Landesamt für Umwelt und Geologie Referat Grundwasser und Altlasten

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1 Landesamt für Umwelt und Geologie Referat Grundwasser und Altlasten Materialien zur Altlastenbehandlung In situ Sanierungsverfahren

2 Impressum Materialien zur Altlastenbehandlung In situ Sanierungsverfahren Titelbild: Chemische Oxidation (in situ) durch Infiltration von Fentons Reagenz Foto: ARCADIS, Freiberg Herausgeber: Sächsisches Landesamt für Umwelt und Geologie Referat Grundwasser und Altlasten Zur Wetterwarte 11, D Dresden (kein Zugang für elektronisch signierte sowie für verschlüsselte elektronische Dokumente) Autor/Bearbeiter/Redaktion: Jörg Schmidt, Joachim Sommer JENA-GEOS -Ingenieurbüro GmbH Jens Fahl LfUG (Referat Grundwasser, Altlasten) / TU Dresden (Institut für Abfallwirtschaft und Altlasten) Redaktionsschluss: Januar 2007 Copyright: Diese Veröffentlichung ist urheberrechtlich geschützt. Alle Rechte sind dem Herausgeber vorbehalten. Dresden, Februar 2007

3 Inhaltsverzeichnis 1. Vorbemerkungen Begriffsbestimmung Vorteile der in-situ Sanierungsverfahren Kosten Ökobilanz Technische Durchführbarkeit Arbeitsschutz Auswirkung auf Betroffene und auf die Umwelt Hemmnisse der Anwendung von in-situ Sanierungsverfahren Schadstoffbilanzierung Kontrolle und Steuerung des Sanierungsverlaufes Dauer der Sanierung Darstellung der Sanierungsverfahren Grundwassersanierungsverfahren in-situ Elektrokinetische Verfahren (Grundwasser/Boden) Bioscreen Biosparging Eintragen fester Sauerstoffträger Eintragen flüssiger Sauerstoffträger Eintragen flüssiger Stoffe zur Erhöhung der Bioverfügbarkeit Injektion von Primärsubstrat Sauerstoffzufuhr über Gasphase Reduktive Dechlorierung ENA (Enhanced Natural Attenuation) Adsorptive Wand Chemische Oxidation Dichtwand Heber Reaktor (DHR) Drain-and-Gate-System Funnel-and-Gate Grundwasserzirkulationsbrunnen (In-Well-Air-Stripping) Hydroschock Verfahren In-situ Strippen Injektionsverfahren Reaktive Wand Thermische Verfahren (Thermal Treatment)

4 2.2. Bodensanierungsverfahren in-situ Bioventing Infiltrationsverfahren Phytoremediation Dampfinjektion Hochdruckbodenwäsche in-situ Geoschock Verfahren In-situ Bodenspülung Thermische Verfahren Anwendungsfälle von Sanierungsverfahren Eintrag flüssiger Sauerstoffträger Biosparging (nach isoc) Eintrag fester Sauerstoffträger (ORC) HRC Beispiel HRC Beispiel HRC Beispiel Biopract Bioscreen (Mikrobiol. hydraulisches in-situ Sanierungsverfahren) Injektion von Primärsubstrat - Methan Biostimulationsverfahren (mikrobiologisches pneumatisches in situ Sanierungsverfahren) Adsorptive Wand Funnel and Gate Funnel-and-Gate mit regenerierbaren Eisen-Reaktoren Biologische in-situ Sanierung (Eintragen von Sauerstoff / Injektion von Primärsubstrat) In-situ chemische Oxidation (ISCO) Biologische in-situ Sanierung (Eintragen von Sauerstoff + Nitrat) Biologische in-situ Sanierung Biologische in-situ Bodensanierung (Infiltrationsverfahren, Bioventing)

5 1. Vorbemerkungen 1.1. Begriffsbestimmung Nach dem BBodSchG werden Maßnahmen zur Beseitigung oder Verminderung von Schadstoffen bei der Sanierung von Altlasten unter dem Begriff Dekontaminationsmaßnahmen zusammengefasst. Es handelt sich um technische Verfahren zur Beseitigung, Umwandlung oder Verringerung von umweltgefährdenden Stoffen in den Umweltmedien Boden, Wasser und Bodenluft. Nach dem Ort Ihres Einsatzes unterscheidet man in in-situund ex-situ Verfahren. Bei den ex-situ Verfahren erfolgt die Behandlung des belasteten Bodens bzw. Grundwassers außerhalb der natürlichen Lagerungsumgebung. Es ist generell die Entnahme (Grundwasserförderung bzw. Bodenaushub) des belasteten Mediums erforderlich. Die Dekontamination erfolgt dann entweder vor Ort (on-site Verfahren) oder in einer zentralen, vom Anfallort entfernten stationären Anlage (off-site Verfahren). In-situ-Verfahren sind Verfahren, bei denen der Boden bzw. der Grundwasserleiter in seiner natürlichen Lagerungsumgebung selbst den Reaktionsraum für das Sanierungsverfahren darstellt. Durch biologische und/oder physikalisch-chemische Prozesse im Boden und Grundwasser können Stoffe abgebaut, oxidativ zerstört, gezielt mobilisiert, festgelegt oder abgetrennt werden. In der Regel erfolgt bei diesen Verfahren weder eine Förderung des kontaminierten Grundwassers noch ein Aushub von kontaminiertem Boden. Für in-situ Grundwassersanierungen werden ausreichend groß bemessene Reaktionsräume benötigt. Innerhalb dieser Reaktionsräume muss für die Zeitdauer der Sanierung, die mehrere Jahre betragen kann, ggf. erhöhte Konzentrationen an Schadstoffen und verfahrensabhängig auch erhöhte Konzentrationen an eingebrachten Hilfsstoffen toleriert werden. Dem Vorteil der Vermeidung von Kosten für die Bodenauskofferung, Grundwasserentnahme und die Entsorgung bzw. Verwertung bei der Aufbereitung anfallender Reststoffe und der nur geringen Einschränkung der laufenden Nutzung des Standortes stehen Schwierigkeiten der Kontrolle des Sanierungsverlaufs, der Stoffbilanzierung und der Gewährleistung einer gleichmäßig hohen Reinigungsleistung gegenüber Vorteile der in-situ Sanierungsverfahren Kosten In-situ Verfahren stellen in der Regel kostengünstige Alternativen zum vollständigen Bodenaustausch bzw. gegenüber langjährigen pump and treat Maßnahmen dar. Die niedrigen Kosten sind zurückzuführen auf: Kosten für Förderung, Zwischenlagerung Transport und Verwertung bzw. Entsorgung von Boden bzw. Grundwasser entfallen geringer Aufwand für Betreuung und Überwachung des Betriebes keine Entsorgungskosten für Schadstoffkonzentrate und Reststoffe 5

6 indirekte Kosten für Entsiegelung, Abriss von Gebäuden und Verkehrswegen entfallen geringe Kosten für Erschließungsmaßnahmen keine relevanten Einschränkung der laufenden Flächennutzung und damit keine Entschädigung für Nutzungsausfälle geringer Flächenbedarf und damit geringe Pacht- bzw. Grunderwerbskosten Ökobilanz Der ökologischen Bewertung der Sanierungsverfahren liegt das Prinzip der Verhältnismäßigkeit zugrunde. Dabei wird berücksichtigt, dass bei einer Sanierung nicht nur Schadstoffe der Umwelt entzogen werden, sondern durch die Bereitstellung, Betrieb und den Rückbau der angewendeten Technologie (vor Ort oder in vorgeschalteten Prozessen) negative Umweltwirkungen hervorgerufen werden. Bei der Bewertung der Ökobilanz werden unter anderem folgende Wirkungskategorien bewertet: Abfallentstehung fossiler Ressourcenverbrauch Ressourcenverbrauch Wasser Flächeninanspruchnahme Treibhauseffekt Versauerung Sommersmog Humantoxizität Luft, Wasser und Boden Aufgrund des nicht vorhandenen bzw. geringen Energiebedarfes, der nicht erforderlichen Massenbewegung von Erdstoffen und Grundwasser sowie der geringen Flächeninanspruchnahme weisen die in-situ Verfahren in der Regel eine bessere Ökobilanz als herkömmliche Verfahren auf. Für weitergehende Informationen insbesondere zur vergleichenden Bewertung von Sanierungsverfahren mit speziellen Ökobilanzierungsprogrammen sei auf die Schriftenreihe des Altlastenforum Baden-Würtenberg e.v. Heft 9 Ökobilanzierung von Altlastensanierungsverfahren verwiesen Technische Durchführbarkeit In-situ Verfahren können im Unterschied zu den meisten ex-situ Verfahren weitestgehend unabhängig von der Flächennutzung eingesetzt werden. Da die laufende Nutzung des jeweiligen Standortes kaum beeinträchtigt wird ist die technische Durchführbarkeit auch in Wohngebieten und auf dem Gelände produzierender Betriebe oder im Untergrund von in Nutzung befindlichen Verkehrswegen gegeben. Einige in-situ Verfahren (z.b. Phytoremediation, elektrokinetische und thermische Verfahren) sind auch für den Einsatz in schlecht durchlässigen Böden geeignet. 6

7 Arbeitsschutz Die Aufwendungen für den Arbeitsschutz sind bei in-situ Maßnahmen aufgrund des fehlenden Kontaktes zum kontaminierten Boden bzw. Grundwasser wesentlich geringer als bei ex-situ Maßnahmen Auswirkung auf Betroffene und auf die Umwelt Ein besonderer Vorteil der in-situ Maßnahmen besteht darin, dass die laufende Nutzung des jeweiligen Standortes kaum beeinträchtigt wird. Aufgrund des nur geringen Eingriffes in den Boden bzw. Grundwasserbereich sind auch keine bodenmechanischen negativen Auswirkungen auf die unmittelbare Umgebung durch Grundwasserabsenkung (Setzungen, Trockenfallen) bzw. Bodenentnahme (Standsicherheitsprobleme) zu besorgen. Der Grundwasserhaushalt des Sanierungsgebietes wird durch in-situ Maßnahmen wesentlich weniger gestört als bei pump and treat Maßnahmen. Die Auswirkung der in-situ Maßnahmen auf das Grundwasser, den Boden und die Bodenluft ist stark verfahrensabhängig. Kritisch ist hier insbesondere der Eintrag von Hilfsstoffen zu sehen die selbst Wasserschadstoffe darstellen (z.b. Nitrat). Auch die Entstehung gasförmiger, gelöster oder an die Grundwasserleitermatrix gebundener Zwischen und Endprodukte ist bei der Verfahrensbewertung zu berücksichtigen Hemmnisse der Anwendung von in-situ Sanierungsverfahren In den letzen Jahren wurde eine Vielzahl von innovativen in-situ Verfahren entwickelt. Verfahrensbeschreibungen einschließlich Kostenzusammenstellung finden sich unter anderem im Leistungsbuch Altlasten und Flächenentwicklung 2004/2005 des Landesumweltamtes Nordrhein-Westfalen. Dieser Materialienband gibt eine aktuelle Übersicht über die wesentlichsten Verfahren und zeigt erfolgreiche Praxisanwendungen auf. Trotz der vielen Vorteile setzen sich die in-situ Sanierungsverfahren nur sehr schwer durch. An Altlastenstandorten die nicht in Forschungsvorhaben eingebunden sind überwiegen trotz der hohen Kosten nach wie vor Bodenaustausch und pump and treat Verfahren im Grundwasserbereich. In den nachfolgenden Abschnitten sollen mögliche Hemmnisse für den Einsatz von in-situ Sanierungsverfahren betrachtet werden Schadstoffbilanzierung Bei ex-situ Verfahren ist zu jedem Zeitpunkt der Sanierung mit geringem finanziellen Aufwand eine genaue Bilanzierung der aus dem Schadensbereich entfernten Schadstoffmenge möglich. Die Bilanz kann direkt aus den entnommenen Teilmengen an Boden bzw. Grundwasser und den zugehörigen aus repräsentativen Proben ermittelten Schadstoffkonzentrationen berechnet werden. Wesentlich schwieriger ist dagegen die Bilanzierung der mittels in-situ Verfahren aus dem Schadensbereich entfernten Schadstoffmenge. Die Erstellung der Bilanz erfolgt hier in der Regel über die vergleichende Betrachtung mehrerer aufeinander folgender Monitoringkampagnen. Die aus der Konzentrationsentwicklung von Kontrollmessstellen abgeleitete 7

8 Mengenbilanz ist aus folgenden Gründen nur bedingt für eine Bilanzierung der aus dem Gesamtsystem entfernten Schadstoffmenge geeignet: Die Veränderung der an die Grundwasserleitermatrix gebundenen Schadstoffmenge wird mit dem Grundwassermonitoring nicht erfasst. Der auf die Sanierung zurückzuführende Konzentrationsrückgang wird von natürlichen Konzentrationsschwankungen (z.b. Verdünnungseffekte im Zusammenhang mit dem Gang der Grundwasserneubildung) überlagert. Die Migration von Schadstoffen über die Grenze des Bilanzgebietes (Zu- bzw. Abfuhr von Schadstoffen mit dem Grundwasserstrom) wird nicht erfasst. Die Grundwasserprobenahme liefert nur punktuelle Werte, die insbesondere bei Konzentrationsbereichen die mehrere Zehnerpotenzen umfassen zu großen Unsicherheiten bei der Bilanzierung führen. Mit dem Grundwassermonitoring kann bei entsprechender Datenbasis das Schadstoffinventar des Grundwasserkörpers und dessen Entwicklung abgeschätzt werden. Ein quantitative Zuordnung der verschiedenen Quellen und Senken (natürlicher Schadstoffabbau, Adsorption / Desorption, etc.) ist jedoch in der Regel nicht möglich. Bei ungenügender Dichte der Grundwassermessstellen können zur Ermittlung der Grunddaten für die Schadstoffbilanzierung auch Immissionspumpversuche angewendet werden, was jedoch mit hohen Kosten verbunden ist. Auch bei der in-situ Bodensanierung kann selbst bei intensivster Erkundung und Beprobung des Geländes keine sicheren Aussagen über sämtliche Gegebenheiten gemacht werden. Zeitlich aufeinanderfolgende Bodenbeprobungskampagnen sind aufgrund der Heterogenität des Untergrundes nur eingeschränkt vergleichbar. Ableitungen zum Zeitlichen Verlauf der Schadstoffkonzentrationsentwicklung im Boden sind deshalb stets mit Unsicherheiten behaftet Kontrolle und Steuerung des Sanierungsverlaufes Bei der ex-situ Grundwasseraufbereitung kann die Auswirkung von Eingriffen in den Reaktionsraum (z.b. Änderungen der Art und Konzentration zugeführter Hilfsstoffe) durch entsprechende Reinwasseranalytik innerhalb weniger Stunden quantitativ erfasst werden. Dies bietet neben dem Vorteil des geringen Zeitaufwandes für die Einfahrphase und Verfahrensoptimierung auch die Möglichkeit der schnellen Reaktion bei unvorhergesehenen Entwicklungen. Ex-situ Verfahren können in der Regel zu jedem Zeitpunkt kurzfristig eingestellt bzw. modifiziert werden. Bei der in-situ Grundwassersanierung kann die Auswirkungen von Eingriffen in den Reaktionsraum nur mit starker zeitlicher Verzögerung (bis zu mehreren Monaten) und dann in der Regel auch nur halbquantitativ erfasst werden. Es ist nicht möglich die einmal in das Grundwasser eingetragenen Stoffe (z.b. Nährstoffe, Mikroorganismen, Primärsubstrate für cometabolitischen Abbau etc.) kurzfristig wieder vollständig aus dem System zu entfernen, insbesondere wenn sich die Reaktionen und Abbauprozesse nicht in der geplanten Art und Weise einstellen. 8

