Uni-Bayreuth

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Modellierung von durch Sorptionsvorgänge verursachten Beschaffenheitsveränderungen im strömenden Grundwasser

Ralph Schöpke1
1 LS Wassertechnik&Siedlungswasserbau, BTU Cottbus.Senftenberg

P 1.9 in Numerische Simulation von Strömungs- und Transportprozessen in Grundwasserleitern und angrenzenden Kompartimenten

Ionenaustausch- oder allgemeiner Sorptionsprozesse im Aquifer bestimmen maßgeblich die Beschaffenheitsveränderungen im strömenden Grundwasser. Besonders auffällige Beschaffenheitsveränderungen werden ausgelöst, wenn in bisher unbeeinflusste Grundwasserleiter Wasserkörper mit extrem abweichender Beschaffenheit einströmen. In vielen Fällen hat das anthropogene Ursachen, z. B. als Folge von Bergbau- und Energiewirtschaft.

Ältere Nassaschedeponien setzen stark alkalisches oft gipsgesättigtes Wasser frei. Bergbauversauerte Grundwässer (AMD) sind ebenfalls hochmineralisiert und über überwiegend hoch mit zweiwertigem Eisen belastet. Deren Bildung im sauren Milieu und ihr späteres Verhalten beim Abstrom können sehr unterschiedliche Beschaffenheitsprobleme auslösen. Auch Maßnahmen zur Sanierung dieser Grundwasserkörper, z. B. durch mikrobielle Sulfatreduktion führen zu erheblichen Beschaffenheitsschwankungen im Abstrom.

Für die Beschreibung von Sorptionsprozessen enthält das geochemische Simulationsprogramm PhreeqC2 den weniger geeigneten Ionenaustausch und den Ansatz über die Bildung von Oberflächenkomplexen. Das Problem liegt in der Kalibrierung der Oberflächenkomplexbildung. Während entsprechende Konstanten für die Adsorption an amorphem Eisenhydroxid bekannt sind, muss für die Interaktion Grundwasser- Feststoffoberfläche eine eigene Oberfläche definiert werden. Ergebnisse aus der bodenkundlichen Bestimmung der Kationenaustauschkapazität lassen sich dabei nur bedingt übertragen. Auch sind verschiedene Oberflächen von der Scherfläche der Porenkanalströmung bis hin zur Adsorptionsoberfläche zu bewerten.

Aus verschiedenen Untersuchungen konnten durch Anpassung von Messergebnissen anwendungsspezifische Modellansätze zusammengestellt und angewendet werden.

Die pleistozänen Grundwasserleiter besitzen ein erhebliches Basenneutralisationsvermögen beim Einleiten von Aschewässern. Doch die hohen Calciumkonzentrationen vermögen im Abstrom adsorbiertes Eisen soweit zu mobilisieren, das diese Grundwässer sich nicht mehr wirtschaftlich zu Trinkwasser aufbereitet lassen. Dieser Zusammenhang ließ sich aufklären.

Nach Abschluss des Braunkohlebergbaus breiten sich nach Auffüllung des Absenkungstrichters bergbauversauerte Grundwässer (AMD) in die angrenzenden Gewässer aus. Dort können sie die Wasserversorgung durch stark steigende Eisen- und Sulfatkonzentrationen erheblich stören. In Oberflächengewässern fällt das Eisen als Eisenhydroxid aus, wobei der pH-Wert absinkt und sich braune Beläge am Ufer und auf Pflanzen bilden. Die braune Eisenhydroxidtrübung erregt auch als Braune Spree erhebliches Aufsehen in der Bevölkerung. Über die Modellierung lässt sich für den Transport der hohen Eisenbelastung durch den Grundwasserleiter ein Prognosetool aufbauen.



Koch, R.; Schöpke, R.; Mangold, S.; Regel, R.; Striemann A. (2006): Entwicklung und Erprobung eines Verfahrens zur Untergrundentsäuerung von Kippengrundwässern; Schriftenreihe Siedlungswasserwirtschaft und Umwelt, Bd.11

Schöpke, R.; Gast, M.; Walko, M.; Regel, R.; Koch, R.; Thürmer, K. (2011): Wissenschaft­liche Auswertung von Sanierungsversuchen zur Untergrundsulfatreduktion im ehemaligen Lausitzer Bergbaurevier; Schriftenreihe Siedlungswasserwirtschaft und Umwelt Bd.21

Letzte Änderung 01.11.2013