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Entwicklung einer kostengünstigen
Maßnahmenkombination für die Minimierung
von Schwermetalleinträgen
aus dem Raum Freiberg

2
Abschlussbericht zum Werkvertrag
Entwicklung einer kostengünstigen
Maßnahmenkombination für die Minimierung von
Schwermetalleinträgen aus dem
Raum Freiberg
Dr. Eberhard Janneck
Dipl.-Chem. Mirko Martin
Dipl.-Ing. Tim Aubel
Dipl.-Chem. Joachim Lantzsch
G.E.O.S. Ingenieurgesellschaft mbH
Schwarze Kiefern 2
09633 Halsbrücke
Bearbeitungszeitraum: 21.08.2013 – 30.11.2013

3
Inhaltsverzeichnis
1
Ziel und Hintergrund ................................................................................................................................................ 8
3
Gebietsbeschreibung und Rahmenbedingungen ................................................................................................. 10
3.1
Einordnung der Wasserlösestollen ............................................................................................................................ 10
3.2
Charakteristik des Rothschönberger Stollns .............................................................................................................. 10
3.3
Schutzgebiete und Denkmalschutz ............................................................................................................................ 11
3.4
Hydrologie, Hydrogeochemie und Stofffrachten ........................................................................................................ 11
3.5
Statistische Datenauswertung ................................................................................................................................... 14
4
Auswahl und Diskussion von Behandlungsmöglichkeiten ................................................................................. 17
4.1
Ermittlung des Behandlungszielwertes ...................................................................................................................... 17
4.1.1
Ermittlung aus der Anforderung der OGewV ............................................................................................................. 17
4.1.2
Ermittlung aus dem Hintergrundwert der Triebisch .................................................................................................... 17
4.1.3
Ermittlung aus der Reduzierungsanforderung für die Erreichung des Kriteriums des Elbe-Sedimentmanagements . 17
4.2
Maßnahmekombinationen ......................................................................................................................................... 19
4.2.1
Kombination Fällung und Sandfilter ........................................................................................................................... 20
4.2.2
Nanofiltration und Fällung .......................................................................................................................................... 22
4.2.3
Umkehrosmose und Fällung ...................................................................................................................................... 24
4.2.4
Ionenaustauscher ...................................................................................................................................................... 25
4.2.5
Naturnahe Reinigungsmethoden (Wetlands) ............................................................................................................. 26
4.3
Kostenschätzung ....................................................................................................................................................... 26
4.3.1
Investitionskosten ...................................................................................................................................................... 26
4.3.2
Personalkosten .......................................................................................................................................................... 27
4.3.3
Betriebskosten ........................................................................................................................................................... 27
5
Diskussion der Verhältnismäßigkeit und Priorisierung von Behandlungsvorschlägen ................................... 29
6
Alternativen und Forschungsbedarf ...................................................................................................................... 33

4
Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1:
Zeitverlauf von Abfluss und Cd-Gehalt des Rothschönberger Stollns 1955 – 2012 ........................................... 11
Abbildung 2:
Zeitverlauf von Abfluss und Cd-Gehalt des Rothschönberger Stollns 1991 – 2012 ........................................... 12
Abbildung 3:
Abfluss aus dem Rothschönberger Stolln ........................................................................................................... 12
Abbildung 4:
Entwicklung von Durchfluss, Schweb- und Cd-Gehalt beim Hochwasser 2013 ................................................. 13
Abbildung 5:
Durchflussverteilung Rothschönberger Stolln ..................................................................................................... 19
Abbildung 6:
Anteil behandeltes Wasservolumen ................................................................................................................... 20
Abbildung 7:
Verfahrenskombination Fällung und Filtration .................................................................................................... 21
Abbildung 8:
Nanofiltration mit Konzentratbehandlung ............................................................................................................ 23
Abbildung 9:
Umkehrosmose mit Konzentratbehandlung ........................................................................................................ 24
Abbildung 10:
Ionenaustauscherverfahren ............................................................................................................................ 25
Abbildung 11:
Strategien zur Verminderung von Cadmiumeinträgen ins Oberflächenwasser .............................................. 33

5
Tabellenverzeichnis
Tabelle 1:
UQN der OGewV (Auszug der in dieser Studie betrachteten Parameter) ................................................................. 9
Tabelle 2:
Abschätzung des Hochwasseranteils an der Cd-Jahresfracht ................................................................................ 14
Tabelle 3:
Statistische Auswertung der Gütedaten der OBF 12710, 12780 und 12800 für den Zeitraum 2004 - 2012 ........... 15
Tabelle 4:
UQN der OGewV (Auszug der in dieser Studie betrachteten Parameter) ............................................................... 17
Tabelle 5:
Statistik der Cd-Gehalte für die Monats-Mischproben an den Messstellen Schmilka und Zehren .......................... 18
Tabelle 6:
Investitionskosten der einzelnen Verfahrensvarianten ............................................................................................ 26
Tabelle 7:
Personalkosten ....................................................................................................................................................... 27
Tabelle 8:
Vergleich Betriebskosten ........................................................................................................................................ 27
Tabelle 9:
Spezifische Kosten ................................................................................................................................................. 28
Tabelle 10:
Schadstofffrachten des Baggerguts 2012 (aus [27]) ........................................................................................... 30
Tabelle 11:
Cd-Frachten wesentlicher Punktquellen im Freiberger Raum ............................................................................ 34

6
Anlagenverzeichnis
Anlage 1:
Ausschnitt aus der Topographischen Karte, Maßstab 1 : 10.000
Anlage 2:
Ausschnitt aus der Topographischen Karte, Maßstab 1 : 10.000 mit Eintragung des FFH-
Gebiets
Anlage 3:
Ausschnitt aus der Topographischen Karte mit Eintragung freier Flächen, Maßstab 1 :
10.000
Anlage 4:
Investitionskosten
Anlage 5:
Betriebskosten

7
Abkürzungsverzeichnis
RSS
Rothschönberger Stolln
EZG
Einzugsgebiet
UQN
Umweltqualitätsnorm
JD
Jahresdurchschnitt
ZHK
zulässige Höchstkonzentration
HKL
Härteklasse
WRRL Wasserrahmenrichtlinie

8
1 Ziel und Hintergrund
Der Rothschönberger Stolln stellt für das Schutzgut Oberflächenwasser die größte punktuelle Belastungsquelle aus dem Alt-
bergbaugebiet des Freiberger Raums dar. Der Stollenwasseraustrag beträgt durchschnittlich 500 l/s. Der Rothschönberger
Stolln ist jedoch auch der Hauptwasserlösestollen des Gebietes und damit dauerhaft als bergbauliche Entwässerungseinrich-
tung zur Gewährleistung von stabilen hydraulischen und geotechnischen Verhältnissen zum Schutz der Infrastruktur zu erhal-
ten.
In der zu erstellenden Studie sollen vor dem Hintergrund der Umsetzung der WRRL ([2] - [4]) unter der Voraussetzung, dass
sich an den Verhältnissen des Rothschönberger Stolln nichts ändert und unter Berücksichtigung der örtlichen Gegebenheiten,
Möglichkeiten zur Schwermetallreduzierung aufgezeigt und diskutiert sowie die Verhältnismäßigkeit der Maßnahmen abge-
schätzt werden. Der Schwerpunkt liegt auf dem Schwermetall Cadmium, das gemäß [5] als prioritärer „gefährlicher Stoff“ einge-
stuft ist.
Die G.E.O.S. Ingenieurgesellschaft mbH wurde mit dem Werkvertrag vom 04.09.2013 durch das Sächsische Landesamt für
Umwelt, Landwirtschaft und Geologie mit den entsprechenden Arbeiten beauftragt.
2 Anforderungen der WRRL und deren
nationaler Umsetzung
Die gesetzliche Grundlage für die Wasserqualität in den Ländern der Europäischen Union bildet die im Jahre 2000 verabschie-
dete Wasserrahmenrichtlinie (WRRL 2000), die ständig fortgeschrieben wird (WRRL 2006, WRRL 2008). Für Sachsen gilt nach
Ablösung der SächsWRRLVO (2004) die „Verordnung zum Schutz der Oberflächengewässer“ vom 01.08.2010. Für Schweb-
stoffe bzw. schwebstoffbürtige Sedimente wurden für die Elemente As, Cr, Cu und Zn verbindliche Umweltqualitätsnormen
(UQN) festgelegt. Weitere Normen gelten für die Elemente Ag, Se, Tl, Ni und Pb sowie Cd und Hg.
Die im Jahr 2000 durch das Europäische Parlament verabschiedete Richtlinie zur Schaffung eines Ordnungsrahmens für Maß-
nahmen der Gemeinschaft im Bereich der Wasserpolitik (WRRL) gibt die Rahmenbedingungen vor, um einen guten ökologi-
schen und chemischen Zustand aller Gewässer Europas (Flüsse, Seen, Küstengewässer und Grundwasser) zu erreichen. Die
Mitgliedsstaaten sind hierbei die Verpflichtung eingegangen, Oberflächenwasserkörper zu schützen, zu verbessern und zu
sanieren, um bis 2015 diesen guten Zustand zu erreichen. Er wird durch biologische, hydromorphologische und chemisch-
physikalische Qualitätskomponenten definiert.
In diesem Zusammenhang wurden in der Tochterrichtlinie [3] zur WRRL Umweltqualitätsnormen im Bereich der Wasserpolitik
festgelegt. In Anhang X wurden 33 prioritäre Stoffe festgelegt, unter denen prioritäre gefährliche Stoffe besonders hervorgeho-
ben werden, die toxisch, bioakkumulierend und persistent sind oder vergleichbaren Anlass zur Besorgnis geben. In diese letzt-
genannte Gruppe gehören neben Pestiziden auch Cadmium und Cadmiumverbindungen sowie Quecksilber und Quecksilber-
verbindungen. Die Einleitungen und Emissionen dieser Stoffe soll innerhalb der kommenden 20 Jahre weitgehend eingestellt
werden, so dass sie langfristig nicht mehr in Gewässern und der Meeresumwelt auftreten.
Zur Umsetzung der EU WRRL für Sachsen wurde am 07.12.2004 die Sächsische Wasserrahmenrichtlinienverordnung
(SächsWRRL-VO) erlassen. Diese wurde zwischenzeitlich durch die Oberflächengewässerverordnung [4] abgelöst. Zusammen
mit der Grundwasserverordnung legt sie die für Bewertungen erhobener Daten relevanten Umweltqualitätsnormen (UQN) fest.
Diese Normen sind in Tabelle 1 dargestellt.

9
Tabelle 1:
UQN der OGewV (Auszug der in dieser Studie betrachteten Parameter)
Parameter
Wert
Einheit
Kompartiment
Bezug
Bemerkungen
UQN für flussgebietsspezifische Schadstoffe zur Beurteilung des ökologischen Zustands und des ökologischen Potenzials
Arsen
40
mg/kg
Schweb/Sediment
JD
Chrom
640
mg/kg
Schweb/Sediment
JD
Kupfer
160
mg/kg
Schweb/Sediment
JD
Zink
800
mg/kg
Schweb/Sediment
JD
Selen
3
μg/l
gelöst
JD
Silber
0,02
μg/l
gelöst
JD
Thallium
0,2
μg/l
gelöst
JD
UQN zur Beurteilung des chemischen Zustands – UQN prioritäre Stoffe
Cadmium
(UQN-JD)
≤0,08
μg/l
gelöst
JD
HKL 1 (<40 mg/l CaCO
3
)
0,08
μg/l
gelöst
JD
HKL 2 (<50 mg/l CaCO
3
)
0,09
μg/l
gelöst
JD
HKL 3 (<100 mg/l CaCO
3
)
0,15
μg/l
gelöst
JD
HKL 4 (<200 mg/l CaCO
3
)
0,25
μg/l
gelöst
JD
HKL 5 (≥200 mg/l CaCO
3
)
Cadmium
(UQN – ZHK)
≤0,45
μg/l
gelöst
ZHK
HKL 1 (<40 mg/l CaCO
3
)
0,45
μg/l
gelöst
ZHK
HKL 2 (<50 mg/l CaCO
3
)
0,6
μg/l
gelöst
ZHK
HKL 3 (<100 mg/l CaCO
3
)
0,9
μg/l
gelöst
ZHK
HKL 4 (<200 mg/l CaCO
3
1,5
μg/l
gelöst
ZHK
HKL 5 (≥200 mg/l CaCO
3
)
Blei
7,2
μg/l
gelöst
JD
Quecksilber
0,05
μg/l
gelöst
JD
0,07
μg/l
gelöst
ZHK
Nickel
20
μg/l
gelöst
JD
Durch das LfULG wurden in Umsetzung der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie Bewirtschaftungspläne und Maßnahmen-
programme für Wasserkörper, die Qualitätsprobleme aufweisen, erarbeitet. Diese wurden am 22.12.2009 veröffentlicht. Deren
Umsetzung soll bis Dezember 2015 zu einem guten ökologischen und chemischen Zustand dieser Wasserkörper führen.

