Einleitung
Die mikrobiologische Sanierung von MKW- (Mineralölkohlenwasserstoffe) kontaminierten Böden ist in den letzten Jahrzehnten von einem experimentellen Verfahren zur etablierten Methode im Bereich der Altlastensanierung und Umwelttechnik geworden. Sie bietet gegenüber herkömmlichen, chemischen oder mechanischen Sanierungsverfahren oft wirtschaftlichere und umweltfreundlichere Lösungen. Insbesondere bei der Sanierung von Böden mit Mischkontaminationen aus organischen Schadstoffen wie Mineralölkohlenwasserstoffen, BTEX (Benzol, Toluol, Ethylbenzol, Xylol), PAK (Polyzyklische Aromatische Kohlenwasserstoffe), Phenolen sowie anorganischen Substanzen wie Schwermetallen oder Cyaniden, hat sich die biologische Sanierung bewährt.
Diese Technik wird sowohl in situ (im Gelände) als auch ex situ (außerhalb des Geländes) angewendet, wobei beide Ansätze je nach Projektbedingungen, Kosten und Effizienz unterschiedliche Vorteile bieten. In der Praxis wird sie oft in Kombination mit anderen Sanierungsmaßnahmen eingesetzt, wie z. B. dem Voraushub kontaminierter Phasen.
In diesem Artikel werden die Prinzipien der mikrobiologischen Sanierung von MKW-Böden, technische Vorgehensweisen, Anwendungsbereiche und Praxisbeispiele detailliert beschrieben. Ziel ist es, eine umfassende Übersicht für Bauherren, Planer, Ingenieure und andere Beteiligte im Bereich der Altlastensanierung und Umwelttechnik zu geben.
Prinzipien der Mikrobiologischen Sanierung
Die mikrobiologische Sanierung beruht auf dem biologischen Abbau von Schadstoffen durch Mikroorganismen. Diese Mikroorganismen nutzen Schadstoffe wie MKW als Nährstoffquelle und wandeln sie in weniger schädliche oder sogar unschädliche Stoffe um. Der Prozess kann unter aeroben (sauerstoffreichen) oder anaeroben (sauerstoffarmen) Bedingungen stattfinden, wobei die Wahl des Verfahrens stark von der Art der Kontamination abhängt.
Aerobe Sanierung
Bei der aeroben Sanierung stehen Sauerstoff und Nährstoffe für die Mikroorganismen zur Verfügung. Dies ermöglicht den Abbau vieler organischer Schadstoffe wie MKW, BTEX oder PAK. Der Prozess ist besonders effizient, wenn die Substruktur gut durchlüftet und die Temperaturen günstig sind.
Anaerobe Sanierung
Die anaerobe Sanierung wird hauptsächlich bei der Sanierung von Chlorwasserstoffen wie Trichlorethen (TCE) oder Tetrachlorethen (PCE) eingesetzt. Hierbei wird der Sauerstoffgehalt im Boden bewusst reduziert, um die Dechlorierung durch spezielle Mikroorganismen zu ermöglichen. Nach der anaeroben Phase kann eine aerobe Sanierung folgen, um die Metabolite wie cis-1,2-Dichlorethen oder Chlorethen weiter abzubauen.
Mischkontaminationen
In der Praxis sind Böden oft nicht nur mit einem Schadstoff kontaminiert, sondern mit einer Mischung aus verschiedenen organischen und anorganischen Substanzen. Die mikrobiologische Sanierung kann in solchen Fällen eingesetzt werden, sofern die Schadstoffe nicht die Mikroorganismen hemmen. In der Praxis wird oft eine Kombination aus aeroben und anaeroben Verfahren angewandt, um die Sanierungsziele zu erreichen.
Technische Umsetzung der Sanierung
Die mikrobiologische Sanierung kann in zwei Hauptszenarien durchgeführt werden: in situ und ex situ.
In-situ Sanierung
Bei der in-situ Sanierung wird die Sanierung direkt im Gelände durchgeführt, ohne den kontaminierten Boden zu entfernen. Dazu werden Mikroorganismen, Nährstoffe und gegebenenfalls Sauerstoff oder Nitrat in den Boden eingebracht. Die Sanierungsanlage kann dabei sowohl stationär als auch mobil eingesetzt werden.
Ein Beispiel hierfür ist die Sanierungsanlage am ehemaligen NATO-Flugplatz Lahr. Dort wurde eine mikrobiologische in-situ Sanierung in Kombination mit einem Voraushub der aufschwimmenden Ölphase durchgeführt. Die Planung und Ausführung dieser Maßnahme umfasste mikrobiologische Vorversuche, die die Sanierbarkeit unter verschiedenen Bedingungen (aerob, nitratreduzierend, anaerob) plausibilisierten. Ziel war es, den biologischen Abbau von MKW, BTEX und PAK zu ermöglichen sowie die Dechlorierung von Tetrachlorethen und Trichlorethen unter anaeroben Bedingungen zu realisieren. Danach folgte ein aerobisierender Schritt, um die Metabolite abzubauen.
