Chlorierte Kohlenwasserstoffe (CKW) sanieren: Techniken, Anwendungen und Erfolge in der Altlastensanierung

Chlorierte Kohlenwasserstoffe (CKW) gelten als besonders problematische Schadstoffe in der Altlastensanierung. Sie entstehen häufig in ehemaligen chemischen Reinigungsanlagen, metallverarbeitenden Betrieben oder anderen Industriestandorten, in denen Lösungsmittel, Kältemittel oder Treibgase verwendet wurden. Aufgrund ihrer chemischen Eigenschaften und der Tendenz, sich in den Untergrund und das Grundwasser einzulagern, erfordern sie gezielte Sanierungsverfahren, um die Umwelt und die öffentliche Gesundheit zu schützen.

Im Folgenden werden verschiedene Sanierungstechniken für CKW-Belastungen vorgestellt, darunter thermische Sanierung, biologische Verfahren wie die mikrobielle Abbautechnik, physikalisch-chemische Maßnahmen wie Adsorption an kolloidaler Aktivkohle, sowie Kombinationen dieser Methoden. Die Darstellung basiert auf konkreten Projekten, Produkten und Verfahren, die in der Praxis erprobt wurden und deren Effizienz in unterschiedlichen Kontexten nachweisbar ist.

Was sind chlorierte Kohlenwasserstoffe und warum sind sie problematisch?

Chlorierte Kohlenwasserstoffe (CKW) umfassen eine Vielzahl organischer Verbindungen, in denen Wasserstoffatome durch Chloratome ersetzt wurden. Beispiele hierfür sind Tetrachlorethen (PCE), Trichlorethen (TCE), cis-Dichlorethen (cis-DCE) und Vinylchlorid (VC). Diese Substanzen waren in der Vergangenheit weit verbreitete Lösungsmittel in der chemischen Industrie, in der Reinigungsbranche und in der Lackherstellung.

CKW weisen aufgrund ihrer chemischen Stabilität eine geringe biologische Abbaubarkeit auf, wodurch sie sich über lange Zeiträume im Boden und Grundwasser anreichern können. Ein weiteres Problem ist, dass CKW in der ungesättigten Bodenzone relativ leicht verdampfen und in die Atmosphäre gelangen können. In der gesättigten Zone bilden sie oft dichte, nicht-aqueous phase liquids (DNAPLs), die sich am Grund des Aquifers absetzen und schwer zu entfernen sind.

Aus diesen Gründen ist eine gezielte Sanierung notwendig, um die Umweltbelastung zu minimieren und den Standort wieder sicher und nutzbar zu machen. Dies ist insbesondere in ehemaligen Industriegebieten und Altlastenflächen von großer Bedeutung.

Thermische Sanierung – schnelle und effektive Entfernung von CKW

Die thermische Sanierung (THERIS) ist ein Verfahren, das sich besonders gut für CKW-Belastungen eignet. Da CKW eine relativ hohe Verdampfungstemperatur aufweisen, kann durch gezielte Erhitzung des Bodens die Schadstoffbelastung innerhalb kurzer Zeit reduziert werden. In der ungesättigten Zone können CKW-Schadstoffe bereits bei Temperaturen von 75 bis 95 °C in mehreren Monaten vollständig entfernt werden.

Ein entscheidender Vorteil der thermischen Sanierung ist, dass sie in-situ durchgeführt werden kann, was die Notwendigkeit einer aufwendigen Bodenaushubung reduziert. Zudem ermöglicht diese Methode die gleichzeitige Sanierung von Bodenluft und Grundwasser. Die erzeugte Dampfphase wird über Bodenluftabsaugung (BLA) entzogen und in einer Abluftreinigungsanlage behandelt.

Ein Beispiel für die Anwendung der thermischen Sanierung ist ein Projekt, bei dem unter einer Böschung mit 6 m Höhenversatz eine TISS (thermische in-situ Sanierung) durchgeführt wurde. Die Sanierung erfolgte in mehreren Teilflächen, wobei stets nur ein Bereich gleichzeitig genutzt wurde. Die eingesetzte Heiztechnik hatte eine Leistung von ca. 720 kW, und die BLA-Anlage hatte eine Kapazität von bis zu 2.100 m³/h. Zudem wurde eine Grundwasserförderung mit bis zu 2 m³/h eingesetzt, um zusätzliche Schadstoffe aus dem Untergrund zu entfernen.

Die thermische Sanierung ist besonders vorteilhaft in Fällen, in denen der Standort während der Sanierung weiter genutzt werden kann, beispielsweise in Gewerbegebieten oder Industriestandorten. Zudem ist sie energieeffizient, da moderne Anlagen oft mit regenerativem Strom betrieben werden können.

