Chemie und Biologie der Altlasten

481 Pages·1997·12.612 MB·German

by  Johannes Friedrich Diehl

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 3-527-285.51 -2
klV C‘H Vcrlapsgescllsch;ift mhH. 11-60.153 Weinhcim. (Bundesrepuhlik Deuthchland), 1997
Vcrtrich:
VC’H, Posttiich 10 11 61. D-69451 Wcinheim (Bundesrepublik Ileu~schland)
SchweiL: VCH, Postfach, Cti-4020 Base1 (Schweiz)
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Japan: VCH. Eikow Building, 10-9 Hongo I-chome, Bunkyo-ku. Ibkyo I13 (Japan)
ISBN 3-527-28802-3
Chernie und
Biologie
der Altlasten
Herausgegeben von der Fachgruppe
Wasserchemie in der GDCh
4iP
VCH
Weinheim . New York - Base1 - Cambridge - Tokyo
Fachgruppe Wasscrcheniie Ohmann des Arheitskreises:
in der Gesellschaft Deutscher Cheniiker Prof. Dr. Ulrich Fijrstner
Post lach hY XO Arheitshereich Umweltschutztechnik
D-76128 Karlsruhe Technische Universitat Hamburg-Harhurg
Eikndorfer Str.
40
D-21071 Hamhurg
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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
ISBN 3-527-28802-3
NE. Gesellschaft Deutscher ('hernikcr / Fachgruppe Wasserchniie
0 VCH Verlagsgesellschaft nihH. D-69451 Weinhcim (Federal Repuhlic of Germmy). 1997
Gedruckt iruf s,iurefreicm chlorfrei gebleichtcm Papicr
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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~dungsabschatzungB, ewertung oder Sanierung von Altablagerungen und
Altstandorten, (3) die Erarbeitung von Vorschlagen fir 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:
ChemiscWtoxikologisch:z u den Ableitungskriterien &r Orientiemngs-, Schwellen-,
1
Eingreif-, Grenz- und anderen Normwerten; zu Bewertungsansatzen fur spezielle
- Kontaminanten in Altstandorten.
BiologzscWokotoxikologisch:z ur 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:z um 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 fir Grundwasser-, Fest-
stoff- und Bodenluftproben, den Zielsetzungen, der Durcfihrung und Bewertung
von Auslaugungstests sowie zu den chemischen Analysenmethoden.
Sanierungstechnisch: zu den erf'orderlichen biologischen, bodenphysikalischen,
1
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 dieser Doku-
zu
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,B erlin)
und Prof. Dr. Peter Werner (Institut fhr Abfallwirtschaft und Altlasten, Technische
Universitat Dresden). Der besondere Dank gilt Herrn Dip1.-Geol. Frank Engelmann
(Gesellschaft fir 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 Herm Dr. Steffen Pauly und an
an
Frau Cornelia Claufl vom VCH Verlag in Weinheim fir 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
1.1.2.1 Altablagerungen .................
1.1.2.2 Altstandorte ....... ........................
..............
1.2 Schadstoffe geman ihrem Auftreten und Reaktionsverhalten 5
1.2.1 Altablagemngen - typische Schadstoffe im Sickenvasser .................. 5
1.2.2 Altstandorte - branchentypische Kontaminanten ........
1.2.3 Rustungs- und Milittiraltlasten - spezifische Substanzen .
............................
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
1.4 ErfassenBewerten mit "pfadspezifisch" und humantoxikologisch
.................................................
prioritaren Parametern 31
1.4.1 Feldtests und Screening-Tests . ........................ ......3 1
1.4.2 Ersteinstuhng nach KerndorE et al. ..................................... 32
1.4.3 Perspektiven fiir die Stofiewertung .................................... 34
1.4.3.1 Das stoffspezifische Transferpotential von Grundwasser-
kontaminanten .................................................. 35
1.4.3.2 Das stoffspezifischeP ersistenzpotentialv on Grundwasser-
kontaminanten ................... .................. 36
1.4.3.3 Das stoffspezifische von
Grundwassergiingigkeitspotential
.... ........................ 37
Grundwasserkontaminanten
1.5 Literatur .... ............................................. .............. 40
..........
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
2.1.2.4 Feuchte ........ ........................... .... 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
2.1.6.1 Mineralolkohlenwasserstoffe (MKW) .......................
2.1.6.2 Aromatische Kohlenwasserstoffe ............
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
2.2.1 Biologische Mechanismen toxischer Einwirkungen ...........
2.2.1.1 Prokaryonten und Einzeller . . ....................... 80
............. 81
......................... . 82
2.2.2 Angriffspunkte im Organismus und mogliche Testansatze ...............8 3
2.2.3 Mogliche Teststrategien ............................. 83
2.2.3.1 Kartierung ...... ............................ __.._84.
2.2.3.2 Bewertung der (g .................8 4
2.3 Literatur .......... ..... ................................ . . 86
.................
3 Hydrogeologische und geochemische Grundlagen 89
Hydrogeologische Einflunfaktoren auf die Ausbreitung von Schadstoffen
3.1 ...............................................................
(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 ................9 9
Grundwassertlieflgeschwindigkeit