Sanierung eines ehemaligen Tanklagers

Grundwasser- und Bodenluftsanierung am Standort des ehemaligen Maintanklagers Volkach

Auf dem Gelände des ehemaligen Maintanklagers Volkach, im Landkreis Kitzingen, wird seit Dezember 2018 eine Benzin- und Dieselölverunreinigung im Grundwasser saniert. Der Schaden entstand während des Betriebs des Tanklagers durch unkontrollierte Freisetzung von Treibstoffen. Hauptschadstoffe im Grundwasser sind BTEX (Aromatische Kohlenwasserstoffe Benzol, Toluol, Xylole, Ethylbenzole, Alkylbenzole), Mineralölkohlenwasserstoffe C₅-C₉ und C₁₀-C₄₀ sowie Naphthaline / Methylnaphthaline. In der Bodenluft im Bereich des abgesenkten Grundwasserspiegels wurde zusätzlich zu den BTEX-Aromaten und den Kohlenwasserstoffen C₅-C₁₀ noch Methan in relativ hohen Konzentrationen nachgewiesen.

Vorgesehen ist eine auf 5 Jahre (davon 2 Jahre optional) ausgelegte aktive Grundwasser- und Bodenluftsanierung. Die aktive Sanierung soll bessere Rahmenbedingungen für einen späteren natürlichen Schadstoffabbau (NA) schaffen.

Auftraggeber der Sanierungsmaßnahme ist das Landratsamt Kitzingen. Das Landratsamt muss die Maßnahme in Ersatzvornahme durchführen, da es keine heranziehbaren Pflichtigen im Sinne des BBodSchG mehr gibt. Die Erlöse aus dem Insolvenzverfahren und die Mittel eines Investors wurden im Rahmen der vorlaufenden Maßnahmen (Bodensanierung, Monitoring) aufgebraucht. Fachliche und finanzielle Unterstützung erhält das Landratsamt bei diesem Vorhaben von der Gesellschaft zur Altlastensanierung in Bayern mbH (GAB) über das Förderprogramm „Untersuchung und Sanierung industriell-gewerblicher Altlasten“.

Bild 1: Luftbild des Tanklagers von 2008

Historie, Gesamtsanierungskonzept

Das Maintanklager in Volkach wurde von 1962 bis 2000 zum Umschlag und zur Lagerung (Lagervolumen rd. 15.000 m³) von Brenn- und Kraftstoffen betrieben. Die Anlieferung der Treibstoffe erfolgte durch Frachtschiffe auf dem Mainkanal. Von der Lände am Mainkanal (westlich des Tanklagers, siehe Abbildung 1) wurden die Treibstoffe über Leitungen bis zum Tanklager gepumpt. Es existiert eine Löschwasserleitung in den Mainkanal, die jetzt, ergänzt durch eingesetzte Rohrstücke, als Ablaufleitung für das Reinwasser der Sanierungsanlage in den Mainkanal dient. Durch betriebsbedingte Befüll- und Tropfverluste sowie vor allem durch einen Havariefall in den Jahren 1977/78 mit Verlust von mutmaßlich 400 m³ Benzin kam es zu erheblichen Untergrundverunreinigungen vor allem mit Benzinkohlen­wasser­stoffen (BTEX), untergeordnet auch Mineralölkohlenwasserstoffen (MKW) und polycycli­schen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAK).

Bereits ab 1982 wurden auf dem Tanklagergelände und im Abstrom umfangreiche Boden- und Grundwasseruntersuchungen sowie Grundwassersanierungsmaßnahmen durchgeführt. Es wurde nachgewiesen, dass sich neben massiven Verunreinigungen im ungesättigten Bodenbereich durch den Schadensfall unterhalb und im Abstrom des Tanklagers eine bis zu 200 m lange Schadstofffahne im Grundwasser mit massiven Belastungen v.a. durch BTEX (auch Benzol) bis mehrere 10.000 µg/l, unterge­ordnet auch MKW und PAK, ausgebildet hat.

