Sanierung von Boden und Grundwasser – ITVA Altlastensymposium 2015 in Bochum #2

Zweiter Teil meiner Nachlese zum ITVA Altlastensymposium 2015 in Bochum (der erste findet sich hier). Drehte sich der erste Teil größtenteils um rechtliche Betrachtungen hinsichtlich der geplanten Mantelverordnung, so wollen wir uns im 2. Teil zunächst einer häufig anzutreffenden Schadstoffgruppe zuwenden, den chlorierten Kohlenwasserstoffen. Diese, besonders die leichtflüchtigen (LCKW) werden gerne in Wäschereien eingesetzt. Und bei unachtsamem Umgang können sie dort auch in den Boden und schließlich in das Grundwasser gelangen. Und wenn das einmal geschehen ist, sollte man sie dort wieder entfernen. Nur wie, das ist die Frage. Dazu muss erst einmal der betreffende Untergrund erkundet werden. Wie groß ist der Schadstoffherd, wie viel Schadstoff ist dort zu finden. Und wie sind die hydrogeologischen Verhältnisse beschaffen?

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Michael Altenbockum vom Ingenieurbüro Altenbockum & Partner. Eigenes Foto, CC-Lizenz

Michael Altenbockum vom Ingenieurbüro Altenbockum & Partner stellt den Fall eines LCKW Schadens in einem Festgesteinsaquifer aus Sandsteinen des Rotliegend vor. Hier wurde der Schaden erst feststellt, als die Schadstofffahne einen Trinkwasserbrunnen erreichte. Eine erste Erkundung des Grundwasserleiters ergab aber kein schlüssiges Modell der Ausbreitung des Schadstoffes. Ein Vergleich eines Säulenversuches an einem Bohrkern und einem Pumpversuch im Gelände ergab, dass der Sandstein mit seinem effektiven Porenvolumen von 4 % nicht groß zum Wasserfluss beiträgt. Im Gelände ist der Wasserfluss deutlich größer. Hier spielen Klüfte vermutlich eine bedeutende Rolle in der Durchlässigkeit des Grundwasserleiters. Insgesamt wird hier die Bedeutung sowohl der Feldmethoden wie zum Beispiel Pumpversuchen zusammen mit mikroskaligen Labormethoden (Dünnschliffe, Säulenversuche etc.) bei der genauen Erfassung des hydrogeologischen Systems hervorgehoben.

Ähnlich sieht das auch bei einem anderen Fall aus, den uns Barbara Sasse von der Stadt Gladbeck und Klaus Blomquist vom Büro Altenbockum & Partner zeigten. Auch hier waren in einer alten Großwäscherei und -färberei chlorierte Kohlenwasserstoffe in den Boden gelangt. Als Poren/Kluftgrundwasserleiter dient hier eine rund 40 m mächtige Schicht des Recklinghäuser Sandmergels, dem im Liegenden als Stauhorizont die Emschermergel folgen. Als man das ehemalige Wäschereigelände für die Wohnbebauung verplanen wollte, wurde der Grundwasserschaden entdeckt und sollte im Folgenden saniert werden. Dazu wurde ab dem Jahr 2000 bis 2006 das Grundwasser in zwei Sanierungsbrunnen gefördert und über Nassaktivkohle gereinigt (Pump & Treat Verfahren) sowie anschließend über die Kanalisation abgeführt. Nach und nach wurden Zweifel laut, ob das angewendete Verfahren überhaupt wirtschaftlich und erfolgreich sein würde. Denn es hatte sich herausgestellt, dass die Werte der Schadstoffe zwar auf einem niedrigen, aber dennoch konstanten Niveau eingependelt hatten. Und sie machten keine Anstalten, auch nur in die Nähe des angestrebten Zielwertes zu sinken. Außerdem wurde 2006 ein weiterer Grundwasserschaden mit Chlorkohlenwasserstoffen auf einem nicht weit nördlich des bekannten Schadens entdeckt. Hier hatte ein Galvanisierungsbetrieb gelegen. Es stellte sich die Frage, ob der neu entdeckte Schaden einen Einfluss auf das laufende Sanierungsverfahren hatte.
Im Folgenden wurden die Sanierungsmaßnahmen auf dem bekannten Altschaden gestoppt und an der Spitze der Schadstofffahne hydraulische Abfangmaßnahmen ergriffen, die gleichzeitig feststellen sollten, ob ein beständiger Nachschub im Grundwasser besteht.

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Barbara Sasse von der Stadt Gladbeck. Eigenes Foto, CC-Lizenz.

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Klaus Blomquist vom Büro Altenbockum & Partner. Eigenes Foto, CC-Lizenz.

