Vorträge (Abstracts) XXVI. SALKO 2020

Die Durchführung von Maßnahmen der Untersuchung und Sanierung von schädlichen Bodenveränderungen und Altlasten ist in aller Regel mit nicht unerheblichen Kosten verbunden. Wer die die Maßnahmen durchzuführen hat, ist auch für ihre Finanzierung verantwortlich. In der Mehrzahl der Fälle werden Untersuchungs- und Sanierungsmaßnahmen von natürlichen oder juristischen Personen durchgeführt, die den Handlungsbedarf (Gefahr, Schaden, Gefahrenverdacht) nicht verursacht haben. Für diese stellt sich die Frage, ob überhaupt und wenn ja in welchem Umfang und von wem sie die aufgewendeten Kosten erstattet verlangen können.

Das BBodSchG stellt mit den §§ 24 Abs. 2 und 25 zwei Anspruchsgrundlagen vor, die auf Erstattung der aufgewendeten Kosten gerichtet sind und deshalb im weiteren Sinne als Ausgleichsansprüche bezeichnet werden können. Die gerichtliche Geltendmachung und Durchsetzung dieser Ausgleichsansprüche ist in rechtlicher und tatsächlicher Hinsicht anspruchsvoll. Dies gilt insbesondere für den Anspruch nach § 24 Abs. 2 BBodSchG, da für diesen nach Satz 6 der Vorschrift die ordentlichen Gerichte, d.h. die Zivilgerichte, zuständig sind. Anders als im verwaltungsgerichtlichen Verfahren, in dem das Gericht den Sachverhalt gemäß § 86 Abs. 1 Verwaltungsgerichtsordnung (VwGO) von Amts wegen – also unabhängig vom Tatsachenvortrag des Klägers - erforscht, gilt im Zivilprozess der sogenannte Beibringungsgrundsatz. Das bedeutet, dass der Kläger sämtliche zur Begründung der Klage notwendige Tatsachen vorzutragen und – sofern der Beklagte diese bestreitet – zu beweisen hat. Gelingt ihm dies nicht, wird seine Klage abgewiesen. Man spricht insoweit von der Beweislast, d.h. vom Risiko der Nicht-Beweisbarkeit von Tatsachen. 

Für eine Komplexbewertung der bergrechtlich zur Verwertung bei der Wiedernutzbarmachung der Tagebaurestlöcher zugelassenen bergbaufremden Abfälle wurde eine neue Methodik entwickelt und unter den spezifischen Standortbedingungen im Bereich zweier ehemaliger Braunkohlentagebaue angewendet.

Aufgabenstellung war die umfassende Bewertung der einzelnen bergrechtlich zur Verwertung zugelassenen bergbaufremden Abfälle hinsichtlich Eignung, Zweckbestimmung zur Erreichung des Sanierungsziels und Wirkung auf die bodenschutzfachlichen Schutzgüter unter den spezifischen Standortbedingungen.

Die entwickelte komplexe Bewertungsmethodik umfasst u.a. Stoffmengenberechnungen, Abschätzungen der Exposition und Gefährdungsbeurteilungen, speziell für das Schutzgut Grundwasser unter Berücksichtigung des Grundwasseranstiegs, mit Frachtberechnungen sowie den Abgleich mit verschiedenen Bewertungsmaßstäben.

Auf der Basis der standortbezogenen Grundlagen und der Planungsvorgaben zur Rekultivierung der beiden untersuchten ehemaligen Braunkohlentagebaue ließ sich fachlich begründet einschätzen, dass die Eignung und Zweckbestimmung der zugelassenen bergbaufremden Abfälle in Hinsicht auf Erreichen des Sanierungsziels nachgewiesen und gegeben ist. 

Für alle zugelassenen Abfallarten wurde die Abfallverwertung unter den gegebenen Annahme- und Einbaubedingungen sowie den Rekultivierungsverpflichtungen insgesamt als umweltverträglich bewertet, auf Basis der analytischen Nachweise durch die Eigenüberwachung (EÜ). 

Die mittels vieler EÜ-Analysen von rasterförmigen Beprobungen in Einbau-Jahresscheiben statistisch berechneten repräsentativen Mittelwerte lagen unterhalb der LAGA-Z0*-Werte. Die Schwermetallgehalte lagen im Bereich der geogenen Grundgehalte. Die Frachtberechnungen (Emissionsstärke als flächenbezogene Fracht) ergaben geringfügige Sickerwasserfrachten. 

Negative Auswirkungen auf die bodenschutzfachlichen Schutzgüter (primär Schutzgut Grundwasser) wurden nach Expositionsbetrachtung (Wirkungspfade, Transportmedien, Kontaktmedien, Schutzgüter) und Gefährdungsabschätzung (Schadstoffpotential und -prognose) unter Beachtung aller genannten Randbedingungen nicht ermittelt. 

Spezifische Empfehlungen für den Fremdstoffeinbau wurden abgeleitet. 

Des Weiteren erfolgte eine Prüfung betriebswirtschaftlicher Belange (zu Rückstellungen). Die Methodik der Komplexbewertung für den umweltverträglichen Einbau von Fremdstoffen zur Wiedernutzbarmachung / Rekultivierung von ehemaligen Tagebauen kann auf ähnliche Fragestellungen adaptiert werden und so zur Lösung eines erheblichen ökologischen und ökonomischen Nachsorgeproblems für ehemalige Abbaugebiete beitragen.

Werden bei der orientierenden Untersuchung von Verdachtsflächen und altlastverdächtigen Flächen gem. § 2 Abs. 4 und 6 BBodSchG Prüfwerte nach § 8 Abs. 1 Nr. 1 BBodSchG überschritten, ist zur abschließenden Gefährdungsabschätzung i. d. R. eine Detailuntersuchung durchzuführen. Dabei sind auch die maßgeblichen standortspezifischen Expositionsbedingungen mit den Standards, die den Prüfwerten zugrunde liegen, abzugleichen und in der Einzelfallbetrachtung abschließend zu bewerten. Bundeseinheitliche Vorgaben zur fachlichen Ausgestaltung solcher Untersuchungen und zur Bewertung ihrer Ergebnisse lagen bislang nicht vor. Deshalb ist in den Jahren 2017 bis 2019 aus Mitteln des Länderfinanzierungsprogrammes „Wasser, Boden und Abfall“ unter Projektbetreuung des LfULG und unter fachlicher Begleitung des Gesprächskreises Schadstoffbewertung des Altlastenausschusses der Bund/Länder-Arbeitsgemeinschaft Bodenschutz (LABO) eine Arbeitshilfe zur Expositionsabschätzung erarbeitet worden. Der Abschlussbericht ist unter http://www.laenderfinanzierungsprogramm.de/projektberichte/labo/  >B 3.17 veröffentlicht und bietet Behörden, Untersuchungsstellen und Sachverständigen eine fundierte Hilfestellung für die praktische, transparente und nachvollziehbare Bearbeitung vor Ort.

Behandelt werden die Wirkungspfade Boden-Mensch (Direktpfad), Boden-Bodenluft-Mensch und Boden-Nutzpflanze-Mensch. Kurze Hinweise sind zum Pfad Boden-Futterpflanze-Nutztier-Mensch enthalten. Als Nutzungsszenarien werden standardgemäß „Kinderspielfläche“, „Wohngebiet“, „Park- und Freizeitanlagen“, „Industrie- und Gewerbegrundstücke“ und „Nutzgarten“ betrachtet, ergänzt um die Nutzungsszenarien „Haus- und Kleingarten“ sowie „Sport- und Bolzplätze“.

Die Arbeitshilfe beschreibt als Schritte der Expositionsabschätzung die Standortcharakterisierung (Schadstoffinventar, Nutzungsszenario), die Planung und Durchführung von Untersuchungen sowie die Beurteilung der Ergebnisse zur abschließenden Gefährdungsabschätzung. Ergänzt wird sie durch Anhänge, die eine Checkliste zum Ablauf der einzelnen Bearbeitungsschritte, Stoffdatenblätter für ausgewählte Schadstoffe, einen vertiefenden Methodenteil, drei Fallbeispiele, eine Mustergliederung für Gutachten und eine Zusammenstellung deutschsprachiger Arbeitsmaterialen zum Thema enthalten.

In dem Vortrag werden Aufbau und Inhalte der Arbeitshilfe vorgestellt sowie deren Anwendung zur Expositionsabschätzung auf sensibel genutzten Standorten erläutert.

Die Reihe „Handbuch zur Altlastenbehandlung“ des Freistaates Sachsen besteht derzeit aus den Teilen 1 bis 9 und umfasst die Themen Grundsätze, Erfassung, stufenweise Gefährdungsabschätzungen der verschiedenen Umweltmedien, Sanierungsuntersuchung und Sanierung.

Die Stufe der Sanierungsuntersuchung stellt als eigenständiger Schritt im Rahmen der Altlastenbearbeitung nach BBodSchG eine wesentliche Grundlage für die Auswahl eines Sanierungsverfahrens dar. Das wesentliche Ziel des aktualisierten Handbuches ist die Vorlage eines Handlungsrahmens für die Sanierungsuntersuchung mit einer Darstellung der einzelnen Arbeitsschritte sowie deren Zusammenhänge.

