Lösungsansätze zu aktuellen Problemen der ...€¦ · Stoffeintrag ins Grundwasser aus Außenhalden Contamination of groundwater from outside dumps 3. ... 21 Altenberg, 08.10

Uhlmann, Wilfried: Lösungsansätze zu aktuellen Problemen der Wasserbeschaffenheit im Lausitzer Braunkohlenbergbau

Projektabschlusskonferenz VODAMIN

1

Altenberg, 08.10.2013

Lösungsansätzezu aktuellen Problemen

der Wasserbeschaffenheitim Lausitzer Braunkohlenbergbau

(Solutions for water quality problemsin the Lusatian lignite mining district)

Dr. Wilfried Uhlmann(Institut für Wasser und Boden Dr. Uhlmann, Dresden)

Lösungsansätzezu aktuellen Problemen

der Wasserbeschaffenheitim Lausitzer Braunkohlenbergbau

(Solutions for water quality problemsin the Lusatian lignite mining district)

Dr. Wilfried Uhlmann(Institut für Wasser und Boden Dr. Uhlmann, Dresden)

Braune Spree 2012



2


1. Das Lausitzer BraunkohlenrevierAktiver Bergbau (Vattenfall EM)Sanierungsbergbau (LMBV)

2. Probleme(Diffuse Stoffeinträge)

3. Lösungen

1. Das Lausitzer BraunkohlenrevierAktiver Bergbau (Vattenfall EM)Sanierungsbergbau (LMBV)

2. Probleme(Diffuse Stoffeinträge)

3. Lösungen

Lösungsansätze zu aktuellen Problemender Wasserbeschaffenheit im Lausitzer Braunkohlenbergbau

(Solutions for water quality problems in the Lusatian lignite mining district)

Lösungsansätze zu aktuellen Problemender Wasserbeschaffenheit im Lausitzer Braunkohlenbergbau

(Solutions for water quality problems in the Lusatian lignite mining district)

1. Lusatian lignite mining districtActive lignite mining (Vattenfall EM)Post-mining (LMBV)

2. Problems(Diffuse contaminations)

3. Solutions

1. Lusatian lignite mining districtActive lignite mining (Vattenfall EM)Post-mining (LMBV)

2. Problems(Diffuse contaminations)

3. Solutions



3


Das Lausitzer BraunkohlenrevierThe Lusatian lignite mining districtDas Lausitzer Braunkohlenrevier

The Lusatian lignite mining district

Grundwasserabsenkungstrichter (Stand 2001)LMBV: ca. 1.300 km²Vattenfall EM: ca. 750 km²



4


Braunkohlentagebau in der LausitzLignite open pit mine in Lusatia


Schüttung der Förderbrückenkippe im Parallelbetriebdump of the conveyor bridge

(Foto: VE-M) (Foto: VE-M)



5


Endgestaltung der Kippenoberfläche mit Absetzersurface design with stacker dump



(Foto: VE-M) (Foto: VE-M)



6


2

Tagebauopen pit mine

Außenhalde outside dump

1HauptkippeHauptkippe

Innenkippeoverburden dump

VorkippeVorkippe

AbsetzerkippeAbsetzerkippe

1. Pyritverwitterung und Versauerung in den InnenkippenPyrite weathering and acidification in overburden dumps

2. Pyritverwitterung, Versauerung und Stoffaustrag aus AußenhaldenPyrite weathering and acidification in outside dumps

3. Absenkung, Belüftung und Pyritverwitterung im GrundwasserabsenkungstrichterGroundwater lowering, aeration, and pyrite weathering in the cone of depression

3Vorbergbaulicher Grundwasserspiegelpre-mining water table

Relevante Einflüsse des aktiven BraunkohlenbergbausMajor impacts of lignite mining on groundwater

Relevante Einflüsse des aktiven BraunkohlenbergbausMajor impacts of lignite mining on groundwater

GewachsenesGewachsenes

KohleflözKohleflöz




PrimärverwitterungPrimary pyrite weatheringPrimärverwitterungPrimary pyrite weathering

