DE10044261C2 - Vorrichtung und Verfahren zur Stabilisierung der Wasserqualität fremdwassergefluteter Restlochseen von Braunkohlentagebauen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Vorrichtung und Verfahren zur Sanierung des Landschaftswasserhaushaltes in grund­ wasserabgesenkten Gebieten der übertätigen Gewinnung von H₁ und ist besonders geeignet, die Wasser­ qualität der bei der Eigenwasser- und/oder Fremdwasserflu­ tung Tagebaurestlöcher entstehenden Restlochseen zu stabilisieren.

Durch die Entnahme von Erdstoffen und Boden­ schätzen wie Braun­ kohle im Tagebauverfahren entsteht im Abbaugebiet ein Massendefizit, was dazu führt, daß bei der Aufgabe des Ta­ gebaues eine oder mehrere Hohlformen, die sogenannten Tagebaurestlöcher einschließlich Tagebaurandschläuche entstehen, deren Sohlen in der Regel unter dem umgebenden Grundwasserspiegel liegen. Beim Abschalten der der Grundwasserabsenkung dienenden Pumpen steigt der Grundwasserspiegel wieder an, und die im Einwirkungsbe­ reich des aufgehenden Grundwassers liegenden Hohlformen füllen sich mit Wasser.

Die Tagebaurestlochseen befinden sich entweder am Rande oder inmitten der vom Bergbau geschaffenen Kippenkomplexe. Damit die Restlochseen und die sie um­ gebenden Kippenflächen einer dauerhaften Nutzung zuge­ führt werden können, ist es notwendig, die durch Ablage­ rung des Abraumes entstandenen steilen Uferböschungen abzuflachen und durch Verdichtung gegen Abrutschen zu si­ chern.

Die durch Eigenwasseraufgang gefluteten Tage­ baurestlochseen sind in der Regel extrem sauer (pH < 3,0 bis 1,7).

Bekannterweise werden die in den tertiären Sedi­ menten weit verbreiteten Eisendisulfide (Pyrit, Markasit) bei O₂-Zutritt zu Schwefelsäure oxidiert. Die mikrobiell ka­ talysierte Oxidation der Sulfide und die zumeist geringe Säureneutralisationskapazität der vorhandenen Sedimente bedingen, daß die Sickerwässer in der Aerationszone stark versauern, Silikate und Carbonate zerstört werden und die Perkolationslösungen hochgradig mit Al, Fe, Schwermetal­ len, Mangan, Arsen und SO₄ kontaminiert sind. Obwohl die Lösungskonzentrationen der meisten Spezies mit der Zeit exponentiell abnehmen, sind die mit dem Sickerwasser in die Kippen-Grundwasserleiter eingetragenen Stoffmengen über mehrere Jahrzehnte von wasserwirtschaftlicher Rele­ vanz. Das in dem vormals belüfteten Untergrund der Kippen aufgehende Grundwasser reichert sich ebenfalls mit den Re­ aktionsprodukten der Pyrit-/Markasit-, Silikat- und Carbo­ natverwitterung an.

Der für das Erreichen der Restseezielwasserstände erforderliche Zeitraum kann bis zu 40 Jahren betragen. In dieser Zeit ist wegen des Zuflusses großer Mengen an schwefelsaurem, stark reduziertem und daher Fe(II)-belaste­ ten Grundwasser eine infrastrukturelle Nutzung der Rest­ lochseen nicht möglich. Da auch die natürliche Entsäuerung der durch Eigenwasseraufgang gefluteten Restlochseen durch seeinterne biogene Alkalinitätsproduktion bis zum Er­ reichen nutzungsadäquater Ziel-pH-Werte von ≧ 6,0 einen Zeitraum von mehreren Jahrzehnten erfordert, können diese Gewässer unter Umständen mehr als 100 Jahre lang weder zur Speicherbewirtschaltung noch als Bade- oder Fischge­ wässer, sondern ausschließlich als Landschaftsseen genutzt werden.

