image
image
image
image
image
Entwicklung einer kostengünstigen
Maßnahmenkombination für die Minimierung
von Schwermetalleinträgen aus Stollenwas-
sereinleitungen des Tiefen Sauberger Stollen

2
Abschlussbericht zum Werkvertrag
„Entwicklung
einer kostengünstigen
Maßnahmenkombination für die Minimierung
von Schwermetalleinträgen aus Stollenwassereinleitungen
des Tiefen Sauberger Stolln
Dr. Frank Haubrich
Dipl.-Chem. Mirko Martin
Dipl.-Ing. Tim Aubel
G.E.O.S. Ingenieurgesellschaft mbH
Schwarze Kiefern 2
09633 Halsbrücke
Bearbeitungszeitraum: 28.08.2015 – 30.11.2016

3
Inhaltsverzeichnis
1
Ziel und Hintergrund ................................................................................................................................................ 8
2
Anforderungen der WRRL und deren nationale Umsetzung ............................................................................... 9
3
Gebietsbeschreibung und Rahmenbedingungen ................................................................................................. 11
3.1
Einordnung der Wasserlösestollen ............................................................................................................................ 11
3.2
Charakteristik des Tiefen Sauberger Stollns .............................................................................................................. 11
3.3
Schutzgebiete, Denkmalschutz, Hochwasserschutz .................................................................................................. 12
3.4
Oberes Einzugsgebiet der Wilisch ............................................................................................................................. 13
3.5
Elementkonzentrationen im Verlauf der Wilisch ......................................................................................................... 14
3.6
Angetroffene Übertagesituation am Tiefen Sauberger Stolln und Vorfluter Wilisch ................................................... 15
3.7
Angetroffene Untertagesituation im TSS bei Befahrung ............................................................................................ 16
3.8
Datenlage zur Hydrologie, Hydrogeochemie und Stofffrachten ................................................................................. 16
3.9
Statistische Datenauswertung ................................................................................................................................... 19
4
Auswahl und Diskussion von Behandlungsmöglichkeiten ................................................................................. 22
4.1
Ermittlung des Behandlungszielwertes ...................................................................................................................... 22
4.1.1
Ermittlung aus den Anforderungen der OGewV ......................................................................................................... 22
4.1.2
Einschätzung der Bioverfügbarkeit von Nickel ........................................................................................................... 23
4.1.3
Ermittlung aus den Hintergrundwerten von unbelasteten Oberflächengewässern ..................................................... 24
4.1.4
Ermittlung aus den Hintergrunddaten der Wilisch ...................................................................................................... 24
4.2
Maßnahmenkombinationen ....................................................................................................................................... 27
4.2.1
Maßnahmemöglichkeiten/Technische Umsetzung .................................................................................................... 28
4.2.2
Sandfilter/Kerzenfilter ................................................................................................................................................. 30
4.2.3
Ionenaustauscher (Ni-, Cd-, Zn-Reduzierung) ........................................................................................................... 30
4.2.4
Sorptionskolonne (As-Reduzierung) .......................................................................................................................... 31
4.3
Kostenschätzung ....................................................................................................................................................... 32
4.3.1
Investitionskosten ...................................................................................................................................................... 32
4.3.2
Personalkosten .......................................................................................................................................................... 32
4.3.3
Betriebskosten ........................................................................................................................................................... 33
5
Forschungs- und Handlungsbedarf ....................................................................................................................... 34
6
Literaturverzeichnis ................................................................................................................................................. 34

4
Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1: Ausweisung des unmittelbaren Bereichs des Tiefen Sauberger Stollns und angrenzender Wilisch in die
Hochwasserintensitätseinstufungen [13] ............................................................................................................. 12
Abbildung 2: Überblick über die Lage von Entwässerungsstollen des Ehrenfriedersdorfer Reviers und den
Oberflächenwasser-Meßstellen im Einzugsgebiet der Wilisch............................................................................ 13
Abbildung 3: Veränderungen der Elementkonzentrationen in der Wilisch von OBF36791_Mön bis OBF 36800_Sch =
Mündung in die Zschopau), Angabe der Mittelwerte ........................................................................................... 14
Abbildung 4: a) „normale“ Wasserführung der Wilisch 50 m flussaufwärts der Shell-Tankstelle, b) trockenes Bachbett
der Wilisch (rechte Bildseite) auf Höhe Mündung des TSS ................................................................................. 15
Abbildung 5: Angetroffene Untertagesituation im Tiefen Sauberger Stolln mit seitlichen Zuflüssen aus der
Trockenmauerung ............................................................................................................................................... 16
Abbildung 6: Zeitverlauf von Durchfluss und As-Gehalten des TSS zwischen 2002 und 2016 (Daten aus [9], [11], [12])........ 17
Abbildung 7: Zeitverlauf der Nickel- und Cadmiumgehalte im TSS zwischen 2002 und 2016 (Daten aus [9], [11], [12]) ......... 17
Abbildung 8:
Zeitverlauf der Zink- und Mangangehalte im TSS zwischen 2002 und 2016 (Daten aus [9], [11], [12]) ............. 18
Abbildung 9: Durchflussverteilung Tiefer Sauberger Stolln (Zeitraum 2008 – 2016) ................................................................ 27
Abbildung 10: Anteil behandeltes Wasservolumen des Tiefen Sauberger Stollns (Zeitraum 2008 – 2016) ............................... 27

5
Tabellenverzeichnis
Tabelle 1:
UQN der OGewV (Auszug der in dieser Studie prioritär betrachteten Parameter) nach [5] ................................ 10
Tabelle 2:
Korrektur der Koordinaten von OBF36790_TSS Mundloch und OBF36794_TSS Mündung (Angaben
Gauss-Krüger, Bessel, Potsdam) ........................................................................................................................ 12
Tabelle 3:
Gegenüberstellung der Elementkonzentrationen, Frachten und prozentualen Anteile der
Entwässerungsstollen im Ehrenfriedersdorfer Revier (TSS – Tiefer Sauberger Stolln, GRVIER –
Großvierunger Stolln, GREIF – Greifenbachstolln, GoAd – Goldner Adler Stolln) .............................................. 13
Tabelle 4:
Elementkonzentrationen in der der Wilisch von OBF 36791_Mön bis OBF 36800_Sch (Angabe der
Mittelwerte, Datenbasis LfLUG [11]) .................................................................................................................... 15
Tabelle 5:
Statistische Kennwerte der Elementkonzentrationen im TSS in verschiedenen Zeitintervallen .......................... 18
Tabelle 6:
Statistische Auswertung der Gütedaten der OBF36793, 36794 und 36795 für den Zeitraum 2002 – 2016 ........ 20
Tabelle 7:
Mittelwerte und P90 der Elementkonzentrationen im TSS im Zeitraum 2008 - 2016 .......................................... 22
Tabelle 8:
UQN der OGewV (Auszug der in dieser Studie betrachteten Parameter für Cd) ................................................ 23
Tabelle 9:
Klassen von Bioverfügbarkeitsfaktoren (BioF) in Abhängigkeit von pH und DOC in der gelösten
Wasserprobe (nach [23]) ..................................................................................................................................... 23
Tabelle 10:
Bioverfügbarkeit von Ni in Abhängigkeit von pH und DOC-Gehalt im Wasser .................................................... 24
Tabelle 11:
Elementkonzentrationen von unbelasteten Oberflächenwasserkörpern aus dem Einzugsbereich der
Zschopau [16] - Wässer ...................................................................................................................................... 24
Tabelle 12:
Elementkonzentrationen in der Wilisch vor und nach Zufluss des TSS ............................................................... 25
Tabelle 13:
Elementkonzentrationen in den Sedimenten von unbelasteten Oberflächenwasserkörpern und den
Sedimenten der Wilisch (P 90% = 90 % Perzentil) .............................................................................................. 25
Tabelle 14:
Elementkonzentrationen aus Tabelle 12 korrigiert mit den mittleren Faktoren zur Berechnung von
Fraktion < 0,02 auf < 0,063 mm (Datengrundlage LfLUG [11]) ........................................................................... 26
Tabelle 15:
Gegenüberstellung der Konzentrationen und Frachten der gelösten und partikulären Anteile des Tiefen
Sauberger Stollns (Datenbasis [9][11][12]) .......................................................................................................... 28
Tabelle 16:
Gelöste und partikulär transportierte Elementfrachten aus dem TSS ................................................................. 29
Tabelle 17:
Faktoren der Reduktion der betrachteten Elemente im Sediment und im Wasserkörper .................................... 30
Tabelle 18:
Investitionskosten der einzelnen Verfahrensvarianten ........................................................................................ 32
Tabelle 19:
Personalkosten .................................................................................................................................................... 32

6
Anlagenverzeichnis
Anlage 1:
Einzugsbereich der Wilisch mit Messstellen des Landesgewässernetzes von Sachsen
Anlage 2:
Grundriss des Tiefen Sauberger Stolln
Anlage 3:
Maßstäbliche Lage des TSS in Bezug zur Wilisch / Ermittlung des Flächenmanagements
Anlage 4:
Investitionskosten
Anlage 5:
Betriebskosten

7
Abkürzungsverzeichnis
BLM
Bioligandenmodell
BioF
Bioverfügbarkeitsfaktor
DOC
gelöster organischer Kohlenstoff
TSS
Tiefer Sauberger Stolln
GREIF
Greifenbach Stolln
GoAd
Goldne Adler Stolln
GVIER
Großvierunger Stolln
EZG
Einzugsgebiet
UQN
Umweltqualitätsnorm
JD
Jahresdurchschnitt
ZHK
zulässige Höchstkonzentration
HKL
Härteklasse
WRRL
Wasserrahmenrichtlinie
OBF36791_Mön
Oberflächenwassermesspunkt Ehrenfriedersdorf, Gewerbegebiet am Mönchsbad
OBF36797_oSei
Oberflächenwassermesspunkt Ehrenfriedersdorf, oberhalb Seifental
OBF36797_Wet
Oberflächenwassermesspunkt Ehrenfriedersdorf, Wettinstraße
OBF36793_oTSS
Oberflächenwassermesspunkt Ehrenfriedersdorf, oberhalb Tiefer Sauberger Stolln
OBF36794_TSS
Oberflächenwassermesspunkt Ehrenfriedersdorf, Mündung Tiefer Sauberger Stolln
OBF36795_Her
Oberflächenwassermesspunkt Ehrenfriedersdorf, Herolder Straße
OBF36798_Ven
Oberflächenwassermesspunkt Venusberg/Gelenau
OBF36800_Sch
Oberflächenwassermesspunkt Schlößchen

8
1 Ziel und Hintergrund
Der Tiefe Sauberger Stollen (TSS) ist der Hauptentwässerungsstollen des Ehrenfriedersdorfer Grubenreviers. Der Stollenwas-
seraustrag beträgt durchschnittlich 252 m
3
/h (305 m
3
/h). Der dauerhafte Erhalt der Entwässerungseinrichtungen von Gruben-
bauen ist eine wesentliche Voraussetzung für stabile hydraulische und geotechnische Verhältnisse in den eingestellten Gruben
und an der Tagesoberfläche. Da der Stollen als unterirdisches Drainagesystem wirkt, nimmt er auch metall- und arsenbelastete
Sickerwässer aus dem Grubenrevier des ehemaligen Bergbaubetriebes Zinnerz Ehrenfriedersdorf GmbH auf und stellt eine
große punktuelle Belastungsquelle hauptsächlich für Arsen des Altbergbaus im Ehrenfriedersdorfer Raum dar. Die Auswirkun-
gen der Arsen- und Schwermetallfracht auf den Vorfluter Wilisch kann bis zur Mündung in die Zschopau verfolgt werden.
Im Rahmen der Umsetzung der WRRL sind kostengünstige Maßnahmenkombinationen zur Reduzierung von Schadstoffeinträ-
gen zur Verbesserung der Gewässerqualität zu konzipieren.
In der zu erstellenden Studie sollen unter den Voraussetzungen, dass die untertägigen Verhältnisse im Stollen und der Schad-
stoffaustrag konstant bleiben sowie unter Berücksichtigung der örtlichen Gegebenheiten, Möglichkeiten zur Schwermetallredu-
zierung aufgezeigt und diskutiert sowie die Verhältnismäßigkeit der Maßnahmen abgeschätzt werden. Die Schwerpunkte liegen
auf Arsen, Nickel, Cadmium und Zink.
Die G.E.O.S. Ingenieurgesellschaft mbH wurde mit dem Werkvertrag vom 17.09.2016 durch das Sächsische Landesamt für
Umwelt, Landwirtschaft und Geologie mit den entsprechenden Arbeiten beauftragt.

