STANDORTSPEZIFISCHE UNTERSUCHUNGEN ZUR ENTWICKLUNG EINER MNA-RÜCKFALLOPTION

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1 STANDORTSPEZIFISCHE UNTERSUCHUNGEN ZUR ENTWICKLUNG EINER MNA-RÜCKFALLOPTION Norbert Hüsers, Christina Illgen, Claus Nitsche, Antje Sohr, Oliver Arlt BGD - Boden- und Grundwasserlabor GmbH Dresden GICON 1

2 Inhalt Einleitung Standort Hintergrund und Aufgabenstellung Untersuchungsprogramm Laborversuche Feldversuch Bewertung und Schlussfolgerungen GICON 2

3 Einleitung Standorthistorie Imprägnierwerk Wülknitz Standortnutzung seit 1875 Holzimprägnierung seit : Teilsanierung (Anlagenrückbau und Sanierung der ungesättigten Zone) : BMBF-Förderschwerpunkt KORA Seit 2006: Implementierung MNA-Konzept für Wülknitz : NA bei Alkylphenolen : Bewertungsempfehlungen für Alkylphenole (LABO, Länderfinanzierungsprogramm Wasser, Boden und Abfall ) : Konzeption zur Überwachung der natürlichen Selbstreinigung (MNA) am Standort Wülknitz Überwachung der natürlichen Schadstoffminderung (MNA) Konzeption Beispiel Wülknitz Quelle: Google Maps GICON 3

4 Einleitung (Hydro-)Geologie Wülknitz Quelle: UBV 2011 GICON 4

5 Einleitung Schadstoffbelastung Wülknitz (hier PAK) Quelle: UBV 2013 GICON 5

6 Einleitung: Hintergrund LABO-Positionspapier MNA Schritt I Prüfung der Voraussetzungen zur Erstellung eines MNA-Konzeptes Schritt II Nachweis der Wirksamkeit von Schadstoffminderungsprozessen und Erstellung eines MNA-Konzeptes Aufgabe Qualifizierung des MNA-Konzeptes Bewertung einer Rückfalloption I.1 Vorgaben der Behörde zur Vereinbarung von Rahmenbedingungen I.2 Prüfung der standortbezogenen Voraussetzungen Schritt II II.1 Standortuntersuchungen zum Nachweis der Wirksamkeit von Schadstoff- minderungsprozessen II.2 Prognose der Schadstofffahnen-entwicklung II.3 Auswertung und Beurteilung der Ergebnisse 1 Das MNA-Konzept ist Ergebnis einer Einzelfallprüfung 2 Art und Umfang des Nachweises der Wirksamkeit der schadstoffmindernden Prozesse sind abzustimmen. 3 Die grundsätzliche Sanierungsnotwendigkeit wird durch MNA nicht in Frage gestellt. 4 MNA als alleinige Maßnahme ist nur möglich, wenn die standortbezogenen Voraussetzungen erfüllt sind und Sanierungsmaßnahmen als unverhältnismäßig eingeschätzt werden. 5 Ist eine Sanierung als alleinige Maßnahme verhältnismäßig, kommt MNA nicht in Betracht. 6 Zur Kontrolle der Wirksamkeit der Schadstoffminderungsprozesse ist ein abgestimmtes Monitoring durchzuführen. 7 Eine alternative Handlungsoption ist vorzusehen. 8 Standortpotenzial 9 Stoffeintrags- und Reaktionsräume 10 Hydrogeologische Modellvorstellung Nachweis der Wirksamkeit von Schadstoffminderungsprozessen und Erstellung eines MNA- Konzeptes II.4 Erstellung eines MNA- Konzeptes und Begründung seiner Eignung Schritt III Behördliche Entscheidung über die Eignung und Durchführung von MNA Schritt IV 11 Räumliche Lage und Ausdehnung der Schadstofffahne 12 Untersuchungen zur Ermittlung von Schadstofffrachten an Bilanzebenen 13 Untersuchungen zur Identifikation und Quantifizierung der maßgebenden Einzelprozesse 14 Untersuchungen auf Basis einer Defizitanalyse zur Erstellung der Prognose 15 Erstellen eines numerischen Modells (Strömungs-, Transport- und Reaktionsprozesse) 16 Abschätzung des langfristigen Verlaufs und der Nachhaltigkeit des Prozessgeschehens 17 Darstellung der Prognoseunsicherheiten anhand von Szenarienbetrachtungen und Sensitivitätsanalysen 18 Identifizierung der Leitparameter 19 Abschließende Auswertung und Beurteilung aller Randbedingungen und Untersuchungsergeb-nisse. 20 Standortspezifische Beurteilung von Sanierungsmaßnahmen (nach Abschluss der Sanierungs-untersuchung). 21 Erstellung eines MNA-Konzeptes mit seinen zugehörigen Regelungsbestandteilen 22 Monetäre Darstellung der Maßnahmen 23 Begründung für die Eignung des MNA-Konzeptes 24 Kriterien für die Entscheidung: - Sind und wenn ja in welchem Umfang die standortbezogenen Voraussetzungen nach Kap. 4 des Textteils erfüllt? - Stellt das MNA-Konzept die notwendige Überwachungsintensität sicher und bietet es die Möglichkeit eines rechtzeitigen Eingreifens? - Für welche Bereiche des Grundwasserschadens ist eine Sanierung verhältnismäßig und daher durchzuführen? - Für welche Bereiche des Grundwasserschadens ist eine Sanierung allein vor dem Hintergrund nachgewiesener Schadstoffminderungsprozesse unverhältnismäßig und anstatt einer Sanierung die Durchführung von MNA eine angemessene Maßnahme? 25 Vereinbarung eines verbindlichen Regelungsinstrumentes Durchführung von 26 Durchführung des Monitorings auf Basis des Überwachungsplans GICON MNA 27 Überprüfung der Prognose (Soll-Ist-Vergleich), ggf. Anpassung der Vorgehensweise 6 28 Bei Zielerreichung abschließende Gefahrenbewertung

