Quellstärkenermittlung für feinkörnige und verfestigte Materialien zur Prognose des Schadstoffeintrages in das Grundwasser (Sickerwasserprognose)

Prognosemodell

Triaxialzelle

Im Rahmen des BMBF-Förderschwerpunktes "Prognose des Schadstoffeintrages in das Grundwasser"sollten die wissenschaftlichen Grundlagen für fachlich begründete und möglichst breit anwendbare, konsensfähige Methoden zur Durchführung der Sickerwasserprognose erarbeitet werden. Das generelle Vorgehen bei der Erstellung einer Sickerwasserprognose wurde unterteilt in die Schritte
- Ermittlung der Schadstoff-Quellstärke und
- Erstellung der Transportprognose.

Die zu beurteilenden Materialien waren beschränkt auf feste, mineralische Abfälle zur Verwertung, z. B. Bauschutt, Verbrennungsrückstände, Bodenaushub, die vor ihrer Auf-/Einbringung auf/in Böden im Hinblick auf ihre Grundwasserverträglichkeit beurteilt werden sollten. Die ausgewählten Materialien sollten mengenmäßig relevant sein, als Feststoffprobe vorliegen und im Hinblick auf ihr Verhalten in der Natur als Schüttung oder als großer Einzelkörper bewertet werden.
Hauptanforderung war die Nutzung von Verfahren, die aus Untersuchungen an Proben der o. g. Materialien im Laboratorium und der Bestimmung von Bodeneigenschaften eine quantifizierbare Sickerwasserprognose ermöglichten. Schwerpunkt der Arbeiten sollten häufig auftretende anorganische und organische Substanzen sein.
Zur Überprüfung des Gültigkeitsbereichs, der Übertragbarkeit der entwickelten Verfahren sowie der Vergleichbarkeit der Methoden wurden Referenzmaterialien aufbereitet, deren Quellstärke mit den Methoden der einzelnen Projektnehmer ermittelt wurden.
Weiterhin wurden Großlysimeterversuche zur Ermittlung naturnaher SchadstoffTransport-Daten durchgeführt, deren Ergebnisse zur Validierung der entwickelten Transportprognosemodelle herangezogen werden konnten.

Die Untersuchungen im LASU wurden aufbauend auf Untersuchungen an Rückständen aus der Rauchgasreinigung mittels Triaxialzellen systematisch für verschiedene Materialien durchgeführt. Zum Vergleich wurden Untersuchungen mittels Lysimeter, DEV S4-Elution, sowie z. T. auch Bodensättigungsextraktion mit verschiedenen Materialien durchgeführt. Der Schwerpunkt lag auf für die Verwertung massenrelevanten Stoffen, wie HMV-Aschen, RC-Materialien und Boden. Des weiteren wurden Steinkohlenflugaschen sowie vereinzelt auch Flotationswaschberge untersucht. Dazu wurden zunächst die Randbedingungen für die Triaxialzellenelution an die verschiedenen Materialien angepasst (Herstellung von Probenkörpern, hydraulischer Gradient, etc). Der Schwerpunkt der Analytik lag bei den anorganischen Parametern. Neben pH, Leitfähigkeit und Salzen wurden ausgewählte Metalle, DOC und teilweise auch AOX bzw. leicht freisetzbare Cyanide berücksichtigt. Die wesentlichen Ergebnisse der Untersuchungen lassen
sich folgendermaßen zusammenfassen:
Das generelle Auslaugverhalten verschiedener Inhaltsstoffe ist mittels Triaxialzellenversuchen darstellbar. Im Gegensatz zur S4-Elution sind mit der Triaxialzelle zu Beginn der Elution auftretende Konzentrationsspitzen abzubilden, sie können sich aber, verglichen mit dem realitätsnäheren Lysimeter, in ihrer Höhe unterscheiden. Bei mittel- bis langfristiger Betrachtung sind die Eluatkonzentrationen der Triaxialzellen- und Lysimeteruntersuchungen vergleichbar, d. h. die Prognose der Zeiträume (gemessen als L/S) in denen Grenzwerte (z. B. Prüfwerte der BBodSchV) erreicht werden, ist analog den Lysimeterversuchen möglich. Auch bei gleichen Randbedingungen ist bei der Triaxialzellenmethode mit Streuungen in den Fließgeschwindigkeiten zu rechnen, die sich unterschiedlich stark auf die Eluatkonzentrationen (v. a. zu Beginn der Elution) auswirken können.
Die Triaxialzellenmethode ist vor allem für feinkörnige und sich verfestigende Materialien einsetzbar, die mit anderen Verfahren, wie z. B. der ungesättigten Perkolation, nicht oder nur problematisch zu untersuchen sind.