Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Das Projekt ist Teil des Verbundvorhabens High-Tech Methoden zur Untergrundsondierung.
\nIn der Bundesrepublik Deutschland werden j\u00e4hrlich ca. 100 ha Land f\u00fcr Siedlung und Verkehr verbraucht, die H\u00e4lfte dieser Fl\u00e4che wird dabei versiegelt. In den letzten 50 Jahren hat sich die Siedlungs- und Verkehrsfl\u00e4che in den alten Bundesl\u00e4ndern nahezu verdoppelt. W\u00e4hrend einerseits neue Gewerbe- und Wohngebiete auf der gr\u00fcnen Wiese entstehen, w\u00e4chst der Anteil an Brachfl\u00e4chen. Ein L\u00f6sungskonzept zur Verminderung des Fl\u00e4chenverbrauchs ist die konsequente Umsetzung eines Fl\u00e4chenrecyclings, also der Wiedernutzung von industriellen, gewerblichen oder milit\u00e4rischen Brachfl\u00e4chen, vor allem im urbanen Bereich. Dies sind in aller Regel altlastverd\u00e4chtige Fl\u00e4chen. Um eine z\u00fcgige und belastbare Erkundung dieser Fl\u00e4chen zu gew\u00e4hrleisten, k\u00f6nnen Analyseverfahren, die vor Ort eingesetzt werden, wichtige Vorteile bringen. Aus diesem Grund hat die DBU das Verbundvorhaben High-Tech Methoden zur Unter-grundsondierung gef\u00f6rdert. Ziel des Verbundes war es, konventionelle, handgehaltene bis mittelschwere Sondiersysteme mit kosteng\u00fcnstigen und modernen Sensoren auszur\u00fcsten. Damit sollen bereits bei den Erkundungsarbeiten analytische Signale erzeugt und ausgewertet werden k\u00f6nnen. Das Verbundvorhaben wurde in 14 eigenst\u00e4ndige Vorhaben untergliedert, die organisatorisch klar voneinander abgegrenzt waren und eigene Vorhabensziele beinhalten: AZ 19219, 19220, 19221, 19225, 19229, 19230, 19232, 19233, 19234, 19235, 19281, 21918.
\nDas Einzelvorhaben Herstellung von kontaminierten Substraten und Feldversuche zur Erprobung und Validierung von High-Tech Analysesonden in B\u00f6den und Grundw\u00e4ssern diente der Erprobung, Weiterentwicklung und Validierung von Vor-Ort einsetzbaren, schnellen in situ-Feldmesstechniken (Analysesonden). Zielsetzung der experimentellen Arbeiten war die Herstellung von Realproben und unterschiedlichen Boden-Substraten sowie die Charakterisierung und Eignungspr\u00fcfung an Teststandorten zur Erkennung der Leistungsf\u00e4higkeit einzelner Analysesonden. Zus\u00e4tzlich wurden speziell aufbereitete Substrate mit Schadstoffen kontaminiert und die sedimentologischen Eigenschaften bestimmt mit dem Ziel, den jeweiligen Einfluss auf die Mess-Sensorik zu ermitteln.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDas Projekt gliederte sich in drei Phasen mit gro\u00dfma\u00dfst\u00e4blichen Laborversuchen und mehreren Feldtests. Zur Vorpr\u00fcfung der Mess-Sonden wurden Realproben mit anorganischen und organischen Schad-stoffen gespickt, deren Gehalte sich u. a. am Bundesbodenschutzgesetz und an den Richtlinien der LA-GA\/LAWA orientierten. Die im Labor erstellten Proben sind in der Versuchsanlage VEGAS in Stuttgart genutzt worden, um zun\u00e4chst die grunds\u00e4tzliche Eignung aller Sensorik-Methoden pr\u00fcfen zu k\u00f6nnen (Phase 1). Zur Weiterentwicklung und sp\u00e4teren Validierung der Proben wurden den Projektpartnern Substrate mit definierten Eigenschaften zur Verf\u00fcgung gestellt, die sich im Hinblick auf die einflussnehmen-den, \u00e4u\u00dferen Merkmale (z.B. F\u00e4rbung, Dichte, K\u00f6rnung, Festigkeit, Konsistenz, Stoff- und Mineralinhalt) sowie Art und H\u00f6he der Kontaminanten extrem voneinander unterscheiden. Hierdurch sollte auch der Einfluss von Querempfindlichkeiten \u00fcberpr\u00fcft werden. In Zusammenarbeit mit den Umweltbeh\u00f6rden