Auswertung der hydrogeochemischen Prozesse im hydraulischen Test 2 unter Einbezug ergänzender Technikumsversuche

Bis 1990 wurde in der Grube Königstein Uran mit Hilfe der schwefelsauren Laugung gewonnen. Der Abschlussbetriebsplan zur Sanierung des Bergwerkes sieht eine nachhaltige, gesteuerte Flutung der Grube vor. Seit Beginn der Flutung im Jahr 2001 wird das saure, schwermetall- und uranhaltige Porenwasser aus dem Gestein gewaschen, ausgefördert und übertägig behandelt. Die vollständige Flutung der Grube Königstein soll stufenweise mit unterstützender Maßnahme erfolgen. Die Wismut GmbH hat dafür in den Jahren 2006 bis 2021 mit einem Partner eine Verfahrensentwicklung vom Labor- über den Technikums- bis zum Feldmaßstab vorgenommen. In einem Entwicklungsschritt wurden dabei Säulenversuche in einem Technikumscontainer zur „Untersuchung geochemischer Langzeitprozesse bei der weiteren Flutung der Grube Königstein“ durchgeführt. In den Säulen (gefüllt mit Gestein, Schlamm aus der Grube sowie Flutungswasser) wurden bisher verschiedene Szenarien abgebildet (Waschung und Einsatz reaktiver Lösungen). In einigen Säulen kamen bereits Natronlauge und z.T. Butanol zum Einsatz, so dass dort Langzeitzustände nach der unterstützenden Maßnahme (Injektion) abgebildet sind. Die Versuchssäulen wurden am Ende der Durchströmungsszenarien 2017 in einen Stand-by-Betrieb überführt, so dass sich quasi-stationäre Bedingungen über ca. 7 Jahre einstellen konnten. Die Ergebnisse der Säulenversuche dienten als wesentliche Voraussetzung für die Vorbereitung der weiteren Flutung und fanden Anwendung bei der erfolgreichen Durchführung eines hydrochemischen Tests an der Messstelle k-77018 in den Jahren 2020/21. Darauf aufbauend sollen die gewonnenen Erkenntnisse im Rahmen eines hydraulischen Tests 2 ab 2024 angewendet und erweitert werden. Dieser Test sieht eine Anhebung des Flutungsniveaus auf 150 m NN und eine mindestens 2-jährige Haltephase vor. Wesentlicher Bestandteil des Vorhabens ist die Injektion einer reaktiven Lösung, mit der eine Teilneutralisation und Verbesserung der Beschaffenheit des Flutungswasserkörpers erreicht werden soll. Die Injektion der reaktiven Lösung (Natronlauge und Butanol) als flutungsunterstützende Maßnahme zielt in erster Linie auf die Elimination von Säure und Oxidationsmitteln aus dem Flutungswasser ab. Parallel dazu sollen gelöste Schadstoffe durch Sorption/Mitfällung an den frisch gefällten Eisenhydroxiden in der Grube immobilisiert und mikrobielle Sulfatreduktion fördernde Milieubedingungen geschaffen werden. Sowohl die Beschaffenheitsänderung des Flutungswassers als auch die Alteration der amorphen Eisenhydroxidschlämme in der Grube beeinflussen die Stabilität der Schadstoffbindung. Die mit der hydrochemischen Milieuänderung begünstigte mikrobielle Sulfatreduktion ist ein für den gesamten gefluteten Grubenraum angestrebter Langzeitprozess (Natural Attenuation), der langzeitlich die Etablierung eines selbstregulierenden, naturnahen Systems in der gefluteten Grube und den umgebenden Grundwasserleitern ermöglicht. Die ca. 4-jährige Injektion der reaktiven Lösung im Rahmen des hydraulischen Tests 2 ist das Up-Scaling der Entwicklung der unterstützenden Maßnahme zur ersten großtechnischen Anwendung. Um das Prozessverständnis zu erweitern und zu vertiefen ist die Wirkung des Tracers, der eingebrachten Lauge und des organischen Substrats im großtechnischen Maßstab zu untersuchen. Neben der Auswertung der hydrochemischen Signale des Tests im großtechnischen Maßstab soll das Systemverständnis durch zusätzliche Technikumsversuche untermauert werden. Diese dienen der modellhaften, experimentellen Nachbildung der stofflichen und mikrobiologischen Prozesse, die während des hydraulischen Tests 2 und der Injektion reaktiver Lösungen im nur durch wenige Messstellen zugänglichen Flutungswasserkörper ablaufen. Im Ergebnis sollen detaillierte hydrogeochemische Daten und Erkenntnisse zu den Auswirkungen des übergeordneten Tests gewonnen werden. Konkret soll in einem Durchströmungsversuch die geflutete Grube modellhaft abgebildet und die Wirkung der unterstützenden Maßnahme sowie die ablaufenden Stoffbindungs- und Freisetzungsprozesse als Langzeitversuch (ca. 4 Jahre) untersucht werden. Außerdem sind weitere durch den Auftraggeber (AG) durchzuführende Versuchsreihen hinsichtlich Spezialanalytik zu unterstützen. Zielstellung: Schwerpunkt der Leistung des Auftragnehmers (AN) ist die Betrachtung und Bewertung der hydrogeochemischen Prozesse in der teilgefluteten Grube Königstein im Verlauf des „hydraulischen Tests 2 mit unterstützender Maßnahme“ sowie die Abbildung und Simulation der relevanten hydrogeochemischen Prozesse im Technikumsmaßstab über 4 Jahre. Teilzielstellungen sind: die Beprobung und spezialanalytische Untersuchung der beim AG vorliegenden, im Stand-by-Status befindlichen Säulen (6 Stück) zur Feststellung des darin ausgebildeten hydrogeochemischen Systemzustandes; die technische Unterstützung bei der Ertüchtigung und Inbetriebnahme der Technikumsanlage; die Konzeption und Optimierung eines Durchströmungsversuchs zur Abbildung der hydrogeochemischen Prozesse, die während des hydraulischen Tests 2 in der Grube ablaufen; die fachliche Unterstützung bei der Beprobung des Durchströmungsversuches, von ergänzenden Versuchen des AG sowie die Durchführung von Spezialanalytik; die wissenschaftliche Begleitung, Auswertung und Interpretation der hydrogeochemischen Ergebnisse, die im Rahmen des hydraulischen Tests 2 sowie des Durchströmungsversuchs gewonnen werden. Leistungsort: Wismut GmbH, Bereich Sanierung Königstein, OT Leupoldishain, Königsteiner Straße 45, 01824 Königstein; Versuchscontainer, über Tage, Strahlenschutzbereich