Altlastensanierung

Matthias Eiswirth, Karlsruhe

Altlastensanierung ist allgemein die Durchführung von administrativen und technischen Maßnahmen, durch die sichergestellt wird, daß von der Altlast nach der Sanierung keine Gefahren für Leben und Gesundheit des Menschen sowie keine Gefährdungen für die belebte und unbelebte Umwelt im Zusammenhang mit der vorhandenen oder geplanten Nutzung des Standortes ausgehen. Neben der Abwehr akuter Gefahren geht es v.a. auch um den nachhaltigen Schutz von Mensch und Umwelt. Eine Sanierung ist nur dann nicht notwendig, wenn sich vorhandene Kontaminationen nicht nachteilig auswirken und auch künftig Ausbreitungen und Auswirkungen nicht zu befürchten sind. Die weitestgehende Forderung aus ökologischer Sicht ist die Wiederherstellung des natürlichen Zustands am Altablagerungsplatz oder am Altstandort zum Zeitpunkt vor der beanstandeten Kontamination. Eine solche Wiederherstellung des ursprünglichen Zustands der Umweltmedien Boden und Wasser am Altablagerungsplatz oder Altstandort stößt aus naturwissenhaftlichen, technischen und ökonomischen Gründen an Grenzen. Der Begriff Sanierung der Altlast kann i.d.R. nicht im Sinne einer völligen und tätlich unbegrenzt wirksamen Genesung oder Gesundung verwendet werden. Die mit der Altlastensanierung festzulegenden Sanierungsziele müssen in ein planerisches Gesamtkonzept eingebunden werden, das auf den vorliegenden Planungsraum mit seinen Nutzungen abgestimmt ist. In der Systematik der Maßnahmen zur Abwehr und Beherrschung von Umweltauswirkungen aus Altlasten ( Abb. 1 ) werden die zur Unterbrechung der Kontaminationswege und die quellenorientierten Maßnahmen zur Dekontamination zusammenfassend als Altlastensanierung bezeichnet. Neben dieser Betrachtungsweise wird v.a. aus ökologischer Sicht die Altlastensanierung i.e.S. nur mit der Dekontamination von Altlasten, insbesondere mit dem Wiederherstellen der ökologischen Funktionen in Abhängigkeit von der Nutzung des Bodens und der Gewässer, in Verbindung gebracht. Danach ist eine Sanierung von einer Sicherung zu unterscheiden. In diesem Zusammenhang wird für die Sicherung auch der Begriff der vorübergehenden Sanierung und für die Dekontamination der Begriff der endgültigen Sanierung verwendet. Zur Altlastensanierung gehört auch die Umlagerung. Die Umlagerung mit Aushub des Kontaminationskörpers und anschließendem Transport des unbehandelten Materials auf eine Deponie stellt unter dem Gesichtspunkt des Umweltschutzes eine Problemverlagerung in Raum und Zeit dar. Hierdurch ist nur der Standort, nicht aber die kontaminierte Masse gereinigt worden. Vor der Durchführung von Sanierungsmaßnahmen müssen die Ergebnisse der in der Sanierungsplanung vorgesehenen Sanierungsuntersuchung mit der Machbarkeitsstudie vorliegen. Hieraus ist ein Sanierungskonzept für den betreffenden Fall zu erarbeiten. Der Erfolg der Altlastensanierung bemißt sich nicht nur an der Beseitigung der Gefahr oder nach der erreichten Restkontamination der Schadstoffe, sondern auch nach der Verbesserung des Image des Standortes. Darüber hinaus ist es sehr wichtig, daß mit der Altlastensanierung die Ängste und Besorgnisse der Anwohner ausgeräumt sind.

