Abschnitt I K Ver.ffentlichung - Cleaner Production Germany · wertung waren lediglich die im Zielkriterium definierte Reduktion von Nitroaromaten und die Einhaltung bestimmter Stoffkonzentrationen

Forschungsverbund „Maßstabsgerechte Erprobung biologischer Verfahren

mit Erfolgskontrolle auf dem Standort „Werk Tanne“ bei Clausthal-Zellerfeldi

„Abschlussbericht“

(Zusammenfassung (Abschnitt I) des ausführlichen gemeinsamen Abschluss-

berichtes)

Teilvorhaben 6.0

Standortkoordination und wissenschaftliche Begleitung (FKZ 14511292 8) IABG mbH Ottobrunn Teilvorhaben 6.1

Verfahrenserprobung Kompostierverfahren (FKZ 1451129 5) Umweltschutz Nord GmbH und Co.KG Ganderkesee Teilvorhaben 6.2

Verfahrenserprobung Dynamisches Beetverfahren (FKZ 1451129 1) Plambeck ContraCon Bau- und Umwelttechnik GmbH Cuxhaven Teilvorhaben 6.3

Verfahrenserprobung Pilzverfahren (FKZ 14511293 0) Wisstrans GmbH Göttingen

Laufzeit des Verbundes: 01.05.1997 bis 31.12.2000

Erstellt am: 31.05.2001

Die Teilvorhaben 6.1 , 6.2 und 6.3 des Forschungsverbundes wurden im Rahmen des Förder-schwerpunktes „Biologische Bodenreinigung“ durch das Bundesministerium für Bildung, Wis-senschaft, Forschung und Technologie (BMBF) gefördert. Das Teilvorhaben 6.0 zur Begleitung und Evaluation der Verfahren wurde im Auftrag des BMBF durchgeführt. Das BMBF hat das Er-gebnis dieses Berichtes nicht beeinflusst Die Verantwortlichkeit für den Inhalt liegt bei den Auto-ren.

1

Vorwort

Der hier vorliegende Abschlussbericht ist zugleich als Abschnitt I Bestandteil einer umfas-senden Dokumentation des Gesamtprojektes, die durch folgende Abschnitte ergänzt und komplettiert wird:

A Vorhaben, Dokumentation

B Vertragliche Grundlagen

C Grundlagen, Beschreibungen

D Arbeitsschutz

E Sanierungsverlauf, Prozessparameter

F Analytik - Methoden und Kontrolle

G Untersuchungsergebnisse

H Endergebnis / Zusammenfassung

Alle Detailangaben und -ergebnisse, die in diesem Verbundprojekt erzielt wurden, sind in den Abschnitten A-H dokumentiert.

Dieser Bericht ist das Resultat einer mehr als drei Jahre andauernden Kooperation zwischen

� den Firmen - Plambeck ContraCon Bau- und Umwelttechnik – Umweltschutz Nord GmbH & Co – Wisstrans, ein Unternehmen der Institut Fresenius Gruppe als Forschungsnehmer und Verfahrensentwickler sowie

� der Firma IABG mbH als Projektkoordinator im Auftrag des BMBF sowie

� dem aus externen Wissenschaftlern und Behördenvertretern bestehenden Projektbei-rat.

Wir möchten uns im Auftrag der Autoren an dieser Stelle für die konstruktive Zusammenar-beit bei allen Beteiligten des Forschungsteams, die kritischen Hinweise des Projektbeirats sowie für die Unterstützung des Projektträgers und des BMBF bedanken.

Andre Dahn

IABG

Nr. Titel

Hauptabschnitt I Schlusszusammenfassung Projektpartner K Koordination Kapitel 1 Zusammenfassung

2

Inhaltsverzeichnis

Vorwort 1. Zielstellung und Organisation des Forschungsvorhabens ....................................... 3 1.1 Einbindung in den Forschungsverbund .................................................................... 3

1.2 Zielstellung ............................................................................................................... 3

1.3 Ausgangsbedingungen............................................................................................. 4

2. Struktur und Vorhabensbeteiligte ............................................................................... 6 3. Verfahrensbeschreibungen.......................................................................................... 8 3.1 Kompostierverfahren (Umweltschutz Nord) .............................................................. 8

3.2 Dynamisches Beetverfahren (ContraCon) ................................................................ 9

3.3 Pilzverfahren (WISSTRANS Umwelt) ......................................................................11

4. Aufgabenbeschreibung ...............................................................................................12 4.1 Errichtung des zentralen Versuchsbereiches...........................................................12

4.2 Genehmigungsrechtliche Anforderungen ................................................................12

4.3 Arbeitsschutz...........................................................................................................14

4.4 Bodenaushub ..........................................................................................................15

4.5 Bodenbehandlung ...................................................................................................16

4.6 Wissenschaftliche Begleitung..................................................................................17

5. Ergebnisse ...................................................................................................................27 5.1 Chemische Analytik .................................................................................................27

6. Verfahrensbewertung..................................................................................................36 6.1 Sanierungserfolg .....................................................................................................37

6.2 Umweltauswirkungen ..............................................................................................38

6.3 Verwertbarkeit .........................................................................................................40

6.4 Wirtschaftlichkeit .....................................................................................................42

6.5 Sanierungsverlauf/-dauer ........................................................................................44

6.6 Übertragbarkeit auf andere Standorte .....................................................................47

6.7 Langzeitverhalten ....................................................................................................52

6.8 Akzeptanz................................................................................................................53

Resümee .............................................................................................................................55 Literatur zu Abschnitt I.K.1................................................................................................56

Nr. Titel


3

1. Zielstellung und Organisation des Forschungsvorhabens

1.1 Einbindung in den Forschungsverbund Der vom BMBF initiierte Forschungsverbund „Biologische Verfahren zur Bodensanierung“

wurde vom Projektträger Abfallwirtschaft und Altlastensanierung (PT AWAS) im Umweltbun-

desamt (UBA) betreut und setzt sich aus sieben Verbundvorhaben mit über 30 Projekten

zusammen. Im Rahmen des Forschungsverbundes wurden interdisziplinär innovative, biolo-

gische Verfahren zur Sanierung kontaminierter Böden entwickelt. Hierbei erfolgte die Erar-

beitung der erforderlichen wissenschaftlich technischen Grundlagen, die Überprüfung der

Ergebnisse in der Laborphase und die Erprobung der entwickelten Verfahren im großtechni-

schen Maßstab. Weiterhin wurden die Grundlagen einer wissenschaftlichen Erfolgskontrolle

geschaffen.

Das Verbundvorhaben 6 „Maßstabsgerechte Erprobung biologischer Verfahren mit Erfolgs-

kontrolle am Standort „Werk Tanne“ bei Clausthal-Zellerfeld“ (Kurztitel „Maßstabsgerechte

Erprobung“) nahm aufgrund seiner Zielstellung, d.h. der Umsetzung und der großtechni-

schen Erprobung der erzielten Ergebnisse unter einer wissenschaftlichen Erfolgskontrolle,

im BMBF-Forschungsverbund eine zentrale Stellung ein. Von großer Bedeutung war für die

„Maßstabsgerechte Erprobung“ insbesondere das Verbundvorhaben 1 mit der Aufgabe der

Gesamtkoordinierung des Forschungsverbundes und Erarbeitung des Leitfadens sowie die

Verbundvorhaben 4 „Ökotoxikologische Testbatterien“ und 5 „Langzeit und Remobilisie-

rungsverhalten“, die entsprechende Tests zur Erfolgskontrolle der erprobten biologischen

Verfahren entwickelten.

1.2 Zielstellung

Im Rahmen des BMBF-Förderprogramms „Biologische Verfahren zur Bodensanierung“, soll-

ten am Beispiel TNT-belasteter Böden die Fähigkeiten und Möglichkeiten in der Entwicklung

befindlicher biologischer Bodenreinigungsverfahren nachgewiesen werden. Das Vorhaben

„Maßstabsgerechte Erprobung“ hatte zum Ziel, auf dem Trinitrotoluol (TNT)- belasteten Ge-

lände des ehemaligen Sprengstoffwerkes „Tanne“ biologische Sanierungsverfahren zu er-

proben und in Form einer Erfolgskontrolle zu dokumentieren.

Nr. Titel


4

Das wesentliche Zielkriterium für ein erfolgreiches großtechnisches Bodensanierungsverfah-

ren war demnach die weitestgehende Elimination von nitroaromatischen Substanzen.

Die Ergebnisse der wissenschaftlichen Begleitung und der Erfolgskontrolle der Verfahren

waren hinsichtlich allgemeingültiger Aspekte in einen Leitfaden zu integrieren, der Qualitäts-

standards für die biologische Behandlung von Böden setzen sollte.

Nicht zuletzt sollte das Vorhaben dazu beitragen, die Akzeptanz biologischer Sanie-

rungsverfahren bei Behörden und in der Bevölkerung zu erhöhen und damit generell die

Bereitschaft zum Einsatz biologischer Verfahren für die schonende Behandlung belasteter

Böden zu fördern.

1.3 Ausgangsbedingungen

Das ehemalige Sprengstoffwerk "Tanne" bei Clausthal-Zellerfeld war eine der fünf größten

Produktionsstätten für 2,4,6-Trinitrotoluol (TNT) des Dritten Reiches. Auf dem 117 ha gro-

ßen Gelände wurden von 1939 bis 1944 über 100.000 t des Sprengstoffs hergestellt. Durch

Produktion, Havarien und letztendlich auch durch die Delaborierung wurde das Werksgelän-

de weiträumig mit TNT und anderen Nitroaromaten kontaminiert. Neben der vergleichsweise

guten Datenlage über die Verteilung der Sprengstoffkontamination auf dem Werksgelände,

war die fehlende Nachnutzung ausschlaggebend für die Entscheidung das Verbundvorha-

ben 6 "Maßstabsgerechte Erprobung biologischer Sanierungsverfahren mit Erfolgskontrolle"

gerade an diesem Standort durchzuführen.

Im Verbundvorhaben 3 "Biologische Sanierung von Rüstungsaltlasten" wurden verschiedene

biologische Verfahren zur Sanierung TNT-kontaminierter Böden entwickelt. Zur Erprobung

dieser und anderer Verfahren gab es eine bundesweite Ausschreibung, aus der folgende

drei Verfahrenserprober hervorgegangen sind:

- Das Kompostierverfahren (Anaerob-Aerob-Verfahren) der Fa. Umweltschutz Nord GmbH

& Co., Ganderkesee, ist eine firmeneigene Entwicklung.

- Das dynamische Beetverfahren der Fa. Plambeck ContraCon Bau und Umwelttechnik

GmbH, Cuxhaven, wurde zusammen mit der Universität Marburg, Institut für Umwelthy-

giene, im Rahmen des Verbundvorhabens 3 entwickelt.

Nr. Titel


5

- Das Pilzverfahren der Fa. WISSTRANS Umwelt GmbH, Göttingen, wurde in Zusammen-

arbeit mit der Universität Jena, Institut für technische Mikrobiologie, entwickelt.

Im dem hier dargestellten Verbundvorhaben wurden die vorgenannten biologischen Verfah-

ren unter vergleichbaren Bedingungen in zwei bis drei Chargen á 70 t TNT-belasteten Bo-

denmaterials erprobt. Ziel der Verfahrenserprobung war der genehmigte Wiedereinbau des

behandelten Bodenmaterials am Standort. Neben dem Einsatz klassischer Analytik zur Ver-

folgung des Schadstoffabbaus wurden bei der Erfolgskontrolle der Erkenntnisfortschritt der

Verbundvorhaben 4 "Ökotoxikologische Testbatterien" und 5 "Langzeit- und Remobilisie-

rungsverhalten" mit berücksichtigt. Dazu war, im Rahmen einer neutralen wissenschaftlichen

Begleitung, der Nachweis einer weitgehenden und nachhaltigen Bodendetoxifizierung durch

validierte ökotoxikologische Testverfahren zu erbringen.

Das Konzept für die wissenschaftliche Begleitung wurde mit Wissenschaftlern und Behörden

abgestimmt mit dem Ziel, die Vorgehensweise bei der Verfahrenserprobung zu beschreiben

sowie die Maßnahmen für die Qualitäts-/Erfolgskontrolle der drei zu erprobenden Verfahren

nachvollziehbar darzustellen. Da es sich hierbei um einen konkreten Erprobungsfall unter

definierten Rahmenbedingungen handelte, lieferte es einen grundlegenden Beitrag zur

Schaffung einheitlicher Bewertungskriterien und somit für die Erhöhung behördlicher und

öffentlicher Akzeptanz von biologischen Sanierungsverfahren. Dabei wurden die vorliegen-

den anthropogenen und geogenen Zusatzbelastungen des Bodens im Zuge der Genehmi-

gung für die Anforderungen der Rückverfüllung berücksichtigt. Diese Belastungen dienten

aber nicht als Kriterium zur Bewertung der untersuchten Verfahren. Für die Verfahrensbe-

wertung waren lediglich die im Zielkriterium definierte Reduktion von Nitroaromaten und die

Einhaltung bestimmter Stoffkonzentrationen im behandelten Bodenmaterial trotz verfahrens-

bedingter Zusätze.

Nr. Titel


6

2. Struktur und Vorhabensbeteiligte

Das vom BMBF geförderte Forschungsvorhaben wurde vom Projektträger Abfallwirtschaft-

und Altlastensanierung betreut.

Folgende Firmen waren innerhalb des Forschungsvorhabens tätig bzw. führten die beige-

nannten Teilvorhaben (TV) durch:

IABG TV 6: Koordination und wissenschaftliche Begleitung

Umweltschutz Nord TV 6.1: Erprobung Kompostierverfahren

ContraCon TV 6.2: Erprobung Dynamisches Beetverfahren

Wisstrans TV 6.3: Erprobung Pilzverfahren

Entsprechend des Inhalts und der Struktur des Forschungsvorhabens erfolgte die Bearbei-

tung der Teilvorhaben einschließlich der Teilaufgaben durch die jeweiligen Vorhabenspart-

ner. Die Koordination, die wissenschaftliche Begleitung und Erfolgskontrolle im Gesamtvor-

haben oblag der IABG. Die Namen und die Anschriften zuständiger verantwortlicher An-

sprechpartner für die jeweiligen Teilvorhaben sind im Abschnitt A.0.1 genannt.

Die Zuständigkeiten der einzelnen Vorhabenspartner untereinander und innerhalb des Ge-

samtvorhabens wurden in einem Koordinations- und Zusammenarbeitsvertrag sowie in ge-

sonderten untervertraglichen Vorschriften geregelt (Hauptabschnitt B). Die Leistungsbe-

schreibungen für die Teilvorhaben und Teilaufgaben sind in den Angeboten enthalten und in

diesem Bericht unter Kap. C.K.2.1.-Übersicht der Projektstruktur umrissen.

Zur umfassenden gegenseitigen Information der Projektbeteiligten und der zuständigen Be-

hörden sowie zur Koordination der verbundübergreifenden Arbeiten im Verbundvorhaben 6

wurde ein Projektbeirat als ein beratendes und projektbegleitendes Gremium halbjährlich

einberufen. Im Beirat waren folgende Funktionen und Institutionen vertreten:

Nr. Titel


7

- der Projektträger

- die Gesamtkoordinierung des BMBF-Forschungsverbundes

- die Koordinierungen der Verbundvorhaben 4 und 5

- die Standortkoordinierung (Koordinierung Verbundvorhaben 6)

- die Verfahrenserprober

- die Genehmigungsbehörden: Bezirksregierung Braunschweig und Landkreis Goslar

- der Standorteigentümer

- das Umweltbundesamt

- das Niedersächsische Landesamt für Ökologie

- die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung

- die Tiefbau-Berufsgenossenschaft.

