CH696639A5 - Permeable reaktive Barriere zur Reinigung von Grundwasser. - Google Patents

Description

  Technisches Gebiet

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine permeable reaktive Barriere (PRB) für die Entfernung unerwünschter Stoffe aus Grundwasser in einem grundwasserführenden Untergrund. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung einer solchen permeablen reaktiven Barriere sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung.

Stand der Technik/Hintergrund der Erfindung

[0002] Die Sanierung und Sicherung von grundwassergefährdenden Belastungen im Untergrund stellen eine zentrale Aufgabe der Umwelttechnik dar. Hierzu gibt es eine Reihe von Verfahren, die bis hin zu einer vollständigen Entfernung (Aushub) und anschliessenden Reinigung oder Deponierung eines kontaminierten Untergrunds reichen. Ein grosser Teil dieser Verfahren ist sehr kostenaufwändig.

   Es wird daher seit längerem nach kostengünstigeren Verfahren gesucht.

[0003] Ein Ansatz, der seit einigen Jahren verfolgt wird, ist das Prinzip der permeablen reaktiven Barrieren. Unter einer permeablen reaktiven Barriere versteht man eine Struktur, die von Grundwasser durchströmt werden kann und hierbei im Grundwasser unerwünschte Stoffe bindet oder z.B. durch chemische Reaktionen verändert.

[0004] Man unterscheidet hierbei insbesondere einfache sogenannte durchströmte reaktive Wände und sogenannte Funnel-and-Gate-Systeme. Bei einer einfachen durchströmten reaktiven Wand wird in den mit unerwünschten Stoffen kontaminierten Grundwasserstrom eine wandartige Struktur eingebracht, die vom Grundwasser durchströmt wird. Hierzu besitzt die wandartige Struktur eine entsprechend hohe Porosität.

   In der wandartigen Struktur ist eine Komponente enthalten, die mit einem oder mehreren der unerwünschten Stoffe reagiert oder diese bindet. Je nach dem zu entfernenden unerwünschten Stoff sind hier eine ganze Reihe von Komponenten bekannt, so z.B. Aktivkohle oder Zeolithe, die unerwünschte Stoffe durch Sorption binden, oder Reduktionsmittel wie elementares oder zweiwertiges Eisen, welche mit unerwünschten Stoffen eine Redox-Reaktion ausführen usw. Um zu vermeiden, dass sich die Strömungsverhältnisse im Grundwasserstrom signifikant verändern, was zu einer Verlagerung des Grundwasserstromes führen kann, muss eine hohe Durchlässigkeit der Wand gewährleistet sein. Da die Wände oft über einen längeren Zeitraum im Untergrund verbleiben (typischerweise einige Jahre bis Jahrzehnte), muss die hohe Durchlässigkeit über einen solch langen Zeitraum bestehen bleiben.

   Die Herstellung einer solchen reaktiven Wand ist technisch aufwändig und damit kostenintensiv, insbesondere wenn die Wand grosse Tiefen erreichen muss. Weiterhin werden grosse Mengen an reaktivem Material für die Wand benötigt. Dieses kann in Abhängigkeit vom eingesetzten Material sehr teuer sein.

[0005] Bei einem Funnel-and-Gate-System wird das Grundwasser zuerst durch seitliche, im Wesentlichen undurchlässige Wände gefasst und auf ein reaktives Tor zugeleitet. Hierdurch kann die Menge an benötigtem reaktiven Material reduziert werden, was die mit der Herstellung verbundenen Kosten reduziert. Allerdings wird durch ein Funnel-and-Gate-System die Grundwasserströmung beeinflusst, was häufig nicht erwünscht ist. Zudem sollten aus hydraulischen Gründen Funnel-and-Gate-Systeme in einen Aquitard eingebunden sein.

   Bei tiefer Lage des Aquitards ist die Herstellung des Funnel-and-Gate-Systems schwierig und kostenaufwändig.

Darstellung der Erfindung

[0006] Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine permeable reaktive Barriere zu schaffen, die mit geringerem Aufwand hergestellt werden kann und die geringere Mengen reaktiven Materials benötigt.

[0007] Diese Aufgabe wird durch eine permeable reaktive Barriere gemäss Anspruch 1 gelöst.

