DNBA: Die kostengünstigste Art, Grundwasser zu sanieren und Flächennutzung zu ermöglichen

Knapper werdende Grundstücksressourcen machen die Umnutzung brachliegender Flächen, sogenannter Brownfields, immer wichtiger. Industrie und Immobilienbranche sehen sich hier oft Rechts- und Budgetunsicherheiten gegenüber: In welchem Zustand ist das Grundstück, welche Nutzung lässt sich verantworten und zu welchen Kosten? HPC INTERNATIONAL bietet mit der mikrobiologischen DNBA-in-situ-Sanierung die kosteneffektive Alternative zur traditionellen Pump-& Treat-Sanierung, zum Aushub und externer Versorgung oder der Behandlung.

Flächen, die in der Vergangenheit industriell oder militärisch genutzt wurden, weisen oft noch lange Spuren dieser Nutzung auf. An einem Standort der militärischen Luftfahrt-Industrie eines bekannten deutsch-französischen Konzerns erkundete HPC International eine Grundwasserkontamination durch LHKW (Leichtflüchtige Halogenierte Kohlenwasserstoffe) und CrVI (krebserregendes Chrom-6). Die Stoffe, darunter TCE, PCE, DCE und Vinylchlorid, traten in verschiedenen Teilen des Grundwassers auf: in zwei alluvialen Aquiferen und einem Karst-Aquifer. Zudem belasteten sie ein Wohngebiet im hydrogeologischen Abstrom.

Wie kam es zu dieser Kontamination und warum ging von ihr eine Gefahr aus?

Schadstoffquellen waren oft Versickerungen der chlorierten Lösemittel (als Kategorie der LHKW) aus der jahrzehntelangen Anwendung bei der Oberflächenreinigung von Metallen, Gläsern oder Kunststoffen, sowie in der Elektronikfertigung, der Reinigung von Textilien, als Extraktionsmittel, als Lösemittelkomponente für organische Verbindungen sowie als Entfetter, Kaltreiniger und Abbeizmittel. Bis in die 1990er-Jahre wurden diese Stoffe sorglos angewendet und deponiert, da ihr Gefahrenpotenzial unterschätzt wurde. Die Folge: eine ubiquitäre Verbreitung in Luft und Boden sowie Eintragungen in den Boden, die Bodenluft und das Grundwasser. Dabei sind LHKW potenziell umweltgefährdend und in Deutschland der Wassergefährdungsklasse 3 (höchste Gefährdungsklasse) zugeordnet. Heute ist nachgewiesen, dass LHKW und Chrom VI, Funktionsstörungen von Leber, Nieren und zentralem Nervensystem hervorrufen können und zum Teil krebserregend sind.

Für den Kauf und die Entwicklung potenzieller Altstandorte haben diese Umweltrisiken auch regulatorische, finanzielle und Reputationsrisiken zur Folge. „Damit die Grundwasserkontaminationen nicht das vorläufige Ende des Nutzungsvorhabens bedeuten (ein „Dealbraker“), benötigen Standortbetreiber und Entwickler eine verlässliche Abschätzung von Sanierungsdauer und -kosten sowie ein maximal kosteneffizientes und rechtsicheres Vorgehen.“, so Dr. Frank Karg, Vorstand von HPC INTERNATIONAL.

Mit der traditionellen Pump- & Treat-Sanierung suchte man Planbarkeit und Kosteneffizienz jedoch vergebens. So ergab eine von der Landesanstalt für Umwelt, Messungen und Naturschutz Baden-Württemberg (LUBW) in Auftrag gegebene Studie zur Kostenwirksamkeit von Pump-&-Treat-Sanierungen, dass die prognostizierten Sanierungszeiträume dieser Methode häufig überschritten würden, weil Sanierungszielwerte nicht erreicht werden. Ein solcher Weiterbetrieb der Sanierung bis zum schlussendlichen Erreichen der Zielwerte kann sich auch für gut geplante Nutzungsvorhaben als Problem für die Budgetsicherheit und sogar als Dealbreaker erweisen. Dabei überscheiten z. B. die Kosten eines zurückgewonnenen Kilogramms an TCE (Trichlorethen) nicht selten den maximalen Goldpreis, wenn dieses Sanierungsmaßnahmen nicht in eine mikrobiologische in-situ-Sanierung per DNBA geändert wird.

Umso grundlegender und wichtiger ist der Erfolg von HPC International in den bisher 47 durchgeführten Altlastensanierungen, in denen die Mikrobiologische in-situ-Sanierung des Grundwassers durch DNBA (Dynamisierte Natural Bio-Attenuation) als Alternative zur Pump-& Treat-Sanierung erfolgreich zum Einsatz kam. Nicht nur wurden die prognostizierten Sanierungszeiträume hier nicht über-, sondern unterschritten, kundenseitig wurden im Vergleich zur Pump-& Treat-Sanierung sogar Kosten im zweistelligen Millionenbereich sowie ein bis zwei Jahrzehnte an Sanierungszeiten eingespart. Die mikrobiologische in-situ-Sanierung ist zudem umweltschonender und nachhaltiger, da zum Beispiel kein oder nur ein geringer Stromverbrauch und keine Abfälle zur Entsorgung anfallen.

