Bodensanierung On Site Verfahren

Der Folgende Artikel behandelt das Thema der On-Site-Sanierung bei kontaminierten Böden und den verschiedenen Möglichkeiten und Methoden.

 

Warum gibt es kontaminierte Böden?

Neben den wohlbehüteten Schutzgütern Wasser und Luft blieb das Medium Boden lange Zeit unbeachtet. Stufte man einen Boden als belastet ein, vertraute man auf seine Selbstreinigungskräfte und überließ ihn weitestgehend sich selbst. Zu damaligen Zeiten unzureichendes oder fehlendes Umweltbewusstsein, Unkenntnis über die Gefährlichkeit von Stoffen, vorsintflutlich anmutende Produktionsweisen der Industrie, insbesondere der Rüstungsindustrie, ließen Stoffe in die Umwelt entweichen, die nicht selten toxisch wirkten und eine Gefahr für Mensch, Tier und Umwelt darstellten. Verantwortlich sind Mittel aus den verschiedensten Industriezweigen: Sprengstoffe wurden rücksichtslos zentner- und tonnenweise im Gelände verstreut, planlos vergraben, sowie in alte Schächte und Gruben geschüttet. Die über Jahre gebildeten Abbauprodukte sind teils giftiger als ihre Ausgangsstoffe. Gerade die Rüstungsindustrie hinterließ ein schweres Erbe: Altlasten aus Sprengstoffen (aromatische Nitroverbindungen), Zündmitteln (Quecksilber, Blei, Antimon), Brandmitteln (gelierte Benzinfraktionen) sowie aus chemischen Kampfstoffen stellen Sanierungsexperten nach wie vor vor schwierige Aufgaben. Die von den Armeen eingesetzten Entseuchungsund Dekontaminierungsmittel wurden nach dem zweiten Weltkrieg wild ins Gelände geschüttet, richteten aber „glücklicherweise“ nur regionale Schäden an, da die sehr reaktiven Substanzen, wie Chlorkalk und Chloramine sich rasch durch normale Witterungseinflüsse zersetzen.

Weitere Beispiele sind durch Total-Herbizide vergiftete Böden. Total-Herbizide umfassen anorganische und organische Verbindungen, welche auch heute noch handelsüblich zur Unkrautvernichtung eingesetzt werden. In hohen Konzentrationen jedoch wirken sie bei Wildund Nutztier sowie beim Menschen als Gift und rufen schwere Gesundheitsschäden hervor bzw. können zum Tod führen. Mehr als 1kg/ha Ausbringung ist bedenklich, Grenztruppen der ehemaligen DDR brachten aber 10 – 50kg/ha aus, um am Todesstreifen den Überblick zu behalten. Umwelttoxologisch eine Katastrophe, bedürfen nun mehrere Millionen Kubikmeter Erdraum der Behandlung. Dass dort nun wieder üppige Vegetation zu finden ist, liegt nicht etwa daran, dass der Boden sich „von selbst“ regeneriert hat; die Herbizide sind in tiefere Bodenschichten ausgespült worden und könnten so auch ins Grundwasser gelangt sein. Allzu häufig kommen aber auch kleinräumigere Verschmutzungen vor, wie bei Tanklagern, Tankstellen, Werkstätten oder z.B. nach Ölunfällen. Es gilt, diese Flächen zu erkennen und zu sanieren. Die neuesten Erhebungen zeigen, dass es 272168, also über eine Viertelmillion (!) altlastenverdächtige Flächen in Deutschland gibt. Diese teilen sich auf in 86856 Altablagerungen und 185312 Altstandorte. Davon müssen, so schätzen Fachleute, 10-20% unbedingt saniert werden.

Warum müssen die Böden saniert werden?