[0008] Durch das Bereitstellen einer Mehrzahl einzelner Pfähle wird eine einfache Herstellungsweise, ein geringerer Materialeinsatz und eine hohe Flexibilität erreicht.

[0009] Zudem umfasst die Erfindung die Verwendung solcher Barrieren zur Entfernung unerwünschter Stoffe aus dem Grundwasser.

[0010] Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein kostengünstiges Verfahren zur Herstellung einer solchen permeablen Barriere anzugeben.

   Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäss Anspruch 12 gelöst.

[0011] Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen genannt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0012] Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert, in denen
<tb>Fig. 1<sep>einen stark schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemässe permeable Barriere darstellt;


  <tb>Fig. 2<sep>einen stark schematischen Grundriss einer erfindungsgemässen permeablen Barriere darstellt;


  <tb>Fig. 3<sep>einen stark schematischen Grundriss einer zweiten erfindungsgemässen permeablen Barriere darstellt; und


  <tb>Fig. 4<sep>einen stark schematischen Grundriss einer dritten erfindungsgemässen permeablen Barriere darstellt;

 Ausführliche Beschreibung der Erfindung

[0013] Die Fig. 1 illustriert in stark schematisierter Form das Prinzip und den Aufbau einer permeablen Barriere zur Entfernung von sechswertigem Chrom (Cr-VI, Chrom der Oxidationsstufe +6) aus dem Grundwasser. Unterhalb der Geländeoberkante 1 befinden sich verschiedene Untergrundschichten 2, 3, deren Grenzen in der Fig. 1 durch gestrichelte Linien angedeutet sind. Die obere Schicht 2 ist wasserungesättigt, während die Schicht 3 einen Grundwasserstrom 4 führt. Dieser Strom befindet sich beispielsweise in einem Tiefenbereich von etwa 15. Meter bis etwa 40 Meter. Das Grundwasser fliesst im Untergrund in der durch die Pfeile angedeuteten Richtung.

   In der oberen Untergrundschicht 2 befindet sich ein Bereich 5, in dem Cr-VI-haltige Schadstoffe vorhanden sind, insbesondere Chromat-Anionen (CrO4<2->) und Hydrogenchromat-Anionen (HCrO4<->). Diese können durch industrielle Aktivitäten oberhalb des Bereichs 5 in den Untergrund gelangt sein, z.B. durch holzimprägnierende oder lederverarbeitende Betriebe. Am unteren Ende des Bereichs 5 werden in der Umgebung der Grenze zwischen der nicht wasserführenden Schicht 2 und der wasserführenden Schicht 3 die Schadstoffe vom Grundwasser mitgenommen und transportiert. Hierdurch bildet sich eine Schadstofffahne 6, 6 ¾ aus, deren Ausdehnung quer zur Strömungsrichtung des Grundwassers, sowohl horizontal als auch vertikal in die Tiefe, durch Dispersion der Schadstoffe im Wasser mit zunehmendem Abstand von der Schadstoffquelle (d.h. dem Bereich 5) zunimmt.

   Das Mass der Kontamination kann mit Grundwassermessstellen (Kontrollbrunnen) 7, 7 ¾ festgestellt werden. In der Nähe der Schadstoffquelle kann die Schadstoffkonzentration z.B. im Bereich von rund 1 Milligramm/Liter liegen, während der Zielwert, der durch die Reinigung erreicht werden soll, z.B. bei 0,01 Milligramm/Liter liegen kann.

[0014] Um die Verbreitung der Schadstoffe durch das Grundwasser zu vermeiden, befindet sich in geringem Abstand zum Bereich 5 eine permeable Barriere. Diese umfasst eine Anordnung von einzelnen, voneinander beabstandeten vertikalen Pfählen 8, die sich in den Untergrund hinein erstrecken, hier z.B. bis in eine Tiefe von ca. 25 Meter. Die Pfähle bestehen in der vorliegenden Ausführungsform in einem unteren Abschnitt 10 aus einem Schüttgut, z.B. Kies, welchem Eisenspäne beigemischt sind.

   Das Schüttgut wird vom umgebenden Untergrundmaterial begrenzt, d.h. in der vorliegenden Ausführungsform ist keine weitere Umhüllung des Schüttguts vorhanden. In einem oberen Bereich 9 bestehen die Pfähle 8 aus einem passiven Schüttgut, z.B. Erdaushub.