sind diese Substrate und Referenzmaterialien stellvertretend f\u00fcr repr\u00e4sentative Sedimente Deutschlands ausgew\u00e4hlt und typisiert worden. Zwischen 50-100 kg Bodenmaterial war zum Aufbau von Bodens\u00e4ulen f\u00fcr die Referenzstandorte und Feldtests notwendig. Nach dem Hinzuf\u00fcgen von Analyten (Spiken) und der Homogenisierung sind diese aufbereiteten Substrate schichtweise in Form von Schadstoffprofilen in die Versuchsk\u00e4sten der Forschungsanlage VEGAS f\u00fcr die weiteren Erprobungen eingebaut worden (Phase 2). Die Praktikabilit\u00e4t der optimierten Sensorsysteme konnte durch weitere Feldversuche auf geeigneten Teststandorten \u00fcberpr\u00fcft werden. In Abstimmung mit den Beh\u00f6rden sind dann bereits vorerkundete Standorte mit Boden- und Grundwasserverunreinigungen hinsichtlich ihres Bodenaufbaus und der Schadstoffgehalte detailliert untersucht und beschrieben worden. Hierbei erschienen drei Standorte als besonders geeignet und dienten in Phase 3 mehrfach als Test- und Erprobungsstandorte zur Validierung der neuen Sondentechnik.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Die Vorpr\u00fcfung der verschiedenen High-Tech-Sonden erfolgte anhand von 25 Realproben, die mit anorganischen und organischen Schadstoffen gespickt waren. Neben Arsen-, Quecksilber-, Cadmium-, Blei-, Kupfer- und Zink-Kontaminationen wurden auch MKW- und PAK-belastete Proben in unterschiedlichen Konzentrationsbereichen f\u00fcr die Projektpartner erstellt, um die grunds\u00e4tzliche Eignung der Sensorik in den vorgegebenen Konzentrationsbereichen \u00fcberpr\u00fcfen zu k\u00f6nnen. Eine Optimierung der PAK-Verteilungskoeffizienten zur Erh\u00f6hung der Homogenit\u00e4t der Referenz-Proben konnte durch L\u00f6sungsvermittler erzielt werden, was bei einigen Mess-Sonden bei niedrigen Schadstoff-Konzentrationen jedoch zu Querempfindlichkeiten f\u00fchrte. Mit der Anfertigung speziell aufbereiteter Realproben und verschiedener Bodenstandards mit definierten bodenphysikalischen und sedimentpetrographischen Eigenschaften lie-\u00dfen sich Aussagen zu den auf die Analytik einflussnehmenden Boden-Parametern treffen. Dabei k\u00f6nnen neben der Herkunft und Stoffzusammensetzung auch insbesondere die Korngr\u00f6\u00dfenverteilung, die Farbe und der Wassergehalt der Substrate das Mess-Signal erheblich beeinflussen. Bei den MKW- und PAK-haltigen Referenzproben wurde bei den weiteren Probenserien auf organische L\u00f6sungsvermittler verzichtet, um die eigentliche Stoffanalytik nicht durch L\u00f6sungsmitteleinfl\u00fcsse zu beeintr\u00e4chtigen. Dies gelang durch Feinfraktionierung stark PAK-haltiger, sandig-toniger Oberb\u00f6den, in denen Aschen-, Kohle- und Teerr\u00fcckst\u00e4nde enthalten waren. Den gemahlenen Feinfraktionen wurden in verschiedenen Mischungsreihen dunkle Tone und tonhaltige Substrate sowie helle Feinsande zugesetzt, um den jeweiligen Farbeinfluss bei gleicher Korngr\u00f6\u00dfenverteilung und Schadstoffkonzentration \u00fcberpr\u00fcfen zu k\u00f6nnen. Die Auswertung dieser Versuchsreihen ergab, dass z.B. bei PAK-Kontaminationen die Materialherkunft Einfluss auf das Messergebnis nimmt. PAK-Belastungen durch Kohleanteile oder Brandaschen, die in vielen Stadtb\u00f6den enthalten sind, sind mit der LIF-Technik nur in h\u00f6heren Konzentrationsbereichen gut detek-tierbar, w\u00e4hrend Teerb\u00fcrtige PAK-Belastungen schon bei geringen Anteilen mit der LIF-Technik gut zu erfassen sind. F\u00fcr den Aufbau des Referenzstandortes bei VEGAS in Stuttgart sind eine Vielzahl von verschiedenen S\u00e4ulenaufbauten