Im Handbuch wird ein Überblick über die Themenbereiche der Rechtsgrundlagen, Projektorganisation sowie fachlicher Herangehensweisen innerhalb der Sanierungsuntersuchung, wie Grundlagenermittlung, Auswahl grundsätzlich geeigneter Sanierungsvarianten, verfahrensbedingte Standortuntersuchungen und die abschließende Auswahl standortspezifisch geeigneter Sanierungsvarianten gegeben. Hierbei werden Belange der Verhältnismäßigkeit und deren Bewertungskriterien beleuchtet. Im Ergebnis folgen Anmerkungen und Hinweise zur Konkretisierung der Sanierungsziele bis hin zum strukturellen inhaltlichen Aufbau des Sanierungsvorschlages bzw. des behördlich bestätigten Sanierungskonzeptes.

In den Anhängen des Handbuches werden Mustergliederungen für die innerhalb der Stufe der Sanierungsuntersuchung erforderlichen Berichte sowie eine Checkliste zur Erarbeitung von Sanierungsszenarien zur Verfügung gestellt.

Im Zusammenhang mit dem bei der Sanierungsuntersuchung vorzunehmenden Verfahrensvergleich wurden im Rahmen eines Forschungsthemas Verfahren (kurz: Tools) zur qualifizierten Abschätzung der Sanierungsdauer bei ausgewählten Grundwasser- und Bodenluftsanierungen entwickelt. Die Sanierungsdauer mit ihrem relevanten Einfluss auf die Sanierungskosten ist nicht nur aus fachlicher, sondern insbesondere aus wirtschaftlicher Sicht von großer Bedeutung bei der finalen Auswahl eines der technisch geeigneten Sanierungsverfahrens. Die mit steigender Sanierungsdauer zunehmenden Kosten betreffen neben den laufenden Betriebskosten auch die Kosten für Reinvestitionen von Anlagen, für Aufwendungen zur Begleitung der Sanierung und den Leistungen zur Überwachung.  Dem Faktor Sanierungszielwert kommt eine besondere Bedeutung zu, da er einen entscheidenden Einfluss auf die Sanierungsdauer hat.

In der ersten Phase des Forschungsvorhabens erfolgte eine Literaturrecherche zu bestehenden methodischen Grundlagen und zur Erfassung der wesentlichen Einflussfaktoren auf die Sanierungsdauer sowie die Entwicklung von Abschätzungstools in einer ersten Testversion auf der Basis von Microsoft-Excel. Die Tools wurden entwickelt für die Sanierungsverfahren

• Bodenluftabsaugung,
• Pump-and-Treat,
• Mikrobiologische Sanierung nicht-chlorierter Schadstoffe (Infiltration der Elektronenakzeptoren Nitrat oder Sulfat)
• Mikrobiologische Sanierung nicht-chlorierter Schadstoffe (Airsparging),
• In-situ chemische Oxidation (ISCO) (Infiltration von Permanganat oder Persulfat),
• Thermische Sanierung (Konduktion).

Für die Ausweisung der voraussichtlichen Sanierungsdauer sind mittels Eingabefenster verschiedene Daten zu folgenden relevanten Parametern einzugeben:

• Schadstoffkonzentrationen in Boden und Grundwasser
• Schadensgeometrie
• Chemie des Grundwassers (nicht beim Tool Bodenluftabsaugung)
• Bodeneigenschaften
• Sanierungszielwerte
• Sanierungsauslegung (Sanierungsdesign)
• Heterogenität

Hinsichtlich der Eigenschaften der Schadstoffe und der am Standort auftretenden Böden ist eine Datenbank hinterlegt, deren Daten als Voreinstellungen genutzt werden können. Die Voreinstellungen sind standortspezifisch zu prüfen und gegebenenfalls mit entsprechenden Messdaten zu überschreiben.

In der zweiten Phase wurde die Testversion der Tools zuerst anhand von realen abgeschlossenen Sanierungsfällen validiert und anschließend optimiert sowie anwenderfreundlich gestaltet. In einem weiteren Schritt wurde überprüft, ob die Tools für reale, noch nicht begonnene Sanierungsfälle verwendet werden können. Dabei wurde gezeigt, dass die Standortdaten so aufbereitet werden können, dass sie in den Tools verwendbar sind. Mit den Tools wird nun eine nachvollziehbare, an bestehenden Grundsätzen orientierte und mit wissenschaftlichen Ansätzen versehene, fundierte Ableitung bzw. Prüfung der Sanierungsdauer ermöglicht.

Im Kontext der Umsetzung der Industrieemissionen-Richtlinie (IE-RL) sind 3 zentrale Elemente mit Blick auf die Verhinderung von Verschmutzungen von Boden und Grundwasser adressiert. Das sind der Ausgangszustandsbericht, die regelmäßige Überwachung von Boden und Grundwasser und die Überprüfung auf bestehende Rückführungspflichten mit der endgültigen Betriebseinstellung von IE-Anlagen. Die IE-RL wird in Deutschland durch das BImSchG in nationales Recht umgesetzt.

Die IE-RL fordert, dass für die entsprechenden Anlagen Auflagen zur Überwachung von Boden und Grundwasser in Genehmigungsbescheide aufzunehmen sind, um frühzeitig Verschmutzungen durch den Anlagenbetrieb erkennen zu können.

Die jeweils zuständige Behörde hat deshalb Auflagen zum Schutz von Boden und Grundwasser sowie Auflagen zur Überwachung dieser Schutzmaßnahmen und der vorgenannten Medien in den Genehmigungsbescheid für die IE-Anlagen aufzunehmen und Überwachungsintervalle vorzugeben.

Überwachung bedeutet dabei nicht zwingend Messungen durchzuführen, sie umfasst auch Vor-Ort-Besichtigungen, die Überwachung der Emissionen, die Überprüfung interner Berichte und der Folgedokumente oder die Überprüfung der Eigenkontrolle. Die Überwachung von Boden und Grundwasser nach § 21 Absatz 2a der 9. BImSchV ist Pflicht des Betreibers. Die wiederkehrende Überwachung von Boden und Grundwasser wird nach § 21 Absatz 2a Satz 1 Nummer 3c der 9. BImSchV nur verlangt, wenn in der Anlage relevante gefährliche Stoffe (rgS) verwendet, erzeugt oder freigesetzt werden.

In der Arbeitshilfe wird die Erstellung eines integralen Überwachungskonzepts für Boden und Grundwasser durch den Betreiber empfohlen. Dafür sind Ergebnisse von regulären betrieblichen Überwachungen und der Überwachung von AwSV-Anlagen, die Dokumentation von Havarien und Vor-Ort Begehungen, Plausibilitätsprüfungen sowie die Ergebnisse der Grundwasserüberwachung einzubeziehen.

Die Überwachung des Bodens kann erfolgen durch: eine systematische Kontrolle der Anlage, die Auswertung vorliegender Unterlagen und Erkenntnisse oder die Beprobung und Untersuchung des Bodens.

Die Grundwasserüberwachung hat in der Regel durch Messungen zu erfolgen.

Für die Überwachung von Boden und Grundwasser regelt § 21 Absatz 2a Satz 2 der 9. BImSchV Mindestintervalle von 5 Jahren für das Grundwasser und 10 Jahre für den Boden als längst zulässige Intervalle. Verlängert werden dürfen diese Mindestintervalle hingegen nur, wenn eine systematische Beurteilung des Verschmutzungsrisikos erfolgt und daraus längere Überwachungsintervalle begründet abgeleitet werden können.

Das Immissionsschutzrecht selbst liefert weder Vorgaben noch Hinweise, welche Konsequenzen aus den Überwachungsergebnissen folgen. Die Zielrichtung der Auflagen zur Überwachung von Boden und Grundwasser ist in erster Linie die Erfüllung der Vorsorgepflicht durch den Betreiber, Freisetzungen rechtzeitig zu erkennen und zu minimieren. Bewertungsmaßstäbe für weitergehende Pflichten ergeben sich aus dem Fachrecht. Je größer die festgestellte Abweichung im Vergleich zum Ausgangsniveau ist, und je gefährlicher die Stoffe sind, umso wichtiger ist es, die Ursachen zu ermitteln und, falls nötig, Vermeidungs- und Abwehrmaßnahmen zu treffen.

Der Beitrag stellt die in der Arbeitshilfe vorgeschlagenen vollzugsleitenden Kriterien vor, umreißt die fachlichen Aspekte für deren Ausgestaltung und das Zusammenwirken der beteiligten Fachbehörden. Dabei wird diese Arbeitshilfe in den Kontext zum Ausgangszustandsbericht und zur Ermittlung einer möglichen Rückführungspflicht gesetzt und skizziert, welche Maßnahmen zur sukzessiven Integration von Vollzugserfahrung und zur Weiterentwicklung dieser Arbeitshilfen vorgesehen sind.

Die relevanten Dokumente sind auf der LABO-Homepage verfügbar.
https://www.labo-deutschland.de/Veroeffentlichungen-Industrieemissions-RL.html

Zudem wird auf die Veröffentlichung zur Ableitung des Erheblichkeitsfaktors verwiesen.

https://www.labo-deutschland.de/documents/AltS_H3-16_4_LABO_Redaktionsgruppe_Rueckfuehrungspflicht.pdf

Die Verhältnismäßigkeitsprüfung bei der Sanierungsuntersuchung sieht die Auswahl des „mildesten Mittels“  zur  Beseitigung  von  Grundwasserkontaminationen  vor  [1].  Ziel  ist  es,  „eine  ökologisch, ökonomisch und technisch optimale Lösung für die Sanierung der Altlast“ zu finden [2]. Dazu kann die Nutzung  natürlicher  oder  stimulierter  Abbauprozesse  gehören,  deren  Einbeziehung  in  das Sanierungskonzept  jedoch  sorgfältig  geprüft  werden  muss.  Sofern  eine  relevante  biologische Schadstoffminderung  gezeigt  werden  kann,  sind  kostengünstige  und  umweltschonende Sanierungsvarianten möglich. Die Charakterisierung des biologischen Schadstoffabbaus ist somit ein wichtiger Teil der Sanierungsuntersuchung.

