Chernie und Biologie der Altlasten

Herausgegeben von der Fachgruppe Wasserchemie in der GDCh

VCH 4iP Weinheim . New York - Base1 - Cambridge - Tokyo

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Chemie und Biologie der Altlasten Herausgegeben von der Fachgruppe Wasserchemie in der GDCh

Weitere Titel zum Thema:

Rump, H. H . / Scholz, R. Untersuchung von Abfallen, Reststoffen und Altlasten Praktische Anleitung fur chemische, physikalische und biologische Methoden 199.5. XX, 453 Seiten mit 44 Abbildungen und 26 Tabellen. Gebunden. ISBN 3-527-287.54-X

Frrchgrirppe Wasserchemie in der GDCh (Hrsg.) Biochemische Methoden zur Schadstofferfassung im Wasser Moglichkeiten und Grenzen 1993. X, 174 Seiten mit 70 Abbildungen und 13 Tabellen. Gebunden. ISBN 3-527-285.5 1-2

k l VCH Vcrlapsgescllsch;ift mhH. 11-60.153 Weinhcim. (Bundesrepuhlik Deuthchland), 1997

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ISBN 3-527-28802-3

Chernie und Biologie der Altlasten

Herausgegeben von der Fachgruppe Wasserchemie in der GDCh

VCH 4iP Weinheim . New York - Base1 - Cambridge - Tokyo

Fachgruppe Wasscrcheniie in der Gesellschaft Deutscher Cheniiker Post lac h hY XO D-76128 Karlsruhe

Ohmann des Arheitskreises: Prof. Dr. Ulrich Fijrstner Arheitshereich Umweltschutztechnik Technische Universitat Hamburg-Harhurg E ikndor fe r Str. 40 D-21071 Hamhurg

Das vorliegendc Werk wurde sorgfaltig erarheitet. Dennoch uhernehmen Autoren. Hereusgeher und Vcrlag fur die Richtigkeit von Angahen. Hinweisen und Ratschliigen sowie fur eventuellc Druckfehlcr keine tlaftung.

Lektorat: Dr. Stelfen Pauly

Die Deutsche Bihliothek - CIP-Einheitsaufnahmc Chemie und Biologie der Altlasten / hrsg. von dcr Fachgruppc Wasscrchcniic in der GDC'h Wcinheim : New York : Basel : Camhridgc :Tokyo : VC'H. IYY6

NE. Gesel lschaft Deutscher ('hernikcr / Fachgruppe Wasserchniie ISBN 3-527-28802-3

0 VCH Verlagsgesellschaft nihH. D-69451 Weinhcim (Federal Repuhlic o f Germmy). 1997

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Geleitwort

Chemische Aspekte spielen in allen Phasen der Altlastensanierung - Erfassen, Bewer- ten, Behandeln - eine wichtige Rolle, doch wird bislang insbesondere bei der Erfassung von Verdachtsflkchen und bei der Bewertung von Altablagerungen und Altstandorten das chemische Erfahrungspotential noch nicht ausgeschopft. Nachdem in den achtziger Jahren die systematische, vergleichende Einstuhng einer gronen Zahl sehr unterschied- licher Altlasten mit einem vorrangig administrativen Ansatz im Vordergrund stand, werden kiinflig stakere Prioritatensetzungen sowohl bei der Auswahl der zu sanieren- den Objekte als auch beim Einsatz spezieller Sicherungs- und Sanierungstechniken erforderlich sein. Damit verbinden sich auch wirksamere Erfolgskontrollen, die bislang wegen der gronen Dringlichkeit von Sofortmahahmen teilweise in den Hintergrund getreten sind. Diese Entwicklung fdlt zusammen mit einem gestiegenen Kostenbewunt- sein und vielfdtigen Erfahrungen mit unzulilnglichen Sanierungsergebnissen. Insgesamt kann man erwarten, dan die naturwissenschaftlich begriindeten Ansatze sowohl bei der Bewertung als auch Sanierung von Altlasten eine immer grdnere Bedeutung erhalten werden.

Der HauptausschuR 111 "Naturwissenschaftliche Grundlagen" der Fachgruppe Wasser- chemie in der Gesellschaft Deutscher Chemiker (Obmann: Prof Dr. J.K. Reichert) hat 1993 einen neuen Arbeitskreis 'Chemie und Biologie der Altlasten' eingesetzt, der sich mit der Erarbeitung von naturwissenschaftlich begriindeten Konzepten fur die Gefahr- dungsabschatzung, Bewertung und die Sanierung von Altlasten befassen soll. Einzel- aufgaben sind (1) die Sichtung von Parameterlisten im Hinblick auf ihre Plausibilitat, (2) die vergleichende Begutachtung in bereits vorliegenden oder geplanten Konzepten fiir die Gef~dungsabschatzung, Bewertung oder Sanierung von Altablagerungen und Altstandorten, (3) die Erarbeitung von Vorschlagen f i r die Probenahme, Probenlage- rung und Probenaufbereitung sowie auch Beratung bei analytischen Fragestellungen, (4) die Zusammenarbeit mit anderen relevanten Arbeitsgruppen auf dem Altlastensek- tor (Frau Dr. M. Raudschus vertritt die Fachgruppe Wasserchemie in der Kommission "Altlasten", einem Zusammenschlun einschlhgiger Verblnde in diesem Arbeitsgebiet), und ( 5 ) die Identifizierung von Forschungsdefiziten und Vorschlage fur Projekte im Bereich der Grundlagenforschung.

VI Geleitwort

Die Dokumentation "Chemie und Biologie der Altlasten - wissenschaftliche Grundla- gen flir den Grundwasserschutz" ist ein erstes Ergebnis der Aktivitaten dieses Arbeits- kreises, koordiniert von Prof. Dr. Ulrich Forstner. Die Fachgruppe Wasserchemie dankt allen Mitgliedern und Gastautoren, die zum Gelingen dieses Werkes beigetragen haben.

Prof Dr. Dr. habil. Fritz H. Frimmel Vorsitzender der Fachgruppe Wasserchemie in der Gesellschaft Deutscher Chemiker

Vorwort

Die vorliegende Dokumentation "Chemie und Biologie der Altlasten", die vom gleich- namigen Arbeitskreis der Fachgmppe Wasserchemie zusammengestellt wurde, gibt einen ijberblick uber natunvissenschaftliche Aspekte der Altlastenforschung, mit dem Schwerpunkt auf dem Gebiet des Grundwasserschutzes:

1 ChemiscWtoxikologisch: zu den Ableitungskriterien &r Orientiemngs-, Schwellen-, Eingreif-, Grenz- und anderen Normwerten; zu Bewertungsansatzen fur spezielle Kontaminanten in Altstandorten. - BiologzscWokotoxikologisch: zur Beurteilung der Okotoxizitat einzelner Chemika- lien bzw. einer Altlast und zu Prognosen von Effekten, zu den Hinweisen auf die biologische Sanierbarkeit sowie zur Einschatzung des Sanierungserfolges.

= Geochemischhydrogeologisch: zum langfkistigen Verhalten von Kontaminanten in den Wasser-, Kolloid- und Festphasen, zu den Wirkungen von SaniemngsmaO- nahmen und zur groflraumigen Demobilisiemng von Schadstoffen. - ProbentechniscWanalytisch: zu den Entnahmestrategien f i r Grundwasser-, Fest- stoff- und Bodenluftproben, den Zielsetzungen, der Durcfihrung und Bewertung von Auslaugungstests sowie zu den chemischen Analysenmethoden.

1 Sanierungstechnisch: zu den erf'orderlichen biologischen, bodenphysikalischen, chemischen und geowissenschaftlichen Bewertungskriterien %r die Auswahl und DurchfUhrung angemessener, besonders innovativer, Behandlungsmethoden.

Kunftig muB die Vorgehensweise bei der Erfassung, Gefahrdungsabschatzung und Bewertung besser auf die technischen Problemlosungen abgestimmt werden. Die Do- kumentation bietet eine wissenschaftliche Basis fUr den Briickenschlag von der Phase der Diagnose zu den optimierten Methoden der Behandlung kontaminierter Boden.

Hamburg, Lippstadt und Aachen, im August 1996

Ulrich Forstner Marlies Raudschus Johannes K. Reichert

Dank

Eine wichtige fachliche Grundlage fhr das vorliegende Buch waren die Sitzungen des Arbeitskreises "Chemie und Biologie der Altlasten". Neben den namentlich aufgefbhr- ten Autoren haben folgende Mitglieder und Gaste des Arbeitskreises zu dieser Doku- mentation beigetragen: Priv.-Doz. Dr. habil. Peter Belouschek (Institut fiir Umwelt- forschung e.V., Essen), Prof. Dr. Klaus Fischwasser (Gesellschaft fhr umweltvertrag- liche Verfahrensinnovation, Teltow), Priv.-Doz. Dr. Rainer Koster (Institut fur Tech- nische Chemie, Forschungszentrum Karlsruhe), Dr. Arno Maurer (Engler-Bunte-Insti- tut, Universitat Karlsruhe), Dip1.-Chem. Werner Muschack (Umweltbundesamt, Berlin) und Prof. Dr. Peter Werner (Institut fhr Abfallwirtschaft und Altlasten, Technische Universitat Dresden). Der besondere Dank gilt Herrn Dip1.-Geol. Frank Engelmann (Gesellschaft f i r Umwelt- und Wirtschaftsgeologie mbH, Berlin) fiir den einfiihrenden Beitrag zum Kapitel "Hydrogeologische und geochemische Grundlagen".