In den vergangenen Jahren hat nicht zuletzt durch das am 01.03.1999 in Kraft getretene Bundesbodenschutzgesetz ein Umdenken stattgefunden. Man erkannte, dass die Böden einem nicht alle Fehler verzeihen und man erkannte auch, dass Böden eben nicht in der Lage sind, sich auf wundersame Weise selbst zu „heilen“. Grund und Boden sind im Industriestandort Deutschland von vornherein knapp; wertvolle, wirtschaftlich nutzbare und gut gelegene Flächen sind aufgrund der Kontamination nicht nutzbar. Abgesehen davon, dass diese Flächen wirtschaftlich abgeschrieben werden konnten, stellen Altlasten, sofern sie bestimmte Konzentrationen und Grenzwerte überschreiten, eine Gefahr für Mensch und Umwelt dar. Einige unter ihnen sind nicht nur besonders giftig sondern auch genotoxisch, das heißt sie können irreparable Schäden verursachen, so dass es unbedingt erforderlich ist, ein weiteres Ausbreiten, Verlagern, Verteilen, Hineingelangen der Schadstoffe in Umweltkreisläufe, insbesondere in Nahrungsmittelketten und Wasserkreisläufe zu verhindern. Diese Gebiete müssen dekontaminiert werden, langwierige und kostspielige Sanierungserfordernisse werden unausweichlich. Schätzungsweise zwischen 20 und 200 Milliarden Euro müssten für die Sanierung aller Altlastenverdachtsflächen in Deutschland aufgebracht werden. Daher ist es erforderlich, jene Flächen zunächst mit Priorität zu behandeln, die das Trinkwasser oder durch immobile Schadstoffe das Grundwasser verunreinigen oder eine direkte Gefahr für die Umwelt darstellen (Neumaier, 1996).

Voraussetzung einer Sanierung

Zunächst muss eine Erstbewertung einer Verdachtsfläche durchgeführt werden. Die vorkommenden Schadstoffe werden zur Gefährdungsabschätzung analysiert, dabei werden Sanierungsziele gesetzt, z.B. welche Höchstmaße toleriert werden können. Erfolgsaussichten werden abgeschätzt: Die Bodenbeschaffenheit muss für eine Sanierung geeignet sein. Es gilt die Faustregel: Je grobkörniger der Boden, desto erfolgsversprechender eine Dekontaminierung. Tonige oder Tonböden sind schwierig zu sanieren, da bei einigen Sanierungsmethoden der Kf-Wert des Bodens von Bedeutung ist. Je langsamer die Fließgeschwindigkeit, je kleiner das Porenvolumen und je höher die Dichte, desto kleiner sind z.B. die Einzugsradien für Bodenluftabsaugungsanlagen, Vakuumpumpen, Grundwasserfördergeräte und desto uneffektiver auch der mikrobiologische Abbau. Eine ausreichende Versorgung mit Nährstoffen findet bei einem Kf-Wert von 10-4 bis maximal 10- 6m/s statt. Sand- und Kiesböden mit einem Schluffanteil von 30% sind optimal, ab 70% Anteil ist eine Durchführbarkeit mikrobiologischer Sanierungsmaßnahmen anzuzweifeln; auch alle anderen gängigen Methoden stoßen dann an ihre Leistungsgrenzen. Schadstoffe sind in der Regel heterogen verteilt. Daher sind an mehreren Messstellen Proben zu entnehmen um die Heterogenität festzustellen. Je genauer die Informationen der Schadstoffverteilungen, desto besser können auch die Milieubedingungen eingestellt und optimiert werden. Gefährdungsabschätzungen zeigen, ob sich die Schadstoffe immobil verhalten, also möglicherweise das Grundwasser belasten könnten. Zu guter Letzt muss die Sanierung wirtschaftlich bzw. finanzierbar sein. Da gründliche Sanierungen einen erheblichen Kostenaufwand darstellen, werden diesen oftmals die günstigeren Sicherungsmaßnahmen vorgezogen.

Rechtliche Regelungen

Aufgrund der vierten 1993 in Kraft getretenen BImSchV unterliegen ON-Site-Sanierungen mit einer Dauer von unter 12 Monaten keiner umweltrechtlichen Zulassung mehr. Kontaminierte Böden gelten nach dem „van de Walle“-Urteil des Europäischen Gerichtshofes vom 07.09.2004 laut Gesetz als Abfall bzw. Sondermüll und müssen auch dementsprechend behandelt werden. Aufgrund des Bodenschutzes sind die Verwertungsmöglichkeiten gereinigter Böden stark eingeschränkt. Die Kosten für Erkundungsmaßnahmen und nötige Sanierungsmaßnahmen trägt der Verursacher der Verunreinigungen. Das sind Betreiber oder ehemalige Betreiber von stillgelegten Anlagen auf Altlasten, Abfallablagerer oder Abfallerzeuger bei Altablagerungen oder sonstige Verursacher. In vielen Fällen kann der Verursacher nicht bestimmt werden. Dann sind die Eigentümer zur Sanierung verpflichtet. Gutgläubige Erwerber können nach dem Bundesbodenschutzgesetz ebenfalls zur Sanierung verpflichtet werden.

