Radioaktiv kontaminiertes Abwasser aus ehemaligen Uranminen- und Bergbaustandorten kann durch verschiedene Wirkprinzipien oder deren Kombination entstehen. Dies könnte aufgrund der erheblichen Häufigkeit von Th und/oder U auch für Technologiemetalllagerstätten (z. B. Seltenerd-Erzformationen) gelten, die NORM (natürlich vorkommendes radioaktives Material) enthalten. Beispiele für die Mobilisierung und den Transport von NORM in Gruben- und Abbaugebieten sind:
1. Grubenerschließung => Grundwasserabsenkung/Entwässerung => Oxidation => Minenflutung
2. Sickerwasser aus Absetzanlagen, Halden (insbesondere aus solchen ohne Schutzabdeckung)
3. Abfallströme aus der Erzverarbeitung und Metallgewinnung im Allgemeinen
Die Zusammensetzung von NORM-haltigem Abwasser kann deutlich varieren hinsichtlich Säuregehalt/Alkalität (pH), Elementkonzentrationen von (Schwer-)Metallen, Erdalkalimetallen, komplexierenden Ionen, Halogeniden und insbesondere radioaktiven Elementen (U- und Th-Isotopen und allen Folgeprodukten der entsprechenden Zerfallsketten). Normalerweise wird das säkulare Gleichgewicht von Radioisotopen in ursprünglichen Formationen durch radioaktives Abwasser radikal gestört. Das beruht auf der trennenden chemischen Zusammensetzung der Gesteinsformationen.
Dementsprechend ist die Behandlung von NORM-belastetem Abwasser standortspezifisch und muss insbesondere hinsichtlich der Abrennung radioaktiver Bestandteile entwickelt bzw. an den Anwendungsfall angepasst werden, um behördliche Anforderungen zu erfüllen. Sowohl die NORM-Mobilisierung als auch die Abwasserchemie können zeitlich erheblich variieren und erfordern daher eine hohe Dynamik der Behandlungstechnologie und in bestimmten Fällen ein Upgrade für einen langfristigen Betrieb unter wesentlich veränderten Zuflussbedingungen (typischerweise bei Verringerung der Kontaminationen.)
Einzigartige Modell-/Softwareentwicklung zur Simulation der NORM-Mobilisierung und Abwasserchemie,
z. B. bei Flutung von Uranminen (spezifisches reaktives 3D-Kompartiment-Transportmodell einschließlich NORM)
Durch die Kombination von hydrologischer Dynamik der Grubenflutung mit den sehr detaillierten geochemischen Prozessen (einschließlich des Redoxübergangs von oxidativen Bedingungen in Tagebauen zu reduzierenden Bedingungen in gesättigten Gesteinsformationen; auch unter Berücksichtigung einer aktiven In-situ-Sanierung durch Dosierung von Reagenzien) kann der Flutungsprozess durchgeführt, reproduziert und kontrolliert optimiert werden, um Umweltauswirkungen zu minimieren. Das Modell sagt die (zeitabhängige) Zusammensetzung des zu behandelnden Flutungswassers voraus, ermöglicht die Optimierung der Technologie einschließlich der kontrollierten Flutung und der Anpassung an sich ändernde Bedingungen und liefert einen wesentlichen Beitrag zu Genehmigungsverfahren.
U-Abtrennung aus stark kontaminiertem Flutungswasser (Anwendung: Wismut-Standort Königstein)
Das ehemalige U-Bergwerk der Wismut in Königstein war außergewöhnlich. Nach dem konventionellen Bergbau führte Wismut die saure In-situ-Laugungstechnologie im untertägigen Bergbau ein (Blocklaugung). Die Sanierung des Bergwerks erforderte eine kontrollierte Flutung in Verbindung mit der Sammlung und Behandlung des Flutungswassers. Eine spezielle Technologie zur U-Abtrennung (Ionenaustausch in Verbindung mit Ionenaustausch-Chromatographie im industriellen Maßstab zur Abtrennung von angereichertem Fe; patentiert) und Verarbeitung zu einem verkaufsfähigen Produkt wurde 1997 implementiert und bis 2021 betrieben. Aufgrund der stark dynamischen Schwankungen hinsichtlich Effizienz der U-Abtrennung war die Anlage in der Lage, U-Konzentrationen im Flutungswasser bis ca. 250 ppm zu behandeln (Maximum im Jahr 2002).
Flutungswasserbehandlung durch modifizierte HDS-Technologie
(HDS-high-density sludge = hochdichter Schlamm)
(Anwendung: Standorte Wismut Koenigstein und Ronneburg)
Es wurde eine erweiterte HDS-Technologie entwickelt (mehrstufige Neutralisation mit teilweiser Schlammverwertung, Ra-Entfernung; patentiert), um das kontaminierte Flutungswasser unter wechselnden Zulaufbedingungen zuverlässig zu reinigen und einen chemisch und geotechnisch stabilen festen Abfall für eine sichere Entsorgung zu erzeugen. Die HDS-Anlage in Königstein wurde kürzlich (2021) nach der Stilllegung der oben beschriebenen U-Entsorungsanlage modernisiert, um ihre Effizienz und Flexibilität zu verbessern. Die Flutungswasserbehandlung am Wismut-Standort Ronneburg (Komplex aus 14 miteinander verbundenen Einzelbergwerken) ist eine Kombination aus Dekarbonisierung (Versauerung) und anschließender HDS-Technologie.
Langzeit-Sickerwasserbehandlung aus Uran-Absetzanlage (Anwendung: Wismut-Standort Helmsdorf)
Die ursprüngliche Aufbereitungstechnologie (basierend auf Kalkneutralisation) wurde durch eine effizientere und wirtschaftlichere Alternative ersetzt (Fertigstellung 2021). Es ist eine Kombination aus Ionenaustausch (U-Abtrennung) und Adsorption durch körniges Eisenhydroxid (As-Abtrennung).
Zusätzliche Anwendungen
https://www.imwa.info/docs/imwa_2008/IMWA2008_157_Braun.pdf
https://link.springer.com/chapter/10.1007/3-540-28367-6_24
https://www.imwa.info/docs/imwa_2002/imwa_2002_1037-1044.pdf
