Projekt 06377/01

Entwicklung eines Verfahrens zur Bodensanierung durch adsorptive Immobilisierung und modellhafter Einsatz speziell modifizierter Bentonitmischungen

Projektträger

Ruhr-Universität BochumUmweltagentur - Beratungs-, Forschungs- undEntwicklungsgesellschaft mbH
Universitätsstr. 150
44780 BochumZielsetzung und Anlass des Vorhabens Die Sanierung einer Altlast bedeutet die Wiederherstellung der Unbedenklichkeit einer mit Schadstoffen belasteten Fl√§che f√ľr den Menschen und das √Ėkosystem. Eine vollst√§ndige Dekontamination schadstoffbelasteter Fl√§chen ist in den meisten F√§llen zwar technisch denkbar, jedoch mit hohen Kosten verbunden. Daher m√ľssen h√§ufig Kombinationen von Dekontaminierungs- und Sicherungsma√ünahmen zum Einsatz kommen, die √∂kologisch vertr√§glich sind. Wesentliches Ziel des Vorhabens war die Entwicklung und Erprobung eines derartigen Sanierungsverfahrens f√ľr PAK- und Schwermetallbelastete Fl√§chen, bei dem kontaminiertes Bodenmaterial mit speziell modifizierten Bentonitmischungen vermengt sowie auf der Fl√§che selbst verdichtet wird und als Oberfl√§chenabdichtung wieder eingebaut werden kann. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie nachfolgend aufgef√ľhrten neun Bentonitqualit√§ten wurden auf ihre prinzipielle Eignung zur Adsorptiven Immobilisierung von Schadstoffen in B√∂den untersucht: p Humin-Bentonite HS1 (chemisch) und HS2 (mikrobiologisch hergestellt) p Tixosorb (kommerziell erh√§ltlicher Alkylbentonit) p Aktivkohle-Bentonite PA10 (10% Aktivkohle) und PA5 (5% Aktivkohle) p Braunkohlenaktivkoksbentonite PB10 (10%) und PB5 (5% Braunkohlenaktivkoks) p VKG (Bleicherde mit verkokten Speise√∂l-/Fettresten) p Calcigel (kommerziell erh√§ltlicher Kalziumbentonit) Basierend auf diesen Bentonitqualit√§ten wurden spezielle Bentonitmischungen entwickelt. Insbesondere wurden die Adsorptionskapazit√§t dieser Mischungen f√ľr unterschiedliche Schadstoffe, die Verdichtbarkeit, die Best√§ndigkeit der Schadstoffeinbindung, das optimale Mischungsverh√§ltnis mit kontaminiertem Boden und das Alterungsverhalten derartig sanierter B√∂den charakterisiert und optimiert. Ergebnisse und Diskussion Charakterisierung der Bentonite: Zur Gew√§hrleistung langfristig gesicherter Adsorptionseigenschaften wurde die Best√§ndigkeit der organischen Bentonitmatrix aller eingesetzten Bentonite untersucht. Gegen√ľber w√§√ürigen Elutionen ist die organische Matrix der Bentonite PA und PB sehr stabil. Die organische Matrix der Bentonite VKG und Tixosorb ist weniger best√§ndig, bei den Huminbentoniten (HS) l√∂st sich die organische Matrix bereits bei einer Elution mit Wasser vom Feststoff ab. Extreme Temperaturen (5-mali-ger Wechsel von -20/+80 ¬įC) und Zugabe gro√üer S√§uremengen verschlechtern nur die Best√§ndigkeit der Huminbentonite. Einem biologischen Abbau unter aeroben und/oder anaeroben Bedingungen ist nur die organische Matrix des Huminbentonites zug√§nglich, alle anderen Bentonitqualit√§ten sind mikrobiologisch inert. Adsorptionsverhalten: Die Adsorptionseigenschaften der Bentonite f√ľr organische Schadstoffe und Schwermetalle wurde in Suspensions-Ans√§tzen mit Einzelsubstanzen und Substanzgemischen durchgef√ľhrt. Durch Regressionsanalyse der Adsorptionsisothermen wurden die maximalen Beladungskapazit√§ten ermittelt. Die Ergebnisse zeigen, da√ü f√ľr die im Rahmen von Altlastensanierungsma√ünahmen relevanten Eluatkonzentrationen organischer (PAK) und anorganischer Schadstoffe (Schwermetalle) die Bentonite PA und PB besonders gut geeignet sind. Der Bentonit VKG ist f√ľr die Immobilisierung PAK-belasteter B√∂den gut geeignet, verf√ľgt aber √ľber keinerlei Adsorptionskapazit√§t f√ľr Schwermetalle. Bodensystem: Die Adsorptionseigenschaften der durch Zumengung von Kohlebentoniten zu belasteten Bodenproben hergestellten Dichtungsmaterialien wurden im System Boden/Kohlebentonit/Wasser untersucht. Selbst unter extremen Elutionsbedingungen im S4-Sch√ľtteltest (partikul√§re Struktur, mechanischer Aufschlu√ü) konnten die Eluatwerte von Bodenmaterialien mit einer PAK-Belastung