Wir  erklären  am  Beispiel  eines  ehemaligen  Industriestandorts,  der  mit  organischen  Schadstoffen (BTEX,  PAK,  LCKW)  kontaminiert  ist,  die  Anwendung  innovativer  Methoden  (Labormikrokosmen, molekulargenetische  Analysen,  Isotopenfraktionierung)  zur  Ermittlung  aussagekräftiger  Parameter zum  Schadstoffabbau  (z.B.  Mineralisierungsraten,  in  situ  Abbauratenkonstanten,  Abbaupotenzial). Durch  diesen  aufeinander  abgestimmten  Mehrmethodenansatz  konnten  Synergieeffekte  einzelner Methoden bestmöglich genutzt und eine wechselseitige Validierung von Untersuchungsergebnissen (multiple lines of evidence) ermöglicht werden.

Mit Hilfe des Mehrmethodenansatzes wurde ein nachhaltiger Schadstoffabbau sowohl im Bereich des Schadenszentrums  als  auch  im  weiteren  Grundwasserabstrom  nachgewiesen.  Die  ermittelten Abbauratenkonstanten wurden in ein numerisches Standortmodell implementiert, um Prognosen zur Schadstoffausbreitung  am  Standort  zu  erstellen.  Um  die  Wirksamkeit  einer  möglichen Aerobisierungsmaßnahme  am  Standort  zu  beurteilen,  wurde  zusätzlich  der  stimulierte  mikrobielle Schadstoffabbau  im  Labormaßstab  nachgewiesen  und  quantifiziert.  Mit  Hilfe  von Modellberechnungen  konnten  standortspezifische  Sanierungsszenarien  erarbeitet  werden  und  die zukünftige  Schadstoffausbreitung  für  zwei  Vorzugsszenarien  (MNA-Szenario  und  ENA-Szenario  mit Stimulation  des  aeroben  Schadstoffabbaus)  prognostiziert  werden.  Im  Ergebnis  ist  der  natürliche biologische Abbau ein wesentlicher Bestandteil des „mildesten Sanierungsmittels“.
 
[1]  ITVA-Arbeitshilfe  H1-16  (2018).  Ingenieurtechnischer  Verband  für  Altlastenmanagement  und  Flächenrecycling e. V.
[2]  Handbuch  zur  Altlastenbehandlung  -  Teil  8  Sanierungsuntersuchung  (1999).  Sächsisches  Landesamt  für Umwelt und Geologie.

Bei der Planung oder Optimierung von Grundwassersanierungen ist in erster Linie die Auswahl einer geeigneten Sanierungstechnologie unter Berücksichtigung der standorttypischen Randbedingungen entscheidend. Vor allem bei nicht standardmäßig eingesetzten Technologien wie ISCO (in situ chemical oxidation) mit Fracturing gibt es weitere Herausforderungen, die in einem Pilotversuch im Detail betrachtet und bewertet werden müssen. Dabei muss u.a. der Frage nachgegangen werden, ob diese Technologie auch auf bebauten Grundstücken mit entsprechenden logistischen Einschränkungen eingesetzt werden kann.

Auf einem Betriebsgelände in Südhessen lag aufgrund der Vornutzung eine Kontamination mit LCKW im Boden, in der Bodenluft und im Grundwasser bis zu einer Tiefe von ca. 8 m u GOK vor. Das Gelände ist aktuell größtenteils überbaut, wobei die Betriebshallen überwiegend als Lagerhalle genutzt werden.

Unterhalb der Oberflächenversiegelung können 3 geologische Horizonte identifiziert werden. Unter der Auffüllung (bis ca. 2 m Tiefe) befindet sich ein Ton-/Schluff-Stauer, der vereinzelt bis in fast 6 m Tiefe reicht, gefolgt von verwittertem Rotliegend (zersetzt zu Sand, Schluff und untergeordnet Ton). Es gibt einen zeitweilig schwebenden Grundwasserhorizont im Quartär (Stauwasser) und ein einheitliches Grundwasser­stockwerk im Rotliegenden. Im oberen, schluffig zersetzten Bereich des Grundwasserstockwerkes liegt eine geringe hydraulische Durchlässigkeit vor.

Im Zeitraum 2001 bis 2019 erfolgte die LCKW-Sanierung der oberflächennahen Bodenluft-, der Stauwasser­be­lastung und der Verunreinigung des Grundwassers (in der Verwitterungszone der Rotliegend-Formation) mittels vakuumunterstützem Pump-and-Treat (Dual Phase Extraction). Durch diese Maßnahme konnte die oberflächennahe Bodenluft- und Stauwasserverunreinigung entfernt werden. Allerdings treten noch signi­fikant erhöhte LCKW-Konzentrationen im Grundwasser auf. Trotz des Erfolgs dieser Maßnahmen (im Sinne einer jährlichen Entfrachtung des Untergrundes im Bereich mehrerer Kilogramme Schadstoff pro Jahr) war eine Sanierung der Quelle durch ein wirksameres Verfahren erforderlich, um eine effizientere Schadstoff­entfernung zu erzielen und um damit die prognostizierte Sanierungsdauer erheblich zu verkürzen. Eine Machbarkeitsstudie ergab, dass nur wenige und relativ teure Sanierungsoptionen die Verunreinigung im gering durchlässigen Boden und unter den gegebenen komplexen Standortbedingungen (die meisten kontaminierten Bereiche liegen unterhalb der in Betrieb befindlichen Lagerhallen) wirksam beseitigen können. Schluss­endlich wurde eine Kombination aus der Injektion von ISCO-Reagenzien (Permanganat) mit Fracturing als bester Kompromiss aus Anwendbarkeit, Effektivität und Kosten abgeleitet.

Bei diesem ISCO/Fracturing wird eine Kaliumpermanganatsuspension mit einem hoch-viskosen Substrat (zum Beispiel einem Guarkernmehlderivat), Wasser und gegebenenfalls weiteren Additiven gemischt und in verschiedenen Tiefen in den Grundwasserleiter unter hohem Druck injiziert. Ist der Druck ausreichend hoch, wird die Materialstärke des Untergrundes überwunden und dünne Risse (Klüfte) entstehen, in denen sich die Kaliumpermanganatsuspension verteilt. Die Ausrichtung und genaue Mächtigkeit der Klüfte sind abhängig von den geologischen Bedingungen. Die Risse schließen sich langsam wieder nachdem das Permanganat vollständig aufgelöst ist.

Zur weiteren Prüfung der Machbarkeit des designierten Verfahrens wurde im Jahr 2017 ein Pilotversuch durchgeführt. Die Ziele waren insbesondere (i) die Ermittlung von Planungsgrundlagen für das Fracturing-Verfahren im technischen Maßstab, (ii) die Bestimmung des Einflussradius, (iii) die Überprüfung der Auswirkung der Injektionen auf die vorhandene bauliche Infrastruktur und (iv) die Prüfung des Schadstoff­abbaus im Bereich des Pilotversuchs. Der Pilotversuch bestätigte die Eignung dieses Sanierungsverfahrens. Boden- und Grundwasseruntersuchungen zeigten, dass der angestrebte Einflussradius sowie eine signi­fikante und dauerhafte Reduzierung der LCKW-Konzentration erreicht werden konnten. Darüber hinaus wurde die erwartete vertikale Diffusion aus den Klüften in den angrenzenden Boden beobachtet. Der Pilotversuch zeigte allerdings auch einige Herausforderungen, die bei der Full-Scale-Sanierung berück­sichtigt werden müssen. So muss beispielsweise für auftretende Hebungen des Bodens vorher ein zulässiger Wert abgeleitet werden (statische Berechnungen). Die Hebung muss online überwacht werden.

Für die Sanierung im technischen Maßstab wurden Sanierungszielwerte auf Basis einer hessischen Arbeitshilfe abgeleitet. Die Konzentrationen der gelösten Schadstoffe sowie die Schadstofffracht müssen so­weit vermindert werden, dass die Restbelastung gemäß der Arbeitshilfe als „geringe schädliche Grund­wasserver­unreinigung“ eingeschätzt werden kann.

Im Rahmen der weiteren Sanierungsplanung wurde die Zusammensetzung der Injektionssuspension (Kaliumpermanganat, Verdickungsmittel, Cross-Linker) durch Laborversuche optimiert. Ziel war dabei, die erforderliche Masse an Permanganat-zehrenden Additiven zu minimieren. Im Ergebnis wurde ein Cellulose-Derivat als Verdicker ohne Cross-Linker ausgewählt. Zur Bauwerksüberwachung (eventuelle kurzfristige auftretende Hebungen sowie Senkungen an tragenden Bauteilen im Umfeld der Injektionen) wurde ein System aus elektronischen Schlauchwagen ausgewählt. Damit lassen sich die Effekte kontinuier­lich und hochauflösend überwachen. Werden voreingestellte Werte überschritten, wird ein Alarm ausgelöst und die Injektionen in diesem Bereich müssen unverzüglich eingestellt werden. Gegebenen­falls müssen Abstützungsmaßnahmen getroffen werden, die die Belastung in nicht betroffene Bereiche ab­leiten.

