DE4221198A1 - Verfahren zur Entfernung von wasserlöslichen sorbierbaren Schadstoffen aus dem abströmenden Grundwasser in der Umgebung eines Kontaminationsherdes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von wasserlöslichen sorbierbaren Schadstoffen aus dem ab­ strömenden Grundwasser in den Sedimenten der Umgebung eines Kontaminationsherdes, der die Schadstoffe an das Grundwasser abgibt. - Sedimente steht im Rahmen der Er­ findung für alle oberflächennahen geologischen For­ mationen. Der Ausdruck Kontaminationsherd bezeichnet z. B. Deponien, aber auch Industriestandorte und ehema­ lige Industriestandorte mit kontaminierten Böden. Der Ausdruck Kontaminationsherd bezeichnet aber auch Sedi­ mente, die eingebundene Einlagerungen aufweisen, die vom Grundwasser ausgetragen werden. Die Schadstoffe können anorganischer oder organischer Natur sein. Bei den anor­ ganischen Schadstoffen kann es sich z. B. um Schwerme­ tallschadstoffe handeln, bei den organischen z. B. um Kohlenwasserstoffe. Die Tatsache, daß Kontaminationsher­ de solche Schadstoffe an das Grundwasser abgeben, stellt eine schwerwiegende Umweltbelastung dar. Um diese zu vermeiden bzw. zu beseitigen, ist es bekannt, den Konta­ minationsherd gleichsam zu kapseln, z. B. durch ein wan­ nenartiges Bauwerk zu umgeben und zu unterfangen, welches mit den Methoden des Tiefbaus oder des Bergbaus eingebracht wird.

In anderen Bereichen der Technik, z. B. bei der Reini­ gung von Abwasser oder Luft, ist es bekannt, Schadstoffe durch Filtration zu entfernen, nämlich mit Hilfe von Filtern, die Sorptionsmaterial aufweisen, aus einem Fluidstrom herauszunehmen. Sorptionsmaterial bezeichnet dabei und im Rahmen der Erfindung sowohl Adsorbentien, z. B. Aktivkohle, als auch Materialien, an denen eine Chemisorption stattfindet. Zur Entfernung von wasserlös­ lichen sorbierbaren Schadstoffen aus dem abströmenden Grundwasser in den Sedimenten der Umgebung eines Konta­ minationsherdes haben die vorstehend angesprochenen Fil­ trationsmaßnahmen nichts beigetragen. Allerdings ist es bekannt, mit Schadstoffen beladenes Grundwasser abzupum­ pen und über Sorptionsfilter zu leiten. Das stört den Grundwasserhaushalt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, welches es erlaubt, wasserlösliche sorbier­ bare Schadstoffe aus dem abströmenden Grundwasser in den Sedimenten der Umgebung eines Kontaminationsherdes auf sehr einfache Weise und sehr vollständig zu entfernen, ohne den Grundwasserhaushalt zu stören.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß die Kom­ bination der folgenden Merkmale verwirklicht:

• a) Im Weg des abströmenden Grundwassers wird ein Schlitz in die Sedimente eingebracht,
• b) der Schlitz wird mit Sorptionsmaterial verfüllt, wel­ ches auf die sorbierbaren Schadstoffe abgestimmt ist,
• c) die Schadstoffe werden in dem Sorptionsmaterial fest­ gehalten, bis das Sorptionsmaterial mit den Schad­ stoffen bis in den Bereich der Sättigung beladen ist.