Nr. Titel


8

3. Verfahrensbeschreibungen

3.1 Kompostierverfahren (Umweltschutz Nord)

Das grundlegende Verfahrensprinzip besteht darin, dass in einer ersten, anaeroben Stufe

durch die Applikation leicht verwertbarer Substrate eine Reduktion sprengstofftypischer Ver-

bindungen (STV) zu reaktiven Zwischenprodukten erfolgt, die sukzessive durch aerobe Ver-

fahrensschritte in der Huminfraktion des Bodens festgelegt werden(s. Abb.I.K.-1). Die Nach-

behandlung dient zum einen dem biologischen Abbau überschüssiger organischer Verbin-

dungen, zum anderen der Förderung des Humifizierungsprozesses, so dass eine Konversi-

on der Kontaminanten in naturverwandte, im Boden vorkommende Verbindungen (Hu-

minstoffe) eintritt (Einzelheiten s. Kap. C.I).

Abbildung I.K.-1: Verfahrensschema zur biologischen Behandlung TNT-belatster

Böden TNT-Humifizierung – Das UMWELTSCHUTZ NORD – Verfahren

Nr. Titel


9

� Charakteristika des Kompostierverfahrens - Nutzung der standorteigenen Mikroorganismen

- Durch Zusatz von sauerstoffzehrenden Substraten(Dung und Abfallstoffe der Land- und

Forstwirtschaft), gekoppelt mit einem aerob thermophilen Prozess in der äußeren Schicht

der Bodenmiete dominiert zunächst der anaerobe Prozess.

- Fließender Übergang von anaerob nach aerob durch Substratverbrauch

- Durch regelmäßiges Umsetzen der Bodenmiete erfolgte eine Zwischenbelüftung der anae-

robisierten Bereiche und eine Einbindung der bereits anaerob transformierten Zwischen-

produkte des TNT.

- Mit dem Substratverbrauch kommt es zu einer Verminderung der mikrobiologischen Aktivi-

tät und damit zu einer Stabilisierung der Bodenmieten

- Mittels spezieller Aufbereitungs- und Behandlungstechnologie wird eine homogene

Mischung aus Bodenmaterial und Substratzusatz erzielt

- Die Materialbearbeitung richtet sich nach Abbaugrad und den mikrobiologischen

Prozessparametern

- TNT wird über ADNT und DANT und TAT reduziert

- Während des gesamten Prozessverlaufes werden Metaboliten in die organische

Bodenfraktion eingebunden

3.2 Dynamisches Beetverfahren (Plambeck ContraCon)

Das Prinzip der Bodenbehandlung beruht auf einer gezielten Umwandlung der Schadstoffe

während einer vorgeschalteten anaeroben Phase und ihrem anschließenden irreversiblen

Einbau in die Bodenmatrix unter aeroben Bedingungen. Voraussetzung für die mikrobiell

induzierte Detoxifizierung ist die Zugabe eines durch die autochthonen Mikroorganismen

leicht verwertbaren organischen Substrates. Es wurden Verfahrensvarianten mit verdichte-

tem Beet und unverdichteter Miete erprobt (Einzelheiten s. Kap. C.II).

Nr. Titel


10

Abb. I.K.-2: Fleißschema zum Plambeck ContraCon-Verfahren � Charakteristika des Dynamischen Beetverfahrens - Nutzung der standorteigenen Mikroorganismen

- Zusatz von sauerstoffzehrenden Substraten ( Pflanzliche Nebenprodukte der Agroin-

dustrie)

- Während des Prozesses werden die zugegebenen Substate nahezu vollständig verbraucht.

- Zweistufiges anaerob/aerobes Verfahren ohne Zwischenbelüftung in der anaeroben Phase

- Boden wird erst in der aeroben Phase intensiv gewendet und belüftet

- In der anaeroben Phase wird TNT zu ADNT und DANT reduziert

- Während der aeroben Phase werden diese reduzierten TNT-Metabolite in die organische

Bodenfraktion eingebunden

Nr. Titel


11

3.3 Pilzverfahren (WISSTRANS Umwelt)

Das Verfahren beruht auf dem Potential von Weißfäulepilzen und streuzersetzenden Pilzen

TNT zersetzen zu können. Die Zersetzungsprodukte werden entweder mineralisiert oder in

der organischen Bodenfraktion festgelegt. Dazu werden Mieten durch schichtweises Ein-

bringen von Pilz/Stroh-Substratgemisch in den mit Nitroaromaten belasteten Boden errichtet.

Es handelt sich um ein einstufiges, rein aerobes Verfahren mit geringer Bodenbewegung

während der Behandlung. Das Biobeet ist mit einer Saugbelüftung ausgestattet. Anfallendes

Sickerwasser wird in einer Aktivkohlereinigungsanlage behandelt. Temperatur und Feuchtig-

keit werden in der eingehausten Miete kontrolliert. Ein Austrocknen des Bodens wird durch

regelmäßiges Berieseln verhindert. Berieselt wird mit einem Mischwasser, das sich aus auf-

bereitetem im Kreis geführten Prozesswasser sowie zugesetztem Frischwasser und einem

Anteil einer Nährsalzlösung zusammensetzt (Einzelheiten s. Kap. C.III).

Prallblech-abscheider

Bodenmiete

Berieselungsanlage

Luftpfad

Wasserpfad

Aktivkohlefilter;Abluftreinigung

Freifläche

AktivkohlefilterSickerwasser-

reinigung

Vorlage-behälter;

gereinigtesSicker-wasser

Vorlage-behälter;Wasser

Vorlage-behälter;

Nähr-lösung

Frischwasser

Abb. I.K.-3: Fließschema des Luft- und Wasserpfades der Behandlungsanlage der Wisstrans GmbH

Nr. Titel


12

� Charakteristika des Pilzverfahrens - Zugesetzte Weißfäulepilze bzw. streuabbauende Pilze, die auf Strohsubstrat vorgezogen

wurden

- Rein aerobes Verfahren

- Stroh und Boden werden in alternierenden Schichten aufgesetzt und nicht gewendet.

- TNT wird zu ADNT und DANT reduziert. Metaboliten werden durch die extrazellulären

Enzyme der Pilze zerstört

- Fragmente werden in die organische Bodenfraktion eingebaut.

4. Aufgabenbeschreibung

4.1 Errichtung des zentralen Versuchsbereiches

Auf einem 4.200 m2 großen Areal am nordöstlichen Rand des Werksgeländes hatte die

IABG, im Rahmen der Standortkoordination und der wissenschaftlich-technischen Beglei-

tung, den zentralen Versuchsbereich herzurichten. Zu den Aufgaben gehörte die Koordinati-

on der Bauaktivitäten im Zuge des Aufbaus der Versuchsanlagen sowie die Planung und

Bauüberwachung bei der Errichtung der zentralen Einrichtungen des Versuchsbereiches

(Schwarz-/Weiß-Einrichtungen, Container-Bodenlager, Medienversorgung etc.). Zwei Ver-

fahrenserprober (Umweltschutz Nord, ContraCon) stellten ihre Bodenbehandlungszelte auf

einer vorhandenen befestigten Freifläche auf, Fa. Wisstrans errichtete ihre Behandlungsan-

lage in einem bestehenden Gebäude. Nach Abschluss der Erprobung wurden die Anlagen

rückgebaut. (Einzelheiten vgl. E.0.1)

4.2 Genehmigungsrechtliche Anforderungen

Grundvoraussetzung für die Inbetriebnahme und Erprobung der drei biologischen Bodenbe-

handlungsverfahren war eine Betriebsgenehmigung der Versuchsanlagen auf dem Standort

Clausthal-Zellerfeld. Die Betriebsgenehmigung erfolgte nach der 4. BImSchV und beinhalte-

te im wesentlichen die nachfolgend beschriebenen Anforderungen.

Nr. Titel


13

Anlagengenehmigung

Im Rahmen der Vorbereitung der Verfahrenserprobung waren die beteiligten Firmen ver-

pflichtet, erforderliche Genehmigungen (nach BImSchG) zur Errichtung und zum Betrieb der

Versuchsanlagen zur Bodenbehandlung zu beantragen. Nach Vorliegen dieser Genehmi-

gungen wurden die Anlagen durch die einzelnen Verfahrenserprober errichtet.

Als eine Auflage der Anlagengenehmigung musste ein Immissionsschutzkonzept erarbeitet

und entsprechende Messungen durchgeführt werden. Dazu gehörten:

- die Bestimmung des Mononitrotoluol-Gehaltes in der Luft

- Lärmmessungen und Messungen von organischen Gesamtkohlenstoff

- Gesamtstaub- und Nitroaromatenbelastung in der Luft bei Bodenbewegung

Der Standortkoordinator übernahm dabei die Koordination der erforderlichen Aktivitäten so-

wie das Behördenmanagement.

Genehmigung zum Wiedereinbau der sanierten Bodenmaterialien

Seitens der Bezirksregierung Braunschweig wurde folgende grundsätzliche Anforderung für

die Zustimmung der Bodenmaterialauslagerung vorgegeben:

Zustimmung zur Bodenmaterialauslagerung, sofern keine Verschlechterung des Bodenaus-

gangsmaterials nach der Behandlung hinsichtlich des Schadstoffgehaltes und des Eluat-

verhaltens festgestellt wird.

Dazu war die Vorlage der nachfolgend genannten Analysenergebnisse (s. Tab. I.K-1) erfor-

derlich. Das behandelte Bodenmaterial durfte also nur eingebaut werden, wenn eine Erhö-

hung der Belastung des Untergrundes an der Einbaustelle ausgeschlossen werden konnte.

(Verschlechterungsverbot)

Als Basis für die Entscheidung, in welchen Bereichen des Standortes "Werk Tanne" das be-

handelte Bodenmaterial entsprechend der Genehmigung nach BImSchG wieder eingebaut

werden konnte, erfolgten der Vergleich und die Bewertung der Analysenwerte und der toxi-

kologischen Parameter der Proben des Ausgangsmaterials und der Proben nach Abschluss

der Behandlung. (Einzelheiten s. Kap. C.0.4)

Nr. Titel


14

Tab. I.K.-1: Parameterumfang der Analysen zur Vorlage bei der Genehmigungsbe-

hörde

Chemisch/Physikalisch Ökotoxikologisch

Sprengstofftypische Verbindungen Leuchtbakterien-Hemmtest

Polare Nitroaromaten Ames-Test

PAK (Feststoff/Eluat)

Schwermetalle (Feststoff/Eluat)

Nährstoffgehalte (Feststoff/Eluat)

pH

4.3 Arbeitsschutz Für alle am Standort vorgesehenen Arbeiten wurde ein Rahmen-Arbeitsschutzkonzept erar-

beitet, auf dessen Basis die Arbeits- und Sicherheitspläne sowie Betriebsanweisungen ge-

mäß TRGS 555 "Betriebsanweisung und Unterweisung nach § 20 GefStoffV" durch die Ver-

fahrenserprober erstellt wurden. Die Koordination der einzelnen Arbeitsschutz-Maßnahmen

vor Ort sowie das Überwachen der in den Betriebsanweisungen festgelegten Forderungen

erfolgte gemäß ZH 1/183 (BGR 128), Ziffer 5.1 durch die IABG als bestellten Koordinator.

Folgende Aktivitäten wurden im Hinblick auf einen übergeordneten Arbeitsschutz realisiert:

- Erarbeiten und Festlegen der Mindestanforderungen an den Arbeitsschutz in Abstimmung

mit der Tiefbaugenossenschaft (TBG) sowie mit den Verfahrenserprobern

- Prüfung und Abstimmung der einzelnen Arbeits- und Sicherheitspläne sowie der jeweiligen

Betriebsanweisungen

- Kontrolle/Überwachung der Einhaltung des Arbeitsschutzes

- Durchführen von Kontrollmessungen,

- Koordination und Dokumentation des Arbeitsschutzes

(Einzelheiten s. Hauptabschnitt D)

Nr. Titel


15

4.4 Bodenaushub

Folgende Anforderungen an das in den Versuchsanlagen zu behandelnde Bodenmaterial

wurde seitens der Verfahrenserprober gestellt:

- mittlere Nitroaromatenbelastung von 500 bis 2.500 mg/kg

- Angeforderte Menge: 520 t

- Grobanteil > 60 mm ist zu entfernen.

Weitere Anforderungen hinsichtlich der Schadstoffbelastung bestanden nicht.

Für den Aushub des Bodens auf dem Gelände des ehemaligen Sprengstoffwerkes "Tanne"

war der Standortkoordinator verantwortlich. Hierfür musste zuvor ein Naturschutzrechtlicher

Befreiungs- und Erlaubnisbescheid von der zuständigen Behörde eingeholt werden. Auf den

Auskofferungsflächen war vor Beginn der Arbeiten eine sicherheitstechnische Kampfmittel-

freigabe durchzuführen.

Als vorbereitende Maßnahme des Bodenaushubes erfolgte zunächst mittels Unterlagenre-

cherche und auf der Grundlage bisheriger Kenntnisse die Ausweisung potenzieller Auskoffe-

rungsbereiche. Die letztendlich für den Bodenaushub maßgebenden Flächen wurde durch

vor Ort-Begehungen und Beprobungen festgelegt. Bei der Auswahl spielten neben der

Schadstoffbelastung und der Bodenbeschaffenheit aus Kostengründen auch die Baufreiheit

eine maßgebende Rolle.

Der Boden wurde aus diversen Bereichen innerhalb des Werksgeländes ausgekoffert, ge-

siebt und in mehreren Schritten homogenisiert. Zur Bodenübergabe wurde auf einer vorbe-

reiteten Fläche im zentralen Versuchsbereich ein Haufwerk gebildet.

Bevor eine Aufteilung des Haufwerkes an die drei Verfahrenserprober erfolgen konnte,

mussten nachvollziehbare Daten über die Verbreitung der TNT-Belastung im Haufwerk vor-

handen sein. Hierzu erfolgte eine Probennahme über die gesamte Fläche des aufgeschütte-

ten Bodenkörpers. Danach wurde das Haufwerk in drei Teile (Sektionen) aufgeteilt und die

Schadstoffverteilung nochmals ermittelt. Die Konzentrationen jeder Sektion wurden aus den

Medianwerten von mindestens 40 Proben ermittelt, um somit die durch das Vorhandensein

von partikulärem TNT aufgetretenen Messwertstreuungen aufzufangen.

Nr. Titel


16

Danach lagen mittlere Konzentrationen für die Bodenmaterialien der jeweiligen Sektion von

1.100 bis 1.500 mg/kg TNT vor. Die Verfahrenserprober erhielten somit das Bodenmaterial

gemäß ihrer Anforderung.

Nach der Analyse und Aufteilung des Haufwerkes durch den Standortkoordinator ging der

Boden in die Verantwortung der Verfahrenserprober über. (Einzelheiten s. Kap. E.0.1).

