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unilogo Universität Stuttgart
Institut für Wasser- und Umweltsystemmodellierung - IWS

Abstract

 
   

"In-Situ-Sanierung mit Hilfe der Chemie - (wie) geht das?"

Nach Einführung in die Entstehung von Boden- und Grundwasserkontaminationen (MKW, PAK, CKW, …) sowie der Verteilung der Schadstoffe im Grundwasser (LNAPL, DNAPL, …) wird kurz auf die Grundlagen von Oxidations-Reduktions-Reaktionen (Redoxreaktion) einschließlich der mikrobiologischen Redoxreaktionen eingegangen. Der Elektronentransfer zwischen (Schad-)Stoffen und Reagenzien in Redox-Reaktionen sowie die Energiegewinne im an- und aeroben Milieu werden beschrieben. Der Schwerpunkt des Vortrags liegt auf technisch forcierten, chemischen Reaktionen durch Einbringung von Oxidationsmitteln (In-situ-chemische Oxidation ¬ ISCO) bzw. Reduktionsmitteln (In-situ-chemische Reduktion ¬ ISCR). Maßgebliche Unterschiede gegenüber dem biologischen Abbau werden dargestellt. Bei der ISCO werden in einer "kalten Verbrennung" Schadstoffe abiotisch zerstört, d.h. schnell und vollständig zu umweltneutralen Stoffen umgesetzt. Marktüblichen Oxidationsmittel wie z.B. Permanganate, Persulfate, Fentons Reagenz oder Ozon und ihre spezifischen Eigenschaften und Anforderungen bei der Anwendung werden beschrieben. Als wesentliche mit ISCO behandelbare Schadstoffe werden MKW, PAK, BTEX und CKW genannt. Auf die Injektion von Nano- und Mikroeisen (Fe0) in den Untergrund als ISCR wird hingewiesen und auf aktuelle Vorhaben verwiesen (z.B. www.nanorem.eu). Als wesentliche behandelbare Schadstoffe mit ISCR werden CKW (Abbau zu KW und Chloriden) sowie Chrom (VI) (Reduktion zu Chrom (III)) genannt. Voraussetzungen, Herausforderungen und Schwierigkeiten bei der praktischen Anwendung werden erläutert. Es wird herausgestellt, dass schnelle und vollständige Reaktionen nur möglich sind, wenn ein wirksamer Kontakt zwischen Reagenz und Schadstoff hergestellt werden kann. Wesentlich für die Wirksamkeit sowie die Auslegung einer ISCO sind damit u.a. die sorgfältige Erkundung sowie das gute Verständnis des Standortes, insbesondere des Grundwasserchemismus, der Schadstoffverteilung und -zusammensetzung und der Bodenmatrix. Reagenzien sind unbedingt standortspezifisch auszuwählen und deren Eignung in Vorversuchen nachzuweisen. Als Vorversuche werden empfohlen: • Batch-Tests zur Bestimmung der Wirksamkeit des Schadstoffabbaus • Batch-Tests zur Grobabschätzung des Oxidationsmittelbedarfs • Säulenversuche zur Bestimmung des oxidierbare Kohlenstoff mit standortspezifischem Material Klassische Einschränkung einer ISCO ist, dass bei hohem Organikgehalt des Bodens der Oxidationsmittelbedarf sehr hoch und die Maßnahme unwirtschaftlich wird. Weitere mögliche Probleme werden vertiefend dargestellt: • Reaktionsprodukte (z.B. Braunstein) können Kontakt zwischen Reagenz und Schadstoff blockieren • Durch Clogging ist Veränderung der hydraulischen Durchlässigkeit möglich • Nebenreaktionen/heftige Reaktionen können zu unerwünschten Produkten oder starker Erwärmung (auch Gasbildung) führen • pH-Verschiebungen ist im Feld (Grundwasserkörper) häufig kritisch • Eingeschränkte Erschließung des Sanierungsfelds durch Reagenz bei wechselnder Schichtdurchlässigkeit (Heterogenitäten im natürlichen Untergrund) • Unzureichende Auswahl und Ermittlung des Bedarf an Reagenzien • Alleinige Bestimmung des TOC-Gehalt zu Bedarfsermittlung nicht geeignet • Vermischungsprobleme zwischen Reagenz und Schadstoff (Heterogenität des Untergrunds und der Schadstoffverteilung) Insgesamt wird jedoch für ISCO ein Potential gesehen, wenn Vorerkundung und versuche zeigen, dass die Standortverhältnisse geeignet sind und die Wirksamkeit als auch Wirtschaftlichkeit gegeben sind. Eine entsprechende Überwachung des Grundwassers und des Sanierungsbereichs während und auch nach der Sanierung verstehen sich von selbst.