Vorlesung: Sanierung kontaminierter Böden Teil 8: Limitierungen der Bodensanierung

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1 Vorlesung: Sanierung kontaminierter Böden Teil 8: Limitierungen der Bodensanierung Wintersemester 2012/2013 Dr. Stephan Hüttmann

2 Limitierungen bei Sanierungsverfahren

3 Limitierung durch Diffusion Langsame Lösungsprozesse der Schadstoffe aus residualen Schadstoffphasen Langsame Diffusion aus geringdurchlässigen Schichten Resistente Desorption bei stark sorbierenden Verbindungen Inhomogenitäten Quelle: Grathwohl, 2001

4 Zeitskalen: Diffusion in Tonschichten TCE Quelle: Grathwohl, 2001

5 Limitierung durch Pools + Blobs Langsame Lösungsprozesse der Schadstoffe aus residualen Schadstoffphasen Langsame Diffusion aus geringdurchlässigen Schichten Resistente Desorption bei stark sorbierenden Verbindungen Inhomogenitäten 1 cm

6 Zeitskalen: Schadstoff- Freisetzung (NAPL- Blobs) Quelle: Grathwohl, 2001

7 Limitierung: inhomogene Verteilung von LCKW- Phasen im Grundwasserleiter (Simulation des 2D VEGAS-Experimentes ) DNAPL-Sättigung DNAPL 1 Grobsand 2 Mittelsand 3 Feinsand X [m] Messpunkte der TDR-Technik (time domain reflectometry), Zurmühl (1995) Quelle: H. Sheta Versuchseinrichtung zur Grundwasser- und Altlastensanierung

8 Limitierung: Wissen (am Beispiel LCKW-Abbau Vor 1980: LCKW in Grundwasserleitern als nicht abbaubar erachtet (noch lange nach dem Eintrag nachweisbar; meist hoch kontaminierte Schadensherde mit geringer Abbauaktivität untersucht) 1980er: PCE/TCE-Transformationsprodukte im anaeroben Aquifer feststellbar mikrobielle reduktive Teildechlorierung Ende der 80er: Konsens: mikrobielle reduktive Dechlorierung ist ubiquitär in anaeroben LCKW-kontam. Aquiferen 1990er: cdce/vc-abbau auch aerob durch Cometabolismus möglich 2000er: VC-Abbau auch aerob produktiv (nicht cometabolisch) möglich 2010er: cdce und TCE auch aerob produktiv abbaubar Quelle: Bradley, 2003; Ergänzt Hüttmann

9 Limitierung: Wechselwirkung zwischen Schadstoffen und Huminstoffen Humifizierung Tonmineral Reaktivierte Metabolite binden an die Huminstofffraktion Bound Residues verlieren chemische Identität und toxikologisches Potenzial Nahezu keine Wiederfreisetzung H H H C C M ( H 2 ) n Verzögerte Mineralisierung im Zuge des Huminstoff-Turnovers Wichtig beim Abbau von Nitroaromaten und PAK Vorkommend beim Abbau aller Schadstoffe

10 Humifizierung: Hypothetisches Huminstoff-Molekül Tonmineral H M C C M C H H H C H H N N H R C H R N H 3 M C N C H C H C H 3 2 N R C H 3 N H H N C H 3 N H 2 N H S C H 2 C H C C H N H C H 2 C C H 2 C H 2 C C M H N H C C H 3 M H C H 2 H H 2 C H H H H P R H C C H M ( H 2 ) n

11 Limitierung: Mikrobieller Schadstoffabbau Biologischer Abbau ist die Verminderung der Komplexität einer organischen Verbindung Kohlendioxid (Wolfgang Fritsche) "Dead-End" Produkte Metabolite Schadstoff Biomasse Quelle: J. Michels, 2002 rganische Bodenfraktion

12 Limitierungen: Biologisches Abbaupotenzial 1E+8 1E+7 1E+6 1E+5 1E+4 1E+3 1E+2 1E+1 1E+0 GW GW KW TS TL TL TL TL TL CF Gesamtzellzahl BTEX-Verwerter PAK-Verwerter KW-Verwerter GW = Gaswerk, KW = Kabelwerk, TS = Tankstelle, TL = Tanklager, CF = Chemiefabrik Quelle: Stieber, TZW

13 Limitierung Schadensdimension Zeluläre Systeme Einzelporen/ Mikrokomportimente Mikroporen/ Grenzschichten Lokale Inhomogenitäten

