Groundwater quality and modelled chemical composition of water in lignite overburden dump aquifers (surface mine Inden, Germany)

Kurzfassung

Die sich zukünftig in einer Braunkohlenabraumkippe (Tagebau Inden II) und in einem Tagebausee einstellende Wasserqualität wurde mithilfe hydrogeochemischer Modellrechnungen prognostiziert. Das Modell wurde anhand von wasser- und sedimentchemischen Messwerten, die in einer benachbarten wassergesättigten Abraumkippe gewonnen wurden, verifiziert. Die Untersuchungen zeigen, dass die durch den Tagebaubetrieb verursachte Änderung des Redoxmilieus zu einer 14 %igen Oxidation der geogenen Eisendisulfide (Gesamt-S-Gehalt ca. 0,07 Gew.- %) und zu erhöhten Sulfatkonzentrationen im Grundwasser zwischen 1.300 und 1.500 mg/l führt. Die Pyritoxidation löst eine Kette von Folgereaktionen aus. Insbesondere die Lösung der Karbonate Kalzit und Dolomit verhindert eine intensive Versauerung des Kippengrundwassers. Demgegenüber spielt eine Feldspatverwitterung bei nahezu pH-neutralen Bedingungen eine untergeordnete hydrochemische Rolle, wobei durch Silikatverwitterung nur maximal ca. 1/65 der Alkalinität im Vergleich zu der Karbonatlösung wirksam werden. Durch eine Sideritbildung werden ca. 70 bis 85 % der ursprünglich durch Pyritoxidation mobilisierten Eisenmengen sekundär karbonatisch gebunden, sodass sich die wasserchemischen Auswirkungen auf den geplanten Tagebausee im Wesentlichen auf erhöhte Sulfat- und Kalziumkonzentrationen beschränken werden.

Abstract

The future chemical composition of water in a lignite mining dump aquifer (surface mine Inden II) and in a proposed mine pit lake are modelled. The conceptual geochemical model was verified by means of measured data, which were obtained from a nearby overburden heap. The investigations indicate a decomposition of geogenic pyrites, which is caused by a change in redox conditions and which affects 14 % of the total pyrite content (approx. 0.07 wt. %). Furthermore, the decomposition results in sulphate concentrations in the groundwater from 1,300 to 1,500 mg/l. The dissolution of calcite and dolomite prevents acidification of the groundwater. Under near-neutral pH-conditions, the dissolution of feldspars is less important and provides only about 1/65 of the alkalinity allocated by carbonate weathering. Precipitation of siderite retains up to 85 % of the liberated ferrous iron, so that iron concentrations in the proposed dump lake should be low and should be accompanied by neutral pH-values.