Chronik und Dorfbuch von Widdershausen/Werra

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Versalzung

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Chlorid und weitere Ionen
Einleitung
Werra und Weser sind stark salzhaltige Flüsse. Diese Erkenntnis findet ihre Ursache nicht nur in der Beschaffenheit des Untergrundes im Werra-Einzugsgebiet, sondern viel stärker verantwortlich für diesen Umstand ist die Kaliindustrie in Hessen und Thüringen.

Seit gut 100 Jahren werden die Salzvorkommen im Werra-Gebiet für die Herstellung von Kunstdüngern industriell genutzt. Die unterschiedlichen Verfahren, die bei der Gewinnung diverser Rohstoffe zur Anwendung kommen, sind mit einem mehr oder weniger großen Anfall von salzhaltigem Abwasser verbunden. Dieses wiederum wird auf unterschiedliche Weise entsorgt. Zum Teil werden die Abfallsalze aufgehaldet, zum Teil als salzhaltiges Abwasser im Untergrund versenkt oder direkt in die Gewässer eingeleitet.

Von 1968 bis 1998 wurde salzhaltiges Abwasser der thüringischen Kaliindustrie ohne Berücksichtigung der bestehenden Abflüsse direkt in die Werra eingeleitet, vorher wurden auch Anteile versenkt. Stark schwankende Chloridkonzentrationen, die aus dem Werktag-Wochenendrhythmus herrühren, fügten der Biozönose schweren Schaden zu (ARGE WESER2000). Im Weserlastplan (ARGE WESER1982) wird erstmals detaillierter auf die Salzbelastung der Weser eingegangen.

Bereits hier wird deutlich aufgezeigt, wie problematisch die hohen Salzkonzentrationen im Zusammenhang mit den starken Schwankungen zu sehen sind. Das Aktionsprogramm Weser (ARGE WESER 1989) beschreibt die Zustände noch genauer. Im langjährigen Mittel sind hier Chloridtransporte von über 200 kg/s genannt.

Um eine Reduzierung und Vergleichmäßigung der Salzabwassereinleitungen der thüringischen Kaliwerke zu erreichen, wurde im Jahre 1989 im Rahmen des Aktionsprogrammes Weser ein Stufenplan aufgestellt. Dieser Stufenplan enthielt nicht nur die angestrebten technischen Erneuerungen, sondern auch eine zeitliche und finanzielle Vorgabe sowie den Stand der Diskussion mit der damaligen DDR. Aus den damals aufgestellten Forderungen zur Salzreduzierung entwickelte sich das 1992 abgeschlossene Verwaltungsabkommen von Bund und Ländern zur Durchführung eines technischen Salzreduzierungskonzeptes für die thüringischen Werke an der Werra. Unabhängig von diesem Sanierungskonzept wurde 1991 das Werk Dorndorf stillgelegt, 1993 das Werk Merkers aus der Produktion genommen. Aus diesem Grund konnte das im Verwaltungsabkommen angestrebte Ziel eines mittleren Chloridjahrestransportes für die thüringischen Werke von 40 kg/s auf 18 kg/s gesenkt werden.

Das technische Salzreduzierungskonzept beinhaltet folgende Maßnahmen:

1. Vergleichmäßigung der Salzwassereinleitungen durch den Betrieb von Stapelbecken

Hier soll das Salzabwasser zum Wochenausgleich zwischengelagert werden, um es je nach Produktionsanfall und Wasserführung in die Werra einzuleiten. Die rekonstruierten Stapelbecken wurden im Januar 1995 fertiggestellt.

2. Vergleichmäßigung der Salzwassereinleitungen durch den Betrieb eines unterirdischen Pufferspeichers (gelenkte Deponie)

Der Plattendolomit, der sich als ca. 20 m dicke Schicht in 300 bis 500 m Tiefe in der Gegend von Gerstungen / Horschlitt befindet, soll genutzt werden, um dort überschüssiges Salzabwasser zu versenken. Der Unterschied zur bisherigen Versenkung besteht darin, dass ein Teil des Salzabwassers in abflussreichen Zeiten zurückgefördert und in die Werra eingeleitet werden kann. Die Nutzungsdauer des Speichers wird dadurch verlängert. Nach dem Abschluss des Genehmigungsverfahrens am 28.05.1999 ist die Anlage seit dem 02.06.1999 in Betrieb.

