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Die Grundwasserstände unterliegen in den Gebieten des Braunkohlenbergbaus permanenter, bergbaulich bedingter Veränderung. Im Einflussbereich der aktiven Braunkohlentagebaue überwiegen sinkende - im Bereich der ehemaligen Tagebaubereiche nach Einstellung der Wasserhaltungsmaßnahmen dagegen steigende Grundwasserstände. Der Grundwasserwiederanstieg im Verantwortungsbereich der LMBV mbH ist schon weit vorangeschritten aber noch nicht überall abgeschlossen. Im Zuge der Auswertung von regelmäßig durchgeführten Präzisionsnivellements wurden in den gewachsenen Randbereichen der in Flutung befindlichen Tagebauseen Hebungen festgestellt, die in ihrer räumlichen Ausdehnung und dem Betrag mit den Ergebnissen der Beobachtungen der Grundwasserstände korrelieren. Rückblickend werden die Zusammenhänge zwischen Grundwasserwiederanstieg und Hebungen des gewachsenen Bodens anhand von Beispielen von bereits gefluteten Tagebauseen aus dem Mitteldeutschen Braunkohlenrevier betrachtet. Die festgestellten Hebungen vollziehen sich längerfristig über mehrere Jahre. Die Hebungsbeträge erreichen maximale Werte von einigen Zentimetern - erreichen aber nicht die Beträge der früheren sümpfungsbedingten Senkungen. Schädliche Auswirkungen auf Bauwerke durch grundwasserwiederanstiegsbedingte Hebungen waren nicht zu erwarten und sind auch nicht eingetreten. / Water tables in lignite mining areas are characterized by a permanent mining-related variation. In the sphere of influence of the active lignite mines preponderates decreasing – in reach of the abandoned lignite mining areas in contrast increasing water tables. The groundwater resurgence within the areas of responsibility of LMBV mbH is widely pro-ceeded but yet not completed in all areas. In the course of the evaluation of regularly conducted precision levellings uplifts were detected in the natural boundary areas of post-mining lakes still in flooding progress. These uplifts correlate in their regional/areal dimension and magnitude with the results of the water tables. The coherence between groundwater resurgence and the uplifts will be examined retrospectively based on examples of flooded post-mining lakes from the mining area around the cities of Leipzig and Halle. The observed elevation take place over some years. The elevation amount reaches maximum values of a few centimeters, but doesn’t reach the amount of the former drainage caused subsidence. Adverse effects on buildings by groundwater resurgence caused elevation were not expected and didn’t occur so far.

Mittels künstlichen neuronalen Netzen wurden die in den rekultivierten Tagebaukippen im Nordraum Lausitz (Tagebaue Schlabendorf und Seese) auftretenden Geländedeformationen infolge Bodenverflüssigung für die Jahre 2009 - 2013 als Zeitreihe modelliert. Das Modell ist in der Lage, grob die zeitliche Entwicklung und exakt die räumliche Lage des in den Kippen auftretenden Gefährdungspotenzials nachzuvollziehen und als Funktion des sich ändernden Grundwasserspiegels und der sich ändernden Oberflächenmorphologie in die Zukunft zu prognostizieren. Das Modell zeigt dynamisch das Entstehen neuer Risikoflächen in bisher scheinbar stabilen Bereichen des Untersuchungsgebietes. Die Korrektheit des Modells wurde mittels verschiedener Tests geprüft sowie anhand einer Prognoserechnung für das Jahr 2014 und des Vergleichs mit den real in 2014/2015 gegangenen Ereignissen nachgewiesen. Folgende Gefährdungsfaktoren wurden ermittelt: Destabilisierend wirken eine möglichst einförmige Lithologie folgender Zusammenset-zung: 31 % Feinsand, 34 % Mittelsand, 31 % Grobsand, 3 % Schluff, < 1 % Kies, < 1 % Kalk, < 1 % Ton, < 1 % Kohle, kf-Werte zwischen 10-4 und 10-4,5 m/s, ein Grundwasserflurabstand bei 3,45 m (Medianwert), möglichst hohe Gradienten der nicht lithologisch kontrollierten Parameter: Tagebauoberfläche, Grundwasseroberfläche, Grundwasserflurabstand und Mächtigkeit der gesättigten Kippe. Stabilisierend wirken vor allem eine möglichst große Heterogenität der Lithologie auf kleinem Raum (möglichst hohe Gradienten der lithologisch kontrollierten Parameter (z.B. Kiesgehalt, Sandgehalt, Tongehalt, Kohlegehalt)), ein möglichst geringer Sandanteil, möglichst hohe Anteile an Kies, Schluff, Ton, Kalk, bzw. Kohle, ein möglichst großer