Die Eigenschaften des Aquifers am Standort schließen die Verwendung innovativer Verfahren zur Grundwassersanierung weitgehend aus. Bei keinem Verfahren kann sichergestellt werden, dass der gesamte Schadstoffherd erfasst wird und sie wären unter den gegebenen Umständen auch nicht wirtschaftlich. Es gibt in der Schadstofffahne allerdings Hinweise auf einen natürlichen Abbau der Schadstoffe im Untergrund und die Fahne selber zeigt sich stationär und hat keine Tendenz, sich auszubreiten. Vermutlich besteht ein Gleichgewicht zwischen dem biologischen Abbau auf der einen und der Nachlieferung aus der Schadstoffquelle.

Die Erfahrungen aus diesem Fall haben die Notwendigkeit wiederholter Plausibilitätsprüfungen bei langjährigen Sanierungen gezeigt. Gleichzeitig wird deutlich, dass auch das Umfeld der Sanierungsmaßnahme von erheblichem Interesse sein kann. Beim Zusammenfluss mehrerer Schadstofffahnen ist ein Gesamtkonzept erforderlich.
Grundwasserschäden aus chlorierten Kohlenwasserstoffen in Kluftgrundwasserleitern gestalten sich oft als sehr kompliziert und nur schwer sanierbar, auch innovative Sanierungsmethoden stoßen hier schnell an ihre technischen und wirtschaftlichen Grenzen.

Eine ganz eigene Kategorie unter den Altlasten stellen alte Deponien dar. Ganz besonders natürlich diejenigen, in denen wild abgelagert wurde. Einen sehr schönen Fall stellte Uwe Hoffmann vom AAV – Verband für Flächenrecycling und Altlastensanierung, vor. Hier gibt es bei Witten den ehemaligen Sandsteinbruch „An der Schlinke“, in dem bis in die 1950´er Jahre Sandstein gewonnen wurde. Anschließend wurde das 6000 m² große Areal als nicht genehmigte Müllkippe benutzt. Dabei wurden vor allem im nördlichen Bereich auch Abfälle aus der örtlichen Pentachlorphenol– und Holzschutzindustrie eingebracht. Die Deponie verfügt weder an den Seiten noch an ihrer Basis Abdichtungen. Ursprünglich soll sich am Tiefpunkt des Steinbruches ein aus dem Kluftgrundwasserleiter gespeister kleiner See befunden haben, der mit Industrieabfällen verfüllt wurde. Der Deponiefuß steht in der wassergesättigten Bodenzone und wird hangseitig von Grund und Sickerwasser durchströmt. Die leicht wasserlöslichen Chlorphenole werden aus dem Deponiekörper in den Kluftgrundwasserleiter ausgewaschen. Die Hauptfließrichtung folgt dem fallen der Schichtflächen und ist nach Süden ausgerichtet.

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Uwe Hoffmann vom AAV – Verband für Flächenrecycling und Altlastensanierung. Eigenes Foto, CC-Lizenz

Nach einer Aktenrecherche zufolge sollen sich rund 20 t Rückstände aus der Pentachlorphenolindustrie sowie Schätzungen nach rund 21 bis 42 kg PCDD in der Deponie befinden. Letztere sind dank ihrer geringen Wasserlöslichkeit aber weit weniger von Bedeutung als die chlorierten Kohlenwasserstoffe.. Im Deponiematerial wurden bis zu 16 000 µg/kg Dioxin und Furan sowie 1314 mg/kg Chlorphenol nachgewiesen. Im Sickerwasser wurden., je nach Jahreszeit schwankend, bis zu 2700 mg/l Chlorphenol sowie untergeordnet Dioxine, Furane, BTEX, PAK sowie andere chlorierte Kohlenwasserstoffe gefunden.

Seit 2001 wird versucht, über einen zentralen Brunnen die Mobilisierung von Schadstoffen in Abstromrichtung zu verhindern. Das geförderte Wasser wird über einen Nassaktivkohlefilter gereinigt und in einen Abwasserkanal eingeleitet. Es ist aber davon auszugehen, dass trotz dieser Maßnahme Schadstoffe mit dem Grundwasser verfrachtet werden.

Das Sanierungsziel ist der Schutz des oberflächennahen Kluftgrundwasserleiters vor Schadstoffeinträgen aus der Altablagerung. Dazu muss die Deponie trocken gelegt werden. Dies soll über 3 Schrägbrunnen erreicht werden, die unter den Deponiekörper gebohrt werden und mit deren Hilfe dann der Grundwasserspiegel abgesenkt und das Sickerwasser aus der Deponie aufgefangen werden soll. Da vor allem zu Beginn der Maßnahmen mit deutlich erhöhten Schadstoffgehalten im abgepumpten Wasser gerechnet werden muss, bleibt die vorhandene Sickerwasserbehandlungsanlage weiterhin in Betrieb. Eine Deponiedichtung soll langfristig die Nachlieferung von Sickerwasser unterbinden.

