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DECHEMA Symposium 2009Strategien zur Boden- u. Grundwassersanierung
In-situ Sanierung eines LHKW Schadens im Grundwasser mittels Melasseinjektion und
nachgeschalteter Sauerstoffinjektion in der Fahne
Dr. Thomas Mathews, Dipl. Geol. Andreas Oenning, Dipl. Geol. Thomas Kaspar
Datum: 23. November 2009
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1. Übersicht über den Standort2. Sanierungshistorie/ Projektentwicklung3. Ergebnisse der Machbarkeitsstudie und
ergänzenden Machbarkeitsstudie4. Sanierungsplanung5. Grundlagen der In-Situ-Sanierung6. Testfeldsanierung7. Standortsanierung 8. Ausblick
Inhalt
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Auftraggeber:
Projektsteuerer:
Planer / Überwacher:
Ausführende Firmen:
Projektbeteiligte
www.fugro.com 4Quelle: TIM-Online
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Übersicht über den Standort
Umschlag von PCE/TCE von 1952 – 1985 auf dem ehem. Gelände der Kertess Chemie in Bocholt
Schadensherd: 4.000 bis 40.000 µg/l LCKW-Gesamt
Schadstofffahne 300 m mit LCKW- Werten von bis zu 600 µg/l
Grundwasserleiter ca. 2 bis 12 m unter GOK ( Belastungen in Schluffschichten)
www.fugro.com 6Quelle: TIM-Online
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Übersicht über den Standort
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Übersicht über den Standort
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Projektentwicklung
Übersicht über die Projektentwicklung
1985 Beendigung Mietverhältnis
1988-1993 Bodenluftsanierung
1993 Bodenaustausch von 876 t belasteten Boden (bis 2 m Tiefe)
1994-2005 Grundwassersanierung Pump & Treat (Desorption), Grundwassermonitoring für Schadstofffahne
2004 Machbarkeitsstudie (Juli 2004)Varianten Bodenaustausch / Pump & Treat /
Bodenluftsanierung / ENA für Schadstofffahne
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Projektentwicklung
Übersicht über die Projektentwicklung
2005 Laborversuche (März 2005)Feldversuch (Mai-September 2005)Ergänzende Machbarkeitsstudie (Oktober 2005)
Vorzugsvariante: In-situ-Sanierung Melasseinjektion / Sauerstoffinjektion / ENA für Schadstofffahne
Seit 2006 Umstellung auf Melassinjektion im begrenzten Umfang mittels 4 Melasseinjektionspegel und GW-Monitoring
Einstellung der aktiven Sanierungsmaßnahme
2007/2008 Sanierungsplan und Öffentlich Rechtlicher Vertrag (ÖRV)mit dem Kreis Borken
Mai 2008 Beginn Sanierung des Standortes gemäß Sanierungsplan
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Ergänzende Machbarkeitsstudie
Bodenuntersuchungen Sanierungszone 1Boden- / Bodenluftuntersuchungen Sanierungszone 2Überprüfung eines möglichen Fremdeintrages in der Schadstoffahne (B 7a)Laborversuche zur in-situ-Sanierung (Abbauversuche)Feldversuch zur in-situ-Sanierung (Pilotversuch)Grundwasserströmungs- und Schadstofftransportmodell
Untersuchungen im Rahmen der ergänzenden Machbarkeitsstudie 2005
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Ergänzende Machbarkeitsstudie
Ergebnisse – Ergänzenden Machbarkeitsstudie 2005LCKW-Gehalte Sanierungszone 1:4-5 m u. GOK max. 6,5 mg/kg 5-12 m u. GOK max. 0,22 mg/kg > 12 m u. GOK max. 43 mg/kg
LCKW-Gehalte Sanierungszone 2:0,03 – 3,7 mg/kg unterhalb unterer Maßnahmenschwellenwert LAWA
relevante Einzelparameter PCE und TCE, nur vereinzelt geringe cDCE-Gehalte
Abfallen der Aquiferbasis gegen GW-Fließrichtung
Abgrenzung der Sanierungszonen SZ 1a ca. 270 m²SZ 1b ca. 1200 m²SZ 1b + SZ 2 ca. 1300 m² (Überschneidung SZ 1b und SZ 2)
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Schadstofffahne
Grundwasserleiter
Prognose mittels BIOCHLOR, USEPA zu Schadstoffabbau im Schadenszentrum (anaerobe Zone)
