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Ökologie

1.1.02 Gefahrstoffe im Visier – Natürliche Abbau- und Rückhalteprozesse erfassen und bewerten

Das ehemalige Gelände einer chemischen Reinigung für Lederberufskleidung im niedersächsischen Landkreis Harburg wurde jahrzehntelang mit Perchlorethylen kontaminiert. Da sich das Grundwasser in großer Tiefe befindet und der verunreinigte Untergrund nur sehr schwer zugänglich ist, sind herkömmliche Erkundungs- und Sanierungsverfahren für diese Altlast nicht geeignet. Ein Projekt aus dem Förderschwerpunkt KORA („Kontrollierter natürlicher Rückhalt und Abbau von Schadstoffen bei der Sanierung kontaminierter Grundwässer und Böden“) hatte deshalb das Ziel, mittels geeigneter Monitoring- und Prognoseverfahren abzuschätzen, inwieweit die natürlichen Abbau- und Rückhalteprozesse im Untergrund ausreichen, um Gefahren für ein angrenzendes Wasserschutzgebiet auszuschließen.

Perchlorethylen (PCE) wurde und wird in Industrie und Gewerbe zum Entfernen von Farbe, als Lösungsmittel und zur Entfettung von Materialien eingesetzt – auch in einem ehemaligen Spezialbetrieb zur chemischen Reinigung von Lederberufskleidung in Rosengarten-Ehestorf, Landkreis Harburg. Nach Gebrauch wurde die Chemikalie über Jahrzehnte mit dem unvollständig gereinigten Abwasser in den Untergrund des rund 3.000 Quadratmeter großen Firmengeländes verrieselt.

Grundwasserleiter unzugänglich

Ein Direct-Push-Sondiergerät im Einsatz

Ein Direct-Push-Sondiergerät im Einsatz
Ein Direct-Push-Sondiergerät im Einsatz
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Die Oberfläche des betroffenen Grundwasserleiters liegt mit rund 30 bis 40 Metern unter der Erdoberfläche ungewöhnlich tief. Mit einer Erstreckung bis in 230 Metern Tiefe ist er außerdem äußerst mächtig. Diese Faktoren machen – in Kombination mit der engen Wohnbebauung – eine Sanierung mit herkömmlichen Methoden (Pump-and-Treat- Verfahren ) schwierig und kostspielig. Die Behörden des Landkreises Harburg suchten deshalb nach Alternativen und entschieden sich für die Teilnahme am BMBF-Förderschwerpunkt KORA. Im Zuge des von 2003 bis 2006 durchgeführten Projekts „Feldmaßstäbliche Quantifizierung des NA-Potenzials in mächtigen Grundwasserleitern mit hohem Flurabstand – Beispiel: CKW-Schaden, Chemische Reinigung in Rosengarten-Ehestorf“ ermittelten die Projektpartner den Umfang der im Boden ablaufenden natürlichen Schadstoffminderungsprozesse (Natural Attenuation, NA) seit Schadenseintritt und schätzten den weiteren Verlauf ab. Zu den Projektpartnern gehörten der Landkreis Harburg, das Institut für Gewässerschutz und

Umgebungsüberwachung in Kiel, das Landesamt für Bergbau, Energie und Geologie in Hannover sowie das Tübinger Grundwasser-Forschungsinstitut.

Um das Verhalten der Schadstofffahne und die natürlichen Abbau- und Rückhalteprozesse im Untergrund zu quantifizieren, musste zunächst der PCE-Eintrag und dessen Ausbreitung erfasst werden. Zur genauen Eingrenzung des Schadensherdes und des davon ausgehenden Austrags wurden zusätzliche Messstellen eingerichtet und die bestehenden umgerüstet.

