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Internationaler Stand der in-situ Behandlung für bergbauversauerte Wässer amd=acid mine drainage engl. AMD= bergbauversauerte Wässer dt. Ralph Schöpke.

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1 Internationaler Stand der in-situ Behandlung für bergbauversauerte Wässer amd=acid mine drainage engl. AMD= bergbauversauerte Wässer dt. Ralph Schöpke

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3 Es ist jedoch davon auszugehen, dass in Europa mehrere bis Grubenwasseraustritte mit sauren Wässern existieren, von denen ein potenzielles Risiko für die Umwelt ausgeht. Wolkersdorfer, Younger & Bowell (2006) Über das Ausmaß der durch Altbergbau verursachten Schäden an Grund- und Oberflächengewässern gibt es keine zuverlässigen Statistik.

4 Internationaler Stand der in-situ Behandlung bergbauversauerter Wässer (AMD) 1. Einleitung 3. Wie sind bergbauversauerte Wässer beschaffen ? Analyse, Messung Formen, Reaktivität Milieufaktoren 2. Wie entstehen bergbauversauerte Wässer und wo treten sie auf ? 4. Welche Behandlungsmöglichkeiten gibt es überhaupt ? 5. Welche in-situ Verfahren kommen international zur Anwendung ? 6. Wie ist der Stand ? (Zusammenfassung)

5 saures Sickerwasser gepuffertes Grundwasser

6 pH < 3 pH 4...6

7 Acid Rock Drainage pH < 3 Bulk Wasser pH 4...6

8 Beschaffenheitsprobleme H+H+ Fe 3+ Säure Sulfat SO 4 Toxische Inhaltstoffe Korrosion Betonkorrosion

9 Internationaler Stand der in-situ Behandlung bergbauversauerter Wässer (AMD) 1. Einleitung 3. Wie sind bergbauversauerte Wässer beschaffen ? Analyse, Messung Formen, Reaktivität Milieufaktoren 2. Wie entstehen bergbauversauerte Wässer und wo treten sie auf ? 4. Welche Behandlungsmöglichkeiten gibt es überhaupt ? 5. Welche in-situ Verfahren kommen international zur Anwendung ? 6. Wie ist der Stand ? (Zusammenfassung)

10 Cl - HCO 3 Ca 2+ SO mmol/L Fe 2+ Al 3+ Cl - Mg 2+ K S4,3 = c (HCO 3 -) Mn 2+ Na +, K +, NH mmol/L Fe 3+ Ca 2+ Mg 2+ SO 4 2- Al H+H+ HSO 4 - Pyritverwitterung anoxisches AMD pH= oxisches AMD pH < 3 Fe(OH) 3

11 Die Reduktion der Aciditätsfunktion auf einen skalaren Wert ist für verfahrenstechnische Berechnungen notwendig. Mn / 2 O 2 + H 2 O MnO 2 + 2H + Fe 2+ + ¼ O / 2 H 2 O Fe(OH) 3 + 2H + H Cl Na OH Aciditätsmaß Säurekapazität K S4,3 = -K B4,3 Neutralisationspotenzial nach Evangelou, angepasst

12 AMD -NP [mmol/L] c SO4 [mmol/L] Pyritverwitterung Pufferung Genese von AMD

13 0,0 40,0 80,0 120,0 -NP [mmol/L] c SO4 [mmol/L] Pyritverwitterung Pufferung in situ - Beschaffenheitsverteilung

14 0,0 40,0 80,0 120,0 -NP [mmol/L] c SO4 [mmol/L] gefördertes Grubenwasser in situ - Beschaffenheitsverteilung

15 0,0 40,0 80,0 140,0 -NP [mmol/L] pH 2,503,504,505,506,50 Acid Rock Drainage Bulk-Wässer schwach versauert Grundwässer oxidierend reduzierend

16 H+H+ Ca Mg Sr Ba Al Fe Mn SO4 Cl F HCO3 NH4 NO3 PO4 Co Cu Zn Cd -12,0 -10,0 -8,0 -6,0 -4,0 -2,0 0,0 Pb -210 log c Th U Ra As

