Block 3: Bergbaubedingte Stoffeinträge Wasserdialog: Bergbaubedingte Stoffeinträge Block 3: Bergbaubedingte Stoffeinträge Technische Lösungen zur Gewässerreinhaltung: Stand der Technik und Forschungsbedarf PD Dr. rer.nat. habil Ralph Schöpke Vertretungsprofessor Dr. -Ing. Konrad Thürmer Lehrstuhl Wassertechnik von Anfang an dabei: Problembereiche Technische Lösungen (kurzfristig) Langfristige Lösungen (Herd- und Pfadbehandlung) Forschungsbedarf

Block 3: Bergbaubedingte Stoffeinträge Problembereiche Block 3: Bergbaubedingte Stoffeinträge Technische Lösungen zur Gewässerreinhaltung: Stand der Technik und Forschungsbedarf Problembereiche

Eisenhydroxidschlamm Problembereiche Eisen - Braune Spree auffällig ab 3 mg/L Fe Acidität Saure Seen Eisenhydroxidschlamm 66 000 t/a Gewässersedimente 70 000 m3

Sulfat 600 mg/L Problembereiche Sulfat 300 mg/L 450 mg/L 17 000 t/a Sulfateintrag in das Grundwasser Infiltration von Spreewasser Kippengrundwasseranstrom 113 000 t/a 600 mg/L 31 000 t/a 70 mg/L

zu spät => Eingriffsmöglichkeiten Problembereiche Problemlokalisation nach Altlastendefinition Aktiver Tagebau Absenkungstrichter Pyritverwitterung: im Tagebau und der Kippe im Absenkungstrichter Herd Eisenmigrationsweg Pfad end of pipe zu spät Grubenwasserreinigung Flusskläranlage => Eingriffsmöglichkeiten

Pfade der bergbaubeeinflussten Belastung Problembereiche Pfade der bergbaubeeinflussten Belastung Grundwasserneubildung Tagebausee end of pipe Herd Vorflut Pfad Kippe Pfadbehandlung aktueller Gefährdungen GWL Stauer- Liegend-GWL

Grundwasserneubildung Problembereiche Pfade der bergbaubeeinflussten Belastung Grundwasserneubildung und Wiedervernässung Tagebausee Stopp Herd Herd Vorflut Herd end of pipe Pfad Kippe Pfadbehandlung aktueller Gefährdungen GWL Stauer- Liegend-GWL

Block 3: Bergbaubedingte Stoffeinträge Technische Lösungen Block 3: Bergbaubedingte Stoffeinträge Technische Lösungen zur Gewässerreinhaltung: Stand der Technik und Forschungsbedarf Technische Lösungen

Selektive Gewinnung und Verkippung Technische Lösungen, Wirkprinzipien und Technologien Quellensanierung in der Kippe und im Absenkungstrichter (?) Quellensanierung, Herd, Pfadsanierung, und end of pipe Pyritverwitterung Bakterizide Heterotrophe Sulfatreduktion Schutzgas Zehrstoffe Inertisierende Stoffe Sulfidische F ä llung ( FeS ) + - ¾ ® H 2 Fe SO O FeS 4 MO 7 Selektive Gewinnung und Verkippung Beregnung/Einstau Bodenabdeckung Bodenverdichtung Alkalische Stoffe Karbonatische F ä llung (Siderit) Verringerung der Exposition end of pipe: Nanofiltration

Natürliches Grundwasser gepuffert, Eisen ca. 5 mg/L bis max. 30 mg/L Technische Lösungen, Wirkprinzipien und Technologien Natürliches Grundwasser gepuffert, Eisen ca. 5 mg/L bis max. 30 mg/L Braune Spree Kleine Restlochkette Lausitzer Kippengrundwässer Große Restlochkette vor der Flutung

Saure Seen und Braune Spree Technische Lösungen, Wirkprinzipien und Technologien Kippengrundwässer 280 560 840 Fe [mg/L] -NP [mmol/L] -10 10 20 30 Saure Seen und Braune Spree 480 960 1440 1920 2400 SO4 [mg/L] 5 10 15 20 25 SO4 [mmol/L]