Sicherungsmaßnahmen und Sanierungsverfahren

Sicherungsmaßnahmen

Nach dem Bundesbodenschutzgesetz zählen Sicherungsmaßnahmen zu den Sanierungsmethoden (BBodSchG: §2 Absatz 7 Punkt 2: „Sanierung im Sinne dieses Gesetzes sind Maßnahmen, die eine Ausbreitung der Schadstoffe langfristig verhindern oder vermindern, ohne die Schadstoffe zu beseitigen.“). Während bei Sanierungsverfahren der Boden behandelt und versucht wird, die Schadstoffe zu entfernen, bleibt das kontaminierte Erdreich an Ort und Stelle. Durch vertikale Barrieren wie z.B. Einkapselung durch Spund-, Schlitz- oder Schmalwände, Injektionen, Bodenvereisung oder horizontale Barrieren, wie Oberflächenabdeckung, Injektionen oder durchgehende Sohlenabdeckungen werden Verbreitungspfade unterbrochen und so eine Ausbreitung der Schadstoffe durch Grundwasserflüsse oder Ausgasungen flüchtiger Stoffe verhindert. Sicherungsmaßnahmen sind auf die Schnelle günstiger und kommen in Frage, wenn Sanierungen vorerst nicht finanzierbar sind, jedoch zügig gehandelt werden muss. Sie bedürfen jedoch einer ständigen Überwachung, was weitere Kosten nach sich ziehen kann. Daher sollte man im Vorfeld gut kalkulieren, ob Sicherungsmaßnahmen auf die Dauer betrachtet wirtschaftlicher als Sanierungen sind.

Sanierungsverfahren

Es wird zwischen ON-Site-, In-situ- und OFF-Site-Sanierungen unterschieden. Diese richten sich nach dem Ort der Schadensbekämpfung. Während bei der OFF-Site-Sanierung das gesamte Erdreich abgetragen und zu Sanierungszentren verfrachtet wird („OFF“-Site), verbleibt bei ON-Site- und In-Situ-Verfahren das Material vor Ort. Bei der In-Situ-Sanierung bleibt der Boden eingebaut an seinem Ursprungsort, bei der ON-Site-Sanierung wird er vor Ort in mobilen Anlagen behandelt, wird also ausgehoben, jedoch nicht abtransportiert. Die Böden bleiben also an ihrem Ursprungsort, die Bodenstruktur bleibt ggf. erhalten. Das einfache „Wegschaufeln“ hat den Vorteil der sofortigen Beseitigung der Schadstoffe ohne dass unbedingt hydrologische Maßnahmen getroffen werden müssten. Jedes In-Situ- ist also auch ein ON-Site-Verfahren, bzw. jedes In-Situ-Verfahren ist - leicht abgeändert - auch ON-Site anwendbar. Die Wahl eines Verfahrens hängt von den Örtlichkeiten ab, das heißt bei ON-Site- Sanierungen muss eine passende Infrastruktur vorhanden sein, bzw. angelegt werden können, die den betrieblichen Ablauf der mobilen Anlagen ermöglichen. Sie benötigen Anschlüsse zur Energie- und Wasserversorgung, sowie eine größere Standfläche. Der Vorteil der ON-Site-Sanierung ist die unbürokratische Regelung eines sofortigen Sanierungsbeginns, da Verfahrensdauern von unter 12 Monaten keiner behördlichen Genehmigung mehr unterliegen. Es gibt einige Möglichkeiten, die Kontaminanten aus dem Boden zu entfernen. Im Folgenden werden die gängigsten Methoden und ihre Funktionsweisen vorgestellt. Hierbei bleibt anzumerken, dass sich die Verfahren von Firma zu Firma geringfügig unterscheiden können, insbesondere was die eingesetzten Maschinen und mobilen Anlagen betrifft, da es bei großen Firmen oft Eigenentwicklungen sind. Im Großen und Ganzen arbeiten aber alle nach demselben Prinzip.

