In-Situ-Sanierungsverfahren für die gesättigten Zone - AAV NRW

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sanieren. Das angelieferte Oxidationsmittel wurde in drei Mischbehältern mit unbelastetem Grundwasser auf eine Konzentration von 4% verdünnt und umgehend infiltriert. Hierzu wurde das Infiltrat mittels Unterwasserpumpe aus dem Mischbehälter gehoben und drucklos in drei Infiltrationsbrunnen eingeführt. Die Infiltrationsbrunnen haben eine Endteufe von 10,0 m (IF1, IF2) bzw. 9,3 m (IF3). Die Filterstrecke ist bei 3,0 bis 9,0 m (IF1, IF2) bzw. bis 9,3 m (IF3) angeordnet (AAV, 2004). 4 m GW8 2200 µg/l 5500 µg/l März/April 2004: Infiltration (IF 1-3) im Quellbereich LCKW max. 88.000 µg/l, nach Beendigung pump-andtreat 1993 max. 27.000 µg/l Ton 1700 µg/l gewachsener Boden (4 m mächtig) Kiese (bis in 20 m Tiefe) Abb. 8: Schnitt der Hydrogeologie und Kontaminationsverteilung vor Sanierungsbeginn 1997 mit Darstellung der Infiltrationspegel (unmaßstäblich) (verändert nach AAV, 2004) Im Verlauf der Infiltration des Oxidationsmittels ergaben sich ausgehend von den Vorbefunden deutliche Abnahmen der LCKW-Konzentration im Bereich der Infiltration. Es wurde eine Konzentrationsabnahme von ca. 4.000 µg/l zu Beginn der Infiltration auf den Bereich der Nachweisgrenze (10 – 20 µg/l) im Infiltrationsbereich erreicht. In den Infiltrationsstellen wurden die CKW nach Abschluss der Infiltration praktisch vollständig oxidiert. Vinylchlorid wurde in keiner der Proben nachgewiesen. Nach Einstellen der Infiltration zeigt sich aber im unmittelbaren Schadensherd ein Wiederanstieg der LCKW-Konzentrationen. Somit ist an der Tonlinse von nicht unerheblichen Restbelastungen auszugehen. Durch den Gutachter wurde daher eine zweite Infiltrationskampagne empfohlen, die sich in Vorbereitung befindet. 3.3 Nano-Eisen Kurzbeschreibung Nullwertiges Eisen ist ein moderates Reduktionsmittel (d. h. Elektronendonator), das mit dem im Wasser gelösten Sauerstoff und zum Teil mit dem Wasser selbst reagiert (ZHANG, 2003): 2Fe o + O2 + 2H2O → 2Fe 2+ + 4OH - Fe o + 2H2O → Fe 2+ + H2 + 2OH - Neben der Reaktion mit Sauerstoff und Wasser reagiert das Eisen auch mit einer Vielzahl von Schadstoffen im Grundwasser (ALSTOM, 2004). R-X + Fe o + H2O → R-H + Fe 2+ + OH - + X- 12 Tertiär
Es handelt bei dem betrachteten Verfahren in erster Linie um ein chemisches Verfahren mit abiotischer Wirkungsweise, wobei zwei Reaktionswege bekannt sind (ERT2, 2005). Beim Beta- Eliminationsweg werden Ausgangsstoffe wie DCE und TCE durch direkte Reaktion mit Eisen zum Ethan über kurzlebige Zwischenprodukte wie Chloracetylen und Acetylen umgewandelt (ERT2, 2005). Bei der Hydogenolyse-Elimination wird schrittweise ein Chloratom in jedem Schritt entfernt, so dass Ethan aus TCE über cis-1,2 DCE, VC und Ethen entsteht (ERT2, 2005). Der dominierende Weg ist der Beta-Eliminationsweg. Schwermetalle fallen als Reinmetall oder schwerlösliche Verbindungen aus. Durch die Sauerstoff zehrende Wirkung des Eisens stellen sich im Aquifer anaerobe Bedingungen ein. Durch die Wasserstoffbildung wird ein reduzierendes Milieu geschaffen, das zusätzlich auch den mikrobiologischen Abbau von LCKW über die reduktive Dechlorierung ermöglicht. Auch hier erfolgt wie bei der Hydrogenolyse eine schrittweise