Description
Book SynopsisBoden- und Grundwasserkontaminationen verursachen erhebliche Kosten, da aufwändige Sanierungen nicht nur Unternehmen, sondern oft auch die gesamte Volkswirtschaft belasten. Moderne In-situ-Verfahren verfolgen das Konzept, Schadstoffe in Böden und Grundwasser vor Ort in ungefährliche Stoffe umzusetzen. Durch Zugabe von Reagenzien werden Schadstoffe im Untergrund abgebaut oder in eine mobile, extrahierbare Form überführt. Doch nur mit dem nötigen Know-How lassen sich die Sanierungsverfahren auch effizient umsetzen.
Mit diesem Buch werden die Grundlagen erarbeitet, die es ermöglichen, eine Boden und Grundwassersanierung zu planen, zu überwachen und erfolgreich zu beenden. Biogeochemische und physikalische Prozesse, die im kontaminierten Untergrund ablaufen, werden umfassend erläutert. Mit ingenieurtechnischem Ansatz und basierend auf der industriellen Praxis werden verschiedene Verfahren vorgestellt und unter sozioökonomischen und nachhaltigen Gesichtspunkten betrachtet. Denn nur wenn der gesamte Sanierungsprozess in idealer Weise durchlaufen wird, sind kostengünstige und umfassende Lösungen möglich.
Ein unverzichtbarer Begleiter für Umweltbehörden und Umweltingenieure, aber auch gleichermaßen geeignet für Studenten der Chemie und Umweltwissenschaften.
Aus dem Inhalt:
* Schadstofftransport
* Konzeptionelles Standortmodell
* Sanierungsstrategie
* Quellensanierung
* Injektionstechniken
* Mikrobielle Sanierungsverfahren
* Chemischer Abbau und in situ chemische Oxidation (ISCO)
* Arbeitsschutz und Arbeitssicherheit
Table of ContentsVorwort xi
Dank xiii
Abkürzungsverzeichnis xv
Parameterverzeichnis xix
1 Einleitung 1
1.1 Das Erbe der Industrialisierung 1
1.2 Historische Entwicklung der In-situ-Verfahren 2
1.3 Gesetzliche Rahmenbedingungen 6
1.4 Verfahrensübersicht 8
2 Schadstofftransport 15
2. Zusammenfassung 15
2.1 Bodeneigenschaften 17
2.2 Phasen: Übersicht 21
2.3 Absinken der Schadstoffphase 25
2.4 Residualsättigung 28
2.5 Leichtphasen (LNAPL) 29
2.6 Schwerphasen (DNAPL) 35
2.7 Phasenmobilität 38
2.8 Phasenalterung 40
2.9 Phasennachweis und Phasencharakterisierung 41
2.10 Solubilisierung 45
2.11 Schadstofffahne 51
2.11.1 Einleitung 51
2.11.2 Sorption 53
2.11.3 Abbau 55
2.12 Matrixdiffusion 56
3 Konzeptionelles Standortmodell 63
4 Sanierungsstrategie 67
4. Zusammenfassung 67
4.1 Verfahrensauswahl 69
4.2 Sanierungsziele 72
4.3 Treatment Trains 76
4.4 Sanierungsdauer 78
4.5 Vorversuche im Labor und im Feld 80
4.6 Sanierungssteuerung 81
4.7 Nachhaltigkeit 83
5 Quellensanierung 87
5. Zusammenfassung 87
5.1 Erreichbares Ausmaß der Quellensanierung und der Einfluss auf die Fahne 88
5.2 Sanierungsverfahren 94
5.2.1 Übersicht 94
5.2.2 Mehrphasenextraktion 96
5.2.3 Spülungen mit Tensiden oder Lösungsvermittlern 103
5.2.4 In situ thermische Sanierung 109
5.2.5 In situ Vitrifikation 117
5.2.6 STAR-Verfahren 117
5.2.7 ZVI-Clay-Verfahren 119
5.2.8 Weitere neue Verfahren 119
6 Injektionstechniken 123
6. Zusammenfassung 123
6.1 Einteilung 124
6.2 Einfluss auf die hydraulische Durchlässigkeit (Verblockung) 127
6.3 Injektion 133
6.3.1 Injektionsbrunnen 133
6.3.2 Reaktion des Grundwasserleiters auf injizierte Fluide 134
6.3.3 Maximaler Injektionsdruck 137
6.3.4 Injektionsversuche 139
6.4 Rezirkulation 140
6.5 Direct Push 143
6.6 Druckpuls-Injektion 145
6.7 Fracturing 146
6.8 Hochdruckinjektionen 153
6.9 Hydraulische Verdrängung 153
6.10 Dichteeffekte 154
7 Grundlagen des mikrobiellen Schadstoffabbaus 157
7. Zusammenfassung 157
7.1 Wachstum von Mikroorganismen 159
7.2 Nährstoffe 161
7.3 Stoffabbau 162
7.4 Terminale Elektronenakzeptoren 167
7.5 Anaerobe Abbaukette 173
7.6 Abbauraten 175
7.7 Aerober Abbau von nicht chlorierten organischen Schadstoffen 177
7.7.1 Überblick 177