9
2 Anforderungen der WRRL und deren
nationale Umsetzung
Die gesetzliche Grundlage für die Wasserqualität in den Ländern der Europäischen Union bildet die im Jahre 2000 verabschie-
dete Wasserrahmenrichtlinie (WRRL 2000) [1], die ständig fortgeschrieben wird (WRRL 2006 [2], WRRL 2008 [3]). Für Sachsen
gilt nach Ablösung der SächsWRRLVO (2004) [4] die „Verordnung zum Schutz der Oberflächengewässer“ (Oberflächengewäs-
serverordnung – OGewV) vom 20.06.2016 [5]. Für Schwebstoffe 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 4 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) [4] erlassen. Diese wurde zwischenzeitlich durch die Oberflächengewässerverordnung [5] abgelöst. Zusam-
men mit der Grundwasserverordnung legt sie die für Bewertungen erhobener Daten relevanten Umweltqualitätsnormen (UQN)
fest. Diese Normen sind in Tabelle 1 dargestellt.

10
Tabelle 1:
UQN der OGewV (Auszug der in dieser Studie prioritär betrachteten Parameter) nach [5]
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
4
µg/l
gelöst
JD

11
3 Gebietsbeschreibung und Rahmenbedin-
gungen
3.1
Aus bergbautechnisch-bergrechtlicher
Einordnung der
Sicht
Wasserlösestollen
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 Wasserlösestollens 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
Der Tiefe
Charakteristik
Sauberger Stolln (TSS) stellt
des
den tiefsten
Tiefen
Wasserlösestollen
Sauberger
des Ehrenfriedersdorfer
Stollns
Bergbaureviers dar. Er wurde
von 1536 bis 1570 auf einer Länge von 2,3 km zur Wasserlösung im Sauberggebiet aufgefahren. Der mittlere Abfluss betrug
zwischen 2002 und 2016 ca. 252 m
3
/h (HHQ: 1.000 m
3
/h am 31. März 2006 und NNQ: 64 m
3
/h November 2003). Die Auswer-
tung der Daten zwischen 2008 und 2016 ergab eine Erhöhung des Durchflusses im Mittel auf 305 m³/h [8] [9].
Ursprünglich entwässerte der TSS die 6 Feldesteile der Grube Ehrenfriedersdorf: Röhrenbohrer, W-Feld, NW-Feld, E-Feld,
Sauberg und Vierung. Im Rahmen der Stilllegung des Zinnerzbergwerkes nach 1990 wurden die Feldesteile Röhrenbohrer und
NW-Feld hydraulisch durch Dämme voneinander und dem Saubergrevier abgetrennt. Feld Vierung wurde bereits 1977 mittels
Wasserdamm abgeworfen und entwässert seitdem über den Großvierunger Stolln in das Seifenbachtal [10]. Der TSS entwäs-
sert momentan nur die Reviere W-Feld, Sauberg und E-Feld. Er befindet sich im Niveau der 2. Sohle / Stollnsohle in ca. 110 m
Teufe bezogen auf die Rasenhängebank des Sauberger Haupt- und Richtschacht [10].

image
12
Die Koordinaten von Mundloch (ODF36790) und Mündung des Tiefen Sauberger Stollns (OBF36794) wurden aus der Umwelt-
datenbank Sachsen [11] ermittelt. Dabei konnten relativ große Abweichungen von den tatsächlichen Koordinaten vor Ort fest-
gestellt werden. Die exakteren Koordinaten wurden mittels GPS-Gerät (GARMIN etrex summit, relativer Fehler 5 m) ermittelt.
Tabelle 2:
Korrektur der Koordinaten von OBF36790_TSS Mundloch und OBF36794_TSS Mündung
(Angaben Gauss-Krüger, Bessel, Potsdam)
Rechtswert
Hochwert
Messstellen-
Kennzahl (OBF)
Messstellen-
Name
Distanz von Alt zu Neu [m]
Alt
4568425
5614375
OBF36790
Tiefer Sauberger Stolln,
Mundloch
Korrektur der Koordinaten aus der Umweltdaten-
bank zum Mundloch 99 m SSE Richtung 154°
Neu
4568470
5614284
Alt
4568470
5614290
OBF36794
Tiefer Sauberger Stolln,
Mündung
Korrektur der Koordinaten aus der Umweltdaten-
bank zur Mündung in die Wilisch, 38 m NNW
Neu
4568459
5614321
Richtung, 338°
Die Auswertung der Daten des Landesamtes für Landwirtschaft, Umwelt und Geologie [11] zum TSS bezieht sich auf dessen
Mündung in die Wilisch (OBF36794). Die Datenbasis auf Grundlage der Untersuchungen von EcoConcept Chemnitz GmbH und
Südsachsen Wasser GmbH im Auftrag der Zinnerz Ehrenfriedersdorf GmbH [12], beziehen sich direkt auf die ausfließenden
Wässer aus dem Mundloch des TSS (OBF36790). Beide Messstellen liegen innerhalb des gleichen Fließgewässers (Ausfluss
des TSS bis zur Mündung in die Triebisch) ca. 30 m auseinander, werden in der Auswertung gleichgestellt und generell als TSS
bezeichnet.
3.3
Der Tiefe
Schutzgebiete,
Sauberger Stolln bzw. dessen
Denkmalschutz,
Mundloch unterliegen nicht dem
Hochwasserschutz
Denkmalschutz. Der Bereich der Wilisch und die ober-
flächlichen Bereiche des TSS befinden sich in keinem FFH-Gebiet. Nach [13] liegt der unmittelbare Bereich des TSS nicht in
einem festgesetzten Überschwemmungsgebiet. Jedoch werden Teile des unmittelbaren Umfeldes des Tiefen Sauberger Stollns
und der angrenzenden Wilisch in verschiedene Kategorien der Hochwasserintensität eingestuft (Abbildung 1) [13].
Abbildung 1:
Ausweisung des unmittelbaren Bereichs des Tiefen Sauberger Stollns und angrenzender Wilisch in die Hoch-
wasserintensitätseinstufungen [13]
Kartenausschnitte aus:
http://www.umwelt.sachsen.de/umwelt/infosysteme/

image
13
3.4
In den amtlichen
Oberes
Kartenwerken
Einzugsgebiet
[TK10] wird der Ursprung der Wilisch im Seifental am Sauberg beschrieben (Abbildung 2). In
den Ausführungen von Greif & Klemm [14] wird unter anderem der Seifenbach im Seifental genannt, wobei der Seifenbach als
solcher in keiner Karte verzeichnet ist. Nach den amtlichen Kartenwerken entspricht der beschriebene „Seifenbach“ der Wilisch
im Oberlauf.
Als Grundbelastung des Einzugsgebietes der Wilisch kann der Oberflächenwassermesspunkt OBF36791_Mön, Gewerbegebiet
am Mönchsbad gelten (siehe Abbildung 2). Er weist die geringste Belastung mit Schwermetallen und Arsen auf, welche in den
Messstellen des Landesamtes registriert wurden (Abbildung 3, Tabelle 4).
Die wesentlichen Kontaminationsquellen im oberen Einzugsbereich der Wilisch wurden von Greif & Klemm beschrieben und
beprobt [14] und umfassen die Entwässerungsstollen „Greifenbachstolln“, „Goldne Adler Stolln“, „Großvierunger Stolln“ und
„Tiefer Sauberger Stolln“. Durch Greif & Klemm [14] wurden die Entwässerungsstollen beprobt (2008) und analysiert. In der
folgenden Tabelle 3 wurden die Elementkonzentrationen und abgeschätzten Durchflussmengen angegeben und die daraus
folgenden Elementfrachten berechnet. Die Daten zum Tiefen Sauberger Stolln wurden innerhalb dieser Arbeit aus den Mittel-
werten von 2002 bis 2016 ermittelt.
Abbildung 2:
Überblick über die Lage von Entwässerungsstollen des Ehrenfriedersdorfer Reviers und den Oberflächenwas-
ser-Messstellen im Einzugsgebiet der Wilisch.
Tabelle 3:
Gegenüberstellung der Elementkonzentrationen, Frachten und prozentualen Anteile der Ent-
wässerungsstollen im Ehrenfriedersdorfer Revier
(TSS – Tiefer Sauberger Stolln, GRVIER – Großvie-
runger Stolln, GREIF – Greifenbachstolln, GoAd – Goldner Adler Stolln)
TSS
(1)
GRVIER
(2)
GREIF
(2)
GoAd
(2)
Q
Menge [m
3
/h]
252
ca. 10
ca. 10
ca. 1
As
Konz. [µg/l]
452
113
20,1
154
Cd
Konz. [µg/l]
1,5
1,0
2,5
3,1
Ni
Konz. [µg/l]
28,8
8,2
20
4,7
Zn
Konz. [µg/l]
488
122
316
403

