Altlastensanierung des ehemaligen Gaswerks Biberach a. d. Riss

Standort, Historie und Hydrogeologie
Der Standort befindet sich im "Herzen Oberschwabens". Westlich wird das Gelände durch die vielbefahrene Freiburger Straße begrenzt, unterhalb der sich ein Teil des auszukoffernden Schadensherds befindet. Das Gaswerk wurde von 1863 bis 1968 mit bis zu vier Vertikalkammeröfen betrieben. Der letzte Gasbehälter ist 1985 oberirdisch abgebrochen worden. Zeitgleich fand eine Teilsanierung der Teergruben und die Entsorgung von 100 t reinem Teer statt.
Es besteht ein "klassischer" Aufbau des Untergrunds: unter anthropogenen Auffüllungen (1,5 m) folgt Auelehm (0,5 - 1,0 m) und im Liegenden bis 14 m u. GOK der quartäre Porengrundwasserleiter. Als Stauer fungiert die feinsandig-mergelige Obere Süßwassermolasse. Das Grundwasser zeigt einen Flurabstand von ca. 2,5 m bis 3,0 m und ist in Teilbereichen leicht gespannt. Die hydraulische Leitfähigkeit (kf) des Kiesaquifers liegt im Durchschnitt bei ca. 5 · 10-3 m/s.

Gefährdungsabschätzung, Immissionspumpversuche
Im Schadstoffherd reichen feinverteilte residuale, entsprechend der Sedimentpetrographie heterogen verteilte Teerölphasen bis etwa 4 m unterhalb des Grundwasserspiegels. Der Sanierungsbedarf wurde jedoch nicht in erster Linie auf Grundlage des Schadstoffpotentials in der Schadstoffquelle, sondern anhand der Auswirkungen im Grundwasser (Immission und Emission) abgeleitet. Die genaue Lage einer 45 m breiten PAK-Fahne im Grundwasserabstrom und die Schadstofffrachten wurden quantitativ über Immissionspumpversuche nachgewiesen. Die Auswertungen erfolgten durch die Ingenieurgesellschaft Dr. Eisele in Form von analytischen Inversionsrechnungen [1], die durch Vorwärtsrechnungen als Mischungsrechnung der Isochronensegmente plausibilisiert worden sind. Ein wesentlicher Auswerteparameter für Immissionspumpversuche ist die durchflusswirksame Porosität, welche durch Tracerversuche im Zuge der Immissionspumpversuche ohne nennenswerten Mehraufwand mittels online-Messungen zuverlässig bestimmt werden kann.
Am abstromigen Rand des Schadstoffherds, der von Natural-Attenuation-Prozessen noch nicht nennenswert beeinflusst ist, bestehen im Grundwasser tiefengemittelte PAK-15-Konzentrationen vom 10-fachen der Geringfügigkeitsschwelle.

Sanierungsziel und Sanierungsverfahren
Schäden hinsichtlich des Grundwassers können in einem bestimmten Ausmaß toleriert werden, falls die Abwägung ergibt, dass eine vollständige Gefahrenabwehr unverhältnismäßig wäre. Diesbezüglich existiert in Baden-Württemberg als ermessensleitende Regelung die sogenannte "einzelfallbezogene Mindestanforderung" [2][3], welche § 4 Abs. 7 BBodSchV wasserrechtlich konkretisiert. Sie besteht aus zwei Kriterien: Die tiefengemittelte, d. h. vertikal verdünnte Schadstoffkonzentration am Rand des Schadstoffherds soll unterhalb der Geringfügigkeitsschwelle und die abströmende Schadstofffracht unterhalb der sogenannten maximalen Emissionswerte E_max liegen. Diese wirkungsbezogenen Kriterien bestehen bereits seit 1993 und sind mittlerweile auch auf Bundesebene in ähnlicher Form aufgegriffen worden [4].
Die Sanierungsuntersuchung hatte ergeben, dass das Erreichen der einzelfallbezogenen Mindestanforderung im Wege eines Bodenaushubs ein angemessenes Ziel darstellt.

