In-situ-Verfahren zur Boden- und Grundwassersanierung

Thomas Held ist nach seiner Promotion als Mikrobiologe an der Technischen Universität Darmstadt und nach einer kurzen Tätigkeit in der Industrie als wissenschaftlicher Mitarbeiter im Bereich der biologischen Abluftreinigung bei dem weltweit tätigen Ingenieurunternehmen ARCADIS als Segmentleiter Sanierung mit Schwerpunkt In-situ-Sanierung und als globaler Leiter der Fachgruppe (Community of Practice) "In-situ Remediation" beschäftigt. Dr. Held ist öffentlich bestellter und vereidigter Sachverständiger nach § 36 GewO und § 18 BBodSchG. Seine Arbeitsschwerpunkte sind Advanced Technologies, natürlicher Schadstoffabbau (MNA), in-situ-Sanierungen sowie Forschung und Entwicklung. Hier gehört er zu den führenden Experten in Deutschland. Wesentliche Teile seiner Arbeit sind in zahlreichen nationalen und internationalen Publikationen, Handbüchern und Vorträgen veröffentlicht.

• Vorwort xiDank xiiiAbkürzungsverzeichnis xvParameterverzeichnis xix1 Einleitung 11.1 Das Erbe der Industrialisierung 11.2 Historische Entwicklung der In-situ-Verfahren 21.3 Gesetzliche Rahmenbedingungen 61.4 Verfahrensübersicht 82 Schadstofftransport 152. Zusammenfassung 152.1 Bodeneigenschaften 172.2 Phasen: Übersicht 212.3 Absinken der Schadstoffphase 252.4 Residualsättigung 282.5 Leichtphasen (LNAPL) 292.6 Schwerphasen (DNAPL) 352.7 Phasenmobilität 382.8 Phasenalterung 402.9 Phasennachweis und Phasencharakterisierung 412.10 Solubilisierung 452.11 Schadstofffahne 512.11.1 Einleitung 512.11.2 Sorption 532.11.3 Abbau 552.12 Matrixdiffusion 563 Konzeptionelles Standortmodell 634 Sanierungsstrategie 674. Zusammenfassung 674.1 Verfahrensauswahl 694.2 Sanierungsziele 724.3 Treatment Trains 764.4 Sanierungsdauer 784.5 Vorversuche im Labor und im Feld 804.6 Sanierungssteuerung 814.7 Nachhaltigkeit 835 Quellensanierung 875. Zusammenfassung 875.1 Erreichbares Ausmaß der Quellensanierung und der Einfluss auf die Fahne 885.2 Sanierungsverfahren 945.2.1 Übersicht 945.2.2 Mehrphasenextraktion 965.2.3 Spülungen mit Tensiden oder Lösungsvermittlern 1035.2.4 In situ thermische Sanierung 1095.2.5 In situ Vitrifikation 1175.2.6 STAR-Verfahren 1175.2.7 ZVI-Clay-Verfahren 1195.2.8 Weitere neue Verfahren 1196 Injektionstechniken 1236. Zusammenfassung 1236.1 Einteilung 1246.2 Einfluss auf die hydraulische Durchlässigkeit (Verblockung) 1276.3 Injektion 1336.3.1 Injektionsbrunnen 1336.3.2 Reaktion des Grundwasserleiters auf injizierte Fluide 1346.3.3 Maximaler Injektionsdruck 1376.3.4 Injektionsversuche 1396.4 Rezirkulation 1406.5 Direct Push 1436.6 Druckpuls-Injektion 1456.7 Fracturing 1466.8 Hochdruckinjektionen 1536.9 Hydraulische Verdrängung 1536.10 Dichteeffekte 1547 Grundlagen des mikrobiellen Schadstoffabbaus 1577. Zusammenfassung 1577.1 Wachstum von Mikroorganismen 1597.2 Nährstoffe 1617.3 Stoffabbau 1627.4 Terminale Elektronenakzeptoren 1677.5 Anaerobe Abbaukette 1737.6 Abbauraten 1757.7 Aerober Abbau von nicht chlorierten organischen Schadstoffen 1777.7.1 Überblick 1777.7.2 Mineralölkohlenwasserstoffe 1777.7.3 (Mono-) Aromaten 1797.7.4 Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe 1807.7.5 Abbau weiterer Stoffe 1877.8 Anaerober Abbau nicht chlorierter Schadstoffe 1907.9 Abbau von chlorierten organischen Schadstoffen 1977.9.1 Einleitung 1977.9.2 