4.5 Bodenbehandlung Die großtechnische Bodenbehandlung erfolgte über einen Zeitraum von zwei Jahren von Mai

1998 bis Mai 2000, wobei Umweltschutz Nord und ContraCon die maßstabsgerechte Verfah-

renserprobung in den Vegetationsperioden und Wisstrans zusätzlich auch im Winter durch-

führten.

Das Bodenmaterial wurde von den Verfahrenserprobern in zwei oder drei aufeinanderfol-

genden Chargen a 70 t behandelt. Dabei wurde ihnen die Möglichkeit eingeräumt, die Ver-

fahren bei jeder Charge im Hinblick auf eine Optimierung zu modifizieren. Zunächst nicht

benötigtes Bodenmaterial wurde auf einer vorbereiteten Freifläche (Containerlager) abge-

deckt zwischengelagert.

Nach der Bodenbehandlung erfolgte nach Freigabe der Genehmigungsbehörde die Auslage-

rung des Bodenmaterials innerhalb des Werksgeländes.

(Einzelheiten s. Kap. E.0.1)

Nr. Titel


17

4.6 Wissenschaftliche Begleitung

� Konzept für die wissenschaftliche Begleitung (KWB)

Im Rahmen der wissenschaftlichen Begleitung der maßstabsgerechten Erprobung bestand

die Aufgabe, den Sanierungserfolg der einzelnen Verfahren im Hinblick auf eine nachhaltig-

umweltverträgliche Bodenbehandlung zu bewerten. Voraussetzung dafür war die Durchfüh-

rung einer umfassenden externen und verfahrensbegleitenden Erfolgskontrolle, die sowohl

chemische als auch bodenphysikalische, ökotoxikologische und humantoxikologische Para-

meter berücksichtigt. Gleichzeitig wurden die neuesten Erkenntnisse und Ergebnisse der

Verbundvorhaben 4 ("Ökotoxikologische Testbatterien") und 5 ("Langzeit- und Remobilisie-

rungsverhalten") berücksichtigt. Ein weiteres Kriterium war die Aussage zur biologischen

Sicherheit, zur Wirtschaftlichkeit und Effizienz der einzelnen Verfahren. Das Konzept wurde

mit den Mitgliedern des Projektbeirates abgestimmt.

In der nachfolgenden Abbildung I.K.-4 ist der schematische Ablauf der Bearbeitungsphasen

während der dynamischen Entwicklung des Konzeptes für die wissenschaftliche Begleitung

dargestellt.

Zur Vorbereitung der Erprobung wurde das Ausgangsmaterial umfassend untersucht. Ver-

gleichsuntersuchungen wurden zur Qualitätssicherung der Analysen und Tests und ausge-

wertet. Schließlich wurde das gewählte Parameterspektrum mit den zuständigen Behörden

abgestimmt und das Untersuchungsprogramm erarbeitet.

Während der Behandlung der ersten Chargen wurde primär eine allseitige Prozesserfassung

gewährleistet. Auf der Basis der zweiten Chargen wurde der Behandlungserfolg geprüft bzw.

festgestellt. Aus der Gegenüberstellung der Ergebnisse der ersten und der zweiten Mieten

wurde das Untersuchungsprogramm kritisch bewertet.

Letztendlich diente das optimierte Konzept bei der dritten Mietengeneration zur Verifizierung

der bisherigen Ergebnisse und als Basis für die abschließende Bewertung .

Diese Vorgehensweise hat sich dahingehend bewährt, dass sie eine permanent flexible Be-

wertung, Auswertung und Umsetzung der gewonnenen Erkenntnisse aus der Verfahrens-

erprobung und der relevanten Ergebnisse aus den Verbundvorhaben 4 und 5 ermöglichte.

Weitere Einzelheiten sind in Kapitel C.0.4 erläutert.

Nr. Titel


18

Rahmenkonzept der 2.Mietengeneration:Ziel: Erfassung des Behandlungserfolgs

Grundlagenermittlung und Zieldefinition

Rahmenkonzept der 1.Mietengeneration: Ziel: Prozesserfassung

• Voruntersuchung der Böden

• Vergleichsuntersuchungen der chemischen Analytik

• Erarbeitung des Untersuchungsprogramms

• Festlegung des Parameterspektrums

• Vergleichsuntersuchungen der Eluataufbereitung (Ökotoxikologie )• Prüfung auf polare Nitroverbindungen (Chemische Analaytik )

• Abstimmung der Anforderungen für die Zustimmung zur Auslagerung

• Detailuntersuchung der chemischen Analytik

• Berücksichtigung Algentest ( Ökotoxikologie )

• Verzicht auf Pflanzentest Hafer ( Ökotoxikologie )

• Gesamtauswertung und - bewertung

• Empfehlung für die Erfolgskontrollen

Schlussbewertung

Rahmenkonzept der 3.Mietengeneration:Ziel: Optimiertes Konzept

Abb. I.K.- 4: Schematische Darstellung der Entwicklung des Konzeptes zur wissen-

schaftlichen Begleitung (Arbeitsschritte und Modifikationen)

� Untersuchungen im Rahmen der wissenschaftlichen Begleitung Zur Gewährleistung einer wissenschaftlichen Erfolgskontrolle der Verfahrenserprobung wa-

ren Untersuchungen am Bodenmaterial vor (Ausgangszustand und unbelasteter Referenz-

zustand), während (verfahrensbegleitende Kontrolle) und nach der Bodenbehandlung (End-

produkt) vorgesehen. Dazu zählten bodenphysikalische, chemisch-analytische Unter-

suchungen und ökotoxikologische Tests. Humantoxikologische und Luft-Untersuchungen

rundeten das Kontrollprogramm ab.

Die Untersuchungen erfolgen nach der Abstimmung mit den Verfahrenserprobern und den

Genehmigungsbehörden über die fachspezifischen Abläufe hinsichtlich

Nr. Titel


19

- der Beprobungszeiträume,

- der Probenmenge und -anzahl,

- des Probennahmeortes sowie

- des Transportes und der Lagerung der Proben.

Gleiches gilt für die Aufbereitung der Proben, des zu untersuchenden Parameterumfanges

und anzuwendender Analyseverfahren.

Gleichzeitig waren die aktuellen Forschungsergebnisse der parallel laufenden Verbund-

vorhaben 4 ("Ökotoxikologische Testbatterien") und 5 ("Langzeit- und Remobilisierungs-

verhalten") einzubeziehen. Sämtliche Arbeitsschritte wurden sowohl gemäß geltenden Vor-

schriften als auch der im Verbundvorhaben verbindlich festgelegten Regelungen dokumen-

tiert und nachgewiesen. Im Untersuchungsprogramm wurden während der Bearbeitungszeit

des Verbundvorhabens bekannt gewordene relevante wissenschaftliche Ergebnisse Dritter

berücksichtigt. Eine wesentliche Grundlage für die Bewertung der Verfahrenskennwerte war

die Führung einer einheitlichen Dokumentation durch alle Verfahrenserprober, die von der

Standortkoordination erstellt und überprüft wurde.

Mit der Durchführung der für die Erfolgskontrolle vorgesehenen Untersuchungen waren die

in der Tabelle I.K.-2 dargestellten Labore beauftragt worden.

Nr. Titel


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Tab. I.K.-2: Erfolgskontrolluntersuchungen – Vorschriften und beauftragte Labors

Parameter Vorschrift bzw. Richtlinie Ausführendes Labor

Pflanzenwachstumstest ISO 11269-2

potentielle Ammonium-oxidationsaktivität ISO/CD 15685 1999

Kombinierter Atmungstest ISO-Draft

Institut für Landschaftsentwick-lung an der TU Berlin

Regenwurmtest ISO 11268-1 und ISO 11268-2

Institut für biologische Analytik und Consulting IBACON GmbH

Leuchtbakterienhemmtest DIN 38412 - Teil 34/341

Öko

toxi

kolo

gisc

he U

nter

su-

chun

gen

Ames-Test DIN Entwurf 38415-4 1/1998

Institut für Umwelt- und Verfah-renstechnik der Gesellschaft für Forschung und Prüfung mbH (DMT)

Blutuntersuchung

TBG 1993

Urinuntersuchung

TBG 1993

Hum

anto

xiko

logi

sche

U

nter

such

ung.

Keimbelastung von Luft u. Boden

TRBA 1997

Arbeitsmedizinisches Präventi-onszentrum der Tiefbau- und Berufsgenossenschaft (APZ der TBG)

Organischer C-Gehalt Nasse Veraschung, Lichterfel-der Methode (Farbreaktion analog DIN 19684 Teil 2)

pH-Wert DIN ISO 10390 1997-03 (A) Korngrößenverteilung DIN 19683-2 und 3 max. Wasserhaltekapazität ISO 14238 Annex A Nährstoffgehalte verschiedene

Institut für Landschaftsentwick-lung an der TU Berlin

Bode

nphy

sika

lisch

e u.

–c

hem

isch

e Ke

nngr

ö-

Trockenmasse DIN ISO 11465 1996-12 (A) IfE Leipzig GmbH Umweltlabor GC-MS-Screening GC-MS-Analyse nach basi-

scher und saurer DCM-Extraktion

PAK 16 PAK/EPA 610 E DIN ISO 13877 1995-06 (A)

STV1 nach EPA 8330, modifiziert IABG-HV 2 1996-10

Schwermetalle im Boden im Königswasseraufschluss DIN ISO 114662

IfE Leipzig GmbH Umweltlabor

Che

mis

che

Anal

ytik

Polare Nitroaromaten3 Bruns-Nagel et al.: Identificati-on of Oxidized TNT Metaboli-tes in Soil Samples of a former Ammunition Plant; Environ-mental Science and Pollution Research, 1999, 6(1) 7-10 sowie Vortrag im Statussemi-nar in Bremen im Feb/98.

Institut f. Immunologie und Um-welthygiene der Philipps-Universität Marburg

1 gemäß Parameterfestlegung (s.Tab. I.K.-3) ; 2 je nach Extraktion; 3gemäß Parameterfestlegung (s.Tab. I.K.-3)

Nr. Titel


21

Parallel zur Erfolgskontrolle führten die Verfahrenserprober prozessbegleitende chemische

und ökotoxikologische Kontrolluntersuchungen durch.

Chemisch-analytische Untersuchungen

Die chemisch analytischen Untersuchungen (siehe Tab. I.K.-2) dienten der

- Charakterisierung des Ausgangsmaterials

- verfahrensbegleitenden Verfolgung des Schadstoffabbaus nach behördlich abgestimm-

ter Parameterliste

- Kontrolle der behandelten Bodenmaterialien vor Auslagerung auf die Freifläche

- Charakterisierung des Endproduktes

- Bewertung der Erfolgskontrolle hinsichtlich der Abbauwirksamkeit eingesetzter Verfahren

Die konzeptionellen Überlegungen bezüglich der chemischen Analysen von sprengstoff-

typischen Verbindungen orientierten sich vorrangig am Ringversuch des Niedersächsischen

Landesamtes für Ökologie (NLÖ), der 17 Sprengstoffderivate in Böden umfasste.

Ausgehend davon, dass die Analytik einerseits eine an den sanierungsrelevanten Parame-

tern orientierte Erfolgskontrolle und andererseits einen Methodenabgleich der beteiligten

Labore gewährleisten sollte, wurden die in der Tabelle I.K.-3 angegebene Parameterspekt-

ren (PS) I und II in Abstimmung mit den Behörden festgelegt.

Das Untersuchungsprogramm PS I war vorrangig für die Bodenproben aus dem Ausgangs-

material für die Mieten sowie für ausgewählte Proben aus dem Endprodukt der Verfahrens-

erprobung vorgesehen. Die Hauptuntersuchungen auf Nitroaromaten und Nebenprodukte

erfolgten mittels HPLC-DAD und mit Hilfe von GC-MS-Screening.

Zur Untermauerung des abgestimmten Untersuchungsumfanges sollte aus einigen dieser

Proben ein GC-MS-Screening erstellt werden. Nach Ermittlung einer oder mehrerer Verbin-

dungen im toxisch relevanten Konzentrationsbereich, die im festgelegten reduzierten Unter-

suchungsumfang (PS II) nicht enthalten sind, sollte die Entscheidung über ihre Aufnahme in

das Untersuchungsprogramm im Projektbeirat getroffen werden.

Nr. Titel


22

Tab. I.K.-3: Untersuchungsprogramm sprengstofftypische Verbindungen

Erfolgskontrolle (PS I)

Charakterisierung der Ausgangs-

materialien und der Endprodukte

Vergleichsuntersuchung (PS II)

Vor-Ort-Messung und verfahrensbegleitende

Analytik

2 - Mononitrotoluol

3 - Mononitrotoluol

4 - Mononitrotoluol

2,3 - Dinitrotoluol

2,4 - Dinitrotoluol

2,6 - Dinitrotoluol

3,4 - Dinitrotoluol

3,5 - Dinitrotoluol

2,4,6 - Trinitrotoluol





2 - Amino - 4,6 - Dinitrotoluol


2 - Amino - 4 - Mononitrotoluol



1,3 - Dinitrobenzol

1,2 - Dinitrobenzol

1,4 - Dinitrobenzol

1,3,5 - Trinitrobenzol

Hexogen

2 - Mononitrotoluol

3 - Mononitrotoluol

4 - Mononitrotoluol

2,4 - Dinitrotoluol

2,6 - Dinitrotoluol




1,3 - Dinitrobenzol

1,3,5 - Trinitrobenzol

Hexogen

Nr. Titel


23

Einzelne Proben aus dem Ausgangsmaterial und den Mieten wurden auf folgende polare

oxidierte Substanzen analysiert :

Tab I.K.-4: Untersuchungsprogramm polare oxidierte Nitroaromaten

Polare Nitroaromaten

4-Amino-2,6-Dinitrobenzylalkohol

2,4,6-Trinitrobenzylalkohol

2,4,6-Trinitrobenzoesäure

2-Amino-4,6-Dinitrobenzoesäure

4–Amino-2,6-Dinitrobenzoesäure

3,5-Dinitrophenol

Ihre Auswahl orientierte sich vornehmlich an aktuellen Forschungsergebnissen der Universi-

tät Marburg und des Fraunhofer Institutes für Toxikologie und Aerosolforschung.

Darüber hinaus erfolgte die Bestimmung des Glühverlustes sowie der Hintergrundbelastung

durch polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) und Schwermetalle in dem Aus-

gangsmaterial, nach der Behandlung vor Auslagerung der Miete und im Endprodukt. Die

letztgenannten Untersuchungen waren lediglich relevant für die Betrachtung der Rückfüllkri-

terien der Bodenmaterialien.

Ökotoxikologische Tests

Ökotoxikologische Tests dienen im Rahmen der Erfolgskontrolle:

- zur zusätzlichen Bewertung des Einflusses der Nitroaromaten-Kontamination und der

Auswirkungen der erprobten Verfahren auf die Lebensraumfunktion und die Schadstoff-

rückhaltung in den untersuchten Böden vor und nach der Behandlung

- zur Kontrolle der Schadstoffrückhaltung im behandelten Bodenmaterialien vor Auslage-

rung auf die Freifläche (aquatische Tests)

- zur Erfassung des toxikologischen Einflusses nicht identifizierter und unbekannter Ver-

bindungen (terrestrische Tests) im Endprodukt

Nr. Titel


24

Für den Einsatz ökotoxikologischer Verfahren wurden folgende Mindestvoraussetzungen

definiert, die die Eignung dieser Testverfahren bestimmten:

- Die zu untersuchenden und zu reinigenden Bodenflächen sollten später als Lebensraum

dienen.