Finanzierung

Bei der Finanzierung hat das Verursacherprinzip grundsätzlich Vorrang, d.h. sie muß durch den Verursacher der Kontamination erfolgen. Die Realisierung dieses Prinzips ist i.d.R. mit Schwierigkeiten verbunden, weil die zur Kontamination führenden Handlungen in der Vergangenheit stattgefunden haben. Deshalb ist in zahlreichen Fällen ein Verursacher oder eine Verursachergruppe nicht mehr festzustellen, die man zur Kostentragungspflicht heranziehen kann. Für die Fälle, in denen es keinen rechtlich heranziehbaren oder keinen finanzkräftigen Verantwortlichen gibt, darf die öffentliche Hand nur dann belastet werden, wenn die Sanierung aus ökologischen und ökonomischen Interessen geboten ist. Dafür sind länderspezifische Finanzierungsmodelle vorgeschlagen und eingeführt worden. Hierzu gehören das Kooperationsmodell, das Lizenzmodell und die Fondslösungen. Bei Kooperationsmodellen, die gemeinsam von der öffentlichen Hand und der Wirtschaft getragen werden, kommt das Gemeinlastprinzip und das Gruppenlastprinzip gemeinschaftlich durch eine Mischfinanzierung zur Anwendung. Bei Lizenzmodellen wird ein Teil der Entgelte aus Lizenzen, die vom Staat im Zusammenhang mit der Entsorgung von Sonderabfällen vergeben werden, zur Sanierung von Altlasten verwendet. Bei der Fondslösung erfolgen Zahlungen aus Landesmitteln, die teilweise durch Umlagen bei den Landkreisen und kreisfreien Städten erhoben werden. Finanzierungsquellen sind auch Zuschüsse aus dem Aufkommen von Abfallabgaben. Im Haushalt des Bundes stehen Mittel für verschiedene Förderprogramme zur Verfügung, die auch für die Altlastensanierung verwendet werden können.

Kontrollmaßnahmen

Überwachungsaufgaben im technischen Bereich und im Rahmen der Gesundheitsfürsorge werden auch oft als Nachsorgemaßnahmen bezeichnet. Die medizinischen Untersuchungen umfassen nicht nur die mit den Sanierungsarbeiten Beschäftigten (Arbeitsschutz), sondern auch die Anwohner der Altlast, wenn eine Exposition während der Sanierungsphase nicht ausgeschlossen werden kann. Nach Evakuierungen, die im Rahmen von Schutzmaßnahmen erforderlich wurden, sind ebenfalls medizinische Untersuchungen der Betroffenen angezeigt. Die Kontrollmaßnahmen nach Abschluß von Dekontaminationsmaßnahmen umfassen die Prüfung der möglichen Mobilität und Mobilisierbarkeit der Restkonzentrationen. Ist keine signifikante Reststoffbelastung mehr nachweisbar, entfällt diese Kontrolle. Bei einer Nutzungseinschränkung, die mit der Sanierungsmaßnahme gekoppelt worden ist, empfiehlt sich, die Art der tatsächlichen Nutzung zu prüfen. Nach der Durchführung von Einkapselungsmaßnahmen ist die Stabilität der Abdichtungselemente zu kontrollieren. Von besonderer Bedeutung ist die Funktionskontrolle, z.B. durch Leckagedetektion. Die Stabilität und Funktion der Abdichtungselemente müssen über ihre gesamte Lebenszeit überwacht werden. Liegen ausreichende Erfahrungen vor, so kann die Kontrollintensität entsprechend vermindert werden. Die Erstellung eines Inspektions-, Wartungs- und Instandhaltungsplans ist hilfreich. Sollte sich in den eingekapselten Bereichen Wasser ansammeln, so ist eine Wasserstandskontrolle einzurichten. Erfolgte die Sicherungsmaßnahme durch Immobilisierung, so muß deren Langzeitverhalten im Hinblick auf ihre Dichtheit kontrolliert werden. Bei passiven hydraulischen Maßnahmen ist die Kontrolle der Wirksamkeit von Abwehrbrunnen erforderlich. Sind Sicherungsmaßnahmen mit Emissionen verbunden, z.B. durch gefaßte Deponiegase, so muß eine Emissionskontrolle eingerichtet werden, deren Dauer und Intensität sich nach dem Abklingen der Emissionen richtet.