SekundärverwitterungSecondary pyrite weatheringSekundärverwitterungSecondary pyrite weathering

10%10%

20-30%20-30%

10%10%

50-60%50-60%

Pyritverwitterung in den Lausitzer BraunkohletagebauenPyrite weathering in Lusatian lignite mines

Pyritverwitterung in den Lausitzer BraunkohletagebauenPyrite weathering in Lusatian lignite mines

Anteilige Umsätze der PyritverwitterungRelative rate of pyrite weathering

Pyritgehalt in Mischbodenkippen: 0,2 … 0,8 Masse-%Pyrite content in overburden materialsGesamtumsatz: ca. 5...10% des PyritsRate of pyrite weathering

7

Tagebau Nochten 1999-2001Tagebau Reichwalde 2010-2011

~50% Elimination während des BergbausElimination during mining

~50% Akkumulation in den KippenAccumulation in overburden dumps




8


2Bergbaufolgeseepost-mining lake

Außenhaldeoutside dump

1


KohleflözKohleflöz

1. Versauerung der BergbaufolgeseenAcidification of post-mining lakes

2. Stoffeintrag ins Grundwasser aus AußenhaldenContamination of groundwater from outside dumps

3. Versauerung des GrundwassersAcidification of groundwater

4. Diffuser Stoffeintrag in die FließgewässerDiffuse contamination of rivers

3

Nachbergbaulicher Grundwasserspiegelpost-mining groundwater table


Relevante Einflüsse des SanierungsbergbausMajor impacts of lignite mining in the post-mining landscape

Relevante Einflüsse des SanierungsbergbausMajor impacts of lignite mining in the post-mining landscape

4



9


Saure BergbaufolgeseenAcid mining lakes

Saure BergbaufolgeseenAcid mining lakes

(Fotos: Uhlmann) (Fotos: Uhlmann)



Sanierungsbergbaupost-mining

Aktiver Bergbauactive mining

++− ++⎯⎯→⎯++ H2FeSO2OHOFeS 224

MO222

72

10


MaterialselektiveGewinnung und VerkippungSelective mining

Verringerung der ExpositionMinimisation of exposure time

Beregnung/EinstauIrrigationBodenabdeckungCoveringBodenverdichtungConsolidationBepflanzungPlantng

BakterizideBactericide

Neutralisation mitalkalischen StoffenNeutralisation withalkaline materials

ZehrstoffeOxygen consumptionmaterials

Inertisierende StoffeCoating

SchutzgasInert gas

Heterotrophe SulfatreduktionHeterotrophic reduction of sulphate

Sulfidische Fällung (FeS)Precipitation of sulphides

KarbonatischeFällung (Siderit)Precipitation ofcarbonates (siderite)

Möglichkeiten der Verhinderung/Minderungder Pyritverwitterung und ihrer Folgen

Possibilities to avoid/minimizepyrite weathering and their consequences

Minimung der GrundwasserabsenkungMinimisation of groundwater lowering



Wasserbehandlung im SeeIn-lake water treatment

Wasserbehandlung im SeeIn-lake water treatment

11


pH, Acidität

Ammonium

Sulfat

MetalleFe Al Mn

Zn Ni Co As

ChemischeNeutralisation

HydroxidischeMetallfällung

SulfidischeMetallfällung Sulfat-

reduktion

Problemstoffe und Behandlungsverfahren (BVT)Relevant substances und treatment methods (bat)

NitrifikationNitrifikation

VerdünnungVerdünnung

Natürliche ProzesseNatural attenuationNatürliche ProzesseNatural attenuation

Wasserbewirtschaftung (Flutung)Water managment (flooding)Wasserbewirtschaftung (Flutung)Water managment (flooding)

Untergrundwasserbehandlungin situ groundwater treatment

Grubenwasser-behandlungsanlagen

Water treatment plants

Grubenwasser-behandlungsanlagen

Water treatment plants



12


Wasserbehandlung und –management im SanierungsbergbauWater treatment and water management in post-mining areas