10
3 Gebietsbeschreibung und Rahmenbedin-
gungen
3.1 Einordnung der Wasserlösestollen
Aus bergbautechnisch-bergrechtlicher Sicht liegt folgende Stellungnahme des Sächsischen Oberbergamtes zur Bedeutung der
Wasserlösestollen vor [6]:
„Nahezu alle sächsischen Bergbaureviere haben untertägige Entwässerungssysteme. Diese leiten das in den Grubenbauen
anfallende Wasser in Oberflächengewässer ab. Der überwiegende Teil der Einrichtungen hat heute allerdings keinen Rechts-
nachfolger aus der früheren Bergbautätigkeit. Das Sächsische Oberbergamt hat die wesentlichen etwa 60 Hauptwasserlösestol-
len im Freistaat Sachsen ermittelt und erstellt schrittweise für diese Konzepte zur Herstellung und dem dauerhaften Erhalt ihrer
Funktionalität.
Die wichtigsten Entwässerungsstollen haben nach ihrem zum Teil jahrhundertelangen Fortbestehen quasi die Funktion eines
unterirdischen Drainagesystems und teilweise die Rolle eines Gewässers übernommen. Ein Verschluss oder Beseitigung eines
wichtigen Wasserlösestollns würde demnach ähnliche Konsequenzen haben, wie Gewässerverschluss. Das Wasser steigt in
den Grubenbauen an und tritt unkontrolliert aus bestehenden Tagesöffnungen bzw. Wasserwegsamkeiten aus, was folglich zu
Vernässungen und Überflutungen an nicht vorhersehbaren Stellen führt. Weiterhin führen der Wasseranstieg bzw. Wasser-
schwankungen in den Grubenbauen zur Mobilisierung von Bruchprozessen, die wiederum Verbrüche bis an die Tagesoberflä-
che zur Folge haben. Mit den untertägigen Verbrüchen kommt es zur Durchströmung der Bruchmassen und zu Austrägen von
gelösten Stoffen (v.a. Schwermetalle etc.) entweder bis in den Vorfluter bzw. diffus an der Tagesoberfläche. Die beim Sächsi-
schen Oberbergamt gemeldeten bergbaubedingten Schäden zeigen einen signifikanten Zusammenhang mit Störungen der
Funktionsfähigkeit der Entwässerungseinrichtungen.
Der dauerhafte Erhalt der Entwässerungseinrichtungen ist eine wesentliche Voraussetzung für stabile hydraulische und geo-
technische Verhältnisse in den eingestellten Gruben und an der Tagesoberfläche. Er dient dem Schutz der Infrastruktur in den
Bergbauregionen, der einen wesentlichen Aspekt des Umweltschutzes und des Gewässerschutzes darstellt und mindert in
erheblichem Umfang Schäden an Verkehrswegen, der Bebauung und an Medienträgern. Die betroffenen Regionen können
damit Standortverhältnisse bessern und sich ohne Beeinträchtigungen aus dem früheren Bergbau zielgerichteter entwickeln.
Nach §§ 2 und 4 der Sächsischen Hohlraumverordnung sind Wasserlösestollen Schutzeinrichtungen, die dauerhaft funktionsfä-
hig sein und unterhalten werden müssen.“
Aus der Stellungnahme leitet sich ab, dass ein Verschluss von Wasserlösestollen zur Vermeidung von Schwermetalleinträgen
in Fließgewässer nicht möglich ist. Die Grundwasserneubildung im Einzugsgebiet eines Stollens führt dann zu einem Aufstau
der Grubenwässer und in der Folge zu unkontrollierten und diffusen Wasseraustritten, die dann sogar erhöhte Schwermetall-
frachten führen. Die Erhaltung der geordneten Wasserableitfunktion von Stollen ist daher zwingend erforderlich.
3.2 Charakteristik des Rothschönberger Stollns
Der Rothschönberger Stolln stellt den tiefsten Wasserlösestolln des Bergbaureviers Brand-Erbisdorf – Freiberg – Halsbrücke
dar. Er wurde von 1844 bis 1882 aufgefahren und hat mit seinen Nebenanlagen eine Gesamtlänge von 50,9 km. Auf dem von
staatlicher Seite aufgefahrenen Abschnitt zwischen dem Mundloch und Halsbrücke hat er 8
Lichtlöcher,
die als Zwischenan-
griffspunkte der Beschleunigung der Auffahrung bzw. später der Unterhaltung dienten.
Das
Röschenmundloch,
aus dem das Stollnwasser in die
Triebisch
austritt, liegt in der Gemeinde
Klipphausen
in der Nähe der
Ortsteils
Rothschönberg
im
Landkreis
Meißen.
Der mittlere Abfluss beträgt ca. 500 l/s
(HHQ:
14.000 l/s am 12. August 2002
und
NNQ:
80 l/s am 27. September 1942 (Quelle:
Fehler! Verweisquelle konnte nicht gefunden werden.
).
Das mittlere
Gefälle
beträgt 0,63 %, die
lichte
Weite
2,50 m, die lichte Höhe im unteren Stollenabschnitt (zwischen Rothschön-
berg und dem VII. Lichtloch) 3,00 m.
Die Stollnsohle liegt am Röschenmundloch, durch das das Stollnwasser austritt, auf 191,38 m NN. Das repräsentativ gestaltete
Hauptstollnmundloch, durch das der Zugang zum Stolln möglich ist, liegt etwa 695 m südöstlich vom Röschenmundloch.

11
3.3 Schutzgebiete und Denkmalschutz
Der Stollnverlauf zwischen Hauptstolln- und Röschenmundloch sowie die Flächen in deren Bereich liegen fast vollständig im
FFH-Gebiet „Triebischtäler“. Die Lage des FFH-Gebietes in Bezug zum Rothschönberger Stolln ist in Anlage 2 dargestellt. Zu
beachten ist dabei, dass die gesamte Aue des Triebischtales innerhalb des FFH-Gebietes liegt.
Der Rothschönberger Stolln ist ein Technisches Denkmal und eine für die Kandidatur zum
UNESCO-Welterbe
„Montanregion
Erzgebirge“
ausgewählte Stätte.
3.4 Hydrologie, Hydrogeochemie und Stofffrachten
Für die gezielte Auswahl geeigneter Behandlungsmöglichkeiten bzw. Maßnahmekombinationen zur Reduzierung der Schwer-
metallfracht aus dem Rothschönberger Stollen sind Wasserqualität und die Abflussmenge entscheidende Kriterien.
Das Stollenwasser stellt ein annähernd neutrales Calcium-Magnesium-Sulfat-Hydrogencarbonat-Wasser mit erhöhten Schwer-
metallgehalten dar. Aufgrund der neutralen pH-Verhältnisse liegen Aluminium und Eisen weitgehend partikulär (ausgefällt) im
Wasser vor. Arsen ist dabei offensichtlich überwiegend am partikulären Eisen adsorbiert. Cadmium, Nickel und Zink liegen
überwiegend als gelöste Species vor.
Aufgrund der großen Bedeutung des Rothschönberger Stollns für die Grubenentwässerung während der Bergbauzeit und da-
nach sowie der signifikanten Schwermetallgehalte liegt für diesen ein umfangreicher Datenbestand vor. In Abbildung 1 ist der
zeitliche Verlauf des Abflusses und der Cd-Konzentration für den Zeitraum 1955-2012 dargestellt. Es zeigt sich allgemein, dass
die Cd-Gehalte während der Betriebszeit (1937-1969) nicht grundsätzlich anders waren als danach. Nach Ende des Bergbaus
und der damit einhergehenden Flutung der Grubenbaue waren infolge von Auswaschungen von Verwitterungsprodukten deut-
lich höhere Gehalte festzustellen. Ausgehend von den hohen Gehalten in den 1970er Jahren ist bis zum Hochwasserereignis
2002 eine allgemein sinkende Tendenz festzustellen. Letzteres unterbrach diesen Trend und führte, zusammen mit den nach-
folgenden Sanierungsarbeiten, zu deutlich höheren Cd-Gehalten. Seit 2004 ist keine deutliche Abnahme mehr festzustellen und
die Gehalte schwanken mehr oder weniger um einen Wert von ca. 22 μg/l. Die Darstellung zeigt auch die Einzigartigkeit des
Abflusses während des Hochwassers 2002. Während des Hochwassers 2013 erreichte der Abfluss 4,04 m
3
/s.
Die Darstellung des Zeitraumes 1999 – 2012 in Abbildung 2 zeigt, dass seit 2004 kein signifikanter Rückgang mehr erfolgt.
0
20
40
60
80
100
120
140
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
01.01.1955
04.06.1958
05.11.1961
08.04.1965
09.09.1968
11.02.1972
15.07.1975
16.12.1978
19.05.1982
20.10.1985
23.03.1989
24.08.1992
26.01.1996
29.06.1999
30.11.2002
03.05.2006
04.10.2009
Cd (μg/l)
Durchfluss (m
3
/s)
Q (m3/s)
Cd (μg/l)
Flutungsende
Hochwasser 2002
9,86 m
3
/s
Abbildung 1: Zeitverlauf von Abfluss und Cd-Gehalt des Rothschönberger Stollns 1955 – 2012
(Daten aus: [7], [8], [9], [10], [11], [12], [13])

image
image
image
12
0
20
40
60
80
100
120
140
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
01.01.1991
04.06.1994
05.11.1997
08.04.2001
09.09.2004
11.02.2008
15.07.2011
Cd (μg/l)
Durchfluss (m
3
/s)
Q (m3/s)
Cd (μg/l)
Hochwasser 2002
9,86 m
3
/s
Sanierungsarbeiten nach
dem Hochwasser
Abbildung 2: Zeitverlauf von Abfluss und Cd-Gehalt des Rothschönberger Stollns 1991 – 2012
(Ausschnitt aus Abbildung 1)
Abbildung 3 verdeutlicht die Abflussverhältnisse bei Niedrig-, Stark- und Extremabfluss.
Abbildung 3: Abfluss aus dem Rothschönberger Stolln
Links Niedrigabfluss Q≈378 l/s (16.10.2012), Mitte Starkabfluss Q≈2.400 l/s (03.06.2013), rechts
Extremabfluss ≈9.000 l/s (13.08.2002); Fotos links und Mitte [13], rechts [14]

13
Abbildung 4 zeigt den Verlauf für Durchfluss, Schwebstoffgehalt und Cd für das Hochwasserereignis Juni 2013. Dabei wird der
hohe Schwebstoffgehalt infolge Auswaschung in Grubenbauen deutlich. Der Cd-Gehalt steigt noch während des Rückgangs
des Hochwassers leicht an. Es ist davon auszugehen, dass die starke Wasserführung nicht zu einer signifikanten Verdünnung
der Cd-Gehalte führt.
0
20
40
60
80
100
120
140
0,000
0,500
1,000
1,500
2,000
2,500
3,000
3,500
4,000
4,500
26.5
31.5
5.6
10.6
15.6
Schweb (mg/l), Cd (μg/l)
Durchfluss (m
3
/s)
Datum
Verlauf des Hochwassers Juni 2013
Durchfluss
Schweb
Cd (ges.)
Abbildung 4: Entwicklung von Durchfluss, Schweb- und Cd-Gehalt beim Hochwasser 2013
Seitens des Auftraggebers bzw. der TU Bergakademie Freiberg [13] wurden Daten zum Hochwasser vom Juni 2013 zur Verfü-
gung gestellt. Diese wurden verwendet, um den Anteil eines Hochwassers an der Cd-Fracht abzuschätzen. Dazu wurde für die
Zeiträume vor und nach dem Hochwasser ein mittlerer Cd-Gehalt von 25 μg/l angesetzt. Das Ergebnis ist in Tabelle 2 darge-
stellt.