9 Es bedarf effizienter Kontroll- und Steuerungsgrößen, um sicherzustellen, dass die zugesetzten Stoffe erstens mengenmäßig ausreichen und zweitens auch dorthin gelangen und wirksam sind, wo sie benötigt werden. Die Kontrolle des Sanierungsverlaufes und der Wirksamkeit der in-situ Maßnahme erfordert in der Regel ein komplexes Monitoring einschließlich umfangreicher Datenauswertung und Interpretation Dauer der Sanierung Häufig steht insbesondere bei der Bodensanierung die Randbedingung eines kurzfristig, das heißt innerhalb weniger Monate, zu erzielenden Sanierungserfolges. Hintergrund kann z.b. der beabsichtigte Verkauf des Geländes, eine geplante Nachnutzung oder verfügbare Geldmittel sein. In diesem Fall wird meist den ex-situ-verfahren der Vorzug geben, da in-situ Verfahren wesentlich zeitaufwendiger sind und zeitliche Prognosen des Sanierungserfolges in der Regel erst nach der Durchführung von Pilotversuchen erstellt werden können. Bei der Grundwassersanierung spricht der Zeitaspekt eher für die Anwendung von in-situ Verfahren, da durch Ausnutzung des gesamten Grundwasserleiters als Reaktionsraum eine wesentlich bessere Beeinflussung der Wechselwirkung zwischen Grundwasser und Grundwasserleitermatrix möglich ist und damit ein nachhaltiger Sanierungserfolg zum Teil schneller erreicht werden kann als mit pump and treat Verfahren. 9

10 2. Darstellung der Sanierungsverfahren Die Fassung des vorliegenden Materialienbandes In situ Sanierungsverfahren entstand während der Füllung und Aktualisierung der LfUG-Datenbank ATRIUM im Zeitraum Oktober 2005 März Die Darstellung der einzelnen Sanierungsverfahren in diesem Kapitel ist der thematische Auszug des ATRIUM-Bereichs in-situ-verfahren mit Stand März ATRIUM ist über die Internetseiten des LfUG (über das Menü Informationssysteme oder auch über die Webseiten des Fachinformationssystems Altlasten, unter DV-Programme und Datenbanken ) erreichbar und wird laufend aktualisiert. ATRIUM liefert eine übersichtlich gegliederte Beschreibung annähernd aller Sanierungs- und Sicherungsverfahren innerhalb der Altlastenbehandlung. Zu den meisten Verfahren sind schematische Abbildungen, erklärende Texte und Anbieterinformationen hinterlegt. Der Nutzer kann 4 verschiedene Recherchemethoden wählen: Boden und Schadstoffart (Kombinationsabfrage): Es wird nach Sanierungsverfahren gesucht, die für den gewählten Boden und für den gewählten Schadstoff gut/bedingt geeignet sind. Eine optionale Eingabe der Bedingung "Anwendungsstand in der Praxis" ist möglich. Alphabetische Anzeige aller Verfahren: Es werden alle Verfahren in einer alphabetisch sortierten Liste angezeigt. Hierarchische Suche Sanierungsverfahren: Auswahl nach übergeordneter Kategorie: Strategie Szenariengruppe Szenario Sanierungsverfahren. Volltextsuche: Es wird in verschiedenen Datenbankfeldern nach dem eingegebenen Begriff gesucht. Aufgrund der oben genannten Entstehungs- und Bearbeitungsspezifik ist der vorliegende Materialienband In situ Sanierungsverfahren in einer relativ einfachen Form (ohne Abbildungs- und Literaturverzeichnisse) gehalten. 10

11 2.1. Grundwassersanierungsverfahren in-situ Elektrokinetische Verfahren (Grundwasser/Boden) Verfahrensbeschreibung: Um Elektroenergie in den Grundwasserleiter einzutragen, werden Elektroden in wassergefüllte Brunnen, direkt in die Schadstoffquelle eingebracht und an eine Gleichstromquelle angeschlossen. Bei einer elektrokinetischen Bodenreinigung werden die Elektroden direkt in die belastetet ungesättigte Bodenzone eingebracht. Das sich ausbildende elektrische Feld bewirkt einen Transport des Grundwassers bzw. des Prozesswassers der ungesättigten Bodenzone und der darin gelösten Schadstoffe. Wobei positiv geladene Moleküle und Ionen zur Kathode wandern und negativ geladene Ionen oder Moleküle sich zur Anode bewegen. Die zugrunde liegenden physikalischen Prozesse sind zum einen die Elektroosmose, welche den Transport organischer Schadstoffmoleküle (z.b. Mineralöle, Phenole) bewirkt, zum anderen die Elektromigration welche den Transport geladener Schadstoffe wie z.b. Schwermetalle bewirkt. Das im Elektroden-Brunnen anfallende, mit Schadstoffen belastete Wasser wird über Pumpen entnommen und einer Abwasserreinigung zugeführt. Bei der Bodensanierung werden die Schadstoffe durch Spülverfahren an den Elektroden entfernt. Vorraussetzung für eine Sanierung mit diesem Verfahren ist die Wasserlöslichkeit der Schadstoffe. (Quelle: Anwendung: Sanierungen mit elektrokinetischen Verfahren befinden sich weitestgehend noch in der Entwicklung. Die im Rahmen von Forschungsprojekten an Teststandorten tätigen Firmen haben sich weitestgehend aus dem Geschäft Elektrokinetische Bodensanierung 11

12 zurückgezogen. Aktuelle großtechnische Anwendungen der Elektrokinetischen Bodensanierung sind nicht bekannt. Vorteile: Das Verfahren eignet sich für nahezu alle Bodenarten, wobei es insbesondere für belastete feinkörnige Böden zum Einsatz kommt, da hier herkömmliche Verfahren eingeschränkt sind. Es lässt sich mit konventionellen Sanierungstechniken gut kombinieren und eignet sich für aliphatische aromatische Kohlenwasserstoffe, Schwermetalle, PAK und BTEX. Nachteile: Es funktioniert nur mit Schadstoffen die sich in Wasser lösen und damit aus dem behandelten Medium abgeführt werden können. Bei den bisher realisierten Projekten sind folgende Probleme aufgetreten: Blockierung der Schwermetallmigration durch Änderung des ph-wertes der Porenflüssigkeit. (Elektrolyse des Wassers führt zu starker Änderung des ph-wertes - im Bereich der Kathode Anstieg bis ph=12, im Bereich der Anode Absinken bis ph=3.) Wirksamkeit des Verfahrens stark von Art der Bindung des Schadstoffes an die Feststoffmatrix des Bodens abhängig (ph-wert abhängige Löslichkeit) Spannungsabfall in den Elektrodenräumen, Zunahme des Übergangswiderstandes zwischen Elektrode und Elektrolyt 12

13 Bioscreen Verfahrensbeschreibung: Bioscreens (passive Verfahren) können aus einer Reihe engstehender Brunnen bestehen, die senkrecht zur Grundwasserfließrichtung innerhalb des GW-Abstroms der Schadstofffahne ausgerichtet sind. In diesen sogenannten aktivierten Zonen die mit natürlichen porösen Materialien bestückt sind, und die eine hohe Sorptionskapazität bezüglich der Schadstoffe und eine erhöhte Bioaktivität im Hinblick auf einen gezielten Abbau organischer Schadstoffe und/oder einer Immobilisierung gelöster Schwermetalle aufweisen, findet unter Zudosierung von Nährstoffen der biologische Schadstoffabbau statt. Diese Zonen können den gesamten Querschnitt der Schadstofffahne im Abstrom oder nur einen definierten Bereich überspannen. Oft sind jedoch die Schadstoffe über Jahrzehnte in Schlufflinsen oder Bodenmikroporen diffundiert und werden während der Sanierungsmaßnahme nun langsam wieder in Bereiche zurück diffundieren in denen sie bioverfügbar sind. Dadurch kann die zu behandelnde Schadstofffracht sehr gering werden. (Quelle: Anwendung: Bis heute sind zahlreiche verschiedene Arten von Bioscreens auf dem Markt, deren Erfahrung im technischen Maßstab jedoch kaum erprobt ist. Zur Zeit liegen noch keine ausreichenden Erkenntnisse über Sanierungserfolge auf Grund der langen Sanierungsdauer der behandelten Fläche vor. Eine Langzeitüberwachung ist mit zusätzlichen Kosten für die Überwachung der behandelten Fläche verbunden. Vorteile: Passive Verfahren eignen sich bei Vorliegen geringer Löslichkeit organischer Schadstoffe sowie bei deren geringen Rückdiffusion in das Grundwasser. Bei größeren 13

14 Schadensfällen, wo die Sanierungszeit ohne hohe Kosten sehr lang ist, sind passive Verfahren vorteilhaft. Geringe Betriebskosten und die Nutzung der kontaminierten Fläche während der Sanierung zeichnet sich als Vorteil aus. Nachteile: Aufgrund geringer Projekterfahrungen im technischen Maßstab und der naturgemäß langen Sanierungszeit liegen kaum Kenntnisse zur Langzeitstabilität vor. Langzeitverhalten können nur durch Projektion von kurzzeitig verfolgten Prozessen abgeschätzt werden. Auch ist bekannt, dass solche Verfahren mit einem entsprechend langen Monitoring begleitet werden müssen, welches bei der Kostenbetrachtung zur Verfügung stehender Verfahren beachtet werden sollte. 14

15 Biosparging Verfahrensbeschreibung: Über Belüftungslanzen und pegel, die in den Kontaminationsbereich hineinragen, wird Druckluft in den Bodenkörper eingeblasen. Die eingepresste Luft durchperlt das Grundwasser und treibt dabei die flüchtigen Schadstoffe aus. Es wird sowohl eine Schadstoffaustreiben (Strippung) durch die Luftströmung im Aquifer erreicht, als auch ein biologischer Abbau der Schadstoffe durch die Sauerstoffzufuhr. Dabei durchströmt die Luft auch weniger durchlässige Bereiche und mobilisiert die dort befindliche Kontamination. Die kontaminierte Luft wird im ungesättigten Bereich von Saugbrunnen aufgefangen, und über Absaugsysteme in einer Abluftreinigungsanlage gesäubert. Um unerwünschte Austräge aus dem belasteten Bereich zu vermeiden ist stets eine abstromige Sicherung vorzusehen. (Quelle: Anwendung: Biosparging eignet sich sowohl zur Behandlung leichtflüchtiger als auch schwerflüchtiger Schadstoffe. Leichtflüchtige Schadstoffe werden zum größten Teil durch Strippung eliminiert. Beim Vorhandensein schwerflüchtiger aerober Schadstoffe, wie zum Beispiel MKW, dient das Sparging im wesentlichen zur Stimulierung des Bio-Abbaus. Das optimale Anwendungsmilieu sind sehr homogen aufgebaute Aquifer. Je geringer die Durchlässigkeit des Aquifers, desto mehr ist die Anwendbarkeit eingeschränkt. Vorteile: Das Biosparging ist ein kostengünstiges In-situ-Verfahren das durch die Förderung der Desorption die Geschwindigkeit der Schadstoffelimination zusätzlich erhöht. Der nicht vollständig im Grundwasser gelöste Sauerstoff reichert sich in der ungesättigten Bodenzone an und fördert den mikrobiellen Abbau. Nachteile: Durch Inhomogenitäten im Aquifer, geringdurchlässige Schlufflinsen oder Bereiche mit höherer Durchlässigkeit als die Umgebung wird die Wirkkraft des Biosparging stark vermindert. Tiefliegende Kontaminationen benötigen leistungsfähigere und teurere Anlagentechnik, um die hohen Drücke zur Überwindung der Wassersäule aufzubringen. 15