- 99 % Abbau von PCE und TCE zu cDCE und ggf. VCBetrachtungszeitraum 1 Jahr
Prognose zu Schadstoffabbau in der Schadstofffahne (aerobe Zone)
- - ca. 98 % Abbau von VC auf Reaktionsstrecke von 137 m
- Entfernung Grundstücksgrenze - Färbereibrunnen 280 m
- Betrachtungszeitraum 5 Jahre
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ModflowGrundwasser-
strömungsmodell
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Schadstofftransportmodell
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Sanierungsplanung
1. Rückbau ehemalige Lagerhalle
2. Bodenaushub Sanierungszone 1a • Aushub hochbelasteter Bereich bis 6 m Tiefe bei Br F (ehem. Sickerschacht) als Vorbereitung
der in-situ-Sanierung• Aushubvolumen ca. 300 m³ inkl. Bauschuttreste
3. In-Situ Sanierung Testfeldbetrieb / Optimierungsphase (6 Monate)• Pegelnetz 15 Injektionspegel Melasse mit 3 Filterstufen • 2 Injektionspegel Sauerstoff• Intensiviertes Monitoringprogramm• Redoxmessungen über Datenlogger
Optimierung: Melassekonzentration, Injektionsintervalle, Sauerstoffkonzentration, Pegelabstände
4. In-Situ Gesamtsanierung Standort und Fahne (18 Monate)• Standort: Pegelnetz 149 Injektionspegel mit 3 Filterstufen • Fahne: 11 Injektionspegel Sauerstoff (ggf. auch anstromig, nach Abschluss der Injektion)• Standort: Überprüfung Bodenluftbelastung nach Beendigung der in-situ-Sanierung
5. Nachsorgephase (max. 5 Jahre 2016)• Grundwassermonitoring insbesondere der Fahne MNA
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Sanierungsplanung
Behördliche Anforderungen
Überwachungskonzept
Alarmwerte in der Fahne
Nachsorge – Grundwassermonitoring / MNA
Sanierungszielwerte :
Rückfallebene – frühzeitige Sauerstoffinjektion / mobile GWSA
Parameter Sanierungszielwert [µg/l]
Σ LHKW 60Σ PCE und TCE 301,2-Dichlorethan 6VC 1,5
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Grundlagen der In-Situ Sanierung
C=CCl
Cl
Cl
ClC=C
Cl
H
Cl
ClC=C
Cl
H
Cl
HC=C
H
H
Cl
HC=C
H
H
H
H
Aerober Abbau• cometabolisch
Anaerober Abbau• cometabolisch• Effizienterer Prozess: Dehalorespiration• Abbausequenz: PCE → TCE → cDCE → VC → Ethen
aerob
anaerobPCE TCE cDCE VC
LCKW sind grundsätzlich mikrobiell abbaubar
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Grundlagen der In-Situ Sanierung
Zielsetzung der In-Situ Sanierung mittels Melasseim Schadenszentrum
Infiltration von Melasse ins Schadstoffzentrum
Effekte:Aktivierung der standorteigenen MikroorganismenfloraSauerstoffzehrung durch AbbauvorgängeEinstellung reduzierender Verhältnisse (negatives Redoxspotential)Abbau des Cosubstrats zu niedermolekularen Verbindungen Entstehung von H2
H2 dient den LCKW- abbauenden Mikroorganismen als ElektronendonatorNitrat und Sulfatreduktion zu Nitrit, Ammonium, Sulfid, H2S, Reduzierung von Eisenverbindungen
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Grundlagen der In-Situ Sanierung
Zielsetzung der In-Situ Sanierung mittels Sauerstoffim der Schadstofffahne
Infiltration von Sauerstoff in den Aquifer
Effekte:Abiologische Sauerstoffzehrung des AquifermaterialsNach weitgehender Aerobisierung -> Einstellung oxidierender Verhältnisse positive Redoxpotentiale + 600 mVSauerstoffgehalt im Grundwasser steigtDechlorierung von cDCE und VC zu chlorfreien Produkten Sulfat-, Nitrat- Gehalte steigen
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Sanierungsplanung
Pegelnetz Melasseinjektion / Sauerstoffinjektion
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Grundwasserabstrom
Ehem. Kertess Chemie AG
Färbereibrunnen
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Testfeld der Melasse Sanierung
Testfeld mit 20 (15) Injektionspegelgruppen mit jeweils 3 Pegeln
Volumenstrom für jede Filterstufe eines Pegels = 220 l.