[0015] Die Eisenspäne im Bereich 10 bestehen anfangs im Wesentlichen aus elementarem, metallischem Eisen, d.h., Eisen der Oxidationsstufe Null, gegebenenfalls auch aus einem gewissen Anteil Rost, welcher zweiwertiges Eisen (Fe-II, Eisen der Oxidationsstufe +2) und dreiwertiges Eisen (Fe-III) enthält. Diese Pfähle sind zu einem gewissen Grad wasserdurchlässig, bevorzugt stärker wasserdurchlässig als der umgebende Untergrund, wodurch die Eisenspäne mit dem Grundwasser in Kontakt kommen.

   Dadurch kann einerseits schon vorhandenes Fe-II aus den Eisenspänen herausgelöst werden, andererseits reagiert das elementare Eisen z.B. mit Sauerstoff, der im Grundwasser gelöst ist, zu weiterem Fe-II. Somit werden Fe-II-Ionen im Wasser gelöst und von diesem in einen Bereich stromabwärts von den Pfählen transportiert. Gleichzeitig verteilen sich diese Ionen auch quer zur Strömungsrichtung, und zwar sowohl horizontal als auch vertikal, z.B. durch Dispersionsprozesse. Auf diese Weise bildet sich im Bereich zwischen den Pfählen, vor allem aber stromabwärts von den Pfählen, eine zusammenhängende Region, in der das Grundwasser Fe-II-haltig ist und die man als eine Reduktions-"Wolke" bezeichnen kann.

   Beim Zusammentreffen von Fe-II-Ionen mit Cr-VI-haltigen Ionen findet eine Redox-Reaktion statt, bei der Fe-II zu Fe-III oxidiert wird und gleichzeitig Cr-VI zu Cr-III reduziert wird. Das Cr-III liegt dann z.B. als unschädliches Cr<3+>-Ion im Grundwasser vor oder fällt als unlösliche Verbindung aus (z.B. als Chrom-III-Hydroxid, Eisen-/Chrom-III-Mischhydroxid etc.). Dadurch ist die Cr-VI-Konzentration im stromabwärts von der Barriere gelegenen Bereich 6 ¾ der Schadstofffahne gegenüber dem Bereich 6 stark verringert, im Idealfall auf ein unschädliches Mass.

[0016] Eine mögliche Anordnung der Pfähle im Untergrund ist in der Fig. 2, wiederum stark schematisch, illustriert. Die Pfähle 8 sind hier in regelmässigen Abständen quer zur Fliessrichtung des Grundwasserstromes 4 angeordnet.

   Teile des Grundwasserstroms durchströmen dabei die Pfähle, andere Teile durchströmen den Bereich zwischen den Pfählen. In dem nur stark schematisch angedeuteten Bereich 11 werden, wie oben beschrieben, Fe-II-Ionen vom Grundwasserstrom verteilt. Dieser Bereich bildet die oben erwähnte zusammenhängende Reduktions-"Wolke". Auf diese Weise wird eine effiziente Entfernung der unerwünschten Stoffe erreicht. Dies ist, in allgemeinerer Form ausgedrückt, deshalb möglich, weil in den Pfählen ein Mittel (hier elementares Eisen der Oxidationsstufe Null und Eisen in der Form Fe-II und Fe-III) enthalten ist, welches geeignet ist, bei Kontakt mit dem Grundwasser eine reaktive Komponente (hier Fe-II) abzugeben. Diese reaktive Komponente ist geeignet, sich im Untergrund auszubreiten, indem sie vom Grundwasser verteilt wird.

   Die so gebildete zusammenhängende "Wolke" übernimmt die Aufgabe der herkömmlichen, durchgehenden reaktiven Wand: Die reaktive Komponente (hier Fe-II) in der Wolke ist in der Lage, mit dem unerwünschten Stoff (hier Cr-VI) zu reagieren und diesen damit effizient aus dem Grundwasser zu entfernen.

[0017] Es leuchtet ein, dass dieses Prinzip nicht auf die hier geschilderte Konstellation (Cr-VI als unerwünschter Stoff, Fe-II als reaktive Komponente) beschränkt ist. Es genügt, dass ein Mittel in den Pfählen überhaupt eine geeignete reaktive Komponente zur Reaktion mit dem Schadstoff abgeben kann.