image
14
As
Fracht [kg/a]
3637
36
6,3
4,9
Cd
Fracht [kg/a]
13,3
0,3
0,8
0,1
Ni
Fracht [kg/a]
222
2,6
6,3
0,1
Zn
Fracht [kg/a]
4096
38
100
13
As
Anteil [%]
98,7
0,97
0,17
0,13
Cd
Anteil [%]
91,7
2,18
5,44
0,68
Ni
Anteil [%]
96,1
1,11
2,72
0,06
Zn
Anteil [%]
96,5
0,91
2,35
0,30
(1) Datengrundlage zum TSS erfolgte in Auswertung [11] und [12] für den Zeitraum 2002 - 2016
(2) Datengrundlage nach Angaben von Greif & Klemm (2010) mit Angaben zu den Entwässerungsstollen 2008
Bezogen auf die von Greif & Klemm () erhobenen Daten Schwermetall- und Arsenfrachten der 4 Wasserlösungsstolln im Ehren-
friedersdorfer Revier sticht der TSS mit 91 bis 98 % der Belastung mit As, Ni, Cd und Zn heraus. Der Großvierunger Stolln
mündet im Seifental in die Wilisch und bringt nur eine sehr geringe Fracht. Der Greifenbachstolln und Goldne Adlerstolln mün-
den in den Röhrgraben, welcher von der Wilisch zwischen OBF36791 und OBF36796 aufgenommen wird.
3.5
Der Verlauf
Elementkonzentrationen
der Elementkonzentrationen vom Oberlauf der
im
Wilisch
Verlauf
bis zur Mündung
der
ist in
Wilisch
Abbildung 3 dargestellt. Oberflächen-
wassermesspunkt OBF36791, Gewerbegebiet am Mönchsbad wird hierbei als Ausgangspunkt und Hintergrund des oberen
Wilisch-Einzugsgebietes angesehen. Die As- und Zn-Gehalte sind hier noch am niedrigsten. Hinsichtlich der Cd-Belastung liegt
dieser jedoch schon über der zulässigen UQN-JD.
Die Recherche über Kontaminationsquellen im Verlaufe der Wilisch neben dem Tiefen Sauberger Stolln ergab weitere Ele-
mentbelastungen zwischen OBF 36791_Mön und OBF 36796_oSei.
Hier werden einerseits Sickerwasserzutritte der Spülhalden
vom Sauberg (über Kluftsytem) und Böden als Kontaminationsquelle vermutet. Andererseits müssen die Zuflüsse von Greifen-
bachstolln und Goldne Adler Stolln über den Röhrgraben erwähnt werden (Abb. 2, Tab. 3). Ein sichtbarer Einfluss des Großvie-
runger Stollns über den Vorfluter des Seifenbachtales ist nur bei As festzustellen (OBF36796_oSei zu OBF36797_Wet).
Abbildung 3:
Veränderungen der Elementkonzentrationen in der Wilisch von OBF36791_Mön bis OBF 36800_Sch = Mün-
dung in die Zschopau), Angabe der Mittelwerte

image
15
Tabelle 4:
Elementkonzentrationen in der der Wilisch von OBF 36791_Mön bis OBF 36800_Sch
(Angabe
der Mittelwerte, Datenbasis LfLUG [11])
OBF36791
Mön
[µg/l]
OBF36796
oSei
[µg/l]
OBF36797
Wet
[µg/l]
OBF36793
oTSS
[µg/l]
OBF36794
TSS
[µg/l]
OBF36795
Her
[µg/l]
OBF36798
Ven
[µg/l]
OBF36800
Sch
[µg/l]
Arsen
15,3
41,3
61,4
60,7
493,8
246,1
66,6
64,6
Nickel
3,15
7,03
5,20
4,84
22,51
17,44
4,96
4,15
Cadmium
0,36
1,10
0,64
0,52
1,33
1,21
0,27
0,16
Mangan
112,9
126,7
90,9
62,8
1067
521
57,5
52,7
Zink
47,7
133,3
88,1
73,1
487,0
323,0
88,8
71,7
Im Verlaufe der Wilisch ist deutlich das Ansteigen aller Elementkonzentrationen durch den Zufluss des Tiefen Sauberger Stolln
auf das Doppelte bis Vierfache zu verzeichnen. Auf dem weiteren Fließweg Richtung Mündung in die Zschopau nehmen die
Gehalte sukzessive wieder ab. Die Abnahme der Konzentrationen kann einerseits durch Verdünnung mit unbelasteten Oberflä-
chenwässern, andererseits durch Adsorption an Eisenhydroxide und organische partikuläre Stoffe bedingt sein. Bis zur Mün-
dung (OBF36800_Sch) nimmt die Ni-Konzentration wieder auf nahezu UQN-JD ab.
3.6 Angetroffene Übertagesituation am Tiefen Sauberger Stolln
und
Am 09.07.2016
Vorfluter
und am 03.08.2016
Wilisch
wurden jeweils Oberflächenbegehungen zur Sondierung der unmittelbaren Umgebung des
TSS durchgeführt. Dabei konnte festgestellt werden, dass auf einer Fließlänge von ca. 300 m das Wasser der Wilisch komplett
aus dem Bachbett verschwindet. Auf Höhe 50 m oberhalb der Shell-Tankstelle war optisch der Wasserdurchfluss der Wilisch
angemessen der meteorologischen Gegebenheiten (Abbildung 4a). Auf Höhe der Tankstelle bis zur Mündung des TSS waren
deutliche Wasserverluste in der Wilisch zu vermerken. Am Zusammenfluss vom Wilisch und TSS war der Bach komplett tro-
ckengelegt (Abbildung 4b rechte Fotoseite). Sichtbar war, dass das Bachbett der der Wilisch ursprünglich mit Rasensteinen und
Beton ausgemauert war. Dieses wies jedoch starke Schäden auf bzw. war nicht mehr als künstliches Bachbett zu erkennen.
Abbildung 4:
a) „normale“ Wasserführung der Wilisch 50 m flussaufwärts der Shell-Tankstelle, b) trockenes Bachbett der
Wilisch (rechte Bildseite) auf Höhe Mündung des TSS
Zu beiden Oberflächenbegehungen führte nur der TSS, aber nicht die Wilisch an der TSS-Mündung Wasser. Somit war die
Vermutung, dass das komplette Wasser der Wilisch in den TSS sickert und am TSS-Mundloch als Mischwasser (gemäß TSS-
Mündung) zutage tritt.

image
16
3.7
Auf Grund
Angetroffene
der Wasserverluste der Wilisch
Untertagesituation
wurde die Vermutung angestellt,
im
dass
TSS
das Wasser
bei
in
Befahrung
den TSS aufgenommen wird.
Die Befahrung des TSS vom Mundloch bis in den Grubenbereich der Zinnerz Ehrenfriedersdorf GmbH am 03.08.2016 ergab
massive Wasserzutritte über die Trockenmauerung auf den letzten 300 m bis zum Mundloch (Abbildung 5). Der Bau des Tiefen
Sauberger Stollns erfolgte ursprünglich in Trockenbauweise in den Auesedimenten der Wilisch. Die oben beschriebenen Was-
serverluste aus der Wilisch werden demnach über „Kurzschlüsse“ aus dem undichten Bachbett der Wilisch zum TSS geleitet.
Sämtliches Wasser der Wilisch wurde zum Befahrungszeitraum vom TSS über die seitlichen Zutritte aus der Trockenmauerung
aufgenommen (siehe trockenes Bachbett in Abbildung 4b).
Abbildung 5:
Angetroffene Untertagesituation im Tiefen Sauberger
Stolln mit seitlichen Zuflüssen aus der Trockenmauerung (Foto: Mar-
tin)
Abbildung 5 zeigt einen der massiven Zutritte über eine Länge von ca. 200 m. Die Wasserzutritte nehmen in einer Entfernung
> 300 m stromaufwärts von Mundloch aus sehr stark ab, da der TSS dort im Festgestein fließt.
3.8 Datenlage zur Hydrologie, Hydrogeochemie und Stofffrach-
ten
Für die Abschätzung der erforderlichen Parameter zur Konzipierung einer Maßnahmenkombination zur Minimierung der
Schwermetalleinträge wurden die verfügbaren Daten des Tiefen Sauberger Stollens recherchiert. Die bisherige Datenlage stützt
sich auf eine Auswertung von Qualitätsmengendaten aus dem Landesmessnetz [11] zum Tiefen Sauberger Stollen und den in
Fließrichtung befindlichen Messstellen der Wilisch (OBF36790 bis OBF36800). Daneben wurde im Auftrag der Zinnerz Ehren-
friedersdorf GmbH durch die Firma EcoConcept Chemnitz GmbH und Südsachsen Wasser GmbH Monitoring Daten zum Tiefen
Sauberger Stollen erhoben [12]. Es stehen Daten zur Auswertung von 2002 bis 2016.
Für die gezielte Auswahl geeigneter Behandlungsmöglichkeiten bzw. Maßnahmekombinationen zur Reduzierung der Schwer-
metallfracht aus dem Tiefen Sauberger 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 liegt Eisen weitgehend partikulär (ausgefällt) im Wasser vor. Die
generellen Eisengehalte sind als sehr niedrig einzustufen. Arsen liegt zu 58 % in gelöster Form vor. Der hohe gelöste Arsenan-
teil wird vermutlich durch die geringen Eisengehalte unterstützt. Im Allgemeinen bindet sich Arsen an frisch gefällte Eisenhydro-
xide und sedimentiert mit diesem im Grubenraum. Durch die geringen Eisengehalte ist dieser natürliche Reinigungsmechanis-
mus nur bedingt wirksam. Innerhalb des untersuchten Zeitraumes ist kein eindeutiger Trend einer Ab- oder Zunahme der Ar-

image
image
17
sengehalte zu erkennen (Abbildung 6). Die Nickel- und Cadmiumgehalte im TSS sind bis 2008 stark rückläufig (Abbildung 7).
Die Daten ab 2008 liegen zum Teil unter der Bestimmungsgrenze und orientieren sich an der halben Nachweisgrenze. Die
tatsächlichen Gehalte können niedriger liegen.
Seit 2008 pegelten sich auch die Zn-Gehalte von ursprünglich 1500 µg/l (Jahr 2002) auf < 100 µg/l ein. Aufgrund der sehr stark
abnehmenden Tendenzen wurde auch Mn mit in die Darstellung aufgenommen (Abbildung 8). Hier ist im Gegensatz zu Ni, Zn
und Cd eine sukzessive Abnahme bis 2016 festzustellen, wobei der Trend noch anhält. Generell ist bei den Elementen außer
bei As eine stark abnehmende Tendenz zu verzeichnen, wobei keine Korrelationen der Element-Gehalte mit dem Durchfluss zu
verzeichnen sind.
Abbildung 6:
Zeitverlauf von Durchfluss und As-Gehalten des TSS zwischen 2002 und 2016 (Daten aus [9], [11], [12])
Abbildung 7:
Zeitverlauf der Nickel- und Cadmiumgehalte im TSS zwischen 2002 und 2016 (Daten aus [9], [11], [12])