Biologische Sanierung – mikrobieller Abbau von CKW

Ein weiteres Verfahren zur Sanierung von CKW-Belastungen ist die biologische Sanierung. Hierbei wird der mikrobielle Abbau von CKW in-situ genutzt, um die Schadstoffe in unschädliche Endprodukte umzuwandeln. Ein entscheidender Vorteil dieses Verfahrens ist die Nachhaltigkeit, da es keine chemischen Zusätze erfordert und langfristig wirksam sein kann.

Ein zentrales Element der biologischen Sanierung ist die Anwendung von Mikrobenkulturen, die in der Lage sind, CKW zu reduzieren. Ein Beispiel hierfür ist die Kultur Dehalococcoides ethenogenes, die in der Lage ist, Vinylchlorid und andere CKW-Verbindungen abzubauen. Um die mikrobielle Aktivität zu fördern, werden oft spezielle Nährstoffe oder Elektronendonatoren eingebracht, die die Wachstumsbedingungen der Mikroben optimieren.

Ein Produkt, das hierbei eingesetzt wird, ist ONEplus. Es handelt sich um einen Elektrondonator, der standortspezifisch angepasst wird und den mikrobiellen Abbau unter anaeroben Bedingungen unterstützt. ONEplus eignet sich besonders für die Sanierung von PCE, TCE, cis-DCE, VC und Mischkontaminationen. Ein weiterer Vorteil ist, dass ONEplus sich individuell auf die Standortbedingungen abstimmen lässt und in Kombination mit anderen biologischen Sanierungsverfahren wie dem Konsortium KB-1® oder microMAX eingesetzt werden kann.

Ein weiteres Produkt, carbONE, kombiniert die Vorteile der biologischen Sanierung mit einer Adsorption an kolloidaler Aktivkohle. carbONE ist eine Suspension aus kolloidaler Aktivkohle und emulgiertem Pflanzenöl, die gezielt für die In-situ-Sanierung von CKW-Belastungen eingesetzt wird. Zunächst wird die Schadstoffbelastung durch Adsorption an der Aktivkohle reduziert, danach erfolgt der mikrobielle Abbau der CKW.

Physikalisch-chemische Sanierung – Adsorption an kolloidaler Aktivkohle

Die Adsorption an kolloidaler Aktivkohle (carbONE) ist ein physikalisch-chemisches Verfahren, das oft als vorbereitende Maßnahme oder als Ergänzung zur biologischen Sanierung eingesetzt wird. Kolloidale Aktivkohle weist aufgrund ihrer hohen Oberfläche und Adsorptionsfähigkeit ein großes Potenzial zur Schadstoffbindung auf.

carbONE eignet sich besonders in Aquiferbereichen mit erschwerten Sanierungsbedingungen, bei denen der mikrobielle Abbau allein nicht ausreicht. Durch die Adsorption wird der Schadstoffgehalt im Grundwasser reduziert, wodurch der mikrobielle Abbauprozess effektiver und schneller ablaufen kann.

Ein weiterer Vorteil von carbONE ist, dass es sich einfach in das Grundwasser einbringen lässt und keine aufwendige Ausrüstung oder Betreuung benötigt. Zudem ist das Produkt stabil und erfordert kein Aufrühren vor der Injektion. carbONE kann daher in Kombination mit anderen biologischen Sanierungsverfahren wie KB-1® oder ONEplus eingesetzt werden.

Kombination von Sanierungsverfahren – optimierte Vorgehensweisen

In der Praxis ist es oft sinnvoll, verschiedene Sanierungsverfahren miteinander zu kombinieren, um die Effizienz zu steigern und die Sanierungszeit zu verkürzen. Beispielsweise kann eine thermische Sanierung durch eine nachfolgende biologische Sanierung ergänzt werden, um sicherzustellen, dass alle verbleibenden Schadstoffe abgebaut werden.

Ein Beispiel für eine Kombination ist die Sanierung eines Standortes in Frankreich, bei dem mehr als 600 Tonnen Cyclohexan in den Untergrund und das Grundwasser gelangten. Hier wurde zunächst eine Abluftbehandlungsanlage mit katalytischer Oxidation eingesetzt, um die Schadstoffe abzusaugen und zu neutralisieren. Gleichzeitig wurde eine Wasserreinigungsanlage betrieben, um das kontaminierte Grundwasser zu behandeln. Insgesamt wurden 4.000 kg Cyclohexan pro Monat aus dem Boden entfernt.

Ein weiteres Projekt betraf eine Industriedeponie in Süddeutschland, bei der hohe Konzentrationen an Vinylchlorid im Grundwasser aufgetreten waren. Um die Schadstoffbelastung zu reduzieren, wurden Strippanlagen, Abluftwäscher, Aktivkohlefilter und Ionentauscher eingesetzt. Zudem wurde eine Bodenluftabsaugung durchgeführt, um flüchtige Schadstoffe wie CKW und BTEX zu entfernen.

