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Sanierungsverfahren

Grubenwasserreinigungsanlage Tzschelln
Grubenwasserreinigungsanlage Tzschelln  © LfULG

Das im Einzelfall zu verwendende Sanierungsverfahren hängt von vielen Faktoren, wie z. B. dem Schadstoff, dem Eintragspfad, den Eigenschaften der Verfahren und den zur Verfügung stehenden Finanzmitteln ab. Untersuchungsgegenstand der Teilprojekte sind u.a. der Schadstoffrückhalt mittels unterirdischer Rückhaltevorrichtungen und spezielle Reinigungsverfahren. Ziel der Arbeiten in diesem Abschnitt ist es, bestehendes Wissen zusammenzufassen, aktuelle Forschungen auf ihre Anwendbarkeit im Projektgebiet zu prüfen und hiermit zu einem effektiven Sanierungsprozess beizutragen.

Möglichkeiten des Schadstoffrückhalts in unterirdischen Grubengebäuden des Erz- und Spatbergbaus

Bearbeitung: LfULG

Wasserlösestollen im Erzgebirge tragen wesentlich zum Eintrag von Schadstoffen (v. a. Schwermetalle) in die Oberflächengewässer bei. Die Reinigung der Bergbauwässer nach Austritt aus den Bergbaustollen stellt sich oft sehr schwierig dar. Mangelnder Platz und Unwirtschaftlichkeit führen dazu, dass viele technische Sanierungsverfahren nicht einsetzbar sind. Hinzu kommt, dass sich die Schadstoffmobilität aufgrund der anderen Redoxpotentiale außerhalb des Grubengebäudes, d. h. an der belüfteten Oberfläche, extrem verändern und erhöhen kann.

Ziel der Studie ist es, die Auswirkungen der Wasserlösestollen auf den Schadstofftransport in der Mulde/Elbe sowie die Wirkung von Rückhaltemaßnahmen und die Prognose der regionalen und überregionalen Auswirkungen auf den Zustand der Gewässer abzuschätzen.

Schwerpunkt der Bearbeitung stellt eine umfangreiche Übersicht über den Stand der Technik und Wissenschaft bezüglich Maßnahmen des unterirdischen Schadstoffrückhalts sowie die konzeptionelle Anwendung der zusammengetragenen Verfahren auf die konkrete Belastungssituation an sächsischen Standorten dar. Im Anschluss werden die geeigneten und an Beispielen konkretisierten Maßnahmen auf ihren Einsatz im zukünftigen Bergbau bewertet.

Die in Frage kommenden Verfahren wurden steckbrieflich charakterisiert und bewertet. Potenzialabschätzungen ergaben für die Bergbaureviere Freiberg, Johanngeorgenstadt, Marienberg, Altenberg/Zinnwald und Ehrensfriedersdorf signifikante Stoffausträge mit dem Grubenwasser in die Fließgewässer. Die Anwendbarkeit der Verfahren für einen konkreten Grubenstandort ist grundsätzlich objektspezifisch zu prüfen.

Reinigungsverfahren sowie wirtschaftliche Bewertung und Selektion der Best-Praxis- Verfahren gegen Acid-Mine-Drainage

Bearbeitung: LfULG

Die Versauerung von Tagebaurestseen, bekannt als Acid mine drainage, in Braunkohlegebieten verursachen u.a. Umwelt- und Korrosionsschäden. Aufgrund ihres niedrigen pH-Werts und der meist hohen Metallkonzentrationen wirken sie toxisch auf lebende Organismen und greifen nicht säureresistente Materialien an. Daher können die sauren Tagebaurestseen weder als Trinkwasserreservoir noch für Freizeitaktivitäten genutzt werden. Andererseits bieten sie aber die Chance der Entwicklung eines einzigartigen, schutzwürdigen Ökosystems für speziell angepasste Organismen.

Ziel war es Maßnahmen gegen Acid Mine Drainage zu recherchieren und in Steckbriefen zu charakterisieren. Ein Schwerpunkt stellte dabei die Kosten-Nutzen-Kalkulation dar. Anschließend wurden die Maßnahmen bewertet. Anhand zweier Fallbeispiele wurde die natürliche Versauerung der Reinigung der Tagebaurestseen gegenübergestellt und hinsichtlich Kosten, Aufwand, Schlammverwertung, etc. verglichen. Des Weiteren wurde eine Datenbank für die Recherche und Datenhaltung konzeptioniert.

Die Reinigungsverfahren gegen AMD wurden differenziert nach aktiven, passiven und In-situ Verfahren detailliert beschrieben. Als Übersicht wurden alle Verfahren hinsichtlich Anwendungsspektrum, Voraussetzungen/Aufwand, Effizienz von Neutralisation und Stoffabreicherung sowie wirtschaftlichen Aspekten tabellarisch zusammengefasst. Die 14 relevantesten Reinigungsverfahren sind außerdem in Form von Verfahrenssteckbriefen dargestellt. Als Unterstützung für die Wahl eines Verfahrens im sächsischen Raum wurden Entscheidungsbäume entwickelt.