   So lässt sich eine erfindungsgemässe permeable reaktive Barriere, welche Fe-II abgibt, auch zur Entfernung oder Umwandlung von anderen redox-sensitiven Verunreinigungen einsetzen, insbesondere von Uran-, Arsen- oder Antimon-haltigen Ionen, von Kohlenwasserstoffen, Ölen, halogenierten Kohlenwasserstoffen (v.a. Chlor- und Fluor-Kohlenwasserstoffen), oder nicht substituierten oder substituierten, insbesondere halogenierten, Benzolen, Toluolen oder Xylolen. Neben Fe-II können auch andere reduzierende Komponenten, die umweltverträglich sind, eingesetzt werden. Statt einer reduzierenden reaktiven Komponente kann auch eine oxidierende reaktive Komponente von den Pfählen abgegeben werden. Durch eine solche Komponente können Schadstoffe wie Ammonium oder Nitrit zu weniger schädlichen Stoffen wie Nitrat aufoxidiert werden.

   Auch sind von den Pfählen abgegebene reaktive Komponenten einsetzbar, die nicht zu einer Redox-Reaktion mit dem unerwünschten Stoff führen, sondern zu anderen Arten von chemischen Reaktionen. Hier sind insbesondere Fällungsreaktionen eingeschlossen, bei denen ein im Grundwasser gelöster unerwünschter Stoff so mit einer von den Pfählen abgegebenen Komponente reagiert oder mit dieser assoziiert, dass ein unlösliches Produkt entsteht, welches im Untergrund zurückgehalten wird (Immobilisierung des unerwünschten Stoffes). Solche Komponenten umfassen z.B. Phosphatverbindungen.

   Falls der unerwünschte Stoff bei seiner Immobilisierung nicht gleichzeitig chemisch verändert wird, so dass er unschädlich wird, kann er zu einem späteren Zeitpunkt durch andere Massnahmen wie Ausbaggern oder Abpumpen etc. endgültig aus dem Untergrund entfernt werden.

[0018] Weiterhin ist die Erfindung nicht auf das Einbringen von einem festen Mittel, das eine reaktive Komponente abgibt, beschränkt. So ist es auch möglich, den Pfählen kontinuierlich ein flüssiges oder gasförmiges reaktives Mittel zuzuführen, welches sich dann im Grundwasser verteilt. Geeignete Mittel können z.B. eine Eisen-II-sulfid-Lösung, eine Natriumhypo(di) sulfit (Na2S2O4)-Lösung, Schwefelwasserstoff (H2S), Wasserstoff, Sauerstoff, Ozon oder Luft sein.

   Hierzu können die Pfähle insbesondere als Hohlrohre ausgebildet sein, welche in einem Abschnitt, der vom Grundwasser umströmt wird, seitliche Öffnungen aufweisen, durch die das flüssige oder gasförmige Mittel in den Untergrund und damit in den Grundwasserstrom abgegeben wird. In diesem Falle ist es vorteilhaft, wenn die permeable Barriere weiterhin eine Vorrichtung zur Zuführung des flüssigen oder gasförmigen Mittels in die Pfähle umfasst. Hierzu können z.B. im Innern des Hohlrohrs ein oder mehrere Leitungen, Schläuche etc. angebracht werden.

   Oberhalb der Erdoberfläche oder oberflächennah im Untergrund kann des Weiteren ein Versorgungstank vorhanden sein, der das flüssige oder gasförmige Mittel zur Verfügung stellt, um dieses den Pfählen zuzuführen, sowie eine Einrichtung, die die Zuführung des Mittels zu den Pfählen so steuert, dass eine gleichmässige Abgabe des Mittels in den Grundwasserstrom gewährleistet wird.

[0019] So liegt eine weitere wichtige Anwendung z.B. in einem Verfahren zur Immobilisierung von im Grundwasser mitgeführtem Quecksilber und dessen Ionen. Hierzu wird eine erfindungsgemässe Barriere verwendet, wobei von den Pfählen bevorzugt Schwefelwasserstoff (H2S) abgegeben wird. Schwefelwasserstoff reagiert mit Quecksilber oder dessen Ionen, insbesondere mit Hg<2+>, zu Quecksilbersulfid (HgS). Quecksilbersulfid ist wasserunlöslich und fällt daher aus, z.B. in Form von Zinnober.

