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Ökologie

1.1.06 Anwendung von Reinigungswänden – Im Einsatz gegen hohe TCE-Konzentrationen

Reaktionswände aus Eisengranulat haben ihre hohe Reinigungswirkung bereits in mehreren Feldstudien bewiesen. Unklar war noch, wie sich veränderte pH-Werte auf die Langzeitstabilität des reaktiven Materials auswirken. Auf dem Gelände einer ehemaligen sowjetischen Kaserne bei Berlin testeten Wissenschaftler des „Reinigungswände und -barrieren Netzwerkverbundes“ (RUBIN) eine entsprechende Pilotanlage an dem hochgradig mit Trichlorethen (TCE) kontaminierten Grundwasser. Mit überzeugendem Ergebnis: Das Eisengranulat arbeitete auch langfristig hocheffizient und ökonomisch. Das TCE konnte vollständig beseitigt werden.

In Deutschland sind über 11.000 Altlasten bekannt, die eine erhebliche Gefahr für das Grundwasser darstellen. Schnelle Sanierungen, beispielsweise durch Ausbaggern oder Abpumpen des verunreinigten Grundwassers, haben sich in vielen Fällen als technisch undurchführbar oder unverhältnismäßig teuer erwiesen. Dies gilt vor allem dann, wenn es sich bei den Schadstoffen um organische Substanzen, wie etwa leichtflüchtige halogenierte Kohlenwasserstoffe (LHKW) oder Teeröle handelt und wenn diese als separate Flüssigphase im Untergrund vorliegen. Zunehmend setzen sich deshalb Technologien durch, die darauf abzielen, die aus den Schadensherden emittierenden Schadstofffahnen zu sichern. Dazu zählen unter anderem durchströmte Reinigungswände. Die Entwicklung dieser Technologie begann in Nordamerika und wurde in Deutschland über das Forschungs- und Entwicklungsvorhaben RUBIN vom BMBF gefördert (siehe Projekt 1.1.03).

Langzeitstabilität testen

2001 wurde am Standort einer ehemaligen Kaserne der sowjetischen Streitkräfte in Bernau (etwa 30 km nordöstlich von Berlin) eine modular aufgebaute Pilotanlage errichtet, mit der hochgradig mit Trichlorethen (TCE) kontaminiertes Grundwasser behandelt wird. Wichtigstes Ziel des Vorhabens war, die Langlebigkeit und Abbauleistung einer Reinigungswand aus Eisengranulat unter quasi In-situ-Bedingungen zu testen. Das Verfahren nutzt das Reduktionspotenzial von metallischem Eisen in Kontakt mit Wasser und halogenierten Kohlenwasserstoffen. Durch die Korrosionsreaktion des Eisens werden die teilweise krebserzeugenden Schadstoffe dehalogeniert . Der Redoxprozess erhöht jedoch den pH-Wert, was eine Reihe von Nebenreaktionen auslöst. Diese bringen Einschränkungen hinsichtlich der Langzeitstabilität des reaktiven Materials mit sich.

TCE-Abbau im Labor mit Eisengranulat

TCE-Abbau im Labor mit Eisengranulat
TCE-Abbau im Labor mit Eisengranulat
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Ziele des Vorhabens erreicht

Die Wissenschaftler errichteten am Standort zunächst eine trichterförmige Dichtwand um das Schadenszentrum. Diese grenzt an den Reaktor, der unterhalb des natürlichen Grundwasserspiegels liegt und damit passiv horizontal durchströmt werden kann. Er besteht aus 18 zylindrischen Einzelmodulen mit einem Durchmesser von 2,8 Metern und einer Höhe von etwa 2,2 Metern; jedes einzelne Modul kann als eigenständiger Reaktor betrachtet werden. Durch Kopplung mehrerer Module, parallel oder in Reihe geschaltet, können Fließlänge und damit auch die Verweilzeit des Wassers im Reaktor je nach Erfordernis gesteuert werden. Im Forschungsvorhaben wurden die Module in Reihe durchströmt.

