Stauanlagen unterbrechen die Durchgängigkeit von Fließgewässern. In geogen und montan belasteten Einzugsgebieten wie am Berthelsdorfer Hüttenteich führt dies zur Ablagerung von sulfidisch-silikatischen Sedimenten, welche mit Metall(oid)en (Al (maximal 30.400 mg/kg Trockenmasse), Fe (26.100 mg/kg), Pb (2.400 mg/kg), Zn (1.700 mg/kg), Cu (158 mg/kg), As (135 mg/kg), Cd (18 mg/kg)) angereichert sind. Da diese subhydrischen Sedimente den Stauraum reduzieren und damit die Funktionsfähigkeit der Stauanlagen gefährden, müssen sie aus dem Staukörper entfernt und im besten Fall einer Verwertung zugeführt werden.

Strategien zum Sedimentmanagement erfordern eine repräsentative Probennahme und chemische Charakterisierung des Sedimentkörpers. Das Prozessverständnis zur chemischen Bindung und Desorption der Metall(oid)e ist entscheidend für die Bestimmung der Mobilisierbarkeit. Davon hängt die Wahl geeigneter Verwertungs- und Aufbereitungsoptionen ab.

Um ein repräsentatives hochauflösendes Verständnis über die Lithologie sowie die räumliche Verteilung der Metall(oid)konzentration und -bindung in-situ zu erhalten, wurden tauchergestützt Einzel- und Mischproben entnommen, Eluatkonzentrationen (As, Ca, Cd, Co, Cu, Mg, Mn, Ni, Pb, Sb, Sn, Zn) bestimmt sowie korngrößenabhängig eine sequentielle Extraktion (Al, As, Ca, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mg, Mn, Mo, Ni, Pb, Sb, Zn) durchgeführt. Zur Charakterisierung der Desorptionskinetik der Metall(oid)e unter veränderten Bedingungen, wie sie z. B. ex-situ auf Schuttkörpern während der Drainierung der subhydrischen Sedimenten unter natürlichem Niederschlag als Teil einer Aufbereitungsmaßnahme auftreten, wurden im Labormaßstab Perkolationsversuche durchgeführt. Diese simulieren die Mobilisierung der Metall(oid)e durch Niederschlagswasser in einem Zeitraum von 1,5 Jahren, bestehend aus drei gravitativ induzierten Perkolationsphasen (12 h bis 24 h) und zwei Trockenphasen (24 h bis 36 h).

Die metall(oid)spezifischen Bindungsverhältnisse unterscheiden sich lateral nicht. Während die massedomierenden Metalle (Al, Fe, Mg) hochanteilig residual gebunden sind, sind nicht-massedominierende Metall(oid)e (z. B. As, Cd, Co, Cu, Ni, Pb, Zn) zu 31 % bis fast 100 % nicht-residual gebunden. Mit der Tiefe werden die nicht-residualen Konzentrationen aufgrund früherer Lösungsprozesse und zunehmenden reduzierenden Bedingungen abgereichert. Mit der Tiefe abnehmende Eluatkonzentrationen bestätigen dies. Die geringen Metall(oid)konzentrationen im Oberflächenwasser leiten eine langsame in-situ-Desorptionskinetik der Metall(oid)e zwischen Sediment und Oberflächenwasser ab. Hohe Eluatkonzentrationen von Zn (maximal 19 mg/l), Cd (212 µg/l), Ni (128 µg/l), Pb (118 µg/l), As (20 µg/l) und Sulfat (310 mg/l) zeigen jedoch im Lösungsgleichgewicht eine hohe potentielle Mobilisierbarkeit. Perkolierendes Niederschlagswasser löst mit dem First Flush signifikante Mengen an Metall(oid)en aus dem Sediment, welche die Eluatkonzentrationen übersteigen. Mit Ausnahme von As folgen dem First Flush exponentiell abnehmende gelöste Metall(oid)konzentrationen. Anschließende Trocken- und Perkolationphasen können zu einer kurzzeitigen Erhöhung der Konzentrationen führen.

Die Studie zeigt die Notwendigkeit von standortabhängigen Untersuchungen zur Desorptionskinetik von Metall(oid)en in subhydrischen Sedimenten, um die natürliche Mobilisierbarkeit dieser potentiellen Schadstoffe sowohl in-situ als auch im Rahmen von Aufbereitungsmaßnahmen ex-situ einzuschätzen.