Bodenluftabsaugung

Bei der Bodenluftabsaugung handelt es sich um ein In-Situ-Verfahren. Durch das Absaugen der Bodenluft können leichtflüchtige Verbindungen effizient aus dem Boden entfernt werden. Dabei werden perforierte Rohre in den Boden eingebracht und zur Oberfläche hin luftdicht abgeschlossen, damit über Ventilatoren und Vakuumpumpen eine Absaugung stattfinden kann. Bei durchlässigen Böden werden Einzugsradien von 50m erreicht, bei schlecht durchlässigen kann der Radius auf 1 bis 2m absinken. Je besser die Oberfläche des Bodens abgedichtet/ versiegelt ist, desto größer ist der Absaugbereich. Der Einzugsradius wird mit kleinen Rauchröhrchen bestimmt, welche anzeigen, ob eine Luftströmung in den Boden erfolgt. In der Regel strömt von allen Seiten Luft in Richtung Luftbrunnen, Inhomogenitäten im Untergrund können jedoch auch Kurzschlüsse zu Oberfläche auslösen. In dem Fall würde viel Falschluft angesaugt werden, was durch Oberflächenabdichtungen vermieden werden sollte. Zunächst werden Bohrungen mit einem Durchmesser von 8-30cm vorgenommen, Filterschlitzrohre eingebracht; diese werden mit Quellton und Beton nach oben hin abgedichtet und mit einem Brunnenkopf versehen Die abgesaugte, belastete Luft muss durch Aktivkohlefilter, Kondensation oder katalytische Verbrennung gereinigt werden. Durch das Absaugen der belasteten Luft strömt frische Atmosphärenluft nach, was eine verbesserte Sauerstoffversorgung und einen erhöhten natürlichen mikrobiellen Abbau nach sich zieht. Absaugungen können nur dort erfolgen, wo der Boden nicht zuviel Wasser enthält. Durchmesser der Bohrungen, Anzahl und Tiefe hängen von den örtlichen Gegebenheiten ab. Für diese Methode eignen sich grundsätzlich nur Schadstoffverbindungen, die einen Dampfdruck von über 10mbar und eine Sättigungskonzentration von über 10g/m3 besitzen. In Frage kommen chlorierte (z.B. Trichlorethylen), niedermolekulare (Cyclopentan) und aromatische Kohlenwasserstoffe (Benzol, Toluol). Aktuell wird versucht, dieses Verfahren weiter zu optimieren, indem der Boden zusätzlich aufgeheizt wird. Dadurch sinkt der Dampfdruck der mittel- bis schwerflüchtigen Stoffe, sie werden in gasförmigen Zustand versetzt und dann abgesaugt. Die Erwärmung geschieht entweder über elektrisch betriebene Heizlanzen, die eine Temperatur von bis zu 600°C erreichen können oder über Radiofrequenzwellen. Letzteres befindet sich noch in der Forschungsphase. Der Laborversuch zeigte, dass z.B. 957ppm Tetrachloethylen in vier Stunden bei 130°C zu 95% aus dem Boden entfernt wurden. Bei thermisch unterstützter Bodenluftabsaugung sei aber darauf hingewiesen, dass weitere, leistungsfähige Vorrichtungen zur Kondensation und Entgiftung erforderlich sind.

Elektrochemische Verfahren, Bodenwaschverfahren

Elektrochemische Verfahren

Durch Schwermetalle kontaminierte Böden sind nur schwer zu reinigen, gerade auch wenn es sich um tonige Sandböden oder sehr schlecht durchlässige Tonböden handelt oder die Flächen bebaut sind und ein Auskoffern daher nicht möglich ist. Für solche Fälle kommt das elektrochemische Verfahren in Frage, welches im Vergleich zu anderen Methoden einen geringen technischen Aufwand erfordert. Dabei werden bei einer Kontaminationstiefe von 1,5m horizontale, bei größerer Tiefe vertikale Kathoden- und Anodenreihen installiert, mit Gleichstrom wird ein elektrisches Feld induziert. Die Schwermetallkationen und –anionen wandern zu den entsprechenden Polen, die hydraulischen Eigenschaften des Bodens spielen dabei keine Rolle. Voraussetzung ist genügend Porenwasser im Boden, welches als Transportmedium dient. In die Elektroden sind spezielle Zirkulationssysteme integriert, in denen Wasser mit bestimmten Additiven kreist. Auf diese Weise können die an die Elektroden wandernden Kontaminanten unterirdisch absorbiert und oberirdisch eliminiert werden. Übrig bleiben konzentrierte metallionenhaltige Lösungen, die wiederum elektrochemisch aufgetrennt werden. Das Prozesswasser kann in den Kreislauf zurückkehren. Es konnten Reinigungsleistungen von 99,6% Abreicherung von Quecksilber erreicht werden4. Das elektrochemische Verfahren versagt bei immobilen Schadstoffen, für die Entfernung anorganischer (Schwermetalle, Arsen, Cyanide) als auch polarer (Phenole, Sprengstoffe etc.) und unpolarer organischer Schadstoffe (BTEX, LHKW, KW, PAK, PCB, PCDD/F etc.) aus Böden ist es jedoch geeignet. Mit Hilfe der Elektrosanierung können schwer zugängliche Flächen unter Gebäuden oder versiegelten Flächen und sogar Tiefen bis zu 60m erreicht werden (Döring, 1994). Dabei spielt es keine Rolle, ob der Boden feinkörnig ist, wie bei anderen Verfahren. Allerdings geht diese Methode mit einem hohen Energiebedarf einher: zwischen 5-700kwh/m3 werden benötigt. Die Nährstoffe werden dem Boden entzogen und das Verfahren droht bei schwerlöslichen Schadstoffen, wie z.B. bei Kupfer und Nickel zu versagen.