Die wichtigsten Ziele des Vorhabens wurden in vollem Umfang erreicht:

  • Eine langfristig stabile und effiziente Beseitigung der hohen TCE-Konzentrationen.
  • Kontrollierbare Volumenströme sowie Schadstoffkonzentration und -menge über eine lange Fließstrecke im Eisenreaktor.
  • Einen Zugang zum reaktiven Material zu schaffen, der bei unvorhersehbaren negativen Einflüssen Gegenmaßnahmen ermöglicht.

Das als Reaktionsmaterial eingesetzte Graugussgranulat erreichte eine Reinigungsleistung von mehr als 99,5 Prozent. Bei Schadstoffkonzentrationen von mindestens 25 Milligramm pro Liter, wie sie am Standort Bernau anzutreffen sind, ist es für eine Anwendung im Feldmaßstab hocheffizient und ökonomisch vorteilhaft. Die Nachreinigung des gering belasteten Reaktorablaufes mit Wasseraktivkohle hat sich im dreieinhalbjährigen Reaktorbetrieb gut bewährt und stellt für den Sanierungsbetrieb die wirtschaftlichste Maßnahme dar. Insgesamt wurden im Verlauf des mehrjährigen Forschungsvorhabens etwa 450 Kilogramm TCE aus 15.000 Kubikmeter Wasser beseitigt und das behandelte Grundwasser bis zur TCE-Nachweisgrenze gereinigt.

Aufsicht auf die Reaktorgrube mit teilweise befüllten Modulen (links) und Seitenansicht eines befüllten Moduls

Aufsicht auf die Reaktorgrube mit teilweise befüllten Modulen (links) und Seitenansicht eines befüllten Moduls
Aufsicht auf die Reaktorgrube mit teilweise befüllten Modulen (links) und Seitenansicht eines befüllten Moduls
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Reif für die Praxis

Die Ergebnisse des Forschungsvorhabens werden seit Februar 2007 bei der Standortsanierung umgesetzt. Die sogenannte „LCKW-Fahne-Ost“ wird mithilfe der Reinigungswand aus Eisengranulat saniert. Voraussetzungen dafür waren:

  • Eine Auf- bzw. Umrüstung der Anlage. Das Eisengranulat aus zehn Reaktormodulen musste ausgebaut, mechanisch aufbereitet und wieder eingebaut werden.
  • Der Einbau von neuen Rohrleitungssystemen inklusive Mess- und Regeltechnik als Fördersystem zu und von den Reaktormodulen.
  • Die Errichtung von sechs Förderbrunnen inklusive der notwendigen Fördertechnik.

Weil die Reinigungsleistung der Reaktionswand für das Abbauprodukt cDCE nicht ausreicht, ist außerdem eine Nachreinigung mit Nassaktivkohle erforderlich.

Das kontaminierte Grundwasser wird mit einer Geschwindigkeit von 2,4 Kubikmetern pro Stunde aus sechs Brunnen gefördert. Die Reinigung des mit leichtflüchtigen chlorierten Kohlenwasserstoffen (LCKW, vor allem TCE) kontaminierten Wassers erfolgt über zehn Module, die parallel durchströmt werden. Im Anschluss durchläuft das behandelte Wasser die Nachreinigungsanlage und versickert dann wieder im Boden. Der Anlagenbetrieb wird zentral gesteuert und überwacht.

Im Laufe des bisherigen Sanierungsbetriebes haben die Wissenschaftler die Anlage bereits mehrmals modifiziert, um ihre Leistung zu optimieren. So durchströmt das Wasser die Module des A-Stranges nunmehr von unten nach oben. In die Module des B-Stranges wurde im Zustrombereich eine Mischung aus Eisen und Filtersand eingebaut und ein Gasdrainagesystem aus perforierten Polyethylenrohren installiert.

In den letzten dreieinhalb Jahren entfernte die Reinigungsanlage am Standort Bernau bei einem Behandlungsvolumen von rund 55.000 Kubikmetern Grundwasser etwa 3.200 Kilogramm LCKW aus dem Untergrund. Dadurch baut sie an diesem Standort praktisch das gesamte TCE ab. Ein Teil des Trichlorethens wird dabei nicht vollständig dechloriert, sondern zu cDCE umgewandelt.

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