Beprobung und Analyse von Salzlösungen
in der Schachtanlage Asse II im Jahr 2019
Auftraggeber:BGE Bundesgesellschaft für Endlagerung mbH
Eschenstraße 55
31224 Peine
Projektname:Beprobung und Analyse von Salzlösungen in der
Schachtanlage Asse II im Jahr 2019
Projektnummer:190920-02
Auftragnehmer:IAF-Radioökologie GmbH
Autor:Dr. rer. nat.
Dr. rer. nat. habil.
Radeberg, den 24.07.2020
Geschäftsführer
Wilhelm-Rönsch-Str. 9
01454 Radeberg
Tel. +49 (0) 3528 48730-0
Fax +49 (0) 3528 48730-22
E-Mail info@iaf-dresden.de
Geschäftsführer:
Dr. rer. nat. habil. Hartmut Schulz
Dr. rer. nat. Christian Kunze
Dipl.-Ing. (BA) René Baumert
Handelsregister: HRB 9185
Amtsgericht Dresden
Bankverbindung:
HypoVereinsbank Dresden
IBAN: DE92 8502 0086 5360 1794 29
SWIFT (BIC): HYVEDEMM496
Beprobung und Analyse von Salzlösungen in der
Schachtanlage Asse II im Jahr 2019
Inhalt
1
2
3
Einleitung .................................................................................................................... 8
Zielstellung ............................................................................................................... 10
Probenahmestellen und Messprogramm................................................................... 11
3.1Vorbemerkung....................................................................................................... 11
3.2
3.3Überblick über die Probenahmestellen .................................................................. 11
Radiologische Untersuchungen ............................................................................. 27
3.4Chemische Untersuchungen ................................................................................. 32
Durchführung der Probenahme ................................................................................. 33
4
5
Messverfahren der chemischen und radiologischen Untersuchungen ....................... 35
5.1
Vorbemerkung....................................................................................................... 35
5.2
Messverfahren zur chemischen Analyse ............................................................... 35
5.3
Messverfahren zur radiologischen Analyse ........................................................... 36
5.3.1 Verfahren zur gammaspektrometrischen Bestimmung ....................................... 36
5.3.2
5.3.3
6
Radiochemische Messverfahren ........................................................................ 36
Qualitätssicherung ............................................................................................. 37
Ergebnisse der chemischen Analysen ...................................................................... 37
6.1
Vorbemerkung zu den chemischen Analysen ........................................................ 37
6.2
6.3
6.4
6.5
6.6Dichtebestimmung der Salzlösungen .................................................................... 37
Natrium ................................................................................................................. 39
Kalium ................................................................................................................... 40
Magnesium ........................................................................................................... 42
Chlorid................................................................................................................... 43
6.7
6.8
6.9
6.10
6.11Sulfat ..................................................................................................................... 45
Ammonium ............................................................................................................ 46
Nitrat ..................................................................................................................... 47
Ammonium-Stickstoff und Nitrat-Stickstoff ............................................................. 48
Eisen-II und Eisen-III ............................................................................................. 50
6.12
6.13
Kaliumhexacyanoferrat .......................................................................................... 50
Diskussion der Ergebnisse der chemischen Analysen ........................................... 52
7
Ergebnisse der radiologischen Laboranalysen von den Salzlösungen ...................... 56
7.1
Radiologische Messergebnisse ............................................................................. 56
7.1.1Vorbemerkung zu den radiologischen Messergebnissen ................................... 56
7.1.2
7.1.3Tabellarische Zusammenstellung der radiologischen Messwerte ....................... 56
Diskussion der radiologischen Messergebnisse ................................................. 64
7.2
8Qualitätssicherung der Messwerte durch das BfS ................................................. 94
Zusammenfassung und Schlussfolgerungen ............................................................ 97
