Original paper

Die Versenkung der Kaliabwässer im hessischen Anteil des Werra-Kalireviers

Finkenwirth, Alfred

Kurzfassung

Zusammenfassung Im Werra-Kalirevier (Hessen und Thüringen) sind seit dem Jahre 1925 rund 380 Mio. m3 Kaliabwässer - seit 1959 erstmals mehr als 20 Mio. m3/a - in den Plattendolomit (Zechstein 3) versenkt worden. Im hessischen Anteil des Reviers wurden in den letzten Jahren 10 bis 15 Mio. m3/a Kaliabwässer auf diese Weise beseitigt. Die Versenkung wird in Hessen über 12 Schluckbrunnen betrieben, die eine Aufnahmefähigkeit von bis zu 400 m3/h bei maximal 20 bis 30 atü Injektionsdruck aufweisen. Über den unter Meeresniveau liegenden plattigen und kavernösen Kalksteinen des Plattendolomit folgen die gut abdichtenden Oberen Letten und Bröckelschiefer sowie die übrigen Abfolgen des Buntsandstein. Als besonders aufnahmefähig erweisen sich Schluckbrunnen, die am Salzhang oder am Rand irregulärer Salzauslaugungssenken niedergebracht worden sind. Die Kaliabwässer können in diesen stärker aufgelockerten Bereichen aus dem Plattendolomit in den zu Bruch geworfenen Buntsandstein der Subrosionssenken übertreten, in denen zum größten Teil schon versalzene Wässer zirkulieren. Zur Überwachung des Grundwasserchemismus werden allein in Hessen 220 Quellen und Brunnen regelmäßig beobachtet. Als Kriterium für einen Zufluß von Kaliabwässern gilt ein erhöhter Gehalt an Magnesium-Ionen, die in den natürlich versalzenen Wässern gegenüber den Kalzium-Ionen zurücktreten. Im Versenkgebiet Heringen-Widdershausen ist ein Aufstieg der Kaliabwässer auf Störungszonen oder auf Basaltspalten zu beobachten. Die hier im Bereich des Salzhanges austretenden versalzenen Quellen werden offenbar von der Versenkung beeinflußt, sind aber im Hinblick auf Schüttung und ausgestoßene Salzmengen unbedeutend. Ähnliche "Kurzschlüsse" zwischen Versenkleiter und oberflächennahem Buntsandstein sind auch aus Thüringen berichtet worden. In keinem Fall treten hochkonzentrierte Kaliabwässer zu Tage, sondern verdrängte Plattendolomitwässer, manchmal mit wechselnden Anteilen von Kaliabwässern, deren Ableitung in die Vorflut keine Schwierigkeiten macht. Ein merklicher flächenhafter Anstieg der Grenzfläche Süßwasser/Salzwasser ist bisher nicht festzustellen, so daß für das süße Grundwasser keine unmittelbare Gefährdung anzunehmen ist. Es ist sogar denkbar, daß Kaliabwässer auf absteigenden Wegen an die Oberfläche des Salinars gelangt sind und dort einen Solemantel gebildet haben, der der naturgegebenen Ablaugung Einhalt gebietet. Im Großen gesehen erfolgt die Auffüllung des Plattendolomit-Reservoirs im Bereich des Salzhanges zwischen Hönebach und Gerstungen planmäßig. Hier lassen sich weitere Laugenmengen unterbringen, die in Relation zur Lebensdauer der Kaliwerke stehen. Im Versenkbereich Philippsthal ist auf dem Gebiet der Bundesrepublik Deutschland im oberflächennahen Grundwasser überhaupt keine Auswirkung der Versenkung zu beobachten. Eine mehrfach von Herrn Dr. SEIFERT aufgestellte Chloridbilanz der Werra hat gezeigt, daß auf der Flußstrecke Bad Salzungen-Gerstungen auch keine unkontrollierten Chloridzugänge von nennenswerter Größenordnung erfolgen. Im Hinblick auf die in den letzten Jahren stark angestiegenen Versenkmengen wird eine genauere Bilanzierung der Versenkräume angestrebt, um eine übermäßige Inanspruchnahme bestimmter Versenkräume frühzeitig zu erkennen und schädliche Auswirkungen auf das nutzbare Grundwasser und das Werrawasser zu vermeiden. Die Versenkung im Werra-Kalirevier - wohl das großartigste Beispiel von Abwasserversenkung überhaupt - hat sich bisher bewährt und ist zur Zeit noch die wirtschaftlichste Methode zur Beseitigung der Kaliabwässer.