Saure Seen und Braune Spree Technische Lösungen, Wirkprinzipien und Technologien Sanierungsmöglichkeiten 280 560 840 Fe [mg/L] Saure Seen und Braune Spree Neutralisation oxisch: Fällung von Eisen(III)hydroxid Neutralisation / Verdünnung Fremdflutung 480 960 1440 1920 2400 SO4 [mg/L] Nanofiltration (partikelfrei)

H2S Sanierungsmöglichkeiten Technische Lösungen, Wirkprinzipien und Technologien Sanierungsmöglichkeiten 280 560 840 Fe [mg/L] Mikrobielle Sulfatreduktion von Grundwasser mit dem Eisenvorrat Neutralisation oxisch: Fällung von Eisen(III)hydroxid H2S 480 960 1440 1920 2400 SO4 [mg/L] Trinkwassergrenzwert nur unter Eisenzufuhr

Quelle end of pipe Technologien des aktiven Bergbaus Technische Lösungen, Wirkprinzipien und Technologien Technologien des aktiven Bergbaus Hydraulische Wirkungen und Neutralisation Selektive Verkippung Zuschlagsstoffe Quelle Minderung des Volumen- stroms durch Dichtwände Grubenwasserbehandlung Quelle: Vattenfall Europe Mining AG klassische Grubenwasserreinigung z.B. GWBA Tzschelln end of pipe Sulfatentfernung über Nanofiltration

end of pipe Separieren mit anschließender Grubenwasserbehandlung Technische Lösungen, Wirkprinzipien und Technologien Hydraulische Wirkungen und Neutralisation Separieren mit anschließender Grubenwasserbehandlung Quelle: IWB Dr. Uhlmann, verändert Quelle: Google Earth end of pipe Enteisenung Entsäuerung keine Sulfatentfernung

end of pipe Herd Technische Lösungen, Wirkprinzipien und Technologien Hydraulische Wirkungen und Neutralisation Die Calciumkonzentration begrenzt die Pufferung. biogene Entkalkung chemische Neutralisation Eutrophierung Fe(OH)3 CaCO3 NP < 0 Fe, Ca, SO4 CO2 end of pipe Herd Seebehandlung Scheibe (inlake)

Block 3: Bergbaubedingte Stoffeinträge Langfristige Lösungen (Herd- und Pfadbehandlung) Block 3: Bergbaubedingte Stoffeinträge Technische Lösungen zur Gewässerreinhaltung: Stand der Technik und Forschungsbedarf Langfristige Lösungen (Herd- und Pfadbehandlung)

mikrobielle Sulfatreduktion Langfristige Lösungen (Herd- und Pfadbehandlung) Herd- und Pfadbehandlung mikrobielle Sulfatreduktion Natural attenuation Sanierung der Natur überlassen Quelle Monitored natural attenuation dabei zugucken Pfad Enhanced natural attenuation natürliche Sanierungsprozesse unterstützen

Mikrobielle Sulfatreduktion Langfristige Lösungen (Herd- und Pfadbehandlung) Mikrobielle Sulfatreduktion zahlreiche Folge- und Nebenreaktionen Naturnahe Gestaltung von Biofiltern P2 P3 P4 P3.1 P1 P3.2 P5 Stufe 1 Stufe 2 Stufe 3 Stufe 4 Erfolgreiche Versuchsanwendungen mit einem See- und Grundwasser (u.a. Bioplanta, RL111) Paradoxon: Eisenmangel ist durch Zugabe von Eisen zu vermeiden! 1. Gipsfällung 2. biochemische Sulfatreduktion mit Eisensulfidfällung 3. Calcitfällung Lange Reaktionszeiten favorisieren naturnahe Anwendungen im Grundwasserleiter

Langfristige Lösungen (Herd- und Pfadbehandlung) Tagebausee Grundwasserneubildung Vorflut Herdbehandlung mit Langzeitwirkung (für die Nachwelt) Pfadbehandlung Kippe Pfadbehandlung aktueller Gefährdungen GWL Stauer- Liegend-GWL

