Universität Koblenz-Landau Landau Fachbereich 7: Natur- und Umweltwissenschaften Institut für Umweltwissenschaften

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Elizabeth Pohl
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1 Universität Koblenz-Landau Landau Fachbereich 7: Natur- und Umweltwissenschaften Institut für Umweltwissenschaften Dr. Horst Niemes (Lehrbeauftragter) Systemanalyse 1 Fallbeispiel 1: Grundwassersanierung in Leuna Quelle: Mario Schirmer and Horst Niemes: Sustainable Technologies and Social Costs for Eliminating Contamination of an Aquifer, Sustainability 2010, 2, ISSN

2 Das Problem Die Grundwasserverschmutzung ist ein weltweites Problem für Industriestandorte MTBE (Methyl tertiary-butel ether) wurde eingeführt, um den Bleizusatz zum Benzin zu ersetzen, die Verbrennung im Motor zu verbessern und das Klopfen im Motor zu verringern. Leuna ist ein seit 100 Jahren bestehender zentraler Industriestandort in Mitteldeutschland (Düngemittel, Sprengstoff, Kohleverflüssigung, Kunststoffe, Benzin, Benzinzusatzstoffe wie MTBE) MTBE wurde dort seit 1981 und ab 1984 in großem Maßstab produziert mit erheblichen Belastung der Grundwasserressourcen

3 Standort und Eigenschaften des Grundwasserleiters

4 Die im Boden angereicherten Schadstoffe werden an das Grundwasser abgeben und dem Grundwasserstrom in Richtung des Flusses Saale transportiert. Die Fließstrecke beträgt ca. 2 km. Der Abbau der Schadstoffe erfolgt sehr langsam. Dennoch ist das in Flussnähe befindliche Wasserwerk Daspig kaum beeinträchtigt, welches die Stadt Leuna und den Industriestandort mit Trinkwasser versorgt. Die technischen Daten des Grundwasserleiters sind folgende: Bodendeckung des Grundwasserleiters beträgt ca. 2 bis 4 m, seine hydraulische Leitfähigkeit K (die Henry-Konstante) im Mittel 4x10-4 m/s, die Fließgeschwindigkeit 0.3 bis 1 m pro Tag, die saisonalen Schwankungen der Temperatur im Bereich von 7 bis 14 C (im Mittel 11 C)

6 Ökonomische Einordnung und technische Lösung des Problems Die früheren staatlichen Betriebe existieren nach der Wiedervereinigung nicht mehr, folglich ist das sogenannte Polluter-Pay-Principle nicht anwendbar. Um neue Betriebe anzusiedeln zu können, wurde in dem Altlastenfreistellungs- Gesetz entschieden, dass die Grundwassersanierung eine öffentliche Aufgabe ist, welche durch die 1999 gegründete Landesanstalt für Altlastenfreistellung des Landes Sachsen-Anhalt koordiniert wird. Die neu angesiedelten Betriebe haben sich lediglich mit einem geringen Investitionsbeitrag an den Sanierungskosten zu beteiligen.

7 Implementierte Systemelemente zur Lösung des Verschmutzungsproblems in Leuna Extraction of MTBE-contaminated groundwater Water for the industrial zone of Leuna Water for Leuna City I MTBE-contaminated surface soil IV Treatment plant for MTBEcontaminated groundwater V: Infiltration of treated groundwater Extraction of groundwater VII Water works II MTBE-contamination of the upstream aquifer VI Dilution and natural attenuation of the downstream aquifer III Slurry wall for separating the MTBE-contaminated groundwater from the aquifer River Saale

8 Ziel für die Grundwasserreinigung: Reduktion der mittleren MTBE-Konzentration von 125 mg/l auf 200 µg/l, um durch die Diffusion und den geringen natürlichen Abbau letztlich einen Trinkwasserstandard von 5µg/l zu erreichen. Wesentliche Systemelemente sind folgende: o I der Pollution Stock (im Boden akkumulierte Schadstoffe) o II das kontaminierte Grundwasser o III eine 400 m langen und 15 tiefen Spundwand zur Trennung des Grundwasserleiters o IV die Grundwasserreinigungsanlage (Air Stripping Anlage) o V Infiltration des gereinigten Grundwassers in den Grundwasserleiter o VI Selbstreinigung durch den Grundwasserleiter o VII Trinkwassergewinnungsanlage (mit Umkehrosmose und Aktivkohlefilter)

9 Einige zusätzliche technische Daten Grundwasservolumen im Bereich von 120 m 3 bis 800 m 3 pro Tag Entnommenes Grundwasservolumen zwischen 288 m 3 bis 360 m 3 pro Tag Bei einer Konzentration von 20 mg/l werden ungefähr 5,8 bis 7,3 kg MTBE pro Tag (2,1 bis 2,6 Tonnen pro Jahr) In einem Zeitraum von 10 Jahren müssen ungefähr 4,2 bis 7,8 Tonnen pro Jahr in den Grundwasserleiter eingeleitet worden sein. Ungefähr 20 bis 30 Jahre muss die Reinigungsanlage betrieben werden. Ohne Reinigungsanlage würde das Problem erst in 100 Jahren durch die Natur gelöst sein.

10 Die Kosten zur Berechnung der dynamischen Gestehungskosten (gleich dem Preis für die Grundwasserbehandlung) Investitionskosten o The 400 m slurry separation wall o The water storage during construction o The system for draining groundwater to the treatment plant o The groundwater treatment plant o The pilot plant for optimizing the treatment process o Supplementary measures o Total Zusätzliche Investitionskosten in den Zeitraum von 2009 bis 2015: pro Jahr Restwert der Investitionskosten am Ende des Planungshorizontes: Fixe Betriebskosten: pro Jahr Variable Betriebskosten: pro Jahr

11 Die dynamischen Gestehungskosten bei einer Diskontrate von 5 Prozent nach nachstehender Formel (und der Tabelle am Schluss): 3,5 /m 3 mit einer Schwankungsbreite von ± 0,5 DPC = NPVC NPVW { I( τ ) + O( τ ) } T RVI( T) = + + = τ 1 (1 δ ) τ 1 T (1 δ ) T W ( τ ) τ = 1(1 + δ ) τ 1 Schlussfolgerung Die dynamischen Gestehungskosten sind ein Preis für die politische Entscheidung, das Problem innerhalb der nächsten 20 bis 30 Jahren zu lösen. Die Wassergewinnungskosten im Wasserwerk bei 1,2 /m 3. Die dynamischen Gestehungskosten zeigen an: Eine nachträglichen Grundwassersanierungskosten sehr hoch sind. Der sorglose Umgang mit natürlichen Ressourcen hat also einen hohen Preis, den die nachfolgenden Generationen zu tragen haben.

12 Year Investment Costs Operation Costs Total Costs Groundwater Discount Discounted Discounted Original Additional Fixed Variable Amount Factor Costs Groundwater 1,05 Amounts /a /a /a /a /a m3/a /a m3/a , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , Net Present Value of the Costs Net Present Value of the Groundwater Amounts m Dynamic Prime Costs including the additional Investment Costs /m3 3,95 Dynamic Prime Costs excluding the additional Investment Costs /m3 2,93 Dynamic Prime Costs excluding the total Investment Costs /m3 1,82

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