Ex-situ Sanierung
Bei der ex-situ Sanierung wird der kontaminierte Boden aus dem Gelände entnommen und in einer speziell dafür vorgesehenen Anlage behandelt. Ein Beispiel für eine solche Anlage ist die Anlage von Hubert Schmid, die seit 1993 kontaminierte Böden, Bauschutt, Gleisschotter und andere mineralische Abfälle saniert. Die Anlage hat eine jährliche Kapazität von bis zu 60.000 Tonnen. Die Böden werden auf Dreiecksmieten aufgeschichtet, mit Bakterienstämmen und Nährstoffen versetzt und mit einer speziellen Wendemaschine strukturiert und homogenisiert, um den biologischen Abbau zu fördern.
Dieses Verfahren wird überwiegend bei stark kontaminierten Böden eingesetzt, bei denen die in-situ Sanierung nicht ausreichend oder nicht möglich ist. Ex-situ Sanierungsanlagen sind oft zertifizierte Entsorgungsfachbetriebe nach § 56 KrWG und werden von regionalen Entsorgerverbänden wie der Entsorgergemeinschaft Bayern betrieben.
Praxisbeispiele
Fallbeispiel: Hubert Schmid Anlage
Die Anlage von Hubert Schmid ist ein typisches Beispiel für die ex-situ mikrobiologische Sanierung. Sie saniert jährlich bis zu 60.000 Tonnen kontaminierter Böden, Bauschutt und Gleisschotter. Neben MKW kontaminierten Materialien kann sie auch Böden mit Mischkontaminationen wie PAK, Phenole, BTEX sowie anorganische Schadstoffe wie Schwermetalle und Cyanide behandeln. Die Sanierung erfolgt durch biologischen Abbau unter optimalen Bedingungen, wobei Mikroorganismen und Nährstoffe eingesetzt werden.
Die Anlage ist seit 1993 in Betrieb und hat sich als effiziente und umweltfreundliche Alternative zu konventionellen Sanierungsverfahren bewährt. Sie wird als zertifizierter Entsorgungsfachbetrieb nach § 56 KrWG geführt und ist ein Beleg dafür, wie Mikrobiologie in der Umwelttechnik Anwendung findet.
Fallbeispiel: Ehemaliger Flugplatz Lahr
Am ehemaligen Flugplatz Lahr wurde eine komplexe in-situ Sanierung durchgeführt, die sowohl aerobe als auch anaerobe Verfahren kombinierte. Der Leistungsumfang umfasste die Planung, Herstellung und Betrieb einer Sanierungsanlage sowie mikrobiologische Vorversuche, um die Sanierbarkeit unter verschiedenen Bedingungen zu prüfen. Die Sanierungsmaßnahmen richteten sich speziell auf drei Schadensherde aus, die vor allem durch MKW, BTEX und PAK belastet waren.
Die Herausforderung bestand darin, die Dechlorierung von Tetrachlorethen und Trichlorethen unter anaeroben Bedingungen zu ermöglichen und anschließend den Boden aerob zu behandeln, um die entstehenden Metabolite abzubauen. Dieser Ansatz unterstreicht die Komplexität und Vielseitigkeit der mikrobiologischen Sanierung.
Vorteile und Grenzen der Mikrobiologischen Sanierung
Vorteile
- Umweltfreundlichkeit: Die mikrobiologische Sanierung ist eine „sanfte“ Methode, die im Gegensatz zu chemischen oder thermischen Verfahren keine zusätzlichen Schadstoffe erzeugt.
- Kosteneffizienz: Bei den meisten Projekten ist die mikrobiologische Sanierung wirtschaftlicher als herkömmliche Verfahren.
- Nachhaltigkeit: Da die Schadstoffe biologisch abgebaut werden, bleibt das Bodenmaterial oft rezyklierbar.
- Flexibilität: Mikrobiologische Verfahren können sowohl in situ als auch ex situ angewandt werden und sich an verschiedene Kontaminationsmuster anpassen.
Grenzen
- Abhängigkeit von Umweltbedingungen: Der Erfolg der Sanierung hängt stark von Parametern wie Temperatur, pH-Wert, Feuchtigkeit und Sauerstoffgehalt ab.
- Nicht universell einsetzbar: Nicht alle Schadstoffe sind mikrobiologisch abbaubar. Anorganische Schadstoffe wie Schwermetalle sind oft nicht direkt biologisch abbaubar und erfordern zusätzliche Maßnahmen.
- Langsame Abbaugeschwindigkeit: Im Vergleich zu chemischen Verfahren kann die biologische Sanierung länger dauern.
- Monitoring-Anforderungen: Die Sanierungsprozesse erfordern ein hohes Maß an Monitoring und Anpassungsfähigkeit.
Fazit
Die mikrobiologische Sanierung von MKW kontaminierten Böden hat sich in der Praxis als wertvolle Alternative zu konventionellen Sanierungsverfahren bewährt. Sie bietet zahlreiche ökologische und ökonomische Vorteile, insbesondere bei der Sanierung von Böden mit Mischkontaminationen. Durch die Kombination aerober und anaerober Verfahren ist es möglich, eine breite Palette an Schadstoffen zu behandeln. Allerdings erfordert diese Methode auch sorgfältige Planung, präzise Anpassung an die lokalen Bedingungen und ein hohes Maß an Monitoring.
Für Bauherren, Ingenieure und Projektplaner ist es daher wichtig, die Möglichkeiten und Grenzen der mikrobiologischen Sanierung zu verstehen, um die richtige Sanierungsstrategie für ein Projekt zu entwickeln. In Kombination mit anderen Sanierungsverfahren und bei sachgerechter Anwendung kann die biologische Sanierung eine entscheidende Rolle in der Altlastensanierung spielen.