Bodenwaschverfahren

Bodenwaschverfahren lassen sich In-Situ sowie ON-Site. Auch hier gilt: je körniger der Boden, je höher der Sandanteil, desto besser und effizienter arbeiten Bodenwaschverfahren. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die Schadstoffe vom Gefüge zu lösen. Entweder mechanisch durch Rührwerke, hydraulisch, indem die Boden-Wasser-Suspension auf eine Prallplatte beschleunigt wird oder pneumatisch. Dabei wird die Boden-Wasser- Suspension mit Pressluft durchwirbelt. Ziel ist es, die Schadstoffe zu lösen, um sie dann mit dem Abwasser abzuführen, welches dann einer aufwendigen Reinigung bedarf. Da das Waschwasser schadstoffbelastete Feinstteile enthält, empfiehlt sich im Anschluss eine mikrobiologische Reinigung der übrig gebliebenen Schlämme. Bei dem unten abgebildeten Verfahren wird der Boden schrittweise in einzelne Bohrungen unterteilt, die sich überlappen und so das gesamte Bodenvolumen erfassen. Dabei wird eine Auskofferung vermieden. Hydraulische Vormaßnahmen sind nicht erforderlich. In die Bohrungen werden Hüllrohre eingebracht, die den Austausch von sauberem mit kontaminiertem Boden vermeiden. Bei einem Druck von bis zu 500bar und Zuführung von 300 Litern Wasser pro Minute schneidet sich ein absenkender, rotierender Wasserstrahl durch den Boden. Es entsteht eine Suspension, die aus dem Bohrloch gefördert und von den Schadstoffen befreit wird. Der gereinigte Sand und der belastete Schluff wird getrennt, das gereinigte Prozesswasser fließt zurück. Beim Abpumpen des aufgeschlämmten Gemisches aus dem Bohrloch wird der Wasserspiegel im Rohr durch eine Regelvorrichtung auf dem Niveau des Grundwasserspiegels gehalten. Damit wird verhindert, dass bei zu hohem Wasserstand kontaminiertes Wasser in bereits gereinigte Nachbarbereiche ausgetragen wird und bei zu niedrigem Wasserstand ein hydraulischer Grundbruch an der Bohrlochsohle stattfindet. Die Steuerung erfolgt über die Regulierung der Zusatzwassermenge. Der konzentriert belastete Schlamm wird entwässert und kann OFF-Site in Mieten mikrobiologisch weiterbehandelt werden. Die hier gezeigte Abbildung zeigt ein von der Holzmann AG entwickeltes System. Darüber hinaus existieren noch andere mobile Anlagen zur ON-Site Behandlung, die nach ähnlichem Prinzip funktionieren. Jedoch hat das Bodenwaschverfahren auch Nachteile: So wird die Bodenstruktur verändert und die hochbelastete Feinstfraktion komplett entfernt. Ferner können durch das Einrütteln der Hüllrohre Gebäudeschäden entstehen.

Thermische Behandlung, Mikrobiologische Sanierung

Thermische Behandlung

Hoch und komplex mit einem breiten Schadstoffspektrum belastetes Erdreich (z.B. Mineralöl, Teer, Nitroaromaten, PCB) kann oft nur thermisch behandelt werden. Durch die thermische Behandlung werden die adsorptiven und chemischen Bindungskräfte zwischen Bodenmatrix und Schadstoff mit Hilfe von thermischer Energie destabilisiert. Dabei werden die flüchtigen und zersetzbaren Schadstoffe ausgetrieben, es findet eine reduktive Zersetzung (Pyrolyse) und eine oxidative Umsetzung statt (Verbrennung). Ideal ist eine Umsetzung zu CO2 und H2O. Der Bodenaushub wird zunächst zerkleinert, klassiert und in einem Ofen auf bis zu 600°C erhitzt. Organische Schadstoffe und andere chlororganische Verbindungen werden teilweise oxidiert und verdampft. Das schadstoffbeladene Abgas wird entstaubt. Die Nachbrennkammer stellt bei Temperaturen zwischen 800 und 1200°C sicher, dass die Schadstoffe vollständig oxidiert werden. So werden dort leichtflüchtige organische Verbindungen, unvollständig umgesetzte organische Stoffe und gegebenenfalls neu gebildete Stoffe bei mindestens zwei Sekunden Verweilzeit zerstört. Die nachfolgende schlagartige Abkühlung der heißen Gase mit Wasser schließt eine weitere Neubildung von Schadstoffen aus. Gaswäscher entfernen saure Gase, Staub und flüchtige Metalle. Restbestandteile und Quecksilber werden gebunden. Der Nachteil der thermischen Behandlung ist eine Keramisierung des Bodens. Durch die Verbrennung wird der Boden nicht nur alkalisch, sondern man entzieht ihm auch einen erheblichen Teil der Lebensfähigkeit. Zurück bleibt ausgebranntes, anorganisches Erdreich (Neumaier, 1996).