hinsichtlich mechanischer Stabilit\u00e4t und Praktikabilit\u00e4t auf Versuchsst\u00e4nden in Hamburg und Eckernf\u00f6rde getestet worden. Die Optimierung der Sondengeometrie erfolgte bei unterschiedlichen Substraten (Sande, Kiese, Bauschutt, Tone), verschiedenen Einbaudichten und anhand von Bodenprofilen (> 3,0 m L\u00e4nge). Hier erwies sich ein schl\u00e4gz\u00e4hes, durchsichtiges Dekadur-Rohr (Durchmesser: 140 mm) f\u00fcr die Versuche als optimal, welches von einem stabilisierenden HDPE-Brunnenrohr aufgenommen wird. Schichtverschiebungen, Bodenverdr\u00e4ngungen und Schadstoff-Verschleppungen w\u00e4hrend des Bohrfortschritts lie\u00dfen sich in Anh\u00e4ngigkeit von der Sondengeometrie von au\u00dfen beobachten und nach \u00d6ffnung der Liner auch innerhalb der Bodens\u00e4ule gut dokumentieren. F\u00fcr den Teststandort sind 1,7 m lange Bodens\u00e4ulen mit unterschiedlichen Schadstoffprofilen hergestellt worden, die bei VEGAS in einen Container eingebaut wurden. F\u00fcr Vorversuche zur VOC-Analytik sind Sande unterschiedlicher Korngr\u00f6\u00dfen und Porenvolumina hergestellt worden, die mit gasdichten Tondichtungen verschlossen worden sind, um ein Spiken mit VOC in den S\u00e4ulenaufbauten vorab testen zu k\u00f6nnen. F\u00fcr eine visuelle Dokumentation des Schichtaufbaus in Bodenprofilen sind zun\u00e4chst druckfeste, kabelgef\u00fchrte Schwarz-Wei\u00df-Mikrokameras eingesetzt worden, die jedoch den mechanischen Belastungen nicht standhielten. Daher erfolgte der Einbau von kabellosen CCD-Farbkameras, deren Signal per Funk \u00fcbertragen wurde. Die \u00dcbertragung war zun\u00e4chst im 2,8 GHz-Bereich aufgrund der Sendeleistung nur eingeschr\u00e4nkt m\u00f6glich. Daher musste auf ein neues, leistungsst\u00e4rkeres 5,8 GHz-\u00dcbertragungssystem umger\u00fcstet werden, mit dem erstmals eine \u00dcbertragung von Video-Signalen durch das Gest\u00e4nge mit einem Rohrinnendurchmesser von nur 23 mm gelang.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Im Oktober 2003 wurden die neuen Sonden- und Erkundungstechniken auf der VDI-Tagung in Hamburg und im M\u00e4rz und Oktober 2004 bei VEGAS in Stuttgart pr\u00e4sentiert und ver\u00f6ffentlicht (Heft 131, Mitteilungen Inst. f. Wasserbau). Ver\u00f6ffentlichungen zu Ringversuchen und zu den Validierungs-Verfahren erfolgten beim ITVA im Altlastenspektrum (Heft 2, April 2005) sowie im Band 62 der DBU zu Initiativen im Umweltschutz: Vor Ort Messtechniken zur Standorterkundung – Trends 2004. \u00dcber die Ergebnisse der Labor- und Feldversuche wurde auch auf der DBU-Tagung Umweltvorsorge im April 2005 in Osnabr\u00fcck sowie im Mai 2005 auf einer Tagung der Handwerkskammer Flensburg in Eckernf\u00f6rde berichtet.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Die grunds\u00e4tzliche Anwendbarkeit der optimierten Sensorsysteme konnte durch Einsatz von kontaminierten Referenzproben und Mischungsreihen erm\u00f6glicht und anhand von Test- und Feldversuchen nachgewiesen werden. Auf verschiedenen Teststandorten lie\u00df sich die Praxistauglichkeit der High-Tech-Sonden erkennen. Versuche an Bodens\u00e4ulen mit kontaminierten Substraten dienten als Nachweis, welche Konzentrationsbereiche und Bestimmungsgrenzen bei den einzelnen Mess-Systemen vorliegen. Die Einlasssysteme der Sonden sind besonders bei feink\u00f6rnigen B\u00f6den weiterhin ein Schwachpunkt. Hierzu sind weitere Optimierungen an der Sondengeometrie und an der Fenstertechnik erforderlich.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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