Öffentlichkeitsbeteiligung

Um die Ziele der Gefahrenabwehr und die Durchführung der Sanierung ohne Zeitverzögerung zu erreichen, ist die unmittelbar betroffene Bevölkerung rechtzeitig, umfassend und sorgfältig über das Gefährdungspotential der Altlast zu informieren. Hierbei sind besonders die Ängste um die Gesundheit und die Ängste vor finanziellen und materiellen Schäden zu berücksichtigen. In allen Einzelheiten sollte die Art der notwendigen Sanierungsmaßnahmen und deren Auswirkungen auf die Lebensbedingungen der Anwohner dargestellt werden. Darüber hinaus ist es zweckmäßig, die Betroffenen an den relevanten Entscheidungsvorgängen angemessen zu beteiligen, z.B. durch einen kontinuierlichen Kontakt auf die Meinungen und Bedürfnisse der Anwohner einzugehen.

Hydraulische Altlastensanierung

Darunter fallen passive oder aktive Verfahren zur Behandlung kontaminierter Grund- und Stauwässer. Bei den passiven hydraulischen Verfahren werden die hydrodynamischen Verhältnisse im Untergrund verändert, um die Emissionen von Schadstoffen aus Altlasten ins Grundwasser und die Ausbreitung verunreinigten Grundwassers einzuschränken oder zu verhindern (Sicherungsmaßnahmen). Bei den aktiven hydraulischen Verfahren erfolgt eine Entnahme des verunreinigten Grundwassers, um dieses in einer Behandlungsanlage zu reinigen (Dekontaminationsverfahren). Die Änderung der hydrodynamischen Verhältnisse erfolgt bei den passiven hydraulischen Verfahren durch Sperrbrunnen, Infiltrationsbrunnen u.a. ( Abb. 2 ). Die mit passiven Verfahren verbundenen möglichen Folgen für andere Ökosysteme müssen im Rahmen einer Machbarkeitsstudie vorher untersucht werden. Bei den aktiven hydraulischen Verfahren erfolgt die Fassung des verunreinigten Wassers durch Entnahmebrunnen im wassergesättigten Untergrund, durch Drainagegräben (Rigole), Entnahmeschächte oder offene Gräben ( Abb. 3 ). Vor Inbetriebnahme ist zu klären, ob mehrphasige Stoffgemische, z.B. Wasser/Mineralöl, vorliegen. Danach muß die Entnahmeeinrichtung ausgelegt werden. Die Effektivität der Wasserentnahme und die Reinigung hängt stark von den hydrogeologischen Verhältnissen am Standort ab. Das verunreinigte Grundwasser kann entweder in eine vorhandene Kläranlage geleitet oder in einer gesonderten Behandlungsanlage gereinigt werden. Die mit der Reinigung des kontaminierten Wassers verbundenen Entsorgungsprobleme können die Betriebskosten maßgeblich beeinflussen. Die Rückführung des gereinigten Grundwassers ist von den vorliegenden Reststoffkonzentrationen abhängig. Im Rahmen der Machbarkeitsstudie sollte versucht werden, die Auswirkung der vorgesehenen hydraulischen Verfahren mit Hilfe numerischer Grundwasser-Strömungsmodelle zu simulieren. Hierdurch sind Prognosen über die Beeinflussung der Grundwasserverhältnisse und der Schadstoffausbreitung möglich. Zur Kontrolle der Wirksamkeit der Maßnahmen dient ein Meßstellennetz, das nicht nur die Änderung der Kontamination, sondern auch die Grundwasserstände überwacht. Passive und aktive hydraulische Verfahren werden nicht nur als Einzelmaßnahme, sondern oft in Kombination mit anderen Sanierungsverfahren, z.B. Einkapselungsverfahren, eingesetzt. Hydraulische Sanierungsverfahren sind nur solange wirksam, wie die Entnahme- bzw. Infiltrationseinrichtungen in Betrieb sind.