- Für jede Lebensraumfunktion (Mikroflora, Bodenfauna, Vegetation) war jeweils mindes-

tens ein Test einzusetzen.

- Der Test musste für Ausgangsmaterial und Endprodukt geeignet sein.

- Der restliche Organikgehalt im Endprodukt darf nicht fäulnisfähig sein. (stabilisiertes

Endprodukt)

- Kontrollversuche müssen immer parallel durchgeführt werden.

Um eine ökotoxikologische Bewertung des in den verschiedenen Verfahren am Standort

"Werk Tanne" behandelten Bodenmaterials vornehmen zu können, wurden zur Untersu-

chung der Rückhaltevermögen, der Lebensraumfunktionen und der Genotoxizität geeignete

Testverfahren für ein Mindestuntersuchungsprogramm mit dem Ziel der Validierung der

großtechnischen Versuche ausgewählt. Die ausgewählten Testverfahren wurden für die Be-

wertung des ökotoxikologischen Potentials des kontaminierten Bodenmaterials (Ausgangs-

material) und des Bodenmaterials nach Abschluss der Behandlung (Bodenmaterial vor Aus-

lagerung bzw. Endprodukt) eingesetzt.

Diese Auswahl lässt sich nicht verallgemeinern, da die biologischen Testverfahren zur Er-

folgskontrolle von biologischen Bodenbehandlungen von der zukünftigen Nutzung der Böden

und der jeweiligen Boden- und Schadstoffart bestimmt wird.

Die in Tab. I.K.-2 aufgelisteten Tests kamen im Zuge der maßstabsgerechten Erprobung

zum Einsatz (Einzelheiten siehe Kap. F.0.1.4).

Bodenphysikalische und -chemische Untersuchungen

Grundlage für die ökotoxikologische Bewertung sanierter Bodenmaterialien war eine umfas-

sende Charakterisierung des Materials anhand der chemisch-physikalischen

Parameter. Zusätzlich waren aber auch die Einflüsse des jeweiligen Sanierungsverfahrens

zu berücksichtigen. Für die abschließende Interpretation der ökotoxikologischen Befunde

musste unterschieden werden in Verfahren, die die bodentypischen Eigenschaften des

Nr. Titel


25

Materials nicht wesentlich ändern und Verfahren, deren Endprodukt erheblich vom ursprüng-

lichen Bodenmaterial abweicht (z. B. durch den Einfluss von Zuschlagstoffen).

Diese Untersuchungen wurden zur physikalisch-chemischen Bewertung des Bodens der

Auskofferungsbereiche vor Ort, der Ausgangsmaterialien und des Endproduktes durchge-

führt. Sie umfassten die Bestimmung der in Tab. I.K.-2 genannten Parameter.

Die physikalisch-chemischen Charakteristika des Bodens waren für die Ergebnisbewertung

zum Ende der Verfahrenserprobung auch hinsichtlich der Verwertung des behandelten Bo-

denmaterials von Bedeutung.

Humantoxikologische Untersuchungen und Raumluftuntersuchungen (Air-Monitoring)

Des weiteren erfolgte im Rahmen der Erfolgskontrolle eine arbeitsmedizinische Betreuung

zur Kontrolle der Einhaltung der Arbeitssicherheitsanforderungen sowie Humantoxikologi-

sche und Raumluftuntersuchungen (Air-Mmonitoring). Diese beinhaltete das in der Bau-

wirtschaft etablierte "Arbeitsmedizinische Untersuchungsprogramm auf Altlasten" und Unter-

suchungen zum Biological (Effekt) Monitoring.

Die Untersuchungen umfassten neben mikrobiologischen Parametern auch die klimatischen

Parameter und erfolgten nach den Technischen Regeln für Biologische Arbeitsstoffe. Be-

stimmt wurden die luftgetragenen Mikroorganismen und der hygienisch relevante Keim-

besatz im Boden-Substrat-Gemisch. Die vor Ort arbeitenden Beschäftigten der Verfahrens-

erprober und der IABG wurden auf freiwilliger Basis auf Urinmetabolite und Hämoglobin-

Addukte untersucht. Zur Kontrolle der Einhaltung von Grenzwerten wurden Raumluft-

messungen zur Mononitrotoluolen-Bestimmung vor Beginn der Mietenansätze und während

der Umsetzungsarbeiten durchgeführt (Tab. I.K.-5)

Nr. Titel


26

Tab. I.K.-5: Untersuchungsprogramm Arbeitsschutz

Untersuchung Richtlinie

Air-Monitoring2

Schadstoffgehalt

in der Umgebungsluft1 TA Luft 1986

Schadstoff-Gehalt

in der Raumluft Hauptverband der gewerbl. Berufsgenossenschaften 1997

Schadstoffbelastung

am Arbeitsplatz TBG 1993

Humantoxikologische Untersuchungen

Urinmetabolite TBG 1993

Hämoglobin-Addukte TBG 1993

Biologische Sicherheit

Luftgetragene Mikroorga-

nismen TRBA 1997, BIA-Arbeitsmappe 1997

Biologische Arbeitsstoffe

Hygienisch relevanter

Keimbesatz im Bodensub-

strat-Gemisch

TRBA 1997

1 (Immissionsschutz)

2 gemäß folgender Parameterfestlegung:

2 - Mononitrotoluol 1 - Mononitrobenzol3 - Mononitrotoluol 1,3 - Dinitrobenzol4 - Mononitrotoluol 1,3,5 - Trinitrobenzol2,4 - Dinitrotoluol 4 - Amino - 2,6 - Dinitrotoluol2,6 - Dinitrotoluol 2 - Amino - 4,6 - Dinitrotoluol2,4,6 - Trinitrotoluol

Nr. Titel


27

5. Ergebnisse

5.1 Chemische Analytik

Zum Bewerten der Abbauergebnisse in den Mieten wurden die Messergebnisse der Verfah-

renserprober als Vergleich zu den Messungen der Erfolgskontrolle herangezogen. Es konnte

gezeigt werden, dass für die Schadstoffkonzentrationen sowohl in den Ausgangsmaterialien

(siehe Abb. I.K.-5) als auch während des Abbauprozesses in den Mieten (Beispiel siehe

Abb. I.K.-6) eine weitgehende Übereinstimmung der Ergebnisse vorliegt.

(Einzelergebnisse siehe Hauptabschnitt G)

3

10

6

10 0 0 0 0

5

11 11

54

0 0 0

3

0

2

46

8

10

12

1416

18

20

<900 900-1100 1100-1300

1300-1500

1500-1700

1700-1900

1900-2100

2100-2300

>2300

mg/kg TS

Häu

figke

it

Analyse U-Nord

Analyse IABG

IABG-AnalytikMedian bei 1120 mg/kg

TS(abweichend vom

rechnerischen Mittelwert1322,2 mg/kg TS)

Maximalwert 3760 mg/kg TSMinimalwert 799 mg/kg TS

U-Nord-AnalytikMedian bei 1065 mg/kg

TS(abweichend vom

rechnerischen Mittelwert1050,5 mg/kg TS)

Abb. I.K.- 5: Vergleich der Häufigkeitsverteilungen der TNT-Konzentrationen im Aus-

gangsmaterial am Beispiel der 1. Miete von Umweltschutz Nord.

Nr. Titel


28

0,00

200,00

400,00

600,00

800,00

1000,00

1200,00

1400,00

28./2

9.05.9

8 (Ausg

angsm

at.)

06.06

.1998

(Ausg

angss

ub.-bere

chnet)

09.06

.1998

(Star

tmiet

e)

10.06

.1998

16.06

.1998

24.06

.1998

01.07

.1998

08.07

.1998

16.07

.1998

22.07

.1998

29.07

.1998

03.08

.1998

06.08

.1998

11.08

.1998

13.08

.1998

20.08

.1998

26.08

.1998

03.09

.1998

08.09

.1998

21.09

.1998

01.10

.1998

12.10

.1998

29.10

.1998

04.11

.1998

05.11

.1998

Probennahmedatum

mg/

kg T

S

Mittelwerte(ContraCon)

Mittelwerte(IABG)

verfestigt

Umstellung anaerober auf aerobe Phase

(29.07.98 vor Probennahme)

unverfestigt

Abb. I.K.- 6: Vergleich der Analysenwerte von TNT am Beispiel der 1. Miete von Plam-

beck ContraCon

Zu der obigen Abbildung ist anzumerken, dass durch die Optimierung der Verfahrensfüh-rung sich der TNT-Abbau bei der 2. Miete wesentliche schneller vollzog (vgl. Abschnitt 6.5)

� TNT und verwandte Nitroaromaten

Bei allen drei Verfahren konnte ein drastischer Rückgang der TNT-Konzentration im Sanie-

rungsverlauf festgestellt werden. Tabelle I.K.-6 zeigt am Beispiel der ersten Mieten die TNT-

Konzentrationen in den Bodenmaterialien der drei verschiedenen Verfahren vor (Ausgangs-

material) bzw. nach der jeweiligen biologischen Behandlung (Material nach Auslagerung),

sowie 4 Wochen nach der Auslagerung (Endprodukt). Das Kompostierungsverfahren der Fa.

Umweltschutz Nord und das dynamische Beet-/Mietenverfahren der Fa. Plambeck Contra-

Con konnten TNT unter die Nachweisgrenze abreichern. Das Pilz-Verfahren erreichte eine

Abreicherungsleistung von 99 %. Die Metaboliten der ersten Reduktionsstufe (Amino-

Dinitrololuole) und zweiten Reduktionsstufe (Diamino-Nitrotoluole) von TNT wurden durch

die Behandlungen stark abgereichert. Bei den Verfahren mit einem anaeroben Behand-

lungsschritt kam es zu Beginn durch die schnelle Reduktion großer Mengen TNT zu einer

kurzfristigen Akkumulation von Amino-Dinitrotoluolen. Sämtliche anderen Verbindungen aus

dem Untersuchungsprogramm der Nitroaromaten waren entweder nicht oder nur in geringen

Maße vorhanden, spätestens im Endprodukt aber nicht mehr nachweisbar bzw. bis nah an

die Nachweisgrenze abgebaut.

Nr. Titel


29

Die Ergebnisse der Untersuchungen an behandeltem Bodenmaterial im Rahmen der Er-

folgskontrolle zeigen, dass mit zunehmender Substrat- und Nährstoffzugabe der TNT-Abbau

beschleunigt werden kann. Gleiches gilt, wenn die Intervalle zur Bodenmaterial-

homogenisierung verkürzt werden. Letzteres erfordert aber einen höheren mechanischen

Aufwand und schlägt sich voraussichtlich in den Betriebskosten nieder. Durch höhere Sub-

strat- und Nährstoffzugaben ergibt sich die Notwendigkeit einer längeren Lagerungsdauer

der Bodenmaterialien, wie die nachfolgenden Ergebnisse zeigen. Insgesamt ist hier noch ein

Ansatz für eine weitergehende Verfahrensoptimierung zu sehen.

Tab. I.K.-6: Feststoffgehalte von TNT und seinen biologischen Hauptmetaboliten im

Bodenmaterial der 1. Mietengeneration

Prozess Ausgangsmaterial Mat. v. Auslagerung Endprodukt

TNT [mg/kg TS]

Kompostierung1 1322 0,1 n.n.

Dynamische Miete2 1284 0,4 n.b.

Pilzverfahren3 1637 51 31

2-Amino-4,6-Dinitrotoluol [mg/kg TS]

Kompostierung 36,6 0,1 n.n.

Dynamische Miete 34,55 0,35 n.b.

Pilzverfahren 29,15 2,83 3,0

4-Amino-2,6-Dinitrotoluol [mg/kg TS]

Kompostierung 71,1 0,1 n.n.

Dynamische Miete 60,98 0,36 n.b.

Pilzverfahren 39,4 20,17 13,8 1 Umweltschutz Nord n.b.: nicht bestimmt; n.n.: nicht nachweisbar 2 Plambeck ContraCon 3 Wisstrans Umwelt, AWIA Umwelt

Nr. Titel


30

� Polare Nitroaromaten

Bisher wurden in Deutschland bei Erkundungen und Gefährdungsabschätzungen ehemali-

ger TNT-Produktionsstätten TNT-Folgeprodukte mit oxidierter Methylgruppe nicht berück-

sichtigt. Es konnte jedoch in mehreren Untersuchungen gezeigt werden, dass diese Verbin-

dungen sowohl im Grundwasser als auch im Boden solcher Standorte nachweisbar sind.

Gefunden wurden 4-Amino-2,6-dinitrobenzoesäure, Trinitrobenzylalkohol und 4-Amino-2,6-

dinitrobenzylalkohol sowie 3,5-Dinitroanilin (als Abbauprodukt von Trinitrobenzol).

Eine Analytik dieser Stoffe wurde erst nach Beginn der Verfahrenserprobung möglich, so

dass keine Bodenproben aus dem Haufwerk untersucht werden konnten. Stattdessen wur-

den Bodenproben aus dem Containerlager und zum Vergleich auch eine Rückstellprobe

untersucht (s. Tab. I.K.-7). Da die genannten Substanzen in den Bodenmaterialien zum Teil

nachgewiesen wurden, wurde überprüft, inwieweit diese Substanzen durch die biologische

Behandlung eliminiert werden können.

In der folgenden Tabelle I.K.-7 sind am Beispiel der jeweiligen ersten Mieten der Verfahrens-

erprober die Gehalte an polaren Nitroverbindungen dargestellt.

Es zeigte sich, dass das Bodenmaterial mit deutlichen Mengen 2-A-DNBS belastet war

(Containerboden). Die Herkunft der polaren Nitroaromaten in den Böden auf ehemaligen

Rüstungsbetrieben ist bisher nicht bekannt. Mikrobiologische und chemische Prozesse wer-

den diskutiert, die die Methylgruppe von TNT oder ADNT oxidieren.

Zum Abschluss der Verfahren hatte sich herausgestellt, dass TNBS und A-DNBS in allen

Verfahrensvarianten unter die Nachweisgrenze abgebaut wurden. Da im Auslagerungs-

material des Pilzverfahrens noch relevante Konzentrationen an Nitroaromaten vorhandenen

waren (s. Tab. I.K.-6), wurde das Endprodukt dieses Verfahrens als einziges auf polare Nit-

roaromaten untersucht.

Nr. Titel


31

Tab. I.K.-7: Feststoffgehalte von Nitrobenzoesäuren (polare Nitroaromaten) im Boden-

material der 1. Mietengeneration

Prozess Ausgangsmaterial Mat. v. Auslagerung Endprodukt

Trinitrobenzoesäure (TNBS) [mg/kg TS]

Kompostierung n.n. n.b.

Dynamische Miete n.n. n.b.

Pilzverfahren

1,1 1

0,3 2 n.n. n.n.

2-Amino-4,6-dinitrobenzoesäure (2-ADNBS) [mg/kg TS]



Pilzverfahren

60,8 1

25,4 2 n.n. 0,61

4-Amino-2,6-dinitrobenzoesäure (4-ADNBS) [mg/kg TS]



Pilzverfahren

n.n. 1

n.n. 2 n.n n.n.

