Feldversuche zur Eignung von Baggergut im Deichbau Aktuelle Ergebnisse zum Schadstoffemissionspotenzial

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1 Feldversuche zur Eignung von Baggergut im Deichbau Aktuelle Ergebnisse zum Schadstoffemissionspotenzial Dr. habil. (HPA) Dr. Alexander Gröngröft (UHH) Prof. Dr. Annette Eschenbach (UHH)

2 Hintergrund und Zielsetzung Klei METHA-Material TOC [%] 1,9 4,3 Sulfat [mg/l] Pb [mg/kg] Zn [mg/kg] Cu [mg/kg] TBT [µg/kg] Cd [mg/kg] 0,24 4,2 Hg [mg/kg] 0,07 2,3 Ni [mg/kg] Cr [mg/kg] 68 64

3 Hintergrund und Zielsetzung METHA-Material ist Z2-Material Im Ggs. zur Dichtung in Deponien kann Material hier austrocknen Auswirkung auf die Mobilisierung von Schwermetallen und Abbau organischer Substanz? Untersuchung des Austrags von Schadstoffen im Vergleich zu Klei Klei METHA-Material

4 Untersuchungsprogramm Bodenphysikalische und bodenchemische Kennwerte Lokales Klima (Wetterstation) Abflüsse aus Testfeldern Feststoff- und Sickerwasseranalytik nach Länderarbeitsgemeinschaft Abfall (LAGA) M20 Bundesbodenschutzverordnung (BBodSchV), Pfad Boden Grundwasser Grundwasserverordnung 4

5 Testfeld 2 Klei über METHA-Material Klei 1.37 g/cm 3 k -10 f = 6.3*10 m/s METHA-Material 0.96 g/cm 3 k f = 1.7*10-9 m/s Mess-Schacht

6 Hochwasser Mess-Schacht überspült

7 Eisgang

8 Schrumpfrisse in Kleidecke Sommerliche Austrocknung Risse in der Kleidecke

9 Konzentrationen Hauptinhaltstoffe im Ablauf von Testfeld 2 9

10 Konzentrationen Metalle im Ablauf von Testfeld 2 o o o Detektion von Fe und Mn korrespondiert mit ansteigenden Ammoniumgehalten Fe und Mn nahe Null korrespondieren mit Abfall von Ammonium, Anstieg von Nitrat und Sulfat Schadstoffe nur vereinzelt messbar

11 Abflussverhalten Phase 3 Kumulierter Abfluss [m 3 ] 240 ] TF 1 (Klei) TF 2 (Klei über Schlick) Phase Phase Kumulierter Abfluss [l m -2 ]

12 Prozesse der Schadstoffmobilisierung im Testfeld Aufwuchs Vegetation Durchwurzelung erreicht Unterboden Stabile Durchwurzelungstiefe Kohärentes Gefüge Aggregatgefüge mit Rissen Stabiles Aggregatgefüge Dichtigkeit hoch Reduzierte Bedingungen Festlegung von SM in schwer löslicher sulfidischer Bindung Dichtigkeit vermindert O 2 -Zutritt über Makroporen Reduz. oxidierende Beding. Freisetzung von SM nach Oxidation Sulfid Sulfat Dichtigkeit langfristig gering, saisonale Schwankungen Unumkehrbar oxidierende Bedingungen Festlegung von SM in schw. lösl. oxid. + carbonat. Verb. Setzung Primärschrumpfung abgeschl. Quellung + Schrumpfung Porenwasser Porenwasser und Sickerwasser Sickerwasser 12

13 Prozesse der Schadstoffmobilisierung im Testfeld Aufwuchs Vegetation Durchwurzelung erreicht Unterboden Stabile Durchwurzelungstiefe Kohärentes Gefüge Aggregatgefüge mit Rissen Stabiles Aggregatgefüge Dichtigkeit hoch Reduzierte Bedingungen Festlegung von SM in schwer löslicher sulfidischer Bindung Dichtigkeit vermindert O 2 -Zutritt über Makroporen Reduz. oxidierende Beding. Freisetzung von SM nach Oxidation Sulfid Sulfat Dichtigkeit langfristig gering, saisonale Schwankungen Unumkehrbar oxidierende Bedingungen Festlegung von SM in schw. lösl. oxid. + carbonat. Verb. Setzung Primärschrumpfung abgeschl. Quellung + Schrumpfung Porenwasser Porenwasser und Sickerwasser Sickerwasser 13