Wie kommt es zu diesen Effizienzunterschieden und was passiert bei der DNBA?

Grundsätzlich nutzt die DNBA Mikroorganismen, die unter bestimmten Bedingungen in der Lage sind, LHKW-abbauende Enzyme zu produzieren. Bei der Durchführung einer ersten DNBA-Machbarkeitsstudie zur Dynamisierten Natural Bio-Attenuation werden (wie im vorliegenden Fall) per PCR-Technologie die am besten geeigneten, standortspezifischen und Schadstoff-abbauenden Mikroorganismen basierend auf ihrem genetischen Schadstoff-Abbaupotenzial ausgewählt.

Im Labor wurden diese mit standort-angepassten Nährstoffen und Substraten an die standortspezifischen Schadstoffe adaptiert.

Weiterhin erfolgten mikrobiologische Ökotoxizitätstests, Mineralisationstests und Challengetests, um zu prüfen, welche Substrate und Nährstoffe notwendig sind, damit die eingesetzten Mikroorganismen auch toxische Metaboliten wie Vinylchlorid und 1,2-Dichlorethen abbauen und eigendynamisch einen Schadstoff-abbauenden Bioreaktor im Untergrund bilden.

In diesem Fall mussten mithilfe der Substrate Redoxpotenziale im reduzierenden Bereich (bei ca. -80 bis 250 mV) geschaffen werden. Zudem wurden natürlich vorhandene Schadstoffabbauvorgänge, welche durch bereits vorhandene Mikroorganismen ablaufen, anhand von mikrobiologischen Laboruntersuchungen, zum Beispiel durch die Zugabe von Elektronenakzeptoren und Nährstoffen verstärkt und dynamisiert werden.
Natürlich ablaufende mikrobiologische Schadstoffabbauvorgänge (oder auch Natural-Bio-Attenuation) werden während der DNBA-Machbarkeitsstudie mit der Isotopenfraktionierung quantifiziert und auf Anwendbarkeit bzw. Dynamisierbarkeit geprüft.

Das Ergebnis: Die Anwendung der standortspezifischen, Schadstoff-abbauenden Bakterienkonsortien mit den richtigen Substraten und Nährstoffen führt zu einer mikrobiologischen Eigendynamik der Schadstoffsanierung im Untergrund mit der höchsten Kosteneffizienz.

Abb. 1 – 3: Kompakte DNBA-in-situ-Sanierungsanlagen zum anaeroben Abbau der LHKW (anaerobe Injektionen von DNBA-Substraten und standortspezifischen Bakterienkonsortien).

Nach Durchführung der DNBA-Machbarkeitsstudie erfolgte eine erste Injektion des adaptierten standorteigenen Bakterienkonsortiums sowie speziell entwickelter standortspezifischer Substrate und Nährstoffe in vorhandenen Grundwassermessstellen.

Hierbei lief ein mehrstufiger Prozess ab: Innerhalb weniger Monate wurde im Grundwasser ein reduzierendes und anaerobes Milieu geschaffen, das zuerst CrVI in unlösliches CrIII reduzierte und sich anschließend irreversibel im mineralischen Aquifer (dem Gestein, welches das Grundwasser leitet) festsetzte. Anschließend erfolgte mit dem gleichen biochemischen in-situ-Milieu ein quasi kompletter Abbau der chlorierten Lösemittel, die somit keine Gefahr mehr für Grundwasser und Gesundheit darstellten.

Über einen Zeitraum von etwa 4,5 Jahren erfolgte dann die mikrobiologische in-situ-Sanierung (DNBA) der LHKW im Aquifer. Dabei wurden die in der DNBA-Machbarkeitsstudie identifizierten und entwickelten anaeroben Bakterienkonsortien, Substrate und Nährstoffe unter Stickstoff in den Aquifer injiziert.

Obwohl eine Sanierungszeit von über 7 Jahren eingeplant wurde, konnte die in-situ-Sanierung durch die DNBA in Abstimmung mit den Behörden nach 4,5 Jahren rechtssicher beendet werden. Wasserproben zeigten, dass die Kontamination auf zum Teil unter die Nachweisgrenzen reduziert worden war. Die Sanierungszielwerte konnten somit unterschritten werden. Im Vergleich zur traditionellen Pump- & Treat-Sanierung wurden mit der DNBA-in-situ-Sanierung in diesem Fall etwa 12,7 Millionen Euro eingespart. Eine Kosten-Nutzen-Effektivität, so Dr. Frank Karg, welche, sofern die dazugehörige DNBA-Machbarkeitsstudie durchgeführt werden kann, bei allen DNBA-Projekten von HPC INTERNATIONAL mit Kostengarantie gewährleistet wird.