Im Rahmen eines Gesamtsanierungskonzepts im Jahr 2008 wurde für die Altlast im ersten Schritt eine möglichst weitgehende Quellensanierung auf dem Gelände des ehe­maligen Tanklagers mittels Bodenaushub („Stufe 1“) geplant. Im zweiten Schritt war eine befristete Überwachung des Grundwasserabstroms im Hinblick auf die Wirksamkeit eines natürlichen Schadstoffabbaus und die Umsetzung des geplanten Konzeptes eines kontrol­lierten Liegenlassens („Stufe 2“: MNA - monitored natural attenuation) vorgesehen.

„Stufe 1“ des Sanierungskonzeptes, mit Rückbau der baulichen Anlagen und Boden­austausch der ermittelten Hauptschadstoffquellen auf dem Gelände des Tanklagers, wurde im Jahr 2009 umgesetzt. Insgesamt wurden rd. 14.300 t kontaminierter Boden bis in den oberen Bereich der gesättigten Zone (in ca. 5 - 6 m Tiefe) ausgehoben und fachgerecht entsorgt. Hierdurch wurden geschätzt knapp 70 % des Gesamtschadstoffpotenzials ent­fernt. Geplant und betreut wurde die Maßnahmen vom Sachverständigenbüro CDM Smith Consult GmbH, Nürnberg. Die Finanzierung der Bodensanierung übernahm ein Investor, der sich im Rahmen eines öffentlich-recht­lichen Vertrags mit dem Landratsamt Kitzingen bis zur ermittelten Höhe des Grundstückswertes an den Kosten beteiligte. Mittlerweile ist das gesamte ehem. Betriebsgelände einer Folgenutzung (Einkaufszentrum) zugeführt.

Mit „Stufe 2“ des Sanierungskonzeptes wurde von 2010 bis 2015 ein Monitoringprogramm aller relevanten Grundwasser- und Oberflächen­wassermessstellen mit begleitenden Sonderuntersuchungen zur Überprüfung des MNA-Konzeptes umgesetzt. Im Ergebnis wurde festgestellt, dass die Standortvoraussetzungen für die alleinige Umsetzung von MNA nicht hinreichend erfüllt sind. Als kritisch wurden insbesondere die auf hohem Niveau verharrenden BTEX-Belastungen am Abstromrand des Tanklagers sowie fehlende signifikante Belege für einen Schadstoffabbau von Benzol gesehen; ferner schien die Schad­stofffahne nicht vollständig stationär. Im weiteren Fahnenverlauf konnte ein biologischer Abbau nachgewiesen werden. Es wurde daher die Aufnahme aktiver Sanierungsmaß­nahmen bezüglich des Grundwassers für ca. 5 Jahre beschlossen, um eine deutliche Reduzierung der im Untergrund verbliebenen Schadstofffrachten und somit verbesserte Rahmenbedingungen für einen natürlichen Abbau zu erreichen.

Abbildung 1: Lageplan Grundwassermessstellen und Verlauf der Löschwasserleitung (Ablauf Reinwasser)

Ergebnisse des Grundwassermonitorings

Seit der Stilllegung und dem Rückbau der Anlage fanden Grundwasseruntersuchungen und in deren Folge erste Sanierungsmaßnahmen - Bodenluftabsaugung und Bodenauskofferung - statt. Das Schadenszentrum lag im Bereich der Grundwassermessstellen P22/P31 (Bodenaushub bei P31). Ein mehrjähriges Grundwassermonitoring-Programm wies auf eine relativ hohe Kohlenwasserstoffbelastung des Abstroms hin. Ausgehend vom Hauptbelastungsbereich hatte sich eine entsprechend der Grundwasserfließrichtung ausgerichtete Schadstofffahne gebildet, die eine Längserstreckung von maximal 220 m sowie eine Breite von bis zu 120 m aufwies. Die 2015 gemessenen BTEX-Summenkonzentrationen lagen in der ca. 100 m entfernten Messstelle P11 noch bei maximal 980 µg/l. Im Schadenszentrum wurden im Grundwasser folgende Belastungen dokumentiert (UMF, 2015):