Pneumatische Altlastensanierung

Dieses Verfahren dient zur Erfassung bzw. Abtrennung schadstoffhaltiger Gase und Dämpfe, um hierdurch die Emissionen der Altlast in die Umgebung bzw. in andere Umweltmedien zu vermindern oder zu unterbinden. Passive Verfahren benutzen für die selbsttätige Ableitung Entgasungsschächte oder Entgasungsgräben mit Folien (Sicherungsmaßnahmen). Mit Hilfe von aktiven Verfahren wird der kontaminierte Standort durch Absaugen von schadstoffhaltigen gas- und dampfförmigen Phasen gereinigt (Dekontaminationsverfahren). Um die Gasausbreitung zu vermindern, können Sonden, Gasdrainagen oder Sperrschichten dienen. Bei den aktiven Verfahren sind die häufigsten Ausführungsformen Bodenbe- bzw. -entlüftung durch Bodenluftabsaugung und Stripping sowie die gefaßte Deponieentgasung (Deponiegaserfassung). Die pneumatischen Verfahren werden im ungesättigten Bodenbereich zur Bodenreinigung durch Absaugung und im gesättigten Bereich durch Einblasen und Stripping zur Grundwassersanierung eingesetzt ( Abb. 4 ). Für die Auswahl der Verfahren sind die Bodenverhältnisse und die Verhältnisse im Grundwasserleiter ausschlaggebend.

Elektrokinetische Altlastensanierung

Durch Anlegen eines permanenten elektrischen Feldes im feuchten Erdreich oder im Grundwasser werden durch Ausnutzung der Elektroosmose, Elektrophorese und Elektrolyse Schadstoffionen, z.B. von Schwermetallen, an ummantelte Elektroden gebunden. Die Kationen wandern unter Einfluß des elektrischen Feldes zur Kathode, werden dort mit Hilfe eines Spülkreislaufs abgespült und in einer Behandlungsanlage als Hydroxide abgeschieden. Ein gleichartiger Prozeß vollzieht sich z.B. für Cyanide an der Anode. Neben Laboruntersuchungen liegen auch experimentelle Ergebnisse aus Feldversuchen vor, z.B. an mit Kupfer, Blei, Zink, Cadmium bzw. Arsen verunreinigten Böden. Die Erhöhung der Wirkungsgrade, z.B. durch Ansäuerung des Erdreichs, ist das Ziel weiterer Entwicklungsarbeiten.

