Bilanzierung und Modellierung des BTEX-Austrags aus dem Grundwasser eines Gaswerksgeländes [online]

KURZFASSUNG

Für die Abschätzung des von einer Untergrundkontamination
langfristig ausgehenden Gefährdungspotentials sind neben den
schadstoffspezifischen Eigenschaften alle maßgeblichen
Transport- und Transformationsprozesse zu berücksichtigen.
Während das Verhalten vieler anorganischer und organischer
Schadstoffe innerhalb der gesättigten und ungesättigten Zone
weitestgehend geklärt ist, sind die naturwissenschaftlichen
Grundlagen für den gasförmigen Übergang leichtflüchtiger
Substanzen vom Grundwasser über den Kapillarsaum in die
ungesättigte Zone noch unvollständig erfaßt.
An einem sich selbst überlassenen Altlastenstandort mit
gaswerksspezifischen Untergrundkontaminationen wurde anhand der
Konzentrationsverteilung von Benzol, Toluol, Ethylbenzol und
Xylol (BTEX) im Grundwasser der Hauptschadensherd lokalisiert
und die ausgedehnte Kontaminationsfahne räumlich eingegrenzt.
Trotz der relativ hohen Volatilität von BTEX und eines
angenommenen Mindestalters der Kontamination von 50 Jahren
wurden in der Bodenluft im Vergleich zum Grundwasser nur um den
Faktor 10 hoch 6 geringe Schadstoffkonzentrationen gemessen.
Zur Ergründung der Ursache für die im Gelände beobachtete,
... mehrgeringe Volatilisationsrate wurden zunächst
Massentransferversuche unter kontrollierten Bedingungen im Labor
durchgeführt. Die Experimente ermöglichten eine
Charakterisierung der einzelnen Phasenübergänge im System
Boden/Bodenluft/Haft-/Grundwasser inklusive ihrer kausalen
Abhängigkeiten von unterschiedlichsten Steuerparametern. Ferner
zeigte sich, daß, abgesehen von den Transporteigenschaften der
betrachteten volatilen Substanz, der luftgefüllte Porenraum, der
Wassergehalt sowie die vertikale Wassergehaltsverteilung des
Untergrunds den Prozess der Volatilisation am stärksten
beeinflussen.
Um das im Labor gewonnene Verständnis der maßgeblichen
Einzelprozesse auf den Altlastenstandort übertragen zu können,
wurde das bereits bestehende, im Rahmen dieser Arbeit
weiterentwickelte Computer-Modell YACPIM verwendet. Die
Validierung des weiterentwickelten Computer-Modells erfolgte mit
Hilfe der im Rahmen der Massentransferversuche gewonnenen
Labordaten. Das Computer-Modell eignet sich zur Simulation des
durch Advektion und molekularer Diffusion verursachten,
horizontalen und vertikalen Transports leichtflüchtiger
Substanzen in einem aus beliebig vielen, sich in ihren
Transporteigenschaften unterscheidenden horizontalen
Schichten aufgebauten Untergrund. Besondere Berücksichtigung
gilt dabei dem Stoffübergang von der gesättigten zur
ungesättigten Zone.
Die Simulation des Schadstofftransports im Untergrund des
Altlastenstandorts ergab, daß der Beitrag der Volatilisation an
der Schadstoffabnahme in der sich selbst überlassenen
Kontaminationsfahne auf einer Strecke von 50 m unter
quasistationären Verhältnissen nur 0,01 % beträgt. Die geringe
Volatilisationsrate steht im Einklang mit den in der Bodenluft
des Altlastenstandorts gemessenen, niedrigen
Schadstoffkonzentrationen und ist dem Modell zufolge auf die
geologische Struktur und der daraus resultierenden
Wassergehaltsverteilung des Untergrundes zurückzuführen. Im
Bereich des Altlastenstandorts schließt sich im Hangenden des
Grundwasserleiters eine bis zu 5,7 m mächtige, sandig-schluffige
Auslehmschicht an, wodurch es zur Ausbildung eines teilweise
über 2 m mächtigen Kapillarsaums kommt. Der mächtige
Kapillarsaum erschwert den diffusiven Stofftransport und
verringert somit den Stoffaustrag in die Atmosphärenluft.
Der Prozess der Volatilisation ist allerdings bei der
Betrachtung des Stofftransports im Untergrund nicht in jedem
Fall vernachlässigbar. Besonders für sandig/kiesige, durch
leichtflüchtige Schadstoffe verunreinigte Untergrunde stellt die
Volatilisation einen nicht zu unterschätzenden
Dekontaminationspfad da. Simulationen mit dem Computer-Modell
YACPIM zeigten, daß der Beitrag der Volatilisation auf einer
Strecke von nur 55·10 hoch -2 m unter quasistationären
Verhältnissen je nach Untergrundaufbau für o-Xylol, einem
semivolatilen Schadstoff, deutlich über 1 % liegen kann.