1 Containerboden, eine Messung für alle Verfahren

2 Rückstellboden, eine Messung für alle Verfahren

n.b.: nicht bestimmt (Genehmigungserfordernis bereits erfüllt); n.n.: nicht nachweisbar

� Schwermetalle

Weil der Boden geogen bedingt eine hohe Hintergrundbelastung an Schwermetallen (Zink:

ca. 800 mg/kg TS; Blei: ca. 1000 mg/kg TS; Cadmium: ca. 4 mg/kg TS) aufweist, wurde

auch eine mögliche Erhöhung der Schwermetall-Eluierbarkeit im biologisch behandelten

Bodenmaterial untersucht. Diese wurde einerseits wegen der mechanischen Bodenbehand-

lung (Gefügeaufbruch) und andererseits wegen der Milieuänderungen im Bodenmaterial

durch die biologische Behandlung erwartet. In Tabelle I.K.-8 sind die Eluatwerte der im we-

sentlichen vorhandenen Schwermetalle, vor und nach der Bodenbehandlung, aufgeführt.

Nr. Titel


32

Die Ergebnisse zeigen, dass aufgrund der Messwertschwankungen keine generelle Aussage

über eine Änderung des Eluatverhaltens gemacht werden kann. Tendenziell ist festzustellen,

dass das Pilzverfahren den geringsten Einfluss auf die Eluierbarkeit der Schwermetalle aus-

übt. Eine mögliche Ursache besteht darin, dass das Bodengefüge und die Milieubedingun-

gen nur wenig verändert werden.

Bemerkenswert ist, dass die hohen Schwermetallkonzentrationen den biologischen Nitro-

aromatenabbau in allen Verfahrensvarianten nicht behindert haben.

Tab. I.K.-8: Eluatwerte von Schwermetallen des Bodenmaterials der 2. Mietengenera-

tion (Werte von den Verfahrenserprobern ermittelt).

Prozess Ausgangsmaterial Material v. Auslagerung

Zink [µg/l]

Kompostierung < 20

Dynamische Miete 175

Pilzverfahren

140 1

62

Blei [µg/l]

Kompostierung < 500

Dynamische Miete 96/73 2

Pilzverfahren

120 1

99

Cadmium [µg/l]

Kompostierung < 50

Dynamische Miete 4

Pilzverfahren

<4,5 1

0,6

1 Containerboden 2 Beet/Miete

Nr. Titel


33

� Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe

Neben Sprengstoffen und Schwermetallen ist der Boden des ehemalige Rüstungswerkes mit

polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAK) belastet. Untersucht wurde die

Frage, welchen Einfluss die biologischen Sanierungsverfahren auf die kaum bioverfügbare

PAK-Kontamination hat. Die Ergebnisse der Beprobung der ersten Mieten sind in Tabelle

I.K.-9 dargestellt.

Die eingesetzten biologischen Verfahrensvarianten werden auch bei der Sanierung PAK-

kontaminierter Böden angewendet, sofern nur niedrig kondensierte PAK vorliegen. Aller-

dings muss die Verfahrensführung dann auch für diese Schadstoffgruppe optimiert sein. Bei

der durchgeführten Fahrweise der Verfahren war ein signifikanter Abbau der PAK noch nicht

erreicht, war jedoch auch nicht in der Zielstellung des Versuchs festgeschrieben.

Tab. I.K.-9: Feststoffgehalte von polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen im Bodenmaterial der 1. Mietengeneration (16 EPA-PAK) Prozess Ausgangsmaterial Material v. Auslagerung

EPA-PAK [mg/kg TS]

Kompostierung 32,0 27,2*

Dynamische Miete 52,9 ** 45,3

Pilzverfahren 31,5 28,0

n.b.: nicht bestimmt * im Endprodukt

** lt. IABG-Bericht „Zusammenstellung 2. Miete“ vom 22.12.1999, S. 9

Die leichten Messwertunterschiede resultieren aus der vorliegenden inhomogenen Schad-

stoffverteilung.

� Ökotoxikologische Tests Für die Genehmigung des Wiedereinbaus war der Nachweis zu erbringen, dass sich das

Eluat des sanierten Bodenmaterials in ökotoxikologischer Hinsicht nicht verschlechtert hat.

Zur Überprüfung der Bodenrückhaltefunktion wurden der Leuchtbakterien-Hemmtest und

der AMES-Test gefordert. In der Tabelle I.K.-10 sind die Ergebnisse für alle drei Verfahren

aus allen Mietengenerationen dargestellt.

Nr. Titel


34

Die G-Werte geben die Verdünnungsstufe an, bei der erstmals ein toxischer/mutagener Ef-

fekt auftritt. Je höher der G-Wert, desto toxischer/mutagener ist das Eluat.

Durch die Sanierung konnte die Toxizität der Bodenmaterialien bei allen drei Verfahren signi-

fikant reduziert werden. Auffällig war indes die vorübergehend gestiegene Toxizität im Bo-

deneluat des Materials vor der Auslagerung bei der Kompostierung. Hierbei handelte es sich

aber um einen verfahrensbedingten Effekt, der zum einen durch hohe Nährsalzkonzentratio-

nen verursacht wurde; insbesondere die Stickstoffgehalte waren nach der Behandlung im

Eluat erhöht. Andererseits wurde bereits vor Beendigung des Abbauprozesses in der ersten

Bodenmiete der Kompostierung die Probennahme freigegeben, zu einem Zeitpunkt als das

Bodenmaterial noch fäulnisfähige Bestandteile beinhaltete. Somit wäre eine Toxizitätsminde-

rung des Materials ohnehin nicht messbar gewesen. Im Endprodukt, also nach einer Lage-

rung von mehreren Wochen, war der Effekt bereits wieder weitestgehend abgeklungen.

Ähnliche Phänomene sind auch bei normalen Kompostmieten zu beobachten. Das genotoxi-

sche Potential ist bereits durch die TNT-Abreicherung so weit zurückgegangen, dass z.T.

auf eine weitere Testung des Endproduktes verzichtet werden konnte.

Tab. I.K.-10: Ergebnisse der aquatischen Tests der Bodeneluate aller Mietengenerati-onen Prozess Ausgangsmaterial Mat. v. Auslagerung Endprodukt

Leuchtbakterien-Hemmtest [GL]

Kompostierung 190 – 370 8 – 551 2 –34

Dynamische Miete 213 – 380 8 – 32 4 – 25

Pilzverfahren 286 – 730 4 –230 6 – 20

Ames-Test [GEA]

Kompostierung 12 – 24 3 – 6 n.b.

Dynamische Miete 12 – 24 3 n.b.

Pilzverfahren 24 6 - 48 3 – 6 1 Ein GL-Wert ≤ 4 gilt als nicht toxisch n.b.: nicht bestimmt 2 Ein GEA-Wert ≤ 3 gilt als nicht toxisch

Nr. Titel


35

Ein wesentlicher Einfluss der hohen Schwermetallkonzentrationen und der PAK-Gehalte

(s.o.) auf die Toxizität im Bodenmaterial konnte nicht nachgewiesen werden.

Weitere ökotoxikologische Tests, vor allem zur Lebensraumfunktion wurden durch die Pro-

jekte des Verbundvorhabens 4 "Ökotoxikologische Testbatterien" am Bodenmaterial der

ersten Mietengeneration des Kompostierungsverfahrens durchgeführt.

� Chemisch-physikalische Bodenuntersuchungen

Für die Genehmigung zum Wiedereinbau der behandelten Bodenmaterialen auf dem Werks-

gelände des ehemaligen Sprengstoffwerkes "Tanne" waren auch die Eluatwerte der dünge-

wirksamen Stoffe von Bedeutung, da das Werksgelände in einem Vorranggebiet für die

Wassergewinnung liegt. In Tabelle I.K.-11 sind die Eluatwerte für Nitrat, Nitrit und Ammoni-

um aufgeführt. Die Werte repräsentieren die mittleren Gehalte zu den verschiedenen Zeit-

punkten der Bodenbehandlung.

Tab. I.K.-11: Eluatwerte vom Nährsalzgehalt aller Mietengenerationen Prozess Ausgangsmaterial Mat. v. Auslagerung

Ammonium [mg/l]

Kompostierung <1 < 1 bis <8

Dynamische Miete <0,3 bis 0,71 8

Pilzverfahren 0,12 1

Nitrat [mg/l]

Kompostierung 11 47

Dynamische Miete 22 27

Pilzverfahren 35 1

Nitrit [mg/l]

Kompostierung 0,38 3,8

Dynamische Miete 0,05 8

Pilzverfahren 0,30 0,02

Nr. Titel


36

Das Pilzverfahren erhöhte in der Regel die Eluatwerte für Nährstoffe im Boden nicht oder

nur geringfügig, während diese sowohl beim Kompostierungsverfahren als auch beim dyna-

mischen Beet-Mietenverfahren nach der Bodenbehandlung erhöht waren. Die erhöhten Nit-

ritgehalte trugen wahrscheinlich zur Beeinflussung des Leuchtbakterientest (s. Tab. I.K.-10)

bei. Weitere chemisch-physikalische Untersuchungen waren für die Genehmigung der Wie-

derauslagerung nicht nötig, da es sich um eine kurzfristige Belastung auf einer kleinen Flä-

che handelte. Eine komplette Auflistung der Werte findet sich Kap G.K.1.

� Arbeitschutz

Die im Rahmen des Arbeitsschutzes geforderten Untersuchungen (s. Tab. I.K.-5) sind vor

und während der Verfahrenserprobungen durchgeführt worden. Weder die Messungen zum

Air-Monitoring (Belastungen durch staubgebundene sowie flüchtige Schadstoffe am Arbeits-

platz sowie in der Umgebung der Versuchsanlagen), noch die humantoxikologischen Unter-

suchungen an den auf dem Standort tätigen Mitarbeitern haben Schadstoffe nachweisen

können. Die Untersuchungen zur biologischen Sicherheit (luftgetragene Mikroorganismen)

und zu den biologischen Arbeitsstoffen (hygienisch relevanter Keimbesatz im Bodensub-

strat-Gemisch) haben keine oder nur kurzzeitig erhöhte Belastungen gezeigt.

6. Verfahrensbewertung

Auf der Grundlage der Ergebnisse aus den chemischen, ökotoxikologischen und humantoxi-

kologischen Untersuchungen wurden die drei Verfahren nach den folgenden Kriterien be-

wertet:

� Sanierungserfolg

� Umweltauswirkungen

� Verwertbarkeit

� Wirtschaftlichkeit

� Sanierungsverlauf /-dauer

� Übertragbarkeit andere Standorte

� Langzeitverhalten

� Akzeptanz.

Nachfolgend werden die einzelnen Bewertungskriterien erläutert und die Ergebnisse der

Bewertung genannt.

Nr. Titel


37

6.1 Sanierungserfolg

� Bewertungskriterium Aufgrund des Forschungscharakters der Bodenbehandlung wurde von Seiten der Genehmi-

gungsbehörde mit Bezug auf das BBodSchG § 4 das Ziel der Sanierung dahingehend fest-

gelegt, dass eine Verschlechterung des ursprünglichen Bodenzustandes hinsichtlich des

Schadstoffgehaltes im Boden und Eluat nach erfolgter Behandlung zu vermeiden war. Die

Erfüllung des Sanierungszieles wurde entsprechend behördlicher Vorgaben anhand

- chemischer Analytik und

- ökotoxikologischer Untersuchungen

beurteilt. (Einzelheiten siehe Abschnitt C.0.4)

Die Bewertung der einzelnen Verfahren unter dem Gesichtspunkt des Sanierungserfolges

erfolgte unter Berücksichtigung der Schadstoffreduktion sowie der genehmigungsrechtlichen

Vorgaben. Auf dieser Grundlage fand eine Beurteilung statt, inwieweit das Sanierungsziel

durch die eingesetzten Verfahren auch hinsichtlich immissionsschutzrechtlicher Belange

erreicht werden konnte.

� Bewertungsergebnis Die biologische Sanierung durch alle drei erprobten Verfahren war insgesamt erfolgreich und

erfüllte die Anforderung der Genehmigungsbehörden.

Die Hauptparameter STV und die Metabolite konnten durch die Verfahren von Umweltschutz

Nord sowie ContraCon, die auf dem Schadstoffabbau durch Mikroorganismen basieren, fast

vollständig reduziert werden. Problematisch erwiesen sich nur die aus der Zugabe der Sub-

strate resultierenden erhöhten Nährstoffgehalte, die prinzipiell zu einer Wassergefährdung

führen könnten. Die bei der derzeitigen Verfahrensführung noch erhöhten Nährstoffkonzent-

rationen im Bodenmaterial nach erfolgter Behandlung verursachen geringe toxische Wirkun-

gen, wie im Rahmen der durchgeführten ökotoxikologischen Untersuchungen festgestellt

werden konnte. Aufgrund dessen verzögert sich die Auslagerung des Endproduktes ent-

sprechend der Nachreifedauer des behandelten Bodenmaterials.

Durch das Pilzverfahren von Wisstrans konnten die Nitroaromaten und insbesondere der

Leitparameter TNT ebenfalls signifikant reduziert werden. Im Verhältnis zu den im Aus-

gangsboden in hohen Konzentrationen vorhandenen sprengstofftypischen Schadstoffen

waren im Endprodukt nur noch geringe Gehalte nachweisbar.

Nr. Titel


38

Erwartungsgemäß blieben die Nährstoffgehalte unverändert niedrig. Ein Problem stellte die

im Endprodukt noch vorhandene polare Nitroverbindung (Dinitrobenzoesäure) dar, die aller-

dings nur in geringen Konzentrationen nachweisbar war. Diese Verbindung ist ein oxidatives

Umsetzungsprodukt des TNT und wird aufgrund der aerob verlaufenden Prozessführung

beim Pilzverfahren anscheinend langsamer abgebaut. Die polaren Nitroverbindungen sind

gut wasserlöslich, so dass generell eine Grundwassergefährdung nicht ausgeschlossen wer-

den kann.

Die ökotoxikologischen Untersuchungen ergaben durchweg erhebliche Reduzierungen der

toxischen Wirkungen im Verlauf der Bodenbehandlung. Nur beim Leuchtbakterientest wur-

den im Endprodukt die Toxizitätsgrenzen leicht überschritten, wobei noch keine sicheren

Daten vorliegen, ob der Leuchtbakterientest auch bei Pilzverfahren angewendet werden

kann.

Optimierungmöglichkeiten des Verfahrens bestehen noch im Hinblick auf die Homogenisie-

rung des Bodenmaterials, die zu einer besseren Verfügbarkeit des Schadstoffes für die Pilze

führen dürfte. Dies führt voraussichtlich zu einer weitergehenden Reduktion der Gehalte an

TNT und an oxidierten Metaboliten bis auf die Nachweisgrenze.

Alle drei Verfahrenserprober wurden von Seiten der Genehmigungsbehörde, trotz der insge-

samt positiven Abbauergebnisse, aufgrund der erhöhten Nährstoffgehalte bzw. der festge-

stellten Resttoxizitäten beauflagt, die Nährstoffumsetzungen im ausgelagerten Bodenmate-

rial über mehrere Vegetationsperioden hinweg mittels chemischer und z.T. ökotoxikologi-

scher Untersuchungen zu überwachen.

6.2 Umweltauswirkungen

� Bewertungskriterium Unter dem Gesichtspunkt der Umweltauswirkungen wurden die Auswirkungen der Verfah-

rensdurchführung sowie des behandelten ausgelagerten Bodens auf die Schutzgüter Boden,

Luft und Wasser bewertet. Die Grundlage der Bewertung bildeten die Ergebnisse aus den

chemischen, ökotoxikologischen und humantoxikologischen Untersuchungen.