17 Acidität als niedriger pH-Wert oder als hohe Eisen(II)konzentration Salzbelastung durch Sulfat Schwermetalle, darunter Arsen, Zink Radioaktivität, speziell des Radiums und des Urans kritische Parameter: Milieukomponenten Spurenkomponenten

18 Internationaler Stand der in-situ Behandlung bergbauversauerter Wässer (AMD) 1. Einleitung 3. Wie sind bergbauversauerte Wässer beschaffen ? Analyse, Schadstoffe, Messung Formen, Reaktivität, Milieufaktoren 2. Wie entstehen bergbauversauerte Wässer und wo treten sie auf ? 4. Welche Behandlungsmöglichkeiten gibt es überhaupt ? 5. Welche in-situ Verfahren kommen international zur Anwendung ? 6. Wie ist der Stand ? (Zusammenfassung)

19 Verdünnung mit gepuffertem Wasser (auch Fremdflutung genannt) Neutralisation Sulfatreduktion Wirkprinzipien: Fällung Sorption 4. Welche Behandlungsmöglichkeiten gibt es überhaupt ? Technologische Randbedingungen (nach Altlastensanierung): Was wollen wir behandeln ? Wo wollen wir behandeln ? Wie wollen wir behandeln ? Folgereaktionen

20 Wie: technisch - naturnah Wo: in-situ - ex-situ Was: Herd - Pfad - end of pipe Pfad Herd end of pipe

21 technisch, ex-situ technisch, in-situ diffus, in-situ technisch naturnah Wie: technisch - naturnah

22 HerdbehandlungPfadbehandlung / end of pipe ex-situ in-situ Bodenaushub pump and treat Passive Verfahren zur AMD- Behandlung Immobilisierung, Einkapselung, Abbau Natural Attenuation (NA, MNA, ENA) Dichtwände Passive Reaktive Wände oder Reaktive Barrieren einschl. funnel and gate-Verfahren Diffuse Untergrundreaktoren pump and treat mit Untertagereaktoren Natural Attenuation Grubenwasserbehandlung Passive Behandlungsverfahren Barytverfahren Wo Was Diffuser Untergrundreaktor Passive Reaktive Wand

23 Internationaler Stand der in-situ Behandlung bergbauversauerter Wässer (AMD) 1. Einleitung 3. Wie sind bergbauversauerte Wässer beschaffen ? Analyse, Messung Formen, Reaktivität Milieufaktoren 2. Wie entstehen bergbauversauerte Wässer und wo treten sie auf ? 4. Welche Behandlungsmöglichkeiten gibt es überhaupt ? 5. Welche in-situ Verfahren kommen international zur Anwendung ? 6. Wie ist der Stand ? (Zusammenfassung)

24 Vom wetland zur (permeablen) Passiven Reaktiven Wand Neutralisation am Beispiel Passiver Reaktiver Wände Immobilisierung durch Fällungen im Porenraum Barytverfahren Einsatz von Fe 0 in Passiven Reaktiven Wänden Alternative Erzeugung eines Untergrundreaktors Beispiele 5. Welche in-situ Verfahren kommen international zur Anwendung ?

25 organisches Material CaCO3 Passive Verfahren zur AMD-Behandlung am Beispiel von wetlands NP [mmol/L] c SO4 [mmol/L]

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27 NP [mmol/L] c SO4 [mmol/L] Bau einer Reaktiven Wand Passive Reaktive Wände oder auch Permeable Reaktive Wände

28 Alternative Erzeugung eines Untergrundreaktors Förderbrunnen Schluckbrunnen Dosiertechnik Sulfatreduktion als Untergrundbehandlung: Eintrag von Substrat und Hilfsstoffen in den Grundwasserstrom

29 potenziell saurer Kippengrundwasserstrom pH=4,3 NP= -7 mmolL Messstelle zur Kontrolle

30 potenziell saurer Kippengrundwasserstrom Dosierung für Substrat, Hilfsstoffe saniertes Grundwasser substratangereicherter Bereich