Elimination der Chloratome bis zum Ethan. Bei der Nutzung von Nano-Eisen zur chemischen Umsetzung von Schadstoffen im Grundwasser können Nano-Eisen-Partikel mit einem Durchmesser von i. M. 70 nm als Suspension mit Wasser in Abhängigkeit von der Durchlässigkeit der Boden-/Aquifermatrix entweder mittels Gravitation über Brunnen oder durch „Direct Push“ mit Überdruck in die gesättigte Zone eingebracht werden. Zurzeit bestehen noch offene Fragen bzgl. der Einmischung und Verteilung zu den Schadstoffen im Untergrund. Die Hochdruckinjektion hat sich z. T. als problematisch erwiesen. Die Langzeitwirksamkeit der Fe 0 -Kolloide ist noch nicht ausreichend geklärt. Bezüglich des Eisenbedarfs haben Vorversuche und Erfahrungen gezeigt, dass bezogen auf die Umsetzung von 100-200 g TCE (Trichlorethen)1 kg Nanoeisen verwendet wurde (ZHANG, 2003). Aufgrund ihrer Größe können die Nano-Partikel mit dem Wasser in kleinste Porenräume vordringen. Es ist nicht genau geklärt, wovon die Reaktivität des Eisens konkret abhängt. In Versuchen wurde festgestellt, dass reines Eisen deutlich schlechter reagiert als verunreinigtes. Die Reaktivität kann bei verschiedenen Eisensorten um Zehnerpotenzen unterschiedlich sein. Da die Kosten für Nanoeisen sehr hoch sind, wird auch kostengünstigeres Eisen im µm-Bereich erprobt. Ein Entwicklungsziel ist die Entwicklung geeigneter alternativer hochwirksamer und gleichzeitig kostengünstiger Eisenspezies. Das behandelbare Schadstoffspektrum soll grundsätzlich leicht- und schwerflüchtige halogenierte organische Schadstoffe (LHKW, chlorierte Aromaten, PCB, organisch chlorierte Pestizide), Nitroaromaten, Perchlorate sowie Schwermetalle (Cr(VI), Cd, Pb, Ni, Hg, As etc.) umfassen (ALSTOM, 2004), wobei die Eignung konkret in Labor- und Feldversuchen erprobt werden sollte. Erfahrungen Das Verfahren wurde in den USA bereits mehrfach eingesetzt, so dass dort erste Erfahrungen vorliegen. In Deutschland wurde das Verfahren bisher erst in einem Feldversuch in den neuen Bundesländern großtechnisch eingesetzt. Weitere Konzepte zum Einsatz des Verfahrens in Deutschland werden zurzeit entwickelt. Nachfolgend werden die Randbedingungen eines geplanten Beispiels in Nordrhein-Westfalen wiedergegeben. Beispiel: ## (Fall 14) Zur Sanierung des LCKW-belasteten Grundwassers einer ehemaligen Wäscherei ist der Einsatz der Nano-Eisen-Technologie vorgesehen. Unter einer einen Meter mächtigen Auffüllung befindet sich 1-2 m Hochflutlehm, gefolgt von der 12 m mächtigen Niederterasse des Rheins. Die LCKW- Belastung liegt bei ca. 1270 µg/l im Bereich Eintragstelle und im Mittel 300 µg/l im Bereich der Fahne. Seit 1996 wird das Grundwasser mittels pump-and-treat behandelt. Derzeit wird die Anwendung der Nano-Eisen-Technologie an diesem Standort geplant. Dabei wurde ein Abstand der Infiltrationsbrunnen von 4 m, d. h. ein Radius von 2 m, diskutiert. Dazu wurde der Quellbereich mittels Direct-Push näher lokalisiert. Derzeit werden Laborversuche durchgeführt. 3.4 Air-Sparging Kurzbeschreibung Das In-situ-Strippen ist gekennzeichnet durch die Belüftung der wassergesättigten Zone mittels Atmosphärenluft. Über Injektionslanzen oder Injektionsbohrungen wird mittels eines geeigneten 13
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