7 Einleitung Beispielhafter Vergleich von Soll (Prognose) mit Ist (Monitoringergebnisse) Werte in µg/l Quelle Abstrom ca. 50 m Abstrom ca. 120 m Abstrom ca. 180 m Messdaten berechnet Messdaten berechnet Messdaten berechnet Messdaten GWM 29/10 MP t = 227 d GWM 20/05 MP t = 545 d 13/01 MP t = 818 d 30/10 MP Benzol 1,8 1,5 1,6 1,1 0,5 0,8 2,1 Toluol 29,0 23,4 47,0 17,3 0,5 13,3 0,5 Naphthalin 930,0 392,7 490,0 117,4 2,6 41,6 0,6 Indan ,4 560,0 643,9 650,0 2-Methylbenzofuran mögliche Ursachen: 40,0 32,2 26,0 23,8 221,0 18,4 160,0 Abweichung der kleinskaligen Grundwasserströmungsrichtung von der aus modellgestützt erstellten Hydroisohypsenplänen abgeleiteten Verwendung von teilweise nicht belastbaren mikrobiellen Abbauraten für NA-Bedingungen Prüfung von ENA als Rückfalloption GICON 7

8 Quelltermbestimmung Linerbohrung GWM 24/05MP GWM 29/10MP GWM 20/05MP GWM 17/03MP GWM 21/05MP GWM 13/01MP GWM 14/01MP GWM 30/10MP GWM 22/05MP Liner: mittlerer Grundwasserleiterbereich Teufe: 16 bis 18 m u. GOK GICON 8

9 Quelltermbestimmung Vorgehensweise gemäß: Materialienband des LfULG zur Altlastenbehandlung: Musterleistungsbeschreibung/ Musterleistungsverzeichnis: Laborative Untersuchungen zur Sickerwasserprognose im Rahmen der Detailerkundung Ergebnisse: Elutionskurven für PAK (links) und Heterozyklen (rechts) Wirksamkeit der Kontaminationsquelle > 100 Jahre GICON 9

10 ENA Feldversuch ENA Feldversuch 1. Modellgestützte Planung der Feldversuchsanlage 2. Ausbau Testfeld 3. Modellgestützte Planung, Durchführung und Auswertung des Tracerversuches zur Ermittlung der Porenwassergeschwindigkeit und Dispersivität 4. Modellgestützte Planung, Durchführung und Auswertung des ENA- Versuchs (Sulfatzugabe) zur Ermittlung der mikrobiellen Abbauraten 1. Ordnung GICON 10

11 ENA Feldversuch GWM 24/05MP GWM 29/10MP GWM 20/05MP GWM 17/03MP GWM 21/05MP GWM 13/01MP GWM 14/01MP GWM 22/05MP Testfeld GWM 30/10MP GICON 11

12 ENA Feldversuch Abstandsgeschwindigkeiten aus den Tracerdurchbruchskurven (Natriumfluoreszin) Erwartungswert aus Modell: 0,27 m/d bis 1,9 m/d Auswertung des Tracerversuchs: 0,18 m/d bis 0,24 m/d Nachweis lokal stark abweichender Grundwasserströmungsrichtungen! GICON 12

13 ENA Feldversuch Ermittlung der mikrobiellen Abbaurate Versuchskonzeption Einmischen von Sulfat durch die Initiierung einer Kreislaufführung: 1. Grundwasser aus GWM 30/10 MP entnehmen 2. Sulfat dosieren 3. Wasser in die P5, P13 und P14 infiltrieren GICON 13