image
18
Abbildung 8:
Zeitverlauf der Zink- und Mangangehalte im TSS zwischen 2002 und 2016 (Daten aus [9], [11], [12])
Das direkte Hochwasserereignis im August 2002 (Zeitspanne 12.08. bis 14.08.2002) wurde innerhalb des Monitorings nicht
erfasst. Eine Analyse der Arsengehalte vom 16.08.2002 ergab nur eine 50 %-ige Erhöhung gegenüber dem As-Gesamt Mittel-
wert.
In Tabelle 5 wurden die wichtigsten Kennwerte der Elementkonzentrationen gegenübergestellt. Aus den Abbildungen 6 bis 8 ist
ersichtlich, dass die Konzentrationen bei Ni, Cd und Zn von 2002 bis 2008 sehr stark abnahmen, um von 2008 bis 2016 nahezu
konstant bzw. unter der Bestimmungsgrenze zu liegen. Deshalb wurden die Kennwerte sowohl für 2002 – 2016, als auch 2002
– 2008 und 2008 – 2016 separat dargestellt. Für die nachfolgende Beurteilung der rezenten Elementfrachten durch den TSS
sind hierbei die Daten von 2008 bis 2016 relevant.
Tabelle 5:
Statistische Kennwerte der Elementkonzentrationen im TSS in verschiedenen Zeitintervallen
Durchfluss
[m³/h]
Arsen ges
[µg/l]
Arsen gel.
[µg/l]
Nickel
[µg/l]
Cadmium
[µg/l]
Eisen ges
[µg/l]
Zink
[µg/l]
Mangan
[µg/l]
2002 - 2016
Min
64
49
13
7
0,025
150
11,5
128
2002 - 2016
Max
1000
1850
684
664
5,5
1400
1690
7490
2002 - 2016
Mittelwert
252
452
307
29
1,5
573
488
1018
2002 - 2007
229
433
330
46
2,6
453
920
1438
2008 - 2016
305
488
283
16
0,7
781
162
701
2002 - 2016
Median
215
434
290
16
1,0
500
257
1000
2002 - 2007
204
428
321
46
2,7
475
860
1300
2008 - 2016
275
455
264
7
0,6
750
134
658
2002 - 2016
Perzentil
90%
413
591
424
56
3,1
1040
1159
1600
2002 - 2007
384
522
430
65
3,6
650
1362
1908
2008 - 2016
468
667
373
18
1,1
1200
300
1406

19
3.9
Für die Konzeption
Statistische
der Wasserbehandlungsanlage
Datenauswertung
und die Festlegung von Behandlungszielwerten sind die statistischen Werte
der Wassergüte von Bedeutung. In Tabelle 6 ist die statistische Auswertung für die relevanten Messstellen dargestellt:
OBF 36793_oTSS: Wilisch oberhalb Zufluss Tiefer Sauberger Stolln
OBF 36794_TSS: Tiefer Sauberger Stolln, Mundloch/Mündung
OBF 36795_Her: Wilisch, Ehrenfriedersdorf, Herolder Straße unterhalb Zufluss Tiefer Sauberger Stolln
Es muss angemerkt werden, dass die Wilisch schon vor Zufluss des Tiefen Sauberger Stollns relativ hohe Schwermetall- und
Arsengehalte aufweist, welche über den zulässigen Umweltqualitätsnormen liegen.

Tabelle 6:
Statistische Auswertung der Gütedaten der OBF36793, 36794 und 36795 für den Zeitraum 2002 – 2016
Parameter
OBF36793_oTSS (oberhalb TSS)
OBF36794_TSS (Mündung)
OBF36795_Her (unterhalb TSS)
n
Min
Max
MW
Med
P90
n
Min
Max
MW
Med
P90
n
Min
Max
MW
Med
P90
Hydrogencarbo-
nat
gel.
mg/l
52
19
51
29,3
29
36,9
54
35
57
46,1
46,5
53,7
30
23
49
36
35
44,1
Sulfat
gel.
mg/l
52
15
45
33,8
34,5
41,9
54
60
140
103
110
130
30
40
93
72
73,5
85,0
Silber
gel.
µg/l
53
<0,1
<0,1
<0,1
<0,1
<0,1
54
<0,1
<0,1
<0,1
<0,1
<0,1
33
<0,1
<0,1
<0,1
<0,1
<0,1
Silber
ges.
µg/l
30
<0,1
0,2
<0,1
<0,1
<0,1
29
<0,1
<0,2
<0,1
<0,1
<0,1
23
<0,1
<0,1
<0,1
<0,1
<0,1
Aluminium
gel.
µg/l
53
19
250
78
55
150
54
80
1600
483
275
994
33
64
380
143
140
198
Aluminium
ges.
µg/l
30
120
1600
346
240
494
29
150
1600
689
680
1200
23
110
1100
561
610
758
Arsen
gel.
µg/l
53
20
87
44,2
42
65,8
54
130
480
283
275
407
33
64
410
145
120
208
Arsen
ges.
µg/l
30
33
99
60,7
57
87,6
29
350
710
494
480
608
23
140
470
246
220
356
Calcium
gel.
mg/l
53
11
25
18,5
18
22,8
54
32
62
47
48
57
33
19
42
33,5
34
37,8
Calcium
ges.
mg/l
30
11
25
18,6
19
22,1
29
34
62
49
51
57
23
19
40
32,9
34
38
Cadmium
gel.
µg/l
53
0,1
1,6
0,52
0,4
1
54
0,3
3,7
1,33
0,7
2,6
33
0,2
2,2
1,21
1,2
1,98
Cadmium
ges.
µg/l
30
0,2
1,6
0,78
0,65
1,41
29
0,3
3,7
1,58
1,6
2,8
23
0,3
2,2
1,36
1,6
2,08
Cobalt
gel.
µg/l
53
0,5
5,2
0,60
0,5
0,5
54
0,5
2,3
0,55
0,5
0,5
33
0,5
0,5
0,50
0,5
0,5
Cobalt
ges.
µg/l
30
0,5
5,2
1,07
0,5
1,71
29
0,5
16
1,70
0,5
4,8
23
0,5
5,1
1,50
0,5
4,2
Kupfer
gel.
µg/l
53
1,0
8,2
3,20
2,7
6,1
54
1
8,9
2,43
2,15
4,3
33
1
5
2,55
2,4
4,54
Kupfer
ges.
µg/l
30
3,2
22
8,13
6,05
15,2
29
1
13
5,54
4,7
10,4
23
2,9
18
7,87
6,7
12
Eisen
gel.
mg/l
53
<0,03
0,11
0,04
0,03
0,078
54
<0,03
0,1
0,02
0,015
0,047
33
<0,03
0,04
0,02
0,015
0,015
Eisen
ges.
mg/l
30
0,1
1,9
0,37
0,225
0,52
29
0,19
1,4
0,58
0,41
1,2
23
0,1
1,2
0,38
0,27
0,5
Quecksilber
gel.
µg/l
13
<0,02
0,23
0,04
<0,02
0,07
16
<0,02
0,3
0,03
<0,02
0,055
7
<0,02
<0,02
<0,02
<0,02
<0,02
Quecksilber
ges.
µg/l
0
6
<0,02
<0,02
<0,02
<0,02
<0,02
1
<0,02
<0,02
<0,02
<0,02
<0,02

21
Parameter
OBF36793_oTSS (oberhalb TSS)
OBF36794_TSS (Mündung)
OBF36795_Her (unterhalb TSS)
n
Min
Max
MW
Med
P90
n
Min
Max
MW
Med
P90
n
Min
Max
MW
Med
P90
Kalium
gel.
mg/l
53
1,9
4
2,6
2,5
3,4
54
3
5,2
3,9
3,9
4,4
33
2,3
4,2
3,3
3,4
3,8
Kalium
ges.
mg/l
30
1,9
3,9
2,6
2,6
3,2
29
3,2
4,5
4,0
4,0
4,4
23
2,3
4
3,3
3,3
3,8
Magnesium
gel.
mg/l
53
2,4
5,5
4,5
4,5
5,2
54
7,1
13
10
10,5
12
33
3,9
9,4
7,6
7,6
8,8
Magnesium
ges.
mg/l
30
2,5
5,5
4,6
4,7
5,4
29
7,1
13
11
11
13
23
3,9
9
7,6
7,6
8,8
Mangan
gel.
µg/l
53
1,3
120
34
26
72
54
200
1800
866
990
1300
33
140
710
478
490
644
Mangan
ges.
µg/l
30
15
230
63
56
101
29
210
1800
1067
1200
1520
23
140
860
521
550
688
Natrium
gel.
mg/l
53
6
44
14
12
19,8
54
13
25
16
15,5
19
33
7,9
40
16
14
21,6
Natrium
ges.
mg/l
30
6
24
14
12
19,3
29
14
26
16
16
18
23
7,9
22
15
14
20,6
Nickel
gel.
µg/l
53
2
8,3
4,8
4,8
6,9
54
3
57
22,8
15
46,4
33
4,4
28
17,4
19
25,6
Nickel
ges.
µg/l
30
2,4
15
6,8
7,1
8,7
29
8,9
66
32
30
51
23
6,9
46
21,7
23
31,8
Blei
gel.
µg/l
53
0,1
0,5
0,17
0,1
0,25
54
0,1
1,9
0,17
0,1
0,25
33
0,1
0,25
0,1
0,25
Blei
ges.
µg/l
30
0,25
5,7
1,10
0,75
1,64
29
0,1
1,2
0,53
0,5
0,84
23
0,1
3,9
0,91
0,6
2,0
Thallium
gel.
µg/l
53
<0,1
<0,1
<0,1
<0,1
<0,1
54
<0,1
<0,1
<0,1
<0,1
<0,1
33
<0,1
<0,1
<0,1
<0,1
<0,1
Thallium
ges.
µg/l
30
<0,1
<0,1
<0,1
<0,1
<0,1
29
<0,1
<0,1
<0,1
<0,1
<0,1
23
<0,1
<0,1
<0,1
<0,1
<0,1
Zink
gel.
µg/l
53
7
120
53
47
96
54
66
1200
400
180
830
33
48
490
296
340
430
Zink
ges.
µg/l
30
29
130
73
60
120
29
68
1200
487
470
944
23
57
570
323
400
470
Tabelle 6 enthält die aufbereiteten Daten des LfLUG [11], EcoConcept GmbH Chemnitz und Südsachsen Wasser GmbH [9] [12] im Zeitraum 2002 bis 2016. Alle Werte, die unterhalb der
Bestimmungsgrenze liegen, gingen in die Berechnung mit den jeweiligen Werten der halben Bestimmungsgrenze ein.