Thermische Altlastensanierung

Thermische Sanierungsverfahren gehören zu den Dekontaminationsverfahren für schadstoffhaltige Böden. Das Prinzip besteht in der Zerstörung von adsorptiven und chemischen Bindungskräften durch Zufuhr von thermischer Energie, z.B. Heizöl, Erdgas oder Strom. Die Schadstoffe werden je nach Stoffart anschließend oxidativ zerstört oder in die Rückstände, z.B. Schlacken, eingebunden. Je nach Temperaturbereich und Verfahrenstechnik werden die thermischen Verfahren in Entgasungs-, Vergasungs- und Verbrennungsprozesse eingeteilt. Die thermische Behandlungsanlage kann vor Ort (on site) oder in einem Bodensanierungszentrum (off site) betrieben werden. Entwicklungen befassen sich auch mit In-situ-Behandlungsverfahren, u.a. mit der Verglasung. Die thermischen Verfahren sind grundsätzlich für die Dekontamination von organischen sowie flüchtigen anorganischen Verunreinigungen einsetzbar. Während die organischen Stoffe zerstört werden, können die flüchtigen anorganischen Verbindungen nur ausgetrieben werden. Sie müssen durch die Abgasreinigung abgeschieden und als Rückstand behandelt werden. Die Verdampfungs- und Verbrennungstemperaturen und die Verweilzeiten in den Reaktionszonen richten sich nach den vorliegenden Schadstoffen sowie nach der beabsichtigten Verwendung des gereinigten Materials. Besonders wichtig für eine weitgehende Zerstörung der organischen Schadstoffe sind die Betriebsbedingungen in der Nachverbrennung. Die hierbei notwendigen Temperaturen und Mindestverweilzeiten sind durch entsprechende Vorversuche zu optimieren. Auch muß die Neubildung von Dioxinen und Furanen in der Abkühlzone der Rauchgase beachtet werden (Abfallverbrennungsanlage). Alle thermischen Behandlungsanlagen benötigen eine Abgasreinigung, die in ihren Emissionen gemäß den Anforderungen des Bundes-Immissionsschutzgesetzes begrenzt werden müssen. In der Praxis werden verschiedene Verfahrenskonzepte mit unterschiedlichen Betriebsbedingungen angeboten. Neben den in der Praxis eingesetzten Drehrohröfen befinden sich weitere Ofentypen, z.B. mit Wirbelschicht, in der Erprobung. Für die Dekontamination von Erdreich mit flüchtigen, halogenfreien organischen Verbindungen, z.B. Benzin, Heizöl oder Benzol, und Erdreich mit flüchtigen Elementen bzw. anorganischen Verbindungen, z.B. Quecksilber, Cadmium oder Stickstoffverbindungen, werden indirekt beheizte Anlagen eingesetzt. Hierbei wird das Erdreich schonend ohne Erweichung und Versinterung der Tone behandelt. Da ein Teil der organischen Bodenbestandteile erhalten bleibt, ist der so gereinigte Boden leichter wiederbelebbar. Sind im kontaminierten Erdreich halogenierte oder schwerflüchtige organische Verbindungen mit einer starken Bindung an die Humussubstanz des Bodens vorhanden, sind höhere Behandlungstemperaturen durch Direktbeheizung erforderlich. Hierbei entsteht ein mehr oder weniger totgebrannter Boden, der eine besondere Behandlung zur Revitalisierung benötigt. Ein zu hoher Schwermetallgehalt kann die Wiederverwendbarkeit und Nutzung begrenzen, so daß eine Ablagerung auf einer Deponie notwendig wird. Die Filterstäube aus der Abgasreinigung müssen als Sonderabfall entsorgt werden. Die thermischen Bodenreinigungsanlagen haben für halogenfreie organische Kontaminationen einen hohen Wirkungsgrad bis zu 99,5%. Durch die nachgeschalteten Reinigungsstufen für die Abgase ist kostenmäßig ein zusätzlicher Aufwand zwangsläufig erforderlich. Mobile bzw. umsetzbare Anlagen haben Durchsatzleistungen bis 50 Tonnen Erdreich pro Stunde. Kombinationen aus Bodenwaschverfahren und einem thermischen Verfahren führen zeitlich nacheinander zu einer hohen Mehrkomponentensanierung.

Biologische Altlastensanierung

Die biologische Behandlung von kontaminierten Böden und Grundwasser eignet sich mit einer Vielfalt biotechnologischer Verfahren zum biologischen Abbau von organischen Schadstoffen durch Mikroorganismen. Biologische Altlastensanierungsmethoden gehören zu den Dekontaminationsverfahren. Die in der Praxis angewandten Verfahren unterstützen die im Boden und Grundwasser ablaufenden Vorgänge und führen durch Metabolisierung der organischen Schadstoffe zu Kohlendioxid und Wasser, wobei nicht alle Halogenverbindungen zerstört werden. Bei der Metabolisierung ist eine mögliche Bildung toxischer Abbauprodukte zu prüfen. Neben Mikroorganismen werden auch Pilze, z.B. Weißfäulepilze, für den Abbau polycyclischer aromatischer Kohlenwasserstoffe (PAK) eingesetzt. Vor der Anwendung mikrobiologischer Behandlungsverfahren müssen Voruntersuchungen (Machbarkeitsstudie) durchgeführt werden. Hierbei sind in Abhängigkeit von den örtlich vorhandenen Mikroorganismen sowie den vorliegenden Boden- und Grundwasserverhältnissen der Grad der Abbaubarkeit, die Art der biochemischen Abbauwege und der Metabolite mit ihrer Wirkung auf die Umwelt sowie die erforderlichen Milieu- und Nährstoffbedingungen mit den jeweiligen verfahrenstechnischen Voraussetzungen zu klären. Wichtig ist die Kontrollierbarkeit der Abbauprozesse, um mögliche Umweltauswirkungen bei der Sanierung rechtzeitig zu erkennen. Die sehr oft geforderte Gewährleistung der Kontrolle und Steuerbarkeit der mikrobiologischen Behandlungsverfahren hat ihre Grenzen. Man unterscheidet:

