Untersuchung der Ausfällungen und der hydrochemischen Veränderung der Solen in Gradierwerken im Münsterland

Laura-Jane Ostwald1, Andre Banning1
1 Lehrstuhl Angewandte Geologie, Ruhr-Universität Bochum

14.4 in Young Hydrogeologists Forum

In einigen Kurorten werden hochsalinare Grundwässer aus dem Münsterländer Kreidebecken gefördert und in Gradierwerken aufkonzentriert. Die dabei entstehenden Aerosole und die aufgradierten Solen werden für gesundheitliche Zwecke eingesetzt. Beim Gradieren kommt es zu Ausfällungen von Mineralphasen und zur Bildung von Dornstein auf den Reisigzweigen. Daher müssen die Gradierwerke in größeren Abständen saniert oder sogar erneuert werden. Je nach Standort ist die Mineralisierung der Natursole aufgrund ihrer Herkunft und Entwicklung unterschiedlich (Grobe und Machel 2002).

Im Rahmen dieser Arbeit wird die Veränderung der Hydrochemie der Natursolen, die Zusammensetzung der Festphasen und die ablaufenden Prozesse während eines Gradiervorgangs untersucht. Außerdem wird die Reihenfolge der ausfallenden Minerale bestimmt. Abschließend wird eine Prognose für die zu erwartenden Ausfällungen eines neu erbauten Gradierwerks erstellt.

Im Juni 2019 wurden vier Gradierwerke an drei Standorten im Münsterland beprobt. Es wurden Proben von den Ausfällungen und den aufkonzentrierten Solen in Bad Westernkotten, Bad Rothenfelde und Rheine genommen. Zur Analyse der aufgradierten Solen wurden neben der vor-Ort-Analytik und der organoleptischen Prüfung im Gelände weitere Untersuchungen im Labor durchgeführt. Diese beinhalteten die Titrationen zur Bestimmung der Basekapazität bis pH 8,2 und der Säurekapazität bis pH 4,3. Die Kationen- und Anionenkonzentrationen wurden mit Hilfe eines Ionenchromatographen ermittelt. Die Proben der Ausfällungen wurden mittels Pulverröntgendiffraktometrie analysiert und mit dem Programm Match! qualitativ und quantitativ ausgewertet.

Ein Vergleich der Hydrochemie der Natursolen mit den aufgradierten Solen zeigt für alle drei Standorte, dass die Ionenkonzentration an K+ am stärksten ansteigt. Die Na+-, Mg2+- und Cl--Konzentrationen steigen ebenfalls deutlich an. Die Konzentration an Ca2+ zeigt den geringsten Anstieg und die HCO3--Konzentration sinkt stark ab. Die Auswertung der Diffraktogramme für den Standort Rheine ergab die Minerale Calcit mit ca. 85% und Halit. In Bad Westernkotten enthielten die Proben neben Halit bis zu 95% Calcit oder Gips. Die Minerale Calcit, Aragonit, Gips und Halit wurden für Bad Rothenfelde nachgewiesen.

Im weiteren Vorgehen wird die Reihenfolge der ausfallenden Minerale mit dem Programm PhreeqC modelliert. Der Gradiervorgang wird durch die Modellierung einer Evaporation dargestellt. Als Datengrundlage werden Analysenergebnisse der Natursolen, Ergebnisse der Diffraktogramme und Literaturangaben zu weiteren Mineralphasen genutzt. Die Prognose wird mit dem Programm PhreeqC für das neu errichtete Gradierwerk in Bad Sassendorf erstellt. Es wird prognostiziert, welche Mineralphasen als Ausfällungen und in welcher Reihenfolge für die nächsten 25 Jahre zu erwarten sind. Als Datengrundlage dienen Analysenergebnisse der Natursole, Literaturangaben zu weiteren Mineralphasen und die Ergebnisse des nahe gelegenen Ortes Bad Westernkotten.



Grobe, M.; Machel, H.G. (2002): Saline groundwater in the Münsterland Cretaceous Basin, Germany: clues to its origin and evolution. Marine and Petroleum Geology 19:307-322.