In-situ-Verfahren zur Boden- und Grundwassersanierung

Verfahren, Planung und Sanierungskontrolle
1. Auflage 2014
ISBN: 978-3-527-33389-9
Verlag: Wiley-VCH GmbH

Buch, Deutsch, 436 Seiten, Format (B × H): 174 mm x 249 mm, Gewicht: 971 g

Praxisorientiertes Buch zur Entfernung der Schadstoffe im Untergrund, das die neuesten, sichersten und kosteneffizientesten Verfahren erläutert.

Autoren/Hrsg.

Held, Thomas

Fachgebiete

• Geowissenschaften Umweltwissenschaften Umwelttechnik
• Technische Wissenschaften Umwelttechnik | Umwelttechnologie Wasserversorgung, Wasseraufbereitung
• Technische Wissenschaften Umwelttechnik | Umwelttechnologie Abwassertechnologien, Meerwasserentsalzung

Inhaltsverzeichnis

Vorwort
Abkürzungsverzeichnis
Parameterverzeichnis

EINLEITUNG
Das Erbe der Industrialisierung
Historische Entwicklung der In-situ-Verfahren
Gesetzliche Rahmenbedingungen
Verfahrensübersicht

SCHADSTOFFTRANSPORT
Zusammenfassung
Bodeneigenschaften
Phasen: Übersicht
Absinken der Schadstoffphase
Residualsättigung
Leichtphasen (LNAPL)
Schwerphasen (DNAPL)
Phasenmobilität
Phasenalterung
Phasennachweis und Phasencharakterisierung
Solubilisierung
Schadstofffahne
Matrixdiffusion

KONZEPTIONELLES STANDORTMODELL

SANIERUNGSSTRATEGIE
Zusammenfassung
Verfahrensauswahl
Sanierungsziele
Treatment Trains
Sanierungsdauer
Vorversuche im Labor und im Feld
Sanierungssteuerung
Nachhaltigkeit

QUELLENSANIERUNG
Zusammenfassung
Erreichbares Ausmaß der Quellensanierung und der Einfluss auf die Fahne
Sanierungsverfahren

INJEKTIONSTECHNIKEN
Zusammenfassung
Einteilung
Einfluss auf die hydraulische Durchlässigkeit (Verblockung)
Injektion
Rezirkulation
Direct Push
Druckpuls-Injektion
Fracturing
Hochdruckinjektionen
Hydraulische Verdrängung
Dichteeffekte

GRUNDLAGEN DES MIKROBIELLEN SCHADSTOFFABBAUS
Zusammenfassung
Wachstum von Mikroorganismen
Nährstoffe
Stoffabbau
Terminale Elektronenakzeptoren
Anaerobe Abbaukette
Abbauraten
Aerober Abbau von nicht chlorierten organischen Schadstoffen
Anaerober Abbau nicht chlorierter Schadstoffe
Abbau von chlorierten organischen Schadstoffen
Metabolitenbildung
Abbauendprodukte
Engpässe -
Bottlenecks
Nachhaltige Behandlung
Abbau von anorganischen Schadstoffen
(Bio-) Transformation von Metallen

MIKROBIELLE SANIERUNGSVERFAHREN
Zusammenfassung
Einteilung
Biogeochemisches Baseline-Monitoring
Anaerober Abbau von LCKW
Abbauforcierung durch Zugabe von Elektronenakzeptoren
Aerober Abbau
Air Sparging
Bioaugmentation

CHEMISCHER ABBAU
Zusammenfassung
Einleitung
Abbaubarkeit von Schadstoffen und Metabolitenbildung
Chemische Reaktionen

IN SITU CHEMISCHE OXIDATION (ISCO)
Zusammenfassung
Einleitung
Einschränkungen der Anwendbarkeit
Sanierbare Bereiche
Auswahl des Oxidationsmittels
Vorversuche
Verfahrensführung
ISCO-Anwendung in Problembereichen
Überwachung (Monitoring)

ARBEITSSCHUTZ UND ARBEITSSICHERHEIT
Vorgehensweise
Besondere Anforderungen biologischer Sanierungsverfahren
Besondere Anforderungen chemischer Sanierungsverfahren