Melassekonzentration 1 g/l.
Insgesamt wurden die folgenden Melassemassen injiziert: • oberer Horizont, Pegel T1 bis T15: 93,87 kg (Soll: 97,50 kg)• mittlerer Horizont, Pegel T1 bis T15: 168,75 kg (Soll: 168,75 kg)• unterer Horizont, Pegel T1 bis T15: 108,75 kg (Soll: 108,75 kg)
Testfeld MelasseinjektionTestfeld Melasseinjektion
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Testfeld der Melasse Sanierung
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Testfeld der Melasse Sanierung
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Testfeld der Melasse Sanierung
Juni 2008Schwere Rammsonde zum Errichten der 3-fach Injektionspegel
Juni 2008Die Injektionspegel wurden oberflächlich mit Bentonit und Zement abgedichtet
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Testfeld der Melasse Sanierung
August 2008Testfeld, 20 Injektionspegelgruppen angeschlossen für Melasseinjektion
August 2008Container mit Anlagentechnik Sax & Klee GmbH und Zuleitungen zu den Pegelgruppen
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Testfeld der Melasse Sanierung
August 2008Anschluß von 15 Zuleitungen an die Dosieranlage im Anlagencontainer
August 2008Zuleitungen zu den einzelnen Pegelgruppen des Testfeldes
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Testfeld der Sauerstoffinjektion
August 2008Anlagencontainer der Fa. Sensateczur Sauerstoff-Injektion (Druckumformer)
2 Injektionslanzen der Fa. Sensateczur Sauerstoff-Injektion
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Testfeld der Sauerstoffinjektion
August 2008Redoxmessstelle Fa. Sensatec
Sauerstoffinjektion Fa. Sensatec
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Testfeld der Sauerstoffinjektion
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Testfeld der Sauerstoffinjektion
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Testfeld der Melasse Sanierung
LHKW zur Nullmessung zu Beginn der Testfeldphase
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Testfeld der Melasse Sanierung
LHKW zur Nullmessung zu Beginn der Gesamtstandortsanierung
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In-situ-Sanierung Hauptfeld
Übersicht über den Projektverlauf
2007/2008 Sanierungsplan und Öffentlich Rechtlicher Vertrag (ÖRV)mit dem Kreis Borken
Mai 2008 Testfeld Sanierungszone 1: 20 Injektionspegel Melasse, 2 Injektionslanzen Sauerstoff + Redoxmesskette(Optimierungsphase 6 Monate)
März 2009 Standortsanierung Hauptfeld 149 Pegel 3-facher Ausbau, 7 Pegel einfacher Ausbau Melasse (18 Monate inkl. Testfeldbetrieb) bis März 2010
Juli 2009 Sauerstoffinjektion in 11 Sauerstofflanzen bis Juli 2010
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In-situ-Sanierung Hauptfeld
Testfeld mit 149 Injektionspegelgruppen mit jeweils 3 Pegeln
Volumenstrom für jede Filterstufe eines Pegels = 220 l.
Melassekonzentration 1 g/l.