Wasserbehandlung und –management im SanierungsbergbauWater treatment and water management in post-mining areas

FremdflutungFlooding

Wassergüte-bewirtschaftungWater managementFlutungsbauwerke

Flooding constructionsNeißewasserüberleitungWater passage of theriver NeißeOberer Landgraben(Überleitung Spree

Schwarze Elster)Water passage of theriver Spree

WasserbehandlungWater treatment

In-lake-Wasserbehandlung:In-lake water treatment

Mobile/stationäre AnlagenMobile/fixed constructionsNeutralisationsmittel:Neutralising agentsCaCO3 Ca(OH)2 CaOPufferaufbau mit CO2Buffer formation with CO2

FlutungszentraleLausitz:

MengensteuermodellWater balance modelGRMSTEUGütesteuermodellWater quality modelGSM Spree



Flutung Lohsa IIaus der Spree(März 2006)

13


Flutung Spreetal-Nordrandschlauchüber den Oberen Landgraben(März 2006)

Flutung Burghammer aus der Schwarzen Elster(März 2006)



Limits:Verfügbarkeit des FlutungswassersAvailibility of flooding watersVolumen der BergbaufolgeseeVolume of post-mining lakes



14


In-lake-WasserbehandlungIn-lake water treatment

In-lake-WasserbehandlungIn-lake water treatment

Burghammer 2009 (Foto: LMBV) Burghammer 2009 (Foto: LMBV) Lichtenauer See 2012 (Foto: LMBV) Lichtenauer See 2012 (Foto: LMBV)



15


Natürliche Nitrifikationnatural nitrification

Natürliche Nitrifikationnatural nitrification

2

3

4

5

6

7

8

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

2010 2011 2012

pH-W

ert

Stick

stof

f [m

g/L]

Ammonium-NNitrat-NpH-Wert

2

3

4

5

6

7

8

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

pH-W

ert

0123456789

10

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

Stick

stof

f [m

g/L]

Ammonium-N Nitrat-N

pH > 5: Überwindung des Eisen- und AluminiumpufferspH > 5: overcoming of the iron and aluminium buffers

Beginn der Nitrifikationstart of nitrification

Bärwalder See: 150…173 Mio. m³Bärwalder See: 150…173 Mio. m³



16


SüdraumSüdraum

Nordraum

Spezielles Problem des Grundwasserwiederanstiegs: diffuse Einträgeproblem of post-mining rise of groundwater: diffuse contaminations of rivers

Spezielles Problem des Grundwasserwiederanstiegs: diffuse Einträgeproblem of post-mining rise of groundwater: diffuse contaminations of rivers



17


2+ 14 2 52 2 1 30 +

3(s)0

k2

Spezielles Problem des Grundwasserwiederanstiegs: diffuse EinträgeSpecial problem: diffuse contamination of rivers


Eintrag ausGrundwasserinput fromgroundwater

Eintrag ausGrundwasserinput fromgroundwater

VerbrauchtSauerstoffconsumesoxygen

VerbrauchtSauerstoffconsumesoxygen

VersauerungacidificationVersauerungacidification

TrübungturbidityTrübungturbidity

SchlammsludgeSchlammsludge



18


Spremberg

Bühlow

Sellessen

Bräsinchen

Bagenz

Spreewitz

Burgneudorf

Burghammer

Burg

Tiegling

Neustadt

Trattendorf

Struga

IndustriekomplexSchwarze Pumpe

Zerre

Lohsa IIScheibe

Burghammer

TalsperreSpremberg

HochhaldeBurghammer

Ruhlmühle

Spree-Altarm

Spreetal NO

Grubenwasser-reinigungsanlageMine watertreatment plantSchwarze Pumpe

Grubenwasser-reinigungsanlage

Mine watertreatment plant

Tzschelln

QuellbereichSource area

RückhaltRetention

AuswirkungenImpact4…8 mg/L

Sachsen

Brandenburg

Eisen im Grundwasser:Iron in groundwater40 … > 400 mg/L

Spreewitz

Spree südlich Spremberg Frühjahr 2012 (bingmaps) Spree südlich Spremberg Frühjahr 2012 (bingmaps)