Die Edition dieser Dokumentation wurde durch die Gesellschaft fur Forschung und Entwicklung Hamburg-Harburg und die Wasserlaboratorien-Roetgen finanziell unter- stutzt. Frau Barbara Eckhardt und Herrn Dr. Michael Roemer danken wir fix die engagierte Mitarbeit, sowie Herm Konrad Forstner fir die Hilfe bei der Erstellung des Sachverzeichnisses. Nicht zuletzt geht der Dank an Herm Dr. Steffen Pauly und an Frau Cornelia Claufl vom VCH Verlag in Weinheim f i r das Interesse an diesem Pro- jekt der Fachgruppe Wasserchemie und fiir die umsichtige Betreuung der Herausgabe des vorliegenden Buches.

Inhalt

1 Chemische und humantoxikologische Grundlagen (Kerndorfn ......... 1 1.1 Chemische Aspekte bei der Altlastenproblematik ......................... 1

1.1.1 Zeitliche Entwicklungen in der Altlastenproblematik . . . . . . . . . . . . 1.1.2 Kriterien fiir Verdachtsflachen: Genese, Stoffcharakteristik

und Emissionspfade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

1.2 Schadstoffe geman ihrem Auftreten und Reaktionsverhalten .............. 5 1.2.1 Altablagemngen - typische Schadstoffe im Sickenvasser . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1.3 Kontaminanten im Boden und Grundwasser ............................ 16 1.3.1 Hydrophile und hydrophobe Kontaminanten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 1.3.2 Hauptkontaminanten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 1.3.3 Humantoxikologische Bewertung von K nanten . . . . . . . . . . . . . . . 27 1.3.4 Prioritatskontaminanten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 1.3.5 Parameterlisten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

prioritaren Parametern ................................................. 31 1.4.1 Feldtests und Screening-Tests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 1.4.2 Ersteinstuhng nach KerndorE et al. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 1.4.3 Perspektiven fiir die Stofiewertung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

kontaminanten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

kontaminanten . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

Grundwasserkontaminanten . . . . ........................ 37

1.5 Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

1.1.2.1 Altablagerungen . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1.2.2 Altstandorte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.2.2 Altstandorte - branchentypische Kontaminanten . . . . . . . . 1.2.3 Rustungs- und Milittiraltlasten - spezifische Substanzen .

1.4 ErfassenBewerten mit "pfadspezifisch" und humantoxikologisch

1.4.3.1 Das stoffspezifische Transferpotential von Grundwasser-

1.4.3.2 Das stoffspezifische Persistenzpotential von Grundwasser-

1.4.3.3 Das stoffspezifische Grundwassergiingigkeitspotential von . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2 Biologische und okotoxikologische Grundlagen (ObmSeibel) .......... 43 2.1 Biologischer Abbau und biologische Umsebung von Xenobiotika ........ 43

2.1.1 Mikrobieller Abbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 2.1.2 Milieufaktoren .......................................................... 46

2.1.2.1 Temperatur und pH-Wert . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 2.1.2.2 NBhrstoffangebot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

X Inhalt

2.1.2.3 Sauerstoff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

2.1.3 Chemische Struktur und Abbauverhal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 2.1.4 Bioverfhgbarkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 2.1.5 Anpassungen von Mikroorganismen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 2.1.6 Mikrobiologische Umsetzungen ausgewahlter StoEgruppen . . . . . . . . . . . . . 56

. . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1.2.4 Feuchte . . . . . . . .

2.1.6.1 Mineralolkohlenwasserstoffe (MKW) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.1.6.3 Aromatische Nitroverbindungen (Rustungsaltlasten) . . . . . . . . . . . . . 6 1 2.1.6.4 Polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) . . . . . . . . . . . 63 2.1.6.5 Leichtfluchtige Chlorkohlenwasserstoffe (LCKW) . . . . . . . . . . . . . . . 68 2.1.6.6 Phenolverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 2.1.6.7 Chlorphenole und schwerfliichtige rverbindungen . . . . . . . . 2.1.6.8 Polychlorierte Biphenyle, Dioxine und Furane . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1.6.9 Ammonium und Cyanide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 2.1.6.10 Schwermetalle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

2.2 Toxizitat und Erbgutschadigung ....... , ................................. 78

2.1.6.2 Aromatische Kohlenwasserstoffe . . . . . . . . . . . .

2.2.1 Biologische Mechanismen toxischer Einwirkungen . . . . . . . . . . . 2.2.1.1 Prokaryonten und Einzeller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

. . . . . . . . . . . . . 81 . 82

. . . . . . . . . . . . . . . 83

_ _ . . _ . 84 . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

. . 86

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.2 Angriffspunkte im Organismus und mogliche Testansatze 2.2.3 Mogliche Teststrategien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

2.2.3.1 Kartierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.3.2 Bewertung der (g

2.3 Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3 Hydrogeologische und geochemische Grundlagen ................. 89 3.1 Hydrogeologische Einflunfaktoren auf die Ausbreitung von Schadstoffen

(EngeImann) ............................................................... 90 3.1.1 Aufbau und Struktur des Untergrundes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

3.1.1.1 Gesteinszusammensetzung und Schichtfolge des Untergrundes . . 90 3.1.1.2 Hydraulische Eigenschaften des Untergrundes . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.1.3 Grundwasserleiter, Grundwassernichtleiter 3.1.1.4 Flurabstand, Grundwassermachtigkeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.1.2 Sickenvasserbildung, Grundwasserneubildung . . . . . . . 3.1.3 Grundwasserbewegung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.1.3.1 Speisungs- und Entlastungsgebiete . . . . . . . 3.1.3.2 GrundwassertlieRrichtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.3.3 Grundwassertlieflgeschwindigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . 99

2.2.1.2 Pflanzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.1.3 Tiere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.2.2 Angriffspunkte im Organismus und mogliche Testansatze . . . . . . . . . 2.2.3 Mogliche Teststrategien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.2.3.1 Kartierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.3.2 Bewertung der (aen)toxischen Wirkuna . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Znhaff XI

3.2 Verhalten von Schadstoffen im Untergrund ............................. 100 des Verhaltens von Schadstoffen in Boden und Grundwasser Peiffer) 3.2.1.1 Physikalische Randbedingungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 3.2.1.2 Chemische Randbedingungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.2.1 Physikalische und geochemische Randbedingungen ftir die Bewertung . . . 100

3.2.2 Physikalisch-chemische Reaktionen von Sickenvasserinhaltsstoffen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

3.2.2.2 Adsorption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 3.2.2.3 Ionenaustausch . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.2.2.6 Biotische Akku

3.2.3.1 Verhalten der Hauptwasserinhaltsstoffe . . .

3.2.4.1 Mobilitat von Spurenmetallen im Grundwasser . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1 3.2.4.2 Organische Schadstoffe unter realen Untergrundbedingungen . . . 114

. . . . . . . . . . . 109

3.2.4.3 Schadstofftransport durch Kolloide im Grundwasser . . 3.2.5 Friihwarnsysteme fir Verikderungen der Grundwasserqualitat (Forstner) 1 16

117

. . . . . . . . . . . 118 . . . . . . 120

3.3 Ausbreituag von Schadstoffen (WienbergBchneider) ................. , ...... 3.3.1 AufgabensteIlung und Ziele fir Schadstofftransportrnodelle . . . . . . . . . . . . . 1 17 3.3.2 Mathematische Beschreibung des SchadstofRransportes 3.3.3 Losungen der Transportgleichung . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.3.3.1 Analytische Losungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 3.3.3.2 Halbanalytische Losungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 3.3.3.3 Numerische Losungen .....................

(Peiffer) .................................................................. 131 3.4.2 Biogeochemische Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . 129

3.4 Die Oxidation von Eisensulfiden und ihre Auswirkung auf die Umwelt

3.4.1 Problemstellung ....................

3.4.2.1 Ungepufferter Bereic . . . . . . . . . . . . . . . 131 3.4.2.2 GepuEerter Bereich

3.4.3 Umweltproblematik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 3.4.3.1 Pyrithaltige Abrau 3.4.3.2 Pyrithaltige Abraumhalden in der gesattigten Zone . . . . . . . . . . . . . 135 3.4.3.3 Sedimente . . . . . 136

3.4.4 Sanierungsstrategien . . . . . . . . . .................... 138 ...................................

'nysiKaiiscn-cnemiscne ficdmuneri VOII D I G K ~ Z wasx i iiiiiaiibw-uicii

3.2.2.1 Filtration . . . . . . . 1 .2.2.2 Adsorption . . . . . 1.2.2.3 Ionenaustausch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.2.4 Fallung . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.2.5 Hydroly se . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.2.6 Biotische Akkumulation . . . . . . . . . Zhemische und biologische Prozesse im Grundwass

3.2.3.2 Biologische Umsetzungen im oberen Grundwasserbereich . . . . . . 1 Wechselwirkungen zwischen gelosten und festen Substanzen (Farslner) . . 1

Schattler) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1'

3.2.3.1 Verhalten der Hauptwasserinhaltsstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

- - . _ . * ....... - . . . . n , 1

XI1 Znhalt

3.5 Ingenieurgeochemische Konzepte fur Altlasten (Forstner) . . . . . . . . 3.5.1 Gekoppelte geochemische StoBreislaufe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.5.1.1 Stoffstrome in Altablagerungen . . , , . , . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5.1.2 Geochemische Steuerprozesse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . , . 3.5.1.3 Konzept der kapazitatsbestimmenden Eigenschaften . . . 3.5.1.4 Mobilitatskonzept . . . , . , . , . , . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.5.2 Menparameter f i r langfiistige Prognosen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5.3 Ingenieurgeochemische Behandlungstechniken , . . . . . , . . . . . . . . .

