Jede Kontamination ist eine Bedrohung für die Ressourcen Wasser, Boden, Luft. Eine Sanierung von über die Grenzwerte kontaminiertem Boden ist unbedingt notwendig. Dabei spielt die Außwahl des Sanierungsverfahrens eine große Rolle, es muß den spezifischen Problemen des Schadensfalles angepaßt sein. Dafür sind einige Voruntersuchungen nötig (Ausnahme: z.B.plötzlicher Chemieunfall)
1. Altlastenverdachtsflähe vorhanden
2. Vorerkundung mit Ortsbegehung
3. ggf. Durchführung von Sofortmaßnahmen
4. Detailerkundung und Erstbewertung
5. Gefährdungsabschätzung
6. Sanierungserkundung (Ziele der Sanierung)
7. Auswahl des Sanierungsverfahrens
8. Sanierung
Ca 90% der Altlasten in der BRD sind mineralölkohlenwasserstoffkontaminierte Böden. Dabei handelt es sich hauptsächlich um Kontaminationen, wie Benzin, Diesel und Heizöl (Aliphate). Aliphate sind leichter als Wasser, nicht mit Wasser mischbar, nicht oder nur gering wasserlöslich und lagern sich an organische Stoffe im Boden an.
Unter mikrobiologischen Verfahren versteht man die biologische Bodenreinigung mit Hilfe von Mikroorganismen. Hierbei wird die Fähigkeit von Mikroorganismen genutzt, durch enzymatische Prozesse Kohlenwasserstoffe (KW) abzubauen. Diese Verfahren erzielen bedonders gute Ergebnisse bei der Beseitigung von Kohlenwasserstoffverunreinigungen (MKW = Mineralölkohlenwasserstoffe, PAK = polycyclische Aromate, BTX-Aromate). Diese Verfahren finden keine Anwendung bei der Dekontamination von anorganischen Schadstoffen.
Vorteile: Kostengünstig, geringer Energieaufwand, geringe Umweltbelastungen, Schadstoffanpassung möglich, optimaler Schadstoffabbau, Wiederverwendbarkeit des Bodens ist gewährleistet, das Bodenleben bleibt also erhalten.
Nachteile: Effektivität ist von den Lebensbedingungen der Organismen abhängig und von der Bodendurchlässigkeit, versagen bei Nährstoffüberschuß möglich, lange Abbauraten, meist großer Flächenbedarf und intensive Begleitanalytik notwendig.
Man unterscheidet zwischen in-situ- , on-site- und off-site-Verfahren: in-situ: keine Bodenaukofferung, Dekontamination vor Ort, direkt im Schadensbereich on-site: Bodenauskofferung, Dekontamination vor Ort off-site: Bodenauskofferung, Dekontamination in Bodenbehandlungsanlagen abseits des Schadensortes
Die Erklärung erfolgt am sogenannten Biobeetverfahren. Hierbei handelt es sich um eine "Biologische Dekontamination von mit organischen Schadstoffen verunreinigten Mineralstoffen mittels Mikroorganismen, Nährstoffen und anderen Zusätzen". Wichtig ist die hohe Umweltverträglichkeit durch natürliche Abbauprozesse.
Es ist zu beachten, daß es in der Praxis verschiedenste Abwandlungen des Verfahrens gibt, z.B. mit oder ohne Berieselung mit Wasser. Bei Bedarf kann eine Kombination mit Bodenluftabsaugung und Bodenwäsche erfolgen. Das Biobeetverfahren wird sowohl on-site wie off-site, als auch in-situ genutzt (beschriebenes Beispiel ist on-site bzw. off-site).
1. Voruntersuchungen
Zuerst muß die biologische Abbaubarkeit im Schadensfall gesichert sein, was durch Abbautests realisiert wird. Dabei werden auch die optimalen Prozeßparameter ermittelt, mit deren Hilfe z.B. festgelegt wird, ob die Zahl der Mikroorganismen ausreichend ist oder ob noch Mikroorganismen zuzusetzen sind.
2. Mietenvorbereitung
Bei der Vorbereitung des kontaminierten Bodens für die Biobeetanlage wird als erstes die Mineralfraktion mit einer Korngröße über 40 mm mit einem Sieb abgetrennt und einer separaten Behandlung zugeführt. Danach wird der Boden intensiv mit Struktur- und Nährstoffzusetzen, bei Bedarf mit mikrobiellen Kulturen durchmischt.