16 Eintragen fester Sauerstoffträger Verfahrensbeschreibung: Die sogenannten Oxygene Release Compounds sind in der Lage, über einen Zeitraum von mehreren Monaten kontinuierlich Sauerstoff an das Grundwasser abzugeben. Feste Sauerstoffträger können sowohl durch Injektionsverfahren in den Untergrund eingebracht werden als auch mit Hilfe permeabler Wände. Möglich ist auch das Einbringen in vorhandene Brunnen in Form sogenannter Filterstrümpfe. Bewährt haben sich feste Sauerstoffträger für den Einsatz in oberflächennahen Grundwasserleitern, in denen mit vertretbaren Aufwendungen ein enges Raster von Injektionsbohrungen niedergebracht werden kann. Prinzipiell ist auch der Einsatz in tiefen Grundwasserleitern möglich, hier wird der einzubringende Sauerstoffanteil jedoch in starkem Maße durch den Brunnendurchmesser und die Mächtigkeit der Filterstrecke limitiert. Als erprobte feste Sauerstoffträger sind zu nennen: - ORC (Oxygen Release Compound, Basis: Magnesiumperoxid) sowie - PermeoxPlus (Basis: Kalizumperoxid). Bei ORC werden ca. 10 Gewichts-% an Sauerstoff freigesetzt. PermeoxPlus setzt nach Angaben der Hersteller ca. 17% Gewichts-% an Sauerstoff frei. Die kontinuierliche Freisetzung des Sauerstoffs ermöglicht eine gezielte Unterstützung des aeroben Bioabbaus über einen Zeitraum von mehreren Monaten. Anwendung: ORC wird direkt in das Schadstoffzentrum oder die Schadstofffahne eingebracht. Es dient auch zur Errichtung biologisch aktiver Barrieren. Vorteile: Außer Sauerstoff entsteht bei der Reaktion von ORC mit Wasser nur noch Magnesiumhydroxid (Mg(OH) 2 ), welches nicht weiter schädlich für die Umwelt ist. Es handelt sich um eine sichere und erprobte Technologie, die hilft, Kosten durch Verkürzung der Sanierungsdauer und durch Wegfall von Wartungs- und Betriebskosten zu reduzieren. Durch diese in-situ Technologie wird die kontaminierte Fläche nur gering in Anspruch genommen. Alle bisherigen Aktivitäten können an diesem Standort weiterlaufen. Nachteile: Bei Standorten mit hohen (punktuellen) Schadstoffkonzentrationen muss mit einem langen Behandlungszeitraum und hohen Materialaufkommen gerechnet werden. Dies führt zu höheren Kosten gegenüber geeigneteren Verfahren. 16

17 Eintragen flüssiger Sauerstoffträger Verfahrensbeschreibung: Mit dem Ziel einer Stimulierung des mikrobiologischen Abbaus wird mit Sauerstoff angereichertes Wasser in das Grundwasser infiltriert. Der Eintrag des Sauerstoffes in das Infiltrationswasser erfolgt als technisch reiner Sauerstoff, Luftsauerstoff, Ozon, oder Wasserstoffperoxid. Alternativ zum Sauerstoff können zur Unterstützung des anaeroben biologischen Abbaus Elektronenakzeptoren wie Nitrat hinzugefügt werden. Zusätzlich werden bei Bedarf Nährstoffe (z.b. Phosphor, Stickstoff) und Spurenelemente zugesetzt. Die Sanierung erfolgt durch eine permanente bzw. intervallartige Injektion des angereicherten Wassers in den kontaminierten Grundwasserleiter. Zur Beschleunigung der Sanierung kann auch ein Spülkreislauf eingerichtet werden. Dabei wird das im Grundwasserunterstrom des Schadensherdes über Brunnen geförderte Grundwasser im Gebiet des Schadenherdes nach Anreicherung mit Nährstoffen und Sauerstoffdonatoren über Schluckbrunnen injiziert oder verrieselt. Dadurch werden die mikrobiellen Abbauvorgänge im Grundwasser optimiert. Zur Reinigung des geförderten, kontaminierten Grundwassers und der Zugabe von Bakterien bietet sich der Einsatz eines Bioreaktors an. Neben der Anzüchtung und Injektion der am Schadensort existierenden Bakterien wird auch der Einsatz adaptierter Bakterienstämme praktiziert. Anwendung: Flüssige Sauerstoffträger werden bevorzugt in Grundwasserleitern mit hohem Grundwasserflurabstand eingesetzt. Zielstellung ist die Schaffung aerober Verhältnisse und die Aktivierung der schadstoffabbauenden Mikroorganismen. Die Anwendung kann sowohl im Schadenszentrum (Quellsanierung) als auch im Abstrom (Sauerstoffbarriere zur Abstromsicherung) eingesetzt werden. Vorteile: Der Eintrag flüssiger Sauerstoffträger ist in der Regel kostengünstiger als der Einsatz fester Sauerstoffträger. Der kontinuierliche Eintrag ermöglicht durch Variation der Sauerstoffkonzentration und die Beimischung von Hilfsstoffen (z.b. Nährstoffe) eine gewisse Prozesssteuerung. Nachteile: In der Regel ist ein permanenter Eintrag und damit das Vorhalten entsprechender Anlagentechnik erforderlich. 17

18 Eintragen flüssiger Stoffe zur Erhöhung der Bioverfügbarkeit Verfahrensbeschreibung: Bei diesen Verfahren wird mit Reagenzien angereichertes Wasser über Lanzen, Drainagen oder Brunnen in den Boden eingebracht. Dabei werden die Schadstoffe durch die im Wasser gelösten Additive (wasserlösliche organische Substanzen z.b. Alkohol, Tenside) extrahiert. Die Schadstoffe werden mit der Waschflüssigkeit oder der Mikroemulsion im Abstrombereich oder unterhalb der Kontamination über Brunnen entnommen. Ziel der Stoffeinträge ist auch die Erhöhung der Bioverfügbarkeit der vorliegenden Schadstoffe und damit eine bessere biologische Abbaubarkeit. Siehe auch unter (In-situ Bodenspülung). Anwendung: Bisher nur im Rahmen von Forschungs- und Pilotprojekten Vorteile: Deutliche Verkürzung der erforderlichen Sanierungszeit. Hohe Nachhaltigkeit der Sanierung, da auch die matrixgebundenen Schadstoffe aus dem Grundwasserleiter entfernt werden. Nachteile: Hauptproblem stellt die Erlangung der wasserrechtlichen Genehmigung für den Eintrag der Reagenzien dar. 18

19 Injektion von Primärsubstrat Verfahrensbeschreibung: Co-metabolic Treatment erfolgt in der Regel durch die Injektion von Primärsubstrat (z.b. Ethanol, Toluol, Methan), um den Stoffwechsel der Mikroorganismen zum Abbau der Schadstoffe anzuregen. Die Mikroben wandeln die zugeführten Nährstoffe um und bilden Enzyme, welche mit den organischen Kontaminationen reagieren und diese zu unschädlichen Stoffen abbauen. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass ein organisches Primärsubstrat (welches selbst einen Wasserschadstoff darstellt) zugegeben werden muss, um das Wachstum der Mikroorganismen zu stützen und damit die Verminderung der eigentlichen Schadstoffe zu fördern. Auch innerhalb der Reduktiven Dechlorierung (siehe ) können cometabolische Prozesse ablaufen. Die Zugabe von Methan oder Methanol hat in Versuchen den Abbau von chlorierten Verbindungen (z.b. VC, TCE) ergeben. Die Anwendung von Toluol, Propan und Butan unterstützt den Abbau von TCE. Anwendung: In Deutschland wurde dieses Verfahren zur In-situ Reinigung hauptsächlich im Rahmen von Forschungsprojekten durchgeführt. Vorteile: Verkürzung der erforderlichen Sanierungszeit Nachteile: Das Verfahren eignet sich eher für geringe Schadstoffbelastungen und es treten für die Primärsubstrate hohe Kosten auf. Hauptproblem ist die Erlangung der wasserrechtlichen Genehmigung für den Eintrag der Primärsubstrate. 19

20 Sauerstoffzufuhr über Gasphase Verfahrensbeschreibung: Die Sanierung des Grundwasser erfolgt durch Belüftung des Aquifers über Lanzen oder Brunnen. Mit der Luft wird der zur Schaffung der aeroben Verhältnisse nötige Sauerstoff zugeführt und kann von den Mikroorganismen am Standort zum aeroben biologischen Abbau der Schadstoffe konsumiert werden. Alternativ zur Luft kann auch technisch reiner Sauerstoff eingetragen werden. In Sonderfällen ist auch eine zusätzliche Zufuhr von gasförmigen Nährstoffe für eine weitere Stimulierung biologischer Aktivitäten möglich. Dazu wird das Luftgemisch mit z.b. Methan oder anderen Nährstoffen angereichert. Die Zugabe von Methan in die Infiltrationsluft induziert das selektive Wachstum methanotropher Mikroorganismen. Sie produzieren zur Verwertung des Methans das Enzym Methan-Monooxigenase, das als eine Nebenaktivität u.a. die Oxidation von LCKW katalysiert. Diese werden in ein Epoxid umgewandelt, das rasch von selbst in CO 2 und Cl - zerfällt. Anwendung: Es muss darauf geachtet werden, das dem Verfahren eine Bodenluftabsaugung nachgeschaltet wird. Vorteile: Bei geringem Flurabstand kann kostengünstig eine hohe Sauerstoffmenge in den Grundwasserleiter eingetragen werden. Nachteile: Der Eingetragene Sauerstoff wird nicht vollständig gelöst und perlt gasförmig aus dem Grundwasser aus. Das kann zum Ausstrippen von Schadstoffen über die Gasphase führen. Wird anstelle von technischem Sauerstoff Luft verwendet, verstärkt sich der Strippeffekt durch den enthaltenen Stickstoff (und das insgesamt höhere eingebrachte Gasvolumen) erheblich. 20

21 Reduktive Dechlorierung Verfahrensbeschreibung: Es handelt sich um ein Verfahren zum Biologischen Abbau von Schadstoffen im Grundwasser (z.b. MKW, CKW). PCE (Perchlorethylen) und TCE (Trichlorethylen) Schadstoffe im Grundwasser können durch vorkommende anaerobe Bakterien abgebaut werden. Bei diesem Vorgang nutzen die Bakterien Elektronen von organischen Verbindungen (Elektronenspender) um H 2 zu produzieren. Die entchlorenden Bakterien nutzen die Elektronen aus H 2, um ein Chloratom im TCE/PCE zu ersetzen. Wenn der Boden oder das Grundwasser organische Elektronenspender enthält, wird der Prozess fortgeführt, bis alle Chloratome beseitigt sind. Das TCE wird so vollständig über DCE (Dichlorethen) und VC (Chlorethen) zu gasförmigen Ethylen abgebaut und ist nun ein harmloses Endprodukt. Reduktive Dechlorierung wird auch für den Abbau von 1,1,1-TCA und Tetrachlorkohlenstoff angewandt. Sind keine Elektronenspender vorhanden, müssen diese infiltriert werden. Ein gängiges Verfahren ist das sogenannte Hydrogen Release Compound (HRC). HRC ist ein Polylaktatester, mit Lebensmittelqualität, als Wasserstoffquelle. Nach der Einbringung ins Grundwasser stellt HRC langsam Wasserstoff für die reduktive Dechlorierung zum Abbau der LCKW bereit. Anwendung: HRC wird direkt über Brunnen in das Schadstoffzentrum oder in die Schadstoffahne eingebracht. Es dient zur Errichtung biologisch aktiver Barrieren und kann in Kombination mit ORC (Oxygen Release Compound) eingesetzt werden. Der Einsatz von HRC empfiehlt sich zur Behandlung gelöster Schadstoffe im Schadenszentrum und dort, wo Schadstoffahnen behandelt werden müssen. Vorteile: Geringer Kapitalaufwand und keine Betriebskosten für die laufende Sanierung sind positive Aspekte für diese Verfahren. In das Landschaftsbild muss nur geringfügig und vorrübergehend eingegriffen werden, so dass die natürlichen Verhältnisse erhalten bleiben. Nachteile: Je mehr Schadstoffe konzentriert und wasserstoffverbrauchende Faktoren (z.b. Sulfat) vorhanden sind, z.b. bei großen Schadstoffmengen, die in Phase vorliegen, desto geringer sind die Einsatzmöglichkeiten von HRC. Da der Wasserstoff nur langsam abgegeben wird, ist der Behandlungszeitraum für größere Schadensfälle sehr lang. Wasserstoffverbrauchende Faktoren beziehen den Wasserstoff für ihren Eigenbedarf und es steht weniger H 2 für den Abbau der Schadstoffe zur Verfügung. 21

22 ENA (Enhanced Natural Attenuation) Unter dem Begriff ENA werden alle Verfahren zusammengefasst die zu einer Stimulierung von Selbstreinigungsprozessen führen. Die Optimierung bzw. Beschleunigung von natürlichen Abbauprozessen wird über verschiedene technische Maßnahmen erreicht, welche die physikalischen oder chemischen Eigenschaften der kontaminierten Fläche verändern. Dies erfolgt zum Beispiel durch Zugabe von Elektonenakzeptoren (Sauerstoff, Nitrat, Sulfat) für die biologische Oxidation oder Elektonendonatoren für die reduktive Dehalogenierung. Angestrebt wird die Verringerung von Konzentration, Menge, Volumen, Mobilität oder Toxizität der Kontaminanten in den betroffenen Umweltmedien. Weitergehende Beschreibungen sind den Einzelverfahren ( , sowie , z.t. auch ) zu entnehmen. 22

23 Adsorptive Wand Verfahrensbeschreibung: Adsorptive Wände werden meist senkrecht zur Grundwasserströmungsrichtung in den Untergrund eingebracht und haben die Aufgabe, zu verhindern, dass sich die im Kontakt mit einer Kontamination vom Grundwasser aufgenommenen Schadstoffe ausbreiten. Die Füllung der adsorptiven Wände besteht aus Material, an dem die Schadstoffe adsorbieren und somit zurückgehalten werden. Es erfolgt aber im Unterschied zu den sogenannten Reaktiven Wänden keine Reaktion der Schadstoffe mit dem Füllmaterial. Als Füllmaterialien werden Aktivkohle, Braunkohle, Huminsande, Steinkohle, Torf oder Schiefertone zur Adsorption hydrophober organischer Substanzen und stark sorbierender anorganischer Stoffe verwendet. Anwendung: Stehen zur Zeit noch in Entwicklung und Erprobung. Vorteile: Die Vorteile dieses Verfahrens sind dessen geringer Energieaufwand, die niedrigen Betriebs- und Wartungskosten sowie der minimale Eingriff in den Boden- und Wasserhaushalt. Es handelt sich um ein passives System, das ohne aktive Pumpmaßnahmen und damit ohne ständigen Energieeinsatz arbeitet. Die Bilanz der Umweltauswirkungen dieses Verfahrens ist damit ungleich günstiger als bei konventionellen Verfahren. Vorteilhaft ist die Austauschbarkeit des Adsorptionsmaterials. Nachteile: Hohe Investitionskosten. In der Regel ist nicht geklärt, ob das Adsorbermaterial nach Abschluss der Maßnahme im Boden verbleiben kann oder als Abfall einer Wiederverwertung bzw. Entsorgung zugeführt werden muss. Zusätzliche Kosten können anfallen durch einen eventuell erforderlichen Rückbau des Gesamtsystems nach erfolgreicher Sanierung, der mit hohem technischem Aufwand verbunden ist. 23