3.5.3.1 Untersedimentdeponie - subaquatische Lagerung . . . . . . 3.5.3.2 Endlagerqualitat und Verwertung , , , . . . . . . . . , , . , , , . . . . 3.5.3.3 Gefahrdungsabschatzung aus geochemischer Sicht . . . .

........ 140 . , . . _ . . . . 141 , . . . . . . . . 141 . . , , . . . . . 142 , , , , . . . . . 142 . . . . . . . . . 143 , , . , , . . . . 144 . , , , , . . . . 147 . , , , , . . . . 147 . . . . . . . . , 148 , , , , . . . . . 148

3.6 Literatur . . . . . . , . , . . . . . . . . . . . . . . . , . , . , . , . . . . . . . . . . . . . . . , . . . . . . . , . . . . . . . . , . . . . 149

4 Genhrdungsa bschatzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155 4.1 Stoffspezifisches Gefahrdungspotential (Kerndo$J . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . , . 155

4.1.1 Grundsatzliches zur Gefahrdungsabschatzung bei Kontaminationen . . . . . 155 . . . . . , . . . . . . . 155

4.2 Bewertungsprinzipien (Kerndorm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156 4.2.1 Allgemeines m Bewertungsprinzipien bei kontaminierten Standorten . . . 156 4.2.2 Beispiele fk eine direkte Exposition . . . . . . . . ) I . . . . . . . . . 4.2.3 Beispiel fix eine indirekte Exposition , , . . . . . . . . , . , . . . . . . . . . 4.2.4 Schlunfolgerungen . . . . . . . . . . . . . . , , . . . . . . . . . . , . . . . . . . . . . . , , . . . . . . . . . . . . . 1 68

4.3 Umfeldanalyse . . . . . . . . . . . , . . . . . . . . . . , . . . . . . . . . . . . , . . , . , . . . , . . . . . . . . . . . . . 169 4.3.1 Die Bedeutung des Umfeldes der Kontarnination f i r die

Gefahrdungsabschatmng (Kerndorfn . . , . . . . . . . . . , , . . . . ' ' _ . . . ~ " " " 169 , , . . 171

4.3.2.1 Einleitung. Zum Schadstoflkuckhaltepotential des Untergrundes 171 4.3.2.2 Untersuchungskonzept f i r das Methodenpaket zur Bestimmung

. , , , , , , , , . . , , 172 4.3.2.3 Kritischer Ausblick . . .

4.3.3.1 Zielstellung . . . . . . . . . . . 4.3.3.2 Biologische Methoden

4.3.3.3 Zukunflige Entwicklungen . . . , , . , . . . . . . , .

4.1.2 Die Stoffproblematik bei Altlasten . . . . . . . . . . . . . . .

4.3.2 Geochemische Untersuchungen - Methodenpaket (Wienberd . . . .

des Schadstoffriickhaltepotentials . . . . , . , . . .

4.3.3 Biologische Untersuchungen @oftmister) . . . . . . . . .

und -bestimmung . . . . . _ . . . . . . . . . . . . . . . _ . . .

4.4 Untersuchungsstrntegie (ReicherVRoemer) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190 4.4.1 Ziele und Anforderungen einer Untersuchungsstrategie . . . . . . . . . .

4.4.3 Probenahmestrategie (Ubersicht) . . . . . . . 4.4.2 Struktur der Untersuchungsstrategie , , . . . . . . . . . . . . . . , , . . . . . . . . . . . 193

" ' . . "" " ' ' ' ' ' ' ' . . " 196

Inhalt XI11

4.4.4 Analytisches Untersuchungsprogramm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196 4.4.4.1 ilbersicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.4.4.2 Auswahl der Analysenproben bei Feststoffen . . . . . . . . . . . . . 4.4.4.3 Auswahl der Analysenproben bei Grundwasser . . . . . . . . . . .

4.4.5 Bezugsgronen und Parameterauswahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.4.5.1 Auswahlkriterien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199 4.4.5.2 Stufenkonzept . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ,200

4.4.6 Zusammenstellung einiger U . . . . . . . . . . . . . . . . . ,202

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5 Probenahme- und Untersuchungsmethoden (ReicherURoemer) , ....... 21 1 5.1 Probenahmestrategien ... , ........................... , .................. 21 1

5.1.1 Einflun der Probenahme auf das Untersuchungsergebnis . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1 1

5.1.2.1 Anforderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212 5.1.2.2 Ubersicht . . . . . . . . . . . . . . . . . ,212

5.1.3.2 Urteilsbe 5.1.3.3 Statistische . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215 5 . I .3.4 Positionierung

5.1.3.7 Probenmenge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ,230

5.1.4.2 Probenveflalschung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232

5.1.4.4 Probenvorbereitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.2.1 Charakter von Grundwasserkontaminationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2.2 Einstuhng in Grund 5.2.3 Auswahl und Einrichtu 5.2.4 Anforderungen an ein 5.2.5 Randbedingungen der Probenentnahme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . ,217 5.1.3.5 Probenahmetie 5.1.3.6 Anzahl der Beprobungsstellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.1.4 Behandlung der Feldpr 5.1.4.1 Probenauswahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.1.4.3 Probenkonse

5.2 Grundwasserproben ..................................... , ............. 234

5.2.5.1 Reprasentanz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 2 5 . 2 Beprobungstec . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ,240

5.2.6 Auswahl der Untersu 5.2.6.1 Stoffeigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2.6.2 Anorganisch 5.2.6.3 Organische Verbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247

. . 3. I .Z.Z U bersicnt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I Bestandteile der Probenahmestrategie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.1.3.1 Vorgehensweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1.3.2 Urteilsbegriindete Pro ...................... 5.1.3.3 Statistische Strategie . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5. I .3.4 Positionierung der Beprobungsstellen . . . . . . . . . . . 5.1.3.5 Probenahmetiefen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1.3.6 Anzahl der Beprobungsstellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1.3.7 Probenmenge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.1.4.1 Probenauswahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1.4.2 Probenverf?alschung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1.4.3 Probenkonservierung . . . . . . . . . ...................... 5.1.4.4 Probenvorbereitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

ndwasserproben ............................................... I Charakter von Grundwasserkontaminationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . l Einstufimg in Grundwasserregionen . . . . . . . . . I Auswahl und Einrichtung der Grundwasserme

i Randbedingungen der Probenentnahme . . . . . . . . . . . 5.2.5.1 Reprasentanz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2.5.2 Beprobungstechniken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . i Auswahl der Untersuchungsparameter bei Verdachtsflachen . . . . . . .

\ Behandlung der Feldprobe . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . I hforderungen an ein MeRstellennetz . .

5.2.6.1 Stoffeigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2.6.2 Anorganische Parameter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 3 h 3 Orpankche Verhindiineen

XIV Inhalt

5.2.7 Untersuchungskonzepte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2.8 Plausibilitatspriifngen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ,252 5.2.9 Probenveranderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ,253

5.3 Feststoffproben .............................. , . , ............... , ........ 255 5.3.1 AnlaR und Ziel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255 5.3.2 Methoden der Festst benahme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.3.2.1 Auswahlkriterien fur Bohnerfahren . . . . . . . . . . . . 5.3.2.2 Verfahren der Probengewinnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257 5.3.2.3 Vor- und Nachteile einiger Verfahren . . . . . . . . . . . . .

263 5.4.1 Definition und Zusammensetzung der Bodenluft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263 5.4.2 Wechselbeziehungen zwischen den Bodenmatrizes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ,266 5.4.3 EinfluRfaktoren auf die Schadstoffkonzentration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267 5.4.4 Beprobungskonzept . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ,268

5.4.4.1 Vorarbeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268 5.4.4.2 Lage der Menpegel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269 5.4.4.3 Tiefenlage der Probenahme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 7 1 5.4.4.4 Zeitpunkt der Probenahme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.4 Bodenluftproben ................. , .................... , .... , ...........

. . . . . . . . . . . . . . .

5.4.5 Ausbauart einer BodenluftmeRstelle . . . . . . . . . . . . . 5.4.6 Methoden der Bodenluftprobenahme

. . . . . . . . . . . . 272

5.4.6.1 Ubersicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273 5.4.6.2 Direktmethoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.4.6.3 Anreicherungsmethoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276 5.4.6.4 Farbreaktionsrijhrchen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280 5.4.6.5 Arbeitsablauf der Probenahme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281 5.4.6.6 Probenahmeprotokoll . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ,283

5.4.7.1 Darstellung der

5.4.7.3 Indirekte Aussa

5.4.7 Auswertung der Bode

5.4.7.2 Direkte Aussage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.4.8 Vorteile und Nachteil 5.4.9 Erfassung von Oberflachenausgasungen . . . . . . . . . .