14 Prozesse der Schadstoffmobilisierung im Testfeld Aufwuchs Vegetation Durchwurzelung erreicht Unterboden Stabile Durchwurzelungstiefe Kohärentes Gefüge Aggregatgefüge mit Rissen Stabiles Aggregatgefüge Dichtigkeit hoch Reduzierte Bedingungen Festlegung von SM in schwer löslicher sulfidischer Bindung Dichtigkeit vermindert O 2 -Zutritt über Makroporen Reduz. oxidierende Beding. Freisetzung von SM nach Oxidation Sulfid Sulfat Dichtigkeit langfristig gering, saisonale Schwankungen Unumkehrbar oxidierende Bedingungen Festlegung von SM in schw. lösl. oxid. + carbonat. Verb. Setzung Primärschrumpfung abgeschl. Quellung + Schrumpfung Porenwasser Porenwasser und Sickerwasser Sickerwasser 14

15 Vergleich langfristiger mittlerer Stoffkonzentrationen im Sickerwasser beider Felder 15

16 Vergleich langfristiger mittlerer Stoffkonzentrationen im Sickerwasser beider Felder 16

17 DOC im Ablauf beider Testfelder Feldmessungen und Laborversuche zur Gasbildung aus METHA-Material zeigen: die organische Substanz ist nur zu einem kleinen Teil abbaubar (~13 %)! 17

18 Tributylzinn im Ablauf beider Testfelder 18

19 Tributylzinn im Porenwasser von METHA-Material TBT-Konzentration [µg l -1 ] 0,018 0,016 0,014 0,012 0,010 0,008 0,006 0,004 0,002 < 0,001 0,000 Tributylzinn Saugkerzen Klei Saugkerzen METHA-Material Q4 Q2 Q4 Q2 Q4 Q2 Q4 Q2 Q4 Q2 Q

20 Schadstoffemissionspotenzial Zusammenfassung und Ausblick Daten aus einem langfristigen Feldversuch liegen vor Prozesse der Bodenreifung nehmen mehrere Jahre in Anspruch, Wirkung auf Schadstoffmobilisierung wurde nachvollzogen Emission anorganischer Schadstoffe unkritisch keine Emission organischer Schadstoffe (OZV, Phenole, PCB, PAK) Langfristig für viele Inhaltsstoffe ähnliche Gehalte in beiden Feldern Sickerwässer überschreiten Werte nach BBodSchV und LAGA M20 nur für Sulfat, Nitrat, Leitfähigkeit hängt mit Herkunft des Materials und Gehalt an org. Substanz zusammen Untersuchungen zur langfristigen Stabilität der org. Substanz sind beauftragt 20

21 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

22 Kontaktdaten Dr. habil. HPA Hamburg Port Authority AöR Umweltservice Baggergut Neuer Wandrahm Hamburg Tel.: Fax: Mail: Julia.Gebert@hpa.hamburg.de 22

23 Einstufung der Sickerwasserkonzentration Cadmium Chrom Kupfer Sulfat Nitrat Parameter Einheit BBodSchV Prüfwert (1999) LAGA M20 (Z0) (2004) ErsatzbaustoffV (Entw. 2007) GrwV (Entw. 2009) Testfeld 1 Testfeld 2 Antimon µg/l n.b. n.b. Arsen µg/l Blei µg/l < 1 < 1 Cadmium µg/l < 0.3 (0.7) < 0.3 (0.7) Chrom, ges. µg/l < 1.5 (5) < 2 (14) Kobalt µg/l 50 8 n.b. n.b. Kupfer µg/l Molybdän µg/l n.b. n.b. Nickel µg/l Quecksilber µg/l 1 < Selen µg/l 10 7 n.b. n.b. Zink µg/l Zinn µg/l 40 n.b. n.b. Cyanid, ges. µg/l 50 5 (50) < < Fluorid µg/l ph Leitfähigkeit µs/cm Chlorid mg/l Sulfat mg/l Bromid mg/l Nitrat mg/l Nitrit mg/l < 1 < 2 Phosphat mg/l Hydrogencar bonat mg/l Ammonium mg/l 0.5 < Natrium mg/l Kalium mg/l 4 10 Magnesium mg/l Calcium mg/l Eisen mg/l < 1 < 1 Mangan mg/l 0-8 < 1 PCB, ges. µg/l < 0.01 < 0.01 Kohlenwass < 100 < 100 µg/l erstoffe KW-Index KW-Index Phenol µg/l <0.01 Phenolind ex < 0.01 Phenolind ex Chlorphenol e, ges. µg/l 1 1 n.b. n.b. Leitfähigkeit < 500 ms/cm in DepVerwV