3. Untertagebringung fester Rückstände nach Rückstandsaufbereitung (Spülversatz)

Bei der Rückstandsaufbereitung wird der feste Rückstand aus dem Heißlöseprozess flotiert, wobei die Flotationsrückstände überwiegend aus Steinsalz bestehen. Diese Rückstände gelangen in den Spülversatz. Hierbei werden sie mit gesättigter Magnesiumchlorid-Lösung angemaischt und nach Untertage gepumpt. Dort sedimentieren die Rückstände. Das flüssige Medium wird im Kreislauf geführt.

Die Umsetzung dieser Maßnahmen sollte bereits bis Ende 1996 abgeschlossen sein. Aufgrund technischer Schwierigkeiten ist es jedoch zu Verzögerungen gekommen, so dass eine endgültige Umsetzung erst Ende 1998 erreicht werden konnte. Seit Juni 1999 befinden sich die technischen Einrichtungen im Dauerbetrieb. Die Salzreduzierung wird zusätzlich durch ein biologisches Beweissicherungsprogramm seit 1992 begleitet. Die Transportreduzierungen sowie der geringere und gleichmäßigere Jahres- und Wochenverlauf der Chloridkonzentrationen sollen mittelfristig erhebliche Verbesserungen für Werra und Weser bringen. In dem Sonderbericht ”Die Chloridproblematik an Werra und Weser” (ARGE WESER 1996) wird eine ausführliche Diskussion dieser Problematik vorgenommen. Darin enthalten sind weiterhin fachliche Hinweise für eine Grenzwertfestlegung aus länderübergreifender Sicht.

Die in den letzten Jahren deutliche Verringerung der Chloridbelastung von Werra und Weser ist auf die Schließung des Werkes Dorndorf 1991 und den Produktionsstillstand des Werkes Merkers seit 1993 zurückzuführen (siehe Abb. 3.3.2). Weitere Reduzierungen und insbesondere Vergleichmäßigungen der Chloridkonzentration belegen die erfolgreiche Umsetzung des technischen Salzreduzierungkonzeptes.

Grundlagen zu den Kenngrößen
Das Rohsalz, welches aus den unter Tage liegenden Salzlagern gefördert wird, besteht im wesentlichen aus den Salzarten Steinsalz (NaCl), Sylvin (KCl), Carnallit (KCl * MgCl2* 6 H2O) und Kieserit (MgSO4* H2O), die in unterschiedlichen Anteilen vertreten sind.

Die Salze, welche für die Kaliindustrie in erster Linie von wirtschaftlichem Interesse sind, sind das Kieserit und das Sylvin (BLASIG 1993). Sie finden als Pflanzendüngemittel Verwendung. Um KCl vom übrigen Salz

abzutrennen, sind verschiedene Verfahren etabliert, bei denen mehr oder weniger Salzabwasser entsteht. Es sind dies das Heißlöseverfahren, die Kieseritwäsche, das ESTA-Verfahren sowie die Flotation (SCHARF 1993).

Bei dem ESTA-Verfahren handelt es sich um eine trockene elektrostatische Auftrennung der Rohsalzpartikel. Es wurde von der damaligen hessischen Kali & Salz AG entwickelt. Im thüringischen Kaliwerk Unterbreizbach wird eine Flotationsanlage benutzt. Die hier abgetrennten Feststoffpartikel werden im Spülversatz unter Tage gebracht, was den Anfall an Salzabwasser deutlich verringert.

Die Wirkung der hier untersuchten Stoffe auf die Umwelt ist außerordentlich vielfältig. Im Hinblick auf die Tatsache, dass es sich bei der Werra und der Oberweser um ehemals limnische Flussabschnitte handelte, die sich im Laufe der letzten 90 - 100 Jahre zu Brackwasser bzw. marinen Abschnitten verändert haben, kann von einem beinahe vollständigen Verschwinden der Süßwasser-Lebensgemeinschaften gesprochen werden. Die Arten, die gegenüber der hohen und schwankenden Salzbelastung tolerant sind, konnten den Lebensraum besiedeln. Die heutigen Ersatzgesellschaften im Fluss und in der Aue geben ein Zeugnis der jahrzehntelangen Versalzung ab.

Die hohen Salzgehalte haben ebenfalls einen Einfluss auf Bauwerke. So musste zum Beispiel das gesamte Kanalnetz der Stadt Heringen neu aus Kunststoffrohren geschaffen werden, um der aggressiven Wirkung des versalzenen Grundwassers entgegenzuwirken (HÜHN1993). Im Bereich der öffentlichen Wasserversorgung, privaten Haushalten, Kraftwerken, Fischerei sowie Schifffahrt entstehen ebenfalls laufend Schäden in Millionenhöhe durch Korrosion von Rohrleitungen, Erhöhungen von Betriebskosten durch aufwendige Wasseraufbereitungen, Ersatzwasserbeschaffungen und Ertragsminderungen (MÖHLE 1982).