In den randlich gelegenen Messstellen P4 und P10A lagen die Schadstoffkonzentrationen im Grundwasser etwas niedriger, aber dennoch ein Vielfaches über dem Stufe-2-Wert des LfU-Merkblatts 3.8/1, 2001, Tabelle 4, Anhang 3. Im Grundwasser sind reduzierende Verhältnisse anzutreffen. Dies äußert sich in niedrigen Sauerstoff- und Nitratgehalten in Verbindung mit erhöhten Methankonzentrationen. Demgegenüber wurden im Grundwasser deutlich erhöhte Mangan- und Eisenkonzentrationen nachgewiesen – Ausfällungen dieser Stoffe sind die Folge.

In der Bodenluft wurden am Ende eines 7-tägigen Absaugversuchs im Jahr 2015 durch die Firma EH Wassertechnik, Kirchberg/Jagst 2.610 mg BTEX/m³ gemessen. Der später durch Züblin Umwelttechnik am P22 durchgeführte Bodenluftabsaugversuch (Bericht 2016) ergab:

Als Grenzwerte für die gereinigte Luft sind die Abluftfrachten nach der TA Luft dauerhaft einzuhalten.

Sanierungsziel und geplanter Ablauf der Sanierung

Ziel der Sanierungsmaßnahme ist, das im Hauptbelastungsbereich noch vorhandene Schadstoffreservoir möglichst weit zu reduzieren, um die Randbedingungen für einen anschließenden natürlichen Schadstoffabbau (NA) zu verbessern. Gleichzeitig soll durch die aktive Sanierung eine dauerhafte Verkleinerung der Schadstofffahnenausdehnung erreicht werden.

Grundlage der Sanierung bildet der behördlich genehmigte Sanierungsplan:

R & H Umwelt GmbH 2017: Sanierung des Grundstücks des Maintanklagers in Volkach – Sanierungsplan nach § 13 BBodSchG / § 6 BBodSchV, Fassung vom 08.08.2017.

Dieser basiert im Wesentlichen auf den Gutachten der Umwelttechnik Mainfranken GmbH, Gaukönigshofen, zur Sanierungsuntersuchung sowie auf einem Sanierungstest der Firma Züblin Umwelttechnik GmbH, Schwaig.

Mit den Planungen und Ausschreibungen der Maßnahmen (nach VOB/A und nach § 9 UVgO) und der Bauleitung wurde die R & H Umwelt GmbH, Nürnberg, beauftragt. Für den Betrieb und die Wartung der Sanierungsanlage sowie für die Durchführung sanierungsvorbereitender Bauleistungen erhielt die Firma IMA Umwelttechnik GmbH & Co KG, Böhl-Iggelheim den Zuschlag. Die begleitenden Probenahmen führt das Büro GEO RISK Ingenieurgesellschaft für Altlasten- und Risikomanagement mbH, Stuttgart, durch. Die Proben werden durch Eurofins, Tübingen, analysiert.

Die gemäß Sanierungsplan veranschlagten Gesamtkosten für die Maßnahme beliefen sich für 3 Jahre auf ca. 790.000 Euro brutto (inkl. vorbereitende Tiefbaumaßnahmen). Für weitere 2 Jahre wurden Kosten von ca. 160.000 Euro/a vorausberechnet. Die tatsächlichen Kosten betragen bis Ende 2020 brutto ca. 543.000 Euro (Sanierungsbeginn Dezember 2018). Aufgrund des relativ raschen Rückgangs der Aliphaten- und Methankonzentrationen in der abgesaugten Bodenluft konnte die anfänglich betriebene Katalytische Oxidationsanlage (KatOx-Anlage) vorzeitig abgebaut und gegen eine Luftaktivkohleanlage ausgetauscht werden. Dies führte zu den Einsparungen gegenüber den prognostizierten Kosten.