31 ADAG-Systeme KollektorDistributor Längsschnitt Draufsicht

32 R NP = 0 Einsatz von Fe 0, z.B. in Passiven Reaktiven Wänden NP [mmol/L] c SO4 [mmol/L] R NP=0 0,0 40,0 80,0 140,0 -NP [mmol/L] pH 2,503,50 4,505,50 6,50 Acid Rock Drainage Bulk-Wässer schwach versauert Grundwässer starkes Reduktionsvermögen Folgereaktion Sulfatreduktion Folgereaktion Sulfatreduktion Uranylreduktion und Fixierung als UO 2 Arsen, Schwermetalle als Sulfide Schwermetalle als Carbonate, Hydroxide Radium sorptiv (?) Halogenkohlenwasserstoffe Cr(VI) Cr(III,)Fällung als Cr(OH)3 U(VI) U(IV)Fällung als UO2 Tc(VII) Tc(IV) Hg(II) Hg(I) oder Hg(0) Se(VI, IV) Se(0) oder Se(-2) Cu(II) Cu(0) V(V) V(IV) oder V(III) Pu(V,VI) Pu(IV) Pu(III) löslich! NP(V) NP(IV) Te(IV) Te(0) Po(II) Po(0) Ag(I) Ag(0) Pd(II) Pd(0) Rh(III) Rh(0)

33 NP [mmol/L] c SO4 [mmol/L] Neutralisation am Beispiel Passiver Reaktiver Wände HSO 4 - Fe – Al - HCO 3 Puffer Kalkstein, Dolomit Braunkohlefilterasche Bauxsol, behandelter Rotschlamm Sodalith aus Rotschlamm

34 NP [mmol/L] c SO4 [mmol/L] Immobilisierung durch Fällungen im Porenraum Barytverfahren

35 Internationaler Stand der in-situ Behandlung bergbauversauerter Wässer (AMD) 1. Einleitung 3. Wie sind bergbauversauerte Wässer beschaffen ? Analyse, Messung Formen, Reaktivität Milieufaktoren 2. Wie entstehen bergbauversauerte Wässer und wo treten sie auf ? 4. Welche Behandlungsmöglichkeiten gibt es überhaupt ? 5. Welche in-situ Verfahren kommen international zur Anwendung ? 6. Wie ist der Stand ? (Zusammenfassung)

36 Hauptwirkprinzipien sind: Reduktion, speziell die Sulfatreduktion, die Neutralisation Sorption Fällung Es wurden über 270 Zitate zur Behandlung von AMD ausgewertet: 6. Wie ist der Stand ? (Zusammenfassung)

37 Jede durchgeführte erfolgreiche Sanierung stellt damit einen Einzelfall dar. Die Ergebnisse der jeweiligen wissenschaftlichen Begleitung lassen sich aber auf ähnliche Fälle anwenden. Am häufigsten werden P assive R eaktive W ände angewendet. Die eingesetzten reaktiven Materialien und die Bemessung der Wände erfolgt standortabhängig optimiert. z.B. über Parameter für geochemische Berechnungen (mit PhreeqC)

38 notfalls beantworte ich auch noch Fragen Literatur (Auswahl) Koch, R.; Schöpke, R. (2006): Recherche zu innovativen Entwicklungen und Verfahren zur in-situ-Grundwassersanierung - für die Wismut AG, Chemnitz Wolkersdorfer, C.; Younger, P.L. (2002): Passive Grubenwasserreinigung als Alternative zu aktiven Systemen; Grundwasser 7 (2002) 2, S Schöpke, R.(1999): Erarbeitung einer Methodik zur Beschreibung hydrochemischer Prozesse in Kippengrundwasserleitern; Dissertation BTU Cottbus LS Wassertechnik, Schriftenreihe Siedlungswasserwirtschaft und Umwelt, Heft 2 Evangelou, V.P. (1995): Pyrite oxidation and its control; CRC Press Boca Raton New York London Tokio Ich danke der Gruppe des LS Wassertechnik & Siedlungswasserbau unter Leitung von Professor R. Koch, den Gutachtern, den Geldgebern, **** der ganzen Welt.


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