Für die Full-Scale-Sanierung wurden 11 Injektionspunkte bis in einer Tiefe von max. 8 Meter mit jeweils einer Injektion je 50 cm Tiefe geplant und im 2. Halbjahr 2019 umgesetzt. Mittels Rammkernsondierungen wurde wenige Tage bis Wochen nach der Beendigung der Injektionen die Verbreitung des Kaliumpermanganats im Untergrund untersucht. Ein Grundwassermonitoring-Programm hilft, den Verlauf und die Effektivität der chemischen Oxidationsprozesse zu überwachen. Ein Erfolgsmonitoring wird im Laufe des Jahres 2020 die Effektivität der Sanierung zeigen.

Die Wirksamkeit und Effektivität verschiedener Verfahren zur in situ Sanierung kontaminierter Standorte ist durch zahlreiche erfolgreiche Praxisbeispiele belegt. Als „best operation procedure“ für die in situ Sanierung von Grundwasserschäden wird dabei die Einbringung und Verteilung der Wirkstoffe in zyklischer, semikontinuierlicher oder kontinuierlicher Art und Weise in Verbindung mit einer aktiven Verteilung durch Grundwasserzirkulationssysteme angesehen. So wird ein optimaler Kontakt zwischen Wirk- und Schadstoff gewährleistet sowie die Gefahr von Über- oder Unterdosierungen vermieden. Ein erfolgreicher Abschluss der Sanierung mit Übergang in ein MNA kann bei fachgerechter Durchführung der Sanierungsmaßnahmen basierend  auf einer qualifizierten Erkundung innerhalb von drei Jahren erwartet werden.

Durch intensive Grundstücksnutzungen oder den im Zuge einer Grundstücksentwicklung /-bebauung entstehenden Zeitdruck ist die Implementierung von kontinuierlich betriebenen Zirkulationssystemen nicht immer möglich. Vor dem Hintergrund der Wohnungsknappheit in urbanen Räumen beschränkt sich das für die Sanierung kontaminierter Standorte zur Verfügung stehende Zeitfenster immer häufiger auf wenige Wochen oder Monate. Neben den (teuren) Austauschverfahren wie Großlochbohrungen oder dergleichen bzw. langfristig zu betreibenden Sicherungsverfahren an der Grundstücksgrenze, beschränken sich die Möglichkeiten für eine aus Kostensicht sehr attraktive in situ Sanierung auf die einmalige Injektion von Wirkstoffen in den kontaminierten Untergrund. Diese Vorgehensweise wird jedoch als „quick and dirty“, als „Hoffen-Bangen-Beten-Verfahren“ oder euphemistisch als „Quellstärkenreduzierung“ bezeichnet.

Anhand von drei Praxisbeispielen wird im Folgenden erläutert, wie Wirkstoffinjektionen dennoch sinnvoll und erfolgreich zur Sanierung von Grundwasserschäden eingesetzt werden können. Dabei sollen drei Faktoren als entscheidend für den Sanierungserfolg herausgearbeitet werden:

• hochauflösende Methoden zur Erlangung einer detaillierten Kenntnis des Untergrundes und der Schadstoffverteilung
• komplexe Wirkstoffmixturen mit einer an den Maßnahmenverlauf angepassten Freisetzungskinetik
• an vorgenannte Wirkstoffe angepasste Injektionstechnologien, da diese in der Regel nicht über konventionelle Filterelemente eingebracht werden können

Bsp. Projekt 1

Auf einem vormals industriell genutzten Grundstück in der Harzregion wurden Untergrundverunreinigungen mit Mineralölkohlenwasserstoffen, Lösemitteln und Aromaten mittels Bodenaustausch und Grundwasserreinigung saniert. Dabei sind zunächst tolerierte Rand- und Sohlbelastungen im Untergrund verblieben. Diese sollten jedoch im Zuge einer Umnutzung zur Wohnbebauung beseitigt werden. Zudem wurde auf dem Grundstück ein bisher unbekannter und unbehandelter Schadensbereich mit Cumol ermittelt.

Die Sensatec GmbH wurde mit der Erkundung der Ausdehnung und der Sanierung des Cumol-Schadens sowie mit der Sanierung der o.g. Rand-und Sohlbelastungen in den Aushubbereichen beauftragt. Dafür stand ein schmales Zeitfenster zwischen Rückbau der alten Gebäudesubstanz und Beginn der Neubebauung zur Verfügung. Die Erkundung erfolgte mittels MIP-Sondierungen (Membrane Interface Probe). Bei diesem Verfahren können flüchtige Schadstoffe in der gesättigten und ungesättigten Zone bildgebend und beprobungslos „online" während des Sondiervorgangs detektiert werden. Basierend auf den Ergebnissen der MIP-Sondierungen erfolgte direkt im Anschluss die Injektion des Wirkstoffkomplexes Klozur CR über insgesamt 23 Injektionsbohrungen mittels Groutingverfahren unter Anwendung einer druckaktivierte Injektionsspitze von Geoprobe. In diesem Beispiel wurden an allen Ansatzpunkten der MIP-Sondierungen, die einen Schadstoffnachweis erbrachten, Wirkstoffe nach einem „maximum soil acceptance“-Ansatz eingebracht. In der Folge wurde eine mehrstufige Wirkung mittels einmaliger Applikation erreicht:

• zunächst wird eine in situ chemische Oxidation (radikalische und direkte Oxidation mit Persulfat) bewirkt,
• gefolgt von aeroben biologischen Abbau durch Freisetzung von Sauerstoff aus Calciumperoxid,
• mit anschließendem Übergang zu einem anaeroben biologischen Abbau durch die Nutzung zuvor gebildeter Elektronenakzeptoren (Sulfat).

Die Tätigkeiten der Sensatec am Standort konnten innerhalb von vier Wochen ausgeführt werden. Das nachfolgende Grundwassermonitoring im ehemaligen Schadenszentrum und im Grundwasserabstrom belegte den nachhaltigen Erfolg der Sanierung. Die Bebauung konnte wie geplant begonnen werden.

Bsp. Projekt 2

Am Standort einer ehemaligen chemischen Reinigung in der Region Hannover bestand eine LCKW‐Kontamination des Grundwassers, die nachweislich auf den Betrieb der Reinigung zurückzuführen war. Das Schadenszentrum wurde bereits im Zeitraum 2015 bis 2017 im Auftrag des Zustandsstörers in situ saniert. Auch aufgrund des Erfolges der Sanierung der Schadensquelle mittels in situ Verfahren wurde für die sich anschließende Behandlung der vom ehemaligen Schadenszentrum ausgehenden Schadstofffahne ebenfalls eine in situ Sanierung favorisiert.

Randbedingung der umzusetzenden Maßnahmen ist die enge Bebauungssituation bzw. die eingeschränkte Zugänglichkeit im Maßnahmenbereich. Kernelement der Sanierungsmaßnahme ist die Injektion eines langanhaltend wirksamen, komplex zusammengesetzten Produkts (Provect‐IR®) in Verbindung mit einer Augmentation mit Dehalococcoides spec. über Injektionsbohrungen. Die Wirkung des Produktes beruht auf einer Kombination der in situ chemischen Reduktion (ISCR) der LCKW an nullwertigen Eisen und der Substratversorgung der biologischen Reduktion (ISBR) bei gleichzeitiger Hemmung konkurrierender Mikroorganismen. Die komplexe Zusammensetzung führt zu einer den üblichen Maßnahmeverläufen angepassten DOC und Wasserstofffreisetzungsrate. Die Wirkdauer bei einmaliger Injektion beträgt zwischen 4 und 7 Jahren.

Die Injektion der Wirkstoffe erfolgt in diesem Beispiel in quer zur Fließrichtung angeordneten Injektionsebenen mit einer an die tatsächlichen Schadstoffbelastungen angepassten Dosierung. Mittels horizontierter Grundwasserprobenahme werden dazu in hoher Auflösung die in einzelnen Kontrollebenen ermittelten Belastungen in Klassen eingeordnet und frachtbezogen auf die Injektionsebenen projiziert. Im Ergebnis wurde ein Wirkstoffbedarf von 20 t, verteilt über 38 Bohrungen bis zu 18 m unter GOK, ermittelt. Für die Injektion des als Suspension einzubringenden Wirkkomplexes ist für das Erreichen der erforderlichen Reichweiten die Verwendung einer Groutingpumpe sowie einer speziellen Injektionsspitze (ESP retractable injection sleeve) erforderlich - insbesondere wegen des im Wirkkomplex enthaltenen Graugusseisengranulats. Im Ergebnis formieren die sich überlappenden Injektionen eine in situ reaktive Zone deren Wirkungsweise einer passiv durchströmten reaktiven Wand entspricht.

Bsp. Projekt 3

Am Standort eines Automobilzulieferers in der Rhein-Main-Region werden komplexe Maßnahmen zur Sanierung des mit LCKW kontaminierten Grundwassers durchgeführt. Derzeit läuft eine Behandlung der Schadstoffquellbereiche und des näheren Abstroms mit einer hydraulisch unterstützten in situ Maßnahme, deren Kernelement der mikrobielle Abbau der LCKW ist, auf einen zeitnahen erfolgreichen Abschluss zu.