   Auf diese Weise werden Quecksilber bzw. seine Ionen aus dem Grundwasser entfernt.

[0020] Weiterhin können die Pfähle dazu ausgebildet sein, als Mittel, welches geeignet ist, einen unerwünschten Stoff aus dem Grundwasser zu entfernen, elektrischen Strom oder elektromagnetische Wellen abzugeben. Hierzu können die Pfähle Elektroden umfassen. Beim Anlegen einer Spannung wandern die im Grundwasser mitgeführten Ionen in Richtung der Elektroden und können dort unmittelbar elektrochemisch reduziert werden.

   Die angelegten Spannungen können z.B. im Bereich von etwa 50 bis etwa 150 Volt liegen.

[0021] Die Elektroden können in anderen Anwendungen auch dazu ausgewählt sein, beim Fliessen eines elektrischen Stroms Ionen abzugeben, die wiederum in der Lage sind, Reaktionen mit bestimmten Stoffen im Grundwasser einzugehen.

[0022] Entsprechend den verschiedenartigen Anwendungen kann das Material, aus dem die Pfähle gebildet sind, variieren. Die Wahl des Materials hängt unter anderem von der Konstellation von reaktiver Komponente und zu entfernendem Stoff ab. In vielen Fällen, v.a. bei Pfählen, die wie im Beispiel der Fig. 1 in relativ geringem Abstand angeordnet sind, ist eine hohe Permeabilität der Pfähle wichtig, insbesondere eine Permeabilität, die höher ist als diejenige des umgebenden Untergrundmaterials.

   Hierdurch wird vermieden, dass die Strömungsverhältnisse im Grundwasserstrom von der permeablen Barriere negativ beeinflusst werden, was bis hin zu einer Verlagerung des Grundwasserstroms führen könnte. In diesem Fall enthalten die Pfähle bevorzugt einen Abschnitt aus einem losen Schüttgut, z.B. auf der Basis von Kies, gegebenenfalls mit geeigneten Beimischungen, bevorzugt ohne äussere Wand, so dass das Schüttgut allein vom umgebenden Untergrund begrenzt wird. Andere hoch permeable Materialien sind denkbar, z.B. Aktivkohle, Koks, Phosphate, Carbonate oder kalkhaltige Mineralien, wobei diese gleichzeitig auch als aktive Mittel zur Entfernung eines unerwünschten Stoffes dienen können. Andere Abschnitte, die nicht vom Grundwasser durchströmt sind, insbesondere der oberste Abschnitt, können dagegen weniger durchlässig sein und z.B. aus Erdaushub bestehen.

   Speziell im Falle einer Barriere, die Fe-II als reaktive Komponente abgibt, ist es auch möglich, statt Eisenspänen z.B. ein durchlässiges Eisengeflecht einzusetzen, insbesondere in Form eines äusseren Zylindermantels, der ein passives oder aktives Schüttgut umgibt.

[0023] Im Falle einer Anordnung, bei der der Pfahlabstand gross gegenüber dem Pfahldurchmesser ist, ist die Permeabilität selbst im Bereich des Grundwasserstroms weniger kritisch. Solche grossen relativen Abstände können sich insbesondere dann ergeben, wenn den Pfählen von oberhalb der Erdoberfläche ein flüssiges oder gasförmiges Mittel zur Entfernung des unerwünschten Stoffes aus dem Grundwasser zugeführt wird, wodurch der Pfahldurchmesser gering gehalten werden kann.

   So sind sehr schlanke, dafür praktisch wasserundurchlässige Pfähle möglich, wie die oben erwähnten Hohlrohre.

[0024] Der Durchmesser der Pfähle sowie deren Abstand voneinander kann abhängig von der Konstellation aus unerwünschtem Stoff und Mittel zur Entfernung des unerwünschten Stoffes angepasst werden. Die Wahl dieser Grössen wird einerseits von der Fertigungstechnik der Pfähle bestimmt, andererseits vom Erfordernis, dass eine effiziente Entfernung des unerwünschten Stoffs aus dem Grundwasser resultiert. Speziell für die oben beschriebene Konstellation mit Cr-VI als unerwünschtem Stoff und FeII als Komponente zur Entfernung ist z.B. eine sinnvolle Anordnung durch Pfähle mit einem Durchmesser von etwa 1,0 bis 1,5 Meter und in einem Abstand von etwa 2,0 bis 3,0 Meter (Zentrum zu Zentrum) gegeben.