Die schwefelsauren Kippen-Oberflächengewässer dürfen nicht an die öffentliche Vorflut angeschlossen wer­ den. Dennoch gefährden die Infiltration von Wasser aus schwefelsauren Seen und der Zustrom von schwefelsaurem Kippen-Grundwasser die Beschaffenheit des Grundwassers im Umland und damit die öffentliche Vorflut durch Exfiltra­ tion aciditätsreichen Grundwassers. Langzeitiger Abstrom von schwefelsaurem Grundwasser würde zudem das Puffer­ vermögen des Untergrundes aufbrauchen und zu irreversi­ blen Schäden führen können. Außerdem würden sich ohne die Ableitung von Seewasser in die öffentliche Vorflut in den Seen Wasserstände einstellen, die höher liegen als die Zielwasserstände und deshalb die Versumpfung des Gelän­ des im Grundwasserabstrom der Seen noch verstärken. Auf­ grund dieses Sachverhaltes sind zum Zwecke der Wieder­ herstellung eines landschaftsgerechten und langfristig stabi­ len Oberflächen-, Boden- und Grundwasserhaushalts die Ta­ gebaurestlochseen an die öffentliche Vorflut an- und einzu­ binden, um die festgelegten Wasserspiegellagen in den Kip­ pen-Grundwasserleitern und Restlochseen zu gewährlei­ sten. Eine Voraussetzung hierfür ist, daß das schwefelsaure Wasser der Kippen-Oberflächengewässer vor seiner Einlei­ tung in die öffentliche Vorflut aufbereitet wird bzw. die For­ mierung schwefelsaurer Restlochseen zum Zeitpunkt des Erreichens der Zielwasserstände vermieden werden kann.

Um eine Nutzung der durch aufgehendes Grund­ wasser gefluteten Restlochseen zu ermöglichen, wird seit längerem versucht, diese Gewässer durch den Eintrag von Kalk und/oder säurepuffernden Abfallstoffen (Bauschutt, Braun-, Steinkohlenasche, Kohletrübe u. a. m.) zu alkalisie­ ren. Gängigste Methode ist, Kalk in streufähiger Form von Booten aus in die Seen zu applizieren oder als Aufschwem­ mung (Kalkmilch) mit zuströmendem Wasser in die Restlö­ cher einzuleiten. Die Seekalkung ist wie die Aufbereitung des schwefelsauren Wassers (pH-Anhebung, Enteisung, Sulfatrückhalt sowie Entfernung von Aluminium, Arsen und Schwermetallen) der Kippen-Fließgewässer vor ihrer Anbindung an die öffentliche Vorflut sehr kostenintensiv und müßte wegen des mehrere Jahrzehnte andauernden Zu­ stroms schwefelsauren Kippen-Grundwassers über unab­ sehbare Zeiträume erfolgen. Abgesehen davon, daß mit die­ sem Verfahren keine gleichmäßige Alkalisierung der groß­ flächig entstehenden Tagebaurestlochseen möglich ist, kommt es bei witterungs- und bewirtschaftunsbedingten Wasserspiegelschwankungen zu hohen Aciditätseinträgen. Während beim Absenken des Seewasserspiegels der Zu­ strom von schwefelsaurem Kippen-Grundwasser verstärkt wird, bewirkt das Anheben des Seewasserspiegels höhere Grundwasserstände im Restseeumfeld und demzufolge eine stärkere Ausspülung der Pyrit-/Markasit- und Silikatverwit­ terungsprodukte aus den oxidischen Kippenböschungsberei­ chen sowie den vormals belüfteten und nunmehr vom Grundwasser erfaßten Sedimenten. Der Aciditätseintrag in die Restlochseen wird durch Bodenabschwemmungen auf den Böschungsflächen (Niederschlags- und Wasserwellene­ rosion) sowie durch Fließrutschungen und Böschungsabbrü­ chen noch verstärkt. Den maßgebenden Aciditätseintrag in einen Tagebausee bewirkt jedoch der Grundwasserzustrom durch größere Kippenareale.

