Beschreibung

Der Untergrund sowie das Grundwasser des ehemaligen Gaswerksgeländes der Stadt Karlsruhe sind mit polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAK) als auch mit Vinylchlorid (VC) verunreinigt. Als Sanierungmaßnahme wurde eine Funnel-and-Gate Anlage auf dem kontaminierten Gelände errichtet, deren acht Reaktoren (Gates) mit Aktivkohle gefüllt sind. Aufgrund der geringen Adsorptionseigenschaften von Vinylchlorid an Aktivkohle sollte im Rahmen dieses Forschungsvorhabens eine Vorreinigung des Grundwassers mittels in-situ UV-Bestrahlung untersucht werden. Hierzu sollte die geringe natürliche Fließgeschwindigkeit des Grundwassers und dadurch bedingte lange Aufenthaltszeiten in der bestrahlten Schicht ideale Bedingungen für einen effizienten Abbau der organischen Schadstoffe bieten. In der ersten Phase dieses Projekts wurde eine Labor-Bestrahlungseinrichtung entwickelt. Diese wurde bezüglich der Verweilzeit bei unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten charakterisiert und der Photonenfluss ermittelt. Hierbei kam das Verfahren der chemischen Aktinometrie, unter Anwendung der Aktinometersubstanz Uridin, zum Einsatz. Für die zu bestrahlenden Schadstoffe wurden die molaren Absorptionskoeffizienten bei 254 nm, der Haupt-Emissionswellenlänge der für die Bestrahlungsversuche verwendeten UV-Strahler, bestimmt. Anschließend wurden in der Laboranlage Bestrahlungsversuche mit Acenaphthen und Vinylchlorid in Modellwässern und Grundwässern durchgeführt. Die Massen der während der UV-Bestrahlung von Acenaphthen gebildeten Zwischenprodukte wurden mittels GC-MS bestimmt. Gebildete Zwischenprodukte wurden im Laufe der Bestrahlung weiter zu niedermolekulareren Verbindungen abgebaut. Mit Standort-Grundwasser in der Laboranlage durchgeführte Versuche umfassen die Verfahren UV-Bestrahlung, UV/Belüftung, H2O2-Dosierung, UV/H2O2-, Ozonung sowie UV/Ozon. Durch die Anwendung von alleiniger UV-Bestrahlung konnten die im Grundwasser vorliegenden PAK’s, wie auch Benzol und Vinylchlorid nach Realisierung sehr langer Bestrahlungszeiten abgebaut werden. Die Zugabe von H2O2- während der UV-Bestrahlung beschleunigte bei allen untersuchten Schadstoffen deren Abbau, wobei eine Anfangskonzentration von 20 mg/L H2O2- der Dosierung von 10 mg/L H2O2- überlegen war. Ebenso beschleunigte die Anwendung der kombinierten Verfahren UV/Belüftung, wie auch UV/H2O2- die Mineralisierung des organisch gebundenen Kohlenstoffs gegenüber der reinen UV-Bestrahlung deutlich. Durch alleinige H2O2--Dosierung ohne UV-Bestrahlung konnte keine nennenswerte Eliminierung der im Grundwasser vorliegenden Schadstoffe nachgewiesen werden. Untersuchungen zum Einsatz der Ozonung des Grundwassers ergaben, dass bereits bei einer Dosierung von 4 mg/L Ozon, der Hauptschadstoff Acenaphthen wie auch Vinylchlorid aus den Grundwasser entfernt werden konnten. Für die in-situ Behandlung des Grundwassers auf dem ehemaligen Gaswerksgelände wurde ein Bestrahlungsmodul, bestehend aus sechs UV-Hochleistungs-Niederdruckstrahlern mit einer Nennleistung von je 120 W, entwickelt. An diesem wurde im halbjährigen Bestrahlungsversuch subterrestrisch, im kontaminierten Aquifer des Gaswerksgeländes, zunächst die Bildung von Belägen auf der Strahlerhüllrohroberfläche untersucht. Anschließend wurden im Zustrom der Aktivkohle des Pilotgates Untersuchungen zur Eliminierung der im Grundwasser vorhandenen Schadstoffe, mit vier und in einem späteren Versuch mit sechs dieser Bestrahlungsmodule, durchgeführt. Hierbei wurden beim Einsatz von vier Bestrahlungsmodulen die Konzentrationen der PAK’s Acenaphthylen, Fluoren, Fluoranthen und Pyren um nahezu 90 % vermindert. Der Hauptschadstoff Acenaphthen welcher in einer Konzentration von 70 µg/L vorlag, wurde zu etwa 50 % aus dem Grundwasser entfernt. Die Konzentrationen von Benzol und Vinylchlorid wurden zu 41 % bzw. 55 % verringert. Die Installation von zwei weiteren Bestrahlungsmodulen erbrachte keine Verbesserung des Schadstoffabbaus. Aufgrund der viel versprechenden Ergebnisse der Anwendung von Ozon im Laborversuch, wurde dieses Verfahren versuchsweise auch in-situ zur Schadstoffeliminierung im Grundwasser eingesetzt. Aus diesen Untersuchungen resultierte eine vollständige Eliminierung von VC und PAK aus dem Grundwasser nach einer Ozonungszeit von 180 min. Benzol, welches sich auch im Laborversuch als schlechter durch Ozon abbaubar erwiesen hatte, wurde zu 90 % aus dem Grundwasser entfernt. Die Vorteile der Ozonung gegenüber der in-situ UV-Bestrahlung konnten nicht nur im Hinblick auf die Schadstoffeliminierung, sondern auch bezüglich des notwendigen Energieeintrags bestätigt werden. Weitergehende Untersuchungen zur Optimierung des Ozoneintrags, wie auch der zu dosierenden Ozonmenge versprechen ein großes Potential für den großtechnischen Einsatz der Ozonung auf dem Gelände des ehemaligen Gaswerks Ost, in Karlsruhe.