14
Tabelle 2:
Abschätzung des Hochwasseranteils an der Cd-Jahresfracht
Datum
Durchfluss
Cd (ges.)
Cd-Fracht
kumulierte
Cd-Fracht
Anteil Hochwasser
m
3
/s
μg/l
g/d
kg
% der Jahresfracht
01.01. - 26.05.2013
0,5
25
1080
143,6
32
27.05.2013
0,546
33
1557
93,5
21
28.05.2013
0,546
33
1557
29.05.2013
0,546
33
1557
30.05.2013
0,546
33
1557
31.05.2013
0,938
33
2675
01.06.2013
0,876
33
2497
02.06.2013
2,963
33
8449
03.06.2013
4,042
33
11524
04.06.2013
3,918
45
15234
05.06.2013
3,394
45
13196
06.06.2013
2,426
45
9432
07.06.2013
1,889
45
7346
08.06.2013
1,556
48
6451
09.06.2013
1,311
48
5439
10.06.2013
1,220
48
5059
11.06 .- 31.12.2013
0,5
25
1080
211,7
47
Jahr 2013
562,0
100
Die Abschätzung ergibt für den Hochwasserzeitraum einen Anteil von ca. 21 % an der Cd-Jahresfracht im Zeitraum vom
27.05.2013 bis 10.06.2013, was 3,5 % des Jahres entspricht. Dies ist einerseits durch den starken Durchflussanstieg, anderer-
seits durch höhere Cd-Werte während des Hochwassers bedingt.
3.5 Statistische Datenauswertung
Für die Konzeption der Wasserbehandlungsanlage und die Festlegung von Behandlungszielwerten sind die statistischen Werte
der Wassergüte von Bedeutung. In Tabelle 3 ist die statistische Auswertung für die relevanten Messstellen dargestellt.
OBF 12710: Triebisch oberhalb Zufluss Rothschönberger Stolln
OBF 12780: Rothschönberger Stolln
OBF 12800: Triebisch unterhalb Zufluss Rothschönberger Stolln

Tabelle 3:
Statistische Auswertung der Gütedaten der OBF 12710, 12780 und 12800 für den Zeitraum 2004 - 2012
Parameter
OBF 12710 (oh Rothschönberger Stolln)
OBF 12780 (Rothschönberger Stolln)
OBF 12800 (uh Rothschönberger Stolln)
n
Min
Max
MW
Med
P90
n
Min
Max
MW
Med
P90
n
Min
Max
MW
Med
P90
Hydrogencarbo-
nat
gel.
mg/l
71
41
130
79
79
100
47
79
120
99
98
110
31
59
120
86
92
100
Sulfat
gel.
mg/l
71
44
93
74
76
88
47
240
320
280
280
300
31
97
250
186
200
230
Silber
gel.
μg/l
71
< 0,1
< 0,1
< 0,1
< 0,1
< 0,1
47
< 0,1
< 0,1
< 0,1
< 0,1
< 0,1
31
<0,2
<0,2
<0,2
<0,2
<0,2
Silber
ges.
μg/l
48
< 0,1
< 0,1
< 0,1
< 0,1
< 0,1
38
< 0,1
0,3
< 0,1
< 0,1
0,13
29
<0,2
0,60
<0,2
<0,2
<0,2
Aluminium
gel.
μg/l
71
5
690
78
25
230
47
18
210
87
48
184
31
11
240
77
58
180
Aluminium
ges.
μg/l
48
47
9400
888
370
1730
38
170
870
257
230
306
29
88
5100
528
240
1120
Arsen
gel.
μg/l
71
1,9
8,9
4,4
4,2
6,8
47
1,2
7,8
2,4
1,8
3,4
31
1,6
4,7
2,6
2,4
3,3
Arsen
ges.
μg/l
48
2,4
23,0
6,4
5,2
9,7
38
10,0
66,0
17,9
13,5
29,0
29
5,6
19,0
8,3
7,9
10,0
Calcium
gel.
mg/l
71
27
66
46
46
56
47
92
120
106
110
110
31
47
100
79
84
93
Calcium
ges.
mg/l
48
28
66
45
46
53
38
92
120
107
110
110
29
47
100
79
85
94
Cadmium
gel.
μg/l
69
< 0,03
1,00
0,33
0,20
0,70
47
18,00
29,00
22,79
23,00
26,00
31
3,20
18,00
12,03
12,00
16,00
Cadmium
ges.
μg/l
48
0,20
1,80
0,59
0,45
1,00
38
19,00
30,00
24,58
25,00
27,30
29
4,90
20,00
12,58
12,00
17,00
Cobalt
gel.
μg/l
71
< 0,1
2,1
0,4
0,2
1,0
47
4,0
9,0
6,7
6,8
8,0
31
1,5
5,4
3,5
3,5
4,7
Cobalt
ges.
μg/l
48
< 0,1
5,7
1,0
0,6
2,1
38
4,7
9,4
7,3
7,5
8,6
29
1,9
5,6
3,8
3,6
5,1
Kupfer
gel.
μg/l
71
< 2
3,8
< 2
< 2
2,2
46
2,4
30,0
10,0
8,4
17,0
31
2,3
18,0
6,2
5,0
8,4
Kupfer
ges.
μg/l
48
< 2
16,0
3,8
3,3
6,9
38
14,0
63,0
23,4
22,0
31,1
29
6,6
22,0
11,7
11,0
16,6
Eisen
gel.
mg/l
71
< 0,03
0,30
0,04
< 0,03
0,09
32
0,03
0,40
0,12
0,12
0,18
31
<0,03
<0,03
0,05
0,05
0,08
Eisen
ges.
mg/l
48
0,08
12,00
0,85
0,30
1,58
38
0,49
3,60
0,86
0,66
1,13
29
<0,03
5,30
0,70
0,40
1,14
Quecksilber
gel.
μg/l
16
< 0,02
< 0,02
< 0,02
< 0,02
< 0,02
n.a.
n.a.
n.a.
n.a.
n.a.
n.a.
-
-
-
-
n.a.
n.a.
Quecksilber
ges.
μg/l
17
< 0,02
0,13
0,02
< 0,02
0,03
47
< 0,02
0,12
< 0,02
< 0,02
0,03
13
<0,02
0,02
<0,02
<0,02
<0,02

16
Parameter
OBF 12710 (oh Rothschönberger Stolln)
OBF 12780 (Rothschönberger Stolln)
OBF 12800 (uh Rothschönberger Stolln)
n
Min
Max
MW
Med
P90
n
Min
Max
MW
Med
P90
n
Min
Max
MW
Med
P90
Kalium
gel.
mg/l
71
3,0
7,2
4,4
4,3
5,3
47
4,5
5,7
5,1
5,2
5,6
31
3,7
6,6
4,7
4,7
5,2
Kalium
ges.
mg/l
48
3,1
7,2
4,6
4,4
5,8
38
4,5
6,1
5,3
5,3
5,6
29
3,7
6,6
4,8
4,7
5,4
Magnesium
gel.
mg/l
71
7
15
11
11
13
47
21
29
25
25
27
31
11
22
19
20
21
Magnesium
ges.
mg/l
48
7
15
11
11
13
38
21
27
25
25
26
29
11
22
19
20
22
Mangan
gel.
μg/l
71
12
230
58
31
130
47
830
1600
1125
1100
1340
31
250
980
609
630
770
Mangan
ges.
μg/l
48
22
560
120
74
226
38
880
1600
1231
1250
1430
29
330
930
659
660
864
Natrium
gel.
mg/l
71
12
41
19
19
22
47
25
49
33
32
36
31
16
60
27
28
29
Natrium
ges.
mg/l
48
12
42
19
19
23
38
25
49
33
31
36
29
16
60
28
28
30
Nickel
gel.
μg/l
71
< 0,5
13,0
2,8
2,2
4,9
47
17,0
41,0
32,5
35,0
39,0
31
6,6
31,0
19,0
19,0
26,0
Nickel
ges.
μg/l
48
1,3
18,0
4,7
3,8
7,8
38
17,0
45,0
35,6
38,0
41,3
29
7,9
33,0
20,0
20,0
26,0
Blei
gel.
μg/l
71
< 0,2
4,9
0,6
0,3
1,6
47
< 0,2
18,0
3,8
1,3
8,8
31
<0,5
5,6
1,6
1,5
3,3
Blei
ges.
μg/l
48
0,3
41,0
4,8
1,9
10,6
38
8,7
98,0
23,3
20,0
34,6
29
4,4
30,0
9,5
7,7
13,4
Thallium
gel.
μg/l
71
< 0,1
< 0,1
< 0,1
< 0,1
< 0,1
47
0,30
0,40
0,36
0,40
0,40
31
<0,1
0,30
0,17
0,20
0,20
Thallium
ges.
μg/l
48
< 0,1
0,10
< 0,1
< 0,1
< 0,1
38
0,30
0,50
0,39
0,40
0,50
29
<0,1
0,40
0,19
0,20
0,22
Uran
gel.
μg/l
71
< 0,2
0,40
0,27
0,30
0,40
47
0,60
1,70
1,32
1,30
1,50
31
0,40
1,20
0,79
0,80
1,10
Uran
ges.
μg/l
48
< 0,2
0,90
0,38
0,35
0,50
38
0,60
2,00
1,44
1,40
1,70
29
0,40
1,30
0,88
0,90
1,10
Zink
gel.
μg/l
71
< 3
65
23
21
41
47
2500
4700
3700
3800
4240
31
500
3300
1936
1900
2600
Zink
ges.
μg/l
48
13
120
42
37
74
38
3200
6100
4021
4000
4400
29
740
3400
2001
1900
2720