Aktuell werden die Tagebaurestlöcher mit alkalisiertem Oberflächenwasser geflutet. Bei zügiger Flutung der Restlöcher steigt der Restseewasserspiegel schneller als der Grundwasserspiegel und wird das saure Kippen-Grundwasser aus dem Restseeumfeld verdrängt. Diese sogenannte Fremdflutung mit gut gepuffertem Wasser führt zu dem gewünschten Alkalitätseintrag. Am Ende der Fremdwasserflutung müssen Mindest-pH-Werte von 4,5 bzw. 6,5 erreicht sein, damit den Versauerungstendenzen durch seeinterne biologische Selbstreinigungsmechanismen (Neutralisation durch Desulfurikation) entgegengewirkt werden kann.

Die Versauerungstendenz der fremdwassergefluteten Restlochseen resultiert aus dem für mehrere Jahrzehnte nicht völlig auszuschließenden Zustrom von sauren Sickerwässern aus den Kippenböschungsbereichen und von saurem Kippen-Grundwasser. Der Gefahr der Wiederversauerung bereits alkalisierter Restlochseen muss durch Nachsorgemaßnahmen (Zulaufwasserkonditionierung, In-Lake-Maßnahmen und Förderung der biologischen Selbstreinigungsmechanismen) während der Restlochbewirtschaftung begegnet werden. Diese Nachsorge- und/oder Vorsorgemaßnahmen sollten nachhaltig wirksam und wirtschaftlich effizient sein.

Im Zuge der Flutungsmaßnahmen ist von Interesse, dass der in der gesättigten Zone tertiärer Sedimente inkludierte und/oder im zuströmenden Wasser gelöste Sauerstoff nach kurzer Zeit durch oxidative Prozesse verbraucht ist. Die dann verstärkt einsetzenden reduktiven Prozesse sind mit einer Abnahme der Protonenkonzentration und damit einer natürlichen Entsäuerung der Bodenlösung bzw. des Kippen-Grundwassers verbunden. Während in der Aerationszone die Oxidation von Eisendisulfid bis zur Erschöpfung seiner Vorräte andauert, kommt sie in den wassergesättigten Kippenbereichen infolge O₂-Mangel bzw. -Freiheit zum Erliegen. Demzufolge sind Säureschübe unterhalb der Aerationszone im wesentlichen auf die Hydrolyse von Eisen- und Aluminiumsulfaten zurückzuführen.

Die aus der Eisendisulfidoxidation und dem Ein­ trag schwefelsaurer Sickerwässer in die Kippen-Grundwas­ serleiter resultierenden Belastungen sind solange von was­ serwirtschaftlicher Bedeutung wie sie nicht durch immobili­ sierende Prozesse, vorzugsweise durch Eisen- und Schwe­ felreduktion sowie die Bildung von Eisensulfiden, kompen­ siert werden können. Die mikrobiell gesteuerte Reduktion von Fe(III)-Verbindungen beginnt sehr bald nach Wassersät­ tigung und ist vermutlich erst abgeschlossen, wenn die mi­ krobiell reduzierbaren Fe(III)-Vorräte aufgebraucht sind. Die eisenreduzierenden Bakterien sind selbst bei pH-Werten von 1,5 stoffwechselaktiv und werden in ausreichend hohen Lebendzellzahlen in den tertiären Sedimenten nachgewie­ sen. Die Eisenreduktion bewirkt zwar einen Anstieg der pH- Werte im Grundwasserleiter, aber beim Eintritt solchen Grundwassers in die Oberflächengewässer werden durch die Fe(II)-Oxidation und nachfolgende Fe(OH)₃-Bildung erneut Protonen freigesetzt. Der dadurch verursachte Aciditätsein­ trag kann rund 50 Jahre nach Einstellung des Tagebaues durchaus noch 26 mmol H⁺ pro Liter Grundwasserzustrom betragen. In dem gegebenen Beispiel sinkt der pH-Wert des mit 730 mg Fe²⁺/l kontaminierten Grundwassers von 5,1 auf 1,6 ab. In diesen oder ähnlichen Fällen besteht permanent die Gefahr der Wiederversauerung der mit alkalisiertem Oberflächenwasser gefluteten Restlochseen. Diese Gefahr ist vor allem dann gegeben, wenn die Restlochseen grund­ wasserunterstromig zu den Kippenkomplexen angeordnet sind. Die Wasserqualität wiederversauernder Restseen läßt sich zwar durch permanente Zuleitung unbelasteter basen­ reicher Oberflächenwasser und/oder direkte Konditionie­ rung des Restseewassers mit Alkalisierungsmitteln stabili­ sieren, jedoch ist das mit hohen Aufwendungen verbunden. Auch läßt sich bisher kaum ein Zeithorizont für die Behand­ lungsdauer abschätzen, denn das Versäuerungspotential vie­ ler Kippenkomplexen ist extrem hoch.