   Der optimale Durchmesser und Abstand kann insbesondere durch Versuchsmessungen oder numerische Modellierung ermittelt werden und hängt von den Strömungsverhältnissen im Grundwasserstrom, dem umgebenden Untergrundmaterial, der Konzentration des unerwünschten Stoffs, der Reaktivität der reaktiven Komponente mit dem unerwünschten Stoff und anderen Grössen ab. Ganz allgemein ist eine untere Grenze für einen sinnvollen Abstand durch die Konstruktionsweise der Pfähle gegeben, auf die unten näher eingegangen wird. Diese untere Grenze für das Verhältnis von Zentrumsabstand zu Durchmesser der Pfähle kann je nach Herstellungsweise nahe bei 1,0 liegen, bevorzugt ist das Verhältnis grösser als 1,1, aus ökonomischen Gründen wird ein Verhältnis von mehr als 1,5 angestrebt.

   Die obere Grenze wird dadurch bestimmt, dass sich die reaktive Komponente quer zur Strömungsrichtung noch genügend ausbreitet, um über die ganze Breite der Barriere eine effiziente Entfernung der Schadstoffe zu bewirken. Im Allgemeinen wird das Verhältnis von Zentrumsabstand zu Durchmesser der Pfähle häufig daher kleiner als etwa 10 sein, je nach Anwendung auch kleiner als etwa 5 oder sogar kleiner als 2. Andererseits kann dieses Verhältnis insbesondere im Falle von Pfählen zum Einbringen eines flüssigen oder gasförmigen Mittels zur Entfernung des unerwünschten Stoffes, z.B. in Form von dünnen Hohlrohren, sehr gross werden, so z.B. grösser als 10 oder sogar 20.

[0025] Im Vergleich zu einer durchgängigen durchströmten Wand ist der Materialaufwand bei einer aufgelösten Pfahlreihe deutlich reduziert. Dadurch werden auch die Kosten signifikant verringert.

   Eine weitere Kostenreduktion ergibt sich durch die vereinfachte Herstellung einer Pfahlreihe im Vergleich zu einer durchgehenden Wand, wie unten näher ausgeführt wird.

[0026] Anstelle einer einzelnen Pfahlreihe kann auch eine Anordnung von Pfählen in zwei, drei oder mehr Reihen vorgesehen werden, die bevorzugt gegeneinander versetzt sind. Eine zweireihige versetzte Anordnung ist z.B. schematisch in der Fig. 3 illustriert. Auf diese Weise durchströmen diejenigen Teile des Grundwasserstroms 4, die zwischen den Pfählen 8 der in Fliessrichtung ersten Reihe hindurchströmen, die Pfähle wenigstens einer weiteren (z.B. der zweiten) Reihe. So kann sichergestellt werden, dass jeder Teil des Grundwasserstroms wenigstens einen Pfahl 8 durchströmt.

   Auf diese Weise kann eine effiziente Entfernung des unerwünschten Stoffes selbst dann erfolgen, wenn das in den Pfählen enthaltene Mittel keine reaktive Komponente abgibt, die sich im Untergrund verteilt. Insbesondere ermöglicht die Anordnung mehrerer versetzter Pfahlreihen den Einsatz von Mitteln, die den unerwünschten Stoff lediglich binden, ohne ihn chemisch zu verändern, insbesondere durch Adsorption an einer Oberfläche. Solche Mittel umfassen z.B. Aktivkohle, Zeolithe oder Phosphate.

[0027] Das Bereitstellen mehrerer Pfahlreihen kann aber selbst dann sinnvoll sein, wenn die Pfähle eine reaktive Komponente in den umgebenden Untergrund abgeben, wie z.B. im oben dargelegten Falle von Fe-II.

