Strategien und Methoden zum Nachweis des Sanierungserfolges

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1 Strategien und Methoden zum Nachweis des Sanierungserfolges Thomas G. Reichenauer

2 Rahmenbedingungen für die Altlastensanierung Räumung oder Umschließung an vielen Standorten nicht optimal (Kostenfaktor, vorhandene Bebauung) Nachhaltigkeit der Sanierung wird wichtiger Sanierung aller Altlasten in zwei Generationen In-situ Sanierungstechnologien als ernsthafte Alternativen In-situ Sanierungs Quickscan auf Reichenauer, 2

3 Stufenweises Vorgehen zum Nachweis des Sanierungserfolges 3D-Modell des Standortes: geologischer Aufbau, hydrologische Situation, Schadstoffverteilung/Quellenarchitektur Auswahl der geeigneten Sanierungsvariante und Festlegung der standortspezifischen Prozessparameter Quantifizierung der Wirksamkeit von Sanierungsmaßnahmen ( Nachjustierung) und Nachweis des Sanierungserfolges Reichenauer, 3

4 Modell der Schadstoffverteilung Welche Schadstoffe? Wo sind die Schadstoffherde? Wie liegen die Schadstoffe vor? Wieviel Schadstoff ist vorhanden? Reichenauer, 4

5 Modell der Schadstoffverteilung Teil 1 12 Punkte 13 Punkte Reichenauer, 5

6 Modell der Schadstoffverteilung Teil 2 35 Punkte 51 Punkte Reichenauer, 6

7 Modell der Schadstoffverteilung Teil 3 Reichenauer, 7

8 Mikrobieller Abbau (ungesättigten Zone) Teil 1 Schadstoffe (CH) + O 2 (Luft) + Nährstoffe (N, P, K) Mineralisierung CO 2 + H 2 O + Biomasse (C, O, N, P, K) Reichenauer, 8

9 Mikrobieller Abbau (ungesättigten Zone) Teil ohne Nährstoffe +N +N +P +K MKW (mg/kg TM) Nährstoffzugabe 2. Nährstoffzugabe 0 Tage seit Versuchsbeginn Reichenauer, 9

10 Einbringung von Nährstoffen (ungesättigte Zone) - Bewässerungsrechen Reichenauer, 10

11 Einbringung von Nährstoffen (ungesättigte Zone) 5 Tage nach Nährstoffaufbringung 3,5 Monate nach Nährstoffaufbringung N min (mg/kg) A Plots 2013 A1.1 A1.2 A2.1 A2.2 A2.3 A3.1 A3.2 A3.3 N min (mg/kg) A Plots 2014 A1.1 A1.2 A1.3 A2.1 A2.2 A2.3 A3.1 A Tiefe (cm) Tiefe (cm) N min (mg/kg) N Plots 2013 N1.2 N1.3 N2.1 N2.2 N2.3 N3.1 N3.2 N3.3 N min (mg/kg) N-Plots 2014 N1.2 N1.3 N2.1 N2.2 N2.3 N3.1 N3.2 N Tiefe (cm) Tiefe (cm) Reichenauer, 11

12 Wirkungsnachweis bei in-situ Maßnahmen Einbringung Messung Distanz Menge, Konz. A Wirkung (spez./unspez.) Menge, Konz. B Reichenauer, 12

13 Wirkungsnachweis bei thermischer in-situ Sanierung Einbringung Messung Distanz Temp > Zieltemp. Verdampfung von Schadstoff Temp > Zieltemp. Reichenauer, 13

14 Sauerstoffmessungen zum Wirkungsnachweis von mikrobiellem Schadstoffabbau Einbringung Messung Kurzschluss Kurzschluss Konv ektion Konv ektion und Diffusion Diffusion Chem. Zehrung O 2 (Luft) Abbau Schadstoff Bodenatmung O 2 CO 2 Reichenauer, 14

15 Kohlendioxidmessung zum Nachweis von mikrobiellem Schadstoffabbau Messung Schadstoff Biomasse Abbau Lösung in Wasser org. Subst. Bodenatmung CO 2 Chem. Bindung Reichenauer, 15

16 Helium als Tracer für in-situ Respirationsversuch oben mitte unten 10 a c e 8 CO , b d f Datum Reichenauer, 16 O2 (vol-%) CO2 (vol-%) CO2 (vol-%) ,15 He (vol-%) O 2 5 He 0,05 0,00 Mo 16 Fr 20 Di 24 Sa 28 Mi 01 So 05 Do 09 Mo 16 Fr 20 Di 24 Sa 28 Mi 01 So 05 Do 09 Mo 16 Fr 20 Di 24 Sa 28 Mi 01 So 05 Do 09 Datum Datum