Die Daten zeigen, dass bereits vor dem Zufluss des Tiefen Sauberger Stolln eine beträchtliche Stoffbelastung in der Wilisch
vorliegt, welche die UQN-JD massiv übersteigen (Abbildung 3). Mögliche Schwermetallquellen sind die oberhalb des TSS zu-
fließenden Wässer aus dem Greifenbachstolln, Goldne Adler Stolln über den Röhrgraben, dem Großvierunger Stolln über das
Seifental (Abbildung 2, Tabelle 3) und diffuse Zuflüsse aus Böden und den Sickerwässern der Spülhalden des Sauberges,
obwohl diese möglicherweise nicht direkt hydraulisch zusammenhängen [15].
4 Auswahl und Diskussion von Behand-
lungsmöglichkeiten
4.1
Für die Ableitung
Ermittlung
des Behandlungszielwertes
des Behandlungszielwertes
für das Wasser des Tiefen Sauberger Stollns kommen grundsätzlich 3 Wege in
Frage:
Ermittlung aus den Anforderungen der OGewV (UQN-JD, UQN-ZHK)
Ermittlung aus den Hintergrundwerten „unbelasteter“ Oberflächengewässer des Einzugsbereiches [16]
Ermittlung aus dem Hintergrundwerten der Wilisch
Für die Diskussion zu Behandlungszielwerten werden aufgrund der Ausführungen über die drastische Abnahme der Element-
gehalte bei Zn, Ni, Cd (Mn) der Zeitraum 2008 bis 2016 betrachtet. Obwohl für As kein zeitlich abnehmender Trend seit 2002
feststellbar ist (Abbildung 3), wurden die Mittelwerte über den Zeitraum 2008 – 2016 ebenfalls als Grundlage für das Behand-
lungsziel genutzt.
Tabelle 7:
Mittelwerte und P90 der Elementkonzentrationen im TSS im Zeitraum 2008 - 2016
Durchfluss
[m³/h]
Arsen
[µg/l]
Nickel
[µg/l]
Cadmium
[µg/l]
Zink
[µg/l]
Mangan
[µg/l]
Mittelwert
305
488
15,8
0,7
162
701
P90
468
667
18
1,1
300
1406
4.1.1
Ermittlung aus den Anforderungen der OGewV
„Bei Cadmium und Cadmiumverbindungen hängt die Umweltqualitätsnorm von der Wasserhärte ab, die in fünf Klassenkatego-
rien abgebildet wird (Klasse 1: < 40 mg CaCO
3
/l, Klasse 2: 40 bis < 50 mg CaCO
3
/l, Klasse 3: 50 bis < 100 mg CaCO
3
/l, Klasse
4: 100 bis < 200 mg CaCO
3
/l und Klasse 5: ≥ 200 mg CaCO
3
/l). Zur Beurteilung der Jahresdurchschnittskonzentration an Cad-
mium und Cadmiumverbindungen wird die Umweltqualitätsnorm der Härteklasse verwendet, die sich aus dem fünfzigsten
Perzentil der parallel zu den Cadmiumkonzentrationen ermittelten CaCO
3
-Konzentrationen ergibt. (OGewV-
Oberflächengewässerverordnung 2016)“ [5]. Für die Bezugspunkte „Wilisch oberhalb des Tiefen Sauberger Stolln“, „Tiefer
Sauberger Stolln“ und „Wilisch unterhalb des Sauberger Stolln“ wurden die Härteklassen für die Zeiträume 2005 - 2014 aus den
mittleren Ca- Konzentrationen ermittelt und in Tabelle 8 dargestellt.

23
Tabelle 8:
UQN der OGewV
(Auszug der in dieser Studie betrachteten Parameter für Cd)
Messpunkt
Cd-
Gehalt
(µg/l)
Ca (mg/l) /
50 Per-
zentil
CaCO3 -
Äquiv.
(mg/l)
HKL
UQN-JD
(µg/l)
UQN-ZHK
(µg/l)
Überschreitungen
(x-fach)
UQN-JD
UQN-ZHK
OBF36793
Wilisch oberhalb Tiefer Sauberger Stolln
0,52
20
50
2
0,08
0,45
6,5
3,6
OBF36794
Tiefer Sauberger Stolln Mündung
1,33
51
128
4
0,15
0,9
8,9
4,1
OBF36795
Wilisch unterhalb TSS, Herolder Straße
1,21
34
85
3
0,09
0,6
13,5
3,7
Für den Tiefen Sauberger Stolln ergibt sich demnach eine formale JD-UQN von 0,15 µg/l und eine ZHK-UQN von 0,9 µg/l. Bei-
de Umweltqualitätsnormen werden sowohl vom TSS als auch schon an der Messstelle oberhalb des TSS mehrfach überschrit-
ten. Für die UQN-ZHK wurden die Höchstwerte der Überschreitung aus der Datenbasis (LfLUG 2005 – 2014) [11] ausgewertet.
4.1.2
Einschätzung der Bioverfügbarkeit von Nickel
In der Richtlinie 2013/39/EU werden zur Überwachung des chemischen Zustands nach Wasserrahmenrichtlinie Umweltquali-
tätsnormen (JD-UQN) für Blei und Nickel festgelegt, die sich auf den Jahresdurchschnitt bioverfügbarer Konzentrationen bezie-
hen. Demnach können bioverfügbare Konzentrationen dieser beiden Metalle anhand geeigneter Modelle und unter Berücksich-
tigung von Wasserqualitätsparametern wie Wasserhärte, pH-Wert und gelöster organischer Kohlenstoff bestimmt werden. Ent-
sprechende praktikable Modelle sind derzeit für Kupfer, Zink und Nickel in Form der Excel-basierten Software „bio-met“ verfüg-
bar. Nickel ist dabei das Element mit einer festgelegten UQN-JD in der Wasserphase, so dass der nach BLM ermittelte Wert
derzeit für dieses Element relevant ist. Die Ergebnisse zeigen, dass die Bioverfügbarkeit von Nickel mit zunehmenden DOC
abnimmt und folglich der BioF kleiner wird. Mit zunehmendem pH-Wert nimmt die Bioverfügbarkeit von Nickel dagegen zu. Bei
einer Bioverfügbarkeit von 100 % ist der BioF gleich 1. Für eine bessere praktische Anwendbarkeit wurden aus den berechne-
ten Daten Klassen gebildet, die in Tabelle 9 zusammenfassend dargestellt sind.
Tabelle 9:
Klassen von Bioverfügbarkeitsfaktoren (BioF) in Abhängigkeit von pH und DOC in der ge-
lösten Wasserprobe
(nach [23])
DOC
[mg/l]
pH
6,5 – 7,1
7,2 – 7,9
8,0 – 8,7
< 2
0,65
1,00
1,00
2
< 6
0,45
0,80
1,00
6
< 17
0,3
0,40
0,95
>
17
0,15
0,15
0,35

24
Anhand der bestimmten Werte für den pH und DOC kann aus der Tabelle 9 der BioF abgelesen werden, der dann mit der in
derselben Wasserprobe gemessenen Nickelkonzentration multipliziert wird. Daraus resultiert die bioverfügbare Konzentration,
die für die Berechnung des JD herangezogen werden kann.
Tabelle 10:
Bioverfügbarkeit von Ni in Abhängigkeit von pH und DOC-Gehalt im Wasser
Messpunkt
Datenbasis
DOC
[mg/l]
pH
Ni
[µg/l]
Faktor
BioF
Ni
BioF [µg/l]
OBF36793_oTSS
Wilisch oberhalb Tiefer Sauberger Stolln
LfLUG
2005-2014
4,72
7,25
4,84
0,8
3,87
OBF36794_TSS
Tiefer Sauberger Stolln Mündung
LfLUG
2005-2014
1,80
6,63
22,5
0,65
14,6
OBF36794 _TSS
Tiefer Sauberger Stolln Mündung
Gesamt
2008-2016
1,80
6,63
15,8
0,65
10,3
OBF36795 _Her
Wilisch unterhalb des TSS, Herolder Straße
LfLUG
2005-2014
2,87
7,11
17,4
0,45
7,85
Bezogen auf den UQN-JD von 4 µg/l bioverfügbares Ni unterschreitet die Messstelle OBF36793_oTSS den zulässigen Wert.
Der TSS und die nachfolgende Messstelle OBF36795_Her zeigen jedoch mehrfache Überschreitungen im langjährigen Mittel
von 2005-2014 (Datenbasis LfULG [11]). Trotz Rückgang der Ni-Gehalte im TSS seit 2008 liegen die bioverfügbaren Ni-Gehalte
immer noch 2,5 bis 3,5-fach über den zulässigen UQN-JD.
4.1.3
Ermittlung aus den Hintergrundwerten von unbelasteten Oberflächengewässern
2014 wurden im Einzugsgebiet der Zschopau unbelastete Oberflächengewässer beprobt, um Informationen über generelle
Hintergrundbelastungen der Oberflächenwasserkörper zu erhalten [16]. Daraus wurden die folgenden Hintergrundwerte für das
Einzugsgebiet der Zschopau ermittelt (Tabelle 11).
Tabelle 11:
Elementkonzentrationen von unbelasteten Oberflächenwasserkörpern aus dem Einzugsbe-
reich der Zschopau [16] - Wässer
Parameter
Arsen [µg/l]
Nickel [µg/l]
Cadmium [µg/l]
Zink [µg/l]
Mangan [µg/l]
Min / Max
< 0,5 / 6,7
< 0,5 / 8,0
0,1 / 1,6
< 3 / 52
1,5 / 220
Mittelwert / Median
2,4 / 2,1
2,9 / 2,7
0,3 / 0,2
15,9 / 12,0
58,6 / 33,0
Perzentil 90%
4,5
5,9
0,6
38,0
130
Es ist zu bemerken, dass die Cadmiumgehalte auch in den „unbelasteten“ Oberflächenwasserkörpern im Einzugsbereich der
Zschopau schon deutlich über den höchsten zulässigen UQN-JD liegen.
4.1.4
Ermittlung aus den Hintergrunddaten der Wilisch
Die Elementkonzentrationen oberhalb des TSS (OBF36793_oTSS), des TSS (OBF36794_TSS) und unterhalb des TSS
(OBF36795_Her) sind in den Tabellen 12 und 13 dargestellt. Grundlegend wird die Wilisch durch den Zufluss des TSS stark in
den Elementen erhöht, was am OBF3795_Her sichtbar ist. As wird von oberhalb zu unterhalb des TSS um den Faktor 4 erhöht.