5.5 Eluatuntersuchungen .................... , ................... , , ......... 292 5.5.1 Ziel einer Eluatuntersuchung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292 5.5.2 EinfluRfaktoren auf das Elutionsverhalten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ,295

5.5.2.1 Zusammenstellung der Auslaugmechanismen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295 . . . . . . . . . ,297 5.5.2.2 KorngroRe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.5.2.3 Abmessungen vo rpern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ,298 5.5.2.4 Elutionsflussigkeit . . . . . . . . . . . . 5.5.2.5 pH-Wert . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.5.2.6 Gesamtfeststoffgehalt . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Inhalt XV

. . . . . . . . . . . . 302 5.5.3 Einteilung der Elutionsverfahren . . . . 5.5.3.1 Anorganische und organische 5.5.3.2 Charakteristische Merkmale v 5.5.3.3 lhersicht von Elutionsverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303 5.5.3.4 Ablaufschema von Elutionsversuchen . . . . . . . . . . . . . . . 5.5.3.5 Einteilung nach Art der Versucqsdurchfiihrung

und Versuchstechnik ........................ 5 S.3.6 Expenmenteller Aufwand . . . . . . . . . . . . . . . 5.5.3.7 Flaschentests .......................................... 5.5.3.8 Saulentests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .308

5.5.4.1 Schutteltest DIN 38414-S4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.5.4.2 pH,,-Versuch . . . . . . . . . . . . 5.5.4.3 Verfiigbarkeitstest 6 r anorg 5.5.4.4 Mobilisierbarkeit mit Ammoniumnitrat . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.5.4.6 Trogverfahren . . . . . . . . . . . 5.5.4.7 Schweizer C0,-Test (BUS 5.5.4.8 Sequentielle Extraktion . .

5.5.4 Beschreibung und Bewertung spez . . . . . . . . . . . . . . 311

5.5.4.5 Kaskadentest ..... ........................ . . . . . . . . . . . .320

5.5.4.9 Schnellelution n i t Ultraschall ................................. .325 5.5.4.10 Perkolationssfiulen . . . . . . . . . . . . . . . . . . ...................... .325 5.5.4.1 1 Kreislaufelution ..................... ....................... 326 5.5.4.12 Soxhletapparatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331 5.5.4.13 Triaxialzelle ................................................. .332 5.5.4.14 Laborlysimeter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.5.4.15 Halbtechnische Modelldeponie . . . . . . . . . 5.5.4.16 Gronlysimeter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.5.4.17 Diffisionsmenzelle ....................

5.5.4.19 Sattigungswasserextraktion . . . . . . 5.5.4.20 Druckfiltration zur Porenwasserbe

5.5.4.18 Diffisionstest f ir Priifkorper . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336

5.5.5 Auswertung von Elutionsversuchen ................................... .338 5.5.5.1 KenngroBen zur Beschreibung des Elutionsverhaltens . . . . . . . . . ,338 5.5.5.2 Kontrolle und Bilanzierung der MeBwerte ..................... .346 5.5.5.3 Dokumentation ............................... 5 3.5.4 Ergebnisdarstellung ...............................

der Untersuchungsergebnisse . ....................... 5.5.6 Aussagekraft der Verfahren und hertragbarkeit

5.5.6.1 Zeitraffing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.5.6.2 Organische Stoffe ..................... 5.5.6.3 ljbertragbarkeit der Untersuchungsergebnisse . . . . .

5.5.7.1 Stand der europiiischen Normung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 54 5.5.7.2 EntwicWungen auf nationaler Ebene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .355

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . ,349

5.5.7 Tendenzen der Eluatuntersuchung (Blankenhorn) . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.6 Chemische Analytik ......... , .......................................... 356

5.6.1.2 Zerkleinerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 356 5.6.1.3 Beanspruchungsmechanismen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ,357 5.6.1.4 AufschluRverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 357 5.6.1.5 Reinigungs- und Anreicherun

5.6.2.1 Qualitatsmerkmale von Analysenmethoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 360

5.6.1 Probenvorbereitung . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.6.1.1 Ziel der Probenvorbereitung

5.6.2 Analysenmethoden . . . . . . . . . . . . . . . .

5.6.2.2 Verfahrensiibersicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.6.2.3 Physikalische oder instrumentelle Methoden . 5.6.2.4 Spektrometrische Verfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .364 5.6.2.5 Chromatographische Ve 5.6.2.6 Detektoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 366 5.6.2.7 Vor-Ort-Messungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 368 5.6.2.8 Analysenverfahren: Vorgabe

5.6.3 Qualitatssicherung . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.6.4 Perspektiven . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 382

. . . . . . . . . . . . . . 383 5.7 Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6 Sicherungs- und Sanierungspraxis .............................. 397 6.1 Sanierungsziele (Reichertfloemer) ......................................... 397

6.1.1 ijbersicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ,397

6.1.3 Sanierungsziel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ,399 6.1.2 Schutzziele . . .

6.1.3.1 Zielfindung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6.1.4 Sanierungszielwerte . . . . . . . . . . ,403

6.2 Sicherungsmannahmen ............................... , ................. 406 6.2.1 Umlagerungen (Forstner) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ,406 6.2.2 Bameresysteme (JVienberg) . , . , . . , . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6.2.2. I Abdeckung der Deponie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2.2.2 Sohlabdichtungen . . . . . . . . . . 6.2.2.3 Dichtwande . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6.2.3.1 Demobilisierung von Schadstoffen in 6.2.3.2 Verfestigungs- und Stabilisierungsmit 6.2.3.3 Stabilisierung von kontaminierten Fe

6.2.3 Verfestigung und Stabilisierung Forstner) . . . . . . . . . . . . . . . .

6.2.3.4 On site/off site-Verfahren mit Schadstoffeinbindung . . . . . . . . . . . ,423

6.1.3.1 Zielfindung . . . . . . . . . . . . . . . . . . , 6.1.3.2 Bodenkontamination . . . . . . . . . 6.1.3.3 Grundwasserkontamination . . Sanierungszielwerte . . . . . . . . . . . . . . . . . ,

Inhall XVII

6.3 Sanierungsmahahmen ................................................. 423 6.3.1 Verfahrensiibersicht (ReicherURoemer) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ,423 6.3.2 Biologische Verfahren (Stottmeister) , .

6.3.2.1 Mikrobiologische in situ-Sanierungsprozesse 6.3.2.2 Mikrobiologische ex situ-Sanierungsprozes 6.3.2.3 Ex situ Sanierungsverfahren unter Nutzung kombinierter

umweltbiotechnologischer Prinzipien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 432 6.3.3 Wasch- und Extraktionsverfahren (Reichert/Roemer)

6.3.3.1 Bodenwaschverfahren . . 6.3.3.2 Extraktionsverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6.3.4 Bodenluftverfahren (ReichertL?oemer) . . . . . . . . . . . . . .

6.4 Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . .444 6.3.5 Thermische Verfahren (ReichertLQoemer) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Anhang: Anschriften der Autoren ............................................. 455 Sachveneichnis ............................................................... 457

Aus technischen Grnden bleibt diese Seite leer

1 Chemische und humantoxikologische Grundlagen Helmut Kerndorff

1.1 Chemische Aspekte bei der Altlastenproblematik

1.1.1 Zeitliche Entwicklungen in der Altlastenproblematik

Das starke industrielle Wachstum in den vergangenen Jahrzehnten und die damit ver- bundenen Entwicklungen, vor allem die chemische Erzeugung neuer, synthetischer Stoffe und Materialien, hatte neben einer erheblichen Zunahme der Abfallmengen auch den Anfall vieler neuer Abfallarten zur Folge. Diese wurden, wie zu dieser Zeit noch ublich, ohne Riicksicht auf die menschliche Gesundheit, die belebte Natur, auf Land- schaften, Boden und Gewasser ,,entsorgt". Hierin ist der wesentliche Grund f i r die Ent- stehung von Altlasten zu sehen. Andere Altlasten sind durch die Produktion und dem Umgang mit umweltgefahrdenden Stoffen auf den Arealen fiuherer Industrien und von gewerblich genutzten Flachen entstanden, wobei auch hier, als Folge der innerbetriebli- chen Entsorgung von Abfdlen, Deponien auf den Betriebsgeliinden eingerichtet w r - den, auf die oftmals groRe Mengen an besonders umweltrelevanten oder human- toxischen Chemikalien verbracht wurden.

Bereits 1974 hat der SRU vor den Folgen derartiger Handlungen gewarnt [ I ] und im Umweltgutachten 1978 den Begriff ,,Altlasten" gepragt [2]. Zu dieser Zeit ist jedoch sicherlich kaum jemand in der Lage gewesen, die Dimension dieses Problems auch nur annahernd abzuschatzen, geschweige denn ernst zu nehmen - was Voraussetzung ge- wesen ware, vorbeugend handeln m konnen. Weiterhin mangelte es an der entspre- chenden Analytik und somit an der generellen Kenntnis von Schadstoffgehalten in Luft, Wasser und Boden. Entsprechend gering waren die Erkenntnisse uber chemische und biologische Wechselwirkungen - vor allem der ,,neuen" Stoffe - mit den Kom- partimenten und den sich daraus ergebenden, vielfaltigen und nachhaltigen Problemen. So ist es nicht venvunderlich, daR die Folgen des sorglosen Umgangs mit diesen (Abfall-)Stoffen, deren Verhalten in der Umwelt sowie ihre Wirkungen auf Mensch und Okosysteme auch heute noch in weiten Bereichen im Dunkeln liegen, vollig falsch ein- geschatzt wurden. Man vertraute blind der ,,Selbstreinigungskraft" von Luft, Wasser und Boden, die, wie wir heute wissen, meistens nur einen geringen EinfluR auf kurz- und mittelfristige ,,Verbesserungen" von Kontaminationen und ihren Ausbreitungen (Emissionen) in den Kompartimenten hat.

