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HandlungsempfehlungPrüfung und Bewertunglanglaufender Pump-and-Treat-Sanierungen (LCKW)Auftraggeber:Landesanstalt für Umwelt, Messungen und Naturschutz Baden-Württemberg

IMPRESSUMHerausgeber: LUBW – Landesanstalt für Umwelt, Messungen und Naturschutz Baden-WürttembergPostfach 100163, 76231 Karlsruhe, www.lubw.baden-wuerttemberg.deAutoren:Redaktion:Stand: 07.06.2010Dr. Michael Reinhard, Sandra Russold,ARCADIS Consult GmbH, 76185 KarlsruheHenning Leiteritz, Dr. Dieter Stupp,Dr. Stupp Consulting GmbH, 51465 Bergisch-GladbachLUBW - Landesanstalt für Umwelt, Messungen und Naturschutz Baden-WürttembergReferat 22 - Boden, Altlasten

INHALTSVERZEICHNIS1 Zusammenfassung 42 Einführung 42.1 Veranlassung und Zielsetzung 42.2 Anwendungsbereiche und Einschränkungen 53 Prüfkonzept 64 Datenerfassung 95 Datenauslegung und Betriebskosten 115.1 Überschlägliche Beurteilung der Betriebskosten 115.2 Detaillierte Prüfung der Sanierungsanlage – Stoffaustrag, Energiebedarfund Betriebskosten 155.2.1 Vorgehensweise 155.2.2 Auswertungsschritte 155.2.3 Beurteilungskriterien 176. Gesamtlaufzeit und Kosten 226.1 Grundlagen 226.2 Abschätzung der Gesamtlaufzeit und Gesamtkosten 266.3 Beurteilung 307 Gesamtbewertung 31ANLAGENVERZEICHNISAnhang 1Anhang 2BeispielfälleAuswerteprogramme und Anleitungen3

1 ZusammenfassungIn Baden-Württemberg werden jährlich ca. 3,5 Mio.€für Sanierungsmaßnahmen mittels Pump-and-Treat fürkommunale Fälle aufgewendet. Dabei stellt sich immerdringender die Frage nach einer Optimierung der Sanierungenoder Beendigung bei "geeigneten" Fallkonstellationen.Um hier Kosteneinsparungen zu erreichen,wurde die Methode zur Beurteilung insbesondere derEffizienz laufender Grundwassersanierungen entwickelt.Das Konzept besteht aus mehreren Prüfschritten. ZuBeginn der Prüfung ist es erforderlich die Betriebskostenunter wirtschaftlichen Gesichtspunkten zusammenzustellen,da sie wichtige Eingangsgrößen für diespätere Berechnung der Gesamtkosten sind.Nach Überprüfung der Anlagenauslegung und der Betriebskostenerfolgt eine Abschätzung der Laufzeit derGesamtmaßnahme bis zum Erreichen des Sanierungsziels.Mit Kenntnis der jährlichen Betriebskostenund der Prognose der Laufzeit der Gesamtmaßnahmenwird schließlich der Gesamtwert der Sanierungsmaßnahmenach finanzmathematischen Methodenals Kostenbarwert ausgewiesen. Die hierzu vorgestelltenMethoden können auch für Kostenschätzungenim Rahmen der Sanierungsuntersuchungverwendet werden.Mit Hilfe der Ergebnisse der durchgeführten Berechnungenerfolgt eine Gesamtbewertung der Effizienz derSanierungsmaßnahme.2 Einführung2.1 Veranlassung und ZielsetzungDerzeit gibt es eine Vielzahl von In-situ-Sanierungenmittels Pump-and-Treat, die bereits über längere Zeiträume(> 10 Jahre) betrieben werden. Häufig sind dieprognostizierten Sanierungszeiträume überschritten, dadie Sanierungszielwerte noch nicht erreicht wurden.Dies führt häufig zu einer unplanmäßigen Fortführungder Sanierungsbetriebe. Dieser Weiterbetrieb erfolgtdann oft von Jahr zu Jahr, während sich für die Betriebskosteneine zunehmend ungünstige Kostenwirksamkeitergeben