Die Erfindung nutzt die Tatsache, daß Sorptionsmateri­ alien, die auf die sorbierbaren Schadstoffe abgestimmt sind, über physikalische und/oder chemische Bindungs­ kräfte bis zur Sättigung an den Sorptionsmaterialien sehr sicher festgehalten und an das Grundwasser auch dann nicht wieder abgegeben werden, wenn die Konzentra­ tion der Schadstoffe in dem abströmenden Grundwasser, aus welchen Gründen auch immer, abnimmt. Insoweit ist die Sorption bei vorgegebenen thermodynamischen Parame­ tern ein irreversibler Vorgang. Das schließt nicht aus, daß die Sorptionsmaterialien bei Verwirklichung anderer thermodynamischer Parameter wieder aufbereitet werden können, wobei die Schadstoffe abgefangen und entsorgt werden können. Die chemische und physikalische Verfah­ renstechnik kennt praktisch für alle in den Kontamina­ tionsherden der Industrie bzw. der Industriegesellschaft vorkommenden Schadstoffe geeignete Sorptionsmaterialien, auf die im Rahmen der Erfindung zurückgegriffen werden kann. Häufig kann mit Aktivkohle oder Eisenoxiden gear­ beitet werden. Es versteht sich, daß zuvor durch Probe­ nahme festgestellt werden muß, welche Schadstoffe ein zu reinigendes Grundwasser führt. Die Sorptionsmaterialien können unmittelbar oder mit Hilfe von Trägermaterialien eingesetzt werden. Es versteht sich, daß die in dem Schlitz durch Verfüllung mit dem Sorptionsmaterial ge­ bildete Schicht oder Wand durchströmbar sein muß, so daß das Grundwasser die Schicht passieren kann. Die Durch­ lässigkeit der Schicht wird zweckmäßigerweise so einge­ stellt, daß vor der Schicht eine Stauung des Grund­ wassers nicht oder nur in einer vorbestimmten, berechne­ ten Form stattfindet. Im übrigen wird die Kontaktzeit eines Volumenelementes des Grundwassers mit dem Sorp­ tionsmaterial, z. B. durch Einstellung des Porenvolumens und/oder der Dicke der Schicht so eingerichtet, daß die Schadstoffe ausreichend sicher durch Sorption festgehal­ ten werden und in dem hinter der Schicht ablaufenden Grundwasser eine störende Konzentration von Schadstoffen nicht mehr vorhanden ist.

Um zu erreichen, daß das hinter der erfindungsgemäß ein­ gebrachten Schicht aus Sorptionsmaterial ablaufende Was­ ser ausreichend schadstofffrei ist, bestehen mehrere Möglichkeiten. Z. B. kann mit Schichten ausreichender Dicke gearbeitet werden. Nach bevorzugter Ausführungs­ form der Erfindung wird mit verhältnismäßig dünnen Schlitzen und damit dünnen Schichten gearbeitet, wobei in dem Weg des abströmenden Grundwassers in Strömungs­ richtung hinter dem ersten Schlitz ein zweiter Schlitz in die Sedimente eingebracht und mit dem Sorptionsmate­ rial verfüllt wird, sobald das Sorptionsmaterial in dem ersten Schlitz bis in den Bereich der Sättigung beladen ist, - undsoweiterfort mit weiteren, mit jungfräulichem Sorptionsmaterial verfüllten Schlitzen. Das bis in den Bereich der Sättigung beladene Sorptionsmaterial kann aufgenommen sowie durch jungfräuliches Sorptionsmaterial ersetzt werden. Das aufgenommene, beladene Sorptionsma­ terial kann entsorgt oder vorschriftsmäßig aufbereitet werden. Im Rahmen der Erfindung liegt es, bei den be­ schriebenen Maßnahmen anstelle eines Schlitzes eine Gruppe von zumindest zwei Schlitzen, in Strömungsrich­ tung des Grundwassers hintereinander, einzubringen und mit Sorptionsmaterial zu verfüllen.

Um die Schlitze einzubringen und mit Sorptionsmaterial zu verfüllen, bestehen im Rahmen der Erfindung mehrere Möglichkeiten, die in der Bautechnik an sich bekannt sind. Vorzugsweise wird erfindungsgemäß der Schlitz oder werden erfindungsgemäß die Schlitze nach einem Schmal­ wandverfahren eingebracht und mit dem Sorptionsmaterial verfüllt. - Das Schmalwandverfahren ist ein bewährtes Verfahren: Es werden zunächst Stahlprofile in Form von T-Profilen oder Spundbohlen in die Sedimente von über­ tage aus eingetrieben. Sie werden danach wieder gezogen. Beim Ziehen der Stahlprofile wird das Sorptionsmaterial in den mit dem Ziehen freiwerdenden Schlitz eingepreßt. Dazu können mit den Stahlprofilen entsprechende Rohre verbunden sein, die mit den Stahlprofilen eingetrieben und mit den Stahlprofilen gezogen werden, wobei aus der Mündung das Sorptionsmaterial austritt und den mit dem Ziehen eines Stahlprofiles sich bildenden Schlitz ver­ füllt sowie die Umgebung des Schlitzes im Sediment "ver­ preßt". Eine so hergestellte Schmalwand besitzt eine Wanddicke, die zumindest der Dicke der Stahlprofile ent­ spricht oder größer ist, wenn in der Umgebung des Schlitzes die Sedimente verpreßt werden. Die Körnung des Sorptionsmaterials wird vorzugsweise auf die Korngrößen­ verteilung im umgebenden Sediment abgestimmt, so daß das Sorptionsmaterial filterstabil und durchströmbar ist.

