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Gaswand
(Sauerstoffwand, Oxygin Curtain, Biofence)

Hintergrund

Zur Sanierung von Verunreinigungen des Untergrundes wird vielfach noch das Pump-and-Treat-Verfahren eingesetzt. Hierbei wird Grundwasser gefördert, in einer Aufbereitungs-anlage gereinigt und abgeleitet (in das Grundwasser, Kanäle oder Vorfluter). Diese Verfahren sind in den meisten Fällen mit Nachteilen verbunden, sie sind kostenintensiv und langwierig.

In den letzten Jahren ist das Wissen und die Erfahrung zur effektiven Sanierung von Boden- und Grundwasserverunreinigungen durch In-Situ-Verfahren erheblich gewachsen. Zur Sanierung von Boden- und Grundwasserkontaminationen steht heute eine große Bandbreite von Technologien zur Verfügung. Die erfolgversprechendsten In-Situ-Verfahren werden auch als innovative Verfahren bezeichnet.

Die innovativsten Verfahren sind:

Ø      In-Situ-Chemische Oxidation (ISCO)

Ø      Tensid-Spülung

Ø      Alkohol-Spülung

Ø      Nano-Eisen

Ø      Biologische Verfahren

Bei den biologischen Verfahren können verschiedene Technologien unterschieden werden.

Zu den vielversprechendsten Verfahren gehören biologische Verfahren und hier insbesondere die Anwendung von Gaswänden. Aus zahlreichen Sanierungsvorhaben ist bekannt, dass der biologische Schadstoffabbau oft durch zu geringe Konzentrationen an Sauerstoff limitiert ist. Gelingt es, die im Untergrund lebenden Mikroorganismen ausreichend mit Sauerstoff zu versorgen, so bestehen guten Chancen für eine erfolgreiche Sanierung zu niedrigen Kosten in kurzen Zeiträumen. Ein Abbau unter aeroben Bedingungen läuft deutlich effektiver ab als unter anaeroben.

Das Spektrum der mit Sauerstoffwänden sanierbaren Kontaminanten umfasst folgende Stoffe: 

Ø      Mineralölkohlenwasserstoffe (MKW)

Ø      Leichtflüchtige aromatische Kohlenwasserstoffe (BTEX)

Ø      PAK (mit Einschränkungen)

Ø      Phenole

Ø      Methyl-Tertiär-Butyl-Ether (MTBE)

Ø      Tertiär-Butanol

Darüber hinaus können leichtflüchtige chlorierte Kohlenwasserstoffe (LCKW) saniert werden, falls die Ausgangssubstanzen Tetra- oder Trichlorethen bereits durch natürliche Prozesse oder durch Enhanced Natural Attenuation in die weiteren Abbauprodukte transformiert wurden. Die LCKW-Abbauprodukte cis-1.2-Dichlorethen und Vinylchlorid können besser unter aeroben Bedingungen metabolisiert werden als unter anaeroben.

Grundsätzlich sind Gaswände sowohl zur Quellen- als auch zur Fahnensanierung geeignet.

Wirkprinzip / Überwachung /Steuerung

Das Ziel von  Sauerstoffwänden besteht darin, die schadstoffführenden Gesteinspartien zu aerobisieren, d. h. mit optimalen Mengen von Sauerstoff zu versorgen, so dass der Schadstoffabbau in den Sanierungszonen optimal ablaufen kann. Der Untergrund wird somit in einen unterirdischen Bioreaktor vesetzt und die Mikroorganismen durch Biostimulation zu einer möglichst großen Abbauleistung angeregt. Hierzu wird gezielte Sauerstoff in das Grundwasser injiziert. Dabei soll der Sauerstoff möglichst fein verteilte Gasblasen im Porenraum der Gesteine bilden. Hierdurch entstehen Depots von gasförmigem Sauerstoff, die über längere Zeit das Grundwasser mit Sauerstoff sättigen. Das Grundprinzip ist in der Abbildung 1 dargestellt.

Damit unterscheidet sich eine Gaswand mit dem Ziel der Nutzung des biologischen Abbaupotenzials von Mikroorganismen von dem dem Verfahren Air-Sparging (In-Situ-Stripping). Bei dieser Methode werden größere Mengen an Luft in den Grundwasserleiter injiziert, um eine Ausgasung (Strippung) von Schadstoffen zu erreichen. Die in die ungesättigte Zone überführten Stoffe werden in der Regel über eine Bodenluftsanierung aus der Sickerzone entfernt.