3. Biobeete (Mieten)
Die Biobeete nehmen das kontaminierte Material auf. Die Abdichtung gegen den Untergrund erfolgt mittels einer Folie. Die Folie wird durch zwei Lagen Geotextil gesichert. Eine Kieschicht (ca. 0,3 m) dient der Aufnahme und gleichmäßigen Verteilung der in den Beeten vorhandenen Feuchtigkeit. In die Kiesschicht sind perforiete Rohre eingebettet, durch die im Bedarfsfall eine Zwangsentlüftung bzw. -belüftung zur optimalen Sauerstoffversorgung der Bodenorganismen erfolgen kann. Das Zusetzen von Nährstoffen geschieht wie das Beimpfen über Zugabe von Flüssigkeit. Wenn auf die Kiesdrainage verzichtet wird, werden im Biobeet mit Geotextil ummantelte Drainagerohre in zwei Etagen verlegt. Die Höhe der Mieten beträgt etwa 1,2 m bis 2,0 m. Zum Schutz vor Verdunstung und Emissionen werden sie mit einer Folie nach oben abgedeckt. Die Ablufteinigung erfolgt über Aktivkohlefilter. Während des Reinigungsprozesses werde in bestimmten Abständen chemische und mikrobiologische Untersuchungen durchgeführt. Die Abbauzeit beträgt zwischen 4 und 12 Monaten.
4. Wiedereinbau
Wenn das Sanierungsziel erreicht ist, wird der dekontaminierte Boden wieder eingebaut. Ob das Sanierungsziel erreicht ist, belegen die chemischen und mikrobiologischen Untersuchungen.
5. Besonderheiten
Das beschriebene Verfahren zählt zu den Ruhebeetverfahren. Es kann aber auch als Wendemietenverfahren durchgeführt werden. Dabei werden die Mieten in bestimmten Zeitabschnitten mittels eines Kompostwenders gewendet, und dadurch wieder neu durchmischt. Das beschleunigt den Abbauprozeß und verhindert Schadstoffnester.
Wenn das Ruhebeetverfahren in-situ angewandt wird, werden in und um den Schadensherd Gallerien von Infiltrationsbrunnen errichtet, über die Mikroorganismen, Nährstoffe, Sauerstoffdonatoren und Wasser zugeführt werden.
Der Versuch simuliert die biologische Bodensanierung eines Kohlenwasserstoffschadens im Labormaßstab. Ziel war, das Verfahren kennenzulernen und Aussagen über die Wirksamkeit dieser Methode treffen zu können. Die Analytische Bestimmung der Mineralölkohlenwasserstoffe im Probeboden erfolgte in Anlehnung an die DIN 38409 H18.
Zu Beginn des Versuchs wurde uns ein mineralölkontaminierter Boden bereitgestellt. Bei der Kontamination handelte es sich um Biodiesel, der an der FH hergestellt worden ist. Im folgenden werden die von uns durchgeführten einmaligen oder wöchentlichen Verfahrensschritte genannt und darauffolgend beschrieben.
