Projekt 21918/01

High-Tech Methoden zur Untergrundsondierung: Praxisrelevante Begleitung und Anwendungsbewertung sondenintegrierter Sensorik unter ingenieurtechnischen Gesichtspunkten

Projektdurchführung

Dr. Baermann & PartnerMikroanalytik
Hochallee 40
20149 Hamburg

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Das Projekt ist Teil des Verbundvorhabens High-Tech Methoden zur Untergrundsondierung.
In der Bundesrepublik Deutschland werden jährlich ca. 100 ha Land für Siedlung und Verkehr verbraucht, die Hälfte dieser Fläche wird dabei versiegelt. In den letzten 50 Jahren hat sich die Siedlungs- und Verkehrsfläche in den alten Bundesländern nahezu verdoppelt. Während einerseits neue Gewerbe- und Wohngebiete auf der grünen Wiese entstehen, wächst der Anteil an Brachflächen. Ein Lösungskonzept zur Verminderung des Flächenverbrauchs ist die konsequente Umsetzung eines Flächenrecyclings, also der Wiedernutzung von industriellen, gewerblichen oder militärischen Brachflächen, vor allem im urbanen Bereich. Dies sind in aller Regel altlastverdächtige Flächen. Um eine zügige und belastbare Erkundung dieser Flächen zu gewährleisten, können Analyseverfahren, die vor Ort eingesetzt werden, wichtige Vorteile bringen. Aus diesem Grund hat die DBU das Verbundvorhaben High-Tech Methoden zur Unter-grundsondierung gefördert. Ziel des Verbundes war es, konventionelle, handgehaltene bis mittelschwere Sondiersysteme mit kostengünstigen und modernen Sensoren auszurüsten. Damit sollen bereits bei den Erkundungsarbeiten analytische Signale erzeugt und ausgewertet werden können. Das Verbundvorha-ben wurde in 14 eigenständige Vorhaben untergliedert, die organisatorisch klar voneinander abgegrenzt waren und eigene Vorhabensziele beinhalten: AZ 19219, 19220, 19221, 19225, 19229, 19230, 19232, 19233, 19234, 19235, 19281, 21918.
Das Einzelvorhaben Praxisrelevante Begleitung und Anwendungsbewertung sondenintegrierter Sensorik unter ingenieurtechnischen Gesichtspunkten ist wesentlicher Bestandteil des laufenden DBU-Verbundprojektes High-Tech Methoden zur Untergrund-Sondierung und dient der Erprobung, Anpassung und Validierung von Vor-Ort einsetzbaren, sensorintegrierten Sondiertechniken. Ziel des Vorhabens ist die Herleitung eines ingenieurtechnischen Anforderungskonzeptes für die praxisrelevante Nutzung der verschiedenen Sensorsysteme, die in den einzelnen Teilvorhaben entwickelt worden sind. Weiterhin soll die Eignung verschiedener Altstandorte als künftige Referenzobjekte geprüft und untersucht werden, um diese als Testflächen zur Erprobung und Verifizierung der Sensortechnik nutzen zu können. Hierzu soll gleichfalls eine begleitende Laboranalytik an ausgewählten Probenmustern zur Ergebnisvalidierung durchgeführt werden.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Festlegung der Auswahlkriterien und die Suche nach Referenzstandorten werden zeitgleich erfolgen, um die ursprünglich auf drei Etappen verteilten Aufgaben in Phase III des Projektes vollständig zu lösen. Die Vielschichtigkeit der Problemstellungen erfordert eine arbeitsteilige Mitwirkung des Projektkoordinators. Ausgehend von einem vereinfachten Anforderungsprofil, welches zunächst nur die Schadstoffklasse, punktuelle Verteilung, Profiltiefen unterhalb von 10 m und den uneingeschränkten Standortzutritt be-inhaltet, werden die Standort-Recherchen auf einer Nord- und einer Südschiene verfolgt. Entsprechend der geographischen Lage und Verteilung der Projektpartner werden der Fa. Optimare (LIF-Technik) zusammem mit dem Laser-Labor Göttingen und dem GEOZentrum Potsdam sowie der TU-Hamburg-Harburg (GC-Technik) im Norden Test-Standorte zur Sonden-Erprobung zur Verfügung gestellt. Im Süden werden Standorte für die Gassensorik (VEGAS/Stuttgart, FZK/Karlsruhe) sowie für die Wassersensorik (IPM/Freiburg) auf ihre Eignung untersucht. Bislang wird von mindestens jeweils zwei Standorten im Nord- und im Südbereich ausgegangen, auf denen zusätzlich noch Sondierungen und Analytik zur Bewertung durchzuführen sind. Die Standortauswahl erfolgt in enger Abstimmung mit den Umweltbehörden, Landesumweltanstalten und Umweltämtern. Parallel dazu werden Qualitätssicherungsmaßnahmen entwickelt und die Aufstellung von Standardarbeitsanleitungen für den Routinebetrieb festgelegt.


