Für Mensch & Umwelt

Handlungshilfe - Umgang mit PFAS-kontaminierten Standorten

20. Karlsruher Altlastenseminar 2020

Jörg FrauensteinUmweltbundesamt, Fachgebiet II 2.6 / Maßnahmen des Bodenschutzes

Präferenzen potenzieller Bedarfsträger

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Rechtl. Wertesetzung: 22

Rücklauf: 58 von 100 Ermessensleitende Kriterien: 14

Fortbildung, Austausch: 11

Forschungsbedarf: 13

Datenlage: 4Herstellerver-antwortung: 4

Per- und polyfluorierte Chemikalien (PFAS/PFC)

im Hinblick auf das Umweltverhalten:

Langkettige PFCAs: C8-14 PFCAs• Persistent in der Umwelt, Vorkommen in Oberflächengewässern, Akkumulation in

Nahrungsnetzen und Trinkwasser, weiträumiger Transport Vorkommen in Blut und Muttermilch, Toxikologisches Profil (PFOS, PFOA, PFNA -fortpflanzungsschädigend)

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Kurzkettige PFCAs: C4-7 PFCAs• Persistenz und Anreicherung in der Umwelt, Transport über weite Distanzen bis in

entlegene Regionen, wenig Rückhalt in Boden und Sediment, Nachweise in Oberflächenwasser, Grundwasser, Trinkwasser und Leitungswasser, Anreicherung in Pflanzen, Exposition des Menschen

Kostentreiber Sanierung?

l Technische Machbarkeitl Sanierungsziele, im Kontext des

rechtlichen Rahmensl Sanierung, Planung, Verhältnismäßigkeit,

ökologischer Fußabdruck der Maßnahmen, Effektivität, Optimierung

l Nachhaltigkeit des Sanierungserfolges, Beendigung von Sanierungsmaßnahmen

UmweltqualitätszieleSanierungsaufwand

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Bewertung von PFAS-Sanierungsoptionen aus 2017

Quelle: Vortragsfolie von Rambol (DK): AquaConSoil 2017 in Lyon

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Gegenstand des Forschungsprojekts

Technische Machbarkeit und Verhältnismäßigkeit von Verfahrens- und ManagementansätzenPFAS-kontaminierte Materialien – Sanierung, Umgang , Wiedernutzung, Entsorgungswege, Arbeitsschutz

überprüfen, vergleichen bewerten und methodisch weiterentwickeln

Vor- und Nachteile der Lösungsansätze, technische und genehmigungsrechtliche Voraussetzungen, Nachhaltigkeit und ökologische Bilanz

Qualifizierte Aussagen zu Art, Umfang und zeitlichem Verlauf des Stoffverhaltens und ablaufender Prozesse während der Maßnahmen

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• Literaturstudie zur Beschreibung des Standes von Wissenschaft und Technik• Sanierungsmöglichkeiten für PFAS-Kontaminationen in Punktquellen• Sanierungsmöglichkeiten für flächenhafte PFAS-Kontaminationen• Erstellung einer Arbeitshilfe

Arbeitshilfe zur Sanierung und zum Management von PFAS-

Kontaminationen (Auftragnehmer ARCADIS Deutschland)

Arbeitshilfe

o Anhang A PFAS-Charakterisierungo Anhang B Bewertungo Anhang C Sanierungsverfahreno Anhang D Projektbeispiele o Anhang E Forschungsbedarf

Fachgespräche

o Sanierungsmanagement für lokale PFC-Kontaminationen; Umweltbundesamt Berlin, 28./29. November 2018

o Sanierungsmanagement für flächige PFC-Kontaminationen; Bühl, Friedrichsbau, 06./07. Mai 2019

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„Produkte“ des Vorhabens

• Initiierung von Stakeholder-übergreifendem Dialog und fachlichem Austausch

• Substantiierung und Versachlichung in der Diskussion zu administrativen und

technischen Fragestellungen

• Umfangreiche Dokumentationen der durchgeführten Fachgespräche

• Arbeitshilfe (mit thematischen Anlagen: Grundwissen PFAS, Bewertung und

ermessensleitende Dokumente, Stand der Sanierungstechnik, Projektbeispiele,

Forschung und Entwicklung)

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§ Sanierungsbestimmende Eigenschaften § Probennahme, Leitparameter und Precursor § Konzeptionelles Standortmodell§ Checkliste der möglicherweise betroffene Behörden und Rechtsgebiete

→ Liste primärer Austragsquellen → Liste betroffener PFAS-belasteter Medien → betroffene Behörden und Rechtsgebiete

§ Festlegung von standortspezifischen Sanierungszielen§ Sanierungsuntersuchung§ Ausführung & HSSE§ Sanierungsmanagement für flächenhafte PFAS-Kontaminationen (integrale

Untersuchungskonzepte)

PFAS-Arbeitshilfe

Konzeptionelles Standortmodell zur Identifizierung von potentiellen Rezeptoren

© Arcadis 2019

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Erfordernis integraler Vorgehensweisen