Tracer Langfristige Lösungen (Herd- und Pfadbehandlung) Untergrundsulfatreduktion an der Ruhlmühle Modellierung der biochemischen Prozessse auf der Grundwasserfließstrecke mmol/L 2 4 6 8 10 12 14 100 200 300 400 500 600 days 25 m Über die Tracerverläufe synchronisierte Prozessmodellierung. L=25m, SO4 Look at the next presentation in the parallelsession: Microbial Iron Retention in the Groundwater upstream to a River. The model has been completed by an irreversible microbial sulphate reduction. Adding substrate to the anoxic AMD-infiltrate sulphate is reduced and precipitated as iron sulfide The processes in this underground reactor are simulated by the use of the extended model. L=25m, Fe Sehr lange Reaktionszeiten Prozessverständnis nur über Hilfsmittel Modellierung Tracer 21

Block 3: Bergbaubedingte Stoffeinträge Forschungsbedarf Block 3: Bergbaubedingte Stoffeinträge Technische Lösungen zur Gewässerreinhaltung: Stand der Technik und Forschungsbedarf Forschungsbedarf

CaO Erkundung Auswahl Bemessung Optimierung Betrieb Forschungsbedarf "Baukasten" mit Sanierungsverfahren gegenwärtig hauptsächlich end of pipe Erkundung Auswahl Bemessung Optimierung Betrieb CaO Der Teufel steckt im Detail

Rechtliche und verwaltungstechnische Probleme Forschungsbedarf für langfristige Lösungen Aufgabe: Behandlung über mikrobielle Sulfatreduktion in verschiedenen Verfahren Pfadbehandlung aktueller Gefährdungen Behandlung diffuser Stoffeinträge ca. 50 000 t/a Sulfat und ca. 16 000 t/a Eisen Maximaler regionaler Substratbedarf 30 000 t/a Glycerin bzw. 35 000 t/a BSB Fäkalien von 1 800 Menschen Eisen im Grundwasser reicht nur zur Sulfatreduktion um 40 % Bedarf an Hydroxidschlamm von 13 000 t/a vorhanden Sekundärprodukte als Substrate Eintragstechnologien: Lanzen, Brunnensysteme, ADAG-Systeme und für nichtflüssige Substrate? Prozesssteuerung und Überwachung Rechtliche und verwaltungstechnische Probleme

Verschlechterungsverbot Forschungsbedarf für langfristige Lösungen Wirtschaftliche und ökologische Substrate, Anwendungs- und Genehmigungsfähigkeit Genehmigung auch wenn der eine oder andere Buchstabe des Gesetzes nicht ganz passt. Kreislaufwirtschaft EU Wasserrahmenrichtlinie EU - Grundwasserrichtlinie (Vorschlag) Wasserhaushaltsgesetz (WHG) 1. Nachweis der Sanierungswirkung. 2. Abgabe eutrophierender Stoffe? 3. Abgabe sauerstoffzehrender Stoffe? 4. Abgabe von Reststoffen und Metaboliten? akute Toxizität, Inertstoffe => Wasseraufbereitung (Wiederverkeimung, Desinfektionsnebenprodukte) potenziell bioakkumulierbare Stoffe, chronisch toxisch, ggf. erst über die Nahrungskette. Trinkwasserverordnung Verschlechterungsverbot Kriterien für die Beurteilung des guten chemischen Zustands Trinkwassergrenzwerte

Die ordnende Hand des Marktes Wasserdialog: Danke für die Aufmerksamkeit Technische Lösungen zur Gewässerreinhaltung: Stand der Technik und Forschungsbedarf Für unsere Probleme gibt es Lösungen. Der Teufel steckt jedoch noch in den Details. Wir schaffen das . . . über interdisziplinäre Zusammenarbeit von Wissenschaft, Wirtschaft und Politik. Warnung! Die ordnende Hand des Marktes Kein Verlass Dieter Hildebrandt Auf Politiker darf man nicht hören, man muss auf sie achten.