Betrachtet man chemische und zeitliche Aspekte bei Altlasten, so mu0 -- wie dies nachfolgend geschieht - die unterschiedliche Genese der beiden Hauptaltlasttypen, nam- lich den Altablagerungen und den Altstandorten, beriicksichtigt werden.

2 I Chemrsche und humantoxrkologische Grundlagen

1.1.2 Kriterien fur Verdachtsflachen: Genese, Stoffcharak- teristik und Emissionspfade

I . 1.2.1 Allablagerungen

Aus wissenschaftlicher Sicht sind Altablagerungen (abgedeckte) mehrphasige anthropo- gene Stoffgemische von unbekannter Zusammensetzung und Verteilung in der Erdkru- ste, die in den wenigsten Fallen von den sie umgebenden Bereichen wie Boden, Grund- wasser und Luft isoliert sind (offene Systeme). Zu den (theoretisch) moglichen, sich in Altablagerungen befindlichen Stoffen gehoren neben allen deponierten Abfallstoffen auch stoffliche Neubildungen, die durch Reaktionen im Deponiekorper entstehen [3]. Die Anzahl der abgelagerten Stoffe kann GroBenordnungen zwischen lo5 und lo6 er- reichen, die Anzahl der Metabolite und Metabolitenreihen ist dagegen nicht abschatz- bar.

Es finden zudem uber lange Zeitraume hinweg nicht nur Reaktionen im Abfallkorper, sondern auch Wechselwirkungen zwischen dem Abfallkorper und seiner Umgebung statt. Ein wesentlicher Teil dieser Wechselwirkungen wird durch Stoffe verursacht, die von den Altablagerungen emittiert werden und in ihre naheren und weiteren Umgebun- gen gelangen. Alle diese Vorgange fihren letzlich zur Einstellung eines ,,dynamischen", chemisch-physikalischen Gleichgewichts in den Abfallkorpern und mit ihren Umgebun- gen, was aus physikochemischer Sicht gleichbedeutend mit der Erreichung maximaler Entropie ist. Die Altablagerungen sind dann praktisch Bestandteil der E r d h s t e , unter- scheiden sich jedoch von ihren geogenen Umgebungen, d. h. sie sind geochernisch und geologisch gesehen ,,Storkorper".

Erfahrungen hinsichtlich der Dauer bis zur Gleichgewichtseinstellung gibt es nicht und Hochrechnungen mittels Gangkurven verschiedener Emissions-Parameter sind mit relativ groBen Unsicherheiten behaftet [4], Wahrscheinlich muB von Jahrhunderten bis Jahrzehntausenden ausgegangen werden, je nach GroBe, Aufbau und Inhalt der Altabla- gerung. Wegen der vielfaltigen und heterogenen Stoffzusammensetzung sowie den un- terschiedlichsten Lagerungs- und Systembedingungen in Altablagerungen sind die in ihnen ablaufenden Prozesse auBerst komplex und weder im einzelnen noch im Hinblick auf ihre Gesamtwirkung erfaobar.

Diese komplizierte aber im Ablauf prinzipiell einheitliche Genese sowie der gegen- wartige (abgedeckte) Zustand der Altablagerungen sind entscheidende Kriterien bei der Bewertung ihrer moglichen negativen Einflusse auf Mensch und Umwelt. In den wenig- sten Fallen werden die Areale von Altablagerungen einer Umnutzung zugefuhrt, so dan davon ausgegangen werden kann, daR Direktkontakte mit gefahrlichen Abfallstoffen oder deren Metaboliten aufgrund der vorhandenen Abdeckungen (Rekultivierungen) ubenviegend auszuschlienen sind (es gibt einige spektakulare Falle, bei denen Siedlun- gen - versehentlich - auf solche Flachen gebaut wurden, da nicht oder nicht mehr be- kannt war, daB sich eine Altablagening dort befindet, wie z.B. Bielefeld-Brake).

Gefahrdungen durch Altablagerungen werden also, wenn uberhaupt, indirekt verur- sacht. Dies bedeutet, daB die in einer Altablagerung vorhandenen oder entstehenden Problemstoffe die Altablagerung verlassen mussen (Emissionen), um ihre negativen Effekte zu bewirken. Es gibt hierbei unterschiedliche ,,Pfade" auf denen Stoffe aus der Altablagerung emittiert werden und dann an ganz unterschiedlichen Stellen Probleme verursachen konnen. Altablagerungen mit diesbezuglich nachweisbaren Gefahrdungen sind Altlasten.

1.1 Chemische Aspekte bei der Altlastenproblematik 3

Der wesentliche Stoff-Emissionspfad bei Altablagerungen ist der Transport von in Sik- kenvassern gelosten Substanzen in den Untergrund, da diese mengenmaBig bei weitem ubenviegen und oft zu gravierenden, weitreichenden und langfiistigen Grundwas- serbeeinflussungen fihren. Die Grundwasserbeeinflussungen der Altablagerungen bilden daher den Gronteil ihrer akuten Kontaminationspotentiale. Hinsichtlich zukunftig noch moglicher (potentieller) Grundwasserbeeintrachtigungen haben Altablagerungen auch noch ein latentes Kontaminationspotential. Es liegt in Form von Fassern, Tonnen und anderen Behaltern vor, die sich in Altablagerungen befinden und ,,gefahrliche" Stoffe enthalten konnen. Es mu8 damit gerechnet werden, da8 diese Jrgendwann" undicht werden und ihr Inhalt (auch) in das Grundwasser gelangen kann. Auch Milieu- anderungen durch Ausschophng von ,,Pufferkapazitaten" konnen zu unenvarteten Mobilisierungen hhren und stellen somit potentielle Gefahrdungen dar. Aus diesem Grund beinhalten Altablagerungen auch langfristig ein Problem, das es zu beriicksichti- gen gilt.

Es mu8 aufgrund der Genese davon ausgegangen werden, da8 jede Altablagerung ein Unikat ist. Dies gilt nicht nur beziiglich der Abfallzusammensetzung und der ortli- chen Gegebenheiten sondern auch f i r die Emissionen. Dies hat unmittelbare Folgen f i r die Art der Untersuchung und Bewertung von Altablagerungen hinsichtlich ihrer nega- tiven Auswirkungen auf Mensch und Umwelt. Jede Altablagerung mu8 individuell im Zusammenhang mit ihrem geogenen Umfeld sowie mit dort vorhandenen Nutzungsge- fahrdungen und Moglichkeiten der Schadstoffexposition gesehen werden. Dies gilt grundsatzlich auch f i r die Emissionen, die f i r die Bewertung von Altablagerungen von besonderer Bedeutung sind. Es kann auch hier vorausgesetzt werden, daB jede Altabla- gerung aufgrund ihrer Genese unterschiedliche Arten und Mengen von Stoffen emit- tiert. Es gibt jedoch zwei wesentliche Aspekte, die diese Sachverhalte relativieren.

Da sind zum einen die Ergebnisse der Erhebungen des Statistischen Bundesamtes, aus denen hervorgeht, daB ,,Hausmull" und ,,Bauschutt" bundesweit zusammen jahrlich etwa 90 % des Abfalls ausmachen [ 5 ] . Dieser Prozentsatz kann auch f i r die Zeiten, in denen die meisten Altablagerungen entstanden sind, angenommen werden, wenn auch mit geringeren Absolutwerten (industrieeigene Deponien werden von dieser Betrach- tung ausgeschlossen). Weiterhin kann angenommen werden, da8 fast alle diese Abfalle zur Deponierung gelangt sind, da es andere Entsorgungsmethoden so gut wie nicht gab. Dies bedeutet, da8 Altablagemngen uberwiegend aus ,,Hausmull" und ,,Bauschutt" be- stehen - mit etwa 10 YO ,,Gewerbe- und Industriemiill". In den Emissionen aller Altabla- gerungen, die in das Grundwasser gelangen, sollten sich daher auch mit hoher Wahr- scheinlichkeit uberwiegend hausmull- und bauschutt-typische Stoffe befinden und men- genma8ig nur geringe Anteile gewerbe- und industriespezifischer Stoffe.