Mikrobiologische Sanierung

Viele Schadstoffe wie z.B. Benzin, Diesel und Heizöl (Aliphate) können durch Mikroorganismen nahezu vollständig und umweltschonend eliminiert werden. Sie beruht auf dem mikrobiellen Abbau zu harmlosen CO2. Rund 90% der Altlasten in Deutschland sind mineralölkohlenwasserstoffkontaminierte Böden. Grenzen findet die biologische Sanierung bei hochkonzentrierten Verunreinigungen und Schwermetallen.

Die Vorteile der mikrobiologischen Sanierung:

  • keine ökologischen Veränderungen beim Einsatz autochthoner Mikroorganismen
  • keine Problemverlagerung in ein anderes Medium beim Schadstoffumbau
  • keine Abfallprodukte bei vollständiger Schadstoffmineralisation
  • sowohl wasserlösliche als auch wasserunlösliche Schadstoffe behandelbar
  • preiswert

Behandelbare Schadstoffe

Leicht abbaubar:

  • (aromatische) Kohlenwasserstoffe: Benzol, Toluol, Phenol, Kresol, Xylol, Naphtol
  • alicyclische Kohlenwasserstoffe, Alkane, polyaromatische Kohlenwasserstoffe
  • anorganische Verbindungen: Cyanide, Thiocyanat, Schwefel, Sulfid, Thiosulfat
  • chlorierte, aromatische KW’s.: Chlorbenzonate, Chlorphenole, Monochlortoluol Schwer abbaubar:
  • PCB Verbindungen
  • Dioxin, Dibenzofurane (?? wenig bis gar keine Hinweise auf biologischen Abbau)

Nicht abbaubar sind Schwermetalle!

Erfolgsfaktoren der mikrobiologischen Sanierung

  • Sauerstoffkonzentration (Einstellung per sauerstoffangereichertem Prozesswasser, Belüftung, Bodenluftabsaugung oder Zugabe von Wasserstoffperoxid)
  • Nährstoffkonzentration (C, O, N, S, P, K, Mg, Ca, Fe, Na, Cl), manuelle Zuführung; eine optimale Nährstoffkonzentration stellt sich bei einem C:N:P-Verhältnis von 100:15:2 bis 100:10:1 ein
  • Spurenelemente (Zn, Mn, Mo, Se, Co, Cu, Ni), liegen in der Regel in ausreichender Form vor; können jedoch durch das Beimengen von Steinmehl zugesetzt werden;
  • Feuchtigkeitsgehalt (optimale Abbauraten bei 60% der Wasserhaltekapazität des Bodens; bei zu hohem Wassergehalt treten Verdichtungen oder Staunässe auf, was den Gasaustausch behindert)
  • pH-Wert, sollte zwischen 6 und 8 liegen; saure Böden können gekalkt werden;
  • Redoxpotential
  • Temperatur; die optimale Temperatur beträgt 20-28°C; in Mieten kann die Temperatur über Belüften und Beheizen reguliert werden; unter 15°C verlangsamt sich der Sanierungsprozess, über 35°C können die Mikroorganismen schädigen;
  • Bodenstruktur; wenig Schluffanteil (Optimum bei 30%)
  • Bioverfügbarkeit (Alef, 2000)

