IN-SITU-SANIERUNG EINES MASSIVEN ÖLSCHADENS IM TANKLAGER MAGDEBURG ZUM ATTRAKTIVEN FESTPREIS

Transkript

1 IN-SITU-SANIERUNG EINES MASSIVEN ÖLSCHADENS IM TANKLAGER MAGDEBURG ZUM ATTRAKTIVEN FESTPREIS Karsten Menschner, Klaus Heise und Manfred Funk 1 Einleitung Auf dem Gelände des ehemaligen MINOL-Tanklagers Magdeburg-Rothensee sind Boden und Grundwasser durch Kriegseinwirkungen und Havarien massiv mit BTEX und MKW kontaminiert worden. Im Zuge von freistellungsfinanzierten Gefahrenabwehrmaßnahmen ist die ungesättigte Bodenzone bereits saniert worden. Nunmehr soll die Grundwasserkontamination auf einer Fläche von circa m² mittels Air-Sparging-Technologie saniert werden. Bei der Planung und der Sanierung waren insbesondere der laufende Tanklagerbetrieb sowie die unmittelbare Nähe des Sanierungsstandortes zur Elbe mit den daraus resultierenden Schwankungen des Grundwasserspiegels (bis 7 m) zu berücksichtigen. Ziel der Sanierung ist es, die Grundwasserkontamination so weit zu reduzieren, dass eine relevante Belastung angrenzender Oberflächengewässer unterbunden wird. Dazu wurden die Sanierungsziele und die Dauer der Sanierung im Vorfeld festgelegt und die Sanierungsmaßnahme funktional zu einem pauschalen Festpreis ausgeschrieben. Mit Zuschlagserteilung hat sich der Sanierungsbetrieb für das Erreichen der Sanierungsziele im vorgegebenen Sanierungszeitraum verpflichtet. 2 Ausgangssituation Das Gelände entstand während des Hafenausbaus in den 1930er Jahren durch Aufschüttung bis auf ca. 46 m NN. Das ehemalige Minol-Tanklager wird westlich vom Industriehafen und östlich von der Industriestraße begrenzt. Im Norden und Süden grenzen Industriegrundstücke an. Derzeit wird das ca. 160 m x 180 m große Gelände als Tanklager für Salze, Chemikalien und Biodiesel genutzt. Die geologische Schichtenfolge besteht aus ca. 2,5 m Auffüllung, ca. 1 m Auelehm/Löß, Feinsand bis 6 m Tiefe und Grobsand/Feinkies bis mindestens 11 m Tiefe. Der Grundwasserflurabstand schwankt in direkter Abhängigkeit vom Elbwasserstand bzw. des Industriehafens im normalen Mittel zwischen 38,5 bis 42,5 m NN (maximaler Schwankungsbereich 7 m). Influente und effluente Fließverhältnisse wechseln. Folgende maximalen Belastungen von Boden, Bodenluft und Grundwasser wurden vor Sanierungsbeginn im Sanierungsbereich ermittelt. Tabelle 1 : Maximale Belastungen vor Sanierungsbeginn Parameter Boden (Feststoff) Boden (Eluat) Bodenluft Grundwasser Einheit mg/kg mg/l mg/m³ mg/l Mineralöl-KW ,1 60 BTEX , Davon Benzol 85 0, Seite 1