SCHLUSSBEMERKUNG UND AUSBLICK

Index

Vorwort xi

Dank xiii

Abkürzungsverzeichnis xv

Parameterverzeichnis xix

1 Einleitung 1

1.1 Das Erbe der Industrialisierung 1

1.2 Historische Entwicklung der In-situ-Verfahren 2

1.3 Gesetzliche Rahmenbedingungen 6

1.4 Verfahrensübersicht 8

2 Schadstofftransport 15

2. Zusammenfassung 15

2.1 Bodeneigenschaften 17

2.2 Phasen: Übersicht 21

2.3 Absinken der Schadstoffphase 25

2.4 Residualsättigung 28

2.5 Leichtphasen (LNAPL) 29

2.6 Schwerphasen (DNAPL) 35

2.7 Phasenmobilität 38

2.8 Phasenalterung 40

2.9 Phasennachweis und Phasencharakterisierung 41

2.10 Solubilisierung 45

2.11 Schadstofffahne 51

2.11.1 Einleitung 51

2.11.2 Sorption 53

2.11.3 Abbau 55

2.12 Matrixdiffusion 56

3 Konzeptionelles Standortmodell 63

4 Sanierungsstrategie 67

4. Zusammenfassung 67

4.1 Verfahrensauswahl 69

4.2 Sanierungsziele 72

4.3 Treatment Trains 76

4.4 Sanierungsdauer 78

4.5 Vorversuche im Labor und im Feld 80

4.6 Sanierungssteuerung 81

4.7 Nachhaltigkeit 83

5 Quellensanierung 87

5. Zusammenfassung 87

5.1 Erreichbares Ausmaß der Quellensanierung und der Einfluss auf die Fahne 88

5.2 Sanierungsverfahren 94

5.2.1 Übersicht 94

5.2.2 Mehrphasenextraktion 96

5.2.3 Spülungen mit Tensiden oder Lösungsvermittlern 103

5.2.4 In situ thermische Sanierung 109

5.2.5 In situ Vitrifikation 117

5.2.6 STAR-Verfahren 117

5.2.7 ZVI-Clay-Verfahren 119

5.2.8 Weitere neue Verfahren 119

6 Injektionstechniken 123

6. Zusammenfassung 123

6.1 Einteilung 124

6.2 Einfluss auf die hydraulische Durchlässigkeit (Verblockung) 127

6.3 Injektion 133

6.3.1 Injektionsbrunnen 133

6.3.2 Reaktion des Grundwasserleiters auf injizierte Fluide 134

6.3.3 Maximaler Injektionsdruck 137

6.3.4 Injektionsversuche 139

6.4 Rezirkulation 140

6.5 Direct Push 143

6.6 Druckpuls-Injektion 145

6.7 Fracturing 146

6.8 Hochdruckinjektionen 153

6.9 Hydraulische Verdrängung 153

6.10 Dichteeffekte 154

7 Grundlagen des mikrobiellen Schadstoffabbaus 157

7. Zusammenfassung 157

7.1 Wachstum von Mikroorganismen 159

7.2 Nährstoffe 161

7.3 Stoffabbau 162

7.4 Terminale Elektronenakzeptoren 167

7.5 Anaerobe Abbaukette 173

7.6 Abbauraten 175

7.7 Aerober Abbau von nicht chlorierten organischen Schadstoffen 177

7.7.1 Überblick 177

7.7.2 Mineralölkohlenwasserstoffe 177

7.7.3 (Mono-) Aromaten 179

7.7.4 Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe 180

7.7.5 Abbau weiterer Stoffe 187

7.8 Anaerober Abbau nicht chlorierter Schadstoffe 190

7.9 Abbau von chlorierten organischen Schadstoffen 197

7.9.1 Einleitung 197

7.9.2 Dehalorespiration 198

7.9.3 Die Rolle des Wasserstoffs 202

7.9.4 cDCE-Akkumulierung 203

7.9.5 Anaerober cometabolischer Abbau 204

7.9.6 Cometabolischer aerober Abbau 204

7.9.7 Produktiver aerober Abbau 208

7.9.8 Abiotischer Abbau 212

7.10 Metabolitenbildung 214

7.11 Abbauendprodukte 217

7.12 Engpässe – Bottlenecks 220

7.13 Nachhaltige Behandlung 222

7.14 Abbau von anorganischen Schadstoffen 224

7.15 (Bio-) Transformation von Metallen 226

7.15.1 Mechanismen 226

7.15.2 Arsen 230

7.15.3 Quecksilber 231

7.15.4 Chrom 232

7.15.5 Uran 234

8 Mikrobielle Sanierungsverfahren 241

8. Zusammenfassung 241

8.1 Einteilung 243

8.2 Biogeochemisches Baseline-Monitoring 244

8.3 Anaerober Abbau von LCKW 245

8.3.1 Biogeochemische Prozesse 245

8.3.2 Substratauswahl 248

8.3.3 Wasserstoff als Elektronendonator 254

8.3.4 Einfluss des pH-Wertes 257

8.3.5 Schadstoffmobilisierung 259

8.3.6 Injektionsregime 262