Geologie

Im Untergrund des Untersuchungsgebietes stehen unter anthropogenen Auffüllungen quartäre Terrassen- und Talauesedimente mit Mächtigkeiten zwischen 3 und 5 m an. Diese weisen im oberen Bereich bindige Deckschichten und im unteren Bereich gut durchlässige Terrassensedimente auf. Unter dem Quartär folgt ab 6 - 8 m Tiefe der obere Muschelkalk.

Im Bereich des Grundwasserförderbrunnens P22 liegt direkt über dem Grundwasserspiegel ein etwa 2 m mächtiger Ton-Schluffhorizont, der den Absaugbereich nach oben einschränkt.

Der Grundwasserflurabstand im Bereich der Förderbrunnen P4, P10A und P22, die Ausbautiefen zwischen 7,2 und 8,5 m aufweisen, beträgt zwischen 4 und 5 m (quartärer Grundwasserleiter). Der quartäre Aquifer erreicht im westlichen Bereich des ehemaligen Tanklagergeländes eine Mächtigkeit von etwa 5 m. Der Grundwasserstrom verläuft in Südwestrichtung auf die Volkach zu (siehe Abbildung 1).

Anlagentechnik

Grundwasserreinigungsanlage

Die Bodenluft- und Grundwasserförderbrunnen P4, P10A und P22 sowie die Bodenluftförderbrunnen BL1 - BL3 liegen im Böschungsbereich an der westlichen Grundstücksgrenze (siehe Anlage 2).

Abbildung 2: Lageplan Wegebau, Leitungsgraben, Schachtbauwerke, Standplatz Anlagen-Container, Injektionslanzen und zusätzliche Absaugbrunnen

Die Container mit der Sanierungsanlage wurden auf der Grünfläche im südwestlichen Bereich des Fachmarktzentrums aufgestellt (siehe Abbildung 1).

Bild 2: Standort Anlagencontainer am Fachmarktzentrum

Bei der Konzipierung der Sanierungsanlage für Grundwasser und Bodenluft musste wegen der beteiligten leichtflüchtigen Verbindungen besonders auf den Explosionsschutz geachtet werden. Bei den Anlagenteilen handelt es sich um geschlossene Systeme mit kontrollierter Sauerstoffzufuhr. Das mit Kohlenwasserstoffen belastete Wasser wird aus den zu Kombibrunnen (Wasser und Bodenluft) ausgebauten Messstellen P4, P10A und P22 gefördert. Die Grundwasserreinigung erfolgt durch 3 hintereinandergeschaltete Wasser-Aktivkohlefilter mit vorgeschalteter Enteisenung / Entmanganung. Sie sind für einen Durchsatz von 7 m³/h und einen Druck von 6 bar ausgelegt. Die Aktivkohlefilter fassen jeweils 1.000 l und werden mit je 500 kg Aktivkohle befüllt (siehe Abbildung 2).

Bild 3: WAK-Filter im mittleren Anlagencontainer

Von den drei in Reihe geschalteten Aktivkohlefiltern wird der erste Filter in der Reihe bewusst „überfahren“, um eine möglichst hohe Schadstoffabsorption (> 20 %) zu erzielen. Der zweite Filter dient zur Reinigung der aus Filter 1 durchbrechenden Schadstoffe. Filter 3 fungiert als Polizeifilter. Sobald bei Filter 2 ein Schadstoffdurchbruch festgestellt wird, wird die Aktivkohle der ersten Filterstufe erneuert. Die bis dahin erste Filterstufe wird danach als neuer Polizeifilter eingesetzt und die bisherigen Filterstufen 2 und 3 werden als Stufe 1 und 2 verwendet (durch Mehrfachverrohrungen und Absperrschieber ist kein Umsetzen der Filterbehälter nötig).