   So kann in der Fliessrichtung des Grundwasserstroms ein grösserer Bereich mit der reaktiven Komponente bzw. eine höhere Konzentration derselben erzeugt werden, wodurch die Wahrscheinlichkeit zunimmt, dass der unerwünschten Stoff tatsächlich mit der reaktiven Komponente reagiert, zunimmt. Eine zweite Reihe kann auch allein in einem besonders kritischen Teilbereich des Grundwasserstroms vorhanden sein.

[0028] Ein besonderer Vorteil des Vorhandenseins von einzelnen Pfählen liegt darin, dass diese sehr flexibel angeordnet werden können. Eine weitere Anordnung der Pfähle ist z.B. in der Fig. 4 illustriert. Hier bildet eine erste Pfahlreihe einen geschwungenen Bogen, der den Grundwasserstrom 4 auch seitlich einfasst. In Fliessrichtung ist zur Verstärkung der Reinigungswirkung eine zweite Pfahlreihe versetzt angeordnet.

   Eine solche Anordnung kann sehr nahe an der Quelle eines unerwünschten Stoffes angeordnet werden, wodurch wenig Material verbraucht wird, oder bei veränderlicher Strömungsrichtung des Grundwassers. Umgekehrt lassen sich so auch Zonen in einem durch Schadstoffe verunreinigten Grundwasserstrom bilden, in denen die Schadstoffe entfernt werden und das Grundwasser zum Gebrauch entnommen werden kann. Auf diese Weise lassen sich z.B. Wasserfassungen prophylaktisch mit einer permeablen Barriere zum Schutz vor Verunreinigung mit Schadstoffen abschirmen.

[0029] Die Herstellung einer erfindungsgemässen permeablen Barriere erfolgt bevorzugt nach dem folgenden Verfahren. Zunächst wird ein Rohr, bevorzugt ein Stahlmantelrohr, ein Stück weit in den Untergrund eingetrieben, z.B. 1 bis 2 Meter. Die hierzu nötigen Schritte sind aus der Geotechnik geläufig.

   Insbesondere kann das Eintreiben durch eine geeignete Druck- und Hubpresse sowie eine Drehpresse erfolgen. Danach wird durch ein geeignetes Verfahren, wie es wiederum aus der Geotechnik geläufig ist, das im Rohr befindliche Untergrundmaterial entfernt, z.B. durch einen Greifer oder Schneckenbohrer. Diese beiden Schritte werden unter Umständen mehrfach wiederholt, bis die erforderliche Tiefe erreicht ist. Sodann wird in das Rohr ein Schüttgut eingebracht. Das Einbringen des Schüttguts kann z.B. mit einem sich in das äussere Rohr hinein erstreckenden Schüttrohr erfolgen. Das Einbringen des Schüttguts kann abschnittweise geschehen, wobei verschiedene Abschnitte mit verschiedenen Schüttgutzusammensetzungen gefüllt werden können. Dabei kann, sofern dies nötig ist, das Schüttgut mit geläufigen Verfahren verdichtet werden.

   Dies wird allerdings häufig nicht nötig oder sogar unerwünscht sein, da das Schüttgut zumindest in gewissen Abschnitten eine hohe Wasserdurchlässigkeit aufweisen soll. Zumindest ein Abschnitt enthält ein Mittel, welches geeignet ist, den unerwünschten Stoff aus dem Grundwasser zu entfernen. Gegebenenfalls werden weitere Abschnitte mit einem inaktiven Schüttgut gefüllt. Schliesslich wird das äussere Rohr aus dem Untergrund entfernt, was wiederum mit geläufigen Verfahren erfolgen kann. Hierdurch wird im Untergrund ein Pfahl erzeugt, der aus dem Schüttgut, gegebenenfalls aus mehreren verschiedenen Schüttgutabschnitten besteht. Dasselbe Verfahren kann eingesetzt werden, um weitere Pfähle zu erzeugen.

[0030] Dieses Herstellverfahren einer permeablen Barriere weist eine Reihe von Vorteilen gegenüber der Herstellung einer herkömmlichen durchströmten Wand auf.