Die Daten zeigen bereits vor Zufluss des Rothschönberger Stollns eine Vorbelastung der Triebisch u.a. mit As, Cd, Ni und Pb.
Da im Einzugsgebiet der Triebisch kaum größere anthropogene Quellen existieren, ist dies wahrscheinlich auf geogene Einträ-
ge zurückzuführen. Das 90-Perzentil für Cadmium liegt bei 1,0 μg/l.
Der Cd-Gehalt der Triebisch unterhalb des Rothschönberger Stollns beträgt fast genau die Hälfte des letzteren. Es ist daher
davon auszugehen, dass sich die Wässer im Verhältnis von 1 : 1 mischen.
4 Auswahl und Diskussion von Behand-
lungsmöglichkeiten
4.1 Ermittlung des Behandlungszielwertes
Für die Ableitung des Behandlungszielwertes für das Wasser des Rothschönberger Stollns kommen grundsätzlich 3 Wege in
Frage:
Ermittlung aus der UQN der OGewV
Ermittlung aus dem Hintergrundwert der Triebisch
Ermittlung aus der Reduzierungsanforderung des Sedimentmanagements
4.1.1
Ermittlung aus der Anforderung der OGewV
Die UQN für Cd in einem Fließgewässer ergibt sich formal aus der Härteklasse bzw. dem CaCO
3
-Gehalt. Für die Bezugspunkte
„Triebisch oberhalb Rothschönberger Stolln“, „Rohtschönberger Stolln“ und „Triebisch unterhalb Rothschönberger Stolln“ und
die Zeiträume 1999-2012 wurde aus den mittleren Ca-Konzentrationen die CaCO
3
-Werte und damit die Härteklasse der Wässer
ermittelt und in Tabelle 4 dargestellt.
Tabelle 4:
UQN der OGewV (Auszug der in dieser Studie betrachteten Parameter)
Messpunkt
OBF
Ca (mg/l)
CaCO
3
(mg/l)
HKL
UQN-JD
(μg/l)
UQN-ZHK
(μg/l)
Triebisch oh. Roth-
schönberger Stolln
12710
46
115
4
0,15
0,9
Rothschönberger Stolln
12780
107
268
5
0,25
1,5
Triebisch uh. Roth-
schönberger Stolln
12800
74
185
4
0,15
0,9
Für den Rothschönberger Stolln ergibt sich demnach eine formale
UQN-JD von 0,25 μg/l
.
4.1.2
Ermittlung aus dem Hintergrundwert der Triebisch
Für die Messstelle OBF 12710 (Triebisch oh Rothschönberger Stolln) ergibt sich aus der Auswertung der Gewässergütedaten
1999-2012 ein Mittelwert für den Cd-Gehalt (gesamt) von 0,62 μg/l.
Das 90-Perzentil beträgt 1,0 μg/l
. Diese Werte im „An-
strom“ liegen bereits weit über der UQN-JD von 0,15 μg/l. Das 90-Perzentil kann als „geogener Hintergrund“ angesehen wer-
den.
4.1.3
Ermittlung aus der Reduzierungsanforderung für die Erreichung des Kriteriums des Elbe-
Sedimentmanagements

18
Das Schadstoff-/Sedimentmanagementkonzept Elbe sieht für Sediment einen Oberen Schwellenwert für Cd von 2,3 mg/kg vor.
Tabelle 5 zeigt die Statistische Auswertung der Monats-Mischproben an den Messstellen Schmilka und Zehren. Um die Werte
für die Fraktionen <0,02 mm und <0,063 mm vergleichen zu können, wurden beide aufgeführt.
Tabelle 5:
Statistik der Cd-Gehalte für die Monats-Mischproben an den Messstellen Schmilka und
Zehren
Fraktion
Messstelle
n
Min
(mg/kg)
Max
(mg/kg)
MW
(mg/kg)
Med
(mg/kg)
P50
(mg/kg)
P90
(mg/kg)
Faktor der
Zunahme
(MW)
mg/kg
mg/kg
mg/kg
mg/kg
mg/kg
mg/kg
<0,02mm
Schmilka
12
1,1
1,8
1,5
1,6
1,6
1,8
<0,02mm
Zehren
9
1,5
7,4
3,3
3,0
3,0
4,5
2,2
<0,063mm
Schmilka
12
0,9
1,8
1,4
1,5
1,5
1,7
<0,063mm
Zehren
9
1,7
3,2
2,6
2,9
2,9
3,0
1,8
Es zeigt sich erwartungsgemäß, dass die Cd-Gehalte der feineren Fraktion höher sind als die der gröberen. Für Zehren erge-
ben sich dabei in der feineren Fraktion deutlich höhere Gehalte als für Schmilka. Vermutlich werden die unterhalb Schmilka in
die Elbe eingetragenen Cd-Mengen zunächst bevorzugt an die kleinsten Schwebstoffpartikel gebunden, die sich erst weiter
flussabwärts zu größeren zusammenlagern. Aufgrund der besseren Datenlage werden nachfolgend die Werte der Fraktion
<0,02 mm verwendet.
Ein Rückschluss aus dem Cd-Gehalt des Wassers bzw. den Cd-Einträgen ist nicht ohne weiteres möglich, da hier Fällungs-,
Sorptions- und Sedimenttransportprozesse eine Rolle spielen. Daher muss für die Ableitung des Zielwertes von verschiedenen
Annahmen ausgegangen werden.
Im Flussabschnitt zwischen Schmilka und Zehren steigt der Cd-Gehalt des Sediments von 1,5 auf 3,3 mg/kg, das entspricht
einem Faktor von 2,2. Der Gehalt von 3,3 mg/kg muss in Zehren auf 2,3 mg/kg gesenkt werden. Dies entspricht 30 % Reduzie-
rung, welches als Handlungsziel für die notwendige Frachtreduzierung festgelegt wurde. Andererseits bedeutet dies, dass der
Cd-Gehalt zwischen Schmilka und Zehren nur noch um 0,8 mg/kg entsprechend Faktor 1,5 bzw. 53 % steigen darf. In der An-
nahme, dass die Erhöhung des Cd-Gehaltes zwischen Schmilka und Zehren ausschließlich durch den Rothschönberger Stolln
verursacht wird, ergibt sich daraus eine Reduzierungsanforderung für die Einträge des Rothschönberger Stollns von ca. 68 %.
Bei einem mittleren Cd-Gehalt im Stollenwasser von 25 μg/l entspricht das einer Reduzierung auf 8 μg/l.
Aus zwei Gründen kann dieser Cd-Gehalt jedoch nicht als Behandlungszielwert verwendet werden:
1. Die Einträge an Cd erfolgen zwischen Schmilka und Zehren nicht ausschließlich durch den RSS. Eine Reduzierung um
68 % würde daher nicht zur Erreichung des Oberen Schwellenwertes führen.
2. Ein Gehalt von 8 μg/l liegt um den Faktor 32 über der UQN gemäß Tabelle 4. Der Cd-Gehalt im Wasser der Triebisch
unterhalb des RSS würde von im Mittel 11 auf 3,5 μg/l sinken und läge damit um den Faktor 23 über der UQN-JD.
Der ohnehin nur formal abgeleitete Behandlungszielwert von 8 μg/l ist nach den getroffenen Aussagen weder wirksam im Hin-
blick auf die Erreichung des Oberen Schwellenwertes in Zehren noch nachhaltig hinsichtlich der Erreichung des guten Zustan-
des der Triebisch unterhalb des RSS.
Aus den angeführten Gründen wird für die nachfolgenden Betrachtungen ein Behandlungszielwert von 1 μg/l verwen-
det.

image
19
4.2 Maßnahmekombinationen
Die bereits im Angebot [15] kurz skizzierten Maßnahmekombinationen werden im Folgenden auf ihre Anwendbarkeit geprüft,
bzw. eine qualitative Voreinschätzung auf Basis einer überschlägigen Dimensionierung bzw. Auslegung getroffen.
Dabei wurde die Dimensionierung auf Basis folgender Festlegungen durchgeführt:
Zielkonzentration Cadmium im Ablauf < 1 μg/l (siehe 4.1)
Auslegung für ein zu behandelndes Gesamtvolumen von 2.880 m³/h
Zweistraßige Planung des jeweiligen Verfahrens
Die Dimensionierung der Wasserbehandlungsanlagen auf einen zu behandelnden Gesamtvolumenstrom von 2.880 m³/h ergibt
sich aus der Auswertung der gemessenen Durchflussmengen des Rothschönberger Stollens von 2004 bis 2012. Dafür wurden
die Durchflusswerte in Klassenbreiten von jeweils 0,1 m³/s aufgeteilt und die Häufigkeiten des Auftretens der jeweiligen Klassen
ermittelt (Abbildung 5).
Abbildung 5: Durchflussverteilung Rothschönberger Stolln
Auf Basis dieser Verteilung wurde ermittelt, mit welcher Behandlungskapazität welcher Anteil des anfallenden Gesamtvolumens
behandelt werden kann (Abbildung 6).

image
20
Abbildung 6: Anteil behandeltes Wasservolumen
Mit der gewählten Behandlungskapazität von 2.880 m³/h können 97,4% aller zeitlichen Ereignisse und 94,9% des anfallenden
Gesamtvolumens aus dem Rothschönberger Stollen komplett behandelt werden.
Die Zweistraßigkeit wurde zum einen gewählt, da der anfallende Volumenstrom aus dem Rothschönberger Stollen großen
Schwankungen unterliegt. Aus den Daten von 2004 bis 2012 kann abgeleitet werden, dass in ca. 33 % des Behandlungszeit-
raumes nur einer der beiden Behandlungsstränge betrieben werden muss. Zum anderen ist die Teilung in zwei Behandlungs-
stränge schon alleine aufgrund der reinen Größenordnungen der einzelnen Bauwerke technisch zweckmäßig. Hinzu kommen
Forderungen hinsichtlich der notwendigen Redundanz von Ausrüstungen und Wartungsanforderungen, die zwei Behandlungs-
stränge sinnvoll erscheinen lassen.
Für alle Behandlungsmöglichkeiten muss festgehalten werden, dass die Auslegungen und Berechnungen sich auf theoretische
Annahmen und Erfahrungswerte anderer Anlagen zur Behandlung bergbaubeeinflusster Wässer stützen. Teilweise wurde auf
Erkenntnisse aus den Studien [16] und [17] zurückgegriffen. Vor einer detaillierteren Anlagenplanung müssen zwangsläufig
Labor- und Pilotversuche mit dem Originalwasser des Rothschönberger Stollens durchgeführt werden.
Bei allen vorplanerischen Überlegungen wird davon ausgegangen, dass die im Kartenmaterial (Anlage 3) dargestellten Wiesen-
flächen für die Errichtung einer Wasserbehandlungsanlage genutzt werden können. Weiterhin erfolgte keine Prüfung, ob der
Energiebedarf der Wasserbehandlungsanlage durch die im Tal zur Verfügung stehende elektrische Leistung gedeckt werden
kann.
In den nachfolgenden Unterkapiteln (4.2.1 bis 4.2.5) werden insgesamt fünf Verfahrensvarianten auf ihre technische Machbar-
keit hin untersucht. In Kapitel 4.3.1 werden die Investitionskosten der einzelnen Varianten ermittelt und in Kapitel 4.3.3 die abso-
luten und spezifischen Betriebskosten der einzelnen Verfahren miteinander verglichen.
4.2.1
Kombination Fällung und Sandfilter
Die Behandlung von bergbaubeeinflussten Wässern mittels einer pH-Wert-Anhebung durch Zugabe von Neutralisationsäquiva-
lenten und daraus resultierender Fällung der Schwermetalle wird seit mehr als 100 Jahren durchgeführt. Aufgrund des gewähl-
ten Zielwertes von < 1 μg/l Cadmium im Ablauf der Wasserbehandlungsanlage ist eine klassische Fällung und Sedimentation
aber nicht ausreichend.
Wie schon in früheren Untersuchungen nachgewiesen [16] kann dieser Zielwert aber mithilfe einer zweistufigen Behandlung bei
einem maximalen pH-Wert von 8 erreicht werden. Dabei werden Zink und Cadmium, aber auch alle übrigen Elemente sehr gut,
meist bis unter die analytische Nachweisgrenze abgetrennt.
Die zwei Stufen sind folgende:
Fällung mit Kalkmilch-Lösung bis pH 8 und Sedimentation
Filtration des Klarwassers aus der 1. Stufe über einen mit Travertinsand gefüllten Sandfilter