Sauerstoffversorgung

Der Schadstoffabbau findet in der Regel aerob statt, das heißt, die Mikroorganismen müssen mit Sauerstoff versorgt werden. Regenerationsmieten werden entweder mit Hilfe von Belüftungslanzen mit 20 – 50 Liter Druckluft je Tonne und Stunde versorgt oder mittels Bodenluftabsaugungen, wobei die Mikroorganismen durch die nachströmende Luft versorgt werden. Der Vorteil der Sauerstoffversorgung durch Bodenluftabsaugungen besteht in der Vermeidung unkontrollierter Ausgasungen, sofern der Aushub leichtflüchtige Stoffe beinhaltet. Ebenso kann dem Bodenwasser Sauerstoff zugeführt werden. Die maximal lösliche Menge liegt bei 40mg/l. Die Aufnahmefähigkeit hängt von dem Sauerstoffgehalt des Bodenkörpers ab (je geringer der Gehalt, desto besser das Aufnahmevermögen) und dem hydrostatischen Druck. Bei Sättigung oder Ausgasung verändern sich die hydraulischen Verhältnisse im Boden: die Strömungsgeschwindigkeit erhöht sich bei gleichzeitiger Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit. Eine weitaus elegantere und meist auch effektivere Sauerstoff-Lösung ist die Zugabe, von Wasserstoffperoxid (H2O2), z.B. in das zirkulierende Wasser, sofern ein Wasserkreislauf vorhanden ist. Es zerfällt entweder spontan, unter dem Einfluss mikrobieller Katalase oder oxidativ mit den Schadstoffen zu Wasser und Sauerstoff. Dabei entsteht bei 1kg H2O2 0,47kg Sauerstoff. Im Gegensatz zur Belüftung oder Bodenluftabsaugung werden auch so genannte Mikronischen im Boden erreicht und versorgt, da das mit Wasserstoffperoxid angereicherte Zirkulationswasser in kleinsträumliche Poren eindringt und dort den Sauerstoff freigeben kann. Allerdings sollte man die Zugabe von Wasserstoffperoxid vorsichtig dosieren und langsam hochfahren, da eine zu hohe Konzentration wiederum toxisch wirken kann. Laborversuche haben gezeigt, dass die unerwünschte Nebenwirkung bei 1kg pro m3 eintritt. Die Mikroorganismen brauchen ca. vier bis acht Wochen Zeit, um hinsichtlich ihrer Population und ihrer enzymatischen Ausstattung zu adaptieren.

Mikrobiologische Sanierungsverfahren

Landfarming

Das Landfarming kommt für oberflächennahe Kontaminationen durch Kohlenwasserstoffe in Frage. Dabei wird vor Ort 30 – 50cm mächtiger Bodenaushub auf Folien ausgebreitet, die obersten Schichten umgepflügt, Ölschlämme und ähnliches Material unter sauberen Boden gemischt. Landfarming wird in den Niederlanden und in den USA praktiziert, in Deutschland ist es abfallrechtlich nicht zulässig. Einerseits werden sehr große Flächen benötigt (1500m2 für 500m3), andererseits treten Emissionen durch ausgasende Stoffe aus. Die Einhausung solch großer Flächen wäre unrentabel, daher findet dieses Verfahren von vornherein in Deutschland keine Verwendung.

Regenerationsmieten

Als eine Weiterentwicklung des Landfarming und häufig verbreitete ON-Site-Methode sind so genannte Regenerationsmieten zu betrachten. Die von Steinen und Grobmaterial befreiten Bodenfraktionen werden wiederum auf befahrbare Folien ca. 1m hoch bei Wendemieten (dynamisches Verfahren), bis 2m hoch bei stationären Mieten (stationäres Verfahren) geschichtet. Standardgrundfläche der Mieten betragen 20x50m bis 20x80m. Durch Einhausungen werden ausgasende Schadstoffe abgesaugt und durch Aktivkohlefilter abgefangen. Die gereinigte Luft fließt danach in den Kreislauf zurück und kann zudem mit Sauerstoff angereichert werden. Durch Umschichten, Wenden und Fräsen der Mieten (Intervalle von einmal täglich bis einmal monatlich) entstehen neue Oberflächen, die Sauerstoff aufnehmen. Sickerwässer werden ebenfalls über Drainagen abgesaugt, gereinigt und zurückgeführt. Regenerationsmieten können sowohl ON-Site als auch OFF-Site betrieben werden.

Biobeetanlagen

Biobeete sind im Prinzip genauso aufgebaut wie Regenerationsmieten. Der Unterschied besteht lediglich darin, dass der Abbau im wassergesättigten Zustand erfolgt. Daher ist es erforderlich, dass Drainagen verlegt werden. Das Prozesswasser zirkuliert, wird von Schadstoffen befreit, aufbereitet, optional mit Nährstoffen und Mikroorganismen angereichert und wieder über dem Biobeet verrieselt. Der Nachteil von Biobeetanlagen besteht aufgrund der stetigen Verrieselung in der Verschlämmung des Bodens und Verlagerung von Feinstkorn.