   So können sehr grosse Tiefen, z.B. ohne weiteres mehr als 40 m, erreicht werden, was bei der Herstellung von herkömmlichen Wänden sehr schwierig ist. Weiterhin wird bei der Herstellung keine weitere Stabilisierung des umgebenden Untergrunds benötigt, während bei der Herstellung von herkömmlichen Dichtwänden häufig Spundwände eingezogen werden müssen (die heute praktisch nur bis zu Tiefen von rund 20 m erstellt werden können) oder eine Stabilisierung z.B. durch Bentonitsuspensionen nötig ist. Zudem wird beim vorliegenden Verfahren der Grundwasserstrom auch während der Herstellung der Barriere nur minimal beeinflusst, da zu einem gegebenen Zeitpunkt nur ein minimaler Querschnitt des Stromes durch das zeitweilig eingetriebene Rohr behindert wird. Auch die Belastung der Anwohner durch die Baumassnahmen ist beim vorliegenden Verfahren vergleichsweise gering.

Claims (12)

1. Permeable reaktive Barriere für die Entfernung eines unerwünschten Stoffs aus Grundwasser (4) in einem grundwasserführenden Untergrund (3), dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Mehrzahl von Pfählen (8) umfasst, die ein Mittel enthalten, welches geeignet ist, den unerwünschten Stoff zumindest teilweise aus dem Grundwasser (4) zu entfernen, oder die dazu ausgebildet sind, ein solches Mittel abzugeben.

2. Permeable reaktive Barriere gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel, das geeignet ist, den unerwünschten Stoff aus dem Grundwasser (4) zu entfernen, eine Komponente enthält, die geeignet ist, sich in dem grundwasserführenden Untergrund (3) auszubreiten und mit dem unerwünschten Stoff zu reagieren, oder in Kontakt mit Grundwasser (4) eine solche Komponente abgibt.

3. Permeable reaktive Barriere gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pfähle Eisen in der Oxidationsstufe Null und/oder +2 enthalten.

4. Permeable reaktive Barriere gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel, das geeignet ist, den unerwünschten Stoff aus dem Grundwasser (4) zu entfernen, geeignet ist, den unerwünschten Stoff durch Adsorption zu binden.

5. Permeable reaktive Barriere gemäss einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Pfähle (8) ein Schüttgut enthalten, welches allein von dem die Pfähle (8) umgebenden Untergrund (2, 3) begrenzt wird.

6. Permeable reaktive Barriere gemäss einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel, welches geeignet ist, den unerwünschten Stoff aus dem Grundwasser (4) zu entfernen, im Wesentlichen ausschliesslich in einem vorbestimmten Abschnitt (10) jedes Pfahls (8) vorhanden ist.

7. Permeable reaktive Barriere gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pfähle (8) dazu ausgebildet sind, ein flüssiges oder gasförmiges Mittel in das Grundwasser (4) abzugeben, und dass die permeable Barriere weiterhin eine Vorrichtung zur Zuführung des flüssigen oder gasförmigen Mittels in die Pfähle (8) umfasst.

8. Permeable reaktive Barriere gemäss einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Pfähle (8) in einer oder mehreren Reihen angeordnet sind, die sich im Wesentlichen quer zu einer Strömungsrichtung des Grundwassers (4) erstrecken.

9. Verwendung einer permeablen reaktiven Barriere gemäss einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Entfernung unerwünschter Stoffe aus dem Grundwasser (4).

10. Verwendung einer permeablen reaktiven Barriere gemäss Anspruch 3 zur Entfernung von Ionen, welche Chrom in der Oxidationsstufe +6 enthalten, aus dem Grundwasser (4).

11. Verwendung einer permeablen reaktiven Barriere gemäss Anspruch 7 zur Entfernung von Quecksilber und seinen Ionen aus dem Grundwasser (4), indem die Pfähle (8) Schwefelwasserstoff abgeben.

12. Verfahren zur Herstellung eines Pfahles einer permeablen reaktiven Barriere gemäss einem der Ansprüche 1 bis 8, umfassend die Schritte: - Niederbringen eines Rohres in den Untergrund; - Entfernen des innerhalb des Rohres befindlichen Untergrunds; - Füllen wenigstens eines Abschnitts des Rohres mit einem Material, welches ein Mittel enthält, welches geeignet ist, den unerwünschten Stoff zumindest teilweise aus dem Grundwasser zu entfernen; - gegebenenfalls Füllen weiterer Abschnitte des Rohres mit einem inaktiven Material; - Entfernen des Rohres aus dem Untergrund.