« Zurück
Sanierung durch chemische Oxidation der Schadstoffe
Die chemische in-situ Oxidation kann eine attraktive Alternative für den schnellen Abbau von verschiedensten Chemikalien im Boden und im Grundwasser sein. Diese Technologie birgt ein deutlich höheres Potenzial zur Schadstoffentfrachtung als klassische „pump-and-treat“ Verfahren.
Entgegen dem mikrobiellen Abbau ist bei der in-situ Oxidation keine Anwesenheit von Mikroorganismen erforderlich, der Abbau erfolgt hier alleinig auf chemisch-oxidativem Wege. Die chemische In-Situ Oxidation ist bei gegebener Anwendbarkeit eine sehr schnell wirkende Sanierungsmethode und insbesondere zur Schadstoffentfrachtung von hochkontaminierten Schadenszentren geeignet, insbesondere bei Vorliegen der Schadstoffe in Phase.
Das Oxidationsmittel kann in verschiedener Form in den kontaminierten Bereich eingebracht werden. In der Regel erfolgt die Beschickung in flüssiger Form durch Injektionen oder Infiltrationsgalerien, aber auch eine Einbringung in fester Form als Granulat, z.B. durch Verdrängungsbohrungen oder „mixed-in-place“ Verfahren ist möglich.
Der Erfolg einer Sanierung durch in-situ Oxidation hängt wesentlich davon ab, dass die standortspezifischen Rahmenparameter vor Beginn der Sanierung zuverlässig ermittelt bzw. abgeschätzt werden. Vor Beginn der großmaßstäblichen Sanierung sollte ein Feldversuch implementiert werden, der als Teilsanierung dimensioniert werden kann. Zur Gewährleistung eines Erfolges der Sanierungsmaßnahme ist die genaue Kenntnis folgender Schlüsselfaktoren maßgeblich:
- Die Art und die Verteilung der sanierungsrelevanten Schadstoffe.
- Die geologisch-petrografischen Rahmenbedingungen, insbesondere die vorhandenen Bodenarten und die Heterogenität des zu sanierenden Bereiches.
- Der spezifische Sauerstoffbedarf am Standort (sog. soil oxidant demand = SOD).
- Die geochemischen Rahmenbedingungen am Standort.
- Die hydraulischen Eigenschaften des Bodens (Wasserdurchlässigkeit / Hetreogenität)
- Das Potenzial einer Mobilisierung und des Abbaus von Redox-sensitiven Metallen, z.B. Chrom VI.
- Das Potenzial eines „rebound“, d.h. eines Wiederanstiegs der Schadstoffkonzentrationen nach Durchführung der Sanierung, hervorgerufen durch Restkontaminationen, die nicht erfasst wurden.
Für eine erfolgreiche Sanierung ist schließlich die gleichmäßige und flächendeckende Verteilung der Oxidantien im kontaminierten Aquifer entscheidend. Die richtige Dimensionierung der dem Boden zuzuführenden Massen an Oxidantien, deren Verdünnungsgrad bzw. deren Verteilung sowie das geeignete Verfahren zur Beschickung der Oxidantien sind entscheidende Faktoren, die zum Gelingen einer Sanierung durch in-situ Oxidation beitragen.
Der Leistungsrahmen von geo-log für eine In-Situ Oxidation
- Durchführung von Machbarkeitsstudien
- Konzeption und Umsetzung einer zielgerichteten Untersuchungsstrategie
- Zusammenarbeit mit den Behörden im Zuge des Genehmigungsverfahrens
- Konzeption und Detailplanung der erforderlichen Maßnahmen
- Einbringung der Oxidantien durch spezielle Injektionsverfahren
- Installation und Beschickung von Liefersystemen
- Konzeption und Durchführung eines zielgerichteten Überwachungsprogramms
Nach einer Sichtung vorhandener Unterlagen (bereits durchgeführte Untersuchungen, allgemeine Unterlagen) bzw. nach Durchführung erster überschlägiger Untersuchungen erarbeitet geo-log eine Machbarkeitsstudie, welche die generelle Eignung des Standortes für eine Sanierung durch ISCO darlegt.