Immobilisierung

Neben der thermischen, biologischen und chemischen Behandlung soll auch abschließend die Immobilisierung als eine weitere Sanierungsmöglichkeit beleuchtet werden. Bei der Immobilisierung handelt es sich um eine Sicherungsmaßnahme, der Schadstoff wird nicht eliminiert, sondern soweit präpariert, dass er nicht mehr in Umweltkreisläufe gelangen kann. Die Immobilisierung unterteilt sich in Techniken der Verfestigung, Stabilisierung, und der Einkapselung. Beim Verfestigen wird der Boden von einem einheitlichen Feststoff umschlossen. Der Schadstoff wird also mechanisch gebunden, dass die Beweglichkeit der Schadstoffphase reduziert wird. Verfestigungsprozesse ändern die physikalische Beschaffenheit durch die Verwendung von Zusatzstoffen, ohne die chemischen Eigenschaften zu berühren. Von Stabilisierung spricht man, wenn die Gefährlichkeit der Schadstoffe durch chemische Reaktionen herabgesetzt wird indem sie in weniger wasserlösliche und damit in weniger mobile Verbindungen umgewandelt werden. Gängige Methoden sind Fällung, pH-WertÄnderungen oder Oxidation bzw. Reduktion. Bei der Einkapselung wird das kontaminierte Erdreich mit Hilfe von horizontalen und vertikalen Barrieresystemen sowie Oberflächenabdichtungen umschlossen. Somit wird der Eintritt von Grundwasser und der Austritt möglicherweise belasteten Wassers vermieden und ein Schadstoffeintrag in die Umwelt unterbunden. Ziel ist die Unterbrechung der Kontaminationspfade. Die nachfolgende Abbildung zeigt ein Beispiel einer Einkapselung bei natürlicher (a) und bei künstlicher Dichtungssohle (b). Als Dichtwände kommen Spundwände aus Stahl, Bohrpfahlwände oder Schlitzwände aus Beton oder Injektionsdichtungen in Frage. Sie müssen allerdings die Voraussetzung einer hohen Dichtigkeit haben, einer langen Lebensdauer auch bei Angriff von Chemikalien und einer ausreichenden Dichtigkeit im Einbindebereich in die Basisschicht.

Wann ist eine Sanierung erfolgreich?

Vor jeder Sanierung müssen Sanierungsziele festgelegt werden, die von der späteren Nutzung der Böden abhängen. Da diese Ziele sehr unterschiedlich sind (Dekontaminierung industrieller Standorte oder zur reinen Gefahrenabwehr, Rekultivierung), wäre es sinnlos universelle Richtwerte anzugeben. Jedoch existieren verschiedene Listen, die als Maßstab dienen, um einen Sanierungsbedarf abzuschätzen. Dazu zählen die - Holländische Liste - Englische Liste - Berliner Liste - Klocke Liste - und das Baubewertungsverfahren der Hamburger Baubehörde Bei den Werten handelt es sich nicht um gesetzlich vorgeschriebene, verbindliche Werte sondern um Orientierungshilfen für Sanierungsfirmen und Behörden. Je nach Liste können diese teils schwanken. Um den Sanierungserfolg feststellen zu können, ist es wichtig, die Grundbelastung des Bodens, die Belastung vor der Sanierung und die Restbelastung zu kennen um diese Werte anschließend mit dem Sanierungsziel zu vergleichen.

Ausblick

Auch wenn eine Komplett-Sanierung aller kontaminierten Böden wünschenswert wäre, bleibt dies wohl vorerst ein anzustrebender Zustand, der so schnell nicht erreicht wird. Auf der einen Seite steht die Finanzierung. Sanierungsverfahren sind generell teuer und mit Aufwand und Arbeitseinsatz verbunden. Daher ist es erforderlich einen Fokus auf jene Flächen zu setzen, die das Trinkwasser gefährden oder eine direkte Gefahr für die Umwelt darstellen. Auf der anderen Seite kommen stetig Flächen hinzu. Jede Mülldeponie stellt eine potenzielle zu überwachende Gefahrenquelle dar. Hinzu kommt das Problem der „Bald-Lasten“: „Diese resultieren aus der Beräumung der jetzt noch genutzten Militärstandorte, Truppenübungsplätze und sonstige Bereitstellungsräume fremder Truppen […]. Deshalb steht zu befürchten, dass uns militärische Schadstoffe […] in vielfacher Hinsicht belasten.“ (Lohs, 1992: S.12).

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