Im Bereich des weiteren Abstroms konnten aufgrund der Überbauung mit sensibel genutzten Werkhallen lediglich punktuelle Maßnahmen zur Verringerung der LCKW-Belastung erfolgen. Im Zuge umfangreicher Umbaumaßnahmen auf dem betroffenen Gelände bestand die Möglichkeit in bisher überbauten Bereichen Untergrundaufschlüsse vorzunehmen und Wirkstoffe einzubringen.

In Laborvoruntersuchungen wurde eine Pflanzenölemulsion als bestgeeigneter Wirkstoff ermittelt. Das verwendete Produkt („Sensamulsion“) ist eine stabile Pflanzenölemulsion mit einer Tröpfchengrößenverteilung im Submikronbereich. Dadurch ist es wie Wasser pumpbar und im Untergrund verteilbar. Durch die extrem kleine Tröpfchengröße trennt sich die Emulsion nicht am Korngerüst auf. Eine Verringerung der Durchlässigkeit des Grundwasserleiters durch Clogging wird ausgeschlossen. Die Mischung aus lang- und kurzfristig verfügbaren Elektronendonatoren bewirkt eine schnelle und nachhaltige Einstellung von günstigen Milieubedingungen für einen mikrobiellen Abbau von LCKW. Durch den Zusatz von pH-Stabilisatoren wird einem Absinken des pH-Wertes durch die mikrobielle Säurebildung im Zuge der Abbauprozesse entgegengewirkt. Der Emulgator bewirkt zum einen die Stabilität der Emulsion und erhöht zum anderen gleichzeitig die Verfügbarkeit der organischen Schadstoffe für die mikrobiellen Abbauprozesse.

Die Ermittlung des Wirkstoffbedarfs erfolgte modellgestützt unter Berücksichtigung geologischer und hydrogeologischer Kenndaten stöchiometrisch anhand der zu erzielenden Primärreaktionen (Reduktion der LCKW) und der zu erwartenden Sekundärreaktionen (bspw. Sulfatreduktion). Der Wirkstoffbedarf wurde auf eine Wirkdauer von mindestens 5 Jahre berechnet. Die laufenden Sanierungsmaßnahmen im Schadstoffquellbereich außer Acht lassend, wurde dabei auch eine Nachlieferung von Reaktanten mit dem Grundwasser bei der Dimensionierung berücksichtigt. Im Ergebnis wurden fast 100 Injektionsbohrungen bis 6 m unter GOK ausgeführt und ca. 10 t Wirkstoffkonzentrat unter Verwendung des Geoprobe Screen Point SP16 verdünnt im Untergrund verteilt.

Im Ergebnis werden die modelltechnisch prognostizierten Sekundär- und Primärreaktionen beobachtet. Der Abbau der LCKW im Injektionsbereich erfolgt vollständig bis hin zum Ethen.

Die Beendigung langlaufender aktiver Grundwasser- und Bodensanierungen steht nach rd. 25 Jahren zumeist öffentlich finanzierter Sanierungstätigkeit in den ostdeutschen Bundesländern im Fokus der Fortschreibung sowohl genehmigungsrechtlicher Richtlinien als auch wirtschaftlicher und fachtechnischer Evaluierungen.

Für die auch als Nachsorge bezeichnete Überwachungsphase nach Sanierungsende wurden in den 2000er Jahren im Rahmen des BMBF-KORA-Programms die wissenschaftlichen Grundlagen präzisiert und es liegen mit dem LABO-Positionspapier zur „Berücksichtigung der natürlichen  Schadstoffminderung bei der Altlastenbearbeitung“ (2015) und mit der ITVA-Arbeitshilfe zur Verhältnismäßigkeitsbewertung von Sanierungen“ (2018) aktuelle Leitfäden zur Durchführung vor. Im Freistaat Sachsen wird derzeit im Rahmen der Sächsischen Altlastenmethodik SALM ein auch auf den Nachsorgeübergang zielendes Handbuch zur Altlastenüberwachung vorbereitet.

Der Beitrag fasst Erfahrungen aus der Begleitung der Sanierung von Altstandorten der Karbochemie (Schwelerei- und Kokereistandorte) aus Brandenburg, Sachsen-Anhalt und Sachsen zusammen, an denen pump&treat-Verfahren eine Schlüsselrolle der GW-Sanierung einnehmen bzw. eingenommen haben. Gemein ist den ehemalige und aktuelle Bergbautätigkeit gekoppelten Standorten, dass mit langjährigen Quellen- und Fahnensanierungen nach dem Stand der Technik eine weitgehende Gefahrenabwehr und die Teil-Wiedernutzbarmachung der Geländeoberflächen erwirkt wurden. Jedoch konnten dabei die im Untergrund verbliebenen massiven Emissionspotentiale, die typisch auch von Bodenschäden mit öligen Schadstoffphasen herrühren, nicht entscheidend gemindert werden. Sanierungsaudits haben nicht nur gezeigt, dass die eingesetzten Technologien hinsichtlich Wirksamkeit und Verhältnismäßigkeit ihre Einsatzgrenzen weitgehend erreicht haben. Auch hängt die bisher erreichte Gefahrenabwehrwirkung typisch von einer dauerhaften Fortführung der hydraulischen Sicherungen ab. Im Zuge des Fortschreitens der nachbergbaulichen Umgestaltung des Umfeldes dieser Altstandorte und forciert vom anstehenden Braunkohleausstieg sind erforderliche langfristig-stabile Randbedingungen für einen risikoarmen Übergang zur Nachsorge unter Ausnutzung von natural attenuation nicht durchgängig gegeben.

An den Beispielstandorten sind für Teilschadensbereiche behördlich genehmigte Nachsorgeübergänge bereits realisiert worden bzw. befinden sich in der Erprobung. Der langfristige sichere Umgang mit diesen Altstandorten hängt bei unbefristetem Verbleib erheblicher Restschäden davon ab, ob und wie im Zusammenwirken mit den Behörden und betroffenen Dritten ein schrittweises Vorgehen in der Nachsorge mit erweiterten Monitoring-Kontrollräumen, Schutz- und Beschränkungsmaßnahmen, fortschreibbaren Prognosen und Zielwerten inkl. deren transparenter Kontrolle sowie einsatzverfügbar geplanten Rückfallmaßnahmen zur Risikoabsicherung vereinbart werden kann.

Die ehemaligen Sächsischen Olefinwerke (SOW) waren ein Unternehmen der mitteldeutschen Großchemie. Hier wurden am Standort Böhlen seit Mitte der 20er Jahre des letzten Jahrhunderts Anlagen zur Energiegewinnung und seit den 30er Jahren Anlagen zur Erzeugung von Treibstoffen verschiedenster Art sowie von Chemiegrundstoffen betrieben. Im II. Weltkrieg war der Standort Angriffspunkt umfangreicher Bombardements, welche zu einem massiven Austritt von Schadstoffen in die Umwelt führten.

Der ehemalige SOW-Standort Böhlen ist als Ökologisches Großprojekt (ÖGP) gemäß dem Verwaltungsabkommen über die Regelung der Finanzierung der ökologischen Altlasten [VA Altlastenfinanzierung] vom 01.12.1992 eingestuft. Mit der Privatisierung 1995 hat die Dow Chemical Company mit der Buna SOW Leuna Olefinverbund GmbH auch den Standort Böhlen übernommen und arbeitet seitdem auch als federführende Freigestellte und Partner der Freistellungs- und Umweltbehörden. 

In den vergangenen 25 Jahren wurden im Rahmen des ÖGP „SOW Böhlen“ umfangreiche  Maßnahmen zur Erkundung der Gefahrenlage und zur Gefahrenabwehr umgesetzt. Dabei kamen sowohl bei der Erkundung als auch bei der Gefahrenabwehr eine Vielzahl innovativer Verfahren zur Anwendung, deren Ergebnisse teilweise auch in Arbeitshilfen für die Altlasten-bearbeitung Eingang gefunden haben.

Während die Arbeiten zur Gewährleistung der industriell-gewerblichen Nachnutzung  sowie zur Gefahrenabwehr zum Pfad Boden - Mensch schon seit einigen Jahren abgeschlossen sind, werden die Maßnahmen zum Grundwasser noch über einen deutlich längeren Zeitraum eine Befassung mit dieser Thematik erfordern. Dabei liegen die aktuellen Schwerpunkte im Bereich der Quellensanierung (Optimierung bereits errichteter und betriebener Anlagen) und  im Bereich der Abstromsicherung (weiterer Ausbau hier vorgesehener Sicherungselemente.

Vorgestellt werden aktuelle Ergebnisse und Herausforderungen sowie Erfahrungen aus der 25-jährigen Bearbeitung eines komplexen Sanierungsprojektes auch im Kontext der Beteiligung verschiedener Akteure.    

Aufgrund ihrer Struktur sind per- und polyfluorierte Chemikalien (PFC) oder genauer per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen (PFAS) sehr stabil und können mit In-situ-Sanierungsverfahren bisher weder biologisch noch chemisch oder thermisch eliminiert werden. PFAS-Belastungen im Grundwasser werden deshalb mit Hilfe des Pump-and-treat-Verfahrens saniert, während sich PFAS-haltige Böden mit geringem Feinanteil durch Bodenwäsche reinigen lassen [1, 2].