Grundwasserflurabstand sowie möglichst geringe Gradienten der nicht lithologisch kontrollierten Parameter: Tagebauoberfläche, Grundwasseroberfläche, Grundwasserflurabstand, Mächtigkeit der gesättigten Kippe sowie wechselnde kf-Werte 10-7 bzw. >10-2 m/s. Für die Bearbeitung wurden ausschließlich die bei der LMBV vorhandenen bzw. laufend flächendeckend erhobenen Daten genutzt: Lage des Grundwasserspiegels, Relief der Tagebauoberfläche, Liegendes der Kippe, geologische Daten der Vorfeldbohrungen. Das Modell kann als dynamisches Instrument zum Risikomanagement vor bzw. während der Sanierungsmaßnahmen genutzt werden. Mittels der Variation der prozesskontrollie-renden Parameter können die geotechnischen Auswirkungen verschiedener Sanierungsszenarien (z.B. Gestaltung der Tagebauoberfläche, Schüttung der Kippen, Grundwasseranstieg) auf die Stabilität der Kippen prognostiziert werden. / Geotechnical events (terrain deformation due to soil liquefaction) in lignite mining waste rock piles of the northern Lausitz area (opencast pits Schlabendorf and Seese), have been modeled as time series for the years 2009 – 2013 by using artificial neural networks. The model has clearly recognized the influences of various lithological and non-lithological controlled parameters on the occurrence of geotechnical events, and these have been quantified and weighted in terms of their importance. The model is able to predict the tem-poral evolution and the exact spatial location of the events occurring in the dumps as a function of changing groundwater levels and surface morphology. The model shows dynamically the emergence of new risk areas in hitherto seemingly stable areas. The correctness of the model was confirmed by means of various tests and its predictive success was demonstrated through forecasting of events for the years 2014 and 2015 and their comparison with the observed events of those years. The following main risk factors were identified: Important destabilizing factors are a monotonous lithology with the following composition: 31% fine sand, 34% medium sand, 31% coarse sand, 3% silt, <1% gravel, <1% lime, <1% clay, <1% coal, kf-values between 10-4 and 10-4.5 m/s, a surface to groundwater distance of 3.45 meters (median value), high gradients of non-lithological controlled parameters: waste dump surface, groundwater level, depth to groundwater and thickness of saturated dump. 2. Important stabilizing factors are a high heterogeneity of lithology (high gradients of the lithological controlled parameters: e.g. gravel content, sand content, clay content, carbon content), a low proportion of sand in the dump composition, high proportions of gravel, silt, clay, lime, or coal, a high depth to groundwater, low gradients of non-lithological controlled parameters: open pit surface, groundwater surface, depth to groundwater, thickness of saturated dump, strongly changing kf values between 10-7 and 10-2 m/s. The model can be used as a dynamic tool for risk management before and during the re-habilitation of lignite waste dumps, and for constructing stable waste dumps. By means of varying the model parameters (e.g. design of the dump surface, composition of dumped rocks, rising groundwater) the geotechnical effects of dump design and remediation scenarios can be predicted.

Lipidy v půdě vykazují poměrně vysokou resistenci k biodegradaci, mohou proto tak zajistit informace o zdrojích organické hmoty a diagenetických procesech. Půdní organická hmota je vysoce heterogenní a vyskytují se v ní různé dynamické systémy. Vztahy mezi těmito systémy a molekulární strukturou ještě nejsou úplně známy. Analýza lipidů a bitumenu byla provedena u dvou vzroků (rašelina a lignit). Množství skupin sloučenin (volné uhlovodíky a volné ketony, vázané alkoholy, vázané mastné kyseliny, vázané -hydroxy kyseliny, volné dikyseliny a polycyklické sloučeniny) bylo idetifikováno pro oba vzorky a jejich distribuce byly určeny. GC/MS analýza volných a vázaných lipidů zjistila jejich různé zdroje během chemické degradace. Některé podobné znaky mohou být znakem uchovávání části vosků a suberinu z vyšších rostlin (dlouhé řetězce vázaných mastných kyselin). Velké rozdíly v molekulárním složení lipidů byly pozorovány mezi vzorky, dokládající význam studia lipidů z mladého sedimentu (rašelina) a starého (lignit).