24 Chemische Oxidation Verfahrensbeschreibung: Die chemische Oxidation von organischen Schadstoffen ist hocheffizient und erfolgt sehr rasch, z.b. werden Trichlorethen oder Benzen innerhalb von Minuten bis zu 90 % zerstört. Die gebräuchlichsten Oxidationsmittel zur Grundwassersanierung sind Wasserstoffperoxid, Ozon und Kaliumpermanganat. Der Eintrag der Oxidationsmittel kann einmalig über Bohrungen bzw. Injektionslanzen oder mehrmalig z.b. über Brunnen in das Grundwasser erfolgen. Die Schwierigkeit besteht darin, das Oxidationsmittel an den Ort des Schadstoffes zu platzieren. Dabei ist zu beachten, dass Konkurrierende Oxidationsreaktionen (z.b. bei hohen Eisenkonzentration) die Sanierungsprozesse beeinflussen. Anwendung: Für eine erfolgreiche Sanierung ist die gleichmäßige und flächendeckende Verteilung der Oxidantien im kontaminierten Aquifer entscheidend. Die richtige Dimensionierung der dem Boden zuzuführenden Massen an Oxidantien, deren Verdünnungsgrad bzw. deren Verteilung sowie das geeignete Verfahren zur Beschickung der Oxidantien sind entscheidende Faktoren, die zum Gelingen einer Sanierung durch in-situ Oxidation beitragen. Vorteile: Dies ist eine sehr schnell wirkende Sanierungsmethode und insbesondere zur Schadstoffentfrachtung von hochkontaminierten Schadenszentren geeignet. Nachteile: Die Oxidation verläuft unselektiv, d.h. die Oxidationsmittel reagieren neben den Schadstoffen selbst auch mit anderen Stoffen im Boden. Das Verfahren erfordert hohen Mitteleinsatz für Anschaffung und Betrieb der Sanierungsarbeiten. Die Überwachung von chemisch-physikalischen Parametern (ph-wert, Temperatur) ist für den Sanierungserfolg von Bedeutung. 24

25 Dichtwand Heber Reaktor (DHR) Verfahrensbeschreibung: Das DHR-Verfahren nutzt ein vorhandenes Grundwassergefälle (>0,5-1%) oder die durch eine Dichtwand erzeugte Potentialdifferenz zur Förderung von kontaminiertem Grundwasser nach dem Heberprinzip. In Abhängigkeit von Schadstoffart und -menge wird das verunreinigte Grundwasser in verschiedenen Reaktoren gereinigt. Diese in das Hebersystem integrierten Reaktoren sind oberirdisch angeordnet oder oberirdisch zugänglich. Das gereinigte Grundwasser wird in einen tieferliegenden nicht kontaminierten Aquifer, einen Vorfluter oder Abwasserkanal geleitet. Aufgrund der möglichen Anordnung verschiedener Reaktoren ist das DHR-Verfahren für nahezu alle Schadstoffspektren und Schadstoffgemische anwendbar. Eine Anwendungsgrenze stellt der Grundwasserflurabstand dar. Bei einem Flurabstand von <8 m kann die Grundwasserförderung nach dem Heberprinzip über Brunnen oder Dränagesysteme erfolgen. Liegt ein Flurabstand >8 m vor, kann durch eine Dichtwand ein Anstau bis 8m unter GOK erzeugt werden, um die Ausnutzung des Heber-Prinzips zu ermöglichen. (Quelle: Anwendung: Forschungsprojekte, Pilotversuche Vorteile: Durch das einfache Prinzip und keinem Einsatz von Pumpen ist das Verfahren energiesparend und überwachungsarm gegenüber der Funktion und Sanierungseffizienz. Mit dem Verfahren können Schadstoffgemische durch die Hintereinanderschaltung mehrerer Reaktortypen auf einfache Weise behandelt werden. Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist die Selbststeuerung des Systems (der Durchfluss der Anlage passt sich dem jeweils vorliegendem Grundwassergefälle an) über die Potentialdifferenz zwischen Entnahme und Einleitung. 25

26 Die natürlicherweise auftretenden Schwankungen des Grundwasserspiegels haben keinen weiteren Einfluss auf die Reinigungsleistung, wodurch ein kontinuierlicher Betrieb der Anlage gegeben ist. Gegenüber den passiven Funnel-and-Gate-Systemen, bei denen das reaktive oder sorptive Material in den Grundwasserleiter selbst eingebaut wird, ergeben sich erhebliche Vorteile bei den Baukosten, da der technisch aufwendige und damit teure Untertagereaktor (Gate) durch einen einfachen gut zugänglichen oberirdischen Reaktor ersetzt werden kann. Auch bei der Funktionsüberwachung des Systems, bei der Kontrolle der Sanierungseffizienz und beim Ausbau bzw. Ersatz des reaktiven Materials nach dessen Beladung ergeben sich beträchtliche Kostenvorteile. Da die Anwendung des DHR-Verfahren über mehrerer Grundwasserstockwerke möglich ist, bietet es eine Alternative zu den teuren Funnel-and- Gate - Verfahren. Nachteile: Das Verfahren ist auf Anwendungen mit einem Grundwasserflurabstand von maximal etwa 8 Metern ohne zusätzliche Ausbauvorrichtungen beschränkt. 26

27 Drain-and-Gate-System Verfahrensbeschreibung: Beim Drain-and-Gate-System wird der Grundwasserstrom mit Hilfe von Drainagen den Gates (Durchlässen) zugeführt. Beim Durchströmen der mit reaktivem, durchlässigem Material gefüllten Gates werden die Schadstoffe abgebaut, adsorbiert oder ausgefällt. Die Füllung der Gates kann ausgetauscht werden. Die Vorrichtung wird im GW-Abstrom zur Kontaminationsquelle errichtet. Das Drainagesystem sorgt durch einen wesentlich höheren Durchlässigkeitsbeiwert gegenüber den Füllmaterialien dafür, dass das GW dem Gate zugeführt werden kann. Füllmaterialien wie Aktivkohle adsorbieren die Schadstoffe. (Quelle: Anwendung: Grundsätzlich sind Anwendungen für im Grundwasser gelöste organische und auch anorganische Schadstoffe möglich. Vorteile: Der Energieverbrauch ist extrem gering, es erfolgt kein massiver Eingriff in das Grundwasserregime und die Sanierungsmaßnahme findet direkt im Untergrund des kontaminierten Grundwasserleiters statt. Dem zu Folge ist eine aufwendige Anlagentechnik weder einzurichten noch zu betreiben noch auf längere Zeit vorzuhalten. Nachteile: Hohe Investitionskosten. Umfangreicher Eingriff in Untergrund durch Tiefbaumaßnahmen. Anwendung beschränkt sich auf Standorte mit geringem Grundwasserflurabstand. 27

28 Funnel-and-Gate Verfahrensbeschreibung: Bei diesem Sanierungsverfahren wird der Grundwasserstrom mittels zweier Dichtwände (Funnel), wie bei einem Trichter, in Richtung eines Durchlasses (Gate) gelenkt. Das Grundwasser durchfließt das Gate (ein massives in den Boden eingelassenes Bauwerk) und wird dabei z.b. mittels Aktivkohle gereinigt, die in regelmäßigen Zeitabständen ausgewechselt werden muss. Die Reinigung des Grundwasserstroms erfolgt in diesem Fall durch Adsorption. Dieses Verfahren eignet sich für Schadstoffe wie z.b. CKW, MKW und PAK. Anwendung: Grundsätzlich sind Anwendungen für im Grundwasser gelöste organische und auch anorganische Schadstoffe möglich. Die weitreichendsten Erfahrungen liegen bezüglich des Abbaus der aliphatischen chlorierten Kohlenwasserstoffe vor. Hier kommen die geringen Betriebskosten besonders zum Tragen. Die Anwendungsgrenzen des Verfahrens sind bei großen Aquifermächtigkeiten und extremen hydraulischen Durchlässigkeiten zu sehen. Die bautechnische Umsetzung ist weitestgehend mit Standardverfahren des Tiefbaus zu realisieren. (Quelle: Vorteile: Die Vorteile dieses Verfahrens sind dessen geringer Energieaufwand, die niedrigen Betriebs- und Wartungskosten sowie der minimale Eingriff in den Boden- und Wasserhaushalt. Es handelt sich um ein passives System, das ohne aktive Pumpmaßnahmen und damit ohne ständigen Energieeinsatz arbeitet. Die Bilanz der Umweltauswirkungen dieses Verfahrens ist damit ungleich günstiger als bei konventionellen Verfahren. Vorteilhaft ist die Austauschbarkeit des Reaktionsmaterials. Bietet in stark heterogenen Aquifersystemen eine sehr effiziente Nutzung der Reaktorfüllung. Nachteile: Die Sanierung erfordert lange Betriebszeiträume, bei dem die Vorschaltung von Untersuchungen der Verfahrenssicherheit durchzuführen ist. Das Verfahren ist nur für einige organische Schadstoffgruppen geeignet. Ebenso greifen Baumaßnahmen in die Standortsituation ein. 28

29 Grundwasserzirkulationsbrunnen (In-Well-Air-Stripping) Verfahrensbeschreibung: Das Verfahren des Grundwasser-Zirkulations-Brunnens stellt eine spezielle Anwendung der in-situ Strippung dar, die innerhalb eines speziellen Brunnens über intensive Luftdurchmischung mit im Brunnen angesaugtem und wieder abgegebenem Grundwasser erfolgt. Durch den intensiven Luftdurchgang im Brunnen wird Wasser mit nach oben gerissen (der sogenannte Air-Lift-Effekt). Die Anhebung der Wassersäule innerhalb des Brunnens bewirkt ein Potentialgefälle zum umgebenden Grundwasserleiter. Dadurch tritt in der Regel im oberen Bereich Wasser aus dem Brunnen aus, während im unteren Bereich Wasser dem Brunnen zufließt. Bei dem Kontakt zwischen Luftblasen und Wasser findet außerdem eine intensive Ausgasung darin enthaltener leichtflüchtiger Bestandteile statt (in der Regel sind dies LCKW). Die mit Schadstoff angereicherte Luft wird über einen Filter (z.b. Aktivkohle-Filter) geleitet und gereinigt. Anwendung: Hauptanwendungsmöglichkeiten liegen bei Grundwasserverunreinigungen mit leichtflüchtigen Stoffen, vorwiegend LHKW (bei geeigneter On-site-Aufbereitung auch für andere Stoffe), in homogenen geologischen Schichten. Die Einschränkung der Anwendbarkeit des Grundwasserzirkulationsbrunnens liegen vor allem vor bei geschichteten Grundwasserleitern mit ausgeprägter horizontaler Schadstoffverbreitung, wegen der Verschleppungsmöglichkeit der Verunreinigungen in bisher nicht kontaminierte Schichten, oder auch bei stark verunreinigtem Grundwasserabstrom wegen der Gefahr einer nicht vollständigen Erfassung der Verunreinigung. (Quelle: 29

30 Vorteile: keine Grundwasserabsenkung, geringer Flächenbedarf Nachteile: Das GWZ-Verfahren ist nicht anwendbar bei vertikaler Inhomogenität (Stauhorizonte), bei starker Verschmutzung und bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten des Grundwassers. Außerdem zeichnet es sich durch einen hohen Planungs- und Überwachungsaufwand aus. 30

31 Hydroschock Verfahren Verfahrensbeschreibung: Das Hydroschock-Verfahren beruht auf dem Konzept einer dynamischen Mobilisierung der in die wassergesättigte Bodenzone eingedrungenen flüchtigen Stoffe durch den Eintrag von kinetischer Energie in den Grundwasserleiter. Dabei werden in einem speziell ausgebauten Bohrloch elastische Wellen erzeugt, die sich in Abhängigkeit von den jeweiligen Eigenschaften des Aquifers mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten ausbreiten können bzw. absorbiert werden. Durch die Schwingungen sollen über Umlagerungsvorgänge innerhalb des Korngerüstes von sandig bis kiesig ausgebildeten Grundwasserleitern neue Wegsamkeiten für das Grundwasser geschaffen werden, wodurch in vormals schlecht wasserdurchlässigen Porenräumen angereicherte Schadstoffe erfasst und anschließend über eine Grundwasserförderung aus dem Untergrund ausgetragen werden. Darüber hinaus ist es möglich, dass durch die künstlich generierten Druckwellen Kavitationseffekte auftreten, die ein Ausgasen von leichflüchtigen Schadstoffen begünstigen. Über die quantitativen Auswirkungen dieser Maßnahme ist bislang noch wenig bekannt. Konzeptionsparameter sind die Art der Energieerzeugung und die Art der Ankopplung an das zu sanierende Medium. Anwendung: Als Energiequelle können Innenrüttler, Druckluftpulser oder Akustik-Log- Gerätschaften verwendet werden, die ihre Energie auf das Medium Wasser bzw. Korngerüst direkt übertragen. Das Hydroschock-Verfahren kann ergänzend eingesetzt werden bei hydraulischer Sanierung, bei Sanierungsverfahren mittels in-situ Strippung oder beim Wellpoint-Verfahren. Vorteile: Das Verfahren hat eine hohe Reichweite und ist mit einem geringem Überwachungsaufwand verbunden. Es ist nur ein geringer Energiebedarf nötig. Die Geochemie und der Baugrund werden nicht beeinflusst. Nachteile: Es eignet sich nur für die gesättigte Bodenzone. Eine gute Kontrollierbarkeit der Stoffmigration kann nicht gewährleistet werden. Ein Sanierungserfolg ist nur über einen längerfristigen Zeitraum möglich. 31