7.7.2 Mineralölkohlenwasserstoffe 177
7.7.3 (Mono-) Aromaten 179
7.7.4 Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe 180
7.7.5 Abbau weiterer Stoffe 187
7.8 Anaerober Abbau nicht chlorierter Schadstoffe 190
7.9 Abbau von chlorierten organischen Schadstoffen 197
7.9.1 Einleitung 197
7.9.2 Dehalorespiration 198
7.9.3 Die Rolle des Wasserstoffs 202
7.9.4 cDCE-Akkumulierung 203
7.9.5 Anaerober cometabolischer Abbau 204
7.9.6 Cometabolischer aerober Abbau 204
7.9.7 Produktiver aerober Abbau 208
7.9.8 Abiotischer Abbau 212
7.10 Metabolitenbildung 214
7.11 Abbauendprodukte 217
7.12 Engpässe – Bottlenecks 220
7.13 Nachhaltige Behandlung 222
7.14 Abbau von anorganischen Schadstoffen 224
7.15 (Bio-) Transformation von Metallen 226
7.15.1 Mechanismen 226
7.15.2 Arsen 230
7.15.3 Quecksilber 231
7.15.4 Chrom 232
7.15.5 Uran 234
8 Mikrobielle Sanierungsverfahren 241
8. Zusammenfassung 241
8.1 Einteilung 243
8.2 Biogeochemisches Baseline-Monitoring 244
8.3 Anaerober Abbau von LCKW 245
8.3.1 Biogeochemische Prozesse 245
8.3.2 Substratauswahl 248
8.3.3 Wasserstoff als Elektronendonator 254
8.3.4 Einfluss des pH-Wertes 257
8.3.5 Schadstoffmobilisierung 259
8.3.6 Injektionsregime 262
8.3.7 Stoffkonzentration der Injektionen und Injektionshäufigkeit 269
8.3.8 Nebenreaktionen 275
8.3.9 Labor- und Pilotversuche 276
8.3.10 Sanierungserfolg 278
8.3.11 Monitoring 279
8.3.12 Nachwirkungen der DOC-Injektionen und Rebound 280
8.3.13 Unvollständige Dechlorierung 282
8.3.14 Emulgiertes nullwertiges Eisen 283
8.4 Abbauforcierung durch Zugabe von Elektronenakzeptoren 285
8.4.1 Genutzte Redoxprozesse 285
8.4.2 Sulfatreduktion 286
8.4.3 Denitrifikation 292
8.5 Aerober Abbau 295
8.5.1 Übersicht der Verfahren zur Sauerstoffzufuhr 295
8.5.2 Sauerstoffangereichertes Wasser 296
8.5.3 Wasserstoffperoxid 297
8.5.4 Sauerstofffreisetzende partikuläre Substrate 298
8.5.5 Gasdiffusionsverfahren 299
8.5.6 Wachstumssubstrate 301
8.5.7 Nachweis des aeroben Abbaus 302
8.6 Air Sparging 303
8.6.1 Verfahrensprinzip 303
8.6.2 Einsatzbereiche 311
8.6.3 Verfahrensführung 312
8.6.4 Sanierungsdauer 314
8.6.5 Auslegungskriterien 314
8.6.5.1 Druckmessungen 314
8.6.5.2 Helium-Tracer-Test 316
8.6.5.3 Push-Pull-Test 318
8.6.5.4 SF 6 -Tracer-Test 318
8.6.5.5 Sonstige Tests 321
8.6.6 Pilotversuch 322
8.6.7 Monitoring 323
8.6.8 Sonderverfahren 325
8.6.8.1 Übersicht 325
8.6.8.2 Methan-Biostimulationsverfahren 326
8.6.9 Biosparging und Gasspeicherwand 328
8.7 Bioaugmentation 329
9 Chemischer Abbau 335
9. Zusammenfassung 335
9.1 Einleitung 336
9.2 Abbaubarkeit von Schadstoffen und Metabolitenbildung 339
9.3 Chemische Reaktionen 342
9.3.1 Permanganat 342
9.3.2 Wasserstoffperoxid 347
9.3.3 Persulfat 349
9.3.4 Andere Oxidationsmittel 353
10 In situ chemische Oxidation (ISCO) 357
10. Zusammenfassung 357
10.1 Einleitung 359
10.2 Einschränkungen der Anwendbarkeit 359
10.3 Sanierbare Bereiche 364
10.4 Auswahl des Oxidationsmittels 365
10.5 Vorversuche 367
10.5.1 Laborversuche 367
10.5.2 Pilotversuch 370
10.6 Verfahrensführung 370
10.6.1 Auslegungskriterien 372
10.6.2 Schadstoffmobilisierung 376
10.6.3 Schwermetallmobilisierung 377
10.6.4 Salzfracht 378
10.6.5 Veränderung der hydraulischen Durchlässigkeit 379
10.6.6 Bromatbildung 380
10.6.7 Betonaggressivität 380
10.6.8 Einfluss auf Mikroorganismen 382
10.7 ISCO-Anwendung in Problembereichen 383
10.7.1 Langsame Freisetzung 384
10.7.2 S-isco 385
10.7.3 In situ geochemischen Stabilisierung (ISGS™) 387
10.8 Überwachung (Monitoring) 388
11 Arbeitsschutz und Arbeitssicherheit 395
11.1 Vorgehensweise 395
11.2 Besondere Anforderungen biologischer Sanierungsverfahren 395
11.3 Besondere Anforderungen chemischer Sanierungsverfahren 397
12 Schlussbemerkung und Ausblick 399
Index 403