Soll im Rahmen der Erfindung beladenes Sorptionsmaterial aufgenommen werden, so kann mit Schmalbaggern, Schlitz­ wandfräsen u. dgl. gearbeitet werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch Ein­ fachheit in bezug auf die durchzuführenden bautechni­ schen Maßnahmen und durch eine hohe Funktionssicherheit aus. Der zur Entfernung der wasserlöslichen sorbierbaren Schadstoffe aus dem ab strömenden Grundwasser erforder­ liche Aufwand ist verhältnismäßig gering.

Im folgenden wird die Erfindung durch ein Ausführungs­ beispiel erläutert:

Ein Kontaminationsherd wurde im Bereich einer ehemaligen Zinkhütte festgestellt. Im ablaufenden Grundwasser wur­ den Schadstoffe in Form von Arsen festgestellt. Es lag hauptsächlich als Arsenat oder Arsenit vor. Bei einer Untersuchung der Sedimente, die aus guartären Sanden in Form von Grobsand oder Kies bestanden, wurde festge­ stellt, daß die guartären Sande Arsen im Bereich von 30 bis 150 mg Arsen pro kg Boden (gemessen im Königswasser­ aufschluß) adsorbiert hatten. Etwa bei diesen Gehalten ist das Gleichgewicht mit den im Grundwasser gelösten Arsenverbindungen erreicht. In den Sedimenten sind je­ doch außerdem feinkörnigere Schichten festgestellt wor­ den, in denen der Arsengehalt bei gleicher Grundwasser­ konzentration bis auf über 300 mg/kg angestiegen war. Die Bestimmung der oxalat- und dithionitlöslichen Fe-, Al- und Mn-Gehalte ergab, daß gerade diese Proben im Vergleich zu den übrigen Proben durch hohe Gehalte an Fe- oder Al-Oxiden bzw. Hydroxiden ausgezeichnet waren. Sie hatten das Arsen im Sinne einer Chemisorption bis zur Sättigung gebunden. Entsprechend arbeiten im Rahmen der Erfindung die Sorptionsmaterialien als "Filter" in dem erfindungsgemäß eingebrachten und orientierten Schlitz.

Es versteht sich, daß im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens regelmäßig die Beladung des Sorptionsmate­ rials meßtechnisch überwacht wird, sei es durch geeigne­ te Messungen im eingebrachten Sorptionsmaterial, sei es durch Messungen im ablaufenden Grundwasser hinter dem eingebrachten Sorptionsmaterial.

Claims (5)

1. Verfahren zur Entfernung von wasserlöslichen sorbier­ baren Schadstoffen aus dem abströmenden Grundwasser in den Sedimenten der Umgebung eines Kontaminationsherdes, der die Schadstoffe an das Grundwasser abgibt, wobei die Kombination der folgenden Merkmale verwirklicht wird,

• a) im Wege des abströmenden Grundwassers wird ein Schlitz in die Sedimente eingebracht,
• b) der Schlitz wird mit Sorptionsmaterial verfüllt, wel­ ches auf die sorbierbaren Schadstoffe abgestimmt ist,
• c) die Schadstoffe werden in dem Sorptionsmaterial fest­ gehalten, bis das Sorptionsmaterial mit den Schad­ stoffen bis in den Bereich der Sättigung beladen ist.

2. Verfahren nach Anspruch l, wobei in dem Weg des ab­ strömenden Grundwassers in Strömungsrichtung hinter dem ersten Schlitz ein zweiter Schlitz in die Sedimente und mit dem Sorptionsmaterial verfüllt wird, sobald das Sorptionsmaterial in dem ersten Schlitz bis in den Be­ reich der Sättigung beladen ist, - undsoweiterfort mit weiteren, mit jungfräulichem Sorptionsmaterial ver­ füllten Schlitzen.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das bis in den Bereich der Sättigung beladene Sorptions­ material aufgenommen sowie durch jungfräuliches Sorp­ tionsmaterial ersetzt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei anstelle eines Schlitzes eine Gruppe von zumindest zwei Schlitzen, in Strömungsrichtung des Grundwassers hinter­ einander, eingebracht und mit dem Sorptionsmaterial ver­ füllt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Schlitz bzw. die Schlitze nach einem Schmalwandverfahren eingebracht und mit dem Sorptionsmaterial verfüllt werden.