Uni-Bayreuth

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Sulfatbelastung im Boden und Grundwasser der Emscherregion als Folge von Pyritoxidationsprozessen im Emschermergel

Björn Droste1, Frank Wisotzky1
1 Angewandte Geologie, Ruhr-Universität Bochum

P 12.4 in Grundwasserqualität

 

Im Zuge der Emscherrenaturierung wird in einer Tiefe von ca. 8 bis 40 m unter GOK ein parallel zur Emscher verlaufender Abwasserkanal mit einer Gesamtlänge von 73 km errichtet, der das klärpflichtige Schmutz- und Niederschlagswasser aufnimmt. Durch alle im Zuge des Emscherumbaus anfallenden Baumaßnahmen werden geschätzte 8 bis 10 Mio m3  mineralischen Aushubs anfallen (MUNLV- Piegsa et. al., 2005). Der Aushub entstammt dem oberen Bereich der quartären Ablagerungen der Emscher und wird zeitweise durch Auffüllung anthropogenen Ursprungs ersetzt.

In größerer Teufe fallen insbesondere durch den maschinellen Kanalvortrieb sowie durch Aushub tieferer Schachtbauwerke große Mengen an Emschermergel an. Bei den 1,5 Mio m3 Emschermergel handelt es sich nach DIN 4030-1 (2008) um ein pyrithaltiges Karbonatgestein. Die Oxidation von Pyrit führt letztendlich zu einer Bildung von Eisenhydroxid und Schwefelsäure, sodass saure, zumindest sulfathaltige Wässer („acid mine drainage“) entstehen können.

Insgesamt 160 geeignete Proben wurden im gesamten Emschergebiet entlang der geplanten Kanaltrasse im Zuge der Bautätigkeiten in Form von Bohrkernen, Aushubmaterial aus Ausschachtungen und anderen geeigneten Aufschlüssen gewonnen. Durch umfangreiche Laborversuche wie Kohlenstoff-Schwefel-Messungen, Expositions-, Säulen- und S4-Versuche, konnte unter einem geogenen Verwitterungshorizont mit geringen Pyrit-Gehalten ein tiefenunabhängiger Pyritgehalt nachgewiesen werden. Bei Auslagerungsversuchen mit vollständigem Sauerstoffkontakt wurde in den Emschermergelproben eine vergleichbar hohe Pyritoxidationsgeschwindigkeit wie in pyrithaltigen Braunkohlennebengesteinen (Wisotzky, 1994b) bei vollständigem Sauerstoffkontakt gemessen. Folge davon sind Sulfatfreisetzungen in relevanten Gehalten. Eine gezielte Vermeidung von Pyritoxidationsprozessen oder Verminderung deren Auswirkungen wie beispielsweise im niederrheinischen Braunkohlerevier, wo große Kalkmengen die Säurefreisetzung wirkungsvoll unterbinden, ist beim Emschermergel aufgrund der hohen geogenen Kalkgehalte und der damit verbundenen vollständigen Säureneutralisation nicht notwendig. Dies konnte durch Laborversuche und intensive hydrochemische Modellrechnungen bestätigt werden.

Letzte Änderung 21.10.2013