14 ENA Feldversuch Ermittlung der mikrobiellen Abbaurate Vergleich NA (ARGE TUD, ARCADIS und UBV) und ENA ENA NA Benzol k = 0,023 d -1 k = 0,001 d -1 ΣPAK (EPA) k = 0,020 d -1 k = 0,006 d -1 Abbauraten aus ENA-Laborversuch (LfULG-Auftrag an BGD: Laborative Bestimmung der ENA-Abbaurate am Standort Imprägnierwerk Wülknitz durch Sulfatreduktion ) gemäß LfULG-Methodik zur SWP Kontaminant ENA BTEX k = 0,019 d -1 ΣPAK (EPA) k = 0,023 d -1 sehr starke Reduzierung der Fahnenlänge durch ENA? reale Fahnenlängen bei NA (MNA)? GICON 14

15 ENA Feldversuch Vergleich der Fahnenlängen L F für v a = 1 m/d L F = v a t R t R : Reaktionszeit, die für den mikrobiellen Abbau einer Ausgangskonzentration (C 0 ) auf eine Endkonzentration (C t ) erforderlich ist, in d C t = C 0 e -k t t R = -ln (C t /C 0 )/k C 0 = C max (C max Benzol: 26 µg/l; C max PAK: µg/l) C t = 10 GFS (Ansatz Sanierungsziel): für Benzol: C t = 10 µg/l (GFS 1 µg/l) für PAK: C t = 2 µg/l (GFS = 0,2 µg/l) ENA NA Benzol k = 0,023 d -1 k = 0,001 d -1 Σ PAK (EPA) k = 0,020 d -1 k = 0,006 d -1 L F, Benzol 41 m 955 m L F, ΣPAK 400 m m GICON 15

16 Qualifizierung des MNA-Konzeptes Schlussfolgerungen und Empfehlungen Fahnenmonitoring Ausgrenzung eines Grundwasserströmungspfads auf der Grundlage einer detaillierten Erkundung mittels Tracerversuch: Nachweis 40% Abbau = Reduzierung des Monitoringaufwandes!!! Eignungsprüfung der in dem Grundwasserpfad enthaltenen GWM MNA-Monitoring gemäß DVGW W112 und BWK M5 Aktualisierung der im Rahmen des MNA-Konzeptes zu analysierenden Stoffe bzw. Kontaminanten hinsichtlich der die Fahnenlänge bestimmenden Schadstoffe GICON 16

17 Qualifizierung des MNA-Konzeptes Schlussfolgerungen und Empfehlungen Behördliche Entscheidung und Rückfalloption Fahnenlänge tolerabel unter bestehenden Randbedingungen? Grundwasserschaden breitet sich nicht weiter aus Grundwasserschaden besteht mehrere Hundert Jahre fort (Überwachung ohne absehbares Ende) zweiter GW-Schadensfall im Abstrom Anteil der beiden Fahnenverursacher und damit die finanzielle Beteiligung am MNA bzw. ENA ist nicht abgrenzbar. Unterstützung der natürlichen Selbstreinigung durch Sulfateintrag? siehe Alternative ENA Grundwasserschaden wird auf absehbare Zeit begrenzt (Überwachung wird begrenzt) ENA nicht als Rückfalloption, sondern als Alternative: KOPOXI-System als Demonstrationsvorhaben (von GICON Großmann Ingenieur Consult GmbH, dem Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung - UFZ, der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel und der IUP Ingenieure GmbH mit BGD Bodenund Grundwasserlabor GmbH im Rahmen eines Forschungsprojektes entwickeltes System) GICON 17

18 Qualifizierung des MNA-Konzeptes ENA KOPOXI-System KOPOXI-System OEW: Oxidationsmittel-Emissions-Wand für eine permanent wirkende und optimiert erfolgende Einmischung von Sulfat in das kontaminierte Grundwasser und einem Injektionssystem für die Start-Konditionierung des nach der OEW folgenden Reaktionsraumes zur Erzielung einer sofortigen Wirkung der OEW (für Spitzenbelastungen nutzbar) GICON 18

19 Qualifizierung des MNA-Konzeptes ENA KOPOXI-System OEW mehreren Einzelbohrungen, die als Brunnen mit Edelstahlwickeldrahtfilter unter Anwendung klassischer Bohrtechnik ausgebaut werden In die Brunnen werden die Trägersysteme für den Gips, der als Sulfat-Quelle dient, installiert einfacher Austausch des reaktiven Materials (hier Gips) Herstellung der reaktiven Wand mittels klassischer und robuster Bohrtechnik klassische Regeneriertechnik für Brunnen anwendbar (keine Sonderlösungen) gleichbleibende Wirksamkeit (keine Verblockung des reaktiven Materials) praktisch keine Beeinflussung der natürlichen geohydraulischen Gegebenheiten im zu behandelnden Grundwasserleiter GICON 19

20 Arbeitsparket 3 Qualifizierung des MNA-Konzeptes KOPOXI-System Reduzierung der Fahnenlänge möglich (s. Vergleich NA ENA für v a = 1 m/d bzw. v a = 0,5 m/d mit C t = 10 GFS) ENA GICON 20 NA L F, Benzol 41 m/ 21 m 955 m/ 478 m L F, ΣPAK 400 m/ 200 m m/ 667 m

21 Danke für die Aufmerksamkeit! GICON 21