Zum zweiten bewirken die bedeutsamen Mengen organischer, d. h. abbaubarer Stoffe im Hausmull, da8 praktisch jede Altablagerung einen ,,Bioreaktor" darstellt, in dem bestimmte ,,Reaktionsphasen" durchlaufen werden [3]. Eine uber lange Zeitraume stabile Phase ist die sogenannte Methanphase, in der extrem anaerobe Bedingungen in den Altablagerungen herrschen und in der sich die meisten Altablagerungen derzeitig befinden durften. Eine raumliche Ausdehnung dieser anaeroben Bedingungen entsteht in Form einer Reduktionszone auch im naheren Grundwasser-Abstrombereich, in der dann die unter diesen Milieubedingungen durch Sickenvasser eingetragenen und instabilen Stoffe metabolisiert oder zu ,,Endprodukten" wie C02, CH4, H20, N H 3 abgebaut wer- den. Herzu gehoren neben der Vielzahl der naturlichen organischen Stoffe auch an- thropogene organische Stoffe. Es ist daher zu envarten, d& durch die Wirkung dieser anaeroben Abbautatigkeit nach Verlassen der Reduktionszone Art, Anzahl und Konzen- trationen der von Altablagerungen emittierten Stoffe selektiv verandert bzw. vermindert sind. Es sollten sich daher in den Grundwasserkontaminationen durch Altablagerungen diesbeziigliche Effekte nachweisen lassen.

4 I Chemische urid humantoxikologische Gritndiagen

Durch statistisch reprasentative Untersuchungen an ca. 750 Grundwasserbeeinflus- sungen durch Altablagerungen konnen diese Annahmen bestatigt werden. Diese Ergeb- nisse bilden die wissenschaftliche Grundlage f i r die Entwicklung von problemspezifi- schen Untersuchungsstrategien und von Bewertungsgrundsatzen f i r Grundwasser- kontaminationen durch Altablagerungen und auch f i r andere Kontaminationen [ 6 ] ,

1.1.2.2 Altstandorte

Altstandorte sind ehemals industriell oder gewerblich genutzte Areale, auf denen mogli- chenveise mit potentiell umwelt- und/oder gesundheitsgefahrdenden Stoffen in irgend- einer Art und Weise urngegangen wurde. Altstandorte haben bestimrnte Ortlichkeiten und Ausdehnungen rnit spezifischen Anordnungen von Produktionsstatten, Leitungs- und Kanalsystemen, Stofhmschlagplatzen, Stoffzwischenlagern, firmeneigenen Abfall- ablagerungen usw., die alle in bestimmter Weise mit Kontaminationen in Verbindung stehen konnen.

Anders als bei den Altablagerungen ist daher prinzipiell eine gezielte Suche nach und Untersuchung von Kontaminationen sinnvoll. Es mussen jedoch hierbei die jeweils spe- ziellen Faktoren des Standorttyps beriicksichtigt werden, je nachdem ob es sich urn ein Gaswerk, eine Erdolrafinerie, eine Explosiv- oder Kampfmittelherstellung (Kap. 1.2.3), eine Pflanzenschutzrnittelproduktion, eine Farbenherstellung usw. handelt. Dies bedeu- tet, daB es keine grundsatzlich einheitliche Genese von Altstandorten gibt. Anders als bei Altablagerungen, deren Entstehung weitgehend einheitlich, d. h. abfall- und ablage- rungsspezifisch ist, wird bei den Altstandorten Stoffart, Stoffanzahl, S t o h e n g e und Stofierteilung moglicher Kontaminationen durch historische, standort- und produk- tionsspezifische Faktoren bestimmt.

Daraus folgt u. a,, daB es f i r Altstandorte notwendig ist, f i r sie jeweils fallspezifi- sche aber auch individuell an die ortlichen und stofflichen Gegebenheiten angepal3te Untersuchungsprogramme zu entwerfen, die sich im Falle der zu untersuchenden und zu bewertenden Stoffe vorrangig an ))Targets(( orientieren sollten. Unter Targets sind anor- ganische und organische Stoffe und Stoffgruppen aus spezifischen Produktionen bzw. Produktionsriickstanden zu verstehen, die mit erhohter Wahrscheinlichkeit auf dem Alt- standort anzutreffen sind [6 ] , [7 ] . Es existieren umfangreiche Zusammenstellungen, in denen Stoffe einzelnen Wirtschaftszweigen zugeordnet sind und die zu diesem Zweck genutzt werden konnen [8],[9]. Hierdurch wird die gezielte Suche nach Targets fur den Untersucher und Bewerter eines Altstandortes sehr erleichtert (vgl. Kap. 1.2.2).

Im Gegensatz zu den Altablagerungen werden Altstandorte oftmals einer Umnut- zung zugefihrt, wobei es zu erheblichen Problemen kommen kann, wenn beispielsweise das Gelande eines ehemaligen Gaswerkes zu einem Sport- oder Spielplatz umgenutzt wird, ohne daB vorher entsprechende Untersuchungen und Gelandesanierungen stattge- fimden haben. Dieses Beispiel zeigt auch, dal3 bei Altstandorten mogliche Direktkontak- te mit gefahrlichen Stoffen zu beriicksichtigen sind. Auch spielt hier der Transfer von Kontaminanten mit Staub ebenso eine Rolle wie im Fall einer Kleingartennutzung die Aufnahme von Kontaminanten uber den Boden in Nutzpflanzen, die dann verzehrt wer- den.

Die von Altstandorten verursachten Grundwasserkontaminationen sind stofflich ge- sehen meist nicht mit denen der Altablagerungen zu vergleichen. In der Regel handelt es sich primar um mehr oder weniger (k1ein)flachige (npunktformigecc) Bodenkontamina- tionen mit einem Stoff oder mehreren Stoffen bzw. bestimmten Stoffgruppen oder Stoffspektren, zum anderen um Auflagen oder Eintrage von Stoffen in den Boden ,,in Phase".

I . 2 Schadstofle gemup ihrem AuJireten und Reaktionsverhalten 5

Sie stellen analytisch gesehen praktisch eine Art Fingerabdruck des jeweiligen Industrie- /Gewerbebetriebes und dessen ,,Stoffpalette" dar. Von diesen konnen, je nach Stoffart (Stoffeigenschaften) und ortlichen Boden-KJntergrundverhaltnissen Kontaminanten (oder deren Metabolite) ins Grundwasser gelangen und auch mit ihm transportiert werden (Kap. 1.2.2). Die Probleme treten dann an anderer Stelle auf, ahnlich wie bei den Altablagerungen. Zahlreiche bekannte Grundwasserkontaminationen durch leichtfliichtige Halogenkohlenwasserstoffe und durch sie bedrohte Trinkwasserge- winnungen zahlen hierzu. Altstandorte mit nachweislich vorhandener Nutzungsge- fahrdung oder Moglichkeiten der Schadstoffexposition stellen die Altlasten dar.

Besonders problematisch sind im Zusammenhang mit Grundwasserkontaminationen die firmeneigenen Abfallplatze anzusehen (ob alt oder neu spielt hier keine so gro8e Rolle), da diese in der Regel keine kommunalen Abfalle mit hohen organischen Anteilen enthalten und somit auch keine Reduktionszonen im Untergrund bilden, in denen ein Teil der umweltrelevanten undloder humantoxischen Substanzen abgebaut oder fixiert werden konnte, so da8 sich viele relevante Schadstoffe fast ungehindert in groneren Konzentrationen im Untergrund ausbreiten und ins Grundwasser gelangen konnen. Es gibt hierzu nur sparliche, wenn auch alarmierende Informationen hinsichtlich der extre- men Intensitat der Kontaminationen.

1.2 Schadstoffe gemafl ihrem Auftreten und Reaktionsverhalten

1.2.1 Altablagerungen - typische Schadstoffe im Sickerwasser

Die Sickerwasser aus Altablagerungen sind aufgrund der gleichartigen Genese und ihrer stofflichen Zusammensetzung mit denen aus Hausmulldeponien grundsatzlich vergleich- bar. In beiden Typen der Sickerwasser befindet sich nach Austritt aus dem Abfallkorper eine auf3erst komplexe Matrix aus anorganischen und organischen Salzen (Anionen und Kationen), organischen N-, S- und P-Verbindungen, Komplexverbindungen, humin- s to fMichen Substanzen und vielen anderen mehr. Erschwerend kommt hinzu, daB Art und Konzentration der Inhaltsstoffe von zahlreichen GroBen abhangig sind, wie z. B. dem Deponiestadium, der Abfallzusammensetzung, den Niederschlagsmengen usw.. Stoffgehalte in Altablagerungssickenassern und anderen Deponien unterliegen daher einer gronen Schwankungsbreite, wie dies durch die Ergebnisse der Tabelle 1-1 d o h - mentiert.