a) On-site- und Off-site-Behandlungsverfahren: Sie werden großtechnisch eingesetzt. Die kontaminierten Massen werden ausgehoben und am Standort der Altlast (on site) oder in einem Sanierungszentrum (off site) behandelt. Nach einer mechanischen Vorbereitung werden die zu reinigenden Massen mit Bakterienkulturen, Nährstoffen, Lösungsvermittlern und Wasser versetzt. Eine ständige Belüftung oder Sauerstoffzugabe ist für den Abbau notwendig; die Abluft muß ggf. gereinigt werden. Die Behandlung kann je nach Schadstoffspektrum und erforderlichen Restkonzentrationen Wochen bis Jahre dauern. An Möglichkeiten zur Verkürzung der Behandlungsdauer wird ständig gearbeitet. Hierzu dienen sowohl Reaktoren als auch Verfahrensverbesserungen.

b) In-situ-Behandlungsverfahren: Der biologische Abbau der Schadstoffe erfolgt ohne Aushub direkt im kontaminierten Bereich der Altlast. Derartige Verfahren werden für die Bodenreinigung und für die Reinigung des Grundwassers eingesetzt. Vor Beginn der biologischen Reinigung des Grundwassers ist eine hydrogeologische Untersuchung erforderlich. Das Grundwasser darf durch das Behandlungsverfahren nicht zusätzlich belastet werden. Die Verfahrenstechnik der biologischen Bodenreinigung unterscheidet zwischen Oberflächenverfahren mit Tiefen bis 0,5 m und Verfahren für die Behandlung tieferer Bodenschichten. Bei der In-situ-Bodenbehandlung erfolgt die Zugabe von erforderlichen Bakterien, Nährstoffen usw. über Versickerungen oder über Spülkreisläufe. Hierzu müssen geeignete Bodenverhältnisse im Hinblick auf Durchlässigkeit vorliegen. Eine mangelnde Durchströmbarkeit und Benetzbarkeit beschränkt den Einsatz der In-situ-Behandlung. Auch sind In-situ-Verfahren schwerer zu kontrollieren und zu steuern als On-site/Off-site-Verfahren. Das In-situ-Verfahren kann als Zwischenstufe in Verfahrenskombinationen eingesetzt werden.

Chemisch-physikalische Altlastensanierung

Chemisch-physikalische Sanierungsverfahren nutzen zur Dekontamination der Schadstoffe in Altlasten die Reaktionsmechanismen Extraktion, Gasaustausch, Adsorption, Ionenaustausch und chemische Umwandlung. Mit Hilfe dieser Mechanismen werden die Schadstoffe aus kontaminierten Feststoffen, Grundwasser, Sickerwasser und Prozeßwasser sowie aus kontaminierter Bodenluft und Abluft separiert oder verteilt. Bei der Separationsmethode werden durch Trennung und Umwandlung relativ kleine Mengen an Schadstoffkonzentraten erzeugt. Bei der Verteilungsmethode entstehen relativ große Mengen von verdünnten Schadstoffströmen. Zur Separationsmethode gehören die On/Off-site-Bodenwaschverfahren mit der Erzeugung von Schadstoffkonzentraten. Die In-situ-Spülung mit der Ableitung der Schadstoffe im Abwasserstrom zählt zu den Verteilungsmethoden. Daneben gibt es zahlreiche weitere Verfahren und Anwendungen, die in der Tabelle aufgelistet und erklärt sind.