Ein kleines technisches Schmankerl stellt die Abteufung des Startschachtes für die Schrägbrunnen dar. Der Sandstein ist ziemlich hartnäckig und stellt hohe Ansprüche an das Bohrgerät. Gleichzeitig steht der geplante Schacht im Bereich einer 110-/220-/380 kV Hochspannungsleitung, so dass der Einsatz schweren Gerätes deutlich eingeschränkt ist.

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Sebastian Moritz von der IFAH GbR in Garbsen. Eigenes Foto, CC-Lizenz

Kampfmittel vornehmlich aus dem letzten Weltkrieg stellen ebenfalls Altlasten dar, von denen oft eine ganz konkrete Gefahr ausgeht. Dabei stehen nicht immer nur die alten industriellen Zentren im Fokus. Sebastian Moritz von der IFAH GbR führte uns das exemplarisch anhand der historischen Erkundung eines alten Einsatzflughafens der Luftwaffe aus dem 2. Weltkrieg vor.

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Sandra Verhoeven vom Büro Altenbockum & Partner. Eigenes Foto, CC-Lizenz.

Die bodenkundliche Baubegleitung wird vermutlich in Zukunft immer wichtiger werden. Sandra Verhoeven vom Büro Altenbockum & Partner stellte dazu die Möglichkeiten anhand eines kommunalen Beispiels vor.
Während Böden in der Baubranche (und wohl nicht nur dort) im Rahmen von Baumaßnahmen meist als Grundlage des zukünftigen Baus oder schlicht als Baumaterial betrachtet werden, werden die nicht direkt bautechnisch genutzten Böden meist sehr wenig beachtet. Dabei kann es durch die Tätigkeiten gerade hier zu teilweise erheblichen Beeinträchtigungen der Böden kommen, so dass sie nach Abschluss der Baumaßnahme ihren normalen Bodenfunktionen nicht mehr nachkommen können.
Das fängt bei der Versiegelung an, durch welche die Wasser- und Luftkreisläufe des Bodens unterbrochen werden. Aber auch der Bodenabtrag oder -auftrag kann eine Störung darstellen. Alleine die Bewegung von Boden zerstört bereits das Bodengefüge. Der abgetragene Boden wird meist an einer anderen Stelle in Form einer Miete aufgehäuft. Auch hier wird Boden beeinträchtigt, und zwar der Unterlagernde.
Befahrung durch Baumaschinen führt zu einer Bodenverdichtung und zu einem Verlust des Bodengefüges. Die Leitfähigkeit von Wasser und Luft werden stark eingeschränkt und der betreffende Boden stellt als Standort für Pflanzen eine enorme Herausforderung dar. Natürlich stellen auch die Einträge von Stoffen (Baumaterialien, Schotter oder gar Schadstoffe) oftmals eine Gefahr für die Bodenfunktionen dar.

Da Boden aber auch eine endliche und vor allem nicht erneuerbare Ressource darstellt, sollte der Bodenschutz eigentlich immer ein Hauptinteresse sein. Denn die meisten Bodenschäden lassen sich mit ein wenig Vorbereitung vermeiden. Sie hinterher zu beheben ist meist nicht so ohne weiteres möglich und wenn, dann wird es (zum Beispiel im Falle einer Bodensanierung) meist sehr teuer.
Hier soll die bodenkundliche Baubegleitung ins Spiel kommen. Sie kann bereits in der Planungsphase Flächen ausweisen, in denen die Böden eventuell besonders empfindlich sind und unempfindlichere Flächen für die Baustelleneinrichtung, Baustraßen ausweisen und während der Bauphase eine beratende und überwachende Rolle einnehmen.
Eine Schadstoffgruppe, die in den letzten Jahren immer mehr Aufmerksamkeit bekam, sind die perfluorierten Tenside oder kurz PFT. Sie finden sich mittlerweile fast überall, sei es im Boden, im Grundwasser und im Oberflächenwasser ebenso wie in Blut oder Gewebe von Mensch und Tier.

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Irene Wolf, RWTH Aachen. Eigenes Foto, CC-Lizenz.

Es sind die Eigenschaften wie Hitzebeständigkeit und ihre chemische Stabilität, durch welche die PFT technisch so interessant sind. Sie sind gleichzeitig wasser- öl-, fett- und schmutzabweisend. Zu finden sind sie zum Beispiel in Feuerlöschschäumen für Brände der Brandklasse B (brennbare Flüssigkeiten) und Brandklasse A (brennbare Feststoffe). Sie werden aber auch zur Oberflächenbehandlung von wasser-, fett- und schmutzabweisenden Oberflächen eingesetzt. Ein bekanntes Beispiel sind wetterfeste Outdoortextilien.