25
Tabelle 12:
Elementkonzentrationen in der Wilisch vor und nach Zufluss des TSS
OBF36793_oTSS [µg/l]
OBF36794_TSS [µg/l]
OBF36795_Her [µg/l]
Mittelwert
P90
Mittelwert
P90
Mittelwert
P90
Arsen
60,7
87,6
494 (488)
608 (667)
246
356
Nickel
4,84
6,9
22,8 (15,8)
46,4 (18)
17,4
25,6
Cadmium
0,52
1,0
1,33 (0,7)
2,6 (1,1)
1,2
2,0
Zink
73,1
120
487 (162)
944 (300)
323
470
Datengrundlage 2005 - 2014 [11]. In Klammern: Datenbasis zum TSS von 2008-2016 im Vergleich
Tabelle 13:
Elementkonzentrationen in den Sedimenten von unbelasteten Oberflächenwasserkörpern
und den Sedimenten der Wilisch (P 90% = 90 % Perzentil)
Parameter
Unbelastet
(1) MW
OBF36791
Mön (2)
OBF36797
Wet (2)
OBF36793
oTSS (2)
OBF36794
TSS (2)
OBF36795
Her (2)
OBF36798
Ven (2)
Arsen [mg/kg]
(UQN-JD 40 mg/kg)
179 (77)
P 90% 205
424
3367
3750
33250
12667
3225
Nickel [mg/kg]
43
P 90% 76,1
47
110
89
113
187
96
Cadmium [mg/kg]
4
P 90% 6,2
8
24
18
24
27
12
Zink [mg/kg]
(UQN-JD 800 mg/kg)
266
P 90% 437
568
2233
1500
3350
5233
1525
(1) Ermittlung der Hintergrundwerte Einzugsgebiet Zwickauer Mulde, Zschopau und Flöha (LfLUG 2014 – Fraktion < 63 µm)
[16]. Die Schwankungsbreiten in den As-Gehalten der „unbelasteten“ Oberflächengewässer sind als sehr hoch einzuschätzen.
Hinsichtlich der Unterschiede zwischen Mittelwert und (Median) wurden deshalb beide Werte angegeben als Hintergrundwert.
Für eine reale Einschätzung des Hintergrundwertes wäre der Median in diesem Falle realistischer.
(2) Ermittlung der Elementkonzentrationen an der Fraktion < 0,020 mm [11]. Datenerhebung 2006-2013 - Probenahme mittels
Sedimentsauger und Sammelkiste (Mittelwerte).
In Tabelle 13 wurden die Elementkonzentrationen der Sedimente aus unbelasteten Oberflächenwasserkörpern den Sedimenten
der Wilisch gegenübergestellt. Bei der Gegenüberstellung muss beachtet werden, dass erstere an der < 0,063 mm Fraktion
letztere an der < 0,020 mm Fraktion erhoben wurden. Ab 2012 wurde in Sachsen auf Empfehlung der EU WRRL (Wasserrah-
menrichtlinie) die Untersuchung von Schwebstoffen bzw. schwebstoffbürtigem Sediment generell für alle Parameter von der
Fraktion < 0,020 mm auf die < 0,063 mm umgestellt. Dies schränkt potenziell die Vergleichbarkeit der vor bzw. ab 2012 erhobe-
nen Sedimentdaten ein. Nach OGewV 2016 [11] werden die Elementkonzentrationen in Sedimenten generell an der
< 0,063 mm Fraktion ermittelt. Durch [17] und [18] konnten Faktoren ermittelt werden, welche die Vergleichbarkeit der Sedimen-
tanalysen herstellt. In Tabelle 14 wurden mit den ermittelten mittleren Faktoren die auf Fraktion < 0,063 µm korrigiert.

26
Tabelle 14:
Elementkonzentrationen aus Tabelle 12 korrigiert mit den mittleren Faktoren zur Berech-
nung von Fraktion < 0,02 auf < 0,063 mm (Datengrundlage LfLUG [11])
Parameter
mittlerer
Faktor
Unbelastet
OBF36791
Mön (2)
OBF36797
Wet
OBF36793
oTSS
OBF36794
TSS
OBF36795
Her
OBF36798
Ven
Arsen [mg/kg]
(UQN-JD 40 mg/kg)
0,9
179 (77)
P 90% 205
382
3030
3375
29925
11400
2903
Nickel [mg/kg]
0,9
43
P 90% 76,1
42
99
80
102
168
86
Cadmium [mg/kg]
0,85
4
P 90% 6,2
6,8
20
15
20
23
10,2
Zink [mg/kg]
(UQN-JD 800 mg/kg)
0,85
266
P 90% 437
483
1898
1275
2848
4448
1296
Bezüglich der UQN-JD in Sedimenten sind nur As und Zn zurzeit relevant. As mit UQN-JD 40 mg/kg wird selbst bei den Hinter-
grundwerten schon stark überschritten. Der als weniger belastete Messpunkt OBF36791_Mön zeigt ebenfalls schon eine sehr
hohe As-Anreicherung ca. 10 fach gegenüber der UQN-JD. Im Verlaufe der Wilisch steigt dieser kontinuierlich bis
OBF36795_Her auf das 285 fache an, einerseits durch den Einfluss der Entwässerungsstollen über Röhrgraben und Seifental,
andererseits über den massiven Zufluss des TSS (750-fache Überschreitung des UQN-JD).
Hinsichtlich der Zinkkonzentrationen liegt OBF36791_Mön noch unter der UQN-JD. Im weiteren Verlauf steigt Zn in den Sedi-
menten bis auf das 5,6–fache des UQN-JD am Punkt OBF36795_Her an, um danach wieder auf das 1,6 fache am Punkt
OBF36798_Ven abzufallen. Bemerkenswert ist hierbei, dass zwar der TSS einen erhöhten Beitrag an die Sedimente leistet,
jedoch damit nicht die wesentlich höheren Elementkonzentrationen am Punkt OBF36795 unterhalb des TSS erklärbar sind. Die
gleiche Beobachtung gilt für Nickel und Cadmium, welche jedoch nicht in den Sedimentkonzentrationen zu UQN-JD betrachtet
werden. Für die zusätzlichen Zink und Cadmiumgehalte könnten natürliche Mineralisationen im unmittelbar angrenzenden Ein-
zugsbereich der Wilisch infrage kommen. Am benachbarten Kreyerberg (nordöstlich des TSS) streichen Skarnlager mit massi-
ver Zinkblende-Mineralisation (Cd-Gehalte nicht bekannt) aus, welche in geringem Maße auch abgebaut wurden. In den Hal-
den- und Pingen sind die Erze und deren Verwitterungsprodukte noch vorhanden und können über Oberflächen- und Kluft-
drainage eine Erhöhung der Zn- und Cd-Gehalte bewirken.

image
image
27
4.2
Die im Angebot
Maßnahmenkombinationen
[21] kurz skizzierten Maßnahmenkombinationen wurden bezogen auf die Elementzusammensetzung und zu
erwartenden Frachten 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:
Zielkonzentrationen der Elemente As, Ni, Cd, Zn sind die für unbelastete Oberflächengewässer ermittelten 90%
Perzentile (Tab. 11, 13, 14) [16]
Auslegung für ein zu behandelndes Gesamtvolumen von im Mittel 500 m³/h
Zweistraßige Planung des jeweiligen Verfahrens
Die Dimensionierung der Wasserbehandlungsanlagen auf einen zu behandelnden Gesamtvolumenstrom von 500 m³/h ergibt
sich aus der Auswertung der gemessenen Durchflussmengen des Tiefen Sauberger Stollns im Mittel von 2008 bis 2016. Dafür
wurden die Durchflusswerte in Klassenbreiten von jeweils 50 m³/h aufgeteilt und die Häufigkeiten des Auftretens der jeweiligen
Klassen ermittelt (Abbildung 9).
Abbildung 9:
Durchflussverteilung Tiefer Sauberger Stolln (Zeitraum 2008 – 2016)
Auf Basis der Verteilung in Abbildung 9 wurde ermittelt, mit welcher Behandlungskapazität welcher Anteil des anfallenden Ge-
samtvolumens behandelt werden kann (Abbildung 9).
Abbildung 10:
Anteil behandeltes Wasservolumen des Tiefen Sauberger Stollns (Zeitraum 2008 – 2016)

28
Mit der gewählten Behandlungskapazität von 500 m³/h können 94,1 % aller zeitlichen Ereignisse und 87,0 % des anfallenden
Gesamtvolumens aus dem Tiefen Sauberger Stolln komplett behandelt werden.
Die Zweistraßigkeit wurde zum einen gewählt, da der anfallende Volumenstrom aus dem Tiefen Sauberger Stolln größeren
Schwankungen unterliegt. Aus den Daten von 2008 bis 2016 kann abgeleitet werden, dass in ca. 42 % 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 [18], [19], [20] und [21] zurückgegriffen. Vor einer detaillierteren Anlagenplanung müssen
zwangsläufig Labor- und Pilotversuche mit dem Originalwasser des Tiefen Sauberger Stolln 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 könnten. Das Gelände bzw. unmittelbar neben dem
Mundloch stehende Gebäude ist Eigentum der Firma
RWE Innogy Cogen GmbH mit Niederlassung in Berlin,
Gaußstraße 11
10589 Berlin. Eine Erlaubnis zur Nutzung des Geländes wurde nicht angefragt bzw. eingeholt. Weiterhin erfolgte keine Prüfung,
ob der Energiebedarf der Wasserbehandlungsanlage durch die im Tal zur Verfügung stehende elektrische Leistung gedeckt
werden kann.
4.2.1
Maßnahmemöglichkeiten/Technische Umsetzung
Für die Auslegung der Wasseraufbereitungsanlage muss berücksichtigt werden, dass die Elemente unterschiedliche Eigen-
schaften besitzen hinsichtlich ihres Vorkommens in der löslichen oder partikulären Phase. Es wird deshalb eine Gegenüberstel-
lung der partikulären und löslichen Konzentrationen und Frachten betrachtet. Die Daten beziehen sich auf einen Durchfluss von
305 m
3
/h als Mittelwert für den Zeitraum 2008-2016.
Tabelle 15: Gegenüberstellung der Konzentrationen und Frachten der gelösten und partikulären Anteile
des Tiefen Sauberger Stollns (Datenbasis [9][11][12])
Element
Konzentration
Anteil
Frachten
[µg/l]
[mg/l]
[%]
[kg/a]
[kg/d]
[g/h]
gesamt
781
2087
5,72
238,2
Eisen
gelöst
78
10,0
208
0,57
23,8
partikulär
703
90,0
1878
5,15
214,4
Fe als FeOOH
partikulär
1,117
2984
8,18
340,7
gesamt
494
1319
3,61
150,6
Arsen
gelöst
283
57,3
757
2,07
86,4
partikulär
211
42,7
563
1,54
64,2
As absorbiert als AsO
4
partikulär
0,390
1042
2,85
119,0
gesamt
31,6
84,5
0,23
9,6
Nickel
gelöst
22,5
71,2
60,2
0,16
6,9
partikulär
9,1
28,8
24,3
0,07
2,8

29
Ni absorbiert
partikulär
0,0091
24,3
0,07
2,8
gesamt
689
1841
5,043
210,1
Aluminium
gelöst
483
70,1
1290
3,534
147,3
partikulär
206
29,9
551
1,509
62,9
Al als AlOOH
partikulär
458
0,458
1224
3,35
139,7
gesamt
1,58
4,23
0,0116
0,48
Cadmium
gelöst
1,33
84,0
3,55
0,0097
0,41
partikulär
0,25
16,0
0,68
0,0019
0,08
Cd absorbiert
partikulär
0,0002
0,53
0,0015
0,061
gesamt
487
1301
3,57
148,5
Zink
gelöst
400
82,2
1070
2,93
122,1
partikulär
87
17,8
232
0,63
26,4
Zn absorbiert
partikulär
0,087
232
0,63
26,4
abfiltrierbare Stoffe
mg/l
1,96
2,06
5245
14,4
598,7
Tabelle 16:
Gelöste und partikulär transportierte Elementfrachten aus dem TSS
Fe
As
Ni
Al
Cd
Zn
Abfiltrierbare
Stoffe
[kg/a] / [g/h]
Partikulär
1878 / 214
563 / 64
24,3 / 2,8
551 / 63
0,68 / 0,08
232 / 26
5245 / 599
Gelöst
208 / 24
757 / 86
60,2 / 6,9
1290 / 147
3,55 / 0,41
1070 / 122
Da Fe und Al als Hauptelemente in der partikulären Fracht auftreten und teilweise Schwermetallionen absorbieren, wurden
diese mit in die Kalkulationen eingebunden.
Aufgrund der Elementfrachten, der Elementzusammenstellung und physikalischen Parameter wird die folgende Kombination
von nacheinander folgenden Maßnahmen zur Entfernung der betrachteten Elemente vorgeschlagen:
1.
Sandfilter zur Entfernung der partikulären Fracht
2.
Ionenaustausch zur Entfernung von gelöstem Ni, Cd und Zn
3.
Sorption an FerroSorp zur Entfernung von gelöstem Arsen. Es wird davon ausgegangen, dass Arsen in seiner höchs-
ten Oxidationsstufe vorliegt und somit weitgehend vollständig an Eisenhydroxide absorbiert werden kann.
Die folgende Reduktion der Elemente As, Ni, Cd und Zn im Sediment und im Wasserkörper muss durch die Maßnahmenkombi-
nation erfolgen (Tab. 17)

