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Von Dr. Michel Oelschlägel und Jun.-Prof. Sabrina Hedrich
In Bergbauregionen, zu denen auch das Erzgebirge in Sachsen zählt, spielt häufig die Entstehung sogenannter saurer Grubenwässer eine wichtige Rolle für die dortigen Ökosysteme. Saure Grubenwässer entstehen natürlicherweise, wenn Wasser und Luft mit bestimmten Mineralen, sogenannten Metallsulfiden, in Kontakt kommt. Durch Reaktion mit Luftsauerstoff wird dabei der Schwefel im mineralischen Sulfid zu Sulfat oxidiert, was zur Freisetzung der im Mineral enthaltenen Metalle führt. Häufig wird dabei auch viel Eisen freigesetzt. Zugleich führt die Reaktion mit Sauerstoff neben der Metallfreisetzung auch zur Bildung von Schwefelsäure in diesen Wässern. Unter diesen Bedingungen fühlen sich besonders Säure-liebende Bakterien wohl, die von Eisen und Schwefelverbindungen leben. Diese Bakterien beschleunigen den oben genannten Prozess anschließend noch deutlich, da sie das freigesetzte Eisen oxidieren, welches dann wiederum zur Oxidation von weiteren Metallsulfiden und damit zur Freisetzung von Metallen führt. In Folge der stattgefundenen Bergbautätigkeit wurde diese Problematik erheblich verstärkt, da durch den Bergbau große Mengen von sulfidischen Mineralen freigelegt wurden, die nun mit Wasser und Luft in Kontakt kommen. Die resultierenden sauren Grubenwässer führen anschließend beim Einmünden in Flüsse und Seen erhebliche Schwermetall- und Arsenlasten mit sich, was ein großes Umweltproblem verursacht und mit Gesundheitsgefahren einhergeht.
Herr Dennis Oßmann an der Versuchsanlage, die den biotechnologischen Prozess zur Reinigung von sauren Grubenwässern umsetzt © Dr. M. Oelschlägel
Während bestimmte Mikroorganismen das genannte Problem beschleunigen, gibt es andere, die zur Lösung dieses Umweltproblems beitragen können – die sogenannten Sulfatreduzierer. Sie bewirken die Umkehrreaktion der oben genannten Schwermetallfreisetzung, indem sie das lösliche Sulfat in den Grubenwässern wieder zu Sulfid reduzieren, welches dann mit den Metallionen schwerlösliche Salze bildet, die sich als fester Niederschlag vom Wasser abtrennen. Die metallhaltigen Niederschläge können anschließend abgetrennt werden und sogar als Quelle für ein Metallrecycling dienen, wobei die Metalle aus den Sedimenten selektiv rückgewonnen werden können. Gleichzeitig werden die hohen Metall- und Sulfat-Konzentrationen in den Grubenwässern abgereichert und damit der Austrag von Schwermetallen und giftigen Elementen in die Umwelt wieder reduziert.
Passive Pilotanlage auf der Spülhalde Hammerberg © Dr. J. Pinka/GEOS
Die sogenannte Biopräzipitation eignet sich somit zur Behandlung von metallhaltigen Prozesswässern und kann im Feld, z.B. durch Einsatz von Bioreaktoren, umgesetzt werden, um das genannte Umweltprobleme zu reduzieren. Genau daran arbeiten die Partner des Projektes MindMontan am Beispiel der Hammerberg-Spülhalde, wo nun eine Pilotanlage in Betrieb gegangen ist, welche den oben genannten biotechnologischen Prozess in Kombination mit chemischen Behandlungsstufen direkt umsetzt.