Sie werden entweder durch Einleitung belasteter Abwässer oder auch diffus durch Produkte des täglichen Bedarfs in die Umwelt eingetragen. Dabei stellen die Feuerlöschschäume eine nicht zu vernachlässigende Quelle dar. Das zeigen auch die Beispiele, die Irene Wolf von der RWTH Aachen vorstellt. In zwei Fällen gingen die Kontaminationen auf die Verwendung von PFT-haltigen Löschschäumen bei Bränden zurück. Der dritte Fall waren illegal als Düngemittel aufgebrachte PFT-haltige Abfälle.

Die Sanierung erfolgte über Aktivkohlefilter, wobei auch innovative Filtermaterialien getestet wurden, von denen Ionenaustauschermaterialien, modifizierte Aktivkohlefilter und ein Bioadsorbens am meisten Erfolg versprechen.

Einen ziemlich delikaten Schadensfall stellte Dr. Stefan Vomberg von der CDM Smith Consult GmbH vor. In einer auf den ersten Blick recht idyllischen Umgebung in Bochum am Ostbach, einem Landschaftsschutzgebiet, lag ein netter Wasserspielplatz im Grünen. Bis bei einer Routineuntersuchung im Ostbach ein erhöhter Chromatgehalt nachgewiesen wurde. Weiterführende Untersuchungen wiesen als Quelle der Schadstoffe das Gelände der ehemaligen Zeche Lothringen V aus. Der Spielplatz wurde als Sofortmaßnahme geschlossen.
Hier befand sich nach Schließung der Zeche in den Jahren 1926 bis 1991 eine Imprägnier- und Kyanisierungsbetrieb, in dem mittels kokereistämmigen Teerölen und chromathaltigen Salzlösungen imprägnierte Hölzer, Bahnschwellen und Leitungsmasten hergestellt wurden. Aus dieser Zeit stammen teilweise erhebliche Boden- und Grundwasserbelastungen aus PAK, LHKW und eben auch Chromaten. Die Schadstoffe werden in einer 600 m breiten und rund 1200 m langen Schadstofffahne im oberen Grundwasserleiter abgeführt. Dieses Grundwasser tritt im Ostbachtal als Schichtquellen wieder zutage und speist den Ostbach. Hier wurden Chromatgehalte von ca. 1000 µg/l gemessen.

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Dr. Stefan Vomberg, CDM Smith Consult GmbH. Eigenes Foto, CC-Lizenz

Das Zechengelände wurde als Gewerbegebiet hergerichtet und dabei unter anderem mit einer Dichtschicht versehen, die auf der einen Seite vor Eindringen von Sickerwasser schützen soll und auf der anderen Seite auch als Gassperre dienen, da das Gelände als potentieller Gasaustrittsbereich von Grubengas gilt.
Im Abstrom zeigt das Grundwassermonitoring, dass es zu einer moderaten in-Situ Chromatreduktion kommt. Basierend auf Laborversuchen wurde im Frühjahr 2015 erste Feldversuche in der Abstromfahne einer Beeinflussung des Redoxpotenzials mit Hilfe von Eisen-II-Sulfat und Melasse durchgeführt. Ziel ist es, das Chromat in das weniger wasserlösliche dreiwertige Chrom zu überführen.

Im Ostbachtal wurde eine belastete Quelle und der Vernässungsbereich bautechnisch gefasst und das Wasser einer Reinigungsanlage zugeführt. Das gereinigte Wasser mit weniger als 30µg/l Chrom wieder in den Ostbach geleitet. Das Bachwasser unterhalb der Wiedereinleitung zeigt Chromgehalte von weniger als 30µg/l und Chromat unterhalb der Nachweisgrenze. Damit wurden alle belasteten Wasseraustritte erfasst und der Bach erfolgreich gereinigt.
Im Grundwassermonitoring zeigen sich abnehmende Chromatgehalte, was möglicherweise auf die erfolgte Abdichtung des belasteten Grundstücks zurückzuführen ist. Gleichzeitig zeigte sich die nicht zu unterschätzende Wichtigkeit der offenen Information der betroffenen Bevölkerung. Besonders die Schließung des Wasserspielplatzes direkt im Bereich der belasteten Quelle konnte sehr gut kommuniziert werden, so dass alle erforderlichen Maßnahmen, vor allem im Landschaftsschutzgebiet des Ostbachtales von der Bevölkerung sehr gut aufgenommen und unterstützt wurden.

Gunnar Ries studierte in Hamburg Mineralogie und promovierte dort am Geologisch-Paläontologischen Institut und Museum über das Verwitterungsverhalten ostafrikanischer Karbonatite. Er arbeitet bei der CRB Analyse Service GmbH in Hardegsen. Hier geäußerte Meinungen sind meine eigenen

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