Die mikrobielle Sulfatreduktion und die sulfiali­ sche Bindung von Fe(II) und weiteren Schwermetallen sind der sicherste Weg, um die für die Stabilisierung der Wasser­ qualität notwendige Alkalität in den Kippen-Grundwasser­ leitern dauerhaft zu initiieren. Der auf diesem Wege erziel­ bare Alkalitätsanstieg ist vielfach ein sehr langwieriger Pro­ zeß. In situ Messungen haben gezeigt, dass < 40 Jahre nach Flutungsbeginn die SO₄-Konzentration des Kippen- Grundwassers immer noch bei rund 3200 mg/l liegen kann. Hiernach geht die natürliche Entsäuerung des Kippengrundwassers durch Desulfurikation sehr langsam vonstatten. Die Ursachen sind extrem niedrige pH-Werte oder hohe Redoxpotentiale und/oder sehr niedrige Lebendzellzahlen sulfatreduzierender Bakterien.

Das Wasser, das die Tagebaurestlöcher durch spontanen Zufluss über Kippengrundwasserleiter füllt ist auf Grund der pH-Werte weder direkt als Bade- oder Fischgewässer noch indirekt als Brauchwasser für die Industrie oder Landwirtschaft nutzbar.

Es hat deshalb schon eine Vielzahl von Versuchen gegeben, das Wasser durch chemische, elektrochemische oder biochemische Verfahren aufzubessern.

So wird in der DE 196 24 023 A1 ein Verfahren zur Anhebung des pH-Wertes sauerer Wässer, zur Sanierung saurer, ggf. schwermetallhaltiger Abwässer, vorzugsweise Gruben-, Halden- und Bergbauabwässer, sowie insbesondere auch saurer Wässer aus Tagebaurestlochgewässern beschrieben, bei dem das zu reinigende saure Wasser einer Elektrolyse in geteilten Elektrolysezellen, unter Verwendung eines porösen Separators oder einer Ionenaustauschermembran zur Trennung der Zellen, unterzogen wird, wobei das zu behandelnde Wasser nur in den Katodenraum eingespeist wird, während im Anodenraum eine Lösung ein- oder zweiwertiger Anionen der Elemente der 6. oder 7. Gruppe des Periodischen Systems der Elemente eingesetzt wird. Im Katodenprozess werden dabei Wasserstoffionen entladen, und im Wasser gelöster Sauerstoff wird unter Verbrauch von Wasserstoffionen reduziert. In der DE 197 40 615 A1 wird vorgeschlagen, sulfathalige Wässern eine Mischung aus einer wasserunlöslichen Aluminiumverbindung in Form eines aluminiumhydroxidhaltigen Schlammes und Calcium zusetzt um die Sulfate auszufällen.

Auf biologischem Wege soll gemäß der DE 198 20 320 C2 die Anhebung des pH-Wertes in Gewässern mit hohem Sulfat- und Eisengehalt bewirkt werden, indem mindestens ein kohlenstoffhaltiges Substrat derart in das Gewässer eingebracht wird, dass sich im Bereich des Substrates weitgehend anaerobe Zonen für Desulfurikanten, insbesondere sulfatreduzierende Bakterien, bilden. Wegen des hohen Aufwandes an Energie, teuren Chemikalien oder vergegenständlichter Arbeit, sind diese Verfahren nur auf Spezielle Einsatzgebiete beschränkt. Die in der DE 199 61 243 A1 vorgeschlagene Lösung versucht die für die Neutralisation der Oberflächenwässer notwendigen Substanzen kostengünstiger bereitzustellen, indem hierfür die Kraftwerksaschen aus der Verbrennung von Braunkohlen verspült wurden. Die Entsäuerung des durch aufgehendes Grundwasser versauerten Tagebaurestsees erfolgt durch gezielte Aufwirbelung und Wiedereinleitung von aufgenommenem Kraftwerksaschesediment unter Berücksichtigung der Auswertung von Messdaten bezüglich der Wassergüte. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können in relativ kurzer Zeit größere Wassermengen entsäuert werden, wodurch der Tagebaurestsee schneller auf eine spätere Nutzung vorbereitet wird. Mit dem vorgeschlagenen Verfahren soll eine pH-Wert-Anhebung bis auf einen pH-Wert von 6-9 möglich sein.