Bereits im Rahmen der detaillierten Untersuchung eines Standortes wird die zielgerichtete Konzeption erarbeitet. Der Einsatz spezieller Untersuchungsverfahren, wie z.B. Grundwassersondierungen, Direct-Push Probenahme von ungestörten Bodenproben und MIP-Sondierungen, die eigens auf eine spätere In-Situ Sanierung zugeschnitten sind, ermöglicht eine kosteneffektive und schnelle Vorgehensweise bei gleichzeitiger Erhebung einer maximalen Datenmenge.
In einzelnen Fällen kann eine Kombination einer in-situ Oxidation im Schadenszentrum mit einer anschließenden anaeroben mikrobiellen reduktiven Dechlorierung zum vollständigen Abbau von Restkontaminationen und zur Behandlung der Schadstofffahne sinnvoll sein. In solchen Fällen ist ein schonender Einsatz der oxidativen Substrate erforderlich, um die vorhandene autochtone Mikroorganismenfauna nicht vollständig zu zerstören.
ISCO mit Natrium- und Kaliumpermanganat
Im Vergleich zu Wasserstoffperoxid und Fenton´s Reagenz liegen für die Permanganatoxidation von Boden und Grundwasser die umfangreichsten Informationen zum in-situ Abbau von chlorierten Lösemitteln und Petrochemikalien vor. Die Stöchiometrie und Kinetik der Permanganatoxidation auf kontaminierten Standorten kann sehr komplex sein und es sind zahlreiche Reaktionen möglich, an denen Mangan, jeweils abhängig von seinen zahlreichen Oxidationsstufen und Mineralformen, beteiligt sein kann. Bezüglich des Abbaus von organischen Chemikalien, wie z.B. TCE, findet die Oxidation vorrangig durch direkten Elektronentransfer als durch radikale Umsetzungen, welche die Oxidation durch Fenton´s Reagenz oder Ozon charakterisieren, statt.
Die stöchiometrische Reaktion für die vollständige Zersetzung von TCE ist in der folgenden Gleichung dargestellt:
2KMnO4 + C2HCl3 -> 2CO2 + 2MnO2 + 2K+ + H+ + 3Cl-
Auf der Grundlage der dargestellten stöchiometrischen Beziehung reagieren 1,81 g MnO4- mit 1 g TCE wobei 1,32 g Mangandioxid (MnO2), 0,67 g Kohlendioxid und 0,81 g Cl- erzeugt werden. Die Reaktionsrate ist hierbei innerhalb eines pH - Bereichs von 4-8 weitgehend konstant.
Oxidation von sorbierten oder in Phasenkörpern enthaltenen Chlorethenen
Anhand der Ergebnisse von zahlreichen Laborversuchen (Mikrokosmen, Säulenversuchen und Tank-Versuchen) sowie aufgrund der Ergebnisse von Feldstudien und aktuellen Sanierungsmaßnahmen gilt es als gesichert, dass Permanganate in der Lage sind, an die Aquifermatrix sorbierte organische Schadstoffe zu oxidieren. Wenngleich die Reaktionsmechanismen noch nicht vollständig verstanden sind, wird vermutet, dass die Oxidation in der wässrigen Phase unmittelbar nach der Desorption von der Bodenmatrix stattfindet. Die Desorptionsrate steigt mit der Verschiebung des Konzentrationsgleichgewichtes aufgrund oxidativen Abbaus der Schadstoffe in der umgebenden wässrigen Phase. Der Abbau von Phasenkörpern dürfte nach demselben Prinzip der Verschiebung der Konzentrationsgleichgewichte aufgrund des Schadstoffabbaus in der die Phasenkörper umgebenden wässrigen Phase erfolgen. Diesbezüglich ist residuale Phase der chemischen Oxidation erheblich zugänglicher als Phasenpools, die allerdings in der Sanierungspraxis nur in den seltensten Fällen nachgewiesen werden konnten. Die folgende Abbildung zeigt ein konzeptionelles Modell der Oxidation von Phasenkörpern. Der Zwischenphasen-Massentransport nimmt mit dem Umfang der Oxidationsreaktionen im Phasen-Zwischenfilm und in der benachbarten wässrigen Phase ab.