Die Verfahren Aktivkohleadsorption, Ionenaustausch, Flockung und Membranverfahren gelten aktuell als Stand der Technik zur Reinigung von PFAS-belasteten wässrigen Medien [2]. Die Adsorption an Aktivkohle ist in der Regel das effizienteste und auch das kostengünstigste Reinigungsverfahren. Damit lassen sich PFAS-Gehalte von < 1 ng/L (!) je Einzelstoff, auch für kurzkettige PFAS erzielen. Dies belegen eigene Erfahrungen aus den vergangenen zehn Jahren mit über 30 Referenzanlagen.

Bei einer Durchflussrate von 25 m 3 /h liegen die spezifischen Gesamtkosten dieser Technik im praxisrelevanten PFAS-Konzentrationsbereich von 1-100 µg/L bei ca. 0,45-0,89 €/m 3 gereinigtes Grundwasser. PFAS-beladene Aktivkohle kann in speziellen Hochtemperaturöfen mit Abgasnachverbrennung und alkalischer Wäsche reaktiviert werden. Das Reaktivat wird wieder eingesetzt, so dass kein Abfall zur Entsorgung entsteht.

Enthält das Grundwasser nicht nur PFAS, sondern auch weitere Schadstoffe sowie Fe 2+ , Mn 2+ , DOC und Wasserhärte als Störstoffe, so ist eine Vorbehandlung erforderlich, um eine wirksame und wirtschaftliche Entfernung der PFAS zu gewährleisten. Die In-situ-Enteisenung/Entmanganung (ISEE) kann dabei einen wesentlichen Beitrag leisten, da dieses umweltfreundliche Verfahren technisch einfach zu realisieren ist und keine PFAS-haltigen Eisen-/Manganschlämme zur Entsorgung anfallen.

Aufgrund unserer Betriebserfahrungen können wir für PFAS-Grundwasserschäden mit einfachem Wasserchemismus Reinigungsanlagen ohne vorherige Tests zum fest vereinbarten Preis inklusive Betriebskosten anbieten. Bei komplexen PFAS-Grundwassersanierungen dagegen empfiehlt es sich, Pilotversuche vor Ort durchzuführen, um die technisch und wirtschaftlich optimale Lösung zur Grundwasserreinigung zu finden.

Die Bodenwaschanlage auf dem Standort eines ehemaligen Raffinerie-Geländes in Ingolstadt reinigt pro Tag bis zu 1.200 t Bodenmaterial, das mit PFAS und MKW belastet ist. Der gereinigte Boden kann anschließend auf dem Gelände wieder verfüllt werden, wobei weniger als 10% der Input-Menge als Abfall entsorgt werden. Es handelt sich um die derzeit einzige und größte in Deutschland betriebene Anlage dieser Art.

[1] EDEL H-G, KLOPP D, KELLNER C. (2018) Grundwassersanierung und Bodenwäsche. Praxiserprobte Reinigungsverfahren und Kosten für PFC belastete Medien, PFC-Fachgespräch 28./29. Nov. 2018, Umweltbundesamt Berlin

[2] EDEL H-G, KLOPP D, DRUBEL J, KORTE D, KELLNER C, REHNIG U. (2018) PFC-Grundwassersanierungen: Stand der Technik und Kostenvergleich, Handbuch Altlastensanierung und Flächenmanagement (HdA), 3. Aufl.

Per- und Polyfluorierte Alkylsubstanzen (PFAS) wurden weltweit von vielen Regulierungsbehörden als „neu-aufkommende“, besorgniserregende Schadstoffe in der Umwelt erkannt. Wissenschaftliche Studien deuten darauf hin, dass diese Verbindungen in der Umwelt weit verbreitet, schwer abbaubar, und bioakkumulierend sind. In den vergangenen Jahren haben einige Regulierungsbehörden gesundheitsbezogene Grenzwerte im Grundwasser festgelegt, welche in der Regel unter 50 Nanogramm pro Liter (ng/L) liegen.

Destruktive Methoden befinden sich noch in einem frühen Entwicklungsstadium und können bei der Behandlung von verdünnten und diffuser Fahnen ineffizient sein. Dies  bedeutet, dass häufig bei der Behandlung von PFAS-belastetem Grundwasser, hydraulische Systeme zur Eindämmung installiert werden müssen.  Diese physischen Systeme erfordern laufende Betriebskosten, produzieren Abfall und sind möglicherweise nicht in der Lage niedrige PFAS-Ziele zu erreichen, was dazu führt, dass sie auf unabsehbare Dauer betrieben werden müssen.

Alternativ dazu entwickelt sich die kolloidale Aktivkohle (CAC) als vielversprechendes In-situ-Sanierungsverfahren um das mit PFAS verbundene Risiko im Grundwasser zu verwalten. Durch die kolloidale Aktivkohlebeschichtung der geologischen Formationen in einem Aquifer wird eine permanente Sorptionszone erschaffen durch welche das Grundwasser migriert. Dabei sorbieren PFAS aus den Quellzonen schnell an die Aktivkohle und werden so aus der mobilen Phase entfernt, wodurch der Expositionsweg zu Empfängern flussabwärts eliminiert und das mit PFAS verbundene Gesundheitsrisiko für die Öffentlichkeit eingedämmt werden kann. Die PFAS sind nicht permanent an die kolloidale Aktivkohle gebunden; stattdessen werden Per- und Polyfluorierte Alkylsubstanzen von einer weiteren Progression zurückgehalten. Ein typischer Retardationsfaktor (Rf= Grundwassergeschwindigkeit/Schadstoffgeschwindigkeit) für PFAS in einem natürlichen Aquifer beträgt 3-20. Ein mit kolloidaler Aktivkohle beschichteter Aquifer kann einen Retardationsfaktor von etwa 10.000 erreichen – was bedeutet, dass die Kontamination über Jahrzehnte durch eine einzigen Anwendung sequestriert werden kann.

Diese Methode wurde an neun Standorten in den USA, Kanada, Skandinavien und im Nahen Osten angewandt und diese Standorte werden exemplarisch zur Veranschaulichung des Designs, der Anwendung und der Validierung des Sanierungsprozesses vorgestellt. Wichtige hydrogeologische und geochemische Parameter und Methoden zur Probeentnahmen, die vor einer Anwendung abgeschlossen werden müssen, werden erörtert. Herangehensweisen zur Injektion werden demonstriert, die Überprüfung der Verteilung von CAC im Untergrund durch kolorimetrische Tests wird veranschaulicht und eine detaillierte Untersuchung entnommener Aquiferkerne nach einer Injektion wird erläutert. Die Langlebigkeit der Behandlung, die  wettbewerbsfähige Sorption, sowohl als auch die Daten zur Projektvalidierung werden vorgestellt. Ebenfalls werden Langzeit Kontrolldaten (36 Monate) der ersten vollständigen In-situ-Sanierung von PFAS-Verbindungen in Kanada präsentiert. Anhand von durch Dritte veröffentlichten Labordaten werden zusätzlich Sorptions-Modellierungen und die prognostizierte Langlebigkeit vorgestellt.

Hintergrund

Belastung mit PFC in Erdaushub stellen eine zunehmende Herausforderung dar. In der Mehrzahl der Fälle muss das belastete Erd­reich deponiert werden. Überlegungen gewinnen deswegen an Bedeutung, bei denen die Kontamination an PFC behandelt wird, so dass das behandelte Erdreich vor Ort verblei­ben kann.

Ansatz

Die Behandlung besteht darin, dass eine pulverförmige Mischung aus Aktivkohle, Kaolin und amorphem Aluminiumhydroxid mit dem kontaminierten Erdreich vermengt wird. Nach einer Reaktionszeit von etwa 24 Stunden lässt sich eine stark verminderte Löslichkeit der PFC im Eluat feststellen. Unterschiedliche Faktoren bewirken diese Änderung der Löslichkeit. Hauptkompo­nente des Pulvers ist feingemahlene Aktivkohle, die einen Teil der Schadstoffe adsorbiert. Das amorphe Aluminiumhydroxid weist sowohl eine große innere Oberfläche als auch eine Ladung auf und kann PFC einlagern und/oder durch Unterschiede in der elektrischen Ladung binden.

Resultate

Die Erweiterung einer Kiesgrube in Baden-Baden greift in Bereiche, wo an der Geländeoberfläche im Boden Kontaminationen mit PFC bestehen. Zwei Bodenproben wurden aus dem Bereich entnommen und zeigten – bezogen auf PFOS und PFOA – im Eluat maximale Belastungen von etwa 1,36 µg/l PFOS und 1,1 µg/l PFOA. Teilmengen beider Proben wurden im Labor mit vier unterschiedlichen Mengen an Pulver behandelt und die Eluierbarkeit der PFC-Belastung wurde anschließend erneut bestimmt. Bereits bei einer Pulverbeimengung in Höhe von 0,5 Gew-% verringerten sich in der höchstbelasteten Probe die Konzentrationen an PFOS und PFOA auf jeweils 0,03 µg/l im Eluat. Größere Dosen an Pulver verbesserten dieses Ergebnis noch geringfügig (ähnlich bei der schwächer belasteten Probe).

Ähnliche Untersuchungen erfolgten mit Erdreich von einem Feld bei Rastatt, wo in einer feinsandigen Probe, die in den obersten 30 cm entnommen worden war, 39 µg/l an PFC im Eluat gemes­sen werden konnten. Hauptkomponenten waren dabei PFOS (33%), PFDeA (28%) und PFOA (12%). Die Zugabe von 3,5 Gew-% an Pulver bewirkte Eluatwerte im Bereich der Bestimmungsgrenze (<0.1 ppb).