32 In-situ Strippen Verfahrensbeschreibung: Der Eintrag von Druckluft über Zuleitungsrohre in die gesättigte Zone bewirkt den Übertritt leichtflüchtiger Schadstoffe in die Gasphase. Es bildet sich ein aufwärts strebender Strom aus Luftbläschen aus, an deren Oberfläche der Übertritt flüchtiger Schadstoffe vom Grundwasser in die eingepresste Luft erfolgt. Die Schadstoffe werden somit aus dem Grundwasser ausgestrippt. Die mit Schadstoffen beladene Luft wird im Anschluss meist abgesaugt und über Aktivkohlefilter gereinigt. Im Umfeld der Sanierung bildet sich eine vertikale Zirkulationsströmung des Grundwassers aus. (Quelle: Anwendung: Über Injektionslanzen oder Injektionsbohrungen wird mittels eines geeigneten Kompressors Luft in den kontaminierten Grundwasserbereich gepresst. Hohe Wirkungsgerade sind nur zu erzielen, wenn die Luftströmung auf flüchtige Stoffe in Phase trifft. Um zu verhindern, dass die in der wasserungesättigten Zone angelangte kontaminierte Gasphase unkontrolliert in andere Bereiche der wasserungesättigten Zone oder in die Atmosphäre entweichen kann, ist die Durchführung einer geeigneten Bodenluftabsaugmaßnahme zwingend erforderlich. Das Verfahren ist vorrangig für grobkörnige Lockergesteine geeignet. Vorteile: schneller Sanierungserfolg, hohe Reichweite, niedriger Energiebedarf, geringer Überwachungsaufwand, geringe Beeinflussung von Geochemie und Baugrund. Nachteile: Das Strippen eignet sich nur für die gesättigte Bodenzone. Eine gute Kontrollierbarkeit der Stoffmigration ist durch Unwägbarkeiten im geologischen Schichtbau (Schlufflinsen) nicht gewährleistet. 32

33 Injektionsverfahren Verfahrensbeschreibung: Durch Injektion von Sauerstoff oder Luft in den Untergrund wird eine Ausfällung von Eisen- und Mangan-Hydroxiden erreicht, welche einen reaktiven Bereich ähnlich einer reaktiven Wand (siehe ) bilden. Die Sedimentmatrix beeinflusst maßgeblich die Homogenität der eingebrachten Reaktionszone. Da ein Austausch oder eine Wiedergewinnung des reaktiven Materials bei dieser Konstruktionsart nicht möglich ist, kann dauerhaft die Funktionsfähigkeit des Reaktiven Systems nur bei Abbau- und nicht bei Sorptionsprozessen gewährleistet werden. Anwendung: Durchmesser und Reichweite dieser Brunnen sind abhängig vom Porenraum des anstehenden Bodens, wobei der Durchlässigkeitsbeiwert, bei dem nur noch reine Flüssigkeitsinjektionen möglich sind, bei ca. 1*10-5 m/s liegt. Schadstoffe der Gruppen LCKW, BTEX, LHKW und Phosphate lassen sich in Abhängigkeit vom Grundwasserleiter bedingt behandeln. Vorteile: Der Vorteil von Injektionsverfahren gegenüber vollflächig durchströmten Wänden und dem Funnel-Gate-System liegt in der hohen Flexibilität der Tiefe und Geometrie der zu schaffenden Reaktionszone, so dass auch Kontaminationsquellen erfasst werden können, die mit der konventionellen Technik nicht oder nur bedingt erreicht werden können. Nachteile: Abbaureaktionen können nur durch regelmäßige Nachinjektion über die Dauer der Sanierung ihre volle Kapazität behalten. Dieser Vorgang kann bei lang emittierenden Quellen mit gleichbleibender Quellstärke mehrere Jahrzehnte oder länger betragen. 33

34 Reaktive Wand Verfahrensbeschreibung: Reaktive Wände werden im Grundwasserabstrom von kontaminierten Standorten senkrecht zur Grundwasserfließrichtung installiert. Das Grundwasser durchströmt mit natürlichem Gefälle die Reaktive Wand. Beim Durchgang des kontaminierten Grundwassers durch die Reaktive Wand werden die gelösten Schadstoffe abgebaut, gefällt oder fixiert. Im Unterschied zu adsorptiven Wänden findet eine Reaktion der Schadstoffe mit dem Füllmaterial statt. Als Füllmaterialien finden verschiedene Stoffe Anwendung: nullwertiges Eisen zur Reduktion und Fällung von Metallen sowie zur reduktiven Dechlorierung von LHKW, Aktivkohle und andere Adsorbermaterialien (Braunkohle, Steinkohle, Torf, Schiefertone) zur Adsorption hydrophober organischer Substanzen und stark sorbierender anorganischer Stoffe. Schwermetalle werden mit Hilfe von synthetischen Ionenaustauscherharzen entfernt. Veränderungen des ph-wertes mit dem Ziel der Ausfällung von Metallen können mit Kalkstein bzw. Kalkmilch oder Natronlauge erreicht werden. Mit Hilfe von organischen Kohlenstoffquellen können sulfatreduzierende Bakterien Schwefelwasserstoff produzieren, welcher dann mit Metallen zu schwerlöslichen Metallsulfiden reagiert. (Quelle: Anwendung: Die Anwendungsbereiche der Reaktiven Wände, sei es für die Varianten mit reduktiven/oxidativen Abbau, mit Schadstoffsorption oder mit mikrobiologischen Abbau, sind derzeit noch nicht vollständig ausgelotet. Es sind Anwendungen für im Grundwasser gelöste organische und auch anorganische Schadstoffe möglich. Die weitreichendsten Erfahrungen liegen bezüglich des Abbaus der aliphatischen chlorierten Kohlenwasserstoffe vor. Hier kommen die geringen Betriebskosten besonders zum Tragen. Die bautechnische Umsetzung ist weitestgehend mit Standardverfahren des Tiefbaus zu realisieren. Das Füllmaterial der Wand muss auf die vorhandenen Schadstoffe abgestimmt 34

35 werden. Um ein ungewünschtes Um- und Unterströmen der Wand zu vermeiden, müssen genaue Kenntnisse der Grundwasserströmungsverhältnisse vorliegen. Vorteile: Das Verfahren kann zum schnellen Schutz von Grundwasserleitern vor Schadstoffeinträgen angewendet werden. Das Verfahren zeichnet sich durch eine verhältnismäßige Kostenstruktur im Hinblick auf die Dauer der Sanierung und den anfallenden Betriebs- und Wartungskosten aus. Keine Energie zu deren Betrieb erforderlich. Die Bilanz des Grundwasserhaushaltes wird nicht gestört. Es sind kaum mit Schadstoffen beladene Sorptionsmittel oder Schadstoffkonzentrate zu entsorgen. Nachteile: Die Schadstoffquelle verbleibt im Boden d.h. das Gefährdungspotential bleibt erhalten. Somit ist während der Standzeit ein Monitoring erforderlich. Die Kapazität der Füllmaterialien ist bei adsorbierenden Materialien (z.b. Aktivkohle) limitiert, zudem kann es zu biologisch oder chemisch bedingten Veränderungen der Durchlässigkeit kommen. 35

36 Thermische Verfahren (Thermal Treatment) Verfahrensbeschreibung: Der Grundwasserleiter wird mit Hilfe von Elektroden, die horizontal und vertikal in den Boden eingebracht werden, aufgeheizt. Dabei werden Temperaturen erreicht, bei denen leichtflüchtige Schadstoffe in die Gasphase übertreten und nach oben steigen. Ein anderes Verfahren ermöglicht, Schadstoffe mit einem niedrigeren Siedepunkt als Wasser aus dem Boden zu entfernen. Dabei werden im Allgemeinen Wasserdampf oder heiße Luft in den Aquifer injiziert und so die Schadstoffe in die Gasphase gebracht. Gas und Wasserdampf steigen auf und kondensieren außerhalb des Bodens. Der belastete Kondensrückstand wird in Reinigungsanlagen entsorgt. Anwendung: Die Mobilität freier Schadstoffphasen oder flüchtiger Stoffe wird gesteigert. In Kombination mit Extraktionsverfahren können sie damit wirksamer abgesaugt werden. Ein wichtiger Kostenfaktor wird durch die Sanierungsdauer vorgegeben, der seinerseits von Aquifertyp, Verschmutzungscharakteristik und zu erreichenden Säuberungsgrad abhängig ist. Vorteile: Dieses Verfahren eignet sich besonders bei stark kontaminierten Standorten. Mit der thermischen Mobilisierung der Schadstoffe ist eine Verkürzung der Sanierungszeit und die Steigerung des Wirkungsgrades anderer Verfahren durch Kombination möglich. Das Verfahren ist kostengünstig und zeichnet sich durch den geringen Eingriff in den Wasserhaushalt und die Anwendung für jede Bodenart aus. Nachteile: Das Verfahren ist nicht anwendbar bei schwerflüchtigen Schadstoffen. Bei Böden mit Durchlässigkeitsbeiwert kleiner 10-5 m/s muss man mit längerer Sanierungsdauer rechnen. Eine Totalsanierung ist nicht erreichbar, das heißt die vollständige Entfernung der Schadstoffe aus dem Umweltmedium ist nicht möglich. Der Boden muss deponiert werden. Schadstoffe verlagern sich in die Abluft. 36

37 2.2. Bodensanierungsverfahren in-situ Bioventing Verfahrensbeschreibung: Beim Bioventing wird durch verstärkten Lufteintrag in die ungesättigte Bodenzone die Aktivität der vorhandenen Mikroorganismen gesteigert. Der Lufteintrag erfolgt durch Entnahme von Bodenluft, so dass durch das entstehende Vakuum Außenluft nachströmt, oder aber durch den Eintrag von Außenluft mittels Pumpen in den Boden. Die Aktivität der abbauenden Mikroorganismen kann auch durch Zugabe von Nährstoffen noch unterstützt werden. Wichtige Parameter für die Effektivität des Bioventing sind Korngrößenverteilung und Bodenfeuchte: feinkörnige Böden und hohe Wassergehalte begrenzen die Anwendbarkeit des Bioventing. (Quelle: Anwendung: Bioventing eignet sich zur Sanierung von Schadensfällen mit Mineralölkohlenwasserstoffen, aromatischen Kohlenwasserstoffen, nicht-flüchtigen Hydraulikölen oder anderen vergleichbaren Verbindungen, die gewöhnlich unter aeroben Bedingungen abgebaut werden. Vorteile: Gegenüber Bodenwaschverfahren sind mit Bioventing auch Böden mit geringerem Durchlässigkeitsbeiwert sanierbar, da Luft eine geringere Viskosität als Wasser besitzt. Bioventing stellt ein sehr kostengünstiges Verfahren zur Bodensanierung dar. Nachteile: Die Heterogenität des Bodens wirkt sich nachteilig auf die Sanierungseffizienz aus. Bereiche mit geringer Durchlässigkeit werden weniger durchströmt und die Sauerstoffversorgung zum Abbau der Schadstoffe behindert. 37

38 Infiltrationsverfahren Verfahrensbeschreibung: Bei diesen Verfahren wird mit Additiven angereichertes Wasser durch oberflächliche Verrieselung oder Lanzen, Pegel und Brunnen in die tieferen Bodenzonen infiltriert, was den biologischen Abbau fördert. Additive sind Nährstoffe, wie z.b. Kohlenstoff-, Stickstoff- und Phosphorverbindungen (für ein optimales C:N:P Verhältnis), Cosubstrate als zusätzliche Kohlenstoffquellen, um einen cometabolischen Abbau zu initiieren, Puffersubstanzen zur ph-regulierung, sowie bei Bedarf Detergenzien zur Erhöhung der Bioverfügbarkeit. Anwendung: Bei gut wasserdurchlässigen Böden in Kombination mit Grundwassersanierungsmaßnahmen einsetzbar. Vorteile: Mit dem Verfahren werden kurze Behandlungszeiten erreicht. Es muss mit keiner Bodensetzung gerechnet werden. Durch die Veränderung der Wassereigenschaften des Infiltrationswassers wird die Effektivität gesteigert. Nachteile: Es besteht Kontaminationsgefahr für den Aquifer und bei dem Zusetzen von Additiven ist mit Nebeneffekten zu rechnen. Der hohe Planungs- und Überwachungsaufwand dieses Verfahrens führt oft dazu, das es nicht zur Anwendung kommt. 38

39 Phytoremediation Verfahrensbeschreibung: Mit Hilfe von Pflanzen werden anorganische oder organische Schadstoffe entfernt, stabilisiert oder zerstört. Es können vier Wirkungsprinzipien unterschieden werden. 1.) Stimulierung des Biologischen Abbaus in der Wurzelzone (engl. Enhanced Rhizosphere Biodegradation) Durch den Pflanzenwuchs wird die Besiedlung des Bodens mit Bakterien und Pilzen (die z.t. symbiontisch mit den Pflanzen lebend) günstig beeinflusst und der biologische Abbau von Schadstoffen durch diese Organismen gefördert. Im Bereich der Pflanzenwurzeln wirken vor allem der Bodenbelüftungs- und -auflockerungseffekt (Sauerstoffversorgung), ein ausgeglicheneres Wasserdargebot und Nährstoffangebot (Wurzelexudate) stimulierend auf das Wachstum von Pilzen und Bakterien. 2.) Pflanzliche Akkumulation (Phyto-Accumulation, Phyto-Extraction) Die Schadstoffe werden direkt durch die Pflanzen aufgenommen und in den Blättern und Zweigen angereichert. 3.) Pflanzlicher Schadstoffabbau (Phyto-Degradation) Bei diesem Vorgang werden die Schadstoffe im Pflanzengewebe durch Enzyme (z.b. Dehalogenase oder Oxygenase) katalytisch metabolisiert (z.b. aromatische und chlorierte Aliphate). 4.) Pflanzliche Immobilisierung (Phyto-Stabilization) Durch pflanzlich produzierte chemische Stoffe erfolgt eine Fixierung (z.b. durch Komplexbildung) der Schadstoffe im Übergangsbereich Boden / Wurzel. In Abhängigkeit von Pflanzenart sowie der Art und Höhe der Schwermetallbelastung betragen die Schadstoffmengen, die mit dieser Verfahrensart dem Boden entzogen werden können, zwischen einigen Gramm und Kilogramm pro Hektar. (Quelle: 39