Zur Rohwasserbehandlung ist eine Enteisenung / Entmanganung vorgeschaltet. Die Filterrückspülung erfolgt druckgesteuert und automatisch. Zur Verminderung der Organikschlammbildung wird am Rohwassereingang Wasserstoffperoxyd zugegeben. Die belastete Abluft aus dem Rohwasserbecken wird über die Luftaktivkohle geleitet.

Die Grenzwerte für die Einleitung in den Mainkanal hat das Wasserwirtschaftsamt Aschaffenburg einzelfallbezogen mitgeteilt. 

Die Anlagen zur Grundwasser- und Bodenluftaufbereitung sind mit einer elektrotechnischen Mess- und regeltechnischen Schaltanlage für den vollautomatischen Betrieb aller Aggregate, einschließlich einer speicherprogrammierbaren Steuerung und Fernüberwachung der Anlage, ausgestattet. Dabei sind alle für eine Ursachenermittlung bei Betriebsstörungen erforderlichen Daten übertragbar. So können alle relevanten Mess- und Sollwerte gespeichert, übertragen und abgerufen werden.

Die 3 Grundwasserförderbrunnen P4, P10A und P22 bilden einen gemeinsamen Absenktrichter, der eine Reichweite von bis zu 70 m aufweist (siehe Abbildung 3). Der Absenktrichter verhindert ein weiteres Abströmen von Schadstoffen, so dass sich die Abstromfahne der Schadstoffe infolge von biologischem Abbau zurückbilden kann.

Abbildung 3: Grundwassergleichenplan Januar 2020 – Betrieb Grundwassersanierungsanlage

Bodenluftreinigungsanlage

Die aus den Kombibrunnen P4, P10A und P22 abgesaugte Bodenluft (Saugleistung des Verdichters ca. 400 m³/h) wird in der Luftaktivkohleanlage gereinigt. Sehr hohe C₅-C₁₀-Gehalte (siehe oben) und Methankonzentrationen erforderten zu Sanierungsbeginn die Installation einer KatOx-Anlage (katalytische Verbrennung) zur Abreinigung der Bodenluft sowie der Abluft aus Enteisenung / Entmanganung (auch wegen starker Geruchsentwicklung). Aufgrund des relativ raschen Rückgangs der Aliphaten- und Methankonzentrationen und des damit nicht mehr wirtschaftlichen Betriebs der KatOx-Anlage wurde diese gegen eine Luftaktivkohleanlage mit insgesamt 750 kg Aktivkohle gewechselt. Zur Unterstützung der Bodenluftabsaugung wird seit Mai 2019 eine Air-Sparging-Anlage mit 2 Injektions- und 3 Absaugbrunnen (BL1 - BL3) im Bereich des P22 betrieben. Somit stehen 6 Absaugbrunnen zur Verfügung, die im Wechsel paarweise zusammengeschaltet werden.

Bisheriger Sanierungsverlauf, Ergebnisse der begleitenden Grundwasser- und Bodenluftuntersuchungen

Die 3 Grundwasser- und Bodenluftförderbrunnen P4, P10A und P22 sowie die Sanierungsanlage werden monatlich beprobt. Das Grundwassermonitoring (Monitoringmessstellen s. Abbildung 1) findet vierteljährlich statt. Allgemein lässt sich ein deutlicher Rückgang der Schadstoffkonzentrationen verzeichnen.

Grundwasser

Von den 3 Förderbrunnen ist der Rückgang der Schadstoffkonzentrationen im Grundwasser am deutlichsten im P22 zu beobachten (s. Tabelle 1). Hinsichtlich der Verbindungen MTBE und ETBE lagen zu Beginn der Sanierung messbare Konzentrationen vor, welche im Laufe der Sanierung unter die Nachweisgrenze sanken.

Bodenluft

Die Bodenluftabsaugung ist durch stark schwankende Schadstoff-Messwerte in der Rohluft geprägt. Siehe die Kennzahlen im Vergleich anhand des Förderbrunnens P4 in Tabelle 2. Die Schadstoffausträge belaufen sich bis März 2020 über das Grundwasser auf ca. 355 kg Kohlenwasserstoffe (BTEX und MKW C₅-C₉, C₁₀-C₄₀, ohne Naphthalin / Methylnaphthaline und Phenole), über die Bodenluft auf ca. 245 kg (BTEX und MKW C₅-C₉₁₀ ), insgesamt ca. 600 kg.