Dieser Vortrag beschreibt die In-situ-Sanierung eines 60.000 m² großen, stillgelegten Industriegeländes in Norditalien nach früheren Versuchen, das Gelände mit Ex-situ-Verfahren zu sanieren. Das Gelände war mit chlorierten Lösungsmitteln in einer heterogenen Geologie kontaminiert, was zu einer komplexen Verteilung der Kontamination führte, die von DNAPL bis hin zu sehr niedrigen Grundwasserkonzentrationen reichte. Darüber hinaus grenzt ein Gezeitenfluss an das Gelände und Grundwassertiefe und Strömungsrichtung werden periodisch beeinflusst.  

Frühere Sanierungen bestanden aus Aushub in Quellengebieten, wobei ein Pump-and-Treat-Verfahren verwendet wurde, um das betroffene Grundwasser vor Ort hydraulisch zu sichern. Jedoch wurden die Sanierungsziele innerhalb und an der Grenze des Standorts nicht erreicht und eine natürliche Attenuation war nicht praktikabel, was zu fortdauernden Risiken und Kosten führte. Es wurde bestimmt, dass ein In-situ-Sanierungsansatz verwendet werden sollte, um die Restkontamination vor Ort zu beseitigen.  

Als Phase 1 der Behandlung wurde ein verbesserter reduktiver Dechlorierungsansatz gewählt, bei dem eine Reihe verschiedener injizierbarer Substrate verwendet wurde, die für jeden Abschnitt des Geländes kalibriert wurden und in rund 500 Injektionspunkte über einen Bereich von 10.000 m² injiziert wurden. Diese Phase war nach 6 Monaten abgeschlossen. Diese Behandlung reduzierte erfolgreich Konzentrationen auf die Ziele vor Ort. Die italienische Gesetzgebung verlangt jedoch strenge Ziele an Grundstücksgrenzen (für einige Lösungsmittel <1 µg/l). Diese Ziele allein durch biologischen Abbau zu erreichen, erwies sich in Grenzgebieten mit niedriger Konzentration als große Herausforderung, da mikrobielle Populationen wegen geringer Nahrungsquellen zu hungern beginnen. Daher wurde im Sommer 2018 als Phase 2 der Behandlung auf einer 90 m langen Barriere entlang der Grundstücksgrenzen eine zusätzliche ERD-Beschleunigung durch In-situ-Adsorption unter Verwendung von flüssiger Aktivkohle umgesetzt.  

Die laufenden Überwachungsdaten (zum Zeitpunkt der Erstellung dieser Kurzfassung standen Daten aus mehr als einem Jahr nach Anwendung zur Verfügung) zeigen bereits die Erfüllung der sehr strengen Ziele bei allen Messstellen an. Eine permanente Überwachung wird weiterhin fortgeführt, um die Messergebnisse zu bestätigen. Die vollständigen Sanierungserbnisse werden für Ende 2020 erwartet.  

Wir diskutieren das konzeptionelle Standortmodell und zeigen, wie unterschiedliche hydrogeologische Bedingungen und Kontaminantenverteilung berücksichtigt wurden, um die Art und Dosierung von Substratinjektionen auf dem Gelände zu bestimmen. Die Ergebnisse des Pilottests zeigen, wie dadurch weitere Informationen geliefert werden, um eine möglichst genaue Konzeption für die gesamte Fläche zu erstellen. Außerdem werden Anwendungsmethoden erläutert, einschließlich des Injektionsabstands in Gitter- und Barrierekonfigurationen. Die Sanierungsergebnisse werden vorgestellt, um zu zeigen, wie eine durchdachte Konzeption von Elektronendonorsubstraten und flüssiger Aktivkohle verwendet werden kann, um eine kostengünstige Behandlung von großflächig mit chlorierten Lösungsmitteln kontaminierten Standorten zu ermöglichen und hohe Konzentrationen zu sanieren, um zu niedrigen Zielen zu gelangen.

Viele heute in der Bearbeitung verbleibende Altlastenstandorte weisen ein sehr komplexes Schadensbild, und damit oftmals verbunden, eine Vielfalt an erhobenen Daten aus verschiedensten Erkundungskampagnen auf. Diese Daten (Direktbeprobung Boden und Grundwasser, MIP, CPT/HPT, etc.) können mit verfügbaren Datenbanklösungen zentral verwaltet werden, und so als Grundlage von 3D-Modellierungen auf Basis von Kriging-Interpolationen dienen.

Zum einen können geologische 3D-Modelle wesentlich zum Standortverständnis und zur Kommunikation bestimmter Sachverhalte mit beteiligten Stakeholdern dienen. Ferner sind auch Anwendungen im Hinblick auf die Sanierungsplanung von hydrogeologisch wirkenden Sanierungs- oder Sicherungsverfahren (z.B. Dichtwand) damit genauer planbar und durch bessere Darstellungsmöglichkeiten eher genehmigungsfähig.

Ein geologisches Modell und Schadstoffmodell können miteinander verbunden werden, so dass schichtbezogen Schadstoffbetrachtungen möglich sind. Hierbei werden alle vorhandenen Datenquellen in einer 3D-Darstellung vereint und einzelstoffspezifisch bezogen auf die geologischen Schichten dargestellt. Dieses Modell dient zum einem zum konzeptionellen Verständnis teilweise sehr komplexer Schadenssituationen, und zum anderen als konkretes Planungstool als Grundlage für einen Variantenvergleich oder auch für die konkrete Sanierungsplanung. Dies wird an verschiedenen realen Projektbeispielen vorgestellt. Wesentliche Vorteile sind in einer genaueren Ermittlung von Schadstoffmassen und -frachten, von betroffenen Volumina auch in Hinblick auf Entsorgungsklassen und Geometrien und darauf basierend den voraussichtlichen Sanierungskosten zu finden.

Die hydraulische Eindämmung durch physikalische Extraktion, auch bekannt als Pump- and-Treat-Verfahren, wird als konventionelle Methode zur Kontrolle und Sanierung von kontaminiertem Grundwasser eingesetzt. Während dieser Ansatz bei hohen Konzentrationen organischer Schadstoffe wirksam ist, können solche physikalischen Systeme Schwierigkeiten machen sehr strenge Sanierungszielwerte zu erreichen, wie zum Beispiel an Grundstücksgrenzen. Das ist häufig auf den anhaltenden Zufluss von Desorption und/oder Rückdiffusion zurückzuführen. Dies kann dazu führen, dass die Pump-and-Treat-Systeme auf unbegrenzte Dauer eingesetzt werden müssen, was zu laufenden Kosten und zunehmenden Bedenken hinsichtlich der Nachhaltigkeit führen kann.  

In dieser Präsentation werden mehrstufige Sanierungsverfahren vorgestellt. Die Herangehensweisen sind auch als ‘integrierte Technologien‘ oder als ‚Treatment Trains‘ bekannt und beinhalten physikalische Behandlungen. Sie werden jedoch mit anderen Sanierungsverfahren kombiniert. Durch einen integrierten Ansatz können Pump-and-Treat-Maßnahmen auf verschiedene In-situ-Sanierungsverfahren umgestellt werden, wie zum Beispiel In-Situ Chemische Oxidation, verbesserter biologischer Abbau oder Sorption. Diese Vorgehensweise kann während des Projektverlaufs den Schadstoffkonzentrationen entsprechend angepasst werden. Hierdurch wird der Sanierungseffekt optimiert, die Behandlungszeit und Kosten werden reduziert und strenge Zielwerte erreicht. Die Integration kann auch standortübergreifend durchgeführt werden. Indem anderen Technologien synergistisch mit der physischen Behandlung eingesetzt werden, kann die Gesamteffizienz der Behandlungsstrategie erhöht werden.

In der Präsentation wird erläutert, welcher Sanierungsansatz am effizientesten ist und wo die Wirkung begrenzt ist. Es werden die Schnittpunkte aufgezeigt, an denen ein Wechsel zu einer anderen Technologie die Behandlungseffizienz aufrechterhält oder verbessert. Sowohl die Theorie und praktische Anwendung eines jeden Verfahrens, als auch die Integration der Verfahren werden vorgestellt.  

Fallstudien werden in der Präsentation eingesetzt, um die Sanierungsverfahren zu demonstrieren. Beispielsweise wurden nachträglich alternative Technologien angewandt, um ein etabliertes Pumpen-und Behandlungssystem abzuschalten und zu entfernen. Eine weitere Fallstudie wird vorgestellt, bei der die Integration von verschiedenen Sanierungsverfahren von Anfang an geplant war. Hierbei werden die Unterschiede zwischen dem geplanten Einsatz und der Entscheidungsfindung vor Ort hervorgehoben. Es wird aufgezeigt, dass die Integration flexibel sein muss um eine optimale Behandlung zu gewährleisten. Anwendungsmethoden, Standortbedingungen und Validierungs-ergebnisse werden ebenfalls erläutert.

Europas größte Sanierung eines Lindan (HCH oder Hexachlorcylohexan) belasteten Produktionsstandortes in Hüningen, im Dreiländereck Frankreich-Schweiz-Deutschland wird bis Ende 2019 abgeschlossen sein. Die erstmalige Komplettsanierung eines HCH-Standortes in dieser Größenordnung unter höchstem Emissions- und Arbeitsschutz stellten eine besondere Herausforderung dar, die für den Auftraggeber sogar einen Wechsel des Generalunternehmers zu Beginn der Sanierung erforderlich machte.