6 I Chemische und humantoxikologische Grundlagen

Tab. 1-1 Zusammensetzung von Sickenvksern aus Miilldeponien nach [3]

Phase 1

BSB, (mg/l) CSB, (mg/l)

SO4 (mg/l) Ca (mg/l)

Fe (mg/l) Mn(mg/l) Zn (mg/l)

Phase 2

BSB, (mg/l) CSB, (mg/l)

SO4 (mg/l) Ca (mg/l)

Fe (mg/l) Mn(mg/l) Zn (mgll)

PH

BSBJCSB (-)

Mg (mg/l)

PH

BSB,/ CSB (-)

Mg (mg/l)

Bereich

4,s - 7,s 4000 - 40000 6000 - 60000

70 - 1750 10 - 2500 50 - 1150 20 - 2100 0,3 - 65 0,1 - 120

7 3 - 9 20 - 550 500 - 4500

10 - 420 20 - 600 40 - 350 3 - 280 0,03 - 45 0,03 - 4

Parameter ohne Veriinderung bei Phasenwechsel

Bereich 100 - 5000 50 - 4000 10 - 2500

300 - 11500 30 - 3000 10 - 4250 50 - 5000 0,l - 50 0 - 25 0,l - 30 320 - 3500 5 - 1600 0,s - 140 4 - 950 20 - 2050 8 - 1020 30 - 1600 4 - 1400 0,2 - 50

Aufgrund von unterschiedlichen Deponiestadien sind hierbei groRe Unterschiede in den Sickenvasserkonzentrationen bei einzelnen Parametern zu verzeichnen (siehe Phase 1 = aerob und Phase 2 = anaerob in Tabelle 1-1). Wegen der komplexen Sachlage ist es nicht moglich, das geochemische Reaktionsverhalten der Sickenvasserinhaltsstoffe im einzelnen zu beobachten und zu messen. Die einzige Moglichkeit in diesem Bereich stoffliche Wechselwirkungen und Zusammenhange erkennen zu konnen, hh r t uber die Statistik. Von den zahlreichen Mogiichkeiten die es hierbei gibt, sollen bivariate Para- meterkorrelationen als Beispiel dienen. Sie eignen sich zudem besser als analytische Einzelergebnisse zur Gegenuberstellung mit ahnlichen Untersuchungen anderer Autoren und lassen erkennen, daR sie nicht nur spezifisch f i r bestimmte lokale Bedingungen gelten sondern auch uberregional gultige Sachverhalte beeinhalten [3],[ lo],[ 1 11.

Die in Altablagerungs- und Deponie-Sickemassern vorkommenden oxidierbaren Substanzen (erfafit als COD) sind zurn ubenviegenden Teil organischer Natur, was durch die sehr gute Korrelation mit dem TOC (0.96) zurn Ausdruck kommt. Dies er- Mart auch die ,,parallelen" Korrelationen dieser beiden Parameter mit Ca, Mg, Fe, Mn und SO:-. Wahrend bei Ca, Mg, Fe und Mn die Beziehung zu den gelosten organischen Substanzen zum iibenviegenden Teil kausal mit der Losungswirkung von Carbonsauren

1.2 Schadstofle gemdj ihrem Aufrreten und Renktionsverhalten 7

gedeutet werden kann, laRt sich die weniger gute Korrelation rnit SO?- nur aus dem meist gemeinsamen Vorkommen der Stoffe in den Sickenvassern erklaren (Anmerkung: Anionen und Ammonium werden rnit Ladungen geschrieben, da sie als solche bestimmt wurden, die Metalle werden ohne Ladungen geschrieben, da sie rnit ICP b m . mit AAS bestimmt wurden). Die zum Teil sehr guten Korrelationen der Sickenvasserinhaltsstoffe Fe, Mn, Ca und Mg untereinander werden rnit ziemlicher Sicherheit nur von den Los- lichkeitsverhaltnissen im Abfallkorper verursacht (geringe Redoxpotentiale undloder niedrige pH-Werte) [ 7 ] .

Gute Korrelationen von,, Ammonium, Alkali- und Erdalkalimetallen untereinander konnen auf die jeweilige Ahnlichkeit ihrer chemischen Eigenschafien zuriickgefihrt werden. Das gleiche kann auch f i r die Korrelationen der Schwermetalle Fe-Co, Mn-Co, Co-Ni angenommen werden. Signifikante Korrelationen von Na und K rnit Chlorid zei- gen dagegen ihre, von pH- und Milieubedingungen mehr oder weniger unabhangige und gemeinsame Auslaugung aus dem Abfallkorper an. Das in seinen chemischen Eigen- schaften den Alkaliionen vergleichbare Ammoniumion, welches ubenviegend bei Um- setzungen N-haltiger organischer Stoffe in Abfallkorpern entsteht und in groneren Kon- zentrationen im Sickenvasser auftritt, zeigt daher ebenfalls eine gute Korrelation mit Chlorid. Keine kausalen Zusammenhange konnen f i r die Korrelationen Pb-Zn, Co-Zn und Ni-Cr aufgezeigt werden.

Beim Eintritt von hochkonzentrierten Abfallsickerwassern in den naturlichen Unter- grund und in das Grundwasser laufen in Abhangigkeit von deren Beschaffenheit, in den untersuchten Fallen sind es Lockersedimente, eine Vielzahl physikalischer, chemischer und biologischer Vorgange ab, die einen entscheidenden Einflufl auf die Zusammenset- zung der Grundwasserinhaltsstoffe im Abstrom von Altablagerungen haben, wie dies in Kapitel 1.3 aufgexigt ist. Wesentliche GroRen, die diese Veranderungen bewirken, sind Verdunnung, pH-Anderung, Flockung, Filtration, AdsorptiodDesorption, Ionenaus- tausch und mileubedingte, chemische und mikrobielle Abbaureaktionen. Diese Verande- rungen der Inhaltsstoffe wirken sich dementsprechend auch auf die Korrelationen aus.

Es zeigt sich, daf3 sich sowohl im Falle der Deponie-Sickenvasser als auch in dem der kontaminierten Grundwasser, Korrelationen von SO?-Ca, Na-C1-, K-CI-, K - m ' , K-Na, Fe-Zn, Pb-Zn und TOC-COD ergeben. Ale beteiligten Stoffe gehoren nach [12] zu den als geochemisch sehr beweglichen (C1-, SO?), zu den Benugend beweglichen (Ca, Na) und zu den als beweglich eingestuften Stoffen (K, N& ). Kalium und Ammo- nium sind, bedingt durch etwa gleichgroRe Ionenradien, gut fiir den Ionenaustausch in bestimmten Ton-Mineralien geeignet, wobei sie 2.B. im Illit sehr fest in Zwischengitter- schichten eingebaut werden konnen. Zudem ist das Ammonium mikrobiell abbaubar, so daR von beiden Ionen signifikant hohere Konzentrationen als im ,,background"-level in gronerer Entfernung von der Grundwassereintragsstelle nicht mehr zu envarten sind, was auch im Einklang rnit zahlreichen Untersuchungsergebnissen steht. DaR die wenig beweglichen Schwermetalle Fe, Pb und Zn in den Grundwassern - wenn auch in relativ geringen Konzentrationen - uber weitere Strecken transportiert werden, kann sowohl rnit anaeroben Bedingungen im Aquifer (Fe) als auch rnit organischen Komplexbildnern im Sickenvasser (Fulvosauren) in Zusammenhang gebracht werden. Fulvosauren konn- ten in der vorliegenden Untersuchung in groReren Mengen (ma-Bereich) im Abstrom mehrerer Altablagerungen nachgewiesen und auch isoliert werden. Sie bilden u. a. uber den gesamten naturlichen Eh-pH-Bereich stabile Komplexe rnit vielen Schwermetallen und sind auch mikrobiell nur schwer abbaubar. Diese Eigenschaften machen sie zur ge- eigneten ,,Transportsubstanz" f i r die meisten Schwermetalle und auch fhr viele organi- sche Grundwasserkontaminanten. Die hohen TOC-Werte im Abstrom von zahlreichen Altablagerungen konnen im wesentlichen auf Fulvosauren bzw. Fulvate zuriickgefhhrt werden.

8 I Chernische und humantoxikologische Gnindlqen

Analog zu den Abfallsickenvassern korrelieren auch in den kontaminierten Grundwas- sern der TOC und der COD signifikant miteinander [7].

Im Gegensatz zu den Korrelationen der Inhaltsstoffe von Abfallsickenvassern erge- ben sich bei den Korrelationen der Inhaltsstoffe von durch Altablagerungen kontaminer- ten Grundwassern signifikante Koefizienten fur (Fe, Mn) - (SO?-, Ca, Mg), (Fe, Mg) - (TOC, COD), Mn-Co oder Fe-Mn. Dies liegt im wesentlichen daran, dal3 beim Eintritt der Abfallsickenvasser in den natiirlichen Untergrund und in das Grundwasser - durch Milieuveranderung - die loslichen Fe(1I)- und Mn(I1)-Verbindungen in Fe(II1)- und Mn(1V)-Verbindungen umgewandelt, d.h. ausgeflockt werden.

Die im g/L-Bereich in Deponiesickenvassern vorkommenden C ,-Clo-Carbonsauren (aerobe Phase), von denen besonders die hoheren signifikant zu den hohen TOC- und COD-Werten beitragen, bewirken durch ihre Aciditat eine erhohte Loslichkeit vieler Metalle. Deren signifikante Korrelationen mit dem TOC und COD gehen hierauf zuriick und auch Korrelationen wie Fe-Mn, Ca-Mg und Mn-Co [7} .

1.2.2 Altstandorte - branchentypische Kontaminanten

Die chemische Industrie erzeugt viele Stoffe, die in anderen Industriebereichen zur An- wendung kommen oder als Ausgangsprodukt f i r weitere Stoffsynthesen dienen. Syn- thesen stellen oftmals komplizierte Verfahren mit zahlreichen Zwischenstufen dar. Es kommen so - je nach Branche - typische Stoffe (Stoffgemische) als solche zur Anwen- dung oder werden zur Erzeugung neuer Stoffe benutzt. Hierbei entstehen zahlreiche unenviinschte Neben- und Abfallprodukte, die in der Regel ebenfalls komplexe Stoff- geniische darstellen (Destillationsschlamme, Galvanikschlamme etc).