Insgesamt wurden die folgenden Melassemassen injiziert: • oberer Horizont: 1.483,75 kg• mittlerer Horizont: 1.142,54 kg
• unterer Horizont: 949,62 kg
Full Full ScaleScale Sanierung seit 6 MonateSanierung seit 6 Monate
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Februar 09 In-situ-Sanierung Hauptfeld
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Juli 09 In-situ-Sanierung Hauptfeld
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August 09 In-situ-Sanierung Hauptfeld
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In-situ-Sanierung Hauptfeld
März 2009Angeschlossene Injektionspegel, im Vordergrund der DN50-Injektionspegel M3
März 2009Injektionspegel Hauptfeld, im Vordergrund Sauerstoffbündel für Sauerstoffinjektion, hinten rechts Sauerstoffcontainer der Fa. Sensatec
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In-situ-Sanierung Hauptfeld
Mai 2009Angeschlossene 149 Injektionspegel, Zuleitungen, Verzweigungen und Anlagencontainer Sax & Klee
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In-situ-Sanierung Hauptfeld
Mai 2009Angeschlossene 149 Injektionspegel Melasse, Zuleitungen, Verzweigungen und Mischanlage Sax & Klee
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In-situ-Sanierung Hauptfeld
September 2009Aufbau Sauerstofftank und Verdampfer, Sensatec
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In-situ-Sanierung Hauptfeld
Br B (Mai 2005 bis April 2008)
0
50 0
10 0 0
150 0
2 0 0 0
2 50 0
3 0 0 0
3 50 0
Mai. 05 Aug . 0 5 No v. 0 5 Feb . 0 6 Mai. 0 6 Aug . 06 No v. 0 6 Feb . 0 7 Mai. 0 7 Aug . 0 7 No v. 0 7 Feb . 0 8
Kon
zent
ratio
n [µ
g/l] LHKW
TCEPCEcDCEVC
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In-situ-Sanierung Hauptfeld
Br B
0
500
1000
1500
2000
2500Ju
n 08
Jul 0
8
Aug
08
Sep
08
Okt
08
Nov
08
Dez
08
Jan
09
Feb
09
Mrz
09
Apr 0
9
Mai
09
Jun
09
Jul 0
9
Aug
09
Sep
09
Kon
zent
ratio
n [µ
g/l]
LHKWTCEPCEcDCEVC
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In-situ-Sanierung Hauptfeld
Br E1
0
500
1000
1500
2000
2500Ju
n 08
Jul 0
8
Aug
08
Sep
08
Okt
08
Nov
08
Dez
08
Jan
09
Feb
09
Mrz
09
Apr 0
9
Mai
09
Jun
09
Jul 0
9
Aug
09
Sep
09
Kon
zent
ratio
n [µ
g/l] LHKW
TCEPCEcDCEVC
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In-situ-Sanierung Hauptfeld
Konzentration an gelöstem Sauerstoff in der Schadstofffahne
0
1
2
3
4
5
6
7
8Ju
n 08
Jul 0
8
Aug
08
Sep
08
Okt
08
Nov
08
Dez
08
Jan
09
Feb
09
Apr 0
9
Mai
09
Jun
09
Jul 0
9
Aug
09
Sep
09
Kon
zent
ratio
n [m
g/l]
Rb3Rb5Rb13B2B3B5B6B7aB7bB8Rb17Rb20FärBr
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Ausblick In-situ-Sanierung Hauptfeld
• Die Melasseinjektion wird planmäßig bis Februar 2010, die Sauerstoffinjektion bis September 2010 fortgesetzt.
• Die bisherigen Ergebnisse der Standortsanierung geben Anlass zum Optimismus, dass die mittlerweile über 2 Jahrzehnteandauernde Sanierung des Grundstückes mittels der jetzt eingesetzten Technologien erfolgreich zum Abschluss gebracht werden kann.
• Das brachliegende Grundstück soll anschließend einer Verwertung zuführen zu können.
AusblickAusblick
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Danke für Ihre Aufmerksamkeit!