Bei der Bewertung erfolgte eine Differenzierung in Auswirkungen der Sanierung auf die

Umwelt: - während der Bodenbehandlung

(Umweltgefährdungen durch die Verfahrensdurchführung) und

- nach der Bodenbehandlung

(Gefährdungspotenzial des behandelten Bodens / des Endproduktes).

Nr. Titel


39

� Bewertungsergebnis

Von keinem der erprobten Verfahren gingen während der Bodenbehandlung, d.h. durch die

Verfahrensdurchführung, schädliche Auswirkungen auf die Umwelt aus, so dass diese Sa-

nierungsverfahren als umweltfreundlich eingestuft werden können.

Die Emission von leichtflüchtigen Substanzen, Stäuben oder Keimen über den Luftpfad wur-

de bei allen Verfahren durch die geschlossenen Anlagen und eine gezielte Absaugung und

Ableitung in Abluftfilter verhindert. Bei Wisstrans kam es zu einer Erhöhung der Keim- und

Schimmelpilzbelastung während der Bodenbewegungen, die aber unmittelbar danach wieder

bis zum Normalen absanken. Die Qualität der Außenluft wurde dadurch nicht beeinträchtigt.

Ein etwaiger Schadstoffeintrag in den Untergrund über das Sickerwasser ist bei den erprob-

ten Verfahren ebenfalls auszuschließen. Der Eintrag von Niederschlägen wird durch die ge-

schlossenen Anlagen verhindert. Der Untergrund in den Versuchanlagen wird vor Beginn der

Bodenbehandlung entsprechend abgedichtet. Beim Umweltschutz Nord- und ContraCon-

Verfahren entstanden keine Sickerwässer. Das zu Prozessbeginn nur in geringem Maße

beim Verfahren von Wisstrans anfallende Sickerwasser wird über die Aktivkohlereinigungs-

anlage behandelt.

Einer Exposition der innerhalb des Versuchsbereiches bzw. der Zeltanlage Tätigen wurde

durch entsprechende technische, organisatorische und persönliche Schutzmaßnahmen (u.a.

Fahrerkabine mit Filteranlage) vorgebeugt. Außerdem wurden die BTEX, die beim Betrieb

der Fahrzeuge entstanden, durch die Luftfilteranlage erfasst.

Eine erhöhte Lärmbelästigung durch den Betrieb der Anlage insbesondere durch die Geräu-

sche bei den Bodenbewegungen (Brechen und Wenden des Bodenmaterials) konnte im

Rahmen der durchgeführten Immissionsmessungen nicht festgestellt werden.

Im Hinblick auf die Umweltauswirkungen, die vom behandelten Bodenmaterial ausgeht, ist

festzustellen, dass durch die Bodenbehandlung im Rahmen der Erprobung aller drei Verfah-

ren die schädigende Wirkung des Ausgangsboden auf die Umwelt wesentlich reduziert wird.

Die Konzentrationen des Leitparameters TNT und der weiteren STV wurden deutlich ge-

senkt. Des weiteren nahmen die Toxizitäten signifikant ab. In den behandelten Bodenmate-

rialien aller Verfahrenserprober waren nur noch geringe oder lediglich leicht erhöhte Toxizitä-

ten feststellbar.

Verfahrensbedingt unverändert blieben die ursprünglich im Boden enthaltenen PAK sowie

die geogen vorkommenden Schwermetalle.

Nr. Titel


40

6.3 Verwertbarkeit

� Bewertungskriterium Die Verwertbarkeit des behandelten Bodens bzw. des Endproduktes ist aus ökologischen

aber auch ökonomischen Gründen von Bedeutung.

Zur Beurteilung der Verwertbarkeit wurden einschlägige Richtlinien bzw. Normen (LAGA

„Anforderungen an die stoffliche Verwertung von mineralischen Reststoffen / Abfällen“ [6],

DIN 19731 „Verwertung von Bodenmaterial“ [1]) herangezogen.

Auf der Grundlage für die Thematik relevanter Vorgaben können die Anforderungen für die

Verwertung von Bodenmaterial i.w.S. unterschieden werden in:

- schadstoffspezifische Eignung und

- bodenmechanische Eignung.

� Bewertungsergebnis Bodenmechanische Eignung: Der behandelte Boden, der der Bodenart Schluff und Sand

zugeordnet werden kann, wies einen relativ geringen Humusanteil auf. Der pH-Wert blieb

bei allen Verfahren im Verlauf der Bodenbehandlung im Prinzip unverändert. Er lag im neut-

ralen Bereich bis leicht alkalisch, wahrscheinlich verursacht durch die im Ausgangsboden

enthaltenen Bauschuttreste.

Der Anteil an bodenfremden Bestandteilen wie Bauschutt, Holzteilchen oder Eisenstücken

lag schätzungsweise unter 10 %. Da die von allen Verfahrenserprobern zugesetzten Sub-

strate sich nahezu vollständig umsetzten, fand keine nachteilige Veränderung der Boden-

struktur statt. Die Bodenstruktur konnte durch die Bodenbearbeitung, d.h. mittels Brechen,

Homogenisieren, Auflockern, Belüften verbessert werden.

Das vom Standort verwendete Bodenmaterial wies einen erhöhten Festgesteinanteil aus,

der schätzungsweise zwischen 20 und 30 Vol % lag.

Im Hinblick auf die bodenmechanische Eigenschaften ist das behandelte Bodenmaterial von

allen Verfahrenserprobern gemäß DIN 19731 eingeschränkt zur Verwertung geeignet. Die

nur bedingte Verwertung begründet sich durch die Beschaffenheit des Ausgangsbodens mit

seinem hohen Grobbodenanteil sowie den bodenfremden Bestandteilen. Durch die Verfah-

ren selbst wurden die bodenmechanischen Eigenschaften nicht verschlechtert sondern

durch die Aufbereitung und Bearbeitung eher verbessert.

Nr. Titel


41

Schadstoffspezifische Eignung: Durch die im Rahmen des Forschungsvorhabens erprobten

Verfahren konnten die Gehalte an STV deutlich gesenkt werden. Das behandelte Bodenma-

terial von Umweltschutz Nord und Plambeck ContraCon wies sehr niedrige STV-Gehalte auf.

Allerdings waren erhöhte Nährstoffgehalte im behandelten Bodenmaterial beider Verfahren

zu verzeichnen. Wisstrans konnte die STV-Gehalte bis auf niedrige Restkonzentrationen

reduzieren. Die Gehalte an polaren Nitroverbindungen sind ebenfalls als gering einzuschät-

zen.

Unverändert hoch blieben in sämtlichen Endprodukten die ursprünglich im Boden enthalte-

nen Gehalte an PAK und Schwermetallen.

Auch die toxischen Wirkungen im Bodenmaterial konnten wesentlich reduziert werden. Die

Ursache für die noch vorhandenen niedrigen bis leicht erhöhten toxischen Wirkungen liegen

möglicherweise an dem noch nicht beendeten Reifeprozess. Außerdem steht die Anwend-

barkeit des Leuchtbakterientests auf das Pilzverfahren in Frage.

Im Falle einer Verwendung der von den Verfahrenserprobern behandelten Bodenmaterialien

außerhalb des ehemaligen Sprengstoffwerkes ist aufgrund der noch vorhandenen Belas-

tungen durch Schwermetalle und PAK gem. DIN 19731 lediglich eine eingeschränkte Ver-

wertung (Eignungsgruppe III) möglich. Nach LAGA könnte das Bodenmaterial höchstens

dem Zuordnungswert 2 zugeordnet werden, der nur einen eingeschränkten Einbau mit defi-

nierten technischen Sicherungsmaßnahmen zulässt. Allerdings liegen die PAK-Gehalte

deutlich über dem Zuordnungswert Z 2. Aufgrund dessen wäre zunächst zu klären, ob das

sanierte Bodenmaterial trotz der erhöhten Konzentrationen eines einzelnen Parameters

nach Z 2 eingebaut werden kann. Es wird nochmals darauf hingewiesen, daß die genannten

Co-Kontaminationen spezifisch für den untersuchten Standort sind. Die genannten Ein-

schränkungen entfallen, wenn Böden saniert werden, die keine sanierungsrelevanten PAK-

und Schwermetallkonzentrationen aufweisen.

Da das Sanierungsziel erreicht bzw. das Verschlechterungsverbot des ursprünglichen Zu-

standes eingehalten wurde, kann ein Einbau des behandelten Bodens innerhalb des

Werksgeländes nach der Nachreife, d.h. nach dem Abbau der Nährstoffe bzw. der Toxizitä-

ten, erfolgen. Unter Berücksichtigung der Nutzung und des sich daraus ergebenden Schutz-

bedürfnisses ergeben sich im Sinne des BBodSchG keine schädlichen Bodenverunreinigun-

gen durch das sanierte Bodenmaterial.

Nr. Titel


42

Zudem ist gemäß BBodSchV § 12 in Gebieten mit erhöhten Schadstoffbelastungen eine

Verlagerung von Bodenmaterial innerhalb dieses Gebietes möglich, wenn die Bodenfunktio-

nen nicht zusätzlich beeinträchtigt und insbesondere die Schadstoffsituation am Ort des

Aufbringens nicht nachteilig verändert wird.

6.4 Wirtschaftlichkeit

� Bewertungskriterium Im Rahmen der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung wurde auf der Grundlage der von den Verfah-

renserprobern erstellten Kostenkalkulation für die Verfahrensdurchführung eine Beurteilung

zu den darin genannten Aufwendungen vorgenommen. Zur Bewertung der Kosten bzw. zum

Vergleich wurde die Veröffentlichung von Jansky und Neumann zur „Preisentwicklung in der

Bodendekontamination – wirtschaftliche und technische Rahmenbedingungen“ [5] (vgl. An-

lage H.K.-1) herangezogen. Die u.a. darin enthaltene (Muster-) Kalkulation einer biologi-

schen MKW-Sanierung wurde auf der Grundlage eines jährlich von der BAM im Auftrag des

ITVA erstellten Preisspiegels zur Dekontamination von schadstoffbelasteten Böden sowie

nach Angaben von Betreibern entsprechender Anlagen erstellt.

Die Kostenkalkulation beruht auf den Angaben der Verfahrenserprober. Um eine Vergleich-

barkeit der Angaben zu ermöglichen, erfolgte die Kalkulation einheitlich nach den Vorgaben

von Jansky [5]. In der Kalkulation wird prinzipiell unterschieden nach Investitionskosten,

durchsatzunabhängigen und durchsatzabhängigen Kosten.

Im einzelnen werden die Kosten unterteilt in Aufwendungen für:

- Infrastruktur

- Personal

- Bodenvorbereitung , Hilfs-/Verbrauchsstoffe

- Analytik und Erfolgskontrolle

- Bodenverwertung

Die Aufwendungen für den für den Bodenaushub bis zur Bereitstellung des Bodenmaterials

für die Versuchsdurchführung in den Forschungsanlagen sind in der Kalkulation nicht be-

rücksichtigt. (Einzelheiten vgl. Kapitel H.K.1-4)

In der nachfolgenden Tabelle I.K.-12 sind die Gesamtkosten aller drei erprobten Verfahren

entsprechend der vorgenanten Untergliederung dargestellt.

Nr. Titel


43

Tabelle I.K.-12: Behandlungspreise der 3 betrachteten Verfahren

Umweltschutz Nord

ContraCon Wisstrans (Jansky,1999) MKW-

Sanierung [DM/t] [DM/t] [DM/t] [DM/t]

40.000t/a

80.000 t/a

40.000t/a

80.000 t/a

40.000t/a

80.000 t/a

40.000t/a

80.000 t/a

Investitionskosten Bau Maschinenbau/ E-Technik

21,08 10,54 22,50 11,25 17,07 12,74 25,00 12,50

Summe 21,08 10,54 22,50 11,25 17,07 12,74 25,00 12,50 Durchsatzunabhängige Kosten Zinsen 7% 8,93 4,47 9,53 4,77 7,23 5,40 10,59 5,29 Pachten 1,16 0,58 1,33 0,67 0,67 0,53 6,75 3,37 Mieten 0,86 0,43 0,86 0,43 0,86 0,43 0,86 0,43 Bau-Reparaturen 5,20 2,60 5,63 2,81 4,00 3,26 6,00 3,00 Maschinenbau-Reparaturen 1,88 1,31 1,88 1,31 1,88 1,31 2,50 1,75 Personal Büro 7,50 3,75 7,50 3,75 7,50 3,75 7,50 3,75 Personal Anlage 10,00 8,75 7,50 6,25 7,50 7,50 15,00 11,25 Bürobedarf 1,50 0,75 1,50 0,75 1,50 0,75 1,50 0,75 Radlader 1,50 0,75 Entfällt )* 1,50 0,75 1,50 0,75 Hallenbeheizung 1,00 0,50 Entfällt )* 1,00 0,50 1,00 0,50

Summe 39,53 23,89 35,73 20,74 33,64 24,18 53,20 30,84 Durchsatzabhängige Kosten Elektrische Energie 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 Wasser/ Abwasser 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 Betriebs- und Hilfsstoffe 1,00 1,00 1,00 1,00 Aktivkohle (Abluftreinigung) 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75 Probennahme/Analyse 4,00 4,00 4,00 4,00 4,00 4,00 2,00 2,00 Bodenverwertung 15,00 15,00 15,00 15,00 15,00 15,00 15,00 15,00

Summe 21,95 21,95 22,95 22,95 21,95 21,95 20,95 20,95 Gesamtkosten ohne Substrat 82,56 56,38 81,17 54,94 72,66 58,87 99,15 64,29

)* in Investitionskosten enthalten

In den vorgenannten Preisen sind die Kosten für die Bereitstellung der Substrate nicht ent-

halten. Da nur für das Verfahren der Firma Wisstrans ein konkreter Wert für die Kosten des

Substrats bzw. der Pilze vorlag (20 DM/t) und für die anderen Verfahren nur eine Spanne

von 0 - 30 DM/t angegeben wurde, wurde bei der Berechnung der Endpreise, bei den ande-

ren Verfahren von Kosten von 15 DM/t ausgegangen.

Nr. Titel


44


Grundsätzlich ist zur vorgenannten Kostenkalkulation anzumerken, dass diese nur als grobe

Abschätzung der realen Behandlungspreise gewertet werden kann. Die Kalkulation gilt für

einen hypothetische, dem Durchschnitt entsprechende Sanierung von TNT-kontaminiertem

Bodenmaterial.

Ein wesentliches Ziel der Ausschreibung des BMBF im Jahre 1996 war die Unterschreitung

der Kosten thermischer Verfahren zur Sanierung von Rüstungsaltlasten. Dieses Ziel wurde

durch die entwickelten Verfahren erreicht: Die Kosten liegen in allen Fällen sehr deutlich

unter den von Jansky (5) berechneten Kosten thermischer Verfahren und auch der Boden-

wäsche.Im Vergleich zur Kalkulation einer herkömmlichen MKW-Sanierung von Jansky [5]

können alle drei betrachteten Verfahren als kostengünstig eingestuft werden.