Fallbeispiele und praktische Anwendungen

Sanierung eines CKW-Belasteten Standortes in Frankreich

In einem Projekt in Frankreich wurde ein Standort mit über 600 Tonnen Cyclohexan-Belastung behandelt. Cyclohexan war aus einer Produktionseinheit in den Untergrund und das Grundwasser gelangt. Die Sanierung erfolgte durch eine Abluftbehandlungsanlage mit katalytischer Oxidation und eine Wasserreinigungsanlage. Der gemessene Massenaustrag lag bei 4.000 kg Cyclohexan pro Monat, was eine hohe Effizienz des Verfahrens unterstrich.

In-situ Sanierung mit NMP in einem ehemaligen Betriebsgelände

In einem ehemaligen Betriebsgelände wurde eine CKW-Belastung mit Tetrachlorethen und Trichlorethen beseitigt. Hier wurde eine in-situ Anwendung von Intrapore® Nano- und Mikropartikeln (NMP) durchgeführt. Ziel war es, die Schadstoffkonzentrationen in einem Bereich von 5 x 20 m zu reduzieren. Vor der Injektion wurde eine tiefenauflösende Vermessung durchgeführt, um die Strömungsrichtung und Geschwindigkeit des Grundwassers zu bestimmen. Die Injektion erfolgte mittels Direct-Push-Verfahren in 5 Injektionspunkten in einer Tiefe von bis zu 12 m.

Um die Effektivität der Partikel zu beurteilen, wurde eine kontinuierliche Messung an einer Beobachtungs-Messstelle durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten eine signifikante Reduzierung der CKW-Konzentrationen im Injektionsbereich.

Sanierung einer Industriedeponie mit Grundwasserbelastungen

In einer ehemaligen Industriedeponie in Süddeutschland war ein Gemisch aus CKW, Schwermetallen, Cyaniden und organischem Material in den Untergrund gelangt. Aufgrund der fehlenden Basisabdichtung war das Grundwasser stark belastet. Durch biologische Umwandlungsprozesse entstanden hohe Konzentrationen an Vinylchlorid im Grundwasser. Um die Schadstoffe zu entfernen, wurden verschiedene Anlagen eingesetzt, darunter Strippanlagen, Abluftwäscher, Aktivkohlefilter und Ionentauscher. Zudem wurde eine Bodenluftabsaugung durchgeführt, um flüchtige Schadstoffe wie CKW und BTEX zu entfernen.

Bewertung der Sanierungsverfahren nach Effizienz und Kosten

Die Auswahl des richtigen Sanierungsverfahrens hängt von mehreren Faktoren ab, darunter der Art und Ausmaß der Belastung, der geologischen Situation, der Verfügbarkeit von Sanierungsanlagen und den Kosten. Die verschiedenen Verfahren können hinsichtlich Effizienz und Wirtschaftlichkeit wie folgt bewertet werden:

Verfahren	Effizienz	Kosteneffizienz	Nachhaltigkeit
Thermische Sanierung	Sehr hoch	Mittel bis hoch	Mittel
Biologische Sanierung	Hoch	Niedrig bis mittel	Sehr hoch
Adsorption an kolloidaler Aktivkohle	Mittel	Niedrig	Mittel
Kombinationen	Sehr hoch	Mittel	Hoch

Die thermische Sanierung ist besonders effizient, da sie in kurzer Zeit hohe Schadstoffmengen entfernen kann. Allerdings sind die Investitionskosten relativ hoch. Die biologische Sanierung hingegen ist kostengünstiger und langfristig nachhaltig, kann aber langsamer wirken. Die Adsorption an kolloidaler Aktivkohle ist eine wirtschaftliche Alternative, die sich gut für vorbereitende Maßnahmen eignet.

Fazit

Die Sanierung von CKW-Belastungen erfordert gezielte und auf den Standort abgestimmte Verfahren. Je nach Art und Ausmaß der Kontamination können thermische Sanierung, biologische Abbautechniken oder physikalisch-chemische Maßnahmen wie die Adsorption an kolloidaler Aktivkohle eingesetzt werden. In der Praxis zeigt sich, dass Kombinationen dieser Verfahren oft die beste Lösung liefern, um die Schadstoffbelastung möglichst vollständig zu reduzieren.

Die Erfahrungen aus verschiedenen Projekten belegen, dass moderne Sanierungsverfahren in der Lage sind, sogar komplexe Altlasten effizient zu behandeln. Zudem ermöglichen sie oft die Weiternutzung des Standortes während der Sanierung, was für die Wirtschaftlichkeit und die Planbarkeit von Sanierungsmaßnahmen besonders vorteilhaft ist.

Für die Zukunft wird es weiterhin wichtig sein, innovative Techniken zu entwickeln und bestehende Verfahren zu optimieren, um die Herausforderungen der Altlastensanierung bestmöglich zu bewältigen. Zudem ist es wichtig, die Sanierungsmaßnahmen in den Kontext der Nachhaltigkeit und des Klimaschutzes einzuordnen, um langfristig tragfähige Lösungen zu entwickeln.