Messprogramme
Messprogramm Werra/Ulster

Das Messprogramm Werra/Ulster besteht seit dem Jahre 1990 und wird von den Ländern Thüringen und Hessen betrieben. Das Messnetz besteht aus neun Messstellen, von denen sich zwei an der Ulster und sieben an der Werra befinden. Die Lage der Messstellen ist der Abb. 3.3.1 zu entnehmen.

Ziel des Messprogrammes Werra/Ulster ist, die Einleitung von Salzabwasser aus der hessischen und thüringischen Kaliindustrie als primäre Ursache der Salzbelastung der Werra und Weser zu überwachen und zu dokumentieren. Die Messstelle Unterbreizbach ist weitgehend salzunbelastet. Sie wird zweimal monatlich von Hand beprobt. Die Messstelle Unterrohn wird täglich von Hand beprobt.

Die übrigen, durch Salz beeinflussten Messstellen werden täglich automatisch beprobt. Aus den Tagesproben werden die Kenngrößen Chlorid und Gesamthärte ermittelt. Die zudem gewonnenen 14-Tages-Mischproben entsprechen zeitlich den Messperioden des ARGE Weser-Messprogrammes und werden auf Sulfat, Hydrogencarbonat-, Kalium-, Natrium-, Calcium- und Magnesiumionen untersucht.

Messprogramm Werra/Ulster, Übersichtskarte der Messstellen

ARGE Weser-Messprogramm
Das Messprogramm der ARGE Weser umfasst neben Chlorid auch die Ionen Sulfat, Kalium, Natrium, Magnesium, Calcium und Hydrogencarbonat.

Gemessen werden diese Ionen in den 14-Tages-Mischproben der Grundmessstellen an Werra, Fulda, Weser und Aller. Sie ermöglichen eine Kontrolle der Entwicklung der Salzeinleitungen. Außerdem sind Kaliumionen bereits in geringen Konzentrationen schädlich für Fische. Die immer wieder auftretenden Fischkrankheiten beruhen u.a. auf einer Schwächung der Fische durch die erhöhten Kaliumgehalte in Werra und Weser.

Als weitere Möglichkeit der Überprüfung der Salzbelastung dient die kontinuierlich gemessene Leitfähigkeit. Bei der derzeit gegenüber anderen Fließgewässern immer noch hohen Chloridkonzentrationen korreliert die Leitfähigkeit gut mit den Chloridgehalten. Nimmt die Chloridkonzentration weiter ab, so wird die Korrelation schlechter, da eine Änderung des pH-Wertes sich wesentlich stärker auf die Leitfähigkeitsänderung auswirkt als die Änderung der Ionenkonzentrationen.

Messergebnisse
Messprogramm Werra/Ulster

Chloridtransporte der Werra und Ulster 1990 - 1999 (Jahresmittelwerte), u.a. bei Widdershausen

Die industriell bedingten Salztransporte der Werra in der Jahresreihe 1990/1999 haben stark abgenommen. Deutlich wird die Reduzierung an der Messstelle Philippsthal (Ulster). Hier erkennt man den Effekt des technischen Salzreduzierungkonzeptes an der Verringerung der Fracht auf etwa 11 kg/s, was sich auch an den Werra-Messstellen Widdershausen und Gerstungen wiederfinden läßt. Die diffusen Einträge aus dem Untergrund (KOORDINIERUNGSAUSSCHUSS SALZABWASSER HESSEN/THÜRINGEN 1994), (DEUBEL 1954), (HOPPE 1962) lassen sich anhand der Differenzen zwischen den Messstellen Unterrohn und Tiefenort sowie zwischen Widdershausen und Gerstungen bestimmen.

Chloridbelastung der Werra durch diffuse Einträge, dargestellt anhand der Differenz der Werramessstellen

Diffuse Chloridbelastung der Werra im Raum Widdershausen/Gerstungen, 1999

Die industriellen Emissionen durch die Kaliwerke ergeben sich aus dem Chloridtransport bei Gerstungen, da sich diese Messstelle unterhalb der letzten Einleitung befindet. Berücksichtigt werden müssen aber noch die diffusen Einträge. Es handelt sich hierbei um Einträge von stark salzhaltigem Wasser, deren Herkunft nicht genau zu lokalisieren, aber größtenteils anthropogenen Ursprungs ist. Deutliche diffuse Einträge lassen sich zwischen Unterrohn und Tiefenort sowie zwischen Widdershausen und Gerstungen messen. Mögliche diffuse Quellen zwischen Tiefenort und Widdershausen lassen sich aufgrund der dort vorliegenden Einleitungsstellen nicht ermitteln. Um die Einleitungen der Kaliwerke zu dokumentieren, müssen die ermittelbaren diffusen Einträge, die sich für 1999 in der Größenordnung um 13 kg/s bewegen, noch von diesen abgezogen werden.