Tato práce představuje pilotní studii testující souvislosti mezi biologickými vlastnostmi a strukturou huminových kyselin extrahovaných z původního a modifikovaného jihomoravského lignitu, důl Mír, Mikulčice. V první části práce byly testovány metody vhodné ke zvýšení výtěžku huminových kyselin extrahovaných z lignitu. Oxidace lignitu v plynné fázi nepřinesla uspokojivé zvýšení výtěžku a byla instrumentálně poměrně náročná. Dále proto byla zkoumána jen oxidace v kapalné fázi a modifikace nízkomolekulárními organickými kyselinami. Modifikace organickými kyselinami byla inspirována procesy podporujícími biologické funkce v rizosféře, t.j. kořenový systém vylučuje exudáty způsobující změny v supramolekulové struktuře okolní organické hmoty čímž zlepšuje její mobilitu a prostupnost buněčnými stěnami. Primární struktura huminových kyselin připravených v této práci byla zkoumána prostřednictvím elementární analýzy a spektrálních metod (13C CPMAS NMR, EPR a UV-VIS spektroskopie). Navzdory tomu, že primární struktura vykazovala jen malé rozdíly, měření biologické aktivity a genotoxického potenciálu prokázalo, že huminové kyseliny a jejich humáty získané z lignitu s rozdílnou předúpravou vykazují odlišnou bioaktivitu. Proto byla dále zkoumána supramolekulární struktura vzorků ve zředěných roztocích, a to prostřednictvím vysokoúčinné vylučovací chromatografie, měření ultrazvukové rychlosti a hustoty. Testovány byly dva různé protionty – draselný a amonný. Získané výsledky potvrdily předpoklad, že pozorované změny v kvalitě humátů jsou závislé na protiiontu, koncentraci humátu v roztoku a také na metodě předúpravy původního lignitu. Obě zvolené metody předúpravy lignitu prokázaly svůj potenciál produkovat huminové kyseliny s rozmanitými biologickými vlastnostmi, aplikovatelné v zemědělství, životním prostředí a potenciálně i ve farmakologii.

This work deals with the study of organic matter in the South Moravian lignite using the available physico-chemical methods and the results obtained are eventually considered for non-energy applications of lignite. Lignite organic matter was studied by degradation methods, which included CuO oxidation, thermochemolysis with TMAH and DFRC method. Special attention was paid to the lignite oxidation with hydrogen peroxide, which was carried out under different reaction conditions (time and temperature). Thermal degradation was performed in an inert atmosphere in order to observation of chemical change of lignite (including lignite after extraction with chloroform, demineralised lignite, remineralised lignete) during pyrolysis by means of various methods, especially TG-FTIR for analysis of gaseous products and FTIR for analysis the residual lignite after pyrolysis. Further, water-soluble fractions from lignite were characterized, particularly in terms of the content of organic substances.

Der Bericht beschreibt ein neues, flexibles und deutschlandweit einmaliges Bewertungsinstrument für die Rohstoffe Steine und Erden sowie Braunkohle. Es ermöglicht, die sächsischen Braunkohlen nach unterschiedlichen Kriterien miteinander zu vergleichen und ihre Eignung für eine stoffliche Veredlung oder eine energetische Nutzung zu beurteilen. Mit Hilfe der Rohstoffbewertung können die Bau- und Sicherungswürdigkeit von Steine- und Erden sowie Braunkohlenvorkommen berechnet und kartografisch dargestellt werden. Durch die Variabilität der Bewertungsparameter und durch räumliche Auswahlmöglichkeiten sind verschiedene Betrachtungsvarianten möglich.

