Hydrogeochemische Modellierung der Verockerungsneigung eines geplanten Grubenwasserkanals

Marc-André Gundlach1, Andre Banning1
1 Lehrstuhl für Geologie, Mineralogie und Geophysik, Ruhr-Universität Bochum

14.8 in Young Hydrogeologists Forum

25.03.2020, 17:00-17:15, Telemann-Saal

Im Gebiet einer ehemaligen Steinkohlegewinnung ist für die Zeit nach der Beendigung des Bergbaus ein Grubenwasserkanal für eine Ableitung der Grubenwässer aus den beiden Abbaugebieten geplant. Aufgrund hoher Frachten von Eisen (Fe) besteht die Möglichkeit der Verockerung im Grubenwasserkanal und der darum liegenden Filterkiesschicht.

Um einen Eindruck von der Verockerungsneigung der Grubenwässer zu bekommen, wurden hydrogeochemische Modellierungen mit dem Rechenprogramm PhreeqC (Parkhurst & Appelo 2013) durchgeführt. Die Modelle wurden mit vorhandenen Wasseranalysen und -prognosen gespeist, und in Verbindung mit der Geometrie und anderen Parametern des geplanten Kanals und der Filterkiesschicht ließen sich Aussagen zu möglichen Ausfällungen ableiten.

Es wurde berechnet, welche Massen an amorphem Eisenhydroxid (Ferrihydrit) aus den jeweils betrachteten Analysen bzw. Prognosen der Grubenwässer unter Einbezug der Kinetik der Oxidation von Fe2+ durch Sauerstoff und Nitrat ausfallen könnten (Sung & Morgan 1980; Seibt 2000). Von vorrangiger Relevanz für die Modellierungen der Eisenausfällung, und der damit in Verbindung stehenden Verockerung, ist die Sauerstoffkonzentration im Grubenwasser, in der Kanalatmosphäre und der Filterkiesschicht, weshalb hierzu verschiedene Modellszenarien gerechnet wurden. Unter der realistischen Annahme geringer Sauerstoffmengen in Grubenwasser, Kanalatmosphäre und Filterkiesschicht resultierten die Modellrechnungen in als relativ gering einzustufenden Ausfällungsmengen, auch bei langen Modelllaufzeiten. Höhere Konzentrationen an O2 sorgten für deutlich höhere Ausfällungen an Eisenhydroxiden. 

Um die Massen an Ausfällungen so gering wie möglich zu halten, bietet es sich daher an, Kanalatmosphäre und Grubenwasser möglichst frei von Sauerstoff und anderen Oxidationsmittel (z.B. Nitrat) zu halten, damit das mobile zweiwertige Eisen nicht zum dreiwertigen Eisen aufoxidieren kann.



Parkhurst, D.L.; Appelo, C.A.J. (2013): Description of input and examples for PHREEQC version 3—A computer program for speciation, batch-reaction, one-dimensional transport, and inverse geochemical calculations. – U.S. Geological Survey Techniques and Methods, book 6, A43, 497 p.

Seibt, A. (2000): Welche Faktoren können die Eisen(II)-Oxidation in Formationswässern beeinflussen? – BWG GbR, STR00/23, Geothermie Report 00-1.

Sung, W.; Morgan, J.J. (1980): Kinetics and product of ferrous iron oxygenation in aqueous systems. – Environ. Sci. Technol. 14(5): 561-568.



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