8.3.7 Stoffkonzentration der Injektionen und Injektionshäufigkeit 269

8.3.8 Nebenreaktionen 275

8.3.9 Labor- und Pilotversuche 276

8.3.10 Sanierungserfolg 278

8.3.11 Monitoring 279

8.3.12 Nachwirkungen der DOC-Injektionen und Rebound 280

8.3.13 Unvollständige Dechlorierung 282

8.3.14 Emulgiertes nullwertiges Eisen 283

8.4 Abbauforcierung durch Zugabe von Elektronenakzeptoren 285

8.4.1 Genutzte Redoxprozesse 285

8.4.2 Sulfatreduktion 286

8.4.3 Denitrifikation 292

8.5 Aerober Abbau 295

8.5.1 Übersicht der Verfahren zur Sauerstoffzufuhr 295

8.5.2 Sauerstoffangereichertes Wasser 296

8.5.3 Wasserstoffperoxid 297

8.5.4 Sauerstofffreisetzende partikuläre Substrate 298

8.5.5 Gasdiffusionsverfahren 299

8.5.6 Wachstumssubstrate 301

8.5.7 Nachweis des aeroben Abbaus 302

8.6 Air Sparging 303

8.6.1 Verfahrensprinzip 303

8.6.2 Einsatzbereiche 311

8.6.3 Verfahrensführung 312

8.6.4 Sanierungsdauer 314

8.6.5 Auslegungskriterien 314

8.6.5.1 Druckmessungen 314

8.6.5.2 Helium-Tracer-Test 316

8.6.5.3 Push-Pull-Test 318

8.6.5.4 SF 6 -Tracer-Test 318

8.6.5.5 Sonstige Tests 321

8.6.6 Pilotversuch 322

8.6.7 Monitoring 323

8.6.8 Sonderverfahren 325

8.6.8.1 Übersicht 325

8.6.8.2 Methan-Biostimulationsverfahren 326

8.6.9 Biosparging und Gasspeicherwand 328

8.7 Bioaugmentation 329

9 Chemischer Abbau 335

9. Zusammenfassung 335

9.1 Einleitung 336

9.2 Abbaubarkeit von Schadstoffen und Metabolitenbildung 339

9.3 Chemische Reaktionen 342

9.3.1 Permanganat 342

9.3.2 Wasserstoffperoxid 347

9.3.3 Persulfat 349

9.3.4 Andere Oxidationsmittel 353

10 In situ chemische Oxidation (ISCO) 357

10. Zusammenfassung 357

10.1 Einleitung 359

10.2 Einschränkungen der Anwendbarkeit 359

10.3 Sanierbare Bereiche 364

10.4 Auswahl des Oxidationsmittels 365

10.5 Vorversuche 367

10.5.1 Laborversuche 367

10.5.2 Pilotversuch 370

10.6 Verfahrensführung 370

10.6.1 Auslegungskriterien 372

10.6.2 Schadstoffmobilisierung 376

10.6.3 Schwermetallmobilisierung 377

10.6.4 Salzfracht 378

10.6.5 Veränderung der hydraulischen Durchlässigkeit 379

10.6.6 Bromatbildung 380

10.6.7 Betonaggressivität 380

10.6.8 Einfluss auf Mikroorganismen 382

10.7 ISCO-Anwendung in Problembereichen 383

10.7.1 Langsame Freisetzung 384

10.7.2 S-isco 385

10.7.3 In situ geochemischen Stabilisierung (ISGS™) 387

10.8 Überwachung (Monitoring) 388

11 Arbeitsschutz und Arbeitssicherheit 395

11.1 Vorgehensweise 395

11.2 Besondere Anforderungen biologischer Sanierungsverfahren 395

11.3 Besondere Anforderungen chemischer Sanierungsverfahren 397

12 Schlussbemerkung und Ausblick 399

Index 403

Über Autor(innen)

Thomas Held ist nach seiner Promotion als Mikrobiologe an der Technischen Universität Darmstadt und nach einer kurzen Tätigkeit in der Industrie als wissenschaftlicher Mitarbeiter im Bereich der biologischen Abluftreinigung bei dem weltweit tätigen Ingenieurunternehmen ARCADIS als Segmentleiter Sanierung mit Schwerpunkt In-situ-Sanierung und als globaler Leiter der Fachgruppe (Community of Practice) "In-situ Remediation" beschäftigt. Dr. Held ist öffentlich bestellter und vereidigter Sachverständiger nach § 36 GewO und § 18 BBodSchG. Seine Arbeitsschwerpunkte sind Advanced Technologies, natürlicher Schadstoffabbau (MNA), in-situ-Sanierungen sowie Forschung und Entwicklung. Hier gehört er zu den führenden Experten in Deutschland. Wesentliche Teile seiner Arbeit sind in zahlreichen nationalen und internationalen Publikationen, Handbüchern und Vorträgen veröffentlicht.