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unilogo Universität Stuttgart
Institut für Wasser- und Umweltsystemmodellierung - IWS

Abstract

 
   

"Thermische In-situ-Sanierung eines CKW-Schadens unter einem denkmalgeschützten Gebäude - von der Planung bis zur Umsetzung "

Auf dem Grundstück einer ehemaligen chemischen Reinigung in der Altstadt von Karlsruhe-Durlach befindet sich unter dem denkmalgeschützten ehemaligen Schlachthaus von Durlach das Schadenszentrum einer CKW-Kontamination (vornehmlich Perchlorethen, PCE). Die Kontamination umfasst die ungesättigte und gesättigte Zone. Der Grundwasserspiegel schwankt zwischen 3 und 3,5 m u. GOK. Der Bodenaufbau ist sehr wechselhaft und vielschichtig und besteht aus Auffüllungen, sandigem Schluff mit eingelagerten schluffigen Feinsandschichten, Fein- und Mittelsanden bis hin zu Grobsanden in einer Teufe von ca. 10 m. Durch Erkundungsmaßnahmen ab Mitte der 90er Jahre wurde die Kontamination räumlich eingegrenzt. Der Schadensherd befindet sich vornehmlich unter dem Gebäude sowie im westlichen Hofbereich der ehemaligen chemischen Reinigung bis in einen Tiefe von ca. 7 m u. GOK. Abstromig bildete sich eine über 300 m lange Schadstofffahne im Grundwasser aus. Auf Veranlassung des Umwelt- und Arbeitsschutzes der Stadt Karlsruhe wurde im Rahmen der Sanierungsuntersuchung von VEGAS in Zusammenarbeit mit dplan auf einem Teilbereich des Standorts im Jahre 2005 eine thermisch unterstützte In-situ-Pilotsanierung durchgeführt. Die Sanierung erfolgte mittels Injektion eines Sattdampf-Luft-Gemisches bei parallel betriebener Bodenluftabsaugung und gleichzeitiger Grundwasserentnahme. Ziel der Pilotierung war neben dem Nachweis der Sanierbarkeit des Standorts mit Dampf-Luft-Injektion und die Erarbeitung eines Gesamtsanierungskonzeptes auch die Erstellung einer Kostenschätzung, um die technischen und wirtschaftlichen Aspekte mit anderen Sanierungsvarianten zu vergleichen. Basierend auf den Erkenntnissen der erfolgreichen Pilotsanierung mit Dampf-Luft-Injektion, konnte für die Gesamtsanierung des Geländes unterhalb des Gebäudes ein Konzept erstellt und der Stadt sowie der Altlastenbewertungskommission zur Entscheidung vorgelegt werden. Nach positiver Entscheidung seitens der Stadt aufgrund der Effizienz der Methode, der Kos-tenersparnis im Vergleich zu anderen Varianten sowie der kurzen Sanierungsdauer, wurde die Gesamtsanierung 2009 ausgeschrieben und beauftragt. Infolge der räumlichen Gegebenheiten am Standort konnten keine Vertikalbrunnen im Gebäude gebohrt werden, ohne das Gebäude nachhaltig zu beeinträchtigen und die derzeitigen Nutzungen als Atelier und Wohnraum auszuschließen. Die Injektionsbrunnen wurden daher über Schrägbohrungen aus dem Bereich südlich des Gebäudes von einem temporär geschlossen Kinderspielplatz aus abgeteuft. Als Extraktionspegel wurden mehrere vertikale Pegel rund um das Gebäude verteilt gebohrt. Weiterhin wurde in 3m Tiefe mittig unter dem Gebäude eine Horizontalbohrung zur Bodenluftextraktion erstellt. Insgesamt wurden 8 Injektionsbrunnen (Dampf-Luft-Injektion), 3 Kombibrunnen (Bodenluft und Grundwasser), 4 Ab-saugbrunnen (Bodenluft) und ein Horizontalbrunnen (Bodenluft) installiert. Aus dem Pilotver-such konnten 2 Kombibrunnen sowie 2 Absaugbrunnen wiederverwendet werden. Außerdem wurde ein Wiederversickerungsbrunnen für das aufbereitete Grundwasser oberstromig des Gebäudes hergestellt. Zur Überwachung der Wärmeausbreitung im Untergrund