17 Diffusionsweite von Helium in der ungesättigten Zone Heliumkonz. mittlerer Bereich [vol-%] ,1 2,4 m unter GOK 3,7 4,0 m unter GOK Heliumkonz. unterer Bereich [vol-%] Abstand Belüftungspegel - Monitoringpegel [m] Abstand Belüftungspegel - Monitoringpegel [m] Reichenauer, 17

18 Wirkungsnachweis und Wirkungsquantifizierung im Grundwasser und Sickerwasser Charakterisierung von Schadstoffen in der Quelle Anteil von Phase-Pools im Verhältnis zu absorbierten und adsorbierten Schadstoff-Pools (z.b.: Partitioning Tracer Tests für DNAPL) Abbaugrad von MKW (z.b. GC-Fingerprinting) Charakterisierung von Schadstoffen in der Fahne Lokalisierung der hochbelasteten Abstrombereichen (z.b. Immissionspumpversuche) Messung der Redox-Verhältnisse (z.b.: Redoxsensitive Bänder) Messung von Abbauprodukten Quantifizierung von Genen von abbauenden Organismen (z.b. Dehalococcoides) Reichenauer, 18

19 Wirkungsnachweis und Wirkungsquantifizierung im Grundwasser und Sickerwasser Einbringung Fließrichtung des GW nur 2 Phasen Distanz Schadstoffabbau Zehrung (spez./unspez.) Verdünnung Messung Menge, Konz. A Wirkung (spez./unspez.) Menge, Konz. B Reichenauer, 19

20 Was sind stabile Isotope Aelion et al (2010) Die gleiche Anzahl an Protonen (Z), eine unterschiedliche Anzahl an Neutronen (N) Stabil: kein radioaktiver Zerfall instabil: radioaktiver Zerfall Reichenauer, 20

21 Quantifizierung des Schadstoffabbaus durch Komponentenspezifische Stabilisotopenanalytik (engl.: compound specific stable isotope analysis (CSIA)) Abbau Input Sorption Output schwere Kohlenwasserstoffe ( 13 C, 2 H) leichte Kohlenwasserstoffe ( 12 C, 1 H)

22 Trichloroethen (TCE) Konzentration und δ 13 C Wert 480 µg L µg L µg L µg L µg L µg L µg L µg L µg L µg L Reichenauer, 22

23 Abschätzung des (bio)chemischen Abbaus B 28% B 52% B 0% B 20% B 38% B 19% B 27% B 23% B 37% Reichenauer, 23

24 In-Situ Aerobisierung von Altablagerungen Luft Humifizierung, Stabilisierung der organischen Substanz, Reduktion von Emissionen 24

25 δ 13 C-DIC im Sickerwasser als Indikator für Aerobisierung von Deponien und Altablagerungen Reichenauer, 25

26 δ 13 C-DIC im Sickerwasser von Deponien und Altablagerungen Grundwasser unbeeinflusst: δ 13 C = ca. -8 bis -10 (HCO 3 - ) CO 2 aus aeroben Abbau von organischem Material: δ 13 C = -20 bis -25 CO 2 aus anaeroben Abbau mit Methanbildung: δ 13 C = 0 bis > 10 Aerober Abbau Stabile Methanphase DOC noch im Sickerwasser Grundwasser unbeeinflusst Schematische Darstellung von δ 13 C im Sickerwasser Integrierender Parameter für den Zustand einer Hausmüll- Altablagerung 26

27 Zusammenfassung und Ausblick Die Anwendung von in-situ Sanierungsmethoden erfordert entsprechendes Prozessverständnis (standortspezifisch!) Prozessverständnis erfordert die Anwendung spezifischer Erkundungs- und Monitoringmethoden Voruntersuchungen im Labor (Batch, Säulen, Technikum) integrale Methoden (genaue Information über den gesamten Standort) lokale Methoden (genaue Information über wenige Punkte) Kombination ideal für Standortcharakterisierung und Wirkungsquantifizierung und somit Sanierungserfolg Mitte 2016: Erkundungsquickscan (Umweltbundesamt + ÖVA) Häufigere/Frühere Kooperation von Wissenschaftlern und Praktiker wäre wünschenswert Reichenauer, 27