19




Talsperre Spremberg 05.09.2011 (Foto: Arnold, VEM)



20


1. Flussnahe WasserfassungenWater catchment nearby the river

Brunnenriegel Wells

Anaerobe Tiefendränage Anaerobic drainage

Randgraben Marginal trench

2. Unterirdische Wasserbehandlungals heterotrophe SulfatreduktionSubsurface water treatment asheterotrophic sulphate reduction

32MO

2org22

4 COHFeSOH2C2FeSO +⎯⎯ →⎯+++ +−

Organisches SubstratOrganic material(z.B. Glycerin)

FeS

Lösungsansätze für die SpreeSolutions for the river Spree




21


SP

RE

EW

I TZ

E

R

RI N

NE

ZE

NT

RA

LL

AU

SI

TZ

ER

RI

NN

E

E R D A - W E I ß K O L M E R R I N N

A U S R Ä U M U N G

L

UW

143,3116,0

124,2

128,3

123,9

124,0

136,0

124,5

156,2126,1

132,0

135,4

140,0

133,0

128,4

121,2

Lagerplatz

118,8 108,8

119,2

Biotop

113,6

102,7

64,1

84,5

66,3

63,1

Misch-anlage

77,7

117,9

121,076,8 118,2

120,0

135,8

99,177,6

121,7

120,5115,0

120,4

137,0

125,0

Wa

122,0

125,5

123,5

124,0

123,9

127,2

115,0123,5

128,9

135,9

135,5

117,1

111,3

123,9 144,0

116,4

103,2117,9

117,5

130,0118,7

143,6

128,8

120,2

129,2

139,3

133,1

119,7

128,2

Stw

126,8

114,5

124,7

121,8

Kies

Wa

TagesanlagenSchacht I

Lagerplatz

142,0

Gra b en b u n ke r

ehem.Kohleverlg.

127,5

119,262,2

71,2

119,8

R L

R L

Grafik1.wmfUW Spray

121,2

123,0

140,0

Stw

155,0

154,2

118,5

123,0

122,0

120,8

120,4

LIN

121,5

116,8

120,4

117,0

TagesanlagenSchacht II

Montageplatz122,0

120,6

Wa

Wa

Wa

LIN

LIN

LIN

L IN

L IN

Restloch Spreetal Nordost

94,0 m NN

01/00

107,2

105,2

112,8

94,2

93,7

93,1

Ru.

109,3

114,9

120,9

116,6

109,2

ehem.

Sp%%252l-

raum

II

raum 4Sp%%252l-

134,1

133,9

131,2134,5

134,0

Sp%%252l-

raum I

Erd-loch IVa

112,9

114,3

114,3

136,0

116,0

ehem. Bfk

ehem.M%%252llkippe

117,9

118,7 119,2

116,5111,1

111,4

117,5

L I N

L IN

LI N

115,1

117,0

114,1

114,0

113,7115,7

Wa

107,2

99,3

100,2

100,4 100,7

stloch Scheibe

Ru.2000

Ru.2000

Ru.2000

109,6

108,8102,8

103,3

109,2

108,7

121,6

109,1

124,3

118,6

116,5

99,9

123,8

121,1

116,0

ehem.Tagesanl.

120,3

121,7

121,0

121,5

122,7

109,9

109,1111,4

132,1

116,3

118,4

108,4109,0

109,9

109,0108,9

109,4

109,6

110,3

108,8

Stubben

Wa

B a g g e rt r .

136,9

141,9

144,0

119,3

141,6

149,0143,2

131,7120,3

113,9

107,1

110,0

120,4

120,2

114,4

Ru.1999

Ru.1994Wa

Wa

Wa

Wa

Wa

114,2

107,5

121,5

116,1

121,1

118,0

112,0

107,8

107,5

107,6113,2

111,6126,0134,9

120,9

117,1

108,2116,3

107,4

107,3

116,7

116,0

130,4

113,9

117,0

1995Ru.