Erstmalig wird in dieser Bergbaumonografie die Sparte Braunkohlenbergbau einer größeren Region (Südraum Leipzig) zusammenfassend abgehandelt. Dabei kam es dem umfangreichen Autorenkollektiv unter Leitung von Dr. Andreas Berkner vorrangig auf eine ausgewogene Darstellung der Entwicklung, der aktiven Gewinnung und Aufbereitung sowie der weitgehend sanierten Hinterlassenschaften der Braunkohlenindustrie dieses Raumes an. Zu den entwicklungsgeschichtlich positiven Seiten des Braunkohlenbergbaus zählen u.a. - die Entwicklung des Braunkohlenbergbaus ab Mitte des 19. Jahrhunderts, seine Rolle als Katalysator für die Industrialisierung Mitteldeutschlands; - die Einführung von wichtigen technischen Innovationen in der Kohleveredlung (Brikettierung, Verstromung, Verschwelung, Hydrierung), die teilweise Hochtechnologien ihrer Zeit verkörperten; - die Tatsache, dass bis zu 35 000 Menschen im Südraum Leipzig in diesem Industriezweig Lohn und Brot fanden, indem sie zur landesweiten Energieversorgung beitrugen; - dass seit 1990 Wege gefunden wurden, bedarfsentsprechende und akzeptanzfähige Bergbaufolgelandschaften zu entwickeln und zu gestalten. Unübersehbar sind jedoch auch die Hinterlassenschaften des Braunkohlenbergbaus, die u.a. - in der Gewinnung von über 3 Mrd. t Kohle und rund 10 km³ Abraummassen bestehen; - sich in der Überbaggerung von rund 250 km² Gesamtfläche mit »gewachsenem« Boden auswirkte; - den Gebietswasserhaushalt mit einer Grundwasserabsenkung auf über 500 km² und bis zu 70 m Tiefe nachhaltig beeinflusste und - das Siedlungsnetz aufgrund der ca. 70 Komplett- und Teilortsverlegungen mit rund 23.000 betroffenen Menschen schwer beeinträchtigte, was das Gebietsimage langzeitig negativ beeinflusste.

Lignite is still one of the most important energy sources in Germany. In 2017, \SI{24.4}{\percent} of the net electricity production was generated by lignite-fired power plants. The operation of lignite-fired boilers faces challenges such as emission control and slagging and fouling issues. Slagging and fouling issues are caused by inorganic constituents in the coal, also referred to as mineral matter. Mineral matter can be associated with the coal in three different ways: A mineral grain within the coal matrix is referred to as included. A mineral grain that is not asscociated with the organic material is referred to as excluded. In addition, there are inorganic elements that are organically associated with the coal matrix. Due to the reaction front in a burning char particle included particles experience temperatures that can be much higher than what excluded particles experience. Included mineral matter particles also have the potential to coalesce or to react with organically bound elements to form new mineral species Two methods were identified to determine the included and excluded mineral matter in a given coal sample: Float-and-sink analysis and computer controlled scanning electron microscopy (CCSEM). The float-and-sink analysis uses the differences in density between minerals and coal to separate excluded mineral particles from coal particles. CCSEM is an automated SEM-EDS process that allows to analyze a large number of coal particles in a given sample. The SEM uses image analysis to identify coal and mineral particles and to determine the mineral association. Both methods are applied to seven coal samples from three major lignite mining areas in Germany. The results show that in the investgated coals the excluded mineral matter fraction consists mainly of quartz, pyrite/marcasite, clay and gypsum, whereas the included mineral matter fraction is dominated by Ca-S rich minerals. The tendency of slagging and fouling is predicted for all coals on the basis of included and excluded mineral matter. Conventional slagging and fouling indices are applied to the bulk ash composition of the included and excluded fraction determined by float-and-sink analysis. In addition, the composition of individual mineral grains determined by CCSEM-analysis is considered. The slagging indices show significant differences between the included and excluded mineral matter, whereas the fouling indices are in the same range for both fractions. The liquid-to-ash ratio is determined for all coal samples with thermochemical equilibrium calculations. The different temperatures for included and excluded mineral matter are taken into account. All investigated coals show significant liquid-to-ash ratios in both included and excluded fractions. Combustion experiments were conducted with all seven coals at a laboratory-scale test rig for pulverized fuels at TU Dresden and/or at large-scale utility boilers. Ash particle