2 Abbildung 1 : Luftbild Tanklager Magdeburg 3 Sanierungsziele / Vertragsgestaltung Die Grundwasserbelastung soll soweit reduziert werden, dass eine relevante Belastung des Oberflächenwassers des angrenzenden Industriehafens zur Elbe vermieden wird. Folgende Sanierungsziele sind festgelegt: Sanierungsziel 1: Entfernung von mindestens 490 kg Benzol aus dem Untergrund und Sanierungsziel 2: Erreichen eines dauerhaften Sanierungszielwertes von 1 mg/l Benzol im Grundwasser. Der Sanierungszeitraum ist mit 24 Betriebsmonaten festgelegt, diese Zeit kann sich um bis zu 12 Monate durch hochwasserbedingte Stillstandszeiten verlängern. Bei Nichterreichen des Sanierungsziels 1 wird eine Rückberechnung je kg Mindermenge auf den vereinbarten pauschalen Sanierungsfestpreis vorgenommen. Bei Nichterreichen des Sanierungsziels 2 wird die Air-Sparging-Sanierung auf Kosten des Sanierers um bis zu 12 Monate verlängert. Nach einem öffentlichen Teilnahmewettbewerb wurden 3 geeignete Bieter ausgewählt, die im Rahmen einer Funktionalausschreibung gegen eine pauschale Vergütung auf der Grundlage eigener Sanierungstests eine Entwurfsplanung und ein Angebot mit einem pauschalen Seite 2

3 Sanierungsfestpreis vorzulegen hatten. Mit dem Angebot war die Gewährleistung des Erreichens der o.g. Sanierungsziele zu erklären. Nach Auswertung der Angebote erhielt die Sanierungsfirma Z-Design GmbH den Zuschlag. Mit den zugehörigen Ingenieurleistungen beauftragte Z-Design die Ingenieurgesellschaft CDM Consult GmbH Leipzig (CDM) als Nachauftragnehmer. 4 Sanierungstechnologie 4.1 Prinzip der Air-Sparging-Technologie Die Air-Sparging-Technologie besteht in einer kombinierten In-situ-Sanierung der gesättigten und ungesättigten Bodenzone nach folgenden Verfahrensprinzipien: Impulsartiges Einblasen von ölfreier Druckluft an der Basis des Grundwasserleiters oder der Grundwasserkontamination In-situ-Strippen leichtflüchtiger Schadstoffe wie BTEX und LHKW bei der lateralen Ausbreitung und beim vertikalen Aufsteigen der Luftbläschen im Intergranular (physikalischer Sanierungseffekt = Air-Sparging) Gleichzeitige Anregung des mikrobiologischen Abbaus von BTEX, MKW und anderer abbaubarer Kohlenwasserstoffe durch Aerobisierung und Aktivierung der Schadstoffe an den Korngrenzflächen (biologischer Sanierungseffekt = Bio-Sparging) Übergang der Strippluft in die ungesättigte Bodenzone Gleichzeitig beginnende Bodenluftabsaugung / Bioventing der ausgestrippten und ggf. auch der in der ungesättigten Bodenzone vorhandenen leichtflüchtigen Schadstoffe, bei deutlich höheren Absaug- als Einblasluftmengen (Sicherheitsfaktor) Übertägige Reinigung der kontaminierten Rohluft, hier durch katalytische Oxidation im autothermen Betrieb. Wegen der hohen Grundwasserkonzentrationen muss bei der Injektion von Luft in das Grundwasser mit sehr hohen Bodenluftkonzentrationen gerechnet werden. Die Konzentrationen können für die BTEX+KW erfahrungsgemäß im explosionsfähigen Bereich liegen. Zur Vermeidung davon ausgehender Gefahren erfolgt die Luftinjektion für jeden Brunnen durch eine individuell steuerbare Injektionsrate, die kontinuierlich und online überwacht und laufend dem Sanierungsverlauf angepasst wird. Ebenfalls zur Sicherheit ist eine kontrollierte Absaugung der Bodenluft erforderlich, um Ausgasungen von Schadstoffen aus Sicherheitsgründen (Explosionsschutz, Emissionen usw.) zu unterbinden. Aus diesem Grund verfügt die Anlagentechnik über entsprechende Explosionsschutz- und Sicherheitseinrichtungen (TÜV geprüft). Vorteile des hier eingesetzten INSAAN-terracure -Verfahrens sind also : Schnell, durch gezielte Erfassung und Abbau der Schadstoffe im Untergrund Kostengünstig, Sanierungsoptimierung über Datenfernübertragung und angepasste Sanierungstechnik, damit geringer Betreuungsaufwand vor Ort Effizient, durch Online-Messungen und SPS-gesteuerte Absaugung und Injektion Keine Grundwasserförderung mit allen diesbezüglichen Problemen. Seite 3