von etwa 4300 mg/kg erfolgreich auf unter 10 ¬Ķg/l reduziert werden. Die Schwermetallkonzentrationen in Bodeneluaten lagen auch nach einer Zudotierung von Zn2+ und Pb2+ (4000 mg/kg bzw. 6000 mg/kg) unterhalb der Nachweisgrenze Wasserdurchl√§ssigkeit: Die Ergebnisse von Durchl√§ssigkeitsversuchen in Triaxialzellen zeigen, da√ü bei der Adsorptiven Immobilisierung der in der TA Siedlungsabfall geforderte Durchl√§ssigkeitsbeiwert f√ľr mineralische Oberfl√§chenabdichtungen von 5 * 10-9 m/s deutlich unterschritten wird. Adsorptions- und Desorptionsverhalten: Zur Ermittlung des Adsorptions- und Desorptionsverhaltens wurden Immobilisationsk√∂rper aus belasteten B√∂den und Bentoniten √ľber einen langen Zeitraum durchstr√∂mt (Versuchsdsauer z.T. > 1 Jahr) und die Schadstoffbelastung der Perkolate ermittelt. Durch Zugabe geeigneter Bentonitqualit√§ten und -mengen lassen sich die PAK-Konzentrationen (TrinkwV) in den Perkolaten auch bei stark belasteten B√∂den deutlich unterhalb der Grenzwerte der Deponieklasse 1 (LWA-Richtlinie 1987) reduzieren. Die Schwermetallkonzentrationen werden auch bei einer zus√§tzlichen Dotierung bereits vorbelasteter B√∂den mit gro√üen Mengen l√∂slicher Schwermetallverbindungen (mehrere Gramm/kg) bis auf wenige Mikrogramm reduzieren. Schadstofffrachten: Durch Reduzierung der Durchl√§ssigkeit und der Schadstoffkonzentrationen in der w√§√ürigen Phase wird die ausgetragene Schadstofffracht um mehrere Zehnerpotenzen reduziert. Bei den im Rahmen des Projektes untersuchten Boden wird die j√§hrlich pro Quadratmeter ausgetragene Schadstofffracht von etwa 450 mg PAK (EPA) auf weniger als 136 ¬Ķg PAK (EPA) verringert. Durch eine worst-case-Betrachtung konnte gezeigt werden, da√ü die Adsorptive Immobilisierung die Kriterien eines Zwei-Komponenten-Sicherungssystems erf√ľllt. Kostensch√§tzung f√ľr die Adsorptive Immobilisierung: Die spezifische Behandlungskosten f√ľr die Adsorptive Immobilisierung wurden mit 50 - 64 DM/t abgesch√§tzt. Bei einer an einen konkreten Schadensfall angelehnten fallspezifischen Kostenbetrachtung der Umweltagentur k√∂nnte die Adsorptive Immobilisierung mit Sanierungskosten von 6,3 Millionen DM ca. 35% (ca. 2,2 Millionen DM) kosteng√ľnstiger sein als eine auf thermische Entsorgung basierende Sanierungsvariante, und ca. 19% (ca. 1,2 Millionen DM) kosteng√ľnstiger sein als eine Variante, bei der die zu immobilisierenden Bodenmaterialien umgelagert werden (Deponierung). Um die Sanierungskosten f√ľr die Adsorptive Immobilisierung nicht zu √ľberschreiten d√ľrften dann allerdings die externen Behandlungs-/Entsorgungskosten (Thermik, Deponierung) einen Betrag von 41,50 DM/t nicht √Ėffentlichkeitsarbeit und Pr√§sentation 1) Posterpr√§sentation auf dem 13. Bochumer Altlasten-Seminar 1997 2) Afferden van M. NitschkeV. Beine R, Krakau U, Ahlers R, Simmler-H√ľbenthal (1997) Bodensanierung durch adsorptive Immobiliesierung: Einsatz von Aktivkohle/Aktivkoks-Bentonitmischungen. BrachFl√§chenRecycling 3: 14-20 3) Nitschke v, van Afferden M, Beine R. Krau, U. Ahlers R, Simmler-H√ľbenthal H (1997) Sicherung von Altlasten durch Adsorptive Immobilisierung. In: Coldewey WG, L√∂hnert EP (Hrsg.) Grundwasser im Ruhrgebiet. GeoCongressw 3. Verlage Sven von Loga. S: 213-218 Fazit Durch die bei der Adsorptiven Immobilisierung erfolgende Untermischung feink√∂rniger Bentonite k√∂nnen mit standorteigenen Bodenmaterialien Dichtschichten mit hoher Dichtwirkung hergestellt werden. Aufgrund der Verwendung modifizierter Bentonitqualit√§ten wird gleichzeitig eine hohe Adsorptionskapazit√§t f√ľr organische und anorganische Schadstoffe in die Dichtschicht eingebracht, so da√ü Schadstoffe sicher aus dem Bodenwasser zur√ľckgehalten werden. Die ausgew√§hlten Bentonitmischungen gew√§hrleisten eine stabile Schadstoffeinbindung bei gleichzeitiger Verdichtung des Bodenk√∂rpers und unterbrechen dadurch effektiv den Expositionspfad Wasser

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Bundesland

Nordrhein-Westfalen

Fördersumme

101.910,70 ‚ā¨

Förderzeitraum

17.11.1995 - 02.09.1998