21
Dabei funktioniert der Sandfilter auf der Basis des Abbaus der Übersättigung hinsichtlich Gips und Calcit und der Mitfällung der
restlichen Metalle.
Aufgrund des hohen Hydrogencarbonatgehaltes des Wassers aus dem Rothschönberger Stollen (~99 mg/l) würde der in der
Fällungsstufe erzeugte Schlamm allerdings zu 96,5% aus Calciumcarbonat bestehen.
Die Vorüberlegung, dass die zur Fällung notwendige pH-Wert-Anhebung mit Soda anstelle von Kalkmilch durchgeführt wird,
wurde wieder verworfen, da zum einen die Kosten für Soda wesentlich höher als für Kalkmilch sind und zum anderen dies zur
Ausfällung des im Wasser ebenfalls befindlichen Ca (~ 107 mg/l) als Calciumcarbonat führen würde.
Stattdessen wurde aus den Erfahrungen mit anderen Bergbauwässern mit hohen TIC/Carbonatwerten heraus eine zusätzliche
Vorbelüftung in die Anlagenplanung integriert. Durch intensive Belüftung, z.B. mit einem Oberflächenbelüfter, kann der Car-
bonatgehalt durch physikalisches Austreiben als CO
2
auch bei neutralen pH-Werten deutlich reduziert werden. Das Verfahrens-
schema ist in Abbildung 7 dargestellt.
Dimensionen je
Straße
nicht maßstäblich
Belüftungsbecken
jeweils 30x10x5 m
Durchmesser
Sedimentationsbecken
2 Stück a 22 m
Sandfilter
2 Stück a 35x10x2 m
Rothschönberger
Stollen
Kontaktbecken
1
Sedimentation
1.1
Sedimentation
1.2
Sandfilter
1.1
Sandfilter
1.2
Triebisch
Sedimentation
2.1
Sedimentation
2.2
Sandfilter
2.1
Sandfilter
2.2
FHM
Kalkmilch
Flockungsbecken
1
Kontaktbecken
2
FHM
Kalkmilch
Flockungsbecken
2
Schlammverwertung/-
deponierung
Schlammstapel-
behälter
Entwässerung
Belüftung
1
Belüftung
2
Abbildung 7:
Verfahrenskombination Fällung und Filtration
In der Belüftungsstufe wird das Wasser über eine Verweilzeit von 1h intensiv zwangsbelüftet und anschließend im Kontaktbe-
cken auf einen pH-Wert von 8 eingestellt. Im Anschluss wird Flockungshilfsmittel zugegeben und das Wasser in die Sedimenta-
tionsstufe überführt. Das Klarwasser wird über den Klarwasserablauf in die offenen Raumfilter, gefüllt mit Travertinsand, geführt
und kann anschließend gereinigt in die Triebisch abgeleitet werden.
Es kann aufgrund fehlender Pilotversuche nicht genau prognostiziert werden, wie lange die mit Travertinsand gefüllten Raumfil-
ter ohne Rückspülung betrieben werden können bzw. wie groß die Verkrustungs-/Verblockungsgefahr der Filter ist.
In der theoretischen Betrachtung kann von Erfahrungen herkömmlicher Raumfilter ohne zusätzliche chemische Wirkung ausge-
gangen werden. Dabei kann ein Raumfilter 2,5 kg/m³ Feststoff aufnehmen.
Die Filterdimensionierung erfolgt auf Basis der nötigen Verweilzeit (1 h) zur Cd-Entfernung. Da auch im Klarwasser eines Eindi-
ckers noch ein gewisser Anteil an abfiltrierbaren Stoffen vorhanden ist (Größenordnung 10 mg/l), wäre unter Volllast die Rück-

22
spülung der Filter ca. alle neun Tage erforderlich. Im realen Betrieb ist die Belastung geringer, so dass sich die Zyklen entspre-
chend verlängern und die Rückspülung wechselseitig ohne Anlagenstillstand vorgenommen werden kann.
Die bei der Fällung anfallende Schlammenge bei einer durch die Belüftung erzielten Carbonatreduzierung um 2/3 und einem
über den Messzeitraum von 8 Jahren gemittelten Durchfluss von 0,49 m³/s beträgt 2,1 Tonnen pro Stunde mit einem ange-
nommenen TS-Gehalt von 5% nach dem Schlammabzug aus den Sedimentationsbecken. Dieser Schlamm muss weitergehend
entwässert werden, wofür Zentrifugen als kontinuierlich arbeitende Entwässerungsaggregate vorgesehen sind. Der mittels Zent-
rifugen bis auf einen TS-Gehalt von 35% entwässerte Schlamm muss anschließend mittels Zement immobilisiert werden, bevor
er in einem deponierfähigen Zustand ist. Hierfür ist eine Mischung von Schlamm und Zement im Verhältnis 1:1, bezogen auf
den TS-Gehalt des Schlammes, vorgesehen. Als Endresultat müssen am Ende ca. 3.500 Tonnen Immobilisat pro Jahr einer
Entsorgung zugeführt werden.
4.2.2
Nanofiltration und Fällung
Die Idee einer Kombination von Nanofiltration und Fällung wurde im Jahr 2012 von G.E.O.S. ausgiebig untersucht [18]. Im Un-
terschied zu dem dort behandelten Bergbauwasser sind die beim Rothschönberger Stollen im Wesentlichen aufzukonzentrie-
renden Komponenten (Zn, Cd) in wesentlich geringeren Konzentrationen vorhanden.
Zudem werden in der Literatur ([19], [20], [21]) stark unterschiedliche Rückhalte insbesondere für Cadmium bei Nanofiltrations-
membranen angegeben. Der Rückhalt schwankt hier zwischen 60 und 95%.
In einer konservativen Annahme wurde für die Anlagendimensionierung ein Rückhalt von 75% gewählt. Aufgrund des hohen
Carbonatgehaltes wurde, wie schon in 4.2.1 beschrieben, eine Vorbelüftung der eigentlichen Membranstufe vorgeschaltet.
Das aus den Vorüberlegungen resultierende Anlagenfließbild ist in Abbildung 8 dargestellt.

23
Dimensionen je
Straße
nicht maßstäblich
Belüftungsbecken
30x10x5 m
NF-Stufe 1
2149 Elemente
NF-Stufe 2
1719 Elemente
NF-Stufe 3
1375 Elemente
Durchmesser
Sedimentationsbecken
22 m
Sandfilter
35x10x2 m
Rothschönberger
Stollen
Kontaktbecken 1
Sedimentation
1.1
Sandfilter
1.1
Triebisch
FHM
Kalkmilch
Vorbehandlung
1 (MF/UF)
Sedimentation
2.1
Sandfilter
2.1
Kalkmilch
FHM
Vorbehandlung
2 (MF/UF)
Nanofiltration
1.1
Nanofiltration
1.2
Nanofiltration
1.3
Nanofiltration
2.1
Nanofiltration
2.2
Nanofiltration 2.3
Flockungsbecken 1
Kontaktbecken 2
Flockungsbecken 2
Schlammverwertung/-
deponierung
Schlammstapel-
behälter
Entwässerung
Belüftung
1
Belüftung
2
Abbildung 8:
Nanofiltration mit Konzentratbehandlung
Nach der Belüftung gelangt das vorbehandelte Wasser über einen Filter zur Partikelabtrennung auf die Nanofiltrationsstufe.
Aufgrund des oben diskutierten Rückhaltes von Nanofiltrationsmembranen für Cd-Ionen muss das Wasser über drei NF-Stufen
geführt werden, bevor der Zielwert von 1μg/l Cd im Permeat erreicht wird.
In jeder NF-Stufe wird ein Verhältnis Permeat/Konzentrat von 80/20 angenommen. Dies führt dazu, dass am Ende nur gut die
Hälfte des behandelten Volumenstroms (51,2%) als gereinigtes Permeat zur Verfügung steht bzw. direkt abgeleitet werden
kann. Die andere Hälfte, der vereinigte Konzentratvolumenstrom, muss identisch zu 4.2.1 über eine Fällungs- und eine Filtrati-
onsstufe geführt werden.
Der Schlammanfall wird dabei als nahezu identisch zu 4.2.1 abgeschätzt, da insgesamt die gleiche Menge an Schwermetallen
aus dem Konzentrat entfernt werden muss. Daher wird auch keine wesentliche Reduzierung im Verbrauch an Kalk und FHM
erwartet.
Der Kostenvorteil aufgrund der Volumenreduzierung der benötigten Fällungsbecken und Travertinfilter wird dabei durch die
Anzahl der benötigten Nanofiltrationsmodule (> 5.000) sowie die zusätzlich benötigten Chemikalien zur Membranreinigung und
die höheren Energiekosten mehr als eliminiert.
Zudem muss gesagt werden, dass bei einer konservativen Schätzung die Lebensdauer eines NF-Modules auch bei sorgfältiger
Vorbehandlung und Reinigung zwei Betriebsjahre beträgt.
Aufgrund der fünffachen Aufkonzentrierung des Konzentrates in der ersten Nanofiltrationsstufe besteht ein erhebliches
Scalingrisiko, insbesondere an Sulfat- und Carbonatscaling. Es muss in Labor-/Pilotversuchen geprüft werden, ob dieses Risiko

24
durch eine Ansäuerung des Membranfeeds reduziert werden kann und ob diese Risikoreduzierung die zusätzlichen Kosten
rechtfertigen würden.
4.2.3
Umkehrosmose und Fällung
Auf Basis der in 4.2.2 getroffenen Aussagen zur Nanofiltration wurde zusätzlich die Variante einer Verfahrenskombination von
Umkehrosmose und Fällung näher betrachtet.
Umkehrosmosemembranen besitzen generell für Ionen einen Rückhalt von mehr als 96%. Daher ist im Gegensatz zur Nanofilt-
ration eine einstufige Behandlung in der Membranstufe ausreichend.
Aufgrund des hohen Carbonatgehaltes wurde, wie schon in 4.2.1 beschrieben, eine Vorbelüftung der eigentlichen Membranstu-
fe vorgeschaltet. In Abbildung 9 ist das Fließbild zur betrachteten Verfahrenskombination zu finden.
Dimensionen je
Straße
nicht maßstäblich
Belüftung
30x10x5 m
UO-Stufe 1
2165 Elemente
Durchmesser
Sedimentationsbecken
13,5 m
Sandfilter
15x10x2 m
Rothschönberger
Stollen
Sedimentation
1.1
Sandfilter
1.1
Triebisch
Vorbehandlung
1 (MF/UF)
Umkehrosmose
1.1
Sedimentation
2.1
Sandfilter
2.1
Vorbehandlung 2 (MF/UF)
Umkehrosmose 2.1
Kontaktbecken 1
FHM
Kalkmilch
Flockungsbecken 1
Kontaktbecken 1
FHM
Kalkmilch
Flockungsbecken 1
Schlammverwertung/-
deponierung
Schlammstapel-
behälter
Entwässerung
Belüftung
1
Belüftung
2
Abbildung 9:
Umkehrosmose mit Konzentratbehandlung
Nach der Belüftung gelangt das Wasser über einen Filter zur Partikelabtrennung auf die Umkehrosmosestufe. Dabei wird ein
Verhältnis Permeat/Konzentrat von 80/20 angenommen, was dazu führt, dass 80% des Gesamtvolumenstroms direkt als sau-
beres Wasser zur Einleitung in die Triebisch bzw. zur weiteren Verwendung zur Verfügung stehen.
Die Konzentratbehandlung mit Fällung und Travertinfilter (vgl. 4.2.1) kann dementsprechend 80% kleiner dimensioniert werden.
Der Schlammanfall wird auch in dieser Verfahrensvariante als nahezu identisch zu 4.2.1 abgeschätzt, da insgesamt die gleiche
Menge an Schwermetallen aus dem Konzentrat entfernt werden muss. Daher wird auch keine wesentliche Reduzierung im
Verbrauch an Kalk und FHM erwartet.
Der wesentlichen Volumenreduzierung der Anlagenteile in der Konzentratbehandlung stehen die Kosten für die Umkehrosmo-
semodule (> 2.000), zusätzliche Pumpen und Reinigungschemikalien gegenüber. Wie bei der Nanofiltration kann bei einer
konservativen Prognose nur eine Lebensdauer der einzelnen Membranmodule von zwei Jahren angenommen werden.