Untersuchungen zur elektrochemischen Sulfatabtrennung hinsichtlich Ökonomie und der Gewinnung von Ammoniumsulfatdünger

Bearbeitung: LfULG

Die EG-Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) sieht vor, dass verhältnismäßige Maßnahmen zu treffen sind, um die Gewässer in einen guten chemischen sowie ökologischen Zustand bzw. ein gutes ökologisches Potenzial zu überführen oder zu halten. Dies für Sulfat in von Bergbau betroffenen Regionen zu erreichen ist oft ohne technische Maßnahmen nicht möglich. Das RODOSAN-Verfahren versucht sich der Problematik anzunehmen, steht aber vor technischen Herausforderungen, um ein verhältnismäßiges Werkzeug zu werden. Die vorliegenden Studien sollen einen Beitrag leisten, um die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens besser einschätzen zu können.

Es wurden detaillierte Kostenanalysen für das RODOSAN-Verfahren angelegt, die an Fallbeispielen in Sachsen weiter qualifiziert wurden. Außerdem wurden Kostengegenüberstellungen angestellt, sowie der aktuelle technische Verfahrensstand zusammengefasst.
Ein Ansatz zur Verbesserung des Verfahrens ist der Verkauf von aus den Abprodukten des Verfahrens hergestellten Düngemitteln. Ein Düngemittelversuch wurde durchgeführt und ausgewertet, um die Düngewirkung erstmals zu prüfen.

Obwohl das RODOSAN-Verfahren im Vergleich zu Biosorption und Nanofiltration vermeintlich wirtschaftlicher ist, wird es nach wie vor als teuer angesehen. Es bedarf trotz seines verhältnismäßig fortgeschrittenen Entwicklungs- und Versuchsstand einer stetigen Weiterentwicklung, speziell was die Energiekosten angeht. Die Studie zur Düngewirkung kann bestätigen, dass behandelte Abprodukte aus dem RODOSAN-Verfahren eine Düngewirkung hervorbringen, die sich nicht signifikant von ausgewählten, konventionellen Düngemitteln unterscheidet.

Recherche und Wirtschaftlichkeit mikrobiologischer Verfahren

Bearbeitung: LfULG

In den sächsischen Bergbauregionen sowie in den Bergbaufolgelandschaften sind die Grund- und Oberflächengewässer oft mit Schwermetallen, Eisen und Sulfat verunreinigt. Die Ermittlung von realisierbaren Maßnahmen zur Reinigung und Sanierung der bergbaubeeinflussten Gewässer ist unumgänglich. Mit Hilfe wirkungsvoller Reinigungsmaßnahmen können die Anforderungen der WRRL erfüllt und die Grund- und Oberflächengewässer in einen guten ökologischen Zustand versetzt oder abweichende Ziele formuliert und begründet werden. Die Wahl der Reinigungsverfahren hängt von verschiedenen Faktoren wie Schadstoffspektrum, Stoffkonzentration, örtliche Verhältnisse, Finanzmittel, etc. ab.  

Ziel dieser Studie ist eine Zusammenstellung von wirtschaftlichen und technischen Kenngrößen (mikro-)biologischer Verfahren und deren Anwendbarkeit in Sachsen unter den konkreten Bedingungen. Zudem wird die Strategie der Reinigung und der aktuelle Stand des Verfahrens beleuchtet sowie ein Ausblick in Forschung und Entwicklung gegeben. Mit den Ergebnissen wird beabsichtigt, dass die Vor- und Nachteile gegenüber anderen  Lösungen klar herausgestellt und gegenüber anderen Verfahren vollständig abgewogen werden können.

Für zwei Fallbeispiele werden konkrete Umsetzungskonzepte für eine strategisch optimale Wasserbehandlung geplant. Damit wird eine Grundlage für künftige Planungs- und Sanierungsprozesse geschaffen.

In Sachsen wird derzeit keine behördlich genehmigte biologische Anlage zur Reinigung bergbaubelasteter Gewässer betrieben. Die bekannten Beispiele für Pilotanalgen in Sachsen sind über diesen Status nie hinausgekommen. Mikrobiologische Reinigungsverfahren scheinen nur für lokale Einsätze, kleine Volumenströme und gering belastete Wässer effizient anwendbar zu sein.

Boden- und Gewässersanierung in Bergbaugebieten mit besonderen Forstanbausystemen

Bearbeitung: LfULG

Die Kontrolle der Wassergüte in von Bergbau betroffenen Fließgewässern stellt nach wie vor eine große Herausforderung dar. Nach den Bestimmungen der europäischen Wasserrahmenrichtlinie ist der gute chemische und ökologische Gewässerzustand zu erreichen. Schadstofffrachten in Sickerwässern, über laterale Abflüsse oder die über das Grundwasser transportiert werden, beeinträchtigen die Gewässergüte von Fließgewässern. Neben den Tagebauen, Stollen- und Grubensystemen stellen vor allem Halden und Kippen bedeutende Schadstoffquellen aus Bergbaufolgelandschaften dar. Derzeit hat die Rekultivierung von Halden und Kippen nicht primär zum Ziel den Wasserhaushalt zu beeinflussen, sondern einen naturnahen Lebensraum für Pflanzen und Tiere herzustellen.

Mit diesem Teilprojekt sollen Möglichkeiten zur Sickerwasserminderung und hierbei insbesondere zur Minderung der Exfiltration von (Schwer-)metallen (Arsen, Blei, Cadmium, Chrom, Kupfer, Nickel, Selen, Silber, Zink), Eisen und Sulfat in Sachsen mittels sogenannter Forstanbausysteme betrachtet werden. Im Mittelpunkt stehen daher dendromassebasierte Landnutzungssysteme, die zu deutlichen Erhöhungen der Evapotranspiration führen und wenn möglich gut wirtschaftlich bzw. energetisch verwertbar sind.

Die Verdunstungsleistung und Interzeption sind in Wäldern, speziell mit immergrünen Nadelbäumen, deutlich gegenüber anderen Vegetationsformen erhöht. Dementsprechend handelt es sich bei Forstanbausystemen um ein probates Mittel, den Sickerwasseranfall zu verringern, und damit vermutlich auch die Frachten von Schadstoffen in Grund- und Oberflächenwasser. Die Ergebnisse der Modellierung zeigen, dass aufgrund des zunehmenden Trockenstresses als zukünftige Forstanbausysteme grundsätzlich Mischbestände gewählt werden sollten. Spontan auftretende Arten sollten nicht herausgepflegt werden. Die genaue Zusammensetzung eines Forstanbausystems hängt weiterhin allerdings erheblich von den Standortbedingungen ab.

Mobile Wasserbehandlungsanlage zur Enteisenung und Entmanganung von Grubenwasser aus Tiefbohrung Oelsnitz

Bearbeitung: Oelsnitz/Erzgeb.

Während der Landesgartenschau 2015 wurde ein Gradierwerk realisiert, welches auch nach Ende der Landesgartenschau weiterhin ein Besuchermagnet ist. Obwohl in relativer Nähe in den ehemaligen Grubengebäuden des Lugau-Oelsnitzer Steinkohlenreviers untertage salzhaltiges Grundwasser vorhanden ist, wird das Gradierwerk bislang mit Fremdsole beschickt. Zukünftig soll die Einrichtung jedoch mit der Oelsnitzer Sole versorgt werden. Analysen des Grundwassers haben neben einer hohen Salzkonzentration auch Eisen und Mangan festgestellt. Um das Wasser für das Gradierwerk nutzen zu können, muss selbiges entsprechend aufbereitet werden.

Um das im Grubenwasser vorhandene Eisen und Mangan zu entfernen, ist die versuchsweise Anschaffung einer mobilen Wasseraufbereitungsanlage/eines Laboraufbaus vorgesehen. Die Realisierbarkeit dieser Maßnahme ist abhängig von den Untersuchungsergebnissen zur Revitalisierung der Tiefbohrung Oelsnitz/Erzgeb..

Erste Ergebnisse liegen voraussichtlich Anfang 2020 vor.

Bewertung hydrochemischer Risiken der Bergbaufolgeseen und Vorschläge für deren Eliminierung

Bearbeitung: Ústecký Kraj

Braunkohlenkippen sind anthropogene Formationen in rekultivierten Landschaften, deren Entstehung eng mit der Existenz kleiner Bergbaufolgeseen verbunden ist, seien es gezielt angelegte oder natürlich entstandene Wasserkörper. Diese neuen Landschaftselemente können für die Stärkung des kleinen Wasserkreislaufs, der Fähigkeit das Wasser in der Landschaft zurückzuhalten oder die Steigerung der Standorts- und Artenvielfalt eine bedeutende Rolle spielen. Andererseits bergen sie auch gewisse Risiken, wenn sie aus Kippen durchsickernden Wässern gespeist werden. Durch die chemische und biologische Oxidation von Sulfidmineralien in der Kippe wie z.B. Pyrit entstehen saure Grubenwässer (Acid Mine Drainage). Als Folge dieser Prozesse sind niedrige pH-Werte, hoher Sulfat-, Mangan- und Eisengehalt, Schwermetalle und andere Schadstoffe charakteristisch für saure Grubenwässer.

Das Ziel dieses Teilprojektes ist die Bewertung der hydrochemischen Risiken von kleinen Wasserkörpern auf Kippen. Auf Grundlage der gewonnen Erkenntnisse werden Vorschläge zur optimalen Eliminierung der festgestellten Risiken erstellt.

Die potentiellen hydrochemischen Risiken, die die Wassergüte in ausgewählten Wasserkörpern gefährden, sind überwiegend mit der Eutrophierung, Nutzung zum Fischfang, Verlandung flacher Wasserkörper, mit der Veränderung des Chemismus des Wassers im Einzugsgebiet, dem Vorkommen toxischer Blaualgen und Nutzung der Landschaft zur Erholung verbunden. Nach zugänglichen Daten wurde kein nachweisbarer Unterschied in der Wasserqualität zwischen den einzelnen Typen der Wasserkörper (A bis D) verzeichnet.

Logos vom europäischen Förderprogramm, dem sächsisch-tschechischen Kooperationsprogramm und vom Projekt Vita-Min
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