So konnen beispielsweise bei der Produktion von Pflanzenschutzmitteln u. a. die in Tabelle 1-2 aufgelisteten Substanzen als ,,Abfallprodukte" vorkommen. Sie sind daher branchentypisch f i r diesen speziellen Produktionszweig. Untersuchungen von Altstand- orten aus diesem Bereich sollten daher zur Charakterisierung der Kontamination und zur Feststellung ihrer raumlichen Verteilung vorrangig diese branchentypischen Stoffe (,,Targets") beinhalten, da sie ein spezifisches Kontaminationspotential f i r Boden- und Grundwasserkontaminationen bilden.

Tab. 1-2 Beispiel einer Targetliste mit einer gesamt-TaM Auswahl von Stoffen, die im Zusammenhang mit der Pflanzenschutzmittel- produktion stehen

2.3.7 ,I-TCW

Octa-CDD

Tetrachlomthan

l,l,l-Trichlorethan

Trichlorethen

Tetrachlorethen

Chlorbenzol

Z Oichlorbenzole

1.2.3,4-Tetrachlorbenzol

Z Tetrachlorbenzo le Pentach lorbenzol

Hexachlorbenzol (HCB)

alpha-HCH Parathion-methyl

beta-HCH Parathion-ethyl

ganmi-HCH Paraoxon

del ta-HCH

Z HCH

2.4.5-1

Polychlor ierte Biphenyle (PCB)

Benzol

Toluol

Xylole

Organlsch gebundenes Chlor

1.2 Schudstofle gem&$ ihrem Aicftreten und Renktionsverhalten 9

Einen Uberblick uber Targets in Abfallstoffen der kunststoff- und erdolverarbeitenden Industrie geben [13], wobei die z. T. sehr komplexen Zusammenhange zwischen Aus- gangs- und Endprodukten einer Fertigung verdeutlicht werden. Umfangreiche Zuord- nungen von Stoffgruppen und Einzelstoffen zu typischen Branchen, d. h. ,,Targetlisten" im gronen Manstab, wurden von [S] erarbeitet. Es wurde neben der Matrix Wirt- schafiszweigehranchentypische Stoffe auch eine Analyse der Produktionsverfahren ausgewahlter Industriezweige durchgefihrt. Folgende Punkte wurden beriicksichtigt :

Verfahrensbeschreibung f i r Anlagen und Anlagenkomponenten Benennung der Prozehaterialien (Einsatzstoffe, Zwischenprodukte, Endpro- dukte, Ruckstande) unter Angaben von Mengen b m . Gronenordnungen Auflistung und Kennzeichnung von Kontaminationsquellen und potentiell bo- denverunreinigenden Stoffen.

Fur folgende Industriezweige bzw. Fertigungsbereiche wurden Analysen der Produk- tionsverfahren erstellt:

Gaswerke, Kokereien, Teerverarbeitung Eisenerzbergbau, NE-Metallerzbergbau Hochofen-, StahI- und Warmwalzwerke NE-Leichtmetallhutten, NE-Schwermetallhutten, NE-Metallumschmelzwerke Gienereien Oberflachenveredlung, Hartung Lacke, Anstrichmittel Mineralolverarbeitung, Altolaufiereitung Gummierzeugung Elektrotechnik, Erzeugung von Batterien und Akkumulatoren Holzbearbeitung, Holzimpragnierung Ledererzeugung Textilgewerbe

Die Information uber StofFmengen und ihren ,,Verlustquellen" in den einzelnen Indu- striezweigen ermoglicht eine Abschatzung der GroBenordnung der in die Umwelt ge- langenden Stoffe. Neben der Erfassung der Stoffstrome im Rahmen der Produktions- verfahrensanalyse mussen zur Feststellung und Bewertung von Verlustquellen folgende Faktoren beriicksichtigt werden [8]:

Stoflbeschaffenheit (Stoffeigenschafien) Stofimschlag, Stofftransport, Stomagerung Verarbeitungd Bearbeitungsprozen Raumliche Verteilung der Anwendung Wiederaufbereitungsanteil bei Produktionsriickstanden Ablagerungspraxis bei Abfallstoffen Stofherlagerung bei Abrin-, Planierungsarbeiten etc.

10 1 Chemische und humantoxikologische Grundlagen

Die Ermittlung von ,,Targets" sollte moglichst bereits am Anfang der Bearbeitung von Altstandorten erfolgen. l3ierbei ist eine genaue Erfassung des Betriebsgelandes mit den Anliefer- und Lagerstellen, den Produktionsbereichen, Umschlagplatzen, innerbetriebli- che Abfalldeponien etc. durchzufihren. Es ist generell zu empfehlen, daR bereits bei Untersuchungsbeginn an einern Altstandort - wenn rnoglich und sinnvoll - eine ,,Targetliste" vorliegt, urn branchentypische Parameter gezielt in ein Analytikprogramm einbeziehen zu konnen.

Eine andere Art von ,,Targets" sind branchentypische Kontaminationsrnuster. Sie er- geben sich aus der analytischen Erfassung eines bestimmten Kontaminationsspektrums an einem Standort. Im Falle von Grundwasserkontaminationen, die weitestgehend durch Stoffe und Stoffgemische spezifischer Industrien verursacht werden, wird durch das gerneinsame Vorkomrnen von rnehreren typischen Kontaminanten (z. B. im Grundwas- ser) ein dem Fingerabdruck gleichwertiger, d. h. eindeutiger Nachweis eines Emittenten ermoglicht bzw. es kann auf dessen Identitat geschlossen werden. Dies sol1 ein Beispiel aus der Praxis verdeutlichen:

In einem gronraumigen Altstandort-Untersuchungsbereich werden Grundwasser- kontaminationen mit Kohlenwasserstoffen (3-12 m a ) im Bereich einer sich auf dem Altstandort befindlichen Saureharzdeponie nachgewiesen. In ihrern Abstrom befinden sich 4 Grundwasserpegel mit kontaminiertem Wasser. Die Peilrohre Nr. 1 und Nr. 2 befinden sich in unmittelbarer N&he der Ablagerung, Nr. 3 in ca. 50 m und Nr. 4 in ca. 200 m Entfernung. Da in diesern Fall die Saureharzdeponie nicht notwendigerweise die einzige mogliche Quelle f i r die nachgewiesene Grundwasserkontamination sein rnun, sollte herausgehnden werden, ob die nachgewiesenen Grundwasserkontaminationen alle einer ,,Quelle" entstarnmen oder ob es mehrere Verursacher gibt. Dieser Nachweis wurde wie folgt durchgehhrt. Es wurde an allen 4 Peilrohren eine Grundwasserprobe entnommen. Die Grundwasser wurden sofort mit Pentan extrahiert und die Extrakte ohne Aufkonzentrierung gaschromatographisch analysiert (Gerateparameter und Sy- stembedingungen bei [ 141). Die dabei aufgezeichneten Chromatograrnme (,,finger- prints") sind ahnlich wie Fingerabdriicke auszuwerten, nur daR es sich hierbei nicht urn Oberflachenstrukturen von Fingerkuppen, sondern um eine Aneinanderreihung von ,,Peaks" handelt. Bei gleicher Emissionsquelle sollten diese gleich sein. Zur Absicherung der Ergebnisse erfolgte zusatzlich eine Stofidentifikation von jeweils 6 groneren der in den fingerprints identischen Peaks mittels MSD. Die Ergebnisse sind hochsignifikant, wie dies die Abbildung 1 - 1 belegt.

Es ist zu erkennen, dan die ,,fingerprints" der Pentanextrakte von den Grundwasser- proben der Peilrohre 1, 2 und 3 als praktisch identisch hinsichtlich der Peaks und ihrer Retentionszeiten angesehen werden mussen. Lediglich die erfanten Substanzmengen unterscheiden sich von Probe zu Probe. Dies liegt daran, daR sich die Entnahmestellen der Proben in unterschiedlicher Lage und Entfernung zur Emissionsquelle befinden. Das Chromatograrnni der Probe 4 zeigt dagegen keine auswertbaren Peaks rnehr, d. h. in einer Entfernung von 200 m zur Emissionsquelle sind die Konzentrationen der erfanten Kontaminanten schon so gering, dafl ein Nachweis ohne Aufkonzentrierung der Ex- trakte nicht rnehr moglich ist. Bei den 6 identifizierten Substanzen der Extrakte 1, 2 und 3 handelt es sich jeweils um folgende Verbindungen: 3,22 min 1-Ethyl-4-methyl-Benzol 4,25 min 4-Ethy1-1,2-dimethyl-Benzol 4,61 min 1,2,3,5-Tetramethyl-Benzol 5,28 min 5,6-Dimethyl-Indan 7,87 min 1,5-Dimethyl-Naphthalin 6,43 min 1,4-Dihydro-l,4-methyl-Naphthalin Die Ergebnisse zeigen, dan diese Stoffe der Saureharzdeponie entstammen und gernzif3 ihren stofflichen Eigenschaften und dern daraus resultierenden Reaktionsverhalten ge- rneinsam ins Grundwasser gelangt sind, dort transportiert werden und an unterschiedli- chen Orten im Abstrom nachweisbar sind.