Sanierungsmaßnahmen
Für die Sanierung wurde ein Sanierungsplan nach § 13 BBodSchG erstellt und vom Landratsamt Biberach für verbindlich erklärt. Wesentlicher Zwangspunkt für die Bauablaufplanung war die Außerbetriebnahme und das Umsetzen der im Sanierungsbereich vorhandenen 14 Gaslagertanks. Dies konnte erst nach der Heizperiode im Frühjahr 2007 erfolgen. Weiterhin müssen die 230 m³-Gastanks spätestens im September 2007 wieder in Betrieb genommen werden können. Der Bodenaushub erfolgt zweiphasig. Im ersten Schritt findet nicht zuletzt aufgrund der Vielzahl alter Fundamente ein konventioneller Voraushub bis 2,5 m Tiefe statt. Ausgehend von dieser Arbeitsebene, wird der Schadstoffherd anschließend in Form von verrohrten Großlochbohrungen (Durchmesser ca. 1,8 m) ausgetauscht. Dies ist angesichts der guten Durchlässigkeit des Aquifers erforderlich, um die Bauwasserhaltung auf ein Minimum zu beschränken. Die abfallrechtliche Deklaration des Aushubmaterials erfolgt im Vorlauf anhand von Schürfgruben und rasterförmigen Vorbohrungen, weil am Standort keine Bereitstellungsflächen zur Verfügung stehen. Hiermit sind aber auch Zeit- und Kostenvorteile verbunden, da auf einen örtlichen Materialumschlag weitgehend verzichtet werden kann. Gleichzeitig werden die Geruchsemissionen begrenzt, da das Abkippen und Wiederaufnehmen kontaminierten Materials entfällt.
Der Spatenstich zur Sanierung des Gaswerks Biberach fand am 02.05.2007 gemeinsam mit der baden-württembergischen Umweltministerin, Frau Tanja Gönner, statt (Abbildung 1). Zum Zeitpunkt, als der vorliegende Artikel verfasst wurde, waren die Großlochbohrungen gerade in Vorbereitung. Die Sanierungsdurchführung liegt bei der BAUER und MOURIK Umwelttechnik, Schrobenhausen.

Hinsichtlich technischer Arbeitsschutzmaßnahmen hat sich ein Hochdrucknebelsystem mit Zugabe geruchseliminierender Stoffe auf Basis eines Polyglykolethers im praktischen Einsatz bewährt (Abbildung 2). Parallel wird Bodenluft aus den Gruben abgesaugt und über Aktivkohle gereinigt. Auf diese Art und Weise konnte auf aufwändigere Verfahren wie beispielsweise eine Einhausung verzichtet werden.

Abbildung 2:
Hochdrucknebelsystem und Aktivkohleeinheiten für den Arbeitsschutz

Verfüllmaterial
Der Aushub wird off-site entsorgt, so dass zur Verfüllung Fremdmaterial eingesetzt wird. Unter diesen Umständen gelten keine Ausnahmetatbestände hinsichtlich der Materialbeschaffenheit gemäß § 5 Abs. 6 BBodSchV. Das Fremdmaterial muss daher die vorsorgenden abfall- und bodenschutzrechtlichen Anforderungen uneingeschränkt erfüllen, auch wenn dies materiell über die Anforderungen zur Einhaltung des Sanierungsziels hinausgeht. Konkret bedeutet dies, dass die bis zum Inkrafttreten einer Bundes-"M20-Verwertungsverordnung" geltende Verwaltungsvorschrift [5] zugrunde gelegt wird.

Erfolgsprognose
Fachartikel befassen sich weit häufiger mit den Sanierungsverfahren - einschließlich innovativster chemisch-physikalisch-mikrobiologischer Verfahrenstechnik - als mit der Frage, ob und wie schnell die Sanierungsziele überhaupt erreicht worden sind. Bewertungsmaßstab für jede Sanierung ist aus Sicht der zuständigen Behörden und der Pflichtigen aber nicht die Anwendung eines Verfahrens, sondern der Sanierungserfolg für das Grundwasser an einer definierten Stelle im Grundwasserabstrom. Von daher sollte aus unserer Sicht insgesamt offensiver mit der Frage der Konzentrationsabnahme im direkten Grundwasserabstrom ehemaliger Schadstoffherde umgegangen werden.
In diesem Sinne wird hiermit für das Gaswerk Biberach eine Prognose gewagt. Man kann prinzipiell nicht davon ausgehen, dass die Abstrombelastungen schlagartig abnehmen, selbst wenn der Schadstoffherd vollständig dekontaminiert oder gesichert sein sollte. Im Grundwasserabstrom (Fahne) von Altlasten bestehen nämlich infolge von Gleichgewichtsprozessen zwischen dem verunreinigten Grundwasser und den Lithokomponenten ebenfalls Kontaminationen der Bodenmatrix, die somit eine sekundäre Schadstoffquelle darstellen. Deren Auswirkung auf das Grundwasser hält grundsätzlich in Form von Rückdiffusions- und Desorptionsprozessen an, auch wenn die Primärquelle (Schadstoffherd) beispielsweise in Form einer Dekontamination, Einkapselung oder hydraulischen Sicherung "abgestellt" wurde. Die Frage ist nun, wie stark und wie lange sich Sekundärkontaminationen trotz einer Schadensherdsanierung auf die Abstrombelastung auswirken. Anders ausgedrückt: Wie schnell müsste das Sanierungsziel im Abstrom (natürlich unter Berücksichtigung der Grundwasserfließgeschwindigkeit) erreicht sein, falls die Schadensherdsanierung vollständig war?
Wirksame Prozesse des Schadstoffübergangs in das Grundwasser sind - neben der Lösung aus residualen Phasen (Prozess 1) - die Intrapartikeldiffusion (Prozess 2a) und die Matrixdiffusion aus geringdurchlässigen Ton- oder Schluffschichten bzw. -linsen (Prozess 2b) (Abbildung 3 oben).

