SAPS
1
Diese naturnahen Passiv-
Behandlungssysteme
enthalten Schichten aus
leicht zersetzbaren
organischen Substraten,
wo eine mikrobiologische
Sulfatreduktion stattfin-
det. Es gibt viele standort-
spezifische Ausführungs-
formen.
18.2 BCR (anaerobic
biochemical reactors)
Festbettreaktoren mit
Schichten aus leicht
zersetzlichen organischen
Substraten (z.B. lignocel-
lulosehaltige Biomasse),
auch die Zugabe flüssiger
org. Substrate als C-
Quelle für die Sulfatredu-
zierer ist möglich
(sogenannte „managed
passive treatment“).
Oxidation des gebildeten
Sulfides zu S
0
.
nur Teilentfer-
nung von
Sulfat
von der
Auslegung und
den örtlichen
Bedingungen
abhängig, 50-
80% Sulfatent-
fernung
möglich
Substraterneuerung
nach 20-25 Jahren.
Es gibt auch
Systeme natürlicher
Substraterneuerung
durch Pflanzenteile.
elementarer
Schwefel, verbrauch-
te Reaktorsubstrate
keine Chemikalien
erforderlich, kein oder
sehr geringer Einsatz
von Fremdenergie;
keine bewegten Teile
oder Aggregate,
einfache Betriebsweise;
geringe Betriebskosten,
nur Analysen für
Monitoring; naturnahes
Verfahren, gute
Eingliederung in die
Landschaft; langzeitige
Funktion (10 - 25
Jahre); dezentrale
Lösung besonders
geeignet für Nachsorge
im Altbergbau
keine bewegten Teile
oder Aggregate,
einfache Betriebsweise;
geringe Betriebskosten:
Analysen für Monitoring
und ggf. Zugabe C-
Quelle; naturnahes
Verfahren, gute
Eingliederung in die
Landschaft; langzeitige
Funktion (10 - 25
Jahre); dezentrale
Lösung, geeignet für
Nachsorge im Altberg-
bau
Reaktionsgeschwindig-
keit bzw. Reinigungsleis-
tung nicht oder nur in
engen Grenzen
beeinflussbar; Anreiche-
rung von toxischen
Metallen im Substrat;
relativ großer Flächen-
bedarf bzw. begrenzter
Wasserdurchsatz;
jahreszeitliche Schwan-
kung der Reinigungsleis-
tung, nicht für Abfluss-
spitzen geeignet.
Reinigungsleistung nur
bedingt steuerbar, nicht
für Abflussspitzen
geeignet; Anreicherung
von toxischen Metallen
im Substrat
Die hier unter 18.1
genannten Verfahren
sind nicht vordergründig
auf die Entfernung von
Sulfat sondern auf den
Rückhalt von Metallen
(Cu, Ni, Zn, Cd, U, As,
Pb, Fe), obgleich durch
die Sulfatreduktion eine
Verminderung der
Sulfatkonzentration
stattfindet.
Gründliche Pilotierung
und Anpassung an die
Standortverhältnisse
notwendig. Bisher noch
in der Forschungs- bzw.
Pilotierungsphase.
zwei
Erpro-
bungsbei-
spiele:
Abbildung
30 (IMPI-
Prozess),
Abbildung
31
(Passiv-
system
Jacobia
Mine)
1
RAPS: reducing and alkalinity producing systems; SAPS: successive alkalinity producing systems. Für weitere Informationen siehe: GARD-Guide (2014) und
Wolkersdorfer (2014)

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VITA-MIN
Prozessinformation
Sulfat-Konz.
im Ablauf
Rückstände
Vorteile
Nachteile
Optimierungsmög-
lichkeiten/ Bemer-
kungen
Prozess-
schema
19) In situ Sulfatreduktion
Untergrundreaktor mit
Zugabe organischer
Substanzen (heterotrophe
Sulfatreduktion),
verschiedene Ausfüh-
rungsformen möglich
20 bis 40 %
Minderung der
Sulfatkonzent-
ration
keine
Geringer Flächenver-
brauch, keine Rückstän-
de zur Entsorgung,
geringe Chemikalienkos-
ten, geringer techni-
scher Aufwand
Eingeschränkte
Steuerbarkeit, hoher
Überwachungsaufwand
im Abstrom, nur
partielle Sulfatumwand-
lung und Eisenfestle-
gung
Nährstoffzugabe, C-
Quelle, Optimierung der
Lage der Entnahme und
Infiltrationsbrunnen
sowie der Infiltrations-
mengen
Abbil-
dung 32

