Projekt 07837/01

Abiotischer Abbau von chlorierten Kohlenwasserstoffen in Eisengranulat

ProjekttrÀger

Mull & Partner Ingenieurgesellschaft mbH
Osteriede 5
30827 Garbsen
Telefon: 05131/4694-0

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Untersuchungen zum Abbauverhalten von leichtflĂŒchtigen halogenierten Kohlenwasserstoffen an EisenoberflĂ€chen im Grundwasserstrom. Ziel des Projektes ist es, das Abbauverhalten anhand von Laborversuchen (Batch-, Stand- und SĂ€ulenexperimente) und durch einen Freilandversuch zu ermitteln sowie Einflussfaktoren und Begleiteffekte zu quantifizieren. Mit Hilfe einer 22.5 m langen vollflĂ€chig durchströmten Wand in Rheine sollte die Sanierungsleistung von Eisenschwamm und Graugusseisengranulat gegenĂŒber PCE, TCE und 1,2-cis-DCE an einem vorhandenen Grundwasserschaden nachgewiesen werden.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Untersuchungen wurden in 3 Arbeitsschritte gegliedert: ZunĂ€chst wurden ĂŒber 6 Monate Vorversuche zur Eignung verschiedener Eisenmaterialien durchgefĂŒhrt. Durch Batch-, Stand- und SĂ€ulenexperimente bei unterschiedlichen Eingangsbelastungen und Milieubedingungen wurde der LHKW-Abbau erfasst und anhand der Ergebnisse sowie ökonomischer Aspekte Eisenschwamm fĂŒr weiterfĂŒhrende Untersuchungen ausgewĂ€hlt.
Im zweiten Arbeitsschritt wurden mit dem ausgewĂ€hlten Eisenschwamm ĂŒber 6 Monate weitere SĂ€ulenexperimente durchgefĂŒhrt. Die Experimente wurden mit Standortgrundwasser und unter vergleichbaren hydraulischen Bedingungen wie am vorgesehenen Feldversuchsstandort durchgefĂŒhrt. Neben der Erfassung der Abbauleistung und Abbaukinetik standen VerĂ€nderungen geochemischer Parameter und die Gasfreisetzung im Vordergrund der Untersuchungen.
Im dritten Bearbeitungsschritt wurde eine vollflĂ€chig durchströmte Wand von 22.5 m LĂ€nge am Versuchsstandort Rheine errichtet. Die Wand konnte als ĂŒberschnittene Bohrpfahlwand schneller und kostengĂŒnstiger als mit der ĂŒblichen Stahlspundtechnik errichtet werden. Zum Vergleich zweier Eisenmaterialien wurden zwei Wandsegmente eingerichtet. Aufgrund der im SĂ€ulenexperiment ermittelten Gasfreisetzung wurde oberhalb der Reaktiven Wand eine aktive GasdrĂ€nung verlegt.
Das Monitoring erfolgte ĂŒber Grundwasserpegel im Anstrom, innerhalb und im Abstrom der Reaktiven Wand jeweils getrennt fĂŒr jedes Segment. Die Gasprobenahme erfolgte ĂŒber Entnahmeventile ebenfalls getrennt fĂŒr jedes Segment.


Ergebnisse und Diskussion

Die vorliegenden Ergebnisse zeigen auf, dass Fe0-WĂ€nde grundsĂ€tzlich zur Sanierung von LHKW- GrundwasserschĂ€den geeignet sind. Die in den durchgefĂŒhrten Laborexperimenten ermittelten Abbauleistungen konnten in dem durchgefĂŒhrten Feldversuch bestĂ€tigt werden. Die erzielten Abbauleistungen fĂŒr den Hauptkontaminanten PCE liegen zwischen 95 und 99 %. TCE und 1,2-cis-DCE werden in geringerem Maße dechloriert. Es konnte jedoch der Grenzwert der TVO durch dieses passive Sanierungsverfahren nicht erreicht werden. Die niedrigsten Ablaufwerte liegen um den Faktor 8 bis 18 ĂŒber dem geltenden Grenzwert der TVO.