25
Aufgrund der fünffachen Aufkonzentrierung des Konzentrates besteht ein erhebliches Scalingrisiko, insbesondere an Sulfat-
und Carbonatscaling. Es muss in Labor-/Pilotversuchen geprüft werden, ob dieses Risiko durch eine Ansäuerung des Memb-
ranfeeds oder von Antiscalant-Reagenzien reduziert werden kann und ob diese Risikoreduzierung die zusätzlichen Kosten
rechtfertigen würden.
4.2.4
Ionenaustauscher
Das Wasser aus dem Rothschönberger Stollen besitzt im Vergleich zu anderen Bergbauwässern relativ geringe Ionenkonzent-
rationen. Daher kann eine Behandlungsvariante mittels Selektiv-Kationenaustauscher mit einer Vorbehandlung zur Partikelent-
fernung in die nähere Betrachtung mit einbezogen werden. Dabei geht aus den Selektivitätsreihen von Iminodiactetat-
Austauschern hervor, dass zunächst das Zn, aber direkt anschließend das Cd entfernt wird. Dementsprechend wurden in die
Kapazitätsberechnungen sämtliche Ionenfrachten, mit Ausnahme des Urans, welches als anionischer Uranyltricarbonatokom-
plex vorliegt, mit einbezogen. Je nach Erscheinungsform des verwendeten Austauscherharzes (H-Form oder Na-Form) geht im
Austausch Na
+
oder H
+
in Lösung.
Aufgrund der notwendigen Regenerationszyklen wurde jeder Behandlungsstrang nochmals in mehrere Einzelsäulen unterteilt,
so dass mit Ausnahme des seltenen Volllastbetriebes immer genügend Puffer zur Regeneration einzelner Säulen vorhanden ist.
Das Grobschema ist in Abbildung 10 dargestellt.
Dimensionen je
Straße
nicht maßstäblich
4 Stück
Durchmesser 4,5 m
Höhe 10 m
Rothschönberger
Stollen
Ionenaus-
tauscher
1.1
Triebisch
Vorbehandlung 1 (MF/UF)
Ionenaus-
tauscher
1.2
Ionenaus-
tauscher
1.3
Ionenaus-
tauscher
1.4
Ionenaus-
tauscher
2.1
Vorbehandlung
2 (MF/UF)
Ionenaus-
tauscher
2.2
Ionenaus-
tauscher
2.3
Ionenaus-
tauscher
2.4
NaCl-
Lösung
Tank für
Regenerat
Verwertung/Entsorgung
Abbildung 10:
Ionenaustauscherverfahren
Im Gegensatz zu den anderen betrachteten Behandlungsvarianten wird beim Ionenaustauscher keine zusätzliche Belüftung
vorgesehen. Dies ist nicht notwendig, da das Carbonat sich nicht am Kationenaustauscher bindet und somit keine unnötige
Belastung der Austauschersäulen verursacht. Ausgehend von einer von Herstellern für Austauscherharze vorgegebenen Filter-
geschwindigkeit von 50 m/h und dem entsprechenden maximalen Volumenstrom müssen die Säulen dimensioniert werden.
Bei einer Vorgabe von vier Säulen pro Behandlungsstrang und dem daraus resultierenden Harzvolumen der einzelnen Säulen
müsste jede Säule im Volllastbetrieb alle 8-9 Monate regeneriert werden. Da der tatsächliche Volumenstrom geringer ist, ver-
längern sich auch die Betriebszyklen der einzelnen Säulen entsprechend, so dass jede Säule ca. einmal pro Jahr regeneriert
werden muss.

26
Zur Regeneration wird ein Tank mit einer NaCl-Lösung vorgesehen, um den Ionenaustauscher wieder in seine Na-Form zu
regenerieren. Für eine Detailplanung dieser Verfahrensvariante muss in Laborversuchen das bestgeeignetste Ionenaustau-
scherharz ermittelt werden. Erst nach dieser Wahl kann die notwendige Regenerationslösung endgültig bestimmt werden (NaCl,
HCl oder H
2
SO
4
).
Zur Regeneration ist ungefähr die dreifache Menge Regenerationslösung im Vergleich zum Harzvolumen der Säule notwendig.
Dies bedeutet, dass bei jeder Regenerierung ca. 500 m³ Regenerat anfallen, die entweder behandelt oder entsorgt werden
müssen. Aufgrund der langen Laufzeit der einzelnen Säulen wird selbst bei ständigem Volllastbetrieb pro Monat nur eine Säule
regeneriert werden müssen. Das heißt pro Monat fallen nur maximal 500 m³ Regenerat an, was in etwa dem stündlichen Mittel-
wert des Zulaufs aus dem Rothschönberger Stollen entspricht.
Daher erscheint das Vorhalten einer kompletten Behandlungsstufe zur Regeneratbehandlung, bestehend aus Fällung und Filt-
ration sowie Schlammentwässerung, unverhältnismäßig und es wird die externe Entsorgung des Regenerates über einen
Dienstleister vorgesehen. Mit der Installation einer zusätzlichen Umkehrosmosestufe könnte das Volumen der zu entsorgenden
Lösung um bis zu 80% reduziert werden. In weitergehenden Planungen muss dies als zusätzliche Variante mit überprüft wer-
den.
4.2.5
Naturnahe Reinigungsmethoden (Wetlands)
Aus eigenen Untersuchungen [16] und entsprechenden Fachmonographien [30] kann für ein anaerobes Wetland eine kombi-
nierte Reinigungsleistung für Cd/Zn von 750 mg/m²*d angenommen werden. Ausgehend von einer Auslegung für 1.440 m³/h
Wasser zur Behandlung pro Behandlungsstrang wird damit eine Fläche von zweimal ca. 187.000 m² für die beiden Wetlands
benötigt. Zusätzlich wird noch Platz für die begleitende Infrastruktur benötigt. Dieser Platz steht am Standort (siehe auch Anlage
3) aber keinesfalls zur Verfügung, womit diese Variante schon ohne nähere Betrachtung von Kosten und Aufwand ausscheiden
muss.
4.3 Kostenschätzung
Für die Schätzung der Investitionskosten erfolgt die Auslegung der Anlagen für die maximale Anlagenkapazität von 2.880 m³/h.
Die durchsatzunabhängigen Betriebskosten, wie z. B. Personalkosten, Abschreibungen und Wartungskosten werden auf ein
Kalenderjahr bezogen. Die maximale Anlagenkapazität wird im Jahresmittel nicht ausgeschöpft. Für die durchsatzabhängigen
Betriebskosten (z.B. Chemikalien, Elektroenergie) wird eine Auslastung von 70% angenommen.
4.3.1
Investitionskosten
Die ausführliche Berechnung der Investitionskosten ist in Anlage 4 zusammengestellt. Die Kosten für die externe Mediener-
schließung (Elektroenergie, Wasser, etc.) wurden dabei nicht berücksichtigt.
In der folgenden Tabelle 6 sind die Kosten der einzelnen Verfahren miteinander verglichen.
Tabelle 6:
Investitionskosten der einzelnen Verfahrensvarianten
Verfahrensvariante
Baukosten [€]
Ausrüstungskosten [€]
Gesamtsumme Bau + Ausrüstung [€]
Fällung und Filtration
8.360.440
2.656.500
11.016.940
Nanofiltration
8.047.820
18.253.620
26.301.440
Umkehrosmose
6.417.620
7.729.040
14.146.660
Ionenaustauscher
7.232.500
13.350.700
20.583.200

27
Während die reinen Baukosten für Betonbauwerke und Gebäude in allen Varianten relativ ähnlich sind, differieren die Ausrüs-
tungskosten sehr stark. Dies wird im Wesentlichen durch die hohe Zahl der benötigten Membranmodule bzw. das große Volu-
men an benötigtem Ionenaustauscherharz bedingt.
4.3.2
Personalkosten
Für alle Verfahrensvarianten wird angenommen, dass während des Betriebes die Anlage einschichtig mit zwei Personen be-
setzt wird. In der übrigen Zeit wird ein Bereitschaftsdienst eingerichtet, der über das Prozessleitsystem automatisch bei ent-
sprechenden Alarmmeldungen benachrichtigt wird. Über einen Fernzugriff kann er in die Steuerung der Anlage eingreifen. Es
wird ein Stundensatz von 40 € und für den Bereitschaftsdienst von 1,50 € angesetzt (Tabelle 7).
Tabelle 7:
Personalkosten
Tätigkeit
Personen
Zeit
Kostensatz
Kosten
h/d
h/d
€/h
Pro Tag
Pro Jahr
Betreiben
2
8
16
40
640 €
233.600 €
Bereitschaft
1
16
16
1,50
24 €
8.760 €
Summe
664 €
242.360 €
Pro Tag fallen also Personalkosten von 664 € an.
4.3.3
Betriebskosten
Für die Betriebskosten werden Abschreibungszeiträume von 25 Jahren (Bauwerke) bzw. 10 Jahren (Ausrüstung) angenommen.
Weiterhin wird angenommen, dass in den beiden Varianten mit Membranstufe pro Jahr 50 %der eingesetzten Module ausge-
tauscht werden müssen.
Für die Verbräuche an Strom und Chemikalien wird ein mittlerer Durchsatz von 2.000 m³/h angesetzt. Die nachfolgende
Tabelle 8 stellt die jährlichen Betriebskosten der einzelnen Verfahrensvarianten dar. Die ausführliche Schätzung der Betriebs-
kosten ist in Anlage 5 enthalten.
Tabelle 8:
Vergleich Betriebskosten
Verfahrens-
variante
Abschrei-
bungen
Bau/Ausrüstung
Wartung/
Instandhal-
tung
Personal-
kosten
Chemika-
lien/Modul-
tausch
Energie
Ana-
lytik
Rückstands-
entsorgung
Gesamt
€/a
€/a
€/a
€/a
€/a
€/a
€/a
€/a
Fällung
600.068
771.186
242.360
357.934
1.918.440
18.250
404.400
4.320.637
Nanofiltration
2.147.275
1.841.101
242.360
7.173.834
2.409.876
18.250
404.400
14.237.096
Umkehr-
osmose
1.030.609
990.966
242.360
2.472.934
2.409.876
18.250
404.400
7.569.395
Ionen-
austauscher
1.624.370
1.440.824
242.360
30.885
1.009.152
18.250
780.000
5.145.841

28
Daraus resultieren folgende spezifische Kosten (Tabelle 9) für den angenommenen mittleren Durchsatz von 2.000 m³/h.
Tabelle 9:
Spezifische Kosten
Verfahrensvariante
Spezifische Kosten
Abschreibung und
Wartung
Spezifische Kosten Wasserbehandlung
Spezifische Gesamt-
kosten
[€/m³]
[€/m³]
davon Energie
[€/m³]
Fällung
0,08
0,17
0,11
0,25
Nanofiltration
0,23
0,58
0,14
0,81
Umkehrosmose
0,11
0,32
0,14
0,43
Ionenaustauscher
0,17
0,12
0,06
0,29
Bei einer später erfolgenden Auswahl einer Verfahrensvariante zur Realisierung müssen sorgfältige Überlegungen zur zukünfti-
gen Energiekostenentwicklung vorgenommen werden. Eine weitere Steigerung des Strompreises (Annahme hier 0,30 €/kWh)
führt sehr schnell dazu, dass die spezifischen Betriebskosten einer Ionenaustauscheranlage unter denen einer kombinierten
Fällung/Filtration liegen könnten.