30
Tabelle 17:
Faktoren der Reduktion der betrachteten Elemente im Sediment und im Wasserkörper
Element
Sediment / Wasser
Hintergrund
90% Perzentil
TSS
(nach Tab. 14)
Mittelwerte
Reduktion um
Faktor
Sediment [mg/kg]
205
29925
146
As
Sediment nach [5] [mg/kg]
UQN-JD 40
29925
748
Wasserkörper [µg/l]
3,4
488
144
Sediment [mg/kg]
76,1
102
1,3
Ni
Wasserkörper [µg/l]
5,8
16
2,8
Wasserkörper nach [5] [µg/l]
UQN-JD 4
16
4,0
Sediment [mg/kg]
6,2
20
3,2
Cd
Wasserkörper MW [µg/l]
0,6
0,7
1,2
Wasserkörper nach [5] [µg/l]
UQN-JD 0,15
0,7
4,7
Sediment [mg/kg]
437
2848
6,5
Zn
Sediment nach [5][mg/kg]
UQN-JD 800
2848
3,6
Wasserkörper [µg/l]
3,4
488
144
Die Reduktion der As, Ni und Zn-Gehalte dürfte nach den Erfahrungen durch die angedachte Maßnahmenkombination durch-
führbar sein. Die Reduktion der Cd-Gehalte wird indes kritisch gesehen, da eine Verringerung unter 1 µg/l technisch nicht mit
vertretbarem Aufwand durchzuführen ist.
4.2.2
Sandfilter/Kerzenfilter
Der Sandfilter wird vorgeschlagen, um die partikulären Anteile des Wasserkörpers aus dem TSS zurück zu halten. Der Sandfil-
ter muss so ausgelegt sein, dass eine Fracht von im Mittel 5245 kg/a abfiltrierbare Stoffe (Schwebstoffe, Tab. 15) aus dem
Wasserkörper entfernt werden kann. Die Entfernung der partikulären Stoffe ist außerdem notwendig zum Schutz der Ionenaus-
tauscher, um eine Verblockung durch Feinmaterial zu verhindern.
Mit dem Sandfilter können nach der Datenlage [9][11][12] 42 % der Arsen-, 29 % der Nickel-, 16 % der Cadmium- und 18 % der
Zinkfracht zurückgehalten werden. Die nachfolgenden Schritte umfassen demzufolge nur einen geringeren Anteil an löslicher
Fracht. Als Sandfiltereinheit wird pro Behandlungsstraße jeweils eine Filterbatterie aus 4 Teilfiltern vorgeschlagen.
4.2.3
Ionenaustauscher (Ni-, Cd-, Zn-Reduzierung)
Das Wasser des Tiefen Sauberger Stolln besitzt im Vergleich zu anderen Bergbauwässern relativ geringe Ionenkonzentratio-
nen. Eine kombinierte Behandlung der Wässer in zwei Stufen wird in Betracht gezogen.
Die erste Behandlung erfolgt durch Selektiv-Kationenaustauscher. Vorgesehen ist der Ionenaustauscher Lewatit TP 207, wel-
cher ein schwach saures makroporöses Kationenaustauscherharz mit chelatisierenden Iminodiessigsäuregruppenzur selektiven
Bindung von Schwermetall-Kationen aus schwachsauren bis schwachbasischen Lösungen darstellt. Zweiwertige Kationen wer-
den in der folgenden Reihenfolge aus den Wässern entfernt:
Kupfer > Vanadium (VO) > Uran (UO
22+
) > Blei > Nickel > Zink > Cadmium > Eisen(II) > Beryllium > Mangan > Calcium > Mag-
nesium > Strontium > Barium > Natrium.
Da die Zielelemente Nickel, Zink und Cadmium in höheren Konzentrationen vorkommen als die ersteren vier Elemente, dürfte
die Selektivität des Kationenaustauschers in vollem Umfang genutzt werden können. Es muss darauf hingewiesen werden,

image
31
dass hier Bedarf an Untersuchungen erforderlich ist, um weitere selektive Ionenaustauscher zu testen, welche Mangan und
Eisen nicht absorbieren. Mangan ist mit höheren Konzentrationen (701 µg/l, Fracht 200 g/h, Tabelle 5) an der löslichen Fracht
beteiligt. Eisen(II) liegt mit 78 µg/l und einer Fracht von 23,8 g/h vor (Tabelle 15).
4.2.4
Sorptionskolonne (As-Reduzierung)
Eine zweite Behandlungsstufe ist vorgesehen, um lösliches Arsenat aus dem Wasser zu entfernen. Hier würde bevorzugt das
Adsorptionsmittel Ferrosorp bzw. FerrosorpPlus in granulierter Form eingesetzt werden. Ferrosorp bzw. Ferrosorp Plus besteht
aus Eisen (III)-hydroxid, welches aufgrund seiner chemischen Aktivität sehr gut für die Bindung von Arsenat-, Phosphat- oder
Sulfid-Ionen in wässrigen Medien geeignet ist.
Abbildung 11:
Grobschema der zweistraßigen Wasserbehandlungsanlage zum Auslaufwasser des Tiefen Sauberger Stolln
Das Grobschema zur Wasseraufbereitung ist in
Fehler! Verweisquelle konnte nicht gefunden werden.1
dargestellt. Aufgrund
der notwendigen Austauschzyklen wurde jeder Behandlungsstrang nochmals in Einzelsäulen unterteilt, so dass mit Ausnahme
des seltenen Volllastbetriebes immer genügend Puffer zum Austausch des Harzes bzw. Sorptionsmittels einzelner Säulen vor-
handen ist. Im Falle des Sandfilters wird pro Behandlungsstraße eine Filterbatterie a 4 Filter vorgeschlagen.
Ausgehend von einer von Herstellern für Austauscherharze vorgegebenen Filtergeschwindigkeit von 50 m/h und dem entspre-
chenden maximalen Volumenstrom müssen die Säulen dimensioniert werden.
Die Auslegung der Ionenaustauschersäulen IX wurde gewählt mit einmaligem Wechsel des Harzes pro Jahr. Die Sorptionssäu-
len F2 sind halbjährig zu wechseln (Angaben nach bestehenden Frachten [11]). Da der tatsächliche Volumenstrom geringer ist,
verlängern sich auch die Betriebszyklen der einzelnen Säulen entsprechend, so dass jede Säule ca. einmal pro Jahr regeneriert
werden muss. Die Gehalte an Ni, Cd und Zn sind immer noch rückläufig (Abb. 7 und 8). Deshalb werden sich die Austauschzyk-
len in Zukunft verlängern. Eine Regeneration der Ionenaustauscherharze vor Ort ist nicht vorgesehen, da dazu eine komplette
Behandlungsstufe mit integriert werden müsste, welcher einerseits zusätzlichen Platzbedarf benötigt, andererseits die Investiti-
onskosten erheblich erhöht. Das Harz soll extern über entsprechende Unternehmen regeneriert werden.

32
4.3
Für die Schätzung
Kostenschätzung
der Investitionskosten erfolgt die Auslegung der Anlagen für die maximale Anlagenkapazität von 500 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 ca. 61% (entspricht mittlerem Durchsatz von 305
m³/h) angenommen.
4.3.1
Investitionskosten
In der vorliegenden Studie werden die Kosten für den Bau einer Wasseraufbereitung anhand von vorliegenden Angeboten für
Bau und Ausrüstung abgeschätzt. In Anlage 4 wurden die Einzeleinheiten aufgelistet. Eine detailliertere Berechnung ist in die-
sem Rahmen noch nicht möglich. Ausführliche Planungen und Kostenaufstellungen können erst nach durchgeführten Versu-
chen reell berechnet werden. Die Kosten für die externe Medienerschließung (Elektroenergie, Wasser, etc.) wurden daher
ebenso nicht berücksichtigt.
In der folgenden Tabelle 18 sind die Investitionskosten dargestellt:
Tabelle 18:
Investitionskosten der einzelnen Verfahrensvarianten
Baukosten [€]
Ausrüstungskosten [€]
Gesamtsumme Bau + Ausrüstung [€]
435.000
2.240.708
2.675.708
Die Gesamt-Investitionskosten belaufen sich auf 2.675.708 €.
4.3.2
Personalkosten
Es wird angenommen, dass während des Betriebes die Anlage einschichtig mit einer Person besetzt wird, wobei die Regeln für
Einzelarbeitsplätze Beachtung finden müssen. In der übrigen Zeit wird ein Bereitschaftsdienst eingerichtet, der über das Pro-
zessleitsystem automatisch bei entsprechenden 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 3,00 € angesetzt (Ta-
belle 19).
Tabelle 19:
Personalkosten
Tätigkeit
Personen
Zeit
Kostensatz
Kosten
Anzahl
[h/d]
[€/h]
[€/d]
[€/a]
Betreiben
1
8
40,00
320
116.800
Bereitschaft
1
16
3,00
48
17.520
Summe
368
134.320
Nach vorliegender Kalkulation fallen pro Tag Personalkosten von 368 € an.

33
4.3.3
Betriebskosten
Für die Betriebskosten werden Abschreibungszeiträume von 25 Jahren (Bauwerke) bzw. 10 Jahren (Ausrüstung) angenommen.
Für die Verbräuche an Strom und Chemikalien wird ein mittlerer Durchsatz von 305 m³/h angesetzt. Die nachfolgende Tabelle
20 stellt die jährlichen Betriebskosten dar. Die Aufschlüsselung der einzelnen Posten ist in Anlage 5 niedergelegt.
Tabelle 20:
Vergleich Anteile Betriebskosten
Abschreibungen
Bau/ Ausrüstung
Wartung/
Instandhaltung
Personal-
kosten
Verbrauchs-
mittel
Energie
Analytik
Rückstands-
entsorgung
Gesamt
€/a
241.471
160.542
134.320
603.600
310.900
18.250
18.000
1.487.083
Daraus resultieren folgende spezifische Kosten (Tabelle 21) für den angenommenen mittleren Durchsatz von 305 m³/h.
Tabelle 21:
Spezifische Kosten
Spezifische Kosten Abschreibung
und Wartung
Spezifische Kosten
Wasserbehandlung
Spezifische
Gesamtkosten
[€/m³]
[€/m³]
davon Energie [€/m³]
[€/m³]
0,09
0,47
0,12
0,56
Hierbei ist die zukünftige Entwicklung der Energiepreise von 6% Steigerung im Jahr 2017 berücksichtigt.
Die Aufschlüsselung der Einzelpositionen ist in Anlage 4 und 5 einzusehen.