Voraussetzung für eine erfolgreiche Anwendung der Sauerstoffwände ist eine detaillierte dreidimensionale Erkundung der Lithologie und der Schadstoffverteilung im Gestein. Diese Erkundungen werden durch moderne Methoden ermöglicht (z. B. Direct-Push, CMT-Messstellen etc.). In Abhängigkeit der Detailerkundung werden maßgeschneiderte Planungen zur optimalen Aerobisierung des Grundwasserleiters durchgeführt. Hierbei spielt die Nutzung von Gesteinspartien mit geringeren Durchlässigkeiten eine wichtige Rolle.

Auf der Grundlage von vorliegenden Projekterfahrungen an Standorten sind in sandig-kiesigen Grundwasserleitern Reichweiten der Sauerstoffversorgung mit Radien von ca. 8 - 10 m erreichbar. Das wesentliche Ziel einer Sauerstoffwand besteht darin, die gesättigte Bodenzone möglichst gleichmäßig mit Sauerstoff zu versorgen. Dies ist eine wesentliche Voraussetzung für den effektiven Abbau der Schadstoffe m Grundwasserkörper. 

Die Wirksamkeit der Luftinjektion kann durch ein geeignetes Messnetz aus fest installierten In-Situ-Sensoren überwacht werden (Sauerstoff- oder Redox-Sonden). Die gebietsmäßige Lage der Sonden und die Anordnung dieser Messsysteme im dreidimensionalen Raum werden in Abhängigkeit der aus der Detailerkundung gewonnenen Ergebnisse geplant. Die Datenaufzeichnung erfolgt stündlich über eine Datenloggerstation im Anlagencontainer und kann über eine Datenfernübertragung täglich kontrolliert werden.

Durch ein optimales Online-Messnetz können Bereiche mangelnder Sauerstoffversorgung sofort detektiert und durch entsprechende Nachregulierung der Luftinjektionsrate ausgeglichen werden. Des weiteren werden Störungen der biologischen Stoffwechselaktivität schnell (innerhalb weniger Tage) erkannt, die dann zeitnah näher untersucht und behoben werden können. Durch dieses Vorgehen ist eine kontinuierliche Optimierung der Sanierung gewährleistet.

Sollten vorherige Untersuchungen Mangel an wichtigen Nährstoffen belegen, so werden die fehlenden Stoffe durch gezielte Zugabe von geeigneten Düngern bereitgestellt. Das geschieht durch Nährstoffinjektion über vorhandene Grundwassermessstellen. Die Verteilung der Nährstoffe erfolgt durch die nätürlichen Strömngsprozesse im Grundwasser.

An den meisten Standorten sind die erforderlichen Bakterien zum Schadstoffabbau bereits vorhanden. Die Anregung dieser Bakterien durch Zugabe von notwendigen Stoffen wird auch als Biostimulation bezeichnet. Sollte sich bei Untersuchungen herausstellen, dass dies nicht der Fall ist, so können zum Schadstoffabbau geeignete Bakterien in den Untergrund injiziert werden (Bioaugmentation).

Erfahrungen

Wie bereits beschrieben besteht das wesentliche Ziel von Sauerstoffwänden in der Versorgung des Aquifers mit Sauerstoff. Entscheidend sind hier die Erfahrungen des Planers aus vergleichbaren Projekten.

Wir besitzen umfangreiche Erfahrungen bei Planung und Betrieb von Sauerstoffwänden. Grundsäztlich liegen die umfangreichsten Erfahrungen über derartige Systeme in den USA vor. Diese Erfahrungen wurden verstärkt in den letzten Jahren durch Feldprojekte gewonnen, bei denen In-Situ-Sanierungen von mit MTBE verunreinigten Grundwässern durchgeführt wurden. Wir besitzen sehr gute Kontakte zu US-Forschungs- und Planungsbüros und können somit diese Erfahrungen in unsere Projekte einbringen. Es hat sich gezeigt, dass zur Optimierung von Sauerstoffwand-Projekten spezielles Know-How auf dem Gebiet der schonenden Installation von Injektionssystemen und der Injektionstechnik von besonderer Bedeutung für den Erfolg eines Sanierungsvorhabens sind.

Kosten

Die Ermittlung von Kosten für Sauerstoffwände ist immer eine Einzelfallbetrachtung und hängt von einer Vielzahl von standortspezifischen Parametern ab. Vergleichskostenrechnungen haben gezeigt, dass  Gaswände gegenüber Pump-and-Treat-Verfahren ca. 20 – 80 % günstiger sind. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass die wesentlichen Betriebskosten durch die Injektion von Sauerstoff entstehen. Diese können durch eine optimale Konzeption und Injektionstechnik wesentlich reduziert werden.


Dr. Stupp Consulting, seit 2008 ein Tochterunternehmen der Tauw GmbH, wurde 2011 mit dieser verschmolzen und firmiert jetzt als Tauw GmbH in Leverkusen.

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