Altlasten ade

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Die Sanierung von Altlastenstandorten bedeutet für Wissenschaftler und Praktiker eine große Herausforderung. Anerkannte und bewährte In-situ-Verfahren, die die Schadstoffe im Boden mit Hilfe hydraulischer, mikrobiologischer und pneumatischer Verfahren beseitigen, stoßen bei einigen Böden an ihre Grenzen: Sie lassen sich nur in einem gut wasserdurchlässigen Untergrund einsetzen, bei feinkörnigen Böden wie Ton, Lehm oder Schluff versagen sie. Am Lehrstuhl für Angewandte Geologie der Universität Fredericiana Karlsruhe wird derzeit ein neues Verfahren entwickelt, das eine innovative Alternative bietet: die elektrokinetische Bodensanierung.

Elektrokinetische Verfahren kamen in der Geotechnik bislang vor allem zur Entwässerung von Böden oder zur Böschungsstabilisierung zum Tragen. Neu ist dagegen der Einsatz bei der Altlastensanierung. "Das Grundprinzip besteht darin, daß Elektroden in den Untergrund eingebracht und an eine Gleichstromquelle angeschlossen werden", erklärt Prof. Dr. Kurt Czurda, Ordinarius am Lehrstuhl für Angewandte Geologie der Universität Fredericiana Karlsruhe. "Dadurch wird ein elektrisches Feld induziert, das eine Bewegung des Porenwassers und der darin gelösten Schadstoffe bewirkt. Der Boden wird dabei von der Anode zur Kathode durchspült." Das dort angesammelte Wasser kann dann abgepumpt und über herkömmliche Verfahren zur Wasseraufbereitung gereinigt werden, zum Beispiel durch Aktivkohle. Nun steht es wieder für die Bodenberieselung zur Verfügung, so daß ein geschlossener Wasserkreislauf entsteht. Der große Vorteil: Das Verfahren läßt sich auch in feinkörnigen Böden und sogenannten wechsellagernden Gesteinen einsetzen, bei denen die Schadstoffe aufgrund starker Bindungskräfte besonders fest sitzen, so daß alle anderen In-situ-Methoden versagen. In solchen Fällen bleibt nur noch ein kostenaufwendiger Bodenaushub übrig, was vor allem in bebauten Gebieten große Probleme nach sich zieht.

Bei dem gezielt manipulierten Schadstofftransport treten vor allem die elektrochemischen Phänomene Elektroosmose und Elektromigration auf. Die Elektromigration, also die durch Strom bewirkte Ionenwanderung in den Bodenporen, ist vor allem beim Transport von Schwermetallen von Bedeutung. Die elektroosmotischen Prozesse dagegen, also die Bewegung einer Flüssigkeit in Relation zu einer geladenen Oberfläche, ermöglichen den Austrag in der Porenlösung gelöster organischer Schadstoffmoleküle.

Erste Vorversuche mit Bodenproben vom Gelände des ehemaligen Hammerwerks in der Gemeinde Pfinztal, bei dem bis in fünf Metern Tiefe hohe Chromatkonzentrationen gemessen wurden, verliefen vielversprechend. "Innerhalb von drei Monaten konnten wir das Schadstoffpotential um 65 Prozent reduzieren", erläutert Projektbearbeiter Dr. Reiner Haus. "Nach einem halben Jahr werden die Schadstoffe komplett beseitigt sein. Es zeigte sich, daß die Sanierungsleistung mit abnehmender Korngröße zunahm.

Nach diesen positiven Ergebnissen wurde ein Testfeld mit einem Gesamtvolumen von 112 Kubikmetern und einer Bodenmasse von 190 Tonnen eingerichtet. Die Elektrodenkonstruktion besteht aus einer einseitig geöffneten Elektrodenkammer, einer Stahlelektrode, einem Filtervlies und Drainagerohren. Sie wurde in einen Baggerschlitz eingesetzt und mit Filterkies aufgefüllt. In diesem Kies sammelt sich nach der elektrischen Behandlung das mit Schadstoffen belastete Wasser. Da der Kies im Gegensatz zu Ton und Lehm großporig ist, können hier mikrobiologische Methoden wieder greifen. "Unser Ziel ist es, die elektrokinetische Methode im Hinblick auf das organische Schadstoffspektrum mit einer mikrobiologischen Reinigung zu kombinieren", beschreibt Reiner Haus die Pläne. Dadurch entfiele dann auch die Reinigung durch Aktivkohle.

Um das Verfahren auch bei unterschiedlichen Böden und Schadstoffbelastungen einsetzen zu können, haben Lehrstuhlmitarbeiterinnen und -mitarbeiter ein mathematisches Modell entwickelt, in dem der Transportvorgang beschrieben wird. Die Transportmodellierung berücksichtigt die Elektroosmose, Elektromigration, Diffusion und Konvektion im Boden unter dem Einfluß eines elektrischen Feldes. Das Modell beschreibt zudem die elektrochemischen Reaktionen an den Elektroden, chemische Reaktionen in der freien Porenlösung und Interaktionen zwischen Porenlösung und Boden. Auch Gefüge- und mineralspezifische Parameter werden berücksichtigt.

Die neu entwickelte Methode der Bodensanierung, die in Pilotprojekten in Chemnitz und Berlin erprobt wird, eignet sich besonders bei Kontaminationen mit Schwermetallen, Arsen, Chromat und bei organischen Molekülen wie Phenol, Benzol und chlorierten Kohlenwasserstoffen. Zur Sanierung von Tankstellen, die hauptsächlich mit in Phase vorliegenden Mineralölkohlenwasserstoffen belastet sind, ist es dagegen ungeeignet.

"Unsere Ergebnisse sind bei Institutionen, die sich mit der Sanierung von Altlasten beschäftigen, schon jetzt auf große Resonanz gestoßen", sagt Prof. Czurda. "Wir planen, die Methode zur Serienreife weiterzuentwickeln, damit sie auch für Sanierungsunternehmen und Genehmigungsbehörden anwendbar wird." Ein Leitfaden soll in rund zwei Jahren herausgegeben werden.