14 Vorlesung: Sanierung kontaminierter Böden Kap. 8: Sicherung von Altlasten -

15 Welche Arten von Maßnahmen zur Eingrenzung des Gefährdungspotenzials bei Altlasten gibt es? Schutz- und Beschränkungsmaßnahmen Sicherungsmaßnahmen Dekontaminationsmaßnahmen Umlagerung

16 Schutz- und Beschränkungsmaßnahmen Einschränkung bei der baulichen oder zweckgebundenen Nutzung des Geländes Sichern des Geländes vor Zutritt Untersagung der Nutzung von Grund- und berflächenwasser für Trinkwasserzwecke oder für den allgemeinen Gebrauch Installierung von Zwangsbelüftungsanlagen für Kellerräume Abdeckung von kleinen Teilflächen Auffangen von Sickeröl und Hangwasser Beschränkungen für den Verzehr von Lebens- u. Futtermitteln

17 Welche Sicherungsmaßnahmen gibt es? passive hydraulische und pneumatische Maßnahmen zur Verminderung des Schadstoffaustrages aus der Altlast und zur Verhinderung der weiteren Schadstoffausbreitung horizontale und vertikale Einkapselung der Kontamination einschließlich Abdeckung zur Verhinderung des Niederschlagzutritts, d.h. Teil- oder Volleinkapselung des Kontaminationsherdes Einschränkung der Mobilität der Schadstoffe durch Immobilisierung Errichtung reaktiver Barrieren im Grundwasserabstrom kontaminierter Flächen zur Schadstoffreduzierung

18 Sicherungsmaßnahmen: Welchen Zweck verfolgen passive hydraulische Maßnahmen? Hydraulische Verfahren arbeiten ohne Bodenaushub und setzen an flüssigen Phasen (Stau-, Grundwasser) an. Es werden grundsätzlich Flüssigkeiten entnommen. Sie bezwecken eine gezielte Veränderung der hydrodynamischen Verhältnisse im Untergrund, um den Eintrag von Schadstoffen ins Grundwasser und die Ausbreitung von kontaminiertem Grundwasser zu verhindern bzw. einzuschränken oder umzulenken. Teilweise erfolgt eine Kombination mit aktiven hydraulischen Maßnahmen, in denen eine Reinigung des geförderten Wassers erfolgt (Reduzierung der Schadstoffgehalte).

19 Geologische Situation Wasserungesättigte Bodenzone Wassergesättigte Bodenzone (1. GW-Leiter) Mudde / Torfschicht 2. GW-Leiter Grundwasserstauer

20 Kontaminations- Situation Wasserungesättigte Bodenzone Wassergesättigte Bodenzone (1. GW-Leiter) LHKW-Kontamination Mudde / Torfschicht 2. GW-Leiter Grundwasserstauer

21 Derzeitige Sicherung Wasserungesättigte Bodenzone Wassergesättigte Bodenzone (1. GW-Leiter) Mudde / Torfschicht 2. GW-Leiter Grundwasserstauer

22 Derzeitige Sicherung Wasserungesättigte Bodenzone Wassergesättigte Bodenzone (1. GW-Leiter) Mudde / Torfschicht 2. GW-Leiter Grundwasserstauer

23 Anwendungsbeispiele passiver hydraulischer Verfahren: Trockenlegen einer grundwasserbeeinflußten Altlast Abpumpen einer Ölphase auf dem Grundwasser Grundwasserfassung im Abstrom eines kontaminierten Geländes

24 Welche Probleme gibt es bei passiven hydraulischen Sicherungsmaßnahmen? geringe Wasserzuflüsse bei schlecht durchlässigem Boden Verstopfungen des Porenraumes, z.b. durch Verlagerung von Partikeln (z.b. Eisenoxide) Funktionsverlust durch Alterung von Brunnen hoher Energieaufwand und laufend anfallende Kosten Schäden durch Grundwasserabsenkung an Ökosystemen und an Bauwerken

25 Wann kommen Einkapselungsmaßnahmen in Frage? wenn keine Dekontaminationsmaßnahmen anwendbar sind (z.b. aus technischen oder Kostengründen) wenn die Altlast sehr große Flächen einnimmt oder sehr tief reicht wenn die örtlichen Verhältnisse keine anderen Maßnahmen zulassen (z.b. Verkehrsflächen) wenn Zeit gewonnen werden soll für eine eventuell später mögliche Dekontamination

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28 Bild: Schlitzwand- Herstellung

29 Praxisbeispiel: Großbohrverfahren

30 Bild: Einbau einer vertikalen Folienabdichtung

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