Im Vergleich der untersuchten Materialien weist Eisenschwamm stabilere Abbauleistungen als das Graugusseisengranulat auf. Graugusseisengranulat zeigt mit zunehmender Standzeit der Reaktiven Wand deutlich abnehmende Sanierungsleistungen. Als Ursache können sowohl die stark schwankenden Zulauffrachten in diesem Wandabschnitt als auch Passivierungseffekte durch FÀllungsprodukte in Betracht gezogen werden.

Bei der Wandpassage kommt es zu einem deutlichen pH-Anstieg im Grundwasser, welcher sich jedoch im Ablauf der Wand durch das Puffervermögen des Bodens schnell wieder dem Ausgangsniveau angleicht. Der pH-Anstieg ist beim Eisenschwamm mit Werten bis 11.5 höher ausgeprÀgt als beim Graugusseisengranulat.

Durch den pH-Anstieg kommt es in der Reaktiven Wand zur CarbonatfĂ€llung. Als FĂ€llungsprodukte auf den EisenoberflĂ€chen entstehen Siderit und Calciumcarbonat. Im Gegensatz zu Calciumcarbonat fĂŒhrt Sidert nicht zu einer Passivierung der reaktiven OberflĂ€chen. Langfristig muss mit einer Herabsetzung der hydraulischen DurchlĂ€ssigkeit gerechnet werden.

Das im Grundwasser vorhandene Nitrat wird beim Durchströmen der Reaktiven Wand vollstÀndig reduziert. ZunÀchst ist Ammonium im Abstrom nachzuweisen. Im weiteren Betrieb erfolgt eine Reduktion zu gasförmigem Stickstoff. Sulfat, welches im Anstrom der Reaktiven Wand in hohen Konzentrationen vorliegt, wird durch Reduktion um etwa die HÀlfte herabgesetzt. Es entsteht dabei Eisensulfid. Das durch anaerobe Korrosion und durch die Dechlorierungsreaktion freigesetzte Eisen wird innerhalb der Reaktiven Wand wieder als Eisenhydroxid oder als Suflid festgelegt.

Die im SĂ€ulenversuch nachgewiesene Gasfreisetzung tritt im Feldversuch nur in der Anfangsphase auf. Bereits nach 4 Betriebsmonaten kann keine Wasserstoffemission mehr nachgewiesen werden. Wasserstoff wird offenbar nach einer Adaptionsphase vollstĂ€ndig bei der mikrobiellen Reduktion von Nitrat und Sulfat von den Mikroorganismen verbraucht. Der ursprĂŒnglich als rein abiotisch angesehene Prozess der LHKW-Dechlorierung muss nach den vorliegenden Ergebnissen zumindest als mikrobiell beeinflusst angesehen werden.


Öffentlichkeitsarbeit und PrĂ€sentation

Die Planung, Umsetzung und Ergebnisse des F+E-Vorhabens wurden in zahlreichen Veröffentlichungen und VortrÀgen vorgestellt und damit einer breiten Fachwelt zugÀngig gemacht.


Fazit

Passive Sanierungsverfahren mit Fe0-WĂ€nden stellen nach ökonomischen und ökologischen Gesichtpunkten eine wirksame Alternative zu herkömmlichen aktiven Sanierungsverfahren dar. Vor allem bei GrundwasserschĂ€den in geringmĂ€chtigen, oberflĂ€chennahen Aquiferen ist eine bautechnische Umsetzung einfach zu realisieren und daher kostengĂŒnstig. Es muss allerdings darauf hingewiesen werden, dass der Grenzwert der TVO durch dieses Sanierungsverfahren in der jetzigen Form nicht sicher erreicht wird. Daher wird vorgeschlagen, durch einen verĂ€nderten Aufbau der Reaktiven Wand eine weitere Optimierung des Verfahrens, z.B. durch Kombination mit einer biologisch aktivierten Zone, vorzunehmen.

Übersicht

Fördersumme

160.497,08 €

Förderzeitraum

01.07.1996 - 20.12.1999

Bundesland

Niedersachsen

Schlagwörter

Klimaschutz
Ressourcenschonung
Umweltforschung
Umwelttechnik