kann. Geringe Reinigungsleistungenkönnen zudem zu einem ungünstigen Verhältnis zwischenReinigungsleistung und ökologischer Belastungder Umwelt (Stichworte: CO 2 -Bilanz, Energieeffiziens,etc.) führen.Ziel des Handbuchs ist es, eine Methode für die Praxisvorzustellen, mit der im Verwaltungsvollzug und in dergutachterlichen Bearbeitung lang andauernde Pumpand-TreatMaßnahmen hinsichtlich ihrer Kostenwirksamkeitund Effizienz bzgl. der Sanierungszielerreichungüberprüft werden können. Diese Methode sollnicht die sachverständige Einzelfallbeurteilung ersetzen,sondern zur Erstbeurteilung, quasi als Filter und Hilfestellungfür Fälle dienen, bei denen es deutliche Anhaltspunktefür einen nicht effizienten Betrieb gibt.4

2.2 Anwendungsbereiche und –einschränkungenÖkologische, klimabezogene BilanzierungDie Ausarbeitung einer ökologischen, klimabezogenenBilanzierungsmethode führt im Regelfall wegen nochnicht vorhandener Beurteilungsnormen zu kontroversenDiskussionen zwischen Sanierungspflichtigen undBehörden. Weil aber erfahrungsgemäß der Energieverbrauchbei den Pump-and-Treat Verfahren maßgebendfür die Ökobilanzierung ist, wird ein besondererSchwerpunkt auf dieses Thema gelegt.Dekontamination/Sicherung der SchadstoffeBei der Überprüfung der Pump-and-Treat-Maßnahmen steht das Erreichen des Abreinigungs-/Sanierungsziels und damit der effektive Austrag bzw.die Beseitigung (Dekontamination) von Schadstoffenim Vordergrund. Pump-and-Treat-Maßnahmen, die alsSicherungsmaßnahmen konzipiert wurden, können mitder vorgestellten Methodik hinsichtlich ihrer Kostenwirksamkeitbewertet werden.Weitere Nebenbedingungen, die (z. T.) technisch bedingtan Pump-and-Treat-Maßnahmen geknüpft sind(z. B. die Entfernung von Störstoffen wie Eisen oderMangan durch die Aufbereitungstechnologie) werdenbei der Prüfmethode nicht berücksichtigt.Geologie, Schadstoffverteilung,SanierungsverlaufBei den wenigsten Sanierungsfällen in der Praxisanwendungist eine 1:1 – Vergleichbarkeit der durchgeführtenSanierungsmaßnahmen an verschiedenen Standortengegeben. Die wesentlichen Unterschiede ergeben sichaus:• den geologischen und hydrogelogischenRandbedingungen,• den Schadstoffbelastungen(Substanzen, Gehalte, Verteilung),• der Bindung der Schadstoffe an der Bodenmatrix,• den hydrochemischen Milieubedingungen imGrundwasser,• dem Vorhandensein und der Mobilisierbarkeitvon Störstoffen im Hinblick auf die Verfahrenstechnologiezur Abreinigung (z. B. Eisen, Mangan,Karbonat, Huminstoffe, etc.),• sowie standortbedingten Limitationen(z. B. Platzverhältnisse, Lärmschutzauflagen,Witterungsbedingungen).Um bei der Erstellung der Bewertungsmethodik eineausreichende Vergleichbarkeit zu gewährleisten, wurdediese auf LHKW-Schäden in Lockergesteinsaquiferenbezogen.Die Anwendbarkeit der Bewertungsmethodik auf andereSchadens- und Standorttypen ist möglich. Hierbei istes aber erforderlich, insbesondere das Schadstoffverhaltenim Untergrund anzupassen. Außerdem ist es möglich,die Prüfschritte „Datenerfassung“ sowie „Anlagenauslegungund Betriebskosten“ auch bei Sanierungen inFestgesteinsaquiferen anzuwenden.Limitationen hinsichtlich der DatenlageBei der Anwendung der Prüfmethode ergeben sichdefinitionsbedingt Einschränkungen des Anwendungsbereichesdurch die Verfügbarkeit, die Vollständigkeitund die Detaildichte aller relevanten Eingangsgrößen.Dem entsprechend kann die Bewertung nur ab einembestimmten Mindestumfang der Daten als hinreichendbelastbar für die Ableitung von Folge-Entscheidungenangesehen werden. Die Prüfmethode eröffnet aber auchdie Möglichkeit, sinnvolle Sensitivitätsanalysen durchzuführen.5