121,2

111,0

111,5

111,7

107,8

122,8

121,7

122,2

122,7

124,3

108,0

108,3

107,9

117,0

111,3

107,8

108,4131,1

112,4

112,1

112,5

123,4

125,4

127,8

126,8

108,7

107,7

115,5

105,9 mNN

01/2000

130,5

RL Nordost-markscheide

107,9

111,5

Ba g g

e r tr.

Baggertr.

107,3 115,0

123,8

117,3

124,5

111,4

118,8

119,3

119,5

117,8

140,5

118,9

115,9120,5

118,4

119,2118,6

119,9

120,4

120,6

116,0

123,5121,8

122,9

111,1117,1

115,8

108,7111,1116,0

129,8

107,0

121,3

Rippen

Rippen

119,0

110,4

126,8

110,5

112,3

118,1 124,4 117,9

115,3

123,2

120,6

126,1

123,9

123,1

115,4

111,4

123,5 121,9

123,5

107,7114,1

130,5

129,3

108,7

118,3

120,0

120,3

139,1

112,0

106,9

Ru.1996

116,2

107,7119 0

RL Westrandschlauch106,5 m NN

01/00

127,4131,6

131,9

130,7

131,6

131 1

130,2

131,2

114,9G r a b e n

124,4

121,6

Ro t s chl a

mm

gr a b e n

122,9124,6

120,4

122,3

Tagebau Lohsa

LIN

LIN

L IN

L I N

Sp

re ezu

leite r Lo h

saI I

Ba g g e r t r .

LIN

LI N

LIN

101,3 m NN

01/01

Restloch Burghammer128,5

126,1

127,0

120,0

118,6

119,7123,2

Ru.Ru.1998

114,8

115,9

111,0

116,5

114,1

112,9

105,5103,8

106,0

104,5

103,5

103,2

111,3 103,9

105,5

102,8 102,8103,1

102,9

103,9102,5

105,5

102,5

105,9

116,4118,6

109,2

106,2

122,0

116,1

116,7

115,9

112,6

117,0

116,7

115,3

118,1

106,9

117,5

112,1

118,4

113,1

118,0

105,9

101,8102,9

LIN

LIN

L INLI N

L IN

LIN

141,4

139,3

148,2

148,5

146,1115,0

118,6

115,4

118,6

110,9

115,3

118,4

112,4

114,6

114,7119,7

LIN

LIN

LIN

110,3

150,2

Außenhalde

Burghammer

1 1 0 k V

1 1 0 k V

3 0 k V

3 0 kV

FG

FW

%%

22

8

FW

%%

2 28

R L

UW

30

kV

11

0kV

1 1 0k V

2 0 k V

3 0 kV

R L

R L

R L

R L

R L

RL

R L

RL

3 0k V

20

kV

2 0 kV

3 0 k V

3 0kV

Gle

is

123

1 3 5

130

1 3 0

1 3 0

130

130

140

140

1 40

1 4 01 5 0

15 0

1 4 5

1 5 5

12 5

1 25

12 5

1 25

125

1 2 5

125

125

125

1 2 0

120

120

1 20

1 2 0

11 5

115

S tubbenwa l lwe g

152

S p re e

St ru

g a

Kle in e

Spr e

Sp

ree

K le in eS p re

e

TagebauBurghammer

TagebauScheibe

TagebauLohsa

TagebauSpreetal-Nordost

SP

RE

EW

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E

R

RI N

NE

ZE

NT

RA

LL

AU

SI

TZ

ER

RI

NN

E

E R D A - W E I ß K O L M E R R I N N

A U S R Ä U M U N G

L

UW

143,3116,0

124,2

128,3

123,9

124,0

136,0

124,5

156,2126,1

132,0

135,4

140,0

133,0

128,4

121,2

Lagerplatz

118,8 108,8

119,2

124,0

136,0

124,5

156,2126,1

132,0

135,4

140,0

133,0

128,4

121,2

Lagerplatz

118,8 108,8

119,2

Biotop

113,6

102,7

64,1

84,5

66,3

63,1

Misch-anlage

Biotop

113,6

102,7

64,1

84,5

66,3

63,1

Misch-anlage

77,7

117,9

121,076,8 118,2

120,0

135,8

99,177,6

121,7

120,5115,0

120,4

137,0

125,0

Wa

122,0

125,5

123,5

124,0

123,9

127,2

115,0123,5

128,9

135,9

135,5

117,1

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Kies

Wa


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R L

R L

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Kies

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ehem.Kohleverlg.