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- 3 VORARBEITEN - DATENRECHERCHE, ABGRENZUNG UND EINTEILUNG DER UNTERSUCHUNGSGEBIETE -
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Abbildung 24: Verfahrensschema zur Fällung mit Kalkhydrat (Die als optional dargestellten
Verfahrensstufen sind je nach Wasserqualität und Behandlungsziel nicht in jedem Fall
erforderlich).
Charakteristisch für dieses Verfahren ist die Erzeugung dünner Schlämme mit 1-5 %
Trockensubstanz. Daher wird dieses Verfahren auch gelegentlich als LDS (low density
sludge)-Verfahren bezeichnet (Wolkersdorfer 2014). Diese Schlämme sedimentieren im
Vergleich zum HDS langsam und lassen sich schlecht entwässern. Das Verfahren wird
deshalb meist bei geringen bis mittleren Eisengehalten (<100 mg/L) im Wasser eingesetzt.
Für die Sulfatentfernung ist es nur eingeschränkt geeignet, da bei diesen niedrigen Eisenge-
halten die Sulfatkonzentration im Zulauf meistens schon unter der Gipslöslichkeit liegt.
Außerdem ist zu beachten, dass Gips bei der einfachen Kalkfällung (ohne Schlammrückfüh-
rung) zur Übersättigung neigt. Als Folge davon kommt es zu einer Kristallisation von Gips
an Behälterwänden und Rohrleitungen, was zu Betriebsstörungen führen kann und hohe
Wartungsaufwendungen erfordert. In solchen Fällen ist es dann besser das HDS-Verfahren
(Abbildung 26) anzuwenden, bei dem über den Rückführschlamm und die Schlammkonditi-
onierung genügend Impfkristalle für Verhinderung von Übersättigungen bereitgestellt
werden.
Kalkmilch
Zulaufwasser
(acid mine drainage)
Sulfat > 2 g/l
Kalkung/Konditionierung
(pH 8-10)
Luft
Belüftung
Flockung
Sedimentation /
Eindickung
Schlamm-
entwässerung
Schlamm
(Entsorgung/Verwertung
FHM
Freinreinigung
z.B. Sandfilter /
Schönungsteich
gereinigtes Wasser
Schlammrückführung
optionaleProzessführung / Verfahrensstufe

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Abbildung 25: Vereinfachtes Prozessschema zum Kalkstein-Kalk-Verfahren.
Das Kalkstein-Kalk-Verfahren (Abbildung 25) kann eingesetzt werden, wenn durch hohe
Mg
2+
-Konzentrationen im Rohwasser die Gipsfällung beeinträchtigt ist. Durch die Einstellung
eines sehr hohen pH-Wertes von etwa 11 wird das Magnesium als Hydroxid ausgefällt, was
die Voraussetzung für eine funktionierende Gipsfällung ist. Allerdings sind Mg(OH)
2
-haltige
Schlämme schlecht entwässerbar. Ein weiterer Nachteil des Verfahrens ist, dass aufgrund
des hohen Fällungs-pH-Wertes eine Rückneutralisation z. B. mit CO
2
erforderlich ist.
Abbildung 26: Konfiguration und Prozessschema des HDS-Verfahrens (GARD-Guide 2014).
Das HDS-Verfahren (Abbildung 26) wird weltweit zur Behandlung saurer Bergbauwässer
eingesetzt und ist daher als Best-Practice einzustufen. Seine bevorzugte Anwendung liegt
im Bereich der hoch belasteten Bergbauwässer (Sulfat: > 3.000 mg/L; Eisen: > 100 mg/L),
bei deren Behandlung große Schlammmengen entstehen. In diesen Fällen ist es besonders
wichtig einen Schlamm hoher Dichte zu erzeugen, um die nachfolgende Entwässerung zu
entlasten bzw. um das Volumen für die Ablagerung zu minimieren. Der Kern des HDS-
Verfahrens besteht in der Rückführung des Fällungsschlammes und dessen Konditionierung
mit Kalkmilch. Dadurch wird die gelartige Struktur des Fällungsschlammes (Eisen(III)-
Hydroxid) zerstört sowie Alterungs- und Rekristallisationsprozesse beschleunigt. Das
Verhältnis Rückführschlamm (RS) zu Überschußschlamm (ÜS) muss entsprechend der
CaCO
3
Mg(OH)
2
-Fällung
und
Gipskristallisation
Kalkstein-
Neutralisation
CaCO
3
-
Fällung
sulfathaltiges
Wasser
Kalkstein
Kalk
(Ca(OH)
2
)
behandeltes
Wasser
Feststoff-
abtrennung
Sedimentation /
Eindickung
CO
2
Filtration
CO
2

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Wasserqualität und der daraus resultierenden Schlammzusammensetzung angepasst
werden. Es kann in Extremfällen einen Wert von 10 bis 20 annehmen. Mit dem Verhältnis
RS/ÜS lässt sich in gewissen Grenzen auch der Feststoffgehalt im Schlamm einstellen bzw.
regulieren. Mit dem HDS-Verfahren können Schlämme mit bis zu 25 % Trockensubstanz
erzeugt werden.
Abbildung 27: Vereinfachtes Prozessschema zum SAVMIN-Verfahren (GARD-Guide 2014).