4 Abbildung 2 : Prinzip der Air-Sparging-Technologie / INSAAN-terracure -Verfahren 4.2 Air-Sparging-Sanierungstest In einem hochbelasteten Bereich wurde ein kombinierter Air-Sparging-Sanierungsbrunnen (ASBr) mit einer Einblasstrecke von m Tiefe und einer Absaugstrecke von 3,3-4,3 m Tiefe errichtet (siehe Abb. 3). Der Air-Sparging-Sanierungstest wurde über einen Zeitraum von 20 Tagen mit einer mobilen SPS-gesteuerten, ex-geschützten Air-Sparging-Anlage Typ INSAAN visual mit Datenfernübertragung und Prozessvisualisierung durchgeführt. Bei einem physikalischen Schadstoffaustrag von 268 kg BTEX+KW (gemessen mit Online-KW-Sensor) wurde eine Injektionsreichweite von ca m in der gesättigten Zone und eine Absaugreichweite von ca m in der ungesättigten Zone ermittelt. Im Rahmen des begleitenden Grundwassermonitorings wurden im Sanierungstestbereich Gehalte an BTEX bis 113 mg/l, MKW bis 80 mg/l und Benzin-KW bis 376 mg/l gemessen. Seite 4

5 Abbildung 3 : Air-Sparging-Testbrunnen / Fotos der mobilen Testanlage 4.3 Sanierungsplanung / Besonderheiten Die Genehmigungs- und die Ausführungsplanung wurde in einem Zeitraum von ca. 3 Monaten erstellt. Auf der Grundlage der Testdaten wurden bei der gegebenen Standortsituation folgende wesentlichen Sanierungselemente geplant : 30 DUO-Sanierungsbrunnen mit Endteufen von m, mit 1 m Injektionsstrecke (bis unterhalb des kontaminierten Bereichs) und 1 m Absaugstrecke von ca. 3,3-5,1 m Tiefe (direkt unterhalb der Auelehmschicht) 6 Injektionsbrunnen als Schrägbohrungen unter bestehenden Tanks/Tanktassen zur vollständigen nachhaltigen Abdeckung des kontaminierten Bereiches, Neigung 45, vertikale Tiefe 11 m, Bohrlänge ca. 16 m, Kiesklebefilter von m 5 Absaugbrunnen (um die Tanks herum) Brunnenstuben für Schwerlastverkehr in Fahrbereichen Ex-geschützte Absaugrohrleitungen, Einblasleitungen, pneumatische Steuerleitungen, teils überflur, teils unterflur verlegt, Leitungslängen jeweils ca. 800m 4 Bodenluftabsauganlagen mit 150 m³/h Nennsaugleistung, automatischem Wasserabscheider und variabel steuerbarer Kompressoranlage für ölfreie Druckluft sowie Prozessvisualisierung und Fernsteuerungsmöglichkeit (Typ INSAAN visual) Anlagenmesstechnik mit Ex-Schutzüberwachung, automatische Frischluftzudosierung Rohluftreinigung durch 2 KatOx-Anlagen. Seite 5