Einträge der Kaliwerke Hattorf, Wintershall und Unterbreizbach, 1999

Gegenüber 1989 wurde die absolute Chloridbelastung der Werra von 209 auf ca. 54 kg/s gesenkt. Seit vielen Jahren hat sich die ökologische Situation erstmals verbessert. Deutlich dokumentierbar sind die Verbesserungen besonders in der Oberweser (Hemeln), wo der Jahresmittelwert für Chlorid im Jahre 1999 bei etwa 600 mg/l liegt. 1998 lag dieser noch bei ca. 800, 1997 bei ca. 1000 mg/l.

Auch 1999 schwankten die Chloridkonzentrationen in der Werra bei Gerstungen noch zwischen 272 und 4436 mg/l Chlorid (Abb. 3.3.6). Dagegen lagen die maximalen Chloridkonzentrationen in den Vorjahren bei 8600 mg/l (1998) und 9200 mg/l (1997). Anhand der Abbildung 3.3.6 läßt sich die Umsetzung des technischen Salzreduzierungskonzeptes gut verfolgen. Während zu Jahresbeginn 1999 noch geringe Chloridkonzentrationen aufgrund der hohe Abflußwerte vorlagen, pendelten sich die Chloridgehalte ab der zweiten Jahreshälfte nach der Inbetriebnahme des Spülversatzes und des Pufferspeichers auf Werte um 2500 mg/l ein. Deutlich erkennbar sind die im Vergleich zu 1998 erheblich geringeren Schwankungen.

Chloridkonzentrationen der Werra bei Gerstungen (Tageswerte, 1998 und 1999)

ARGE Weser-Messprogramm
Das Vorkommen der im Rahmen des ARGE Weser-Messprogrammes gemessenen Ionen Chlorid, Sulfat, Kalium, Natrium und Magnesium stammt zum überwiegenden Teil aus den Einleitungen der Kaliwerke. Eine geogene Grundbelastung ist aufgrund des in diesem Gebiet typischen Untergrundgesteins aber gegeben. Sie liegt für Chlorid an der von den Einleitungen der Kaliindustrie weitgehend unbeeinflussten Messstelle Unterbreizbach/Ulster im langjährigen Mittel bei etwa 20 mg/l und an der Messstelle Unterrohn/Werra bei etwa 70 mg/l.

An der unteren Fulda (ab Wahnhausen), die ebenfalls weitgehend von Salzabwassereinleitungen verschont bleibt, liegen die Werte für Chlorid im Jahresverlauf 1998 zwischen 23 und 93 mg/l. Im Gegensatz dazu weisen Werra und Weser eine flussabwärts fallende Konzentration dieser Ionen auf. Am besten wird dies durch die Chlorid-Ionen-Konzentration dokumentiert.

Im folgenden wird der Jahresgang der Konzentrationen von Chlorid an einigen Messstellen beispielhaft dargestellt. Eine weitere Abbildung verdeutlicht die Abnahme der Chloridkonzentation im Längsprofil der Werra und Weser, die ihre Ursache in der Verdünnung durch den Zufluss von Nebenflüssen hat. Außerdem soll mit Hilfe einer langjährigen Darstellung die schrittweise Verringerung des Chloridtransportes in den letzten Jahren am Beispiel der Messstation Porta dokumentiert werden.

Auf der Abbildung ist zu erkennen, dass die Konzentration an Chlorid in den Sommermonaten bei allen betrachteten Stationen durch den geringen Abfluss höhere Werte erreicht. Die schrittweise Verdünnung durch Zuflüsse und Niederschläge zeigt sich bei den im Flusslauf betrachteten Messstellen. Noch deutlicher wird der Verdünnungseffekt, wenn die Konzentration an Chlorid im Längsprofil betrachtet wird.

Chloridkonzentration in Werra und Weser (1999)

Die Abbildung gibt einen Überblick über den Jahresmittelwert der Chloridkonzentration der ARGE Weser-Messstationen (Grundmessstellen). Die geringe Chloridbelastung der Fulda bei Wahnhausen ist deutlich zu erkennen. Die Chloridbelastung der Aller fällt ebenso relativ gering aus. Der für 1999 ermittelte Jahrestransport liegt bei etwa 12 kg/s. Grund hierfür sind die Einleitungen der niedersächsischen Kaliindustrie.