Bei Einrechnung der Kosten für die Bereitstellung der Substrate und der Analysenkosten

können die Gesamtkosten im ungünstigsten Fall höher ausfallen als bei der verglichenen

MKW-Sanierung. nsgesamt bedarf es bei einer genauen Ermittlung der Kosten einer stand-

ortspezifischen Betrachtung unter zusätzlicher Berücksichtigung der gesamten Infrastruktur.

Dies führt aber in Vergleich zu thermischen Verfahren oder Bodenwaschverfahren zu keiner

signifikanten Kostenerhöhung.

6.5 Sanierungsverlauf/-dauer

� Bewertungskriterium

Der gesamte Sanierungsverlauf einschließlich aller bei der Sanierungsmaßnahme erforderli-

chen Vor- und Nacharbeiten gliedert sich in:

- Bodenvorbereitung (Aushub, Homogenisierung)

- Anlagenvorbereitung (Genehmigung, Infrastruktur, Anlagenerrichtung)

- Sanierungsdurchführung (Bodenbehandlung, Nachbehandlung)

- Nachsorge

Die Boden- und Anlagenvorbereitung betrifft die Planung und Realisierung des Aushubes

und der Vorbereitung des zu behandelnden Bodenmaterials sowie der Errichtung der Ver-

suchsanlagen einschließlich der Genehmigung.

Bei der Sanierungsdurchführung wird die Dauer von Übergabe des Bodenmaterials an die

Verfahrenserprober, die Bodenbehandlung selbst, bis zur Genehmigung zur Auslagerung

betrachtet.

Nr. Titel


45

Weiterhin wird im Hinblick auf die Nachsorge der zeitliche Aufwand für die entsprechend der

Auslagerungsgenehmigungen erforderlichen (Untersuchungs-) Maßnahmen berücksichtigt.


Bodenaushub und -vorbereitung

Der Aushub von insgesamt etwa 320 m³ Boden (ca. 120 m³ benötigte Umweltschutz Nord,

ca. 75 m³ ContraCon, ca. 125 m³ Wisstrans), der innerhalb des Werksgeländes stattfand,

sowie die Bodenvorbereitung, d.h. Homogenisieren und Sieben des Bodenmaterials sowie

die Haufwerksbildung, wurde in einem Zeitraum von zwei Wochen durchgeführt.

Einen erhöhten zeitlichen Aufwand im Zuge der Auskofferung verursachten die teilweise

beengten Platzverhältnisse und fehlende Zuwegungen, die z.T. nur ein Einsatz von Kleinge-

räten zuließen. Außerdem war es erforderlich, den Boden aus mehreren kleinräumigen Be-

reichen auszukoffern und an zentralen Stellen weiter vorzubereiten.

(Einzelheiten vgl. Kapitel E.0.1.5.)

Anlagenvorbereitung

Die Genehmigung der Versuchsanlagen gestaltete sich für alle Verfahrenerprober ähnlich.

Für den Betrieb der Versuchsanlagen war eine Genehmigung nach BImSchG erforderlich

Die einzelnen Anträge zur Genehmigung wurden von den Verfahrenserprobern im April `97

gestellt. Im Oktober des gleichen Jahres erteilte die zuständige Behörde die Genehmigun-

gen. Der Genehmigungszeitraum betrug somit etwa 6 Monate. (Einzelheiten vgl. Kapitel

E.0.1).

Die erforderliche Infrastruktur für alle Verfahrenserprober, d.h. die Herrichtung des zentralen

Versuchsbereiches im nordöstlichen Teil des Werksgeländes „Tanne“, erfolgte in einem

Zeitraum von etwa 3 Wochen. Hierzu zählte im wesentlichen die Heranführung von Strom

und Wasser an das Versuchsgelände, die Errichtung des Containerlagers sowie des

Schwarz/Weiß-Bereiches.

Bodenbehandlung

Die STV konnten beim Verfahren von Umweltschutz Nord in kurzer Zeit abgebaut werden.

So waren Beispielsweise bei der ersten Miete die TNT-Konzentration nach weniger als ca. 3

Wochen unter die Nachweisgrenze gesunken. Für die Sanierungszeit positiv wirkten sich die

häufigen Wechsel von aeroben und anaeroben Bedingungen aus.

Nr. Titel


46

Allerdings bedingt die hohe Substratzugabe auch hohe Nährstoffgehalte im Endprodukt,

wodurch eine Nachreife bzw. eine Zwischenlagerung von mehreren Wochen bis zum Aus-

bringen des behandelten Bodens erforderlich ist.

Die Reduktion des TNT unter 5 mg/kg dauerte beim Plambeck-ContraCon-Verfahren bei

der verfahrensoptimierten 2. Miete nach eigenen Angaben etwa 1 Monat. Dieser im Verhält-

nis zum Verfahren der Umweltschutz Nord GmbH etwas längere Umsetzungszeitraum liegt

u.a. an der Zugabe relativ geringer Mengen an Substraten, was sich wiederum vorteilhaft auf

die Auslagerung auswirkt. Durch die nur leicht erhöhten Nährstoffgehalte im behandelten

Boden musste dieser nicht noch lange bis zum Ausbringen bzw. bis zur Auslagerungsge-

nehmigung zwischengelagert werden.

Die Schadstoffbelastung des Ausgangsbodens durch STV konnte durch das Pilzverfahren

von Wisstrans kontinuierlich abgebaut werden. Die Versuche mit den 3 Bodenchargen wur-

den jeweils nach etwa einem Jahr beendet. Das Endprodukt wies nach Beendigung der Be-

handlung noch TNT-Restgehalte von ca. 10 - 30 mg TNT/ kg TS auf.

Die relativ lange Sanierungsdauer kann damit begründet werden, dass wahrscheinlich die

Voraussetzungen mit dem steinigen Gebirgsboden und dem erhöhten Anteil an Lockerge-

stein nicht optimal für das Pilzverfahren waren. Die diversen Maßnahmen zur Schaffung

optimaler Bedingungen für die Pilze führten nicht zu einem optimalen Pilzwachstum. Ein

weiterer Grund für den relativ langsamen und unvollständigen Schadstoffabbau liegt vermut-

lich in der geringen Durchmischung bzw. in der inhomogenen Schadstoffverteilung im Bo-

denmaterial. Positiv sind die geringen Nährstoffgehalte im behandelten Boden, so dass un-

mittelbar nach Behandlung eine Auslagerung möglich ist.

� Nachsorge Die Aufwendungen für die Nachsorge sind bei allen Verfahrenserprobern ähnlich. Auf Grund

der beabsichtigten Auslagerung des Bodenmaterials in einem Wasservorrangsgebiet sind

die Genehmigungen für die Auslagerung der behandelten Mieten mit behördlichen Forde-

rungen zur Nachsorge verbunden. Diese Auflagen betreffen aufgrund der Restbelastungen

durch Nährstoffe bzw. sich daraus ergebende Toxizitäten eine weitere Überwachung der

Eluatwerte des ausgelagerten Materials. Im einzelnen werden Untersuchungen auf Nährstof-

fe sowie z.T. ökotoxikologische Untersuchungen gefordert, die je nach Miete über einen

Zeitraum von bis zu drei Vegetationsperioden durchzuführen sind. Abhängig von den Unter-

suchungsergebnissen behält sich die Genehmigungsbehörde die Forderung nach weiteren

Untersuchungen zur Dokumentation des Schadstoffabbaus vor.

Nr. Titel


47

Zudem sollte das Bodenmaterial von Plambeck ContraCon und Umweltschutz Nord vor Aus-

lagerung noch einmal belüftet und aufgelockert werden, um den Nährstoffabbau zu fördern.

Die Aufwendungen für die Nachsorge können in zeitlicher Hinsicht aufgrund des langen Zeit-

raumes für das Monitoring als erhöht eingeschätzt werden. Eine zügige Verwertung oder ein

Wiedereinbau am Ort der Auskofferung sind durch die Auflagen nicht möglich. Dieser Um-

stand ist, wie oben erwähnt, bedingt durch die Auslagerung in einem Wasservorrangsgebiet.

An weniger kritischen Standorten ist mit einer vereinfachten Verfahrensweise bei der Ausla-

gerung zu rechnen.

6.6 Übertragbarkeit auf andere Standorte

� Bewertungskriterium

Unter dem Gesichtspunkt Übertragbarkeit findet eine Betrachtung statt, inwieweit die am

Standort „Werk Tanne“ erprobten Verfahren auf andere Standorte mit TNT-Problematik an-

gewendet werden können. Im Vordergrund dieser Bewertung steht die technische Machbar-

keit bzw. die Einsatzgrenzen der Verfahren.

Auf der Basis der erreichten Sanierungsergebnisse und der bodenkundlichen Charakterisie-

rung der Beschaffenheit des Bodenmaterials vom Standort „Werk Tanne“ konnten Bodenpa-

rameter herausgearbeitet werden, die geeignet sind, die Abhängigkeiten der Sanierungsver-

fahren von der Beschaffenheit des Bodenmaterials darzustellen. Aus bodenkundlicher Sicht

haben sich die Parameter

� Korngrößen i.V.m. Volumenverhältnissen, Wasserhaltekapazität unter besonderer Be-

rücksichtigung des Tongehaltes,

� Gehalt an organischer Bodensubstanz (OBS),

� Bodenreaktion und

� Mikrobiologische Atmungsaktivität, die in enger Beziehung zu den genannten Bodenpa-

rametern und Schadstoffgehalten (Schwermetalle und organische Kontaminationen)

steht, als besonders relevant erwiesen.

Zur Herleitung von Abhängigkeiten zwischen den Sanierungsverfahren und der Beschaffen-

heit der Bodenmaterialien muss der Sanierungsprozess in die Teilprozesse Metabolisierung

von TNT zu Aminotoluolen und die als Humifizierung bezeichnete irreversible Einbindung der

Metabolite in der Ton- Humusmatrix unterteilt werden. Die Metabolisierung findet unter anae-

Nr. Titel


48

roben Bedingungen durch die Bildung von Reduktionsäquivalenten statt, die Humifizierung

ist ein aerober Prozess.

Aus den vorliegenden Ergebnissen des Forschungsvorhabens wurden zunächst Aussagen

über die Eignung des Bodenmaterials vom Standort "Werk Tanne" zur mikrobiologischen

Sanierung durch die unterschiedlichen Verfahren abgeleitet. Des weiteren wurden eine Eig-

nungsbewertung ausgewählter Bodenmaterialien anderer Standorte vorgenommen. Auf der

Grundlage der vorherigen Aussagen werden Empfehlungen zu weiteren Bodenmaterialien

abgeleitet.

Die Empfehlungen zur Anwendbarkeit der drei Sanierungsverfahren auf unterschiedliche

Bodenmaterialien beziehen sich auf den begrenzten Kenntnisstand, der aus den Erfahrun-

gen am Standort „Werk Tanne“ an einem konkreten Bodenmaterial resultiert. Extrapolatio-

nen auf andere Bodenmaterialien basieren auf Rückschlüssen aus den gewonnenen Erfah-

rungen und auf Hinweisen aus der Literatur. (Einzelheiten- vgl. Kapitel H.K.1.6)


Mit der Auswahl unterschiedlicher Bodenarten nach dem Dreieckskoordinatensystem der

Feinbodenarten nach DIN 4220 und den damit unmittelbar verbundenen Eigenschaften lässt

sich eine erste wichtige Einteilung Sanierungseignung unterschiedlicher Bodenmaterialien

vornehmen.

Abb. I.K.- 8: Abbildung 1 Dreieckskoordinatensystem der Feinbodenarten nach DIN

4220

100 % Ton

100 % Schluff 100 % Sand

Bodenmaterial Unterlüß

Bodenmaterial Dissen

Bodenmaterial „Werk Tanne“

K 1

K 2

K 3 K 4

Nr. Titel


49

Zur genaueren Abstufung der Eignung unterschiedlicher Bodenmaterialien auf Grund der

Korngrößenzusammensetzung wurde das Dreieckskoordinatensystem in vier Bereiche mit

folgender Zuordnung unterteilt.

Tabelle I.K.-13: Bewertung der Eignungsbereiche

Bereich Bewertung der Sanierungseignung

K1 nicht bis sehr schlecht

K2 sehr schlecht bis schlecht

K3 schlecht bis gut

K4 gut bis sehr gut

Bodenmaterialien mit hohen Gehalten an Tonmineralen können für den Metabolisierungs-

und Humifizierungsprozess aller drei Verfahren auf Grund der ungünstigen Porenverteilung,

Volumenverhältnisse und Wasserhaltekapaziäten als schwer bzw. nicht behandelbar be-

zeichnet werden. Damit sind Bodenmaterialien, die nach dem Dreieckskoordinatensystem

der Feinbodenarten nach DIN 4220 als Tone zu bezeichnen sind, schlecht bzw. nicht biolo-

gisch behandelbar.

Schluffböden und Lehmböden (Gemisch aus Sand, Schluff und Ton) liegen auf Grund ihrer

Porenverteilung, Volumenverhältnisse und Wasserhaltekapaziäten im Übergangsbereich

zwischen den Sandböden und Tonböden. Damit ergibt sich eine mittlere Eignungseinstufung

für den Metabolisierungsprozeß.

Die Reduzierung des TNT im Biobeetverfahren der Firma Wisstrans erfordert den unmittel-

baren Kontakt zum Pilzmycel. Die Hemmung der Durchwachsung des Bodenmaterials durch

die Weißfäulepilze begründet sich vor allem durch ungünstige Poren- und Volumenverhält-

nisse, die sich aus hohen Gehalten an Tonmineralen ergeben. Ungünstige Durchlüftungs-

verhältnisse dieses aeroben Verfahrens verstärken diesen Effekt. Damit liegt eine einge-

schränkte Eignung von Schluff- und Lehmböden für die Behandlung durch dieses Verfahren

vor.

Für sandige Bodenmaterialien werden vor allem auf Grund günstiger Poren- und Volumen-

verhältnisse für alle drei Verfahren günstige Bedingungen für den Teilprozess der Metaboli-

sierung angenommen. Der Stoffaustausch in der Behandlungsmiete ist optimal gewährleis-

tet.

Nr. Titel


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Die Mikrobiologische Atmungsaktivität dient der ökotoxikologischen Bewertung von Boden-

materialien und deren Sanierungseignung. Demnach geben die Größen Atmungsleistung

und die Verzögerung des mikrobiellen Wachstums nach Substratzugabe (Lag-Phase) Hin-

weise zur Beeinträchtigung und mikrobiologischen Sanierbarkeit des Bodenmaterials. Die

nachfolgende Tabelle gibt einen Überblick über die Bewertung der Kenngrößen.

Tabelle I.K.-14: Kenngrößen zur Bodenatmung

Kenngröße Grenzwert Bewertung

Basalatmung RB � 0,5 mg CO2.*100g-1*d-1 Bodenmaterial mikrobiologisch sanierbar1

Substratinduzierte Atmung RS

� 5 mg CO2.*100g-1*d-1 Bodenmaterial mikrobiologisch sanierbar1

1Quelle: [DECHEMA-Ad-hoc-Arbeitsgruppe 1992]

Für die zugeführten Weißfäulepilze stellen geringe Besatzdichten einen geringen Besied-

lungswiderstand durch die autochthone Mikroflora dar. Beim Kompostierungsverfahren Um-

weltschutz Nord werden zusätzlich zur autochthonen Mikroflora thermophile Bakterien mit

dem mikrobiologisch hoch aktiven Substrat eingebracht. Aus bodenkundlicher Sicht besteht

eine direkte Abhängigkeit zwischen der aktivierbaren Atmungsleistung der autochtonen Mik-

roflora und dem Metabolisierungsprozess, Daraus resultiert bei geringen aktivierbaren At-

mungsleistungenein verzögertes Anfahren des Abbauprozesses. Nach Auffassung der Fa.