6 Die Air-Sparging-Sanierung ist über 24 Betriebsmonate mit zusätzlich bis zu 12 Monaten Stillstandszeit bei hohen Wasserständen konzipiert, zuerst mit kurzer Anfahrphase als reine Bodenluftabsaugung (kontinuierlich), anschließend als In-situ-Strippen durch intervallweise Druckluftinjektion mit variablen Luftmengen von 2-20 m³/h. Die anfängliche Bodenluftbelastung in der Rohluft wurde auf deutlich über mg/m³ BTEX+KW prognostiziert. Die anfängliche Schadstofffrachtrate wurde auf bis zu ca kg KWges je Tag abgeschätzt. Die Sanierungsüberwachung mit dem sanierungsbegleitenden Messprogramm für Bodenluft, Grundwasser und Anlagentechnik sowie Optimierungsansatz und Dokumentation wurde konzipiert. Begleitende Grundwassermessungen finden in den 24 vorhandenen GWM statt. Als Besonderheit ist eine Zwangsabschaltung der Sanierungsanlagen durch einen Wasserstandssensor bei zu hohen Grundwasserständen auf Grund sich auswirkender Hochwasserführung der Elbe implementiert. Weitere Planungsdetails bezogen sich auf genehmigungsrechtliche Fragen und den Arbeitsschutz, vor allem den Explosionsschutz. Mögliche Risiken für das Grundwasser durch die Air-Sparging-Sanierung wurden nicht gesehen. Auch auf Grund des erfolgreichen Sanierungstests wurde die wasserrechtliche Genehmigung durch die Untere Wasserbehörde der Stadt Magdeburg problemlos erteilt. Abbildung 4 : Funktions- und Anlagenschema zur Air-Sparging-Sanierung Seite 6

7 Abbildung 5 : Lageplan mit Sanierungsinfrastruktur 5 Air-Sparging-Sanierung 2009 bis Bau der Sanierungsinfrastruktur Innerhalb von zwei Monaten wurde die komplette Sanierungsinfrastruktur mit den Bohrungen, Brunnenbau, Leitungsverlegung und Anlageninstallationen errichtet. Für jede Bohrung war eine Kampfmittelfreigabe erforderlich. Durch die fachtechnische Bohrbetreuung wurde der Ausbau der Sanierungsbrunnen laufend nach den angetroffenen geologischen Verhältnissen angepasst. Im Testbetrieb wurde u.a. für jeden Einblasbrunnen bei Aufnahme der Drucklufteinblasung eine Druckverlaufskurve aufgenommen. Die impulsartige Einblasung von Druckluft wurde mit minimalen Volumina begonnen und von ca. 2 m³/h stufenweise auf bis (maximal) ca. 20 m³/h gesteigert. Die Einblasintervalle können stufenlos variiert werden. Nach einmonatigem Testbetrieb wurde am der standardmäßige Sanierungsbetrieb aufgenommen. Seite 7

8 Abbildung 6 : Vertikalbohrungen und Schrägbohrungen für Injektionsbrunnen unter Tanks Abbildung 7 : Anlageninstallationen 5.2 Air-Sparging-Sanierungsbetrieb (Stand 08/2010) Das technische Equipment der Air-Sparging-Sanierung läuft seit der Inbetriebnahme stabil und zuverlässig. Der Air-Sparging-Sanierungsbetrieb wurde bisher wie folgt realisiert: Reine Bodenluftabsaugung in den 35 Absaugbrunnen (ohne Einblasung) bis zur relativen Konstanz der BTEX+KW- und CO 2 - Konzentrationen in der Bodenluft mittels Air- Sparging-Anlage. Zeitdauer: ca Wochen, lagemäßig differenziert Impulsartiges Einblasen von ölfreier Druckluft mittels der 4 Air-Sparging-Anlagen in den 4x9 Injektionsbrunnen mit wechselnden Betriebsregimes. Absaugung der Bodenluft in den 35 zugehörigen Absaugbrunnen und Online- Bestimmung der BTEX+KW- und CO 2 -Konzentrationen in der Bodenluft GW-niveaugesteuerte automatische An-/Abschaltung der INSAAN-Anlagen bei hohen GW-Ständen < 0,6 m unter Auelehmschicht. Seite 8