Wen man bedenkt, dass die Tagebaurestlöcher Flächen in der Größenordnung von bis zu mehreren Quadratkilometern bedecken und bis zu 50 m Tiefe aufweisen ist vorstellbar, dass auch der hierfür benötigte Energieaufwand immens wird.

Aufgabe der Erfindung ist es somit, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit denen möglichst mit Beginn der Flutung der Tagebaurestlöcher ein für eine weitestgehende Nutzung verwendbares Oberflächenwasser bereitgestellt wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst, indem das natürliche Selbstreinigungspotential der Kippenaquifer gestärkt und der Eintrag schwefelsauren Kippen-Grundwassers in die mit alkalisiertem Oberflächenwasser gefluteten Restlochseen durch die im Hautanspruch 1 beschriebene Anordnung verhindert wird.

Hierzu wird im Kippenareal (2) in Grundwasserfließrichtung (F) vor dem zu schützenden Gewässer (S) in einer oder mehreren, quer zur Grundwasserfließrichtung verlaufenden Reihen eine Anzahl von Einrichtungen zum Eintrag von Flüssigkeiten, beispielsweise von Kalkmilch und/oder Nährlö­ sungen mit Desulfurikanten in den Grundwasserbereich an­ geordnet werden. Ziel dieser Maßnahme ist die Initiierung und Förderung mikrobiell katalysierter und sich selbst ver­ stärkender Reduktionsprozesse, die eine irreversible Elimi­ nierung von Säureäquivalenten durch die Ausfällung von Eisensulfiden im Kippen-Grundwasser bewirken.

Als Einrichtungen zum Eintrag von neutralisieren­ den Flüssigkeiten in die Grundwasserleiter werden Schluck­ brunnen (5) und/oder Injektionslanzen verwendet. Ebenso können Brunnen (5), die vormals zum Zweck der Grund­ wasserabsenkung eingerichtet wurden, für die Grundwas­ sersanierung genutzt werden. Die in einer Reihe angeordne­ ten und nach Bedarf mit Alkalisierungsmittel zu beschic­ kenden Einrichtungen bilden eine aktive hydrogeochemi­ sche Barriere. Letztlich ist es auch im Sinne der Erfindung, wenn diese Barriere im Nahbereich der kippenseitigen Ufer­ zone durch eine passive hydrogeochemische Barriere er­ gänzt wird. Zu diesem Zweck wird anstelle der bei der Rüt­ teldruckverdichtung verwendeten Boden- und/oder Wasser­ zusätze beispielsweise die zuvor erwähnte Kalkmilch über die Bohrlanzen in den wassergesättigten Untergrund einge­ preßt.

Die Auslaßöffnungen der maximal bis zum Lie­ gendstauer reichenden Infiltrationseinrichtungen (41) soll­ ten im Bereich der vorhandenen oder zu erwartenden Grundwasserschichten angeordnet sein.

Die Zuführung der Flüssigkeiten von einem Vor­ ratsbehälter (1) oder einer Lösestation für das Neutralisie­ rungsmittel, bei schwefelsauren Grundwasser beispiels­ weise Kalkmilch, zu den stationären Infiltrationseinrichtun­ gen erfolgt mittels Pumpen (3) über ein Rohrleitungssystem (4). Dabei ist der Eintrag von Luftsauerstoff möglichst zu vermeiden bzw. auf das mögliche Maß zu begrenzen.

Die bei der Neutralisation entstehenden Fällungs­ produkte können bei diskontinuierlicher Fahrweise der An­ lage durch Abpumpen der Suspension über die Injektions­ einrichtungen entfernt werden.

