Workshop Meromiktische Tagebauseen in der Lausitz Cottbus 24. und 25.01.2008

1. Workshop Meromiktische Tagebauseen in der Lausitz Cottbus 24. und 25.01.2008 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

2. 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" 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 1.0 3.0 RL 54

3. Tagebausee RL54 rW [kg/L] m3 rel. Fläche 0,998 0,999 1,000 1,001 1,002 1,003 1,004 [1] Volumen [m3] 0 Volumen, interpoliert 1,000 Epilimnion 5 0,800 2 000 000 Sprungschicht 0,600 10 0,400 1 000 000 15 Monimolimnion 0,200 20 0,000 0 0 5 10 15 20 Tiefe [m] m 25 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

4. Tagebausee RL54 2 0 0 2,5 1000 5 3 2000 10 3,5 3000 15 4 4000 20 4,5 0 0 0 SO4 [mg/L] 5 5 5 Fe [mg/L] Fe(II) 10 10 10 NP [mmol/L] O2 [mg/L] 15 15 15 pH [1] Temp Ltf [mS/cm] 20 20 20 E [mV] 25 25 25 m m 0 1 2 3 4 5 10 0 -10 -20 -30 -40 -50 -60 0 200 400 600 800 m 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

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

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

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

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

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

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

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

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

13. eisenlimitiert eisenzugeführt -NP -NP t Fe(OH)3 1300 60 60 1100 900 krit. Dichte 700 10 500 10 300 100 SO4 20 40 0 pH 3 4 5 6 -40 Epilimnion Sprungschicht Monomilimnion See -40 Sanierungsszenarien mikrobielle Sulfatreduktion Bedarf an Methanolsubstrat Sulfatreduktion im Monimolimnion

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

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

16. CaCO3 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 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

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