Flurstücksbezogene Bewertung des

PFAS-Eintrags in das Grundwaser kaum

möglich

© Arcadis 2019

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Anhang A: PFAS-Charakterisierung

o Herstellungo Übersicht zu Stoffgruppen (Nomenklatur)o PFOS/PFOA-Ersatzstoffeo Probennahme und analytischer Nachweiso Physikalisch-chemische Parametero Mikrobielle Biotransformationo Aufnahme in Pflanzen und Wirkungen auf Pflanzen, Bioakkumulation und

Biomagnifikationo Ökotoxikologie und Humantoxikologieo Precursoro Einsatzmengen und Verwendungo Hintergrundbelastung und Ursachen

Anhang B: Bewertung

o Bundeseinheitliche Bewertungsgrundlagen

o Direktpfad Boden → Mensch

o Wirkungspfad Boden → Pflanze und Vorerntemonitoring

o Trinkwasser

o Oberflächengewässer

o Düngemittelverordnung

o PFAS-Regelungen im Ausland

o Verfügbare methodische und ermessensleitende Leitfäden

Anhang C: Sanierungsverfahren

o Dokumentation (möglichst) aller Sanierungsverfahren und deren Bewertung

o Grundlagen zur Funktion (Wirkweise)

o Reaktionskinetik (Stand-Alone oder Treatment Train)

o Hinweise zur Abfallentstehung und unerwünschten Nebenprodukten

o Offene Fragen im Hinblick auf die Anwendung und Genehmigungsfähigkeit

o Wirtschaftliche und technische Konkurrenz zu konventionellen Verfahren o Stand der Entwicklung und Markteinführung

Sanierungsverfahren Boden

In situ anwendbar

© Arcadis 2019

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Sanierungsverfahren Grundwasser

In situ anwendbar

© Arcadis 2019

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Bodenwäsche

§ Kapazität: 1.200 t/d Boden § Anwendbar auf ≤ 10 % Feinkorn§ Abfallentsorgung auf Deponien§ Wasserbehandlung in

geschlossenem Kreislauf (Aktivkohle)

§ Sanierungsziel “uneingeschränkte Verwertung des Bodens” erreichbar

§ Kosten vergleichbar zur Entsorgung (abhängig von der Art der Abfallentsorgung)

Quelle: ZÜBLIN Umwelttechnik GmbH

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Thermische Desorption

§ Desorption bei 600 °C zerstört Boden nicht vollständig zu Schlacke → (nachhaltigeres Verfahren)

§ Hoch-Temperatur-Behandlung der Gasphase (~ 1.000 °C) erlaubt die Zerstörung der PFAS

§ Kostenparameter stehen zunächst im Wettbewerb zur Entsorgung

§ Bei hochbelasteten Böden muss das Verfahren wirtschaftlicher als eine konventionelle thermische Behandlung sein!

Quelle: Endpoint Consulting, Inc., US

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Immobilisierung

§ Vielzahl geschützter Produkte am Markt erhältlich

§ Oberflächennahe Applikation mit üblichen landwirtschaftlichen Maschinen

§ Unterbodenanwendung via „In-situ-Soil-Mixing“

§ Typische Dosierung: 2 - 10 Gew.-%

§ Wirkprinzip: reverse Sorption

§ Langzeitstabilität nicht nachgewiesen (Verwitterung)

§ Geringer Sorptionskapazität für kurzkettige PFAS

§ Wahrscheinlich zeitverzögerte Elution mit niedrigen

Konzentrationen (< Sanierungszielewert?)

§ Behördliche Akzeptanz der Gleichwertigkeit?

§ Muss kostengünstiger sein als andere Verfahren

q RemBind™

q MatCare™

q Osorb

q Andere

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Behandlung von belastetem Grundwasser

§ PerfluorAd: Flüssigsubstrat → PFAS-Präzipitation → Separierung → Entsorgung§ Substratkonzentration: ca. 10 mg/L§ Geringer Effektivität bei kurzkettigen PFAS und bei geringen PFAS-Konzentration§ Sorption an Aktivkohle als letzter Verfahrensschritt notwendig§ Geringe Wechselwirkung mit DOC and gelöstem Eisen § Kostenvorteil gegenüber ausschließlicher Sorption an Aktivkohle muss standortspezifisch

nachgewiesen werden!