Plambeck ContraCon relativiert sich diese Verzögerung gemessen an der Gesamtbehand-

lungsdauer des Bodenmaterials.

Die Einstufung der Bodenmaterialien nach dem pH- Wert ermöglicht eine weitere Unterglie-

derung der mikrobiologischen Sanierungseignung von Bodenmaterialien. Die Lebensbedin-

gungen der Mikroorganismen werden durch die Bodenreaktion direkt und indirekt über die

Schadstoffverfügbarkeit (v.a. Schwermetalle) entscheidend geprägt. Leicht saure pH- Werte

gelten als positiv für die Humifizierungsleistungen. Die Verwertbarkeit organischer Substrate

durch Mikroorganismen wird jedoch bereits bei mäßig sauren Böden erschwert. Auf Grund

der Verschiebung der Gleichgewichtsreaktion zwischen undissoziierten und dissoziierten

Fettsäuren in Richtung undissoziierter und damit schlechter verwertbarer Fettsäuren wird

das Substratangebot für Mikroorganismen gesenkt und der Wachstumsprozess der Orga-

nismen verlangsamt. Dies wirkt sich insbesondere bei thermophilen Bakterienstämmen aus.

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Tabelle I.K.-15: Bewertung der Bodenreaktion

pH-Wert (CaCl2) Reaktionsbezeichnung Bewertung

9,1 – >10,0 stark bis extrem alkalisch stark beeinträchtigt bis lebensfeindlich

8,1 – 9,0 mäßig alkalisch beeinträchtigt

7,1 – 8,0 schwach alkalisch günstig

7,0 neutral günstig

6,0 – 6,9 schwach sauer günstig

5,0 – 5,9 mäßig sauer beeinträchtigt

< 4,0 – 4,9 stark bis extrem sauer stark beeinträchtigt bis lebensfeindlichQuelle: nach [Scheffer et al. 1992] S.120/ [Atlas R.M. 1988] S.353

Beim Kompostierungsverfahren Umweltschutz Nord und beim Dynamischen Beetverfahren

Contracon kann es durch geringe Ausgangswerte für die Bodenreaktion, zum Absinken der

pH- Werte kommen in denen eine Beeinträchtigung der Abbauprozesse erreicht werden

kann. Die Abhängigkeit des Dynamischen Beetverfahren Contracon von der autochthonen

Mikroflora schränkt in diesem Falle den Metabolisierungsprozeß ein. Nach Auffassung der

Fa. Plambeck ContraCon relativiert sich die angenommene Einschränkung der Metabolisie-

rung im Verhältnis zur Gesamtbehandlungsdauer. Beim Kompostierungsverfahren Umwelt-

schutz Nord werden zusätzlich zur autochthonen Mikroflora thermophile Bakterien mit dem

mikrobiologisch hoch aktiven Substrateingebracht. Für die Weißfäulepilze ist der Besied-

lungsvorteil bei geringeren pH- Werten hervorzuheben, da der Toleranzbereich von pH 5 -

pH 9 ( Bakterien pH 6 - pH 9) reicht.

Der Teilschritt der Humifizierung ist in sandigen, huminstoffarmen Bodenmaterialien für alle

drei Verfahren durch die begrenzte Einbindematrix eingeschränkt. Hierzu fehlen jedoch bis-

her Erkenntnisse, ob es zu einer Erschöpfung des Einbindungspotentials von Huminstoffen

kommen kann. Einige Hinweise deuten auf Polymerisierungsreaktionen hin, die dem wider-

sprechen. Außerdem tragen die verfahrensbedingten Substratzusätze dazu bei, die Reakti-

onsoberfläche für die Einbindung zu erhöhen. Für die Bakterienverfahren (Umweltschutz

Nord, Plambeck Contracon) muss in diesem Zusammenhang die Rolle des Neubildungspo-

tentials für Huminstoffe und deren Beteiligung am Humifizierungsprozeß geklärt werden.

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Für das Biobeetverfahren mit streuzersetzenden Pilzen ist zu klären, ob bei einer einge-

schränkten Humifizierung der Aminotoluole erhöhte Mineralisierungsleistungen auftreten,

wie sie in Flüssigkulturen nachgewiesen wurden.

(Einzelheiten- vgl. Kapitel H.K.1.6)

6.7 Langzeitverhalten

� Bewertungskriterium Von großer Bedeutung für die Bewertung des Erfolges der erprobten Bodensanierungsver-

fahren ist die Überprüfung der Langzeitstabilität der behandelten Bodenmaterialien, mit der

die dauerhafte Gefahrenabwehr nach BBodSchG bestätigt werden kann. Da der Schadstoff

nicht mineralisiert, sondern metabolisiert und eingebunden wird, ist er nach der Sanierung

immer noch eine modifizierte chemische Verbindung im Boden. Es gilt herauszufinden, ob

diese Bindung an die Humusfraktion des Bodens auch über lange Zeit eine sichere Elimina-

tion des Schadstoffes darstellt. Dazu wurden im Forschungsverbund 5 „Langzeit- und Re-

mobilisierungsverhalten von Schadstoffen“ [2] vielfältige Untersuchungen durchgeführt. Die

darin gewonnenen Ergebnisse können auf die im „Werk Tanne“ erprobten Verfahren über-

tragen werden. Dabei orientierten sich die Langzeitversuche auf Untersuchungserfahrungen

mit 14C- und 15N- markierten Substanzen, die bisher im Teilverbundvorhaben 2 „Humifizie-

rung von PAK“ gesammelt wurden.

Langzeituntersuchungen fanden ebenfalls innerhalb des Forschungsvorhabens „15N-

Festkörper-NMR-Spektroskopische Untersuchungen des Abbaus und der Immobilisierung

von TNT in Böden“ von der TU München [3] statt. Des weiteren führte das Fraunhofer Insti-

tut für Umweltchemie und Ökotoxikologie eine Simulation des Langzeitverhaltens von biolo-

gisch saniertem Bodenmaterial durch [7].

Die vorgenannten Untersuchungen bildeten die Grundlage zur Bewertung der Langzeitstabi-

lität der im Zuge des Forschungsvorhabens sanierten Bodenmaterialien.

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� Bewertungsergebnis Die im Rahmen des Verbundvorhabens 5 erprobten und zur Anwendung vorgeschlagenen

Remobilisierungs-Testverfahren (Inkubation mit huminstoffabbauenden Mikroorganismen,

Aggregatzerstörung, Klimasimulation durch Frost/Tau-Zyklen, Zugabe von Kation-

komplexierenden Agenzien, Simulation des sauren Regens) haben dem Nachweis der

nachhaltigen Einbindung der Transformationsprodukte der Schadstoffumsetzungen gedient

und sich in diesem Zusammenhang bewährt. Auf Grund ihres erheblichen Aufwandes ist ihr

Einsatz im Rahmen großtechnischer Sanierungen jedoch nicht sinnvoll und auch nicht not-

wendig.

Mit der vorgenommenen Testauswahl wurden alle möglicherweise auftretenden Freiset-

zungsbedingungen (biologische, physikalische und chemische worst-case-Situationen) aus-

reichend berücksichtigt. Mit Hilfe dieser Untersuchungen konnte die Stabilität und das Lang-

zeitverhalten der nicht-extrahierbaren Rückstände zugleich auch im Zeitraffer bewertet wer-

den.

Untersuchungen von Bodenmaterialien aus den Versuchsanlagen [3, 7] ergaben keine Hin-

weise auf eine nennenswerte Remobilisierung schädlich wirkender Substanzen aus den be-

handelten Bodenmaterialien.

Allgemein besteht die Meinung, dass auch Sanierungstechniken, die auf einer Schadstoff-

Festlegung nach dem Prinzip der Humifizierung beruhen, geeignete Verfahren zur Boden-

dekontamination darstellen können, da die Langzeitstabilität der sanierten Materialien gege-

ben ist [7].

6.8 Akzeptanz

� Bewertungskriterium Bei der Bewertung dieses Gesichtspunktes wird die Akzeptanz der biologischen Verfahren

im Allgemeinen sowie konkret der Verfahrenserprobung am Standort „Werk Tanne“ betrach-

tet.

Hierbei wurden die Reaktionen der an der Verfahrenserprobung Beteiligten oder Betroffenen

wie die Grundstückseigentümerin, die Anwohner und die Genehmigungsbehörde im Hinblick

auf die Durchführung der Sanierungsverfahren sowie auf das Sanierungsergebnis beurteilt.

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Ein wichtiges Kriterium bei dieser Beurteilung ist die Qualität der Zusammenarbeit mit den

zuständigen Behörden und der Grundstückseigentümerin sowie die Resonanz der betroffe-

nen Anwohner auf die Öffentlichkeitsarbeit.

� Bewertungsergebnis Die folgenden Ausführungen zur Akzeptanz der Forschungsaktivitäten am Standort „Werk

Tanne“ gelten für alle drei erprobten Verfahren gleichermaßen.

Die zuständigen Behörden standen dem Forschungsvorhaben sehr positiv gegenüber. Zum

einen wurde generell der Ansatz einer biologischen Sanierung von TNT-kontaminiertem Bo-

den positiv aufgenommen. Weiterhin wurde als positiv angesehen, dass Aktivitäten an dem

altlastenproblematischen Standort des ehemaligen Sprengstoffwerkes „Tanne“ vorgenom-

men wurden, die die Voraussetzung zu einer schonenden Sanierung evtl. dieses oder auch

anderer Standorte mit ähnlicher Problematik führen könnte.

Die Akzeptanz zu diesem Forschungsvorhaben von Seiten der IVG als Grundstückseigen-

tümerin kann ebenfalls als hoch bezeichnet werden, was sich besonders durch die gute Zu-

sammenarbeit mit der IVG Holding sowie mit der IVG Immobilien (NL Kassel) ausdrückte.

Die Akzeptanz der Öffentlichkeit, d.h. der Anwohner des Werkes „Tanne“ bzw. die Bürger

von Clausthal-Zellerfeld kann auch als gut eingeschätzt werden. Die Öffentlichkeit, die durch

verschiedene Veranstaltungen und über die Medien über die Forschungsaktivitäten infor-

miert wurden, waren an den Aktivitäten am Standort interessiert, was insbesondere der rege

Zuspruch beim Tag der offenen Tür zur Eröffnung des Versuchsbereiches zeigte. Weiterhin

wurden interessierte Gruppen (Bürger, Schulklassen) mit Führungen durch das Werksge-

lände und den Versuchsbereich mit dem Forschungsvorhaben bekannt gemacht. Die Reso-

nanz über die Forschungsaktivitäten war durchweg positiv. Insbesondere bestand bei den

Anwohnern die Hoffnung, dass diese Aktivitäten zu einer Sanierung des in ihrer Nachbar-

schaft gelegenen Altlastenstandortes führt.

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Resümee

Im Rahmen der Maßstabsgerechten Erprobung biologischer Verfahren, die für die Behand-

lung TNT-belasteter Böden entwickelt wurden, erfolgte eine Untersuchung von folgenden

drei Mietenverfahren:

� Kompostierungsverfahren der Fa. Umweltschutz Nord

� Dynamisches Beetverfahren der Fa. Plambeck ContraCon

� Pilzverfahren der Fa. Wisstrans

Für die Versuchsdurchführung wurde im Rahmen der wissenschaftlichen Begleitung ein Be-

gleitkonzept in Abstimmung mit den Genehmigungsbehörden ausgearbeitet, das alle ge-

nehmigungsrelevanten chemischen und toxikologischen Parameter einschließt.

Alle Verfahren wurden vor Beginn der Versuchsdurchführung als genehmigungsfähig nach

der 4. BImSchV bestätigt. Nach Durchführung der Abbauversuche wurden die angeforderten

Abbaukriterien zur vereinbarten Rückverfüllung der behandelten auf den zuvor ausgehobe-

nen Flächen erreicht. Die Anforderungen nach §4(1) BBodSchG wurden vollständig ein-

gehalten. Die zu Beginn im Bodenmaterial vorliegenden sprengstofftypischen Verbindungen

(STV) wurden bis nahe oder sogar bis unter die Nachweisgrenze metabolisiert und einge-

bunden.

Anhand begleitender Langzeit- und Remobilisierungsuntersuchungen konnte bestätigt wer-

den, dass die biologisch metabolisierten STV in das Bodenmaterial eingebunden werden

und somit von diesen Verbindungen keine Gefahr ausgeht. Begleitende Schadstoffe wie

Schwermetalle oder PAK, auch in nennenswerten Mengen, behindern den biologischen Ab-

bau- und Einbindungsprozess nicht.

Die mechanische und schadstoffspezifische Eignung der Bodenmaterialien wurde durch die

biologische Behandlung in allen drei Verfahren verbessert. Die uneingeschränkte Verwer-

tung des Bodenmaterials wurde lediglich durch anthropogen und geogen bedingte Belastun-

gen an Schwermetallen und PAK behindert, die aber nicht im Einflussbereich der Verfahren

liegen.

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Alle drei Verfahren zeichnen sich im Vergleich zu Bodenwaschverfahren oder thermischen

Verfahren durch deutlich geringere Behandlungskosten aus.

Insgesamt wurden die drei Verfahren mit gutem Ergebnis als technisch und auch ökono-

misch geeignetes Behandlungsverfahren für TNT-belastetes Bodenmaterial bestätigt.

Das im Rahmen der maßstabsgerechten Erprobung erstellte Konzept für die wissenschaftli-

che Begleitung hat sich als Instrument für die großtechnische Überprüfung von Verfahren

als geeignet erwiesen und sollte im Zuge weiterer Verfahrensüberprüfungen angepasst und

ggf. standardisiert werden.

Literatur zu Abschnitt I.K.1

1. DIN 19731: 05.98: Bodenbeschaffenheit - Verwertung von Bodenmaterial

2. Ergebnisse des Forschungsverbundes 5 „Langzeit- und Remobilisierungsverhalten“

3. Forschungsvorhaben „15N-Festkörper-NMR-Spektroskopische Untersuchung des Abbaus und der Immobilisierung von TNT in Böden“ , TU München

4. Grünheid, S. (2000): „Technisch - wirtschaftliche Bewertung biologischer Verfahren zur Be-handlung von TNT-belasteten Böden“ (Studienarbeit)

5.

Jansky, H.-J., Neumann, V.: Preisentwicklung in der Bodendekontamination – wirtschaftliche und technische Rahmenbedingungen. TerraTech 2/1999, 25-29

6. LAGA „Anforderungen an die stoffliche Verwertung von mineralischen Reststoffen / Abfällen“

7. Hund-Rinke, K., W. Kördel (2000): Biologische Bodensanierung unter der Lupe – Simulation der Sanierung von TNT-kontaminiertem Boden unter Zusatz von radioaktiv markierten Schad-stoffen und Untersuchungen zum Langzeitverhalten. Umwelt 1/2 –2000, 51-53.

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Abschnitt I K Ver.ffentlichung - Cleaner Production Germany · wertung waren lediglich die im Zielkriterium definierte Reduktion von Nitroaromaten und die Einhaltung bestimmter Stoffkonzentrationen