40 Anwendung: Wie in folgender Tabelle zusammengefasst, kann die Phytoremediation für unterschiedliche Schadstoffklassen angewendet werden (Schwermetalle, organische Schadstoffe, Radionuklide). Dementsprechend kommen verschiedene Pflanzenarten zum Einsatz (Kräuter, Sträucher, Bäume, Wasserpflanzen). Die Wirkungstiefe ist dabei auf den Wurzelraum beschränkt. So beträgt z.b. bei Gräsern und Kräutern die Wurzeltiefe zwischen 20 und 180 cm, während sie bei Baumwurzeln bis 18 m reicht. Mechanismus Medium Schadstoffe Pflanze (Bsp.) Phytoextraktion Boden, Sediment, Schlämme Schwermetalle (Ag, Cd, Co, Cr, Cu, Hg, Mn, Mo, Ni, Pb, Zn) Radionuklide ( 90 Sr, 239 Pu, 238, 234 U) 137 Cs, Indischer Senf, Steinkraut, Acker- Hellerkraut Sonnenblume, Hybrid-Pappel Phytostabilisierung Boden, Sediment, Schlämme As, Cd, Cr, Hs, Pb, Zn Indischer Senf, Hybrid-Pappel, Gräser Phyto-/ Rhizodegradation Boden, Sediment, Schlämme, Grundwasser, Oberflächenwasser Organische Schadstoffe (MKW, PAK, CKW, TNT, Pestizide, PCBs) Roter Maulbeerbaum, Hybrid-Pappel, Gräser, Rohrkolben, Armleuchteralge, Schwarzweide, Sumpfzypresse Hydraulic Control Grundwasser, Oberflächenwasser Organische und anorganische Schadstoffe Pappel, Weide Vegetative System Cover Boden, Sediment, Schlämme Organische und anorganische Schadstoffe Pappel, Gräser (Quelle: Die Sanierung von schwermetallkontaminierten Flächen ist durch Pflanzenanbau im Rahmen landwirtschaftlicher Bearbeitung durchführbar und somit ein kostengünstiges und genehmigungsfreies Verfahren. Geeignet ist die Phytoremediation vor allem für geringbelastete und weitflächige landwirtschaftliche Nutzflächen. Besonders vorteilhaft ist die Erhaltung der Bodenfunktionen. Um auf hochgradig belasteten Böden ein Sanierungserfolg zu erzielen muss mit langen Sanierungszeiten gerechnet werden. 40

41 Vorteile: Bei der Phytoremediation ist keine Auskofferung des Materials und anschließende chemisch/physikalische Reinigung nötig. Im Vergleich zu anderen Verfahren ist es kostengünstig, da kein hoher maschineller Aufwand betrieben werden muss. Die Wirtschaftlichkeit hängt aber von der Entsorgungsmöglichkeit der belasteten Rückstände ab. Die Verwendung von Pflanzen, die zur Energiegewinnung dienen, ist ein weiterer Vorteil des Verfahrens, weil die physikalische, chemische und ökologische Bodenqualität verbessert wird. Phytoremediationsmaßnahmen integrieren sich ins Landschaftsbild. Nachteile: Der Einsatz beschränkt sich auf oberflächennah gering belasteten Standorte. Sehr langandauerndes Verfahren, da durch die Vegetationsperiode meist nur wenige Prozent der vorhandenen Belastung entzogen werden können. Es dauert einige Jahre bis Jahrzehnte, um einen ausreichenden Schadstoffentzug zu erreichen. Bei hohen Akkumulationen müssen die Pflanzen kostenintensiv entsorgt werden. 41

42 Dampfinjektion Verfahrensbeschreibung: Die Dampfinjektion ist eine in-situ-sanierungstechnologie zur Reinigung der ungesättigten Bodenzone, die vor allem mit organischen Chemikalien verunreinigt worden ist. Die Dampfinjektion wird durch eine thermische Bodenluftabsaugung derart unterstützt, dass die Veränderung wesentlicher Stoffeigenschaften zu einem erhöhtem Schadstoffaustrag führt. Maßgebend ist die Erhöhung der Schadstoffdampfdrücke. Bei dem Verfahren wird Sattdampf durch vertikale Injektionsbrunnen in den Untergrund injiziert. Das Verfahren ist in Kombination mit einer Bodenluftabsaugung anzuwenden. (Quelle: Anwendung: Die Wirkung des Verfahrens wird von den Substrateigenschaften beeinflusst. Mit der Dampfinjektion können vor allem Schadensfälle mit halogenierten und nicht halogenierten leichtflüchtigen organischen Verbindungen behandelt werden. Die Behandlung von halogenierten flüchtigen organischen Verbindungen ist weniger effektiv. Vorteile: Es ist keine Auskofferung des Bodenmaterials erforderlich. Die Kontaminationen gelangen durch diese Verfahren nicht weiter in den Untergrund. Es ist ein schneller Sanierungserfolg möglich. Die kurze Sanierungsdauer wirkt sich positiv auf die gesamte Kostenstruktur aus, so dass sie gegebenenfalls wirtschaftlicher als z.b. eine Vakuum- Extraktion ist. Nachteile: Nur in Kombination mit Bodenluftabsaugung anwendbar. 42

43 Hochdruckbodenwäsche in-situ Verfahrensbeschreibung: Bei der in-situ Bodenwäsche werden die Schadstoffe durch einen Hochdruckwasserstrahl von der Bodenmatrix getrennt. Um eine bessere Lösung der Stoffe von der Bodenmatrix zu erreichen, können dem Waschwasser Zusätze zugegeben werden. Der gesamte Kontaminationsbereich wird mit sich überlappenden Bohrungen mit einem Durchmesser von ca. 1,50 m versehen. Das Gemisch aus Wasser, Boden und Schadstoffen wird abgepumpt und in einer Separierungsanlage getrennt. Kontaminierter Schlamm und Wasser werden einer Wasserbehandlungsanlage zugeleitet. Das gereinigte Wasser kann als Prozesswasser genutzt oder reinfiltriert werden. Nach Rückverfüllung der Hüllrohre mit dem gereinigten Boden können diese wieder gezogen werden. Es sind in der Praxis Reinigungsgrade von 96% für PAK und von 90% für komplexe Cyanide erzielt worden. Anwendung: Die ungesättigte, kontaminierte Bodenzone wird mit einer wässrigen Phase oder Extraktionsmitteln durchspült. Die Schadstoffe werden ausgespült oder mikrobiell behandelt. Das Spülwasser wird über Entnahmebrunnen wieder gefasst und einer on-site- Behandlung zugeführt. Ein Spülkreislauf muss gewährleistet sein. Zur Vermeidung einer möglichen Schadstoffverschleppung sind Sicherungsmaßnahmen (z. B. hydraulische Maßnahmen ) vorzunehmen. (Quelle: Vorteile: Da keine Auskofferung des Bodens erforderlich ist, bleiben die physikalischen Bodeneigenschaften weitgehend unverändert. Der Originalboden verbleibt (gereinigt) am Standort. Nachteile: Eher geeignet bei kleinen abgrenzbaren Kontaminationen des Untergrundes, bei gut durchlässigen Böden mit eindeutigen hydrologischen Verhältnissen. Die Veränderungen der chemischen und biologischen Eigenschaften sind abhängig von der verwendeten Spüllösung. 43

44 Geoschock Verfahren Verfahrensbeschreibung: Bei dem Geoschock-Verfahren wird die ungesättigte Bodenzone durch elastische Wellen, die von einem auf der Erdoberfläche angebrachten Schwingkörper erzeugt werden, dynamisch angeregt. Durch Schaffung neuer Wegsamkeiten bzw. durch mögliche Kavitationseffekte im Porenwasserraum kann der Schadstoffübergang von der weniger mobilen Phase in die Gasphase beschleunigt und verstärkt werden. Die auf diese Weise mobilisierten Schadstoffe sind über ein Bodenluftabsaugverfahren aus dem Boden entfernbar. Anwendung: Unter gewissen Vorraussetzungen kann eine Ankopplung der wassergesättigten Zone erreicht werden, so dass für diese ähnliche Sanierungseffekte erzielt werden können, ähnlich dem Hydroschock-Verfahren. Das Geoschock-Verfahren kann ergänzend zur Bodenluftabsaugung eingesetzt werden. Bei Einbeziehung der wassergesättigten Zone sollte eine hydraulische Sanierung obligatorisch sein. Weiterhin ist eine Kombination mit dem Wellpoint-Verfahren (kombinierte Absaugung von Luft und Wasser mit Vakuumpumpe aus Brunnen) möglich. Vorteile: Die geringen Anschaffungs- und Betriebskosten, sowie eine wartungsarme Anlage sind ein wesentlicher Vorteil des Verfahrens. Das Geoschock-Verfahren arbeitet bodenschonend und produziert keine Abfallprodukte. Nachteile: Durch den Verlust von Bodenwasser kann es zu Bodensetzungen kommen. Während der Wirkungsgrad zu Beginn der Sanierungsmaßnahme noch sehr hoch liegt, nimmt er im Laufe der Sanierung stark ab. Die Effektivität des Verfahrens ist stark abhängig von der Bodenart, Bodentemperatur, Bodenfeuchte und dem Humusgehalt im Boden. Oft verbleiben Restkonzentrationen im Boden. 44

45 In-situ Bodenspülung Verfahrensbeschreibung: Bei der Bodenwäsche wird mit Tensiden, Laugen oder organischen Lösungsmitteln beladenes Wasser verwendet, um die Schadstoffe von der Bodenmatrix zu lösen und in eine Waschflüssigkeit zu überführen. Tenside setzen die Grenzflächenspannung des Wassers herab, wodurch insbesondere die Emulgierung von Kohlenwasserstoffen gefördert wird. Die in Lösung befindlichen Schadstoffe werden über Saugbrunnen gefördert und das Prozesswasser einer weitergehenden Aufbereitung zugeführt. Mit der abschließenden Infiltration von reinem Wasser werden die verbliebenen Tensidreste aus der Bodenmatrix entfernt. Bodenwaschverfahren eignen sich insbesondere für Mischkontaminationen (organische und anorganische Verbindungen). Anwendung: Aus Saugbrunnen gefördertes Grundwasser wird oberirdisch gereinigt (z. B. in Bioreaktoren, Filtrationseinheiten), dann mit geeigneten Waschsubstanzen (Tenside, Laugen, Lösungsmittel usw.) versetzt und über Drainageleitungen im Bereich des kontaminierten Bodens versickert. Die mit Hilfe dieser Waschflüssigkeit aus dem Boden ausgewaschenen Schadstoffe werden so in das oberflächennahe Grundwasser überführt und mit diesem über Brunnen im Abstrombereich oder vertikal unterhalb der Kontamination entnommen und der oberirdischen Reinigungsanlage zugeführt. Vorteile: Das Verfahren ist eher geeignet bei kleinen abgrenzbaren Kontaminationen, bei gut durchlässigen Böden mit eindeutigen hydrologischen Verhältnissen. Da keine Auskofferung des Bodens erforderlich ist, bleiben die physikalischen Bodeneigenschaften unverändert. Die Veränderungen der chemischen und biologischen Eigenschaften sind abhängig von der verwendeten Spüllösung. Nachteile: Es besteht die Gefahr, dass Bereiche mit geringer Leitfähigkeit umströmt und von der Spüllösung nicht erreicht werden. Der Erfolg der Sanierungsmaßnahme ist daher nur schwer zu erfassen. Beim Einsatz von Lösungsvermittlern zur verbesserten Mobilisierung der Schadstoffe muss die Gefahr der Auswaschung ins Grundwasser berücksichtigt werden. Ein Verbleib von Teilen der Waschflüssigkeit kann eine Belastung des Bodens darstellen. 45

46 Thermische Verfahren Verfahrensbeschreibung: Bei thermischen in-situ Verfahren wird der Untergrund mit festen Wärmequellen aufgeheizt. Dabei erfolgt eine Aufheizung des Bodenkörpers typischerweise auf C, teilweise auch darüber (z.b. Anbieterverfahren THERIS ). Bei der dadurch ausgelösten Verdampfung des Kapillarwassers werden die Schadstoffe auch aus schluffigen und dichten Bodenschichten ausgetrieben und mit Hilfe einer parallel betriebenen, konventionell ausgebauten Bodenluftabsaugung aus dem Bodenkörper entfernt. Bei Verfahren mit höheren Temperaturen (T > 100 C) wird sogar der Siedepunkt mittel- und schwerflüchtige Schadstoffe erreicht, und diese dadurch direkt in die Gasphase der Bodenluft überführt. Besteht der Wunsch, biologische Aktivitäten zu erhalten, erfolgt die Temperaturerhöhung auf Bereiche von 20 max. 50 C. Anwendung: Eine der wesentlichen Voraussetzungen für die thermische Behandlung ist die effektive Überführbarkeit der jeweiligen Schadstoffe in die Gasphase durch die Einwirkung thermischer Energie. Das Verfahren eignet sich auch zum Auftauen von gefrorenen Böden als Vorrausetzung für den Einsatz unterschiedlicher Sanierungstechniken, insbesondere unter kalten klimatischen Bedingungen. Es kann zur Unterstützung des mikrobiellen Schadstoffabbaus durch Schaffung eines optimalen Temperaturmilieus und zur Erhöhung der Bioverfügbarkeit der Schadstoffe eingesetzt werden. Der Sanierungsfortschritt ist jahreszeitlich unabhängig. Durch die Anwendung wird die Durchlässigkeit des Bodens verbessert und der Dampfdruck und die Mobilität der Kontaminanten erhöht. Vorteile: Thermische Verfahren erhöhen den Schadstoffaustrag für eine Bodenluftabsaugung. Im Temperaturbereich (< 50 C) liefern sie ein optimales Temperaturmilieu für mikrobiellen Schadstoffabbau. Nachteile: Generell als nachteilig anzusehen bei thermischen Verfahren ist der hohe Energiebedarf der Heizquellen. Problematisch ist die Behandlung explosiver Stoffe oder Stoffgemische. 46