Vor Beginn der Bodensanierung musste die auf dem Standort befindliche Industriekläranlage der Basler Chemie rückgebaut und die Infrastruktureinrichtungen (Hallen, Schleusen, Verladeeinrichtungen etc.) erstellt werden. Das Areal war zum Sanierungsbeginn nur teilweise mit Hallen überbaut.

2013 musste das Projekt eingestellt werden, da die geforderten Immissionsgrenzwerte für HCH, teilweise im Nanogrammbereich, nicht eingehalten werden konnten und unzulässige Schadstoffverfrachtungen vom Standort ausgingen. Nach einer Validierungsphase wurde die Arge Marti/Züblin mit der Überarbeitung der Planung, des Um- und Neubaus der Infrastruktur und der anschließenden Sanierung beauftragt.

20.000 m² bestehende, nicht mehr rückbaubare Hallen, wurden abgedichtet. 25.000 m 2 Hallen incl. einer verschiebbaren Halle wurden zusätzlich installiert. Die komplette Verlade- und Schleuseninfrastruktur wurde neu installiert. Zwei neue Abluftreinigungen mit insgesamt 175.000 m³/h stellten den Unterdruck im ganzen Hallensystem sicher. Regenwasser aus Dach- und befestigten Flächen, Grundwasser zur Abstromsicherung, Schleusenwasser und Wasser der installierten Bodenwäsche wurden in einer zentralen Anlage gereinigt. 800.000 t Boden wurden ausgehoben, teilweise gewaschen und wieder eingebaut und 700.000 t in thermischen Anlagen in ganz Europa behandelt. Der Transport erfolgte je nach HCH-Konzentration im Boden per Schiff, mit dichten Containern oder Fässern (HCH in Reinform). Eine gekapselte Schiffsverladung sowie Container- und Fassschleusen waren in Betrieb. Das Personal in den Baugeräten und das Fußpersonal nahmen an einem Biomonitoring teil. Aufgrund der Lage im Dreiländereck erfolgte ein umfangreiches Umweltmonitoring im direkten und weiteren Umfeld des Sanierungsareals.

Mit Hilfe der Bodengefriertechnik werden im Boden künstliche Frostkörper unterhalb des Grundwasserspiegels erzeugt. Die Frostkörper übernehmen hierbei stabilisierende und dichtende Funktionen. Die Technik wird standardmäßig im Tunnel- und Spezialtiefbau eingesetzt.

Zu den Vorteilen des Verfahrens zählen: die Einsatzfähigkeit in nahezu allen Böden und Ablagerungen, die große Flexibilität bei der geometrischen Gestaltung der wasserundurchlässigen Frostkörper, die sichere Kontrolle mittels Temperaturüberwachung, die geringe Einflussnahme in den Untergrund, die chemische Neutralität des Frostkörpers und die Reversibilität durch Auftauen. Die Vorteile der Bodengefriertechnik haben dazu geführt, dass dieses Verfahren auch im Bereich der Altlastensanierung verschiedene Anwendungen gefunden hat. Über einige Anwendungsbeispiele aus der Praxis wird im Nachfolgenden berichtet.

Leichtflüchtige Stoffe, wie z.B. Teerölkondensat, emittieren gesundheitsgefährdende Dämpfe. Durch das Einfrieren des Mediums wird nicht nur die Arbeitsplatzexposition vermindert, sondern auch die Abbaubarkeit durch Verspröden verbessert.

Mit Hilfe der Bodengefriertechnik ist die Entnahme von ungestörten Bodenproben realisierbar. Der betreffende Bereich wird zunächst eingefroren, sodass entweder ein Bohrkern entnommen oder das Gefrierrohr mit dem anhaftenden Boden komplett gezogen bzw. herausvibriert werden kann.

Für die schonende Bergung von belasteten, flächig abgelagerten Sedimenten in Gewässern werden diese unter Wasser eingefroren. Die entstandene Frostplatte wird an einem Stück aus dem Wasser gehoben, bearbeitet und entsorgt.

Wenn Kampfmittelverdachtsflächen aufgrund von unklaren Messergebnissen nicht freigemessen werden können, ist der Einsatz von wasserdichtenden Spund- und Pfahlwänden nicht möglich. Die vom Sprengmeister erstellten kleinen Bohrungen werden zur Installation von Gefrierrohren verwendet, um Frostwände als dichtenden Verbau zu erstellen.

Zur erfolgreichen Umsetzung der Maßnahmen sind entsprechende Planungen und Abstimmungen zwischen den Projektbeteiligten erforderlich. Dies beinhaltet die gesamtheitliche Betrachtung der Bauaufgabe, mit einer angepassten Anlagentechnik und einer computergestützten Simulation des thermischen Prozesses.

Die Züblin Umwelttechnik GmbH und die STRABAG Umwelttechnik GmbH haben in einer ARGE mit der Geiger Unternehmensgruppe den Auftrag erhalten, das schadstoffbelastete ehemalige Raffineriegelände vor dem Start der Bauarbeiten zur Errichtung des Technologieparks „IN-Campus“ grundlegend zu sanieren. Der Auftrag ist besonders anspruchsvoll, weil das rd. 75 Hektar große Areal nach jahrzehntelanger Nutzung durch die Mineralölindustrie hauptsächlich mit den Schadstoffen PFC, MKW und BTEX belastet ist, die sich in ihren chemisch-physikalischen Eigenschaften unterscheiden und daher auch unterschiedliche innovative Sanierungsmethoden erfordern.  

Zur Reinigung von Boden und Grundwasser setzt die ARGE IN-Campus in Ingolstadt auf folgende Methoden:

• Die Air-Sparging Methode entfernt leichtflüchtige Schadstoffe aus Grundwasser und Boden. Mit 2.500 Pegeln, die wie riesige Strohhalme wirken, wird Luft in definierten Anordnungen in das Wasser geblasen und durchströmt so den Schadensbereich. Die eingeblasene Luft nimmt die im Grundwasser gelösten flüchtigen Schadstoffe auf, bevor sie knapp unterhalb der Geländeoberfläche mittels Unterdruck abgesaugt wird. Mit bis zu acht solcher Anlagen werden 400.000 Kubikmeter Boden gereinigt. Die Airsparging-Methode wird erstmalig in Deutschland in dieser Größenordnung angewendet.
• Beim emissionsarmen Waben-Verfahren zum Austausch von 600.000 t belasteten Bodenmaterials werden zehn Meter lange, zwei Meter breite sechseckige Stahlwaben in den Boden eingebracht, das kontaminierte Material wird innerhalb der Waben ausgehoben und durch unbelastetes Material ersetzt. Anschließend werden die Waben wieder gezogen.
• Die Bodenwaschanlage reinigt pro Tag etwa 1.200 t belastetes Material. Der gereinigte Boden kann anschließend auf dem Gelände wieder verfüllt werden; weniger als 10 % der Input-Menge werden als Abfall entsorgt. Es handelt sich um die derzeit größte in Deutschland betriebene Anlage dieser Art.
• Zur Abstromsicherung sorgt eine Galerie aus zehn Brunnen dafür, dass belastetes Grundwasser nicht in das angrenzende Naturschutzgebiet der Donauauen abfließt. Die Brunnen fördern zusammen über 200 m³ belastetes Wasser je Stunde aus dem Boden. Eine mehrstufige Grundwasseraufbereitungsanlage reinigt es, bevor es über großflächige Versickerungsbecken im Nordosten des Geländes wieder in den Grundwasserkreislauf geleitet wird. Der vollautomatische Anlagenbetrieb dieser hydraulischen Abstromsicherung läuft rund um die Uhr und voraussichtlich die nächsten zehn Jahre.

Mit dieser aufwendigen in Deutschland einzigartigen Sanierung schaffen Züblin Umwelttechnik GmbH und STRABAG Umwelttechnik GmbH gemeinsam mit der Geiger Unternehmensgruppe die Voraussetzung für die geplante Bebauung durch die IN-Campus GmbH. Dieses Joint-Venture aus der Stadt Ingolstadt und der AUDI AG hat der Ed. Züblin AG bereits den Auftrag zum schlüsselfertigen Bau des „Projekthauses für Zukunftstechnologien“ erteilt. Als Generalunternehmen errichtet ZÜBLIN dort ab Herbst vier symmetrisch angeordnete Gebäudemodule in U-Form, die Teil des neuen „IN-Campus“ werden sollen.

Die Entsorgung von verschiedenen Schlämmen oder Bohrspülungen ist in den letzten Jahren schwieriger geworden. Die Annahme in Gruben oder Deponien ist aufgrund der nicht stichfesten Konsistenz dieser Schlämme ohne eine Vorbehandlung nicht möglich. Die Behandlungskapazitäten für nicht stichfeste Schlämme sind begrenzt. Die BAUER Resources GmbH Bereich Bauer Umwelt arbeitet an einer technischen Lösung zur Entwässerung von Schlämmen unterschiedlicher Herkunft, die zur Entsorgung anfallen. Eine Entwässerung von Schlämmen basiert auf der Phasentrennung von fester und flüssiger Phase. Die mindestens stichfeste Phase kann, je nach Belastung weiter behandelt oder in Gruben oder Deponien entsorgt werden. Die Wasserphase kann bei Bedarf gereinigt und wiederverwendet werden. Die technische Entwässerung von Schlämmen bietet den Vorteil einer Entsorgungssicherheit, eine Reduzierung des zu entsorgenden Materials und eine Schonung der Deponiekapazitäten.