Kies-Mehrschicht-

Filter

Aktivkohle-Adsorber 1

RohwasserPerfluorAd

Rührkesselreaktor

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Ozofractionation

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Ozofractionation

o Zur Grundwasserreinigung aus Kostengründen nur in bestimmten Fällen anwendbaro Gut geeignet zur Behandlung industrieller Abwässero Ozon bildet kleinere Blasen als Lufto Ozon baut Precursor an

o Laboreinheit zur Prüfung der Machbarkeit bei Arcadis NL

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Barriere-Verfahren

Reaktive Wände

§ Derzeit nur Sorptionsbarrieren machbar (wünschenswert: kostengünstige, hoch effiziente Sorptionsmaterialien mit geringer Empfindlichkeit gegenüber Störstoffen)

§ Kostenwirksamkeit der PRB-Lösungen sind noch nicht abschließend untersucht

In-situ-Schaum-Fraktionierung

§ Nutzt die Tendenz der PFAS an Wasser-Luft-Grenzflächen zu akkumulieren § Basierend auf Grundwasserzirkulationsbrunnen, Entfernung der hochkontaminierten

PFAS-Schäume am Brunnenkopf

Injektion kolloidaler Aktivkohle in den Aquifer

o Reversibler Sorptionsprozess

Regenerierbare Zeolithe

§ Regenerierung via Persulfat (nicht für PFSA)§ Ergebnisse im Labormaßstab verfügbar

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Barriere-Verfahren: In-situ-Schaum-Fraktionierung

Quelle: OPEC Systems Australia

Effektivität der Grundwasser-Zirkulation ?

Effektivität bei geringen PFAS-Konzentrationen ?

Noch keine Full-Scale-Anwendung

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Injektion kolloidaler Aktivkohle

Quelle: Regenesis, US

§ Ist die Aktivkohle-Verteilung ausreichend homogen?§ Ist die Aktivkohlemasse ausreichend?§ Die Sorption ist reversible, sind die PFAS-Konzentrationen in der

Desportionsphase ausreichend niedrig um Sanierungszielwerte einzuhalten?

§ Werden die PFAS durch den DOC verdrängt?§ Ist das Konzept genehmigungsfähig?

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Fazit Sanierungsverfahren

§ Bodenaustausch und P&T sind die am häufigsten verwendeten Verfahren

§ Alternative Verfahren erlangen zunehmend Marktreife

§ Untersuchungen der Wirksamkeit zur Eliminierung von Precursorn steht noch aus

§ Anbieter-unabhängige Bewertungen der Verfahren fehlen vielfach

§ Kosteneffektivität der einzelnen Verfahren ist noch zu ermitteln

§ Bei der Bewertung der Management-Ansätze für PFAS-kontaminierte Standorte stellen die

Sanierungsverfahren nur ein – wengleich auch wichtiges- Teilkriterium dar!

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Anhang D: Projektbeispiele

o Dokumentation von 10 realen Projekten (ausschließlich Löschmitteleinsatz)o Erkundungskonzepteo Strategische Vorgehensweise zur Sanierungo Betroffene Wirkungspfadeo Schutz- und Beschränkungsmaßnahmen (rechtliche Grundlage)o Berücksichtigung Precursor

Anhang E: Forschungsbedarf

Rechtliche Fragen:

Technische Fragen:

§ Validierung und Weiterentwicklung bewertungsrelevanter Grundlagen

§ Hintergrundkonzentrationen (Ermittlung, Umgang)

§ Prüfwerteableitung (z.B. für Wirkungspfade Boden → Mensch) § Ermessensleitende Kriterien zum Einsatz von

Immobilisierungsverfahren

§ Umgang mit Aushubmaterial (Abfallrecht vs. Bodenschutzrecht)

§ Transportverhalten, Elutionsverhalten§ Kinetik der Precursortransformation§ PFAS-Aufnahme durch Nutzpflanzen§ Zuverlässigkeit der Sanierungsverfahren§ Validierung der Sanierungsverfahren

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PFAS - Strategische Ziele

DIMENSIONSERMITTLUNG – Identifizierung und Gruppierung (Art, Menge, verfahrenstypische Verwendung,

Einsatzbedingungen, Entsorgungswege und Transferpfade).

PROBLEMÜBERWACHUNG – Weiterentwicklung von Analysenverfahren für perfluorierte Verbindungen und polyfluorierte

Vorläuferverbindungen;– Überprüfung, Geeignetheit und Weiterentwicklung von Summenparameter (AOF, EOF, TOP).

ABBAUMECHANISMEN UND SANIERUNGSOPTIONEN – Untersuchungen zum Abbau der fluorierten Polymere;– Sanierung/Aufbereitung PFAS in Trinkwasser und Klärschlamm;– Weiterentwicklung von Sanierungsverfahren für Boden und Grundwasser;– Verfahrensbezogener Bestimmung /Nachweis von Wirksamkeit Langzeitverhalten und

Einsatzgrenzen– PFAS-Transfer Boden-Pflanze zur Klärung der Pflanzenaufnahme.

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Vielen Dank für IhreAufmerksamkeit

Jörg FrauensteinFachgebiet: Maßnahmen des Bodenschutzes

Umweltbundesamt Dessau

Wörlitzer Platz 1, 06813 Dessau-Roßlau

Tel: 0340 2103 3064, joerg.frauenstein@uba.de

Dank an Dr. Held und Dr. Reinhard für die konstruktive Zusammenarbeit und die Bereitstellung einiger Folien für diese Präsentation

Dank auch an die Mitglieder der Projektsteuerungsgruppe