34
5 Forschungs- und Handlungsbedarf
Zum gegenwärtigen Zeitpunkt (2016) dringt die die Wilisch über Undichtigkeiten des ursprünglich ausgebauten Bachbettes in
den in Trockenbauwerk ausgebauten Bereich des TSS ein und verdünnt zu großen Teilen dessen Grubenwasser. Der Kurz-
schluss findet statt über das zerstörte künstliche Beton-Bachbett und dem seitlichen Versickern der Wilisch in den Auesedimen-
ten. Der Tiefe Sauberger Stolln führt deshalb im Moment das gesamte Wasser der Wilisch über das Mundloch ab. Bevor Maß-
nahmen zur Wasseraufbereitung des TSS ergriffen werden können, muss zwangsläufig der ordnungsgemäße Zustand des
Wilisch-Bachbettes wieder hergestellt werden.
Alternativ könnte innerhalb des TSS vor unmittelbarem Zufluss der Oberflächenwasser (ca. 300 m vor Mundloch) das Gruben-
wasser gefasst und der Wasseraufbereitungsanlage außerhalb des Grubengebäudes zugeführt werden. Damit würden die
Wässer der Wilisch nicht mit in die Wasserbehandlung mit einbezogen werden.
Die Möglichkeit die Aufbereitungsanlagen im Grubenbau zu installieren, somit die Menge des ausfließenden Wassers zu redu-
zieren wurde mit angedacht, wird in dieser Studie aber nicht diskutiert. Die Möglichkeiten bestehen jedoch die komplette Was-
serbehandlungsanlage in den Grubenbau zu verlagern.
Die Kalkulationen zur Entfernung der Elemente aus dem Bergbauwasser beruhen auf der zur Verfügung stehenden Datenbasis
und sind als Richtwerte zu sehen. Eine exakte Planung der Wasserbehandlungsanlage ist nur möglich durch Laborversuche am
unmittelbaren Wasserkörper (partikuläre Fracht) bzw. den löslichen Schwermetallen und Arsen im Wasser. Diese Versuche
würden umfassen:
-
Untersuchungen zur Entfernung der partikulären Fracht (Installation von Sandfiltern, Filterkerzen) vor Ort (Beinhaltet
die Abtrennung eines Teilstroms und Ermittlung der Effektivität der Sandfilter/Filterkerzen in Abhängigkeit der Korn-
größe und Filterlänge;
-
Untersuchungen zur Entfernung der löslichen Schwermetalle durch verschiedene selektive Ionenaustauscher
-
Untersuchungen zur Effektivität der Arsenreduzierung durch Ferrosorp oder FerrosorpPlus
Die detaillierten Untersuchungen sollten in einem separaten Projekt bearbeitet werden.
6 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] SächsWRRLVO - Sächsische Wasserrahmenrichtlinienverordnung Verordnung zur Bestandsaufnahme, Einstufung und
Überwachung der Gewässer vom 7. Dezember 2004.
[5] OgewV (2016): Verordnung zum Schutz von Oberflächengewässern (Oberflächengewässerverordnung – OgewVO), Stand:
23.06.2016, Bundesgesetzblatt Jahrgang 2016 Teil I Nr. 28, ausgegeben zu Bonn am 23. Juni 2016, S. 1373 – 1443.

35
[6] Bericht des Sächsischen Oberbergamtes und des Landesamtes für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie (Referat Roh-
stoffgeologie) für das Jahr 2010,
http://www.oba.sachsen.de/
download/2011_10_21_JB2010Druckfassung.245462.pdf.
[7] GrwV (2010): Verordnung zum Schutz des Grundwassers (Grundwasserverordnung - GrwV), 9. November 2010, BGBl. I
S. 1513.
[8] Hartmann, J. (2010): Nutzung des gefluteten Grubengebäudes in Ehrenfriedersdorf als Retentionsraum und daraus resul-
tierende Effekte auf die Grubenwasserhydraulik und geochemischen Bedingungen. In: Proceedings zum 61. Berg- und
Hüttenmännischer Tag, TU Bergakademie Freiberg, „Grubenwässer – Herausforderungen und Lösungen“, 10. und 11. Juni
2010.
[9] EcoConcept GmbH Chemnitz (2016): Persönliche Mitteilungen.
[10] Tauber, A. (2008): Hydraulische quantitative Analyse und Untersuchung des Wasserhaushaltsystemes des gefluteten
Grubengebäudes der Zinnerz Ehrenfriedersdorf GmbH. Studienarbeit, Institut für Institut für Bergbau und Spezialtiefbau,
TU Bergakademie Freiberg.
[11] Umweltdatenbank Sachsen (2016): Gewässergütedaten -
https://www.umwelt.sachsen.de/umwelt/wasser/7112.htm,
Ein-
zugsgebiet Freiberger Mulde (1999-2015) [Download,*.zip, 24,02 MB]
[12] Zinnerz Ehrenfriedersdorf GmbH (2016): Zusammenstellung der Daten 2002 – 2016 zum Monitoring des Tiefen Sauberger
Stoll. Datenbasis auf Grundlage der Untersuchungen von EcoConcept Chemnitz GmbH und Südsachsen Wasser GmbH
im Auftrag der Zinnerz Ehrenfriedersdorf GmbH. Persönliche Datenübermittlung vom 30.05.2016.
[13] Umwelt.Sachsen:
Umweltinformationssysteme
des
Landes
Sachsen.
http://www.umwelt.sachsen.de/
um-
welt/infosysteme/weboffice101/synserver?project=wasser-flg&view=flg&language=de.
[14] Greif, A. & Klemm, W. (2010): Geogene Hintergrundbelastungen, Oberflächenwassergenaue Ableitung von Referenzwer-
ten geogener Hintergrundbelastungen für Schwermetalle und Arsen in der Wasserphase sowie im schwebstoffbürtigen Se-
diment sächsischer Fließgewässer im Einzugsgebiet des Erzgebirges/Vogtlandes. Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft
und Geologie Sachsen, Schriftenreihe, Heft 10/2010,
https://publikationen.sachsen.de/bdb/artikel/14924/documents/17872.
[15] Martin, M. & Janneck, E. (2010): Erstellung eines technologischen Konzeptes zur Reinigung kontaminierter Haldensicker-
wässer (Machbarkeitsstudie), im Auftrag der Zinnerz Ehrenfriedersdorf GmbH, Projektnummer: 300 900 02.
[16] Haubrich (2014): Ermittlung von Hintergrundwerten in ausgewählten Oberflächenwasserkörpern in den Einzugsgebieten
der Zwickauer Mulde und der Zschopau (zusätzlich Flöha) - Fortschreibung von Grundlagendaten und Untersuchung aus-
gewählter Sachverhalte der Maßnahmen- und Bewirtschaftungsplanung zur Reduzierung von Schadstoffeinträgen. Bericht
im Auftrag des LfLUG Sachsen, Referat 44 "Oberflächen- und Grundwasser“.
[17] Rhode (2013): Persönliche Mittteilungen zu UBA14. In Martin, M. (2013) [18].
[18] Martin, M. (2013): „Fortschreibung von Grundlagendaten und Untersuchung ausgewählter Sachverhalte der Maßnahmen-
und Bewirtschaftungsplanung zur Reduzierung von Schadstoffeinträgen, Teil: Hintergrundkonzentrationen - Betrachtungen
für ausgewählte Oberflächenwasserkörper in den Einzugsgebieten von Spree und Schwarzer Elster“. Abschlussbericht
zum F&EVorhaben im Auftrag des Sächsischen Landesamtes für Umwelt und Geologie Dresden, G.E.O.S. Ingenieurge-
sellschaft mbH, Halsbrücke.
[19] G.E.O.S. (2008): Erarbeitung einer Vorplanung mit Kostenabschätzung zur Sanierung und Unterhaltung des künstlichen
Gewässers Roter Graben, Bericht für Landesdirektion Chemnitz
[20] G.E.O.S. (2010): 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
[21] 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
[22] G.E.O.S. (2015): Entwicklung kostengünstiger Maßnahmekombinationen für die Minimierung von Schwermetalleinträgen
aus Stollenwassereinleitungen des Tiefen Sauberger Stollns, Vergabe Nr. B751/15, Angebot für LfULG Nr. 3027415.
[23] Drucksache 627/15 (2015): Bioverfügbarkeit von Nickel. Verordnung zum Schutz von Oberflächengewässern vom
16.12.2015, Tabelle S. 114.

36
Anlagen

image
37

image
38

image
39

40
Herausgeber:
Sächsisches Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie
Pillnitzer Platz 3, 01326 Dresden
Telefon: +
49 351 2612-0
Telefax: +
49 351 2612-1099
E-Mail: lfulg@smul.sachsen.de
www.smul.sachsen.de/lfulg
Redaktion:
Referat 44 / Oberflächen- und Grundwasser
Ansprechpartnerin Sylvia Rohde
Telefon: + 49 351 8928-4401
Telefax: + 49 351 8928-4099
E-Mail: Sylvia.Rohde@smul.sachsen.de
Fotos:
Dr. Frank Haubrich/M. Martin
Redaktionsschluss:
30.11.2016
Hinweis:
Die Broschüre steht nicht als Printmedium zur Verfügung. Die PDF-Datei ist im Inter-
net unter
http://www.smul.sachsen.de/lfulg
verfügbar.
Verteilerhinweis
Diese Informationsschrift wird von der Sächsischen Staatsregierung im Rahmen ihrer
verfassungsmäßigen Verpflichtung zur Information der Öffentlichkeit herausgegeben.
Sie darf weder von Parteien noch von deren Kandidaten oder Helfern im Zeitraum
von sechs Monaten vor einer Wahl zum Zwecke der Wahlwerbung verwendet wer-
den. Dies gilt für alle Wahlen.
Missbräuchlich ist insbesondere die Verteilung auf Wahlveranstaltungen, an Informa-
tionsständen der Parteien sowie das Einlegen, Aufdrucken oder Aufkleben parteipoli-
tischer Informationen oder Werbemittel. Untersagt ist auch die Weitergabe an Dritte
zur Verwendung bei der Wahlwerbung. Auch ohne zeitlichen Bezug zu einer bevor-
stehenden Wahl darf die vorliegende Druckschrift nicht so verwendet werden, dass
dies als Parteinahme des Herausgebers zugunsten einzelner politischer Gruppen
verstanden werden könnte.
Diese Beschränkungen gelten unabhängig vom Vertriebsweg, also unabhängig
davon, auf welchem Wege und in welcher Anzahl diese Informationsschrift dem
Empfänger zugegangen ist. Erlaubt ist jedoch den Parteien, diese Informationsschrift
zur Unterrichtung ihrer Mitglieder zu verwenden.