Chloridkonzentration im Längsprofil von Werra, Fulda und Weser (Jahresmittelwert/Extremwerte aus

Um die Belastung des Weser-Flusssystems mit Chlorid als Leition zu überprüfen und dessen langjährige Entwicklung zu verfolgen, eignet sich die Gegenüberstellung der mittleren Chloridtransporte vergangener Jahre mit dem aktuellen Stand.

Langjähriger Vergleich der Chloridtransporte an der Messstelle Porta/Weser

Aus der Abbildung wird ein abfallender Trend seit Ende der achtziger Jahre deutlich. Während der mittlere Chloridtransport vor etwa 10 Jahren sich noch in der Größenordnung von 200 kg/s bewegte, ist heute eine signifikante Verringerung auf Werte um 70 kg/s an der Messstelle Porta zu verzeichnen. Diese Verringerung der Transporte liegt im wesentlichen an der wirtschaftlichen Situation, die zur Einstellung der Produktion bei den Kaliwerken Merkers und Dorndorf geführt hat sowie in jüngster Zeit an der Umsetzung des technischen Salzreduzierungskonzeptes.

3.3.5 Literatur

ARGE WESER (1982): Weserlastplan, Düsseldorf

ARGE WESER (1989): Aktionsprogramm Weser, Wiesbaden

ARGE WESER (1996): Die Chloridproblematik an Werra und Weser, Hildesheim

ARGE WESER (2000): Folgen der Reduktion der Salzbelastung in Werra und Weser für das Fließgewässer als Ökosystem, Hildesheim

BLASIG, W. (1993): Der Kalibergbau an der Werra, in: Salz in Werra und Weser: Ursachen, Folgen, Abhilfe;

Vorträge der Fachtagung der ARGE Weser am 22. März 1993 in Kassel. (Mitteilungen des Deutschen

Verbandes für Wasserwirtschaft und Kulturbau e.V. , Heft 24) S. 11-19, Bonn

DEUBEL, F. (1954): Zur Frage der unterschiedlichen Abwasserversenkung in der Kaliindustrie.-Abh.

dtsch.Akad.Wiss.Berlin, math.-nat.Kl., Jg. 1954, Heft 3, Berlin

DVWK (1993): Salz in Werra und Weser: Ursachen, Folgen, Abhilfe; Vorträge der Fachtagung der ARGE

Weser am 22. März 1993 in Kassel. (Mitteilungen des Deutschen Verbandes für Wasserwirtschaft und

Kulturbau e.V. , Heft 24), Bonn

HOPPE, W. (1962): Grundlagen, Auswirkungen und Aussichten der Kaliabwasserversenkung im Werra-

Kaligebiet. - Geologie, Jg. 11, S. 1059-1086, Berlin

HÜHN, R. (1993): Die Betroffenheit der Bürger an der Werra, in: Salz in Werra und Weser: Ursachen, Folgen, Abhilfe; Vorträge der Fachtagung der ARGE Weser am 22. März 1993 in Kassel. (Mitteilungen des Deutschen Verbandes für Wasserwirtschaft und Kulturbau e.V. , Heft 24) S. 104-111

KOORDINIERUNGSAUSSCHUSS SALZABWASSER HESSEN/THÜRINGEN (1994): Diffuse Einträge von Salzwasser in die Werra 1994, Erfurt

LIERSCH, K.-M. (1993): Die Entwicklung der Salzfrachten in Werra und Weser, in: Salz in Werra und Weser: Ursachen, Folgen, Abhilfe; Vorträge der Fachtagung der ARGE Weser am 22. März 1993 in Kassel. (Mitteilungen des Deutschen Verbandes für Wasserwirtschaft und Kulturbau e.V. , Heft 24) S. 69-82, Bonn

MÖHLE, K.-A., (1982): Ursachen und Auswirkungen der Salzbelastung der Weser unter besonderer

Berücksichtigung der Wasserversorgung im Wesereinzugsgebiet, Vorstudie auf Anregung der

Arbeitsgemeinschaft der Wasserwerke im Wesereinzugsgebiet im Auftrag des DVGW und BWG

SCHARF, H.-J. (1993): Abwasser und Rückstand bei der Kaliproduktion, in: Salz in Werra und Weser: Ursachen, Folgen, Abhilfe; Vorträge der Fachtagung der ARGE Weser am 22. März 1993 in Kassel. (Mitteilungen des Deutschen Verbandes für Wasserwirtschaft und Kulturbau e.V. , Heft 24) S. 20-35, Bonn

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