Die PAK-Lösung aus residualer Teerölphase innerhalb des Schadstoffherds (Prozess 1) führt über Jahrzehnte bis Jahrhunderte zu nahezu gleichbleibenden Konzentrationen bzw. Frachten im Grundwasser. Demgegenüber führen Rückdiffusionsprozesse aus einer Sekundärquelle im Abstrom (Prozesse 2a und 2b, Abbildung 3 unten) zu Frachten in das Grundwasser, die ± mit der Wurzel der Zeit abnehmen. Sie halten zwar aufgrund von Hystereseeffekten trotz Schadensherdsanierung rechnerisch mindestens so lange an, wie es dem ursprünglichen Schadensalter entspricht. Die rasche Abnahme der rückdiffundierenden Frachten lässt aber je nach Grundwasservolumenstrom (= Verdünnung) zumeist schon nach kurzer Zeit tiefengemittelte Abstromkonzentrationen weit unterhalb der Geringfügigkeitsschwelle erwarten [6].
Beispiel [7]: Es ist die Rückdiffusion aus einem Stauer (Ton, Durchlässigkeit = 1 · 10^-9 m/s, Porosität = 0,5, f_oc = 0,001) in einen feinkiesigen Aquifer (Abstandsgeschwindigkeit = 1 m/Tag, Aquiferhöhe = 5 m, effektive Porosität = 0,4) zu prognostizieren, wenn bis zur Sättigungskonzentration im Grundwasser gelöste PAK vor der Sanierung 50 Jahre lang Zeit hatten, in den Stauer hinein zu diffundieren. Der Stauer enthält also nur sorbierte PAK, aber keine residuale Teerölphase und ist daher auch nicht Teil des zu sanierenden Schadstoffherds. In diesem Fall ist zu erwarten, dass die tiefengemittelten PAK-Konzentrationen im Aquifer für Acenaphthen und Phenanthren spätestens fünf Jahre nach der Schadstoffherdsanierung jeweils wieder unterhalb der Geringfügigkeitsschwelle von 0,2 µg/l liegen. In Bereichen, in denen während der modellhaften 50 Jahre im Grundwasser nur 1/10 der jeweiligen Sättigungskonzentration bestand, müsste die Geringfügigkeitsschwelle pro Einzelstoff sogar schon spätestens ein Jahr nach der Sanierung unterschritten sein (die Zeit für das Grundwasserfließen vom ehemaligen Schadstoffherd bis zum Ort der Erfolgskontrolle im Abstrom ist jeweils zu addieren).
Das o. g. Beispiel ist im Sinne eines modellhaften Prozessverständnisses zu verstehen. Es zeigt, dass der Sanierungserfolg rasch messbar sein muss, sofern ausschließlich Rückdiffusion und Desorption innerhalb der Fahne wirken - was im Falle einer vollständigen Sanierung der Primärquelle der Fall sein wird. Wenn sich diese rasche und sehr signifikante Konzentrationsabnahme aber nicht einstellt, wird der Abstrom weiterhin von Lösungsprozessen aus residualer Phase beeinflusst. Im Regelfall muss dann geschlussfolgert werden, dass der Schadensherd (Primärquelle) nicht vollständig erfasst ist.
Aus den o. g. Überlegungen ergibt sich auch, dass der übliche Zeitraum für Erfolgskontrollen von etwa drei Jahren [8] in vielen Fällen ausreichend bemessen ist. Am Beispiel des vor zwei Jahren ebenfalls im Wege eines Bodenaustausches sanierten Gaswerks Ravensburg zeigt sich übrigens, dass die obigen Prognosen der Praxiserfahrung standhalten können.

Literatur

Thomas Osberghaus
Dipl.-Geol.
ÖFFENTLICH BESTELLTER UND VEREIDIGTER SACHVERSTÄNDIGER NACH § 36 GEWO FÜR ALTLASTEN - ERKUNDUNG, BEWERTUNG
SACHVERSTÄNDIGER NACH § 18 BBODSCHG, GEFÄHRDUNGSABSCHÄTZUNG
WIRKUNGSPFAD BODEN - GEWÄSSER
WIRKUNGSPFAD BODEN - MENSCH

Rudolf Zwisler
Dipl.-Ing.

beide:
Ingenieurgesellschaft für Umwelttechnik und Bauwesen Dr. Eisele mbH
Ziegelstraße 12
88214 Ravensburg
www.dr-eisele.de