9 Eine Außerbetriebnahme der Anlage wegen des erhöhten Grundwasserstandes war bisher nur zweimal bzw. an insgesamt 13 Tagen notwendig. Der Gesamt-KW-Gehalt in der abgesaugten Bodenluft wird kontinuierlich mittels IR- Gassensoren gemessen und dient zusammen mit permanenten Volumenstrommessungen der Ermittlung der Austragsraten und der Optimierung des Sanierungsprogramms. Die online ermittelten CO 2 -Gehalte in der Bodenluft dienen zur Ermittlung des biologischen Schadstoffabbaus. Auch die CO 2 -Gehalte fließen in den Optimierungsprozess des Sanierungsprogramms mit ein. Derzeit sind alle Air-Sparging-Brunnen komplett im Injektions- und Absaugbetrieb, so dass im Hinblick auf die effektive Fahrweise der Einzelanlagen Optimierungsmaßnahmen durch entsprechende Steuerung der Zeitintervalle von Absaugung und Injektion sowie alternierende Fahrweise ausgewählter Brunnen erfolgen. Die Reduzierung der Schadstoffbelastung in der gesättigten und ungesättigten Bodenzone erfolgt im derzeitigen Sanierungsbetrieb optimal. Nach 10 Monaten Sanierungsbetrieb wurde ein kumulativer Gesamtschadstoffaustrag von ca. 30 t BTEX und Benzin-KW bilanziert, davon sind nach Analysen ca. 3,3 % bzw. ca. 450 kg Benzol (physikalisch). Abbildung 8 : Kumulativer Schadstoffaustrag nach 10 Monaten Sanierung. Neben der Fremdüberwachung wird in Eigenüberwachung ein sanierungsbegleitendes Messprogramm für Bodenluft und Grundwasser sowie Rohluft und Abluft durchgeführt. Das letzte Grundwassermonitoring fand planmäßig im August 2010 statt und zeigte bereits eine deutliche Reduzierung der Benzolgehalte im Grundwasser um ca. zwei Drittel. Die Ergebnisse aller durchgeführten Messungen werden regelmäßig in Sanierungszwischenberichten ausgewertet und dokumentiert. Seite 9

10 Abbildung 9 : Entwicklung des mittleren Benzolgehalts nach 10 Monaten Sanierung. 6 Zusammenfassung / Ausblick Im ehem. MINOL-Tanklager Magdeburg wird ein großflächiger BTEX-KW-Schaden im Grundwasser in unmittelbarer Elbnähe mittels in-situ-air-sparging-technologie bei vorgegebenen Sanierungszielen und vorgegebener Sanierungszeit von maximal 3 Jahren unter technologischer Berücksichtigung möglicher Hochwasserführung und bei ungehindertem Weiterbetrieb des Tanklagers saniert. Nach kurzer Planungs- und Bauphase verliefen die ersten 10 Sanierungsmonate erfolgreich, so dass die Erreichung der Sanierungsziele planmäßig voranschreitet. Verifizierbare eigene Sanierungstests ermöglichten Planungssicherheit für eine ausgefeilte innovative technologische Lösung mit einem für beide Seiten akzeptablen Festpreis. Der vereinbarte Festpreis und die eindeutige Definition des Sanierungsumfangs und der Sanierungsdauer reduzieren für den Auftraggeber das Risiko einer ewigen Sanierung mit unkalkulierbaren Kostenrisiko. Für den Auftragnehmer bestehen die Vorteile in der funktionalen Leistungsbeschreibung: Durch die Umsetzung eigener Feldversuche und die dadurch gewonnenen Kenntnisse konnte die Leistung mit einem kalkulierbaren Risiko angeboten werden. Insgesamt wurde dadurch eine für beide Seiten vorteilhafte Vertragsgestaltung ermöglicht. Anschriften der Autoren Dr. Karsten Menschner, CDM Consult GmbH, Weißenfelser Str. 65 H, Leipzig Tel / , karsten.menschner@cdm-ag.de Klaus Heise, LAF Landesanstalt für Altlastenfreistellung Sachsen-Anhalt, Maxim-Gorki-Str. 10, Magdeburg, Tel / , heise@laf-lsa.de Manfred Funk, Z-Design GmbH, Henkerberg 20, Owingen, Tel / , funk@z-design.de Seite 10