QuESt - Quantifizierung des Eisensulfidumsatzes in der Spreewitzer Rinne (Lausitz)

Land / Region: Sachsen / Lausitz

Projektanfang: 01.01.2022

Projektende: 23.12.2023

Projektstand: 13.04.2022

a. Lage der Spreewitzer Rinne (grüner Punkt) im Einzugsgebiet der Spree, sowie b. Verteilung der Sulfatkonzentrationen im obersten Grundwasserleiter der Spreewitzer Rinne Quelle: Datenquellen – Einzugsgebiet Spree: EU-Hydro – River Network Database, EEA (2020), Sulfatkonzentrationen: IWB (2020), Grundwassergleichen: LfULG (2016)

Die abbaubedingten Grundwasserabsenkungen im Lausitzer Braunkohlerevier haben in den vergangenen Jahrzehnten zu einer Eisensulfidoxidation in der ungesättigten Zone geführt. Durch den folgenden Wiederanstieg des Grundwassers bzw. der Flutung der Restlöcher kommt es zu erhöhten Sulfat- und Eisenkonzentrationen im Grund- und Oberflächenwasser. Dies kann insbesondere im Südraum des Lausitzer Sanierungsgebietes in der Spreewitzer Rinne beobachtet werden. Hier sind die Eisen- und Sulfatkonzentrationen im Grundwasser mit bis zu 400 mg/L bzw. 1400 mg/L besonders hoch. Durch die weitgehend effluenten Verhältnisse (Zutritt des Grundwassers in die Vorflut) ist dieser Bereich daher auch eine Hauptquelle des Eisen- und Sulfateintrages in die Spree. Obwohl die Prozesse, die zu den erhöhten Konzentrationen führen (Eisensulfidoxidation und anschließende Mobilisierung der Oxidationsprodukte) grundsätzlich bekannt sind, ist die Verteilung des Eisens und Sulfats in den Grundwasserleitern sowie der Beitrag der einzelnen Komponenten (natürliche Sedimente, Kippen- und Haldenablagerungen) noch nicht vollständig geklärt. Dies erschwert die Entwicklung eines gezielten Sanierungskonzepts.

Im Rahmen des QuESt-Projektes („Quantifizierung des Eisensulfidumsatzes in der Spreewitzer Rinne“) sollen die Eisensulfidumsätze in den natürlichen Sedimenten der verschiedenen Grundwasserleiter bilanziert werden und gleichzeitig neue Techniken zum Monitoring solcher Prozesse getestet werden. In einer ersten Projektphase sind Säulenversuche im Labormaßstab an künstlichen, mit Pyrit angereicherten Sedimenten unter verschiedenen Redox-Bedingungen vorgesehen, die mit NMR (Nuklear Magnetische Resonanz) Messungen begleitet werden. Damit wird die Korrelation zwischen Eisensulfiden und/oder gelöstem Eisen und dem NMR Signal ermittelt. In einer zweiten Phase (2023) soll eine in-situ Aquifercharakterisierung mittels Oberflächen-NMR durchgeführt, sowie ergänzend Sedimente aus den vier Grundwasserleitern für vergleichende Säulenversuche entnommen werden. Die Bilanzierung des Stoffumsatzes während der Säulenversuche wird sowohl über hydrochemische Bilanzen als auch über die begleitende Labor-NMR Messungen erfolgen. Für die hochpräzise Charakterisierung der Transporteigenschaften in den Säulen werden kontinuierliche Isotopentracer-Messungen eingesetzt.

Ziele/Meilensteine

• Ermittlung der Korrelation zw. Eisensulfiden und/oder gelöstem Eisen und dem NMR Signal (Säulenversuche an künstlichen Sedimenten)
• Bilanzierung des Eisensulfid-Umsatzes in Sedimenten der Spreewitzer Rinne (Säulenversuche an ungestörten Proben, die aus der Spreewitzer Rinne gewonnen werden)
• Machbarkeitsstudie zur Erkundung von Eisensulfid-Hotspots (Oberflächen-NMR und evtl. Borhrloch-NMR)