9Literaturverzeichnis ................................................................................................... 99
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Beprobung und Analyse von Salzlösungen in der
Schachtanlage Asse II im Jahr 2019
Tabellenverzeichnis
Tabelle 1:
Übersicht über die jeweiligen Bild-Nummern zu den Probe-Nummern mit
Datum der Probenahme und Zuordnung zu den Entnahmestellen der Asse. . 12
Tabelle 2:Übersicht über die zu bestimmenden Radionuklide in den Salzlösungen der
Schachtanlage Asse II ................................................................................... 29
Tabelle 3:Übersicht über die zu bestimmenden künstlichen Radionuklide in den
Salzlösungen der Schachtanlage Asse II und den Schächten ....................... 30
Tabelle 4:Wie Tabelle 3, jedoch für die natürlichen Radionuklide .................................. 31
Tabelle 5:Analyse von chemischen Parametern in Salzlösungen der Schachtanlage
Asse II ........................................................................................................... 33
Tabelle 6:Chemisch-physikalische Parameter der Salzlösungen während der
Probenahme .................................................................................................. 34
Tabelle 7:Tabelle 8:
Tabelle 9:
Tabelle 10:Zusammenstellung der relevanten Radionuklidkonzentrationen in
Salzlösungen und in Grundwässern (H-3, C-14 und K-40), gemessen in
Bq/l, eine vollständige Zusammenstellung aller Messwerte mit den
entsprechenden Messunsicherheiten befindet sich in dem Anhang B............ 57
Wie Tabelle 7, jedoch für Co-60, Sr-90, Tc-99 und Cs-137 ............................ 58
Wie Tabelle 7, jedoch für Ni-63, Pu-238, Pu-239/240 und Am241 ................. 59
Wie Tabelle 7, jedoch für Pb-210, Po-210, Ra-224, Ra-226 und Ra-228 ....... 60
Tabelle 11:
Tabelle 12:
Tabelle 13:Wie Tabelle 7, jedoch für Th-232, Th-230 und Th-228 ................................... 61
Wie Tabelle 7, jedoch für U-238, U-235 und U-234 ....................................... 62
Wie Tabelle 7, jedoch für Ra-228 und Th-228................................................ 63
Tabelle 14:Tabelle 15:Zu bestimmende künstliche Radionuklide nach radiochemischer
Präparation .................................................................................................... 74
Ergebnisse der C-14(anorganisch) Analysen ................................................. 77
Tabelle 16:Ergebnisse der C-14(gesamt) Analysen ........................................................ 77
Tabelle 17:Chemisch-physikalische Parameter der 2 Zusatzproben aus den
Grundwassermess-stellen der Schächte Asse 1 und Asse 3 ......................... 92
Tabelle 18:Ergebnisse der Radionuklidanalysen der 2 Zusatzproben aus den
Grundwassermessstellen der Schächte Asse 1 und Asse 3 (S1 und S3)....... 93
Tabelle 19:Vergleich der Analysenergebnisse von IAF und BfS im Rahmen der
Messungen zur Qualitätssicherung für die Proben von den Messstellen L
658008, P 725019 und P 750043 in Bq/l........................................................ 95
Tabelle 20:Wie Tabelle 19, jedoch für die Proben von den Messstellen P50084,
P750185 und P750189 in Bq/l ....................................................................... 96
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Das Projekt "Einfluss des Redoxpotentials auf die Wertigkeit und Löslichkeit von eisenkomplexierten Cyaniden in Böden" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Köln, Fachgruppe Geowissenschaften, Geographisches Institut durchgeführt. Cyanide treten in belasteten Böden und Grundwässern vorwiegend als Eisencyankomplexe auf. In der Festphase liegen sie als Eisencyan(II)komplex (FeII(CN)6), vor. Demgegenüber ist unbekannt, wie nach Auflösung dieser Festphasen die Verteilung der reduzierten, (FeII(CN)6)4-, zur oxidierten, (FeIII(CN)6)3-, Spezies in der Bodenlösung und im Grundwasser ist. Bislang wurde diese Verteilung mittels geochemischer Programme unter Annahme eines chemischen Gleichgewichtes über das Redoxpotential berechnet, aber nie analysiert. Ein Ziel dieser Untersuchung ist zu klären, in welcher Oxidationsstufe die Eisencyankomplexe in belasteten Sickerwässern vorliegen und welche Abhängigkeiten zum pH-Wert und Redoxpotential bestehen. In einem zweiten Schritt soll der Einfluss des Redoxpotentials auf die Löslichkeit von Eisencyankomplexen in Bodensuspensionen mittels biogeochemischer Mikrokosmen, die eine Steuerung des Redoxpotentials erlauben, untersucht werden. Teilziel ist es hierbei, den Einfluss reduzierender Bedingungen auf die Eisencyankonzentrationen zu klären, denn Fällungen definierter Mangan(II)- und Eisen(II)cyanverbindungen sind infolge reduktiver Auflösung von Mangan(III,IV)- und Eisen(III)oxiden möglich. Die Ergebnisse des Projektes sollen es ermöglichen, das Verhalten und die Löslichkeit von potentiell toxischen Eisencyankomplexen in Böden besser zu verstehen.
Das Projekt "Entwicklung eines Kombinationsverfahrens zur chemisch-biologischen Behandlung cyanidbelasteter Abwässer" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Enretec Polychemie, Entsorgungs- und Recyclingtechnik durchgeführt. Das Ziel des Projekts war der Vergleich von verschiedenen oxidativen Verfahren, im Hinblick auf den Cyanidabbau. Des weiteren sollten Moeglichkeiten einer biologischen Behandlung zum Abbau schwach belasteter Cyanidabwaesser untersucht werden, um ein zweistufiges Verfahren zu entwickeln. Von besonderem Interesse war die Oxidation von komplex gebundenem Cyanid, welches mit den bisher ueblichen Verfahren kaum abgebaut werden kann. Es konnte gezeigt werden, dass die elektrolytische Oxidation mit ss-Bleidioxid-Elektroden und die Verwendung von UV-aktiviertem Wasserstoffperoxid die einzigen Verfahren sind, um Schwermetall-Cyano-Komplexe (von Eisen, Nickel, Kobald, Chrom und Gold) vollstaendig zu entgiften. Es wurden einige Katalysatoren untersucht und in Kooperation mit mehreren Galvaniken Versuche an realen Abwasserproben gemacht, mit sehr positiven Ergebnissen. In der Biologie wurden mehrere Bakterienstaemme untersucht, auch hier konnten stabile Komplexe wie Kaliumhexacyanoferrat(II) abgebaut werden. Zur Adaption der Mikroorganismen wurden cyanidhaltige Naehrboeden verwendet.
Das Projekt "Stabile Kohlenstoff- und Stickstoffisotope zur Herkunftsbestimmung von Cyanid in Hexacyanoferrat(II)-Komplexen in belasteten Böden und Abfällen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Köln, Fachgruppe Geowissenschaften, Geographisches Institut durchgeführt. Infolge vielfältiger menschlicher Aktivitäten können Böden, Sedimente und Grundwässer mit Cyaniden (CN) belastet sein. In Mitteleuropa stellen Standorte ehemaliger Gaswerke und Zechenkokereien die wichtigste CN-Quelle dar. Daneben treten Cyanide in Hochofengasschlämmen, Streusalzen und Papier-Deinkingschlämmen auf. Gemein ist allen Substraten, dass die Cyanide fast ausschließlich als potenziell toxische Eisencyan(II)komplexe,(FeII(CN)6), vorliegen. In industriellen Ballungsräumen kommen ehemalige Kokereistandorte und Hochofengasschlamm-Deponien oft auf engem Raum nebeneinander vor. Mittels herkömmlicher chemischer Verfahren ist es nicht möglich, den Verursacher von dort auftretenden CN-Grundwasserschäden zu ermitteln. Weil sich zum einen die Stickstoff- und Kohlenstoffquellen im Hoch- und Koksofen unterscheiden und zum anderen die physikochemischen Prozessbedingungen verschieden sind, gibt es durch den Einsatz der stabilen Isotopentechnik theoretisch die Möglichkeit, die zwei CN-Quellen voneinander zu unterscheiden. Ausgehend von einem Fallbeispiel im Ruhrgebiet soll in dem Forschungsprojekt geklärt werden, wie die stabilen Kohlenstoff- und Stickstoff-Isotopensignaturen von Eisencyankomplexen unterschiedlicher industrieller Herkunft sind. Die resultierende Datenbasis soll ermöglichen, aus der stabilen Isotopensignatur auf die Herkunft von Eisencyankomplexen und anderen Cyanidverbindungen in der Umwelt zu schließen. Dazu werden cyanidbelastete Böden und verschiedene Abfälle untersucht.
Das Projekt "HKW-Emissionsminderung - Teilvorhaben 2: Entwicklung und Erprobung hochwirksamer Nassoxidationsverfahren" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von GOEMA GmbH - Physikalisch chemische und biologische Verfahren durchgeführt. Verfahren zur Elimination von toxischen Halogenkohlenwasserstoffen, Schadstoffen wie Komplexbildner, stabile Metallkomplexe, Hexacyanoferrate und Rest-CSB durch Oxidation ohne Entstehung anderer Umweltprobleme sind nicht bekannt. Das vorliegende Verfahren soll die Oxidationswirkung von Sauerstoffverbindungen bzw Sauerstoff bei gleichzeitiger Einwirkung von Strahlung und/oder Katalysatoren und/oder anderer Einfluesse derartig erhoehen, dass Halogenkohlenwasserstoffe (CKW, AOX) in Halogenwasserstoffsaeuren, die sich mit Alkalien neutralisieren lassen, und organische Reste gespalten werden. CSB wird ebenfalls abgebaut. Dies gilt auch fuer Komplexbildner und sehr stabile Metallkomplexe (Hexacyanoferrate, EDTA-Komplexe ua). Durch Einsatz von Sauerstoffverbindungen (Wasserstoffperoxid) und aktivem Sauerstoff (anodisch entwickelt, katalysiert) wird die Bildung von CKW und AOX, die bei Einsatz von Chlor als Oxidationsmittel entstehen, vermieden. Eine Aufsalzung durch das Oxidationsmittel oder eine Belastung anderer Umweltbereiche erfolgt nicht.