unter dem Aspekt der Sanierungssteuerung sowie zur Visualisierung und Überwachung des Sanierungsverlaufs wurden insgesamt 112 Temperatursensoren in sogenannten Temperaturlanzen installiert. Ein Gaschromatograph misst kontinuierlich den Schadstoffaustrag aus dem Untergrund, um gekoppelt mit dem Temperaturnetzwerk den Fortschritt der Sanierung festzustellen. Alle Messgrößen werden von einem Datenerfassungssystem erfasst und können jederzeit online ab-gefragt werden. Mit der anlagentechnischen Ausführung der Sanierung wurde die Sanierungsfirma Züblin Umwelttechnik, Stuttgart beauftragt, die wissenschaftliche Begleitung, das sanierungsbegleitende Temperatur- und Schadstoffmonitoring und die Anlagesteuerung oblag VEGAS, die verantwortliche Sanierungsbegleitung dem Ingenieurbüro dplan. Nach dem Anlagenaufbau und der technischen Ausstattung des Sanierungsfeldes ab Ende Herbst 2009, begann die Sanierung Ende April 2010 mit Start der Bodenluftabsaugung, der Grundwasserhaltung und der Injektion von Luft in den Grundwasserleiter (Air-Sparging). Mit-te Mai 2010 begann mit der Sanierungsphase 3 die thermische Sanierung mittels Dampf-Luft-Injektion in die gesättigte Zone (DLI). Die thermische Erschließung der gesättigten Zone (Grundwasser), des Grundwasserschwankungsbereichs und der ungesättigten Zone verlief entsprechend den Planungen, die auf den Ergebnissen der Pilotanwendung aus dem Jahr 2005 aufbauten. Je Sanierungsabschnitt erfolgte zunächst die Behandlung der gesättigten Zone mit einem Energieeintrag zwischen 240 - 300 kW. Innerhalb einer Woche erfolgte der Dampfdurch-bruch an den Extraktionsbrunnen. Danach wurde die Injektionsleistung schrittweise auf 140 – 200 kW reduziert. Nach Rückgang der Schadstoffaustragsraten bzw. CKW-Gehalten unter den Sanierungszielwert wurde der nächste Sanierungsabschnitten behandelt. Der Schadstoffaustrag zeigte für jeden Behandlungsabschnitt das typische Verhalten seines raschen exponentiellen Anstiegs mit Beginn der Dampf-Luft-Injektion, eines annähernd gleichbleibenden Niveaus während der Erwärmung des Schluffbereichs und der ungesättigten Zone und einen exponentiellen Abfall vor Wechsel zum nächsten Sanierungsfeld. Die Dampfinjektion wurde am 29.11.2010 in Abstimmung mit dem projektbegleitenden Arbeitskreises mit Vertretern des RP Karlsruhe, der Stadt Karlsruhe und der LUBW beendet. Der bis zu diesem Zeitpunkt erreichte Rückgang des gasförmigen Schadstoffaustrags und der Schadstoffgehalt im Grundwasser sprachen eindeutig für das letztendliche Erreichen der Sanierungsziele nach der Abkühlphase. In der anschließenden Abkühlphase wurde bis 10.01.2011 über die Dauer von 6 Wochen die Luftinjektion (Air-Sparging) aufrecht erhalten, um etwaig kondensieren Schadstoff gasförmig auszutragen. Die geforderte mittlere Temperatur von 45°C im Grundwasserwechselbereich wurde ab dem 02.01.2011 unterschritten. Entsprechend den Ergebnissen der Abschlussbe-probung am 28.01.2011 konnte die thermische Sanierung nach der gutachterlichen Stel-lungsnahme und Akzeptanz der Einhaltung der Sanierungszielwerte durch den Arbeitskreis am 14.02.2011 abgeschlossen werden. Die Anlagenverfügbarkeit lag deutlich über der angestrebten 95% Marge. Problematisch wa-ren die hohen Außentemperaturen von über 35°C im Juli 2010, die zu thermischen Problemen bei der Drucklufterzeugung führten, sowie zu gelegentlichen Stromausfällen in Folge der durch die hohen Temperaturen in den Elektromotoren bedingte hohe elektrische Last.