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R L

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Wa

Wa

Wa

LIN

LIN

LIN

L IN

L IN


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LIN

LIN

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L IN


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ehem.

Sp%%252l-

raum

II

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Ru.2000

Ru.2000

Ru.2000

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Ru.2000

Ru.2000

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B a g g e rt r .

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B a g g e rt r .

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Ru.1999

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Wa

Wa

Wa

Wa

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Ru.1999

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Wa

Wa

Wa

Wa

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Ba g g

e r tr.

Baggertr.

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Rippen

Rippen

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Rippen

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mm

gr a b e n

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Tagebau Lohsa

LIN

LIN

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Ba g g e r t r .

LIN

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LIN

Ba g g e r t r .

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LIN

101,3 m NN

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114,1

101,3 m NN

01/01


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Ru.Ru.1998

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117,5

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118,4

113,1

118,0

105,9

101,8102,9

LIN

LIN

L INLI N

L IN

LIN

141,4

139,3

148,2

148,5

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118,6

115,4

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114,7119,7

LIN

LIN

LIN

110,3

150,2

Außenhalde

Burghammer

1 1 0 k V

1 1 0 k V

3 0 k V

3 0 k V

FG

FW

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22

8

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105,9

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LIN

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LIN

LIN

LIN

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30

kV

11

0kV

1 1 0k V

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3 0 kV

R L

R L

R L

R L

R L

RL

R L

RL

3 0k V

20

kV

2 0 kV

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11

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1 1 0k V

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R L

R L

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Gle

is

123

1 3 5

130

1 3 0

1 3 0

130

130

140

140

1 40

1 4 01 5 0

15 0

1 4 5

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12 5

1 25

12 5

1 25

125

1 2 5

125

125

125

1 2 0

120

120

1 20

1 2 0

11 5

115

S tubbenwa l lwe g

152

Gle

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123

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130

130

140

140

1 40

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15 0

1 4 5

1 5 5

12 5

1 25

12 5

1 25

125

1 2 5

125

125

125

1 2 0

120

120

1 20

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11 5

115

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152

S p re e

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TagebauBurghammer

TagebauScheibe

TagebauLohsa

TagebauSpreetal-Nordost

WehrRuhlmühleWehrRuhlmühle

Grubenwasser-reinigungsanlageWater treatment plantBurgneudorf

Schulze-Wehr

Altarm Spree

NeustadtNeustadt

1

2

34

5

6

7

8

UntergrundwasserbehandlungIn-situ groundwater treatment

Offener GrabenOpen drains

Dränage, Brunnenriegel oder RigolenDrainings, wells or blind drains

„Barriere zum Schutzgut“Barriere concept

(1) Wasserfassung: flussnah, standortspezifischWater catchment near by the river

(2) Wasserableitung: Gräben, RohrleitungenWater drains channels, pipes

(3) Wasserbehandlung: GWRA BurgneudorfWater treatment water treatment plant

(4) Schlammbehandlung: nahegelegener RestseeSludge management post-mining lake





22


Glück aufGlück auf

KontaktBüro: Institut für Wasser und Boden

01259 DresdenLungkwitzer Straße 12

Telefon: 0351-2709854Email: [email protected]: www.iwb-dresden.de

Klare Spree 2006

Documents

Lösungsansätze zu aktuellen Problemen der ...€¦ · Stoffeintrag ins Grundwasser aus Außenhalden Contamination of groundwater from outside dumps 3. ... 21 Altenberg, 08.10