3 PrüfkonzeptNach der Bundes-Bodenschutz- und Altlastenverordnung(BBodSchV) sind Dekontaminationsmaßnahmenzur Sanierung geeignet, wenn sie auf technisch undwirtschaftlich durchführbaren Verfahren beruhen, dieihre praktische Eignung zur umweltverträglichen Beseitigungoder Verminderung der Schadstoffe gesicherterscheinen lassen.Der Verordnungstext impliziert, dass im Gegensatz zuden nicht zeitlich begrenzten Sicherungsmaßnahmeneine Dekontamination in absehbarer Zeit erzielt werdenkann. Eine solche "absehbare Zeit" ist jedoch vomGesetzgeber nicht definiert.Bei Pump-and-Treat-Sanierungen wird dieser Punkthäufig kontrovers diskutiert, wobei je nach Interessenslageoft die eine Partei die Sanierung als langlaufendeSicherung auffasst, während die andere Partei die Sanierungeher als zeitlich eng begrenzte Dekontaminations-Maßnahme ansieht.Dies führt regelmäßig zu Diskussionen, in denen z. B.der Sanierungspflichtige nach einer Sanierungszeit vonwenigen Jahren eine geringe Abnahme der Konzentrationenin den Entnahmebrunnen feststellt und gegenüberder Behörde eine Einstellung der Sanierung odereine Anhebung der Sanierungsziele aus Gründen derWirtschaftlichkeit fordert.Andererseits gibt es nicht weniger Fälle, in denenPump-and-Treat-Sanierungen über Jahrzehnte weiterbetriebenwerden.Zur Überprüfung der technischen Effizienz und Kostenwirksamkeitvon Pump-and-Treat-Dekontaminations-Maßnahmenwurde ein Prüfkonzept entwickelt,das es ermöglicht, mehrere Fälle nach der gleichen Methodezu beurteilen.Diese Methode soll nicht die sachverständigeEinzelfallbewertung ersetzen,sondern dient zur Erstbeurteilung, quasi!als Filter und Hilfestellung für Fälle, beidenen es deutliche Anhaltspunkte füreinen kostenunwirksamen bzw. nichteffizienten Betrieb gibt.Das Prüfkonzept gliedert sich in vier Teile (siehe Abbildung3.1).Zu Beginn ist es zunächst erforderlich zu ermitteln, obsich die Betriebskosten noch in einem wirtschaftlichenRahmen befinden. In vielen Fällen wurde die Sanierungsanlagetechnisch richtig ausgelegt, mit abnehmendenKonzentrationen im Rohwasser der Reinigungsanlageund mit evtl. reduzierten Fördermengen kann dieSanierungsanlage zu einem späteren Zeitpunkt aberüberdimensioniert sein. Dies wirkt sich in der Regel aufdie Betriebskosten aus. Obwohl die Betriebskostenzunächst Sache des Pflichtigen sind und nichts mit dereigentlichen öffentlich-rechtlichen Verpflichtung zurSanierung zu tun haben, sind diese jedoch wichtigeEingangsgrößen für die spätere Berechnung der für dieGesamtbeurteilung wichtigen Gesamtkosten.Nach Überprüfung der Anlagenauslegung und der Betriebskostenerfolgt eine Prognose der Laufzeit der Gesamtmaßnahmebis zum Erreichen des Sanierungsziels.Dies ist sicherlich der komplizierteste Teil der Überprüfung,es wurde aber darauf geachtet, dass Eingangsparameter,die in der Realität meist nicht bekannt sind,nicht erforderlich sind.Mit Kenntnis der jährlichen Betriebskosten und derPrognose der Laufzeit der Gesamtmaßnahmen ist esdann möglich, den Gesamtwert der Sanierungsmaßnahmenach finanzmathematischen Methoden als Kostenbarwertauszuweisen.6