Ergebnisse und Diskussion

Von den ursprünglich etwa 20 ausgewählten Standorten verblieben schließlich nur noch 10 Standorte, die aufgrund der Auswahlkriterien (z. B. Untergrundaufbau, Schadstoffart, Schadstoffzusammensetzung, Lage und Verteilung der Kontamination, Flurabstand, Messstellendichte), überhaupt noch in Frage kamen. Weitere Eignungsprüfungen sowie die Klärung der genehmigungsrechtlichen Vorgaben und Einholung von Freistellungsbescheinigungen führten in Abstimmung mit den Bundes- und Länderbehörden dazu, dass sich insgesamt nur noch drei Standorte für die Vorerkundungsmaßnahmen als zweckmäßig erwie-sen haben. In Süddeutschland standen damit ein Standort (Stürmlinger Sandgrube) und in Norddeutschland zwei kontaminierte Standorte (Schleswig-Holstein: Gaswerk Rendsburg sowie Hamburg: Wäscherei Jarrestraße) als Teststandorte zur Überprüfung der Praxistauglichkeit und Optimierung der Sensorsysteme zur Verfügung. Die Feldversuche in Süddeutschland zeigten, dass die Sensorik selbst bei stark bauschutthaltiger Auffüllung bis zu einer Tiefe von 7 m erfolgreich einzusetzen war. Weiterhin ist erkennbar, dass die Stabilität der Sensorik von allen Sensorikanbietern im Zuge der 3. und 4. Feldtests weiter optimiert worden ist. Dies gilt eingeschränkt auch für die Datenübertragung und für das Einlass-System, welches noch weiter an die verschiedenen Bodengegebenheiten anzupassen ist. Dies gilt auch für die EFAS-Sonde, deren Hochdruck-Pumpe anfällig gegenüber tonhaltigen getrübten Porenwässern oder schwebstoffbelasteten Aquiferen ist. Auch die Wasserdichtigkeit der Trapezgewinde zwischen den einzelnen Gestängeelementen ist noch zu erhöhen. Hier erscheinen Gewindeveränderungen und der Einsatz spezieller Dichtungsmaterialien aus der Wehrtechnik zweckmäßig. Im Zuge einer kostenneutralen Verlängerung des Projektes bis Juni 2005 werden neben den Gestänge-Veränderungen von der Fa. Neumann in Abstimmung mit der TU-Hamburg-Harburg auch ein spezifiziertes Einlass-System bereit ge-stellt, welches die bislang noch bestehenden Probleme der Frittenverstopfung an den Gaseinlässen lö-sen soll. Insbesondere bei schluffhaltigen Substraten, wie diese auf dem Standort in Hamburg im Untergrund auftreten, kam es beim Abteufen der Sonde immer wieder zu Verschmierungen am Sondenschaft und damit zu Schadstoffverschleppungen. Weitere Versuche zur Anpassung des Einlass-Systems an die verschiedenen Substrate werden daher zunächst in Bodensäulen mit unterschiedlichen Schadstoffprofilen erprobt, bevor weitere, kostenintensive Messeinsätze auf Teststandorten erfolgen. Die Feldversuche auf dem ehemaligen Gaswerksstandort in Rendsburg zeigten, dass die Laser-induzierte-Fluoreszenztechnik in der Lage ist, PAK-Gehalte ab 50 mg/kg (nach Laboranalytik) auch in der gesättigten Zone zu erfassen. Gute Auflösungen erbrachten auch die MOX- und Fluorometer-Sonde, die in den Grundwasser-Messstellen entsprechende Schichtungen lokalisieren konnten. Mit der SAGAS- und KAMINA-Sonde ließen sich ebenfalls interpretierbare Signalverläufe für die VOC im Boden nachweisen. Die VOC-Erfassung mit dem Gaschromatographen der TU-Hamburg-Harburg verlief auch in niedrigen Konzentra-tionsbereichen unproblematisch. Hier sind jedoch noch Einflüsse von Lagerungsdichte und Porenraum der Substrate auf die Signalbildung und Signalform zu klären, um je nach Gasdurchlässigkeit und Gasmessvolumen Konzentrationsangaben zur Bodenluftbelastung angeben bzw. errechnen zu können.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Symposium Vor-Ort-Analytik am 30.-31.2004 in Stuttgart Aufbau eines Testfeldes zur Erprobung von Vor-Ort-Methoden
DBU-Tagung Umweltvorsorge am 26./27.4.2005 in Osnabrück in Form von 2 Postern
Altlastenspektrum (ITVA), April 2005, Heft 2: Ein Ringversuch für Rammkernsondierungen


Fazit

Das Teilvorhaben beweist, dass eine Reihe von Standorten, die ursprünglich als geeignet eingestuft waren, durch juristische Vorgaben bzw. technische Einschränkungen nicht genutzt werden konnten. Auch wird deutlich, dass Sensorsysteme, die jahrelang bereits im Labor erprobt sind, nur durch praxisnahe Feldversuche zu einer Anwendungsreife gebracht werden können. Zweckmäßig ist dabei, derartige Feldtests möglichst über mehrere Einzeletappen (mindestens 4 Treffen auf verschiedenen Teststandorten pro Forschungsjahr) durchzuführen. Nur so ist eine kontinuierlich ablaufende Geräte-Optimierung bei den einzelnen Sensorik-Anbietern sicherzustellen. Ein wesentlicher Schritt wird jetzt sein, die feldtauglichen Experimentiersonden nunmehr in eine industrienormgerechte Gerätetechnik zu überführen. Hierfür sind jetzt Industriepartner zu finden, die bereit sind, derartige Geräteentwicklungen zu übernehmen. Hierfür bedarf es jedoch auch eines Abnehmermarktes, der sich nur entwickeln wird, wenn eine entsprechende behördliche Akzeptanz dieser neuen Messtechniken gegeben ist. Diese Akzeptanz auf Behörden und Verbraucherseite lässt sich ebenfalls nur durch praxisnahe Versuche an realen Proben sowie Messungen auf kontaminierten Flächen und Paralleleinsätzen auf Teststandorten erreichen.