29
5 Diskussion der Verhältnismäßigkeit und
Priorisierung von Behandlungsvorschlägen
Im vorhergehenden Kapitel 4.2 wurde beschrieben, dass die Reinigung des Wassers aus dem Rothschönberger Stollen bis zum
Erreichen des festgelegten Behandlungszieles mit allen vorgestellten Verfahren im Grundsatz technisch realisierbar ist. In der
Kostenschätzung (Kapitel 4.3) wurden die Verfahren ermittelt, die die festgelegten Behandlungsziele mit dem geringsten finan-
ziellen Aufwand erreichen.
Ausgehend von dieser technischen Basis muss eingeschätzt werden, ob die Behandlung des Wassers aus dem Rothschönber-
ger Stolln eine verhältnismäßige Maßnahme darstellt. Dabei muss zunächst berücksichtigt werden, dass die Verhältnismäßig-
keit keine naturwissenschaftliche oder verfahrenstechnische, sondern eine rein juristische Frage ist.
Die Verhältnismäßigkeit wird aus dem Rechtsstaatprinzip und den Grundrechten abgeleitet und besitzt Verfassungsrang, bindet
also alle Staatsgewalten. Dabei kann die Verhältnismäßigkeit nicht verallgemeinert angewendet werden, sondern muss bei
Altlastensanierungen bzw. Behandlung von Bergbaufolgeschäden immer in einer hochspezifischen Einzelfallentscheidung ge-
prüft werden. Dies wurde bereits in einem Grundsatzurteil des Bundesverwaltungsgerichts 1973 festgestellt und besitzt weiter-
hin Gültigkeit (BVerwG, Grundsatzurteil v. 16.11.1973, Az. BVerwG IV C 44.69).
Die Prüfung der Verhältnismäßigkeit einer Maßnahme ist dabei Aufgabe der zuständigen Behörde [22].
Hierbei müssen folgende Kriterien geprüft werden:
Geeignetheit
Erforderlichkeit
Angemessenheit.
Die ersten beiden Kriterien wurden in den vorhergehenden Kapiteln der Studie bereits ausgiebig diskutiert und haben gezeigt,
dass sowohl die Geeignetheit der möglichen Maßnahmen als auch die Erforderlichkeit gegeben sind.
Die Prüfung der Verhältnismäßigkeit ist nach übereinstimmender Aussage der Fachliteratur die Aufgabe der Behörden ([22],
[23] &[24]).
Dies kann nur in einem iterativen Prozess geschehen und muss folgende Prüfungskriterien beinhalten:
Kosten-Nutzen-Vergleich
Abwägung von Vor- und Nachteilen
Ökobilanz.
Dabei können die prioritären Risikofaktoren Betroffenheit und Sensibilität/Vulnerabilität in einer Prüfungs- und Entscheidungs-
matrix erfasst werden und auf dieser Basis eine Verhältnismäßigkeit abgeleitet werden.
Für die Prüfung der Behandlung von Bergbauwässern existieren aufgrund der diskutierten Einzelfallprüfung keine derartigen
allgemeinen Entscheidungsvorgaben. In der Literatur werden verschiedene Bewertungsverfahren diskutiert. Beispielhaft sei das
Hamburger Bewertungsverfahren zur Gefährdungsbeurteilung von Grundwasserschäden [25] genannt. In Analogie hierzu und
unter Beachtung der Ergebnisse der in der IKSE diskutierten Möglichkeiten des Sedimentmanagements könnte solch eine Mat-
rix aufgebaut werden. Als Kriterien / Risikofaktoren könnten beispielhaft abgewogen werden: Dauer des Stoffeintrags (Ewig-
keitslast oder kurzzeitig lösbar), Wasserbehandlung notwendig (Schutzgutbetrachtung), Stofffrachten (hoch bis gering) usw..
Daher kann in diesem Bericht nur die Verhältnismäßigkeit der vorgestellten Behandlungsmöglichkeiten in einer ersten vorläufi-
gen Bewertung verbal-argumentativ eingeschätzt werden.
Im Hamburger Hafen fallen im Verlauf eines Jahres je nach Stärke der Oberwasserführung unterschiedliche Massen an konta-
minierten Sedimenten an, die entnommen und umgelagert werden müssen, um ausreichende Wassertiefen zu sichern und

image
30
damit die Funktionsfähigkeit des Hafens zu gewährleisten. Aus den Berichten der Hamburger Hafenbehörde der letzten Jahre
ist erkennbar, dass hierfür Ausbaggerungen zwischen 3 und 8 Millionen Kubikmeter notwendig waren. Durch die Behörde wer-
den zudem detailliert die Schadstoffmengen, die sich im Baggergut befinden, ermittelt. Dabei wurde festgestellt, dass sich das
Belastungsmuster der Schwermetalle und von Arsen im frischen, schwebstoffbürtigen Sediment der Elbe in den vergangenen
Jahren nur noch wenig verändert hat. Anreicherungen von Cadmium, Zink, Kupfer und Quecksilber dominieren neben organi-
schen Zinnverbindungen.
Im letzten verfügbaren Bericht von 2012 [27] wird nachgewiesen, dass die 4,99 Millionen Kubikmeter Baggergut, die einer Tro-
ckenmasse von 0,997 Mio. Tonnen Sand und 1,481 Millionen Tonnen Schlick entsprechen, insgesamt 5,4 Tonnen Cadmium
enthielten (Tabelle 10).
Tabelle 10:
Schadstofffrachten des Baggerguts 2012 (aus [27])
Die in der Tabelle enthaltenen Daten an der Dauermessstelle Schnackenburg dienen als Referenz zur Abschätzung der Elbe-
frachten. Schadstofffrachten zwischen der langen Elbefließstrecke bis zum Hamburger Hafen werden nicht berücksichtigt, so-
dass die mit 4,7 Tonnen abgeschätzte Fracht an der Referenzstelle relativ gut mit der tatsächlichen Baggergutmasse überein-
stimmt.
Aus den im Rahmen dieser Studie angestellten Untersuchungen geht hervor, dass durch den Rothschönberger Stolln eine
Cadmium-Fracht von ca. 420 kg/a in die Triebisch und anschließend die Elbe eingetragen wird. Obwohl die Gesamttonnage an
Baggergut in Hamburg und damit auch die Masse an Cadmium wie oben beschrieben jährlich schwankt, bleibt der Anteil, den
die Rothschönberger-Stolln-Kontamination darstellt, bei nur 10% bis 20%.

image
31
Anteil Masse Cadmium der Kontaminationsquelle „Rothschönberger Stolln“ am Baggergut des Hamburger Hafens
Im Umkehrschluss bedeutet diese Aussage, dass weitere größere Cadmium-Kontaminationsquellen die Sedimentzusammen-
setzung im Hamburger Hafen beeinflussen. Aus [28] ist bekannt, dass zum Beispiel noch höhere Cadmium-Frachten aus dem
Einzugsgebiet der Freiberger Mulde über die Vereinigte Mulde in die Elbe eingetragen werden. Auch hier sind Austräge aus
dem Altbergbau ursächlich.
An dieser Stelle sei auch nochmals darauf hingewiesen, dass bereits ein nicht unerheblicher Eintrag von Cadmium an der Gü-
temessstelle Schmilka registriert wird, sodass das Elbsediment vorbelastet nach Sachsen eingetragen wird.
Daher wäre sicher eine nochmalige detailliertere Abschätzung der Frachtenanteile von der Quelle der Elbe bis zur Mündung
unter Einbeziehung der Einträge der Nebenflüsse sinnvoll. Mit hoher Sicherheit kommen sächsische Quellen allerdings für ei-
nen Teil dieser Fracht in Betracht, quantifizierbar ist er derzeit allerdings nicht. Nähere Aussagen hierzu werden aus dem Be-
richt „Sedimentmanagement“ erwartet, welcher aber für die Bearbeitung dieses Gutachtens noch nicht zur Verfügung stand.
Die Verhältnismäßigkeit einer alleinigen Abtrennung des Schadstoffs Cadmium am Standort Rothschönberger Stolln erscheint
mit Blick auf den Schadstoffmix der Hamburger Hafen–Sedimente auf den ersten Blick nicht gegeben. Es kann zum Beispiel
nicht ausgeschlossen werden, dass andere die Sanierungskosten beeinflussende Kontaminanten wie Zink auch aus dieser
Quelle entstammen und verfrachtet werden.
Ausgehend von den abgeschätzten Betriebskosten einer Wasserbehandlung und der zurückgehaltenen Fracht an Cadmium pro
Jahr betragen die spezifischen Kosten pro Kilogramm entferntes Cadmium ca. 10.000 €.
Geht man davon aus, dass, wie oben aufgeführt, schätzungsweise maximal 20% des Cadmiums im Hafensediment aus dem
Rothschönberger Stolln stammen, wird vereinfacht abgeschätzt, dass hiermit auch maximal 20% der Cadmiumkonzentration im
Baggergut abgesenkt werden können. Nach ([27], Anlage 6) beträgt der Cadmium-Gehalt des Baggergutes zur Landverbrin-
gung 4,6 mg/kg. Schätzungsweise würden also Abreinigungsmaßnahmen am Mundloch zu einer Verringerung der Cadmi-
umsedimentkonzentration im Baggergut maximal 1 mg/kg betragen. Das zu verbringende Material würde hiermit immer noch

32
der LAGA Z2 zugeordnet werden müssen. Daher können hier keine Einsparungen von Kosten des Baggergutes erwartet wer-
den.
Aus gutachterlicher Sicht bleibt festzustellen, dass eine Abtrennung von Cadmium technisch möglich ist, aber dieser Schadstoff
nicht allein die Schadstoffzusammensetzung des Baggerguts bestimmt und eine Eliminierung / Reduzierung von Cadmium nicht
zur Schadstofffreiheit führt. Daher erscheint die Beteiligung Sachsens an den Unkosten der Abbaggerung und Umlagerung,
allein aus der Sicht des Rothschönberger Stollns, als zielführender als die Investition in eine technische Wasserbehandlungsan-
lage.

33
6 Alternativen und Forschungsbedarf
Aufgrund der hohen Kosten der Wasserbehandlung sollten auch Alternativen und komplementäre Verfahren in die Betrachtung
einbezogen werden. In [28] sind unterschiedliche Herangehensweisen für die Verminderung des Schadstoffeintrages aus diffu-
sen und punktförmigen Quellen dargestellt.
- Abdeckung, Rekultivierung
- Versiegelung
- naturnahe Behandlungsverfahren
- Schaffung reduzierende Bedgn.
- reaktive Wände
- technische Behandlungsverfahren
- Grube als Reaktionsraum
- Neutralisation mit Hydroxid- bzw. Carbonatfällung
- Sulfidfällung
- nicht selektive Sorptionsverfahren
- selektive Sorptionsverfahren
Strategien zur Verminderung von
Cd-Einträgen in Gewässer
Immobilisierung in
der Quelle
Unterbrechung der
Transportpfade
in situ
(geignet für
diffuse
Stoffeinträge)
ex situ
(geignet für
Punktquellen)
Behandlung der
Abflüsse
(zentral/dezentral)
Abbildung 11:
Strategien zur Verminderung von Cadmiumeinträgen ins Oberflächenwasser
Das Schema gilt allgemein für bergbautypische Schadstoffe und schließt deshalb das toxische Schwermetall Cadmium mit ein.
Bei diffusen Einträgen bestehen die prinzipiellen Möglichkeiten der Immobilisierung der Schadstoffe in der Quelle oder die Un-
terbrechung der Transportpfade. Dazu sind in situ Sanierungsmaßnahmen erforderlich. Im Gegensatz dazu können Punktquel-
len ex situ durch verschiedene Behandlungsverfahren naturnah oder in technischen Anlagen behandelt werden.
Zusammenfassung von Cd-belasteten Strömen
Bereits in vorangegangenen Studien ([16], [17], [28]) wurde die Möglichkeit angesprochen, andere Punktquellen von Cadmium
im Freiberger Revier mit in den Rothschönberger Stolln einzubinden. Tabelle 11 gibt einen Überblick über die wesentlichen
Punktquellen. Daneben erfolgt ein signifikanter Eintrag über nicht auflösbare diffuse Quellen.
Dies zeigt, dass von der Gesamtfracht ca. 45 % des Cadmiums durch den Rothschönberger Stolln ausgetragen werden. Von
den 55 %, die in die Freiberger Mulde ausgetragen werden, sind ca. 64 % durch den Verträgliche Gesellschaft Stolln bedingt.
Von diesen Punktquellen könnten nach derzeitigem Kenntnisstand Stangenbergbach, Hüttenrösche Morgenstern, Verträgliche
Gesellschaft Stolln und Hauptstolln Umbruch dem Rothschönberger Stolln zugeführt werden. Dies entspricht einem Prozentsatz
von 91 % der Punktquellen-Frachten.
Zur Einschätzung der Machbarkeit solcher Maßnahmen sind jedoch weitere Untersuchungen, insbesondere zur hydraulischen
Sicherheit der Wasserwege notwendig.

