Entwicklung eines innovativen Verfahrens zur Sanierung eines arsenkontaminierten Grundwasserschadens durch aktive Mobilisierung

Sami Al Najem1, Margot Isenbeck-Schröter, Martin Maier, Christian Scholz, Christian Knöchel2, Jörn Müller2, Dieter Riemann3
1 Arbeitsgruppe Hydrogeochemie und Hydrogeologie, Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg
2 CDM Smith Consult GmbH, Alsbach
3 HIM GmbH Bereich Altlastensanierung

P 1.3 in Auslaugung von Schadstoffen aus Berge-/Abraumhalden

Im Rahmen der Sicherung einer Altlast in Südhessen wurde das Transportverhalten des Schadstoffes Arsen im Grundwasserleiter untersucht und darauf aufbauend ein innovatives Sanierungsverfahren entwickelt. Dabei wird ein konventionelles Pump-&-Treat-Verfahren durch die gezielte Eingabe von Phosphat in den Grundwasserleiter mit einer aktiven Arsenmobilisierung gekoppelt.

Untersuchungen mit belastetem Standortmaterial zeigen, dass Arsen unter sauerstofffreien Bedingungen vergleichsweise mobil ist. Unter oxidierenden Bedingungen weist es eine hohe Affinität zur Sorption am Feststoff und folglich eine geringere Mobilität auf. Weiterhin zeigte sich, dass die Arsenkonzentration im Prozesswasser durch die Eingabe von Phosphat, infolge der kompetitiven Oberflächenkomplexierung zwischen dem am Feststoff gebundenen Arsen und dem gelösten Phosphat, signifikant erhöht wird. Diese gezielte Mobilisierung findet unter sauerstofffreien Bedingungen und bei pH-Werten < 6,8 statt um einerseits die Affinität zur Sorption von Arsen am Feststoff herabzusetzen und andererseits die  Anlösung karbonatischer Oberflächen am Feststoff und eine Freisetzung daran sorbierten Arsens zu bewirken. Durch eine detaillierte Erkundung des Standorts wurde das Schadenszentrum eingegrenzt und die dort lagernde Schadstoffmenge im gesättigten Bereich auf etwa 7,2 t Arsen quantifiziert. Durch Elutionsversuche wurde gezeigt, dass davon etwa 4,7 t mobilisierbar sind. Aufgrund der geochemischen Milieubedingungen werden die Arsenbelastungen sukzessiv und langanhaltend in das Grundwasser ausgetragen. Aktuelle Belastungen liegen im Schadenszentrum bei etwa 250 bis 600 µg/L Arsen. In einem seit 2015 laufenden Pilotversuch wird das Verfahren im hochbelastetem Schadenszentrum kleinräumig getestet. In den Grundwasserleiter werden Natriumdihydrogenphosphat und seit Juli 2017 auch Phosphorsäure zur Absenkung der pH-Werte und Natriumsulfit zur Vermeidung eines Sauerstoff-Eintrags kontrolliert eingegeben. Durch diese Maßnahmen wurde aus dem nur wenige Meter abstromig gelegenen Entnahmebrunnen etwa 30 % (Stand: September 2017) des mobilisierbaren Arsen ausgetragen. Dies entspricht einer deutlichen Effizienzsteigerung gegenüber einer potenziellen Pump-&-Treat-Maßnahme ohne aktive Mobilisierung. Im Frühjahr 2018 soll die großtechnische Umsetzung der Sanierung beginnen. Durch mittlere Arsengehalte von 2 bis 2,5 mg/L in den Förderbrunnen sollen in weniger als 10 Jahren mehr als 80 % des mobilisierbaren Arsens ausgetragen und somit kostengünstig und effizient aus dem Grundwasserleiter entfernt werden. Im Anschluss an die Sanierung sollen die Maßnahmen zu vergleichsweise niedrigen Arsenkonzentrationen von < 100 µg/L im Grundwasser führen.

Wir danken der HIM ASG, dem RP Darmstadt und dem Hessisches Ministerium für Umwelt, Klimaschutz, Landwirtschaft und Verbraucherschutz für die finanzielle Förderung des Projektes. Stefan und Silvia Rheinberger sind für die ausgezeichnete Analytik verantwortlich.