Festlegung des Kriteriums „Gesamtkosten < 1 Mio. € netto“Für das Kriterium „Gesamtkosten > 1 Mio. € netto“ wurde ein Standardfall definiert. Hierfür wurdeeine Schadstoffquelle mit einer Grundfläche von 100 m 2 angenommen. Der Flurabstand bis zumGrundwasser beträgt 3 m. Die Schadstoffe sind weitere 3 m in den gesättigten Bereich vorgedrungenund haben sich auf eine Fläche von 250 m 2 verteilt. Im gesättigten Bodenbereich befinden sich ca. 2Tonnen LCKW. Günstige Standort- und Untergrundverhältnisse vorausgesetzt, wäre eine Sanierungsowohl bei einer Aushub- als auch bei einer In-Situ-Maßnahme mit Kosten von ca. 1 Mio. €netto verbunden. Selbst wenn ein betrachteter Einzelfall stark von dem oben geschilderten Standardfallabweichen sollte wird empfohlen, das Kriterium „< 1 Mio. €“ beizubehalten. Erfahrungenund ausgewertete Fälle zeigen, dass es bei einem „Sanierungsbudget“ von = 1 Mio. € (netto) sehrhäufig Möglichkeiten der Optimierung gibt.!Die praktische Bearbeitung erfolgt nach den gutachterlich üblichen Regeln. Zunächst werden die Daten erfasst,Sachverhalte ausgewertet und beurteilt, um anschließend über das weitere Vorgehen zu entscheiden (Abb. 3.2).Abbildung. 3.2Arbeitsschritte bei der gutachterlichen Bearbeitung zur technischen Effizienz und Wirksamkeit von Pump-and-Treat-Sanierungen8

4 DatenerfassungBei länger laufenden Sanierungen gibt es eine teilweiseschwer zu überschauende Menge an Informationen undDaten. Die Kunst bei der Datenerfassung besteht somitdarin, ausschließlich die für die Beantwortung der Fragestellungerforderlichen Daten herauszufiltern unddiese nicht in einem Konvolut von vielleicht interessanten,aber für die Fragestellung nicht wichtigen Informationenzu verwässern. Für die Datenaufbereitung giltähnliches. Im Idealfall sollte die gesamte Standort- undSanierungssituation auf wenigen Seiten und vor allemauf einem Lageplan und in einem Querprofil dargestelltwerden. Das Herausfiltern und die Reduzierung derDaten kann dabei ein durchaus aufwändiger Prozesssein.Für das Prüfkonzept wurde ein Datenerfassungsbogen(siehe Anlage) erstellt. Außerdem werden zwei Vorlagenfür einen Lageplan und einen schematischen Querschnittzum Download angeboten. Mit dem Erfassungsbogenwerden wesentliche Daten und Informationenabgefragt.Trotz der erwünschten Reduzierung auf die wichtigenDaten bleibt es unerlässlich eine Liste der verwendetenUnterlagen zu erstellen und die Quellen den verwendetenInformationen im Erfassungsbogen bzw. in denLageplänen zuzuordnen.Für jeden zu prüfenden Fall sind obligatorischein Lageplan und mindestens einQuerprofil zu erstellen. Diese habennicht den Anspruch lagegenau alle geometrischenDaten darzustellen, sonderndienen zur Erklärung der Standortsituation.Zur Erstellung dieser sind keinespeziellen Zeichenprogramme erforderlich.Es genügt z. B. vorhandene Pläne!auf einen sinnvollen einheitlichen Maßstabherunter zu verkleinern oder zuvergrößern (ggf. auch händisch auf dieVorlage durchzupausen) und die notwendigenInformationen übereinanderzulegen. Im einfachsten Fall kann esgenügen, eine klassische Papierkopie desLageplans mit den handschriftlichenInformationen zu ergänzen.9