34
Tabelle 11:
Cd-Frachten wesentlicher Punktquellen im Freiberger Raum
Punktquelle
Cadmium
mittlerer Durch-
fluss (ge-
schätzt)
Cd-Fracht
Anteil an
Summe
μg/l
l/s
g/d
%
Schieferleithe Stolln
26,3
2,2
5,0
0,4
Stangenbergbach
215,0
8
148,6
13,5
MRU-Kanal
9,0
0,3
0,2
0,02
RWE-Kanal
183,1
1
15,8
1,4
Glücksilbersternstolln
514,0
1
44,4
4
Hüttenrösche Morgenstern
183,3
5
79,2
7,2
Ablauf Spülhalde Hammerberg
358,2
1
30,9
2,8
Königl. Verträgl. Gesellschaft Stolln
162,5
50
702,0
63,6
Hauptstollnumbruch
43,3
20
74,8
6,8
Tiefer Lorenz Gegentrum Stolln
5,8
1
0,5
0,04
Tiefer Hilfe Gottes Stolln
2,0
10
1,7
0,16
Summe der Punktquellen
Freiberger Mulde
1103,5
100
Rothschönberger Stolln
25
500
990
-
Haldenabdeckung
In mehreren Studien [16], [17] wurde der signifikante Eintrag von Cadmium aus Bergbau- und Hüttenhalden in Oberflächen- und
Stollnwässer nachgewiesen. Daher kann im Sinne einer in situ-Sanierung solcher Standorte durch Abdeckung/Abdichtung eine
Unterbrechung von Transportpfaden und die Immobilisierung in der Quelle (siehe Abbildung 11) erreicht werden. Solche Sanie-
rungsstrategien sind nachhaltig, weil der Schadstoffaustrag langfristig signifikant zurückgeht. Standortbezogene Einzelfallprü-
fungen über die erreichbaren Ergebnisse sind jedoch in jedem Fall erforderlich.
In situ-Grubenwassersanierung
Zur Verminderung der Cd-Austräge mit den Stollwässern kann auch eine in situ-Grubenwasserbehandlung in Betracht gezogen
werden. Dazu kommt der große, geflutete Grubenteil unterhalb der Sohle des Rothschönberger Stollns in Betracht. In diesem
von Grubenwasser durströmten Bereich könnte durch Einbringen basischer, Sulfidionen bildender und/oder reduzierender Ma-
terialien (z.B. Ca(OH)
2
, Na
2
CO
3
Na
2
S, Fe(0)) mit nachfolgender Sedimentation der Reaktionsprodukte (z.B. Cd(OH)
2
, CdCO
3
,
CdS) eine deutliche Entfrachtung an Cd erfolgen. Solche Prozesse wurden bisher nur beschränkt in Betracht gezogen und
bedürfern weiterer Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zur Ableitung nachhaltiger Verfahren.
Weitere Maßnahmen
In der Zeit seit dem Hochwasserereignis 2002 wurden unter Federführung des Sächsischen Oberbergamtes eine Reihe von
Entwässerungsstollen-Sanierungen (z.B. Geyer, Annaberg-Buchholz, Zinnwald, Rothschönberger Stolln) durchgeführt. Diese

35
Arbeiten beschränkten sich jedoch auf die dauerhafte Herstellung der Wasserableitungsfunktuion. Stoffliche Aspekte wurden
dabei nicht berücksichtigt. Es ist daher zu empfehlen, dass zu jeder Sanierungsmaßnahme an Entwässerungsstollen auch
Möglichkeiten zur Reduzierung von Schadstoffausträgen erwogen werden.
Durch ein Stollensediment-Management für Arbeiten im Rothschönberger Stolln könnte der Austrag solcher Sedimente , insbe-
sondere bei Baumaßnahmen, verringert werden.

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Literaturverzeichnis
[1]
WRRL (2000): Richtlinie 2000/60/EG des Europäischen Parlaments und des Rates vom 23. Oktober 2000 zur Schaffung
eines Ordnungsrahmens für Maßnahmen der Gemeinschaft im Bereich der Wasserpolitik, Amtsblatt der Europäischen
Gemeinschaften L 327 vom 22.12.2000
[2]
WRRL (2006): Richtlinie 2006/11/EG des Europäischen Parlaments und des Rates vom 15. Februar 2006 betreffend die
Verschmutzung infolge der Ableitung bestimmter gefährlicher Stoffe in die Gewässer der Gemeinschaft, Amtsblatt der Eu-
ropäischen Union L 64 vom 04.03.2006
[3]
WRRL (2008): Richtlinie 2008/105/EG des Europäischen Parlaments und des Rates vom 16. Dezember 2008 über Um-
weltqualitätsnormen im Bereich der Wasserpolitik und zur Änderung und anschließenden Aufhebung der Richtlinien des
Rates 82/176/EWG, 83/513/EWG, 84/156/EWG, 84/491/EWG und 86/280/EWG sowie zur Änderung der Richtlinie
2000/60/EG, Amtsblatt der Europäischen Union L 348 vom 24.12.2000
[4]
OgewV (2010): Verordnung zum Schutz der Oberflächengewässer (Oberflächengewässerverordnung – OgewVO), Stand:
01.08.2010,
http://www.agw-nrw.de/fileadmin/pdf/Dokumente_extern_2010/entwurf_uqn-vo_01082010.pdf
[5]
GrwV (2010): Verordnung zum Schutz des Grundwassers (Grundwasserverordnung - GrwV), 9. November 2010, BGBl. I
S. 1513
[6]
Rohde, S. (2013): E-Mail vom 25.09.2013
[7]
Östreich, W. (1956): Hydrogeochemische Untersuchungen an Stollen- und Grubenwässern des Freiberger Erzbezirks,
Diplomarbeit Bergakademie Freiberg, unveröff.
[8]
Rösler, H.J.; Meier, U. (1981): Zur Geochemie Freiberger Grubenwässer. Forschungsbericht Institut für Mineralogie, Geo-
chemie und Lagerstättenlehre, unveröff.
[9]
Haubrich, F. (1992): Schwefelisotopengeochemie und Schwermetallführung von Grubenwässem des Raumes Freiberg.
Studienarbeit Bergakademie Freiberg, unveröff.
[10] Martin, M. (1994): Genese, Chemismus und Bedeutung von Grubenwässern im Erzgebirge.- in: GUHR, H. u.a. (Hrsg.): Die
Elbe im Spannungsfeld zwischen Ökologie und Ökonomie.- B.G. Teubner Verlagsgesellschaft Stuttgart – Leipzig
[11] Degner, T. (2003): Prognose von geochemischen Auswirkungen der Nachnutzung stillgelegter Bergbau-Stollen-Systeme
am Beispiel des Freiberger Grubenreviers. Diss. TU Bergakademie Freiberg
[12] Baacke, D. (2000): Geochemisches Verhalten umweltrelevanter Elemente in stillgelegten Polysulfiderzgruben am Beispiel
der Grube Himmelfahrt in Freiberg/Sachsen. Diss. TU Bergakademie Freiberg
[13] Greif, A. (2013): pers. Mitt.
[14] Benthin, A. (2010): Der Rothschönberger Stolln und die Arbeit des Vereins VII. Lichtloch e.V. in Halsbrücke. in: Tagungs-
band 10. Internationaler Montanhistorik-Workshop Dittrichshütte/Thüringen. S. 91-102
[15] G.E.O.S. (2013): Entwicklung einer kostengünstigen Maßnahmekombination für die Minimierung von Schwermetalleinträ-
gen aus dem Raum Freiberg, Vergabe Nr. B656, Angebot für LfULG
[16] G.E.O.S. (2008): Erarbeitung einer Vorplanung mit Kostenabschätzung zur Sanierung und Unterhaltung des künstlichen
Gewässers Roter Graben, Bericht für Landesdirektion Chemnitz
[17] G.E.O.S. (210): Sanierungsuntersuchungen am Stangenbergbach zur Verminderung des Schwermetalleintrages in die
Freiberger Mulde, Auftraggeber: SAXONIA Standortentwicklungs- und Verwaltungsgesellschaft mbH; Bearbeitungszeit-
raum: 12/2008 – 01/2010, Bericht vom: 25.02.2010
[18] Aubel, T; Janneck, E.; et. al. (2013): Sulfat- und Schwermetallentfernung aus Bergbauwässern – Verfahrensvergleich
Ettringitfällung vs. Nanofiltration im Pilotversuch, Mine Water Symposium, Freiberg
[19] Chaudhari, L; Murthy, Z. (2008): Removal of Nickel and Cadmium ions from aqueous waste water by nano filtration, Jour-
nal of Environmental Research and Development, Vol. 3 No. 2

37
[20] Soares, M., Bertrand, M, et.al. (2005): Removal of lead, cadmium and zinc from industrial effluents using nanofiltration and
reverse osmosis membranes, XIII. International conference on heavy metals in the environment.
[21] Chaudhari, L; Murthy, Z. (2008): Separation of cadmium ions and estimation of membrane transport parameters of a nano-
filtration membrane, Indian Journal of Chemical Technology, Vol. 15
[22] Schroers, Stefan: Handlungsempfehlungen für die Grundwassersanierung, LANUV NRW, Vortrag AAV-Fachtagung, 2012
[23] Große, Sven: Was ist als Sanierungsziel rechtlich zulässig, SMUL Sachsen, Vortrag Workshop Sanierungsentscheidung,
10.05.2011
[24] Steiner, Nikolaus: Verhältnismäßigkeit von Sanierungszielen und –maßnahmen bei altlastenbedingten Grundwasserschä-
den, Anwaltskanzlei Steiner, Vortrag AAV-Fachtagung, 24.06.2009
[25] Gefährdungsbeurteilung und Sanierung von Grundwasserschäden – Managementkonzept zur Ermittlung der Sanierungs-
notwendigkeit und Ableitung von Sanierungszielwerten, Freie und Hansestadt Hamburg – Behörde für Stadtentwicklung
und Umwelt, März 2012
[26] „Grundsätze des nachsorgenden Grundwasserschutzes bei punktuellen Schadstoffquellen“, Unterausschuss „Gefahren-
abwehr bei Grundwasserverunreinigungen und Grundwassergefährdungen“ der Ständigen Ausschüsse „Grundwasser und
Wasserversorgung“ der LAWA und „Altlasten“ der LABO
[27] Hamburg Port Authority, Hafeninfrastruktur Wasser (2013): Umgang mit Baggergut aus dem Hamburger Hafen Teilbericht
Umlagerung von Baggergut nach Neßsand Bericht über den Zeitraum 1.1. bis 31.12.2012, Hamburg, Mai 2013
[28] Martin, M.; Janneck, E. (2010): Fortschreibung von Grundlagendaten und Untersuchung ausgewählter Sachverhalte der
Maßnahmen- und Bewirtschaftungsplanung zur Reduzierung von Schadstoffeinträgen, Teil: Vorstudie – selektiver Rück-
halt von Cadmium. G.E.O.S. Ingenieurgesellschaft 2010 (AG: LfULG)
[29] Stupp, H.D.; Bakenhus, A.; et. al.: Kosten zur Sanierung von Grundwasserverunreinigungen durch CKW und Ansätze zur
Definition der Verhältnismäßigkeit von Sanierungsmaßnahmen, Altlasten Spektrum, 1/2006, S. 84 – 92
[30] Engineering Guidelines for Passive In-situ Remediation of Acidic Mine / Industrial Drainage (PYRAMID Guidelines);
http://www.imwa.info/piramid/files/PIRAMIDFinRept_publicedn.pdf
[31] G.E.O.S. (2012): Detailuntersuchung des Wasserpfades am Objekt „Spülhalde Davidschacht“ Teil II; Auftraggeber: FSB
Freiberger Silicium Bearbeitungsgesellschaft mbH; 02.07.2012

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