47 3. Anwendungsfälle von Sanierungsverfahren Eintrag flüssiger Sauerstoffträger Projekt: hydraulisch-biologische in-situ Sanierung einer Grundwasserschadstofffahne Standort: Stadtteil Hamburg-Wilhelmsburg Standortsituation: Für die Sanierung der hoch belasteten Grundwasserfahne wurde im Pump-and- Treat-Verfahren eine Sanierungsdauer von 30 Jahren und länger mit hohen Investitionskosten aufgrund einer lagebedingten Rohrleitungstechnik ermittelt. Schadstoff: Laufzeit: BTXE; Benzol; Phenol; Naphtalin; AOX 2,5 Jahre Verfahren: - Infiltration von mit Sauerstoffträgern (Wasserstoffperoxyd und Nitrat) und zeitweise Mineralstoffen angereichertem Wasser - dadurch bildet sich eine Oxidationsfront aus, die mit dem Grundwasserstrom den kontaminierten Bereich durchströmt - Aufbereitung in 3 dezentralen Anlagen durch unterirdische Enteisenung mit Schadstoffabbau - durch die Rückspeisung einer Teilmenge des geförderten und mit Oxidationsmitteln angereicherten Wassers wird die anschließende Förderung eines eisenfreien Wassers erreicht Ergebnis: Die hydraulisch-biologische in-situ Sanierung ist nicht nur eine im Vergleich zu Pump-and-Traet-Verfahren hinsichtlich der Dekontamination weit leistungsfähigere Technologie, sie weist auch durch die Kürze der Maßnahmen, die einfache Installation und die Verwendung sehr kostengünstiger Sauerstoffträger enorme Kostenvorteile auf. Damit stellt sie für hoch belastete, nicht stationäre Grundwasser-Kontaminationsfahnen mit einem aeroben Bioabbau die Vorzugtechnologie dar. Als weiterer Vorteil ist anzuführen, dass solche in-situ Systeme im Sanierungsverlauf flexibel an die sich ändernden Belastungssituationen angepasst werden können. Quelle: TerraTech 3/

48 Biosparging (nach isoc) Projekt: Abbau von Kohlenwasserstoffen Standort: ehemalige Tankstelle Standortsituation: - bis 5,5 m Auffüllungsmaterial, Sand, Kies Schadstoff: Laufzeit: - ab 5,5 m Tonschicht, als Stauer, verhindert weitere Schadstoffmigrationen - Grundwasserteufe 3,5 m Benzinkohlenwasserstoffe, MTBE, Dieselkohlenwasserstoffe 3 Monate + 1 Monat Verfahren: Optimierung der Lebensbedingungen der Mikroorganismen durch Zufuhr von Sauerstoff Ergebnis: Benzinkohlenwasserstoffe und MTBE`s sanken von Spitzenwerten ( μg/l) auf Werte unterhalb der Nachweisgrenze. Dieselkohlenwasserstoffe nahmen um ca. 90% ab (Ausgang: μg/l). Nach Abstellen des Systems kam es zum Rebound-Effekt geringer Wiederanstieg der Benzin- und Dieselkohlenwasserstoffe. Aufgrund dessen, nochmaliges Einschalten für 1 Monat führt dazu, das alle Werte unter den Zielwerten liegen. Es wird ein Monitoring weitergeführt. Quelle: altlasten spektrum 5/2004, 2/

49 Eintrag fester Sauerstoffträger (ORC) Projekt: Standort: Tankstelle GW Sanierung in Wisconsin, USA Standortsituation: - Grundwasserfließgeschwindigkeit ca. 20 m/jahr, sandiger Aquifer Schadstoff: Laufzeit: BTEX, MTBE 280 Tage Verfahren: - ORC zur Reinigung des Schadenszentrums - Einsatz von 770 kg ORC über 23 Bohrungen ins Schadenszentrum und 16 Bohrungen zur Errichtung einer aeroben Barriere Ergebnis: Nach ca. 280 Tagen sind die Werte von MTBE (6.000 µg/l) und BTEX ( µg/l) annähernd auf Null gefallen. Quelle: REGENESIS, Envirosoft Dr. Raphael GmbH 49

50 HRC Beispiel 1 Projekt: Chemische Reinigung in Gewerbegebiet Standort: Montgomery Watson Standortsituation: - sehr hohe PCE Konzentration (20-25 mg/l) Schadstoff: Laufzeit: - Aquifer überwiegend sandig geringe Grundwasserfließgeschwindigkeit; Betrieb produziert weiter PCE 260 Tage Verfahren: kg HRC wurden über 20 Einbringungspunkte in einem Arial von 20 m² niedergebracht Ergebnis: Deutlicher Konzentrationsrückgang PCE innerhalb von 200 Tagen, Umwandlung zu DCE erkennbar. Vorerst kein Auftreten von Vinylchlorid. Quelle: REGENESIS, Envirosoft Dr. Raphael GmbH 50

51 HRC Beispiel 2 Projekt: Verunreinigung mit TCE Standort: Brighton, NY Standortsituation: - Maximale TCE Konzentration von 26 mg/l Schadstoff: Laufzeit: - niedrige Grundwasserfleißgeschwindigkeit (ca. 1m/Jahr) - langjährige Bodenluftabsaugung fördert keine Schadstoffe mehr TCE 580 Tage Verfahren: Es kamen ca. 230 kg HRC über 24 Injektionslanzen auf einem Areal von 170 m² zum Einsatz. Ergebnis: Nach 166 Tagen HRC-Einsatz war die TCE-Menge um 66% reduziert. Die Menge der Tochterprodukte cis-1,2-dce und Vinylchlorid stieg anfänglich an und sank dann wieder. Zusätzlich zu einer 69%-igen Verringerung der Sulfatmenge war ein Anstieg der Gelöst- Eisenkonzentrationen zu verzeichnen. Die Ergebnisse belegen eine erfolgreiche Unterstützung der biologischen reduktiven Chlorierung am Standort. Isokonzentrationslinien: Dunkelblauer Kernbereich C > 25 mg/l, Abstufung in 5 mg/l Quelle: REGENESIS, Envirosoft Dr. Raphael GmbH 51

52 HRC Beispiel 3 Projekt: Grundwassersanierung, Chemische Reinigung Standort: Yardville, NY (Environ) Standortsituation: - PCE Konzentration von μg/l Schadstoff: Laufzeit: - sandig, lehmiger Aquifer; Grundwasserfleißgeschwindigkeit 35 m/jahr PCE 200 Tage Verfahren: Es wurden 2200 kg HRC über Injektionsverfahren (159 Einbringungspunkte) eingesetzt. Ergebnis: 72 Tage nach der HRC-Applikation waren die PCE Konzentrationen im Anstrombrunnen (3.2 UG, upgradient) bis auf µg/l angestiegen während die Konzentration im Abstrom (Brunnen 2.5 DG, downgradient) konstant bei etwa 290 µg/l verblieben. Darin zeigt sich die Möglichkeit, mit Hilfe von HRC auch variable Schadstoffzuströme handhaben zu können. Ähnlich wie bei PCE war auch der Konzentrationsverlauf von TCE und DCE (Anstieg im Zustrom, Gleichbleiben im Abstrom). Als Zeichen einer effektiven Stimulierung des anaeroben biologischen Abbaus kann auch das Auftreten von organischen Säuren sowie der Konzentrationsrückgang von Sulfat und die Zunahme an Gelöst-Eisen betrachtet werden. Quelle: REGENESIS, Envirosoft Dr. Raphael GmbH 52

53 Biopract Bioscreen (Mikrobiol. hydraulisches in-situ Sanierungsverfahren) Projekt: Kontamination mit Kabelisolieröl Standort: Berlin Lichtenberg Standortsituation: - Kontaminierte Fläche von 500 m² bis in eine Tiefe von 10 m Schadstoff: Laufzeit: - Schadstoffkonzentration im Boden ca mg/kg, im Grundwasser ca. 200 mg/l - insgesamt mehr als kg Kabelisolieröl in den Boden gelangt Mineralöl; PAK; BTEX 4 Jahre Verfahren: Die Reinigung des umlaufenden Grundwassers wurde in Kombinationsbrunnen durch Adsorption der Schadstoffe an Kohleadsorbern und gleichzeitigen mikrobiellen Abbau durch daran immobilisierte Mikroorganismenkulturen durchgeführt. Das in den Boden einströmende Wasser wurde mit Luftsauerstoff, schadstoffabbauenden Mikroorganismenkulturen sowie Nährstoffen zur Aktivierung dieser Kulturen im Boden angereichert. Durch intensive Grundwasserumwälzung kam es zu einer Mobilisierung der Schadstoffe, und einer Förderung der in-situ ablaufenden mikrobiellen Abbauprozesse. Ergebnis: Innerhalb von Tagen wurden 86% des Kabelisolieröls abgebaut. Die Konzentrationen im Grundwasser sanken auf 0,1 0,3 mg/l. Nach einem Umbau der Anlage wurde innerhalb eines Jahres der Restschaden saniert. Nach dem Abschluss der Sanierungsmaßnahme waren im Grundwasser keine Mineralölkohlenwasserstoffe mehr nachweisbar. Der Sanierungszielwert für den Boden mit maximalen Restbelastungen in Höhe von 500 mg/kg wurde erreicht. Quelle: BIOPRACT GmbH, Abt. Umweltbiotechnologie 53

54 Injektion von Primärsubstrat - Methan Biostimulationsverfahren (mikrobiologisches pneumatisches in situ Sanierungsverfahren) Projekt: Walraf Textilwerke GmbH & Co Standort: Mönchengladbach - Rheydt Standortsituation: - Kontaminierte Fläche m² bei einer Tiefenausbreitung bis 12 m Schadstoff: Laufzeit: - Belastung von μg/l TCE/PCE - ein durchgeführtes pump and treat Verfahren blieb erfolglos LCKW 11 Monate Verfahren: Durch Infiltration eines methanhaltigen Luftgemisches in die gesättigte Bodenzone kam es zur Strippung der Schadstoffe, die in der ungesättigten Bodenzone abgesaugt wurden. Gleichzeitig erfolgte der biologische in-situ Abbau der Schadstoffe durch methanotrophe Bakterien. Ergebnis: Innerhalb von 2 Monaten sank die Belastung auf unter 60 μg/l, womit der Umgebungswert von μg/l bereits erreicht war. Nach 11 Monaten erreichte man eine LCKW Konzentration von weniger als 23 μg/l das Verfahren wurde nach Prüfung des Sanierungserfolges abgeschlossen. Quelle: BIOPRACT GmbH, Abt. Umweltbiotechnologie 54

55 Adsorptive Wand Projekt: CKW-Schaden eines Metall-verarbeitenden Industriebetriebs Standort: Reichenbach an der Fils Standortsituation: - erste Adsorptionswand in Deutschland Schadstoff: Laufzeit: - Grundwasserteufe bei ca. 3,5 m - Untergrund aus schluffigem Kies LCKW (PCE, TCE, cdce) 10 Jahre (von Gutachter bestimmt) Verfahren: Die Adsorptionswand wurde als zweireihige Bohrpfahlwand über eine Breite von 20 m bis in 7 m Tiefe errichtet. Wegen des sehr harten Grundwassers kam eine Spezial-Aktivkohle als Adsorptionsmaterial zum Einsatz. Ergebnis: Die bisherigen Ergebnisse haben die sehr gute Reinigungsleistung des ausgeführten passiven Systems bestätigt (Reinigungsleistung unter der Nachweisgrenze < 1 μg/l). Quelle: TerraTech Jan./Feb

56 Funnel and Gate Projekt: Sanierung eines Gaswerkstandortes Standort: ehemaliges Gaswerk in München-Moosach Standortsituation: - Weltweit größtes Funnel-and-Gate-System Schadstoff: Laufzeit: - Errichtung der Anlage von bis PAK, Teeröle in Phase seit im Betrieb; 50 Jahre Verfahren: - es wurde eine trichterförmige Dichtwand bis in den Stauer des zweiten Grundwasserleiters in 24 m Tiefe über eine Gesamtlänge 1,2 km errichtet - 4 unterirdische Durchlaufbauwerke (Schachtbauwerke L:B:T, 35:7:14) - die Anlage liegt unter einer Grünanlage und ist über Schächte zugänglich - das Grundwasser wird mit Hilfe 16 m langer Horizontalbrunnen gefasst, durch Aktivkohlebehälter geleitet und wieder über Horizontalfilterbrunnen abgegeben (14 Horizontalfilterbrunnen, 26 Filterbehälter, 350 m 3 Aktivkohle) Ergebnis: Die automatische Datenaufzeichnung seit lässt noch keine abgesicherten Aussagen zu, die bisher erhobenen Daten sind viel versprechend. Geeignete geologische Strukturen vorausgesetzt und bei entsprechender technischer Auslegung, erlauben Funnel-and-Gate-Systeme über Jahrzehnte eine hoch effiziente Sicherung und Reinigung schadstoffbelasteter Grundwässer. Die bisherigen Erfahrungen haben gezeigt, dass eine aufwändige Modellierung der hydrogeologischen Gegebenheiten für das Funktionieren Grundvoraussetzung ist. Mit dieser Technik werden sind in Zukunft nicht nur Monoschäden, sondern durch geeignete Schaltung der Filterbehälter und Auswahl der Reaktionsmaterialien auch Mischkontaminationen behandelbar. Quelle: BAUER Umweltgruppe, TerraTech 7-8/

57 Funnel-and-Gate mit regenerierbaren Eisen-Reaktoren Projekt: in-situ Sanierung eines massiven LCKW-Schadens im GW durch reduktive Dehalogenierung an metallischem Eisen Standort: ehemalige WGT-Kaserne Bernau (Land Brandenburg) Standortsituation: Auf der Liegenschaft der deutschen Wehrmacht wurde zu Beginn der 60 Jahre eine chemische Reinigung errichtet, die durch kontinuierliche Leckagen, Überlaufund Umfüllverluste sowie einer Havarie 1965 zu Kontaminationen im Grundwasser und Boden führte. Schadstoff: LCKW (TCE > 90 %) Laufzeit: 3 Jahre, Verfahren: Ein segmentierter und mit Eisengranulat befüllter horizontaler Reaktor befindet sich 4,5 m unter GOK in einer abgespundeten Baugrube. Um das Schadenszentrum wurde eine Trichterförmige 120 m lange und m tiefe Dichtwand angelegt. In diese ist ein Reaktor (8 m breit, 14 m lang, 2 m hoch) so unterhalb des Grundwasserspiegels eingelassen, dass ca. ¼ des wassererfüllten Abschnittes eines GWL von der horizontal durchströmten Zwangspassage erfasst werden. Der Durchfluss kann über Ventile am Zu- und Ablauf des Reaktor geregelt werden. Unmittelbar an die Reaktorbaugrube schließt eine mineralische Dichtwand. Diese kapselt den Herd im oberen Grundwasserleiter bis in 10 m Tiefe vollständig ein und sichert vor weiteren Schadstoffausträgen. Als reaktives Material dient elementares Eisen zur reduktive Dehalogenierung der LCKW sowie weitere Materialien als Ergänzung (Nährstoffe, angereicherte Standortmikroorganismen für biotischen Abbau). Alle Module werden jeweils von oben nach unten durchströmt und durch Rohrleitungen untereinander verbunden, so das verschiedene Schaltungen möglich sind. 57