Ergebnisse Grundwasser-Monitoring

Auf den Abbildungen 4 und 5 wurde die Lage und Ausdehnung der BTEX-Abstromfahne im Jahr 2015 und im Februar 2020 dargestellt. Bereits nach etwa 2 Monaten aktiver Sanierung zeigten sich die Ausbreitungslinien deutlich kleiner. Beim Monitoring im Januar 2020 lagen die Kohlenwasserstoff-Konzentrationen in allen Messstellen im Bereich der Nachweisgrenze bzw. deutlich unterhalb des Stufe-1-Wertes.

Abbildung 4: BTEX-Abstromfahne 2015                                                          

Abbildung 5: BTEX-Abstromfahne Februar 2020

Bewertung und weitere Maßnahmen

Die Konzentrations-Zeitdiagramme der Förderbrunnen P22 (Grundwasser) und P4 (Bodenluft) belegen deutlich rückläufige Schadstoffkonzentrationen im Schadenszentrum. Durch den gemeinsamen Absenktrichter um P4, P10A und P22 wird das gesamte Schadenszentrum erfasst. Ein wesentlicher Sanierungserfolg ist die Rückbildung der Schadstofffahne im Grundwasserabstrom. Beim letzten Monitoring wurden in keiner der Monitoringmessstellen Kohlenwasserstoffkonzentrationen über der Geringfügigkeitsschwelle gemessen. Zu beobachten war, dass die Mineralölkohlenwasserstoffe C₁₀-C₄₀ eine größere Ausdehnung zeigen als die BTEX-Aromaten. Dies spiegelt eindrucksvoll die Abbaureihe der Mineralölkohlenwasserstoffe wieder (gut, mäßig, schwer abbaubar): C₁₀-C₁₇ à C₄-C₉  à C₁₈-C₄₀. Die MKW C₁₀-C₄₀-Fahnenlänge geht ebenfalls zurück. Es erfolgt keine Nachlieferung von Schadstoffen; der mikrobiologische Abbau überwiegt.

Was das weitere Vorgehen betrifft, soll die Grundwassersanierung wie bisher weiterbetrieben werden (kontinuierliche Grundwasserförderung und -abreinigung). Für die Bodenluftabsaugung ist ein schrittweises Vorgehen geplant:

• Abschalten der Bodenluftabsaugung über ca. 3 Wochen,
• danach wechselweises Zusammenschalten von Bodenluftpegeln im Intervallbetrieb.

Spätestens nach Ablauf von 3 Betriebsjahren erfolgt eine Untersuchung der NA-Parameter. Anhand der Ergebnisse wird über den weiteren Verlauf der Sanierung (Weiterbetrieb der aktiven Sanierung oder Ablösung durch NA) entschieden.

Die bisherigen Ergebnisse, nach 15 Monaten Grundwasser- und Bodenluftsanierung, belegen die Wirksamkeit der Maßnahme. D.h. nach einem überschaubaren Zeitraum kann die aktive Sanierung in NA übergehen. Der bisher sehr positiv zu bewertende Sanierungsverlauf basiert auf der guten Zusammenarbeit zwischen dem beauftragten Fachbüro R & H, der ausführenden Firma IMA, dem Landratsamt Kitzingen, dem Wasserwirtschaftsamt Aschaffenburg sowie der GAB.    

Kurzprofil der Sanierungsmaßnahme

Autor: Dr. Reinhard Rätze, Projektleiter, R & H Umwelt GmbH

Bildrechte:

Bild 1: CDM Smith Consult / Bayerische Vermessungsverwaltung

Bilder 2 u. 3: R & H Umwelt GmbH

Bericht auch in GAB Kompakt 02/2020 veröffentlicht.