Dehalorespiration 1987.9.3 Die Rolle des Wasserstoffs 2027.9.4 cDCE-Akkumulierung 2037.9.5 Anaerober cometabolischer Abbau 2047.9.6 Cometabolischer aerober Abbau 2047.9.7 Produktiver aerober Abbau 2087.9.8 Abiotischer Abbau 2127.10 Metabolitenbildung 2147.11 Abbauendprodukte 2177.12 Engpässe – Bottlenecks 2207.13 Nachhaltige Behandlung 2227.14 Abbau von anorganischen Schadstoffen 2247.15 (Bio-) Transformation von Metallen 2267.15.1 Mechanismen 2267.15.2 Arsen 2307.15.3 Quecksilber 2317.15.4 Chrom 2327.15.5 Uran 2348 Mikrobielle Sanierungsverfahren 2418. Zusammenfassung 2418.1 Einteilung 2438.2 Biogeochemisches Baseline-Monitoring 2448.3 Anaerober Abbau von LCKW 2458.3.1 Biogeochemische Prozesse 2458.3.2 Substratauswahl 2488.3.3 Wasserstoff als Elektronendonator 2548.3.4 Einfluss des pH-Wertes 2578.3.5 Schadstoffmobilisierung 2598.3.6 Injektionsregime 2628.3.7 Stoffkonzentration der Injektionen und Injektionshäufigkeit 2698.3.8 Nebenreaktionen 2758.3.9 Labor- und Pilotversuche 2768.3.10 Sanierungserfolg 2788.3.11 Monitoring 2798.3.12 Nachwirkungen der DOC-Injektionen und Rebound 2808.3.13 Unvollständige Dechlorierung 2828.3.14 Emulgiertes nullwertiges Eisen 2838.4 Abbauforcierung durch Zugabe von Elektronenakzeptoren 2858.4.1 Genutzte Redoxprozesse 2858.4.2 Sulfatreduktion 2868.4.3 Denitrifikation 2928.5 Aerober Abbau 2958.5.1 Übersicht der Verfahren zur Sauerstoffzufuhr 2958.5.2 Sauerstoffangereichertes Wasser 2968.5.3 Wasserstoffperoxid 2978.5.4 Sauerstofffreisetzende partikuläre Substrate 2988.5.5 Gasdiffusionsverfahren 2998.5.6 Wachstumssubstrate 3018.5.7 Nachweis des aeroben Abbaus 3028.6 Air Sparging 3038.6.1 Verfahrensprinzip 3038.6.2 Einsatzbereiche 3118.6.3 Verfahrensführung 3128.6.4 Sanierungsdauer 3148.6.5 Auslegungskriterien 3148.6.5.1 Druckmessungen 3148.6.5.2 Helium-Tracer-Test 3168.6.5.3 Push-Pull-Test 3188.6.5.4 SF 6 -Tracer-Test 3188.6.5.5 Sonstige Tests 3218.6.6 Pilotversuch 3228.6.7 Monitoring 3238.6.8 Sonderverfahren 3258.6.8.1 Übersicht 3258.6.8.2 Methan-Biostimulationsverfahren 3268.6.9 Biosparging und Gasspeicherwand 3288.7 Bioaugmentation 3299 Chemischer Abbau 3359. Zusammenfassung 3359.1 Einleitung 3369.2 Abbaubarkeit von Schadstoffen und Metabolitenbildung 3399.3 Chemische Reaktionen 3429.3.1 Permanganat 3429.3.2 Wasserstoffperoxid 3479.3.3 Persulfat 3499.3.4 Andere Oxidationsmittel 35310 In situ chemische Oxidation (ISCO) 35710. Zusammenfassung 35710.1 Einleitung 35910.2 Einschränkungen der Anwendbarkeit 35910.3 Sanierbare Bereiche 36410.4 Auswahl des Oxidationsmittels 36510.5 Vorversuche 36710.5.1 Laborversuche 36710.5.2 Pilotversuch 37010.6 Verfahrensführung 37010.6.1 Auslegungskriterien 37210.6.2 Schadstoffmobilisierung 37610.6.3 Schwermetallmobilisierung 37710.6.4 Salzfracht 37810.6.5 Veränderung der hydraulischen Durchlässigkeit 37910.6.6 Bromatbildung 38010.6.7 Betonaggressivität 38010.6.8 Einfluss auf Mikroorganismen 38210.7 ISCO-Anwendung in Problembereichen 38310.7.1 Langsame Freisetzung 38410.7.2 S-isco 38510.7.3 In situ geochemischen Stabilisierung (ISGS™) 38710.8 Überwachung (Monitoring) 38811 Arbeitsschutz und Arbeitssicherheit 39511.1 Vorgehensweise 39511.2 Besondere Anforderungen biologischer Sanierungsverfahren 39511.3 Besondere Anforderungen chemischer Sanierungsverfahren 39712 Schlussbemerkung und Ausblick 399Index 403