Versuchsbeginn
1. Boden einwiegen (feucht, 3 bis 4 kg)
2. Bestimmen des Trockensubstanzgehaltes des Bodens
3. Bestimmen des Glühverlustes
4. Bestimmen des pH-Wertes
- optimaler pH-Wert bei 7
- Erhöhung des pH-Wertes durch Zugabe von Kalkmilch (Aufgeschlämmtes Ca-Hydroxid)
- Senkung des pH-Wertes durch Zugabe von Säure (Kohlensäure, Salz- bzw. Schwefelsäure)
5. Bestimmen der Leitfähigkeit des Bodens
6. Bestimmen des Kohlenwasserstoffgehaltes im Boden
7. Einfüllen des Bodens in die Glassäule
8. Zwangsbelüftung einstellen
1. Woche bis Versuchsende
1. Boden aus der Glassäule entnehmen und einwiegen
2. Bestimmen des Trockensubstanzgehaltes des Bodens, ggf. Zugabe von Wasser
3. Bestimmen des pH-Wertes
4. Bestimmen des KW-Gehaltes im Boden
5. Einfüllen des Bodens in die Glassäule
6. Zwangsbelüftung einstellen
Trockensubstanzgehalt: Etwa 10g des Bodens werden auf einer Trocknungswaage bis zur Massenkonstanz bei105°C getrocknet. Die Waage zeigt den Trockensubstanzgehalt in Masseprozent und Gewicht an. Somit ist eine Bestimmung des Wassergehaltes möglich, und wenn nötig kann eine Wasserzugabe eingeleitet werden, um die optimalen Abbauverhälnisse zu erhalten. DIN 19683 Teil 4
Glühverlust: Etwa 10g bei 105 °C getrocknete Bodenprobe, wird in einem Schmelztiegel bei 550°C bis zur Massenkonstanz geglüht (Muffelofen). Danach erfolgt die Abkühlung im Exikator. Die Probe wird erneut gewogen (Masse des Glührückstandes), und der Glühverlust wird aus der Massendifferenz bestimmt. DIN 19684 Teil 3
pH-Wert: Etwa 10g lufttrockene Bodenprobe (Korndurchmesser < 2mm, SIEBEN !) werden mit 25 ml 0,01 M CaCl2-Lösung versetzt. Nach einer Stunde und gelegentlichem Umrühren, wird die Suspension mit einem pH-Meter elektrometrisch bestimmt. DIN 19684 Teil 1
Leitfähigkeit: 50g lufttrockener Boden (< 2mm) werden in einem Erlenmeyerkolben mit destilliertem Wasser versetzt und verrührt. Nachdem die Suspension 1 - 2 Stunden gestanden hat, filtriert man sie ab und bestimmt elektrometrisch die Leitfähigkeit.
Kohlenwasserstoffbestimmung:
- Inbetriebnahme des Infrarot-Spektrometers (30 min bis zur Betriebsbereitschaft)
- 5 - 10g Probe (< 2mm) werden mit Na2So4 2Stunden getrocknet
- getrocknete Probe im Erlenmeyerkolben mit 25 ml Trichlortrifluorethan versetzen
- 1 Stunde unter gelegentlichem Rühren stehenlassen, um die Kohlenwasserstoffe zu extrahieren
- Extrakt über Glassäule (8g Al2O3 u. 10g Na2SO4) geben und in einem Reagenzglas auffangen
- Extrakt in Meßküvette geben und in den vorderen Strahlengang der Spektrometers stellen
- Küvette mit Trichlorfluorethan in den anderen Küvettenhalter gestellt (Referenzwert)
- Wellenzahl 3125 cm-1 und Extinktionswert 0% einstellen
- Scan-Taste, Spektrum bis Wellenzahl 2778 cm-1 aufnehmen
- Referenzküvette entfernen
- Probenküvette entfernen und Wellenzahl wieder zurückstellen
- Auswertung: Extinktionswerte ablesen bei 2958 cm-1 (CH3-Gruppe), 2924 cm-1 (CH2-Gruppe) und 3030 cm-1 (CH-Gruppe der Aromaten) und KW-Konzentration berechnen nach Din 38409 Teil 18.
Wille, Frank (1993): Bodensanierungsverfahren (Reihe Umweltschutz und Entsorgungstechnik), Würzburg (Vogel).
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Dreyhaupt, Franz Joseph (1994): VDI-Lexikon Umwelttechnik, Düsseldorf (VDI-Verlag).
Pache, Henrik (1996): "Mikrobiologische Sanierung von 12000 t mit MKW belastetem Material im Trockenrotte-Verfahren", altlasten spektrum, 5. Jahrgang, Oktober 1996, Sonderdruck für SGDA Zella-Mehlis.
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Schütz, Michael (1994): Umweltbelastungen (messen, reagieren), Aachen (Elektor-Verlag).
Fiedler, Hans Joachim (1984): Bodenschutz (Umweltforschung), Jena (VEB Gustav Fischer Verlag).
Heußler, Peter (1989): Duden Abiturhilfen Chemie (Grundlagen der organischen Chemie), Mannheim (Bibliographisches Institut & F. A. Brockhaus AG).
Informationsbroschüren von:
Sanierungsgesellschaft für Deponien und Altlaste mbH (SGDA), Außenstelle Jena
Wildenbruchstraße 15, 07745 Jena
Tel. 03641/675420, Mail info@sgda.de, http://www.sgda.de