Konzeption von Sanierungsszenarien für meromiktische Seen am Beispiel des polnischen Tagebausees RL54

Workshop Meromiktische Tagebauseen in der Lausitz Cottbus 24. und 25.01.2008

Einleitung

Tagebausee RL54

Verfahren zur Beschaffenheitssanierung

Beschaffenheit / Sanierungsziel

Sanierungsszenarien

Zusammenfassung

Ralph Schöpke

LS Wassertechnik & Siedlungswasserbau

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"

RL 5422.0

19.018.0

11.5

12.0

11.09.0

1.0

3.0

16,0

13.0

6.5

3.06.0

1.0

0

5

10

15

20

25

0,998 0,999 1,000 1,001 1,002 1,003 1,004

m

W [kg/L]

Sprungschicht

Monimolimnion

Epilimnion

22.0

19.0

18.0

11.5

12.0

11.0

9.0

1.0

3.0

16,0

13.0

6.5

3.0

6.0

1.0 Fläche 350 000 m2 Volumen 2,4 Mio m3

0,000

0,200

0,400

0,600

0,800

1,000

[1]

0 5 10 15 20 Tiefe [m]

0

1 000 000

2 000 000

m3rel. FlächeVolumen [m3]Volumen, interpoliert

0

5

10

15

20

25

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000

mg/L

m 0 5 10 15 20 25

°C

Salzg. [mg/L]

Temp [°C]

Tagebausee RL54

22.0

19.0

18.0

11.5

12.0

11.0

9.0

1.0

3.0

16,0

13.0

6.5

3.0

6.0

1.0 Fläche 350 000 m2 Volumen 2,4 Mio m3

0

5

10

15

20

25

2 2,5 3 3,5 4 4,5

m 0 1 2 3 4 5

pH [1]

Ltf [mS/cm]

0

5

10

15

20

25

0 5 10 15 20

m0 200 400 600 800

O2 [mg/L]

Temp

E [mV]

0

5

10

15

20

25

0 1000 2000 3000 4000

m-60-50-40-30-20-10010

SO4 [mg/L]

Fe [mg/L]

Fe(II)

NP [mmol/L]

2Mn2Fe3Al3,4S c2c2c3KNP

Tagebausee RL54

Monimolimnion

Sprungschicht

Epilimnion

-60

-50

-40

-30

-20

-10

05 10 15 20 25 30 35 40 45

SO4 [mmol/L]

NP [mmol/L]

15.08.1993

15.09.1998

6.12.2006

16.05.2007Pyritverwitterung

Neutralisation

2,5 3,0 3,5 4,0 4,5pH [1]

-60

-50

-40

-30

-20

-10

NP [mmol/L]

2Mn2Fe3Al3,4S c2c2c3KNP

Tagebausee RL54

Monimolimnion

Epilimnion

-60

-50

-40

-30

-20

-10

NP [mmol/L]

05 10 15 20 25 30 35 40 45

SO4 [mmol/L]

Monimolimnion

Epilimnion

2,5 3,0 3,5 4,0 4,5pH [1]

-60

-50

-40

-30

-20

-10

NP [mmol/L]

Tagebausee RL54

Epilimnion 3m Monimolimnion19m temp °C 7 9,5 pH 1 2,5 4,5 Na mg/L 6 8,5 K mg/L 3,2 18,3 Ca mg/L 65 402,5 Mg mg/L 22 68 Fe-ges mg/L 135 1563 Fe(2) mg/L 4 1563 Mn mg/L 3,1 10,8 Al mg/L 34 18,8 Cl mg/L 4,5 4 Sulfat mg/L 1200 4300 O2 mg/L 7,8 0 Alkalinity mmol/L - 0,3

Sanierungsziel: Neutralisation zu einem oligo- mesothrophem Gewässer

pH > 5

NP >0

Beschaffenheit / Sanierungsziel

Monimolimnion

Epilimnion

-60

-50

-40

-30

-20

-10

NP [mmol/L]

05 10 15 20 25 30 35 40 45

SO4 [mmol/L]

Monimolimnion

Epilimnion

2,5 3,0 3,5 4,0 4,5pH [1]

-60

-50

-40

-30

-20

-10

NP [mmol/L]

Verfahren zur Beschaffenheitssanierung

Chemische Neutralisation

Neutralisationsmittel:

Zielgebiet der Sanierung mit pH > 5

Neutralisationsmittel

Monimolimnion

Epilimnion

-60

-50

-40

-30

-20

-10

NP [mmol/L]

05 10 15 20 25 30 35 40 45

SO4 [mmol/L]

Monimolimnion

Epilimnion

2,5 3,0 3,5 4,0 4,5pH [1]

-60

-50

-40

-30

-20

-10

NP [mmol/L]

Verfahren zur Beschaffenheitssanierung

Chemische Neutralisation

Neutralisationsmittel:

Zielgebiet der Sanierung mit pH > 5

Monimolimnion

Epilimnion

-60

-50

-40

-30

-20

-10

NP [mmol/L]

05 10 15 20 25 30 35 40 45

SO4 [mmol/L]

Monimolimnion

Epilimnion

2,5 3,0 3,5 4,0 4,5pH [1]

-60

-50

-40

-30

-20

-10

NP [mmol/L]

Verfahren zur Beschaffenheitssanierung

Mikrobielle Sulfatreduktion

Zielgebiet der Sanierung mit pH > 5

OH2CO2FeSOCH2SOFe 22224

2

Substrat

limitiert durch Eisenvorrat

Eisenhydroxid zuführen stabile reduzierende Verhältnisse?

W [kg/L]0,998 0,999 1,000 1,001 1,002 1,003 1,004 1,005

0

5

10

15

20

25 m2,3 g/L

1,0025 kg/L

Sanierungsszenarien

Stabilität der Meromixie

Neutralisation und/oder mikrobielle Sulfatreduktion mindern die Dichte

vorzeitige Instabilität:

Aciditätsschub ins Epilimnion

Sulfidkontamination des Epilimnions

Sanierungsszenarien

Neutralisation

-40

10

60

20 40SO4

-NP

CaO: DIC=0

krit. Dichte

-40

10

60

3 4 5 6 7 8 9 pH

-NP

CaOCaCO3

krit. Dichte

DIC=0

-40

10

60

CaO/CaCO3

20 40SO4

-NP

-40

10

60

Eisenhydroxidfällung

3 4 5 6 7 8 9

Al-Fällung

pH

-NP

CaCO3 Gleichgewicht

Neutralisation des Monimolimnions mit CaO oder CaCO3

unter Gipsfällung

Neutralisation des Epilimnions mit CaO oder CaCO3

geringe Pufferung

CaCO3 und CaO unterschiedlich

Sanierungsszenarien

mikrobielle Sulfatreduktion

-40

10

60

0 20 40 SO4

-NP

-40

10

60

3 4 5 6

krit. Dichte

pH

-NP Fe(OH)3

100

300

500

700

900

1100

1300

t

eisenlimitiert

eisenzugeführt

Epilimnion Sprungschicht

Monomilimnion See

Bedarf an Methanolsubstrat

Sulfatreduktion im Monimolimnion

1. chemische Neutralisation des Epilimnions

Verfahren zur Beschaffenheitssanierung

kombinierte Behandlung

Fe(OH)3

2. kontrollierte Eutrophierung

3. mikrobielle Sulfatreduktion

4. stabile Sulfiddeponie

Bewirtschaftung des Epilimnions

Verfahren zur Beschaffenheitssanierung

kombinierte Behandlung

langsame Aufhebung des Monimolimnions

stabile Sulfiddeponie

Ca

2CO3HCO c

pconstc

biogene Entkalkung

CaCO3Aufbau der Hydrogencarbonatpufferung

NachsorgeNachsorge

FeS

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 !!!

Danke für die Aufmerksamkeit

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