Integration des Feststofftransportes in ein reaktives 3D-Stofftransportmodell am Beispiel der PCB-Prognose für den Deutschen Steinkohlebergbau

Michael Eckart1, Christoph Klinger1, Joachim Löchte2
1 DMT
2 RAG

O 2.9 in Grubenwasser

22.03.2018, 14:45-15:00, 3

Im Deutschen Steinkohlenbergbau sind an Ruhr und Saar bis 1986 schwerentflammbare PCB-haltige (bzw. bis 1989 PCDM-haltige) Hydraulikflüssigkeiten eingesetzt worden. Durch Leckagen, Defekte etc. kam es zu Flüssigkeitsverlusten, so dass davon auszugehen ist, dass ein Teil der PCB-haltigen Hydraulikflüssigkeiten damals untertage verblieben ist. PCB sind in hohem Maße toxisch und sehr persistent. Messungen an verschiedenen Standorten zeigen, dass PCB nicht nur während der damaligen Verwendung sondern auch heute noch im Grubenwasser vorhanden sind. Allerdings sind die Mengen inzwischen so weit zurückgegangen, dass eine Identifizierung nur noch über Separierung der im Grubenwasser enthaltenen Feststoffe möglich ist.

Aufgrund der starken Neigung von PCB zur Bindung an Partikeloberflächen unterliegen die Mobilisation und der Transport somit grundsätzlich anderen Rahmenbedingungen als echt gelöste Stoffe. Für ein Verständnis der Transportprozesse von Feststoffpartikeln und deren Abbildung in einem Modell sind daher neue Parameter zu berücksichtigen und zu beschreiben. Diesen Partikeln aus den als PCB-Quelle fungierenden Bereichen ist ein definierter PCB-Gehalt (in µg Kongener / kg Schwebstoff) zuzuordnen. In solchen Abbaufeldern ist entsprechend der Datenlage die Identifikation und damit Abgrenzung einzelner PCB-Quellen im Allgemeinen nicht möglich. Daher ist ein verallgemeinernder Ansatz erforderlich, der einem Proportionalitätsprinzip folgt: wo mehr mit solchen Stoffen gearbeitet wurde, ist die Wahrscheinlichkeit höher, dass PCB eingetragen wurden und als Quelle zur Verfügung stehen.

Die daraus resultierende PCB-Fracht kann sich unter Beibehaltung dieses Konzeptes nur durch Sedimentation von Partikeln vermindern. Die Sedimentation hängt von der Art und Größe der Partikel sowie der Strömungsgeschwindigkeit des Grubenwassers ab. Darüber hinaus müssen die Prozesse der Partikelmobilisation und der räumlichen Gegebenheiten einer Steinkohlengrube in Abhängigkeit von Wasserstand und Wasserstandsentwicklung berücksichtigt werden. Die richtige modelltechnische Umsetzung muss den Zusammenhang zwischen „PCB – Feststoffgehalt – geochemischen Fällungen – Sedimentation“ im Kontext eines Mehrmigrantensystems berücksichtigen.

Dieses komplexe Stoffsystem wurde in seinen Wechselwirkungen beschrieben und in das Boxmodel übertragen. Das Modell wurde am Beispiel der Wasserhebung aus den Saarbergwerken und an der Ruhr neben den üblichen makrochemischen Komponenten und Schwermetallen für verschiedene Feststofffraktionen und die PCB-Konzentration im Verbund eines reaktiven Mehrmigranten­transportmodelles kalibriert. Hier wurde daraus auch eine Prognose für den Wasseranstieg abgeleitet.

Es erscheint demnach plausibel, dass durch Wasseranstieg das Mobilisationspotenzial für PCB vermindert wird. Die Überstauung einer PCB-Belastung in der Sohle verhindert turbulentes Fließen und damit Ablösung von Feststoffteilchen von der Sohle.

 



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