Innovative Systeme zur Entnahme von Bodenluft- und Grundwasserproben

Die Beprobung des Grundwassers mittels konventioneller Brunnen ist unter den gegebenen Standortverhältnissen äußerst kostspielig, weshalb nur fünf dieser Brunnen gebaut wurden. Weitere Probenahmen, vor allem aber die Standorterkundungen, führten die Experten mithilfe des sogenannten Direct-Push-Verfahrens durch. Diese neuartige Bohrmethode ist eine schnellere, flexiblere und wesentlich kostengünstigere Alternative zu den herkömmlichen Verfahren. Um auch die notwendigen größeren Tiefen im Untergrund zu erreichen, wurde das Direct-Push-Verfahren im Projekt weiterentwickelt. Außerdem bauten die Wissenschaftler die Brunnen zu sogenannten Multilevel-Messstellen aus, um dauerhaft Bodenluft- und Grundwasserproben aus verschiedenen Tiefen entnehmen zu können. Mit diesem neuartigen Verfahren gelang es, die vertikale Verteilung der Schadstoffe genau zu analysieren. Als schwierig erwies sich dagegen, die horizontale Schadstoffausbreitung mittels Pumpversuch an den Brunnen zu ermitteln. Der undurchlässige Boden ließ keine Rückschlüsse auf die gesamte Breite der Schadstofffahne zu.

Kontinuierlicher PCE-Eintrag

Wichtige Ergebnisse der Erkundung: In einer Bodentiefe von fünf bis zehn Metern unter der Erdoberfläche maßen die Wissenschaftler die höchsten PCE-Konzentrationen. Sie stellten fest, dass der Boden laufend PCE ins Grundwasser abgibt. Allerdings nimmt die Menge im Laufe der Zeit kontinuierlich ab, bis der Austrag schließlich vollständig zum Erliegen kommt. Weil der Schadstoff überwiegend mit dem Sickerwasser ins Grundwasser gelangt, wird die aktuelle und künftige Menge der ausgetragenen Schadstoffe und damit auch die Lebensdauer des Schadensherdes erheblich von der Niederschlagsmenge beeinflusst. Im Schnitt beträgt der Gesamtaustrag über die nicht versiegelte Oberfläche des Firmengeländes bis zu neun Gramm pro Tag, wovon über sieben Gramm ins Grundwasser gelangen können. Der Rest verflüchtigt sich in die Atmosphäre und wird dort zu unproblematischen Stoffen abgebaut.

Modellierung des Schadstofftransports

Um den künftigen Eintrag von Schadstoffen in das Grundwasser quantitativ abzuschätzen, bediente sich das Projektteam sogenannter Transportmodelle. Mit deren Hilfe spielte es verschiedene Varianten der Schadstoffausbreitung seit dem angenommenen Schadenseintritt vor rund 40 Jahren durch. Nach den wahrscheinlichsten Szenarien, die durch den Abgleich mit den Messergebnissen im Gelände ermittelt wurden, ist die PCE-Verschmutzungsfahne im Grundwasserleiter seit etwa 20 bis 25 Jahren stabil und nahezu unverändert. Ihre Länge beträgt laut Berechnungen zwischen 400 und 500 Meter. Die zum Teil sehr heterogenen Messergebnisse an den vorhandenen Messstellen lassen überdies darauf schließen, dass es sich nicht nur um eine einzelne, sondern um eine in zwei oder mehr Zweige geteilte Schadstofffahne handeln könnte.

In rund 40 Jahren Schadensherd „sauber“

Die Wissenschaftler gehen davon aus, dass die Schadstoffquelle – also das PCE, das sich über dem Grundwasserleiter noch im Boden befindet – in rund 40 Jahren vollständig verschwunden sein wird. Die PCE-Fahne im Grundwasser wird sich aufgrund der dort ablaufenden natürlichen Abbauprozesse zeitversetzt vollständig abbauen.

Diese Aussagen sind für eine rechtliche Bewertung der Nutzung von Natural Attenuation unabdingbar. Sie ermöglichen es den Behörden, ohne Risiko auf die sehr teuren und häufig nur wenig effizienten aktiven Sanierungsmaßnahmen zu verzichten. Das am Standort Rosengarten entwickelte Vorgehen zur Erkundung und Beurteilung der Schadenssituation hat insgesamt gezeigt, dass Entscheidungen, ob und in welchem Umfang eine natürliche Schadstoffminderung stattfindet, auch für tiefe Grundwasserleiter mit einer ausreichenden Sicherheit getroffen werden können.

Landkreis Harburg
(Abteilungsleiter Boden/Luft/Wasser)

Gunnar Peter
Postfach 1440
21414 Winsen/Luhe
Tel.: 0 41 71/6 93-4 02
Fax.: 0 41 71/6 93-1 75
E-Mail: g.peter@lkharburg.de
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