Nachfolgend sind die für die Prüfung wesentlichenInformationen aufgelistet:1 Sanierungsvereinbarung1.1Sanierungsvereinbarung/-anordnung (Art der Sanierungsvereinbarung/-anordnung;Jahr)1.2 Grundlagen der Sanierungszielvereinbarung1.3 Sanierungszielwert1.4 Schutzgebiete (Betroffene WSG-Zonen)2 Quellencharakterisierung2.1 Relevante Schadstoffe2.2 Alter des Schadens2.3Schadstoffinventar (die im Schadenbereich vorhandene/vermuteteSchadstoffmenge)2.4 Schadstoffquelle (Tiefenlage unter GOK)2.52.62.7Grundwasserbelastung in Quelle (Beginn Sanierungund aktuell)Abstand Sanierungsbrunnen zu Quelle (bei mehrerenBrunnen einzeln anzugeben)Schadstoffphase (gibt es Hinweise auf phasenhafteVerunreinigungen?)3 Standortcharakterisierung3.13.23.3Geologischer Aufbau (Art und Lage relevanter Bodenhorizontesowie Bodenarten)Grundwasserleiter (Mittlerer Grundwasserstand,Schwankungsbereich, Mächtigkeit Grundwasserleiter)Grundwasserhydraulik (Durchlässigkeitsbeiwert kf,natürl. Grundwassergefälle, Abstandsgeschwindigkeit)4 Fahnencharakterisierung4.1Fahnengeometrie (Ausbreitungsrichtung, Breite,vertikale Ausdehnung)5 Grundwasserförderung5.1 Gesamtfördermenge seit Sanierungsbeginn5.25.35.45.5Durchschnittlicher Volumenstrom über die GesamtförderungAnzahl der Förderbrunnen mit Angabe, ob sich dieAnzahl der genutzten Brunnen über die Betriebsjahregeändert hatDurchschnittlicher Volumenstrom je SanierungsbrunnenTiefenlage der GW-Entnahme (Tiefenlage der Filterstrecke)5.6 Unterbrechung der GW-Förderungen6 Energieverbrauch und Anlagentechnik6.1 Gesamtverbrauch seit Sanierungsbeginn6.2Leistungsaufnahme der Aggregate (Nennleistung dermaßgebenden Aggregate)6.3 Betriebsstunden (pro Betriebsjahr)6.46.56.66.76.86.9Reinigungsverfahren (z. B. Nassaktivkohleadsorption,Strippung, chemische Oxidation (mit/ohne UV),Bioreaktor, Extraktionsverfahren, andere)Vorbehandlungsstufen (z. B. Sedimentation, Phasenabscheidung,Belüftung/Begasung, Enteisenung/Entmanganung(Sandfilter), Zugabe von Pufferchemikalien,Zugabe von Oxidationsmitteln, Zugabevon Flockungsmitteln, andere)Nachbehandlungsstufen Abluftreinigung bei Strippverfahren(Aktivkohle/Kat-Ox), Schlammbehandlungbei Bioreaktoren, Behandlung / Aufarbeitung vonExtraktionsmitteln, Behandlung von Prozessabwässern,andere)Basiskennzahlen zur Verfahrensbeurteilung (HydraulischeAuslegungsgrenze [m 3 /h], Auslegungsgrenze derSchadstoffbelastung [mg/l], Anzahl der Filterstufen(Aktivkohle), Luft/Wasserverhältnis Mengen aneingesetzten Hilfsstoffen, aktueller Wasserdurchsatz /Auslegungsgrenze, aktuelle Schadstoffbelastung /Auslegungsgrenze)Ableitung des gereinigten Wassers (Kanalisation,Wiederversickerung, Gewässer)Betriebsweise/Änderungen (Umstellungen in denletzten Betriebsjahren mit signifikantem Einfluss aufFördermenge, