Workshop Meromiktische Tagebauseen in der Lausitz Cottbus 24. und 25 Ralph Schöpke LS Wassertechnik & Siedlungswasserbau Konzeption von Sanierungsszenarien für meromiktische Seen am Beispiel des polnischen Tagebausees RL54 Einleitung Tagebausee RL54 Beschaffenheit / Sanierungsziel Verfahren zur Beschaffenheitssanierung Sanierungsszenarien Zusammenfassung

Gemeinschaftsinitiative INTERREG IIIA Machbarkeitsstudie: "Darstellung und Bewertung des Einsatzes von Sanierungsverfahren zur Verbesserung der Wasserqualität der Tagebauseen sowie des bergbaubeeinflussten Grundwassers der Euroregion und Lebusa Land" 22.0 19.0 18.0 11.5 12.0 11.0 9.0 1.0 3.0 16,0 13.0 6.5 6.0 RL 54

Tagebausee RL54 Fläche  350 000 m2 Volumen  2,4 Mio m3 5 10 15 20 25 0,000 0,200 0,400 0,600 0,800 1,000 [1] 5 10 15 20 Tiefe [m] 1 000 000 2 000 000 m3 rel. Fläche Volumen [m3] Volumen, interpoliert 5 10 15 20 25 0,998 0,999 1,000 1,001 1,002 1,003 1,004 m rW [kg/L] Sprungschicht Monimolimnion Epilimnion 16,0 11.0 9.0 3.0 22.0 1.0 19.0 18.0 11.5 12.0 13.0 6.5 6.0 Fläche  350 000 m2 Volumen  2,4 Mio m3 1.0 3.0

Tagebausee RL54 Fläche  350 000 m2 Volumen  2,4 Mio m3 5 10 15 20 25 5 10 15 20 25 m 200 400 600 800 O2 [mg/L] Temp E [mV] 5 10 15 20 25 1000 2000 3000 4000 m -60 -50 -40 -30 -20 -10 SO4 [mg/L] Fe [mg/L] Fe(II) NP [mmol/L] 5 10 15 20 25 2 2,5 3 3,5 4 4,5 m 1 pH [1] Ltf [mS/cm] 16,0 11.0 9.0 3.0 22.0 1.0 19.0 18.0 11.5 12.0 13.0 6.5 6.0 Fläche  350 000 m2 Volumen  2,4 Mio m3 1.0 3.0

Tagebausee RL54 Monimolimnion Sprungschicht Epilimnion NP [mmol/L] 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 pH [1] -60 -50 -40 -30 -20 -10 NP [mmol/L] 15.08.1993 15.09.1998 6.12.2006 16.05.2007 Monimolimnion Neutralisation -60 -50 Pyritverwitterung Sprungschicht -40 Epilimnion -30 -20 -10 5 10 15 20 25 30 35 40 45 SO4 [mmol/L]

Tagebausee RL54 Monimolimnion Epilimnion Epilimnion Monimolimnion -60 -50 -40 -30 -20 -10 NP [mmol/L] 5 10 15 20 25 30 35 40 45 SO4 [mmol/L] 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 pH [1] -60 -50 -40 -30 -20 -10 NP [mmol/L] Monimolimnion Monimolimnion Epilimnion Epilimnion

Beschaffenheit / Sanierungsziel Sanierungsziel: Neutralisation zu einem oligo- mesothrophem Gewässer pH > 5 NP >0

Neutralisationsmittel Verfahren zur Beschaffenheitssanierung Chemische Neutralisation -60 -50 -40 -30 -20 -10 NP [mmol/L] 5 10 15 20 25 30 35 40 45 SO4 [mmol/L] 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 pH [1] -60 -50 -40 -30 -20 -10 NP [mmol/L] Monimolimnion Monimolimnion Epilimnion Epilimnion Zielgebiet der Sanierung mit pH > 5 Neutralisationsmittel Neutralisationsmittel:

Zielgebiet der Sanierung mit pH > 5 Verfahren zur Beschaffenheitssanierung Chemische Neutralisation -60 -50 -40 -30 -20 -10 NP [mmol/L] 5 10 15 20 25 30 35 40 45 SO4 [mmol/L] 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 pH [1] -60 -50 -40 -30 -20 -10 NP [mmol/L] Monimolimnion Monimolimnion Epilimnion Epilimnion Zielgebiet der Sanierung mit pH > 5 Neutralisationsmittel:

Zielgebiet der Sanierung mit pH > 5 Verfahren zur Beschaffenheitssanierung Mikrobielle Sulfatreduktion -60 -50 -40 -30 -20 -10 NP [mmol/L] 5 10 15 20 25 30 35 40 45 SO4 [mmol/L] 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 pH [1] -60 -50 -40 -30 -20 -10 NP [mmol/L] Monimolimnion Monimolimnion Epilimnion Epilimnion Eisenhydroxid zuführen stabile reduzierende Verhältnisse? Zielgebiet der Sanierung mit pH > 5 Substrat limitiert durch Eisenvorrat

Sanierungsszenarien Stabilität der Meromixie 1,0025 kg/L 2,3 g/L vorzeitige Instabilität: Aciditätsschub ins Epilimnion Sulfidkontamination des Epilimnions Stabilität der Meromixie 1,0025 kg/L rW [kg/L] 0,998 0,999 1,000 1,001 1,002 1,003 1,004 1,005 5 10 15 20 25 m 2,3 g/L Neutralisation und/oder mikrobielle Sulfatreduktion mindern die Dichte

CaCO3 und CaO unterschiedlich Sanierungsszenarien Neutralisation Neutralisation des Epilimnions mit CaO oder CaCO3 -40 10 60 CaO/CaCO3 20 40 SO4 -NP -40 10 60 Eisenhydroxidfällung 3 4 5 6 7 8 9 Al-Fällung pH -NP CaCO3 Gleichgewicht geringe Pufferung -40 10 60 20 40 SO4 -NP CaO: DIC=0 krit. Dichte -40 10 60 3 4 5 6 7 8 9 pH -NP CaO CaCO3 krit. Dichte DIC=0 CaCO3 und CaO unterschiedlich Neutralisation des Monimolimnions mit CaO oder CaCO3 unter Gipsfällung

Sanierungsszenarien mikrobielle Sulfatreduktion 100 300 500 700 900 1100 1300 t eisenlimitiert eisenzugeführt Epilimnion Sprungschicht Monomilimnion See Bedarf an Methanolsubstrat -40 10 60 20 40 SO4 -NP -40 10 60 3 4 5 6 krit. Dichte pH -NP Fe(OH)3 Sulfatreduktion im Monimolimnion

Verfahren zur Beschaffenheitssanierung kombinierte Behandlung 1. chemische Neutralisation des Epilimnions 2. kontrollierte Eutrophierung Fe(OH)3 3. mikrobielle Sulfatreduktion 4. stabile Sulfiddeponie

Verfahren zur Beschaffenheitssanierung kombinierte Behandlung Bewirtschaftung des Epilimnions CaCO3 biogene Entkalkung Aufbau der Hydrogencarbonatpufferung Nachsorge langsame Aufhebung des Monimolimnions stabile Sulfiddeponie

Zusammenfassung 1. Das Monimolimnion ist bei höherem pH-Wert acider als das Epilimnion 2. Das Monimolimnion sollte während des Sanierungszeitraumes stabil bleiben 3. Die Sanierung ist individuell für Morphologie und Beschaffenheit abzustimmen CaCO3 4. Nach einer Inlake Sanierung des Epilimnions kann der See genutzt werden 5. Die Monimolimnionsanierung erfolgt im Rahmen der Nachsorge 6. wir sind dabei !!! FeS

Danke für die Aufmerksamkeit Wir danken unseren Partnern aus Zielona Gora für die freundliche Überlassung ihrer Analysendaten