58 Ergebnis: Durch die von oben zugängliche horizontale Verfahrensführung kann im Vergleich zur durchgehenden Vertikalwand die Eisenschüttung in den betroffenen Reaktorabschnitten gezielt regeneriert, ausgetauscht oder durch effektivere Schüttungen oder andere Gemische ersetzt werden. Während der 3 jährigen Laufzeit wurden ca m 3 TCE kontaminiertes Grundwasser behandelt, bei einem Durchfluss von anfänglich 1 m 3 /h und später 0,2 m 3 /h. Bei diesem Projekt ist eine sehr effiziente Reduktion der TCE-Konzentrationen zu verzeichnen. Es wurden ca. 99% TCE abgebaut. Während der 3 monatigen Einfahrphase mit Einlaufkonzentrationen von 5 75 mg/l TCE wurde eine sehr hohe Abbauleistung des Eisengranulates auf TCE-Werte unterhalb der Bestimmungsgrenze erreicht (Verweilzeit im Reaktor 33 Stunden). Quelle: altlasten spektrum 2/2002, TerraTech 5/

59 Biologische in-situ Sanierung (Eintragen von Sauerstoff / Injektion von Primärsubstrat) Projekt: Mehrphasen - in-situ Sanierung eines CKW-Schadens Standort: ehemalige chemische Fabrik Dr. Freund, Sandhausen Standortsituation: Auf einer Gesamtfläche von m 2 sind m 2 im Bereich des Grundwassers und der ungesättigten Bodenzone (Tiefe zwischen 4 und 20 m unter GOK) mit einer geschätzten Schadstoffmenge von über 24 t hoch belastet. Schadstoff: Es konnten mehr als 120 Substanzen nachgewiesen werden, dominierend die folgenden 3 Hauptgruppen: Chlorierte, Aromatische und aliphatische Kohlenwasserstoffe. Laufzeit: 6 Jahre, Verfahren: Es wurde eine biologische Mehrphasen-Sanierung zur Aktivierung der vorhanden Mikroflora in der ungesättigten und gesättigten Bodenzone eingesetzt. Über Infiltrationslanzen wurden zusätzlich Nährstoffe, Sauerstoff und Cosubstrate in die ungesättigte und gesättigte Bodenzone injiziert. Belastetes Grundwasser wurde aus dem Schadenszentrum abgepumpt und einer Wasserreinigung (Enteisenung, Biofilter, Strippung, UV-Oxidation) zugeführt. Phase 1: aerober Abbau der aliphatischen und aromatischen Kohlenwasserstoffe Phase 2: anaerober Abbau der chlorierten Kohlenwasserstoffe Phase 3: aerober Abbau der verschiedenen Metabolite aus der vorangegangenen Anaerobphasen Ergebnis: Es wurden mehr als 24 t Schadstoffe abgebaut, davon mehr als 90 % durch biologische Vorgänge. Die CKW Belastung im Grundwasser konnte von > 8000 μg/l auf < 10 μg/l herabgesetzt werden. Quelle: IBL Umwelt- und Biotechnik GmbH 59

60 In-situ chemische Oxidation (ISCO) Projekt: Einsatz eines neuartigen Verfahrens zur Sanierung eines LCKW- Grundwasserschadens Standort: DaimlerChrysler AG Sindelfingen Standortsituation: Das heutige Gelände der DaimlerChrysler AG war Teil des ehemaligen Flugplatzgeländes von Böblingen. Der Schadensbereich ist heute weitgehend überbaut. Es liegen Verunreinigungen im Grundwasser vor von LCKW-Gehalten bis zu 50 mg/l. Schadstoff: Laufzeit: LCKW, dominierender Schadstoffparameter Tetrachlorethen (PCE) Laborversuch, 5wöchiger Pilotversuch ( ), 9wöchiger Sanierungsversuch ( ), Sanierung seit Verfahren: Als Ergebnis einer Variantenbetrachtung ist die in-situ chemische Oxidation mit Permanganat das empfohlene Verfahren, dass unter den vorhandenen Standortfaktoren am wirkungsvollsten ist und hohe Schadstoffkonzentrationen in einem kurzem Zeitraum effektiv behandeln kann. Das ISCO-Verfahren wird zusammen mit einer Pump-and-Treat-Maßnahme durchgeführt. Im Vergleich zum Hydroxyl-Radikal oder zum Ozon, die normalerweise als Oxidationsmittel zum Einsatz kommen, ist Permanganat ein mildes Oxidationsmittel, das sehr stabil ist und schnell reagiert. Seine Wirkung wird durch den ph-wert kaum beeinflusst und seine Beschaffung ist relativ einfach da es in Form von Kalium- und Natriumsalz im Großhandel erhältlich ist. Nach der erfolgreichen Durchführung eines Labor- und Pilotversuches wurde ein 9-wöchiger Sanierungsversuch auf einem 400 m 2 großen Versuchsfeld ausgeführt. Es wurden 4 Grundwassermessstellen zu einem Injektionsbrunnen und drei Extraktionsbrunnen verwendet. Das mit 2,8 m 3 /h geförderte LCKW belastete Grundwasser aus den Extraktionsbrunnen wurde gereinigt, mit Natriumpermanganat versetzt und mit 1,7 3,8 m 3 /h wieder injiziert. 60

61 Es wurden insgesamt ca. 1,2 t Natriumpermanganat in Konzentrationen von mg/l injiziert und etwa 3800 m 3 Grundwasser rezirkuliert. Das Permanganat wurde 6 Wochen injiziert, danach wurde die Versuchseinrichtung weitere 3 Wochen betrieben. Ergebnis: Die Messwerte der LCKW Konzentration und relevanten Parametern sind viel versprechend. Das untenstehende Diagramm lässt erkennen, das zu Beginn der Injektion eine starke Reduzierung der Konzentrationen vorliegt. Während des gesamten Versuches ist ein allmählicher Anstieg der Konzentrationen zu verzeichnen. Die Wiederanstiege treten infolge von Systemunterbrechungen auf. Der niedrigste Konzentrationswert wurde nach 3 Wochen erzielt. Über den gesamten Versuchszeitraum betrachtet, zeigt sich ein Rückgang der PCE-Konzentrationen. Die TCE- und cis-1,2-dce-konzentrationen steigen zum Ende hin an, möglicherweise auf die höhere Mobilität der Schadstoffe zurückzuführen, wodurch TCE und cis-1,2-dce schneller in den Versuchsbereich nachströmen. Nach 162 Tagen (zwei Wochen nach Versuchs Ende) sind ca. 50% der LCKW- Menge im Versuchsfeld abgebaut. Es muss jedoch damit gerechnet werden, dass diese Werte aufgrund der hohen Schadstoffmengen und dem hochkonzentrierten Zustrom nicht stabil bleiben und wieder ansteigen. 61

62 Ab September 2005 wurde mit der Sanierung nach dem ISCO-Verfahren begonnen, aufgrund der guten Versuchs- und Laborergebnisse. Die Labor- und Sanierungsversuche zeigten aber auch, dass sich dieses Verfahren nicht für ausgedehnte Schadstofffahnen mit geringen Schadstoffkonzentrationen eignet. Insbesondere höhere Anteile anderer organischen Substanzen steigern den Verbrauch an Oxidationsmitteln und damit die Kosten. Genaue Kenntnisse der Untergrundverhältnisse und Laborversuche mit Standortmaterial sollten unbedingte Vorrausetzung für den Feldeinsatz dieses Verfahrens sein. Quelle: Altlasten Spektrum 5/2004; 5/

63 Biologische in-situ Sanierung (Eintragen von Sauerstoff + Nitrat) Projekt: in-situ Sanierung einer ehemaligen Chemiefabrik Standort: ehemalige Chemiefabrik in München Standortsituation: Durch langjährige Nutzung des Grundstückes als Produktionsstandort für chemische Produkte kam es zu erheblichen Verunreinigungen im Boden und Grundwasser. Die Produktionsanlagen sind ab- bzw. rückgebaut worden. Aufgrund der Erkenntnisse von durchgeführten Erkundungsmaßnamen ist die ungesättigte Bodenzone bis in den Grundwasserschwankungsbereich durch Aushub beseitigt wurden. Ausgangsbelastung im grundwassergesättigten Boden [Sanierungsziel]: PAK mg/kg [20 mg/kg], BTEX 200 mg/kg [5 mg/kg], MKW mg/kg [1.000 mg/kg]. Ausgangsbelastung Grundwasser [Sanierungsziel]: BTEX μg/l [20 μg/l], PAK 43 μg/l [2 μg/l], [MKW 200 μg/l]. Schadstoff: PAK, BTEX, MKW Laufzeit: 2 1/2 Jahre, Verfahren: Durch die Zuführung von Sauerstoff und Nährstoffen soll die Versorgung der Standort vorhandenen Mikroorganismen optimiert werden. Die Mikroorganismen sollen die Schadstoffe als Nahrungsquelle nutzen und sich vermehren, wodurch ein erhöhter Abbau gewährleistet wird. Über 16 Brunnen wird belastetes Grundwasser über zwei Wasserkreisläufe gefördert, gereinigt und mit Sauerstoff (Wasserstoffperoxyd) und Nährstoffen (Nitrat) angereichert wieder versickert. Als eine weitere Maßnahme wurden 106 Luftlanzen installiert, womit zusätzlich Luftsauerstoff in den Grundwasserleiter eingepresst wird. Ergebnis: Das Sanierungsziel wurde nach 19 Monaten erreicht. Die PAK-Werte im Grundwasserabstrom sanken von 43 μg/l auf 2 μg/l. Nach der 19-monatigen Sanierung wurde die Anlage weitere 10 Monate betrieben, um die Sanierungsziele im Boden zu erreichen. Auch nach dem Abschalten der Anlage 63

64 und einer zwei jährigen Kontrollphase stiegen die PAK-Werte nicht. Die Sanierungsziele für BTEX und MKW konnten ebenfalls erreicht werden und liegen wie die PAK-Werte unter den Sanierungszielen. Quelle: TerraTech10/

65 Biologische in-situ Sanierung Projekt: Biologische in-situ Sanierung auf einem ehemaligen Militärflughafen Standort: ehemaliger kanadischer Militärflughafen Baden-Söllingen Standortsituation: Auf dem heutigen Baden-Airpark, ehemals Nato-Flughafen Rheinmünster- Söllingen befinden sich vier Teilflächen, die sanierungsbedürftig sind. Im Bereich des ehemaligen POL-Lagers treten infolge von Tanküberfüllungen und Leckagen mit Kerosin und Diesel an drei Tanks Verunreinigungen im Untergrund auf. Die vierte Sanierungsfläche liegt im Bereich des Feuerwehrübungsplatzes, wo Verunreinigungen mit Kerosin und Feuerlöschmittel, verursacht durch Feuerwehrübungen, auftreten. Sanierungsrelevant sind Boden- und Grundwasserkontaminationen bis in eine Tiefe von 10 m unter GOK. Schadstoff: Schadstoffkonzentration im Boden: MKW mg/kg, BTEX 18 mg/kg. Schadstoffkonzentration im Grundwasser: MKW μg/l, BTEX 1348 μ/l. Laufzeit: 3-5 Jahre, seit Frühjahr 2000 Verfahren: Auf den Teilflächen wurde eine mikrobiologische in-situ Reinigung mit standorteigenen Organismen in Kombination mit hydraulischen Maßnahmen (Abstromsicherung mit ca. einem Drittel des gehobenen Wassers) durchgeführt. Zwei Drittel des gehobenen Grundwassers werden nach Sauerstoff- und Nährstoffzugabe am Standort versickert. Das im Schadenszentrum entnommene Grundwasser (bis auf Filtration keine weitere Vorbehandlung) wird mit Sauerstoff (Wasserstoffperoxyd) und Nährstoffen (Phosphor, Stickstoff) versetzt und über Infiltrationslanzen sowie einen Infiltrationsschacht mit angeschlossenem Infiltrationsgraben versickert. (Quelle: Altlastenforum 2001) Ergebnis: Nach dem ersten Betriebsjahr konnte gewährleistet werden, das die Schadstoffkonzentrationen deutlich abnehmen und die Mikroorganismen 65

66 wachsen. Im Verlauf der Messungen wurde die schnellere Mobilisierung der BTEX im Vergleich zu den Mineralölkohlenwasserstoffen deutlich. Quelle: TerraTech 1/2002, Altlastenforum 2001, IBL Umwelt- und Biotechnik GmbH 66

67 Biologische in-situ Bodensanierung (Infiltrationsverfahren, Bioventing) Projekt: Mikrobiologische in-situ Sanierung eines Petroleumschadens Standort: Industriegelände bei Mainz Standortsituation: Auf einem Industriestandort sind durch Leckagen 43 m 3 Petroleum in den Untergrund gelangt. Die Schadstoffausbreitung reicht bis in 14 m Tiefe und erstreckt sich auf einer Breite von 500 m 2. Es liegen Ausgangsbelastungen von und mg MKW/kg Boden vor. Nach sehr guten Ergebnissen in einem Labor- und Pilotversuch, wurde 1994 mit der Sanierung begonnen. Schadstoff: MKW (Petroleum) Laufzeit: 4 Jahre, Verfahren: In den Kontaminationskörper wurden 170 Sanierungslanzen (4 Meter Filterstrecke) im Abstand von 2 Metern installiert. Über diese Lanzen wurde in regelmäßigen Abständen eine im Labor gezüchtete Mikroorganismen-Mischkultur infiltriert. Um die Mikroorganismen mit Sauerstoff zu versorgen wurde gleichzeitig eine Belüftung und Bodenluftabsaugung des Bodenkörpers durchgeführt. Die Abgesaugte Luft wurde über Aktivkohlefilter gereinigt. Über die Bodenluft wurden ca. 2% der Schadstoffmenge beseitigt. Ergebnis: Der Schadstoffabbau im ersten Jahr lag bei 60%, in den darauf folgenden Jahren war er deutlich langsamer. Nach vier Jahren Sanierung waren ca. 95% der Schadstoffmenge abgebaut. Nachkontrollen belegen, das die eingebrachten Mikroben die vorhandenen Restbelastungen weiter abbauen. Quelle: UB MEDIA Boden und Altlasten 08/