Abstract

Since 1925 in the Werra potash region (Hessia und Thuringia) almost 380 million m3 (497 million cu. yds.) of waste brines have been disposed of by deep wells sunk into the "Plattendolomit" (Permian, Zechstein 3). For the first time, since 1959, more than 20 million m3 (26 million cu. yds.) per year have been pumped underground, in the Hessian part of the potash region alone 10 to 15 million m3 (13 to 19,5 million cu. yds.) per year. In Hessia, 12 injection wells are in operation. They have a capacity of up to 400 m3 per hour (4 cu. ft. sec.) with a maximum pump-in-pressure of 20 to 30 atü (284,4 to 426,6 psi). The platy and cavernous limestones of the "Plattendolomit" lie below sea-level. Shales with a very low permeability ("Obere Letten" and "Bröckelschiefer") succeed. These shales are overlain by the different successions of the "Buntsandstein" (Triassic). Especially sucessful have been those injection wells, which are situated a) at the "Salzhang" - the recent boundary of the saline strata, resulting from the solutionary activity of the groundwater, or b) at the margins of subsiding areas caused by the subterranean solution within the area of present occurence of rook salt. In these areas the waste brines can easily leave the "Plattendolomit" and enter into the broken-up "Buntsandstein", where already brackish to saline waters are circulating. In order to control the composition of the groundwater, in Hessia alone 220 springs and wells are being observed regularly. The inflow of waste brines is recognised by an increased proportion of magnesium ions compared to calcium ions, which are less abundant in saline waters of natural origin. In the "Salzhang" area of Heringen-Widdershausen an upflow of waste brines can be perceived on fault zones or along basalt dikes affecting several springs. With regard to the outflow and the output of sodium chloride, these springs are not important. They indicate, however, the possibility of shortcuts between the receiver of the disposed brines and the "Buntsandstein" near the surface. Similar observations have been reported from Thuringia. Highly concentrated waste brines have so far never reached the surface. Only saline waters of natural origin with varying proportions of waste brines flow out. The disposal into the river Werra provides no difficulty. There are no observations so far to indicate an elevation of the boundary zone fresh water/saline water over a larger area. Thus there does not seem to be any imminent danger for the fresh groundwater. On the contrary, it might be possible that the waste brines reach the surface of the saline strata to form a highly concentrated cap inhibiting further solution. Generally speaking, the storage of waste brines in the "Plattendolomit" reservoir along the "Salzhang" between Hönebach and Gerstungen is working according to plan. There is ample space for further disposal of waste brines. The capacity of the receiving strata stands in relation to the expected operational life of the potash mines. In the Philippsthal area the groundwater circulating near the surface is in no way affected by the deep well disposal. Dr. SEIFERT has several times put up an account of the amount of chlorides in the river Werra between Bad Salzungen and Gerstungen. An uncontrolled increase of chloride ions of any notable size could not be proved. With regard to the highly increased disposal of waste brines within the last years it is planned to achieve a more accurate knowledge of the capacity of the respective reservoirs. This will ensure an early recognition of any excessive use of certain disposal regions, thus eliminating damaging effects on the fresh groundwater and the water of the river Werra. The underground storage of the waste brines in the Werra potash region is one of the outstanding examples of waste disposal by deep wells. Up to now it has proved to be the most economical method.