Bei den passiven hydrogeochemischen Barrieren werden Depots von langsam löslichen Alkalisierungsmitteln quer zum Grundwasserzustrom und, falls erforderlich, par­ allel zu den Kippen-Uferböschungen angelegt. Um den schnellen Abbau der Säureneutralisationskapazität solcher hydrogeochemischer Barrieren zu verhindern, ist es sinn­ voll, diese durch grundwasseroberstromig angeordnete ak­ tive hydrogeochemische Barrieren zu ergänzen.

Die erfindungsgemäßen Einrichtungen zum Ein­ trag von Neutralisationsmitteln und/oder sulfatreduzieren­ den Bakterien in die Kippen-Grundwasserleiter werden in Abhängigkeit vom Versauerungspotential und Flutungssta­ dium der Kippenkomplexe modifiziert und zum Zwecke der Vor- und/oder Nachsorge gegen die Versauerungstendenzen fremdwassergefluteter Tagebaurestlochseen sowie des Grundwasser- und Gewässerschutzes im Umland der tech­ nogenen Geokomplexe eingesetzt, indem zur Immobilisie­ rung von Schwermetallen und Säuren geeignete Neutralisie­ rungsmittel in angemessener Menge als wäßrige Lösung bzw. Suspensoren und/oder sulfatredzierende Bakterien zu­ sammen mit ihrer Nährlösung in den wassergesättigten Un­ tergrund eingepreßt werden. Erfindungsgemäß wird vorge­ schlagen, Ca(OH)₂- und/oder CaCO₃-haltige wäßrige Lö­ sungen oder Suspensoren als Neutralisierungsmittel zu ver­ wenden.

Die Applikation von Alkalisierungsmitteln wird so lange betrieben, bis sich im abströmigen Grundwasserbe­ reich die für die Lebenstätigkeit der Desulfurikanten opti­ malen Milieuverhältnisse herausgebildet haben und die Neutralisation des Grundwassers durch Desulfurikation, ge­ gebenenfalls gefördert durch Applikation von sulfatreduzie­ renden Bakterien, nachgewiesen ist. Danach dient die Ein­ speisung der Alkalisierungsmittel, beispielsweise von Kalk­ milch, nur noch der Aufrechterhaltung der im Grundwasser­ leiter angestrebten Reaktionsverhältnisse. Sie kann einge­ stellt werden, wenn der durch Grundwasserzustrom und Sickerwasserbildung verursachte Aciditätseintrag in den Grundwassersanierungsbereich durch die mikrobiell gesteu­ erten Immobilisierungsprozesse kompensiert wird. In den Kippenkomplexen mit einem extrem hohen Versauerungs­ potential ist es unter Umständen zweckmäßig, quer zur Grundwasserfließrichtung mehrere aktive hydrogeochemi­ sche Barrieren einzurichten. Auf diesem Wege werden der Reaktionsraum vergrößert und der Sanierungszeitraum ver­ kürzt.

Die aktiven hydrogeochemischen Barrieren kön­ nen durch die sogenannten passiven hydrogeochemischen Barrieren ergänzt und in Sonderheit auch ersetzt werden. Bei diesen werden die neutralisierenden Substanzen im Kip­ penkörper deponiert, indem bei der Rütteldruckverdichtung rutschungsgefährdeter Uferzonen die Neutralisierungsmit­ tel, beispielsweise Kalkmilch mittels der verwendeten Rüt­ teldrucklanzen in die wassergesättigten Schichten eingela­ gert werden. Neben der dadurch bewirkten Neutralisierung der Schwefelsäure tritt als Nebeneffekt eine Verfestigung der Sedimente durch den gebildeten Gips ein.

Die Erfindung soll im folgenden anhand von Zeichnungen und zwei Ausführungsbeispielen dargestellt werden.

Dabei zeigen

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Einrichtung als Ver­ tikalschnitt und

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer aktiven hydrogeochemischen Barriere.

Beispiel 1

Die Flutung eines Tagebaurestloches erfolgt durch Einleitung von alkalisiertem Oberflächenwasser und nach Abschaltung der Pumpen zur Grundwasserabsenkung durch Grundwasserwiederanstieg bis die Zielwasserstände im Rostlochsee und im Grundwasserleiter erreicht sind. Das aufgehende Grundwasser aus dem vormals belüfteten Un­ tergrund und die Sickerwässer aus der Aerationszone tertiä­ rer Sedimente reichem sich mit den Produkten der Eisensul­ fid- und Silikatverwitterung an. Um die Wiederversauerung der fremdwassergefluteten Restlochseen durch Zustrom von schwefelsaurem Grundwasser zu verhindern, wird auf der Abraumkippe grundwasseroberstromig zum Restlochsee eine aktive hydrogeochemische Barriere quer zur Grund­ wasserfließrichtung eingerichtet. Zu diesem Zweck wird in einem Abstand von 50 bis 120 m zum geplanten Seeufer eine Doppelreihe von Schluckbrunnen im Grundwasserlei­ ter installiert. Der Abstand der Schluckbrunnen in der Reihe beträgt je nach Fließgeschwindigkeit und Stofffrachten des Grundwassers 10 bis 50 m. Neben den hierfür speziell ge­ bohrten Brunnen können auch die Brunnen verwendet wer­ den, die zur Grundwasserabsenkung genutzt wurden.

Die Auslaßöffnungen der Schluckbrunnen (41) be­ finden sich im Bereich des Grundwasserpegels (GP) respek­ tive der Zielwasserstände und reichen bis zum Liegend­ stauer (LS).

Die Brunnen (5) werden über die Pumpe (3) und Rohrleitungen (4) mit dem Vorratsbehälter für Kalkmilch verbunden. Die in den Kippen-Grundwasserleiter einzuspei­ sende Kalkmilchgabe wird nach der mit dem Grundwasser zuströmenden Protonenmenge für PH ≧ 4,5 dosiert, so daß die Schwefelsäure unter Bildung von Gips neutralisiert wird. Dieser kristallisiert im weiteren Verlauf der Strömung aus. Der überschüssige Kalk wird in den grundwasserabstro­ migen Bereich verlagert und allmählich steigt auch hier der pH-Wert an. Nach einer gewissen Zeit werden sich die für die mikrobiell katalysierte Reduktion von Fe³⁺ zu Fe²⁺ und in der Folge sukzessiv von SO₄ ^2- zu HS^- und H₂S notwendi­ gen Redoxpotentiale einstellen, und es kommt zur Sulfidbil­ dung. Diese Reduktionsprozesse werden durch Bakterien vermittelt, die nahezu übiquitär sind und sich vermehren, sobald die für ihre Stoffwechselaktivitäten geeigneten Re­ doxpotential-Bereiche sich eingestellt haben. Das wichtigste Reduktionsmittel ist dabei der in tertiären Aquifern reichlich vorhandene organische Kohlenstoff.

In Sonderheit und wenn keine bzw. nur eine sehr geringe Anzahl an Lebendzellen sulfatreduzierender Bakte­ rien (SRB) im Aquifer nachgewiesen werden können, soll­ ten SRB zusammen mit ihrer Nährlösung in den Grundwas­ serleiter appliziert werden.

Zur Einstellung der Kalkmilch-Durchsatzmenge und zur Kontrolle der Grundwasserbeschaffenheit ist es sinnvoll, wenn in ausreichendem Abstand vor und hinter der hydrogeochemischen Barriere Grundwassermeßstellen zur kontinuierlichen Bestimmung ausgewählter Parameter ein­ gerichtet werden. Diese Meßstellen wurden nicht in die Funktionsskizze eingetragen.

Beispiel 2

Im Rahmen der Ausformung von Uferbereichen des künftigen Tagebausees ist es üblich, rutschungsgefähr­ dete Bereiche durch Rütteldruckverdichtung zu verdichten. Es wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, das hierzu einge­ setzte Wasser zusätzlich mit einer Kalktrübe zu mischen und diese über die verwendeten Rütteldrucklanzen in den Unter­ grund bis zur Kippenoberfläche einzupressen. Darüber hin­ aus kann der im Rahmen der Rütteldruckverdichtung einge­ brachten Bodensubstanz ein weiteres Neutralisierungsmittel beispielsweise ein Kalk zugemischt werden.

Auf diesem Wege wird im verdichteten Kippenbe­ reich ein Kalkdepot (6) angelegt, das als passive hydrogeo­ chemische Barriere die mit dem Grundwasserzustrom ein­ getragenen Säureanteile neutralisiert.

Die Säureneutralisationskapazität solchermaßen geschaffener passiven hydrogeochemische Barrieren ist ein­ geschränkt. Deshalb ist es sinnvoll diese mit den zuvor be­ schriebenen aktiven hydrogeochemische Barrieren zu kom­ binieren.

Claims (11)

1. Vorrichtung zur Stabilisierung der Wasserqualität fremdwassergefluteter Restlochseen von Braunkohlentagebauen, dadurch gekennzeichnet, dass
im Kippengelände (2) in Grundwasserfließrichtung (F) vor dem zu schützenden Gewässer (S) in einer quer zur Grundwasserfließrichtung verlaufenden Reihe eine Anzahl von Einrichtungen zum Eintrag von alkalischen Flüssigkeiten in den Grundwasserbereich angeordnet sind,
deren Auslassöffnungen (41) im Bereich der Grundwasserschichten angeordnet sind,
deren Zulauf über eine Pumpe (3) und Rohrleitungen (4) mit einem Behälter (1) oder einer Lösestation für Kalkmilch verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Einrichtungen zum Eintrag von alkalischen Flüssigkeiten in den Grundwasserbereich Schluckbrunnen (5) oder Injektionslanzen angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Einrichtungen zum Eintrag alkalischer Flüssigkeiten in den Grundwasserbereicht Brunnen (5), die zur Grundwasserabsenkung genutzt wurden, verwendet werden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Einrichtung zum Eintrag alkalischer Flüssigkeiten in den Grundwasserbereich Bohrlanzen bei der Rüttelverdichtung verwendet werden.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Eintrag von langsam löslichen Substanzen zur Neutralisierung passive hydrogeochemische Barrieren im durchströmten Untergrundquerschnitt angeordnet werden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die passiven hydrogeochemische Barrieren im durchströmten Untergrundquerschnitt angeordnet sind und durch aktive hydrogeochemische Barrieren aus kontinuierlich arbeitenden Injektionseinrichtungen ergänzt werden.

7. Verfahren zur Stabilisierung der Wasserqualität fremdwassergefluteter Restlochseen von Braunkohlentagebauen, dadurch gekennzeichnet, dass schwefelsaure Kippen-Grundwässer im angrenzenden Kippengelände (2) saniert werden, indem quer zur Grundwasserfließrichtung (F) in ein flächiges Volumen zur Immobilisierung von im Grundwasser vorhandenen und im Restlochsee schädigend wirkenden Substanzen ein geeignetes Neutralisationsmittel in angemessener Menge als wässrige Lösung oder Suspension eingepresst wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Neutralisationsmittel kalziumhydroxid- und/oder kalziumkarbonathaltige wässrige Lösungen oder Suspensionen verwendet werden.

9. Verfahren nach Anspruch 7 und/oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einpressung der neutralisierenden Substanzen kontinuierlich über einen längeren Zeitraum bis zum Abschluss der Flutung oder bis zur Stabilisierung der Seewasserqualität erfolgt.

10. Verfahren nach Anspruch 7 und/oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einpressung der neutralisierenden Substanzen als Depot erfolgt, indem bei der Verdichtung der rutschungsgefährdeten Zonen der späteren Uferbereiche mittels Rütteldruckverdichtung über die verwendeten Rüttellanzen Suspensionen von langsam löslichen, zur Neutralisation geeigneten Substanzen in die durchströmten Schichten eingelagert werden.

11. Verfahren nach einem oder mehreren der voranstehenden Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl bei der Eigenwasser- als auch bei der Fremdwasserflutung von Tagebaurestlochseen nach Einstellung der für die Sulfatreduktion erforderlichen Redoxpotential-Bereiche die Kippen-Grundwasserleiter über die vorhandenen Injektionseinrichtungen mit sulfatreduzierenden Bakterien geimpft werden.