samples collected with the particle-wire-mesh method show particles with mixed-phase composition. These particles are the result of coalescence of included mineral particles or the result of reactions between included mineral grains and organically associated elements. / Mineralische Bestandteile im Brennstoff sind mitverantwortlich für Verschmutzung- und Ver\-schlack\-ungsvorgänge in mit Braunkohle gefeuerten Kraftwerken. Sie werden durch den Verbrennungsprozess freigesetzt und können sich je nach Eigenschaft der Mineralien an verschiedenen Stellen eines Feuerungsprozesses ablagern. Es wird zwischen mit dem Kohlekorn verwachsenen (internen) mineralischen Partikeln und als eigenständige Partikel vorliegenden (externen) mineralischen Partikeln unterschieden. Weiterhin können anorganische Elemente organisch an die Kohlematrix gebunden sein. Mit der Kohlestruktur verwachsene, interne Partikel sind der Reaktionsfront des brennenden Kohlepartikels direkt ausgesetzt. Sie erfahren höhere Temperaturen als externe Partikel. Höhere Temperaturen fördern das Aufschmelzen der Partikel und beeinflussen so das Ablagerungspotential. Mehrere im Kohlekorn vorliegende mineralische Partikel können beim Abbrennen des Restkokses zu einem Partikel mit neuer chemischer Zusammensetzung verschmelzen. Auch Reaktionen mit den organisch gebundenen mineralischen Elementen sind möglich. Es gibt verschiedene Methoden zur Bestimmung der Bindungsart der Mineralien in der Kohle. Die Schwimm- und Sinkanalyse nutzt die unterschiedlich großen Dichten von externen mineralischen Partikeln, Kohlekörnern mit mineralischen Einschlüssen und reinen Kohlekörnern zur Trennung in einzelne Fraktionen. Eine weitere Methode ist die computergesteuerte Rasterelektronenmikroskopie (CCSEM), mit der die Verteilung mineralischer Partikel im Kohlekorn sowie deren Zusammensetzung bestimmt werden kann. Im Rahmen dieser Dissertation werden beide Methoden auf sieben Kohleproben aus den drei größten deutschen Braunkohleabbaugebieten angewendet. Die Anwendung der Schwimm- und Sinkanalyse und von CCSEM auf die ausgewählten Kohleproben zeigen, dass die externen mineralischen Partikel in den untersuchten deutschen Braunkohlen von Quarz dominiert werden. Weitere signifikante Bestandteile sind Pyrit/Markasit, Tone und Gips. Die internen Minerale werden von Ca-S-haltigen Mineralien dominiert. Das Verschmutzungs- und Verschlackungspotential der untersuchten Kohlen wird u.a. mit Hilfe von Kennzahlen bewertet. Die Kennzahlen zur Bewertung des Verschlackungspotentials zeigten deutliche Unterschiede zwischen der internen und externen mineralischen Fraktion. Die Verschmutzungskennzahlen liegen in ähnlichen Größenordnungen für beide Fraktionen. Ein weiteres Bewertungskriterium ist der Flüssigphasenanteil bei der maximalen Partikeltemperatur. Dieser wird auf der Basis des thermochemischen Gleichgewichts berechnet. Dabei wird berücksichtigt, dass interne und externe mineralische Partikel unterschiedliche maximale Temperaturen erfahren. Sowohl der interne mineralische Anteil, als auch der externen Anteil aller untersuchten Kohlen zeigt signifikante Flüssigphasenanteile. Mit allen in der Arbeit untersuchten Kohlen wurden Verbrennungsexperimente in einer Technikumsanlage zur Verbrennung staubförmiger Brennstoffe sowie in Großkraftwerken durchgeführt. Mit der Methode der Partikelgitternetzsonde gesammelte Aschepartikelproben zeigen, dass beim Verbrennungsvorgang Partikel mit einer Mischphasenzusammensetzung entstehen. Diese Partikel sind durch das Verschmelzen verschiedener interner Mineralien bzw. aufgrund von Reaktionen von internen Mineralien mit organisch gebundenen anorganischen Elementen entstanden.

Iron deficiency chlorosis (IDC) is a frequent problem in soybean [Glycine max (L.) Merr.] production on calcareous soils. Greenhouse and soil incubation experiments were established to evaluate pyritic lignite efficacy to supply Fe as compared to Fe-EDDHA and Fe-EDTA sources across contrasting IDC tolerance varieties grown on a slightly acid and a calcareous soil. Soybean IDC incidence was influenced by the soil properties and variety tolerance. All iron sources increased plant dry matter accumulation on the Leeper soil, whereas on the Marietta soil only lignite at 0.672 kg ha-1 produced an increase. Lignite at 0.336 kg ha-1 successfully improved Fe availability to the plant as reflected by an increase in Fe content. Furthermore, no differences were found between the low rate of lignite and the commercial fertilizers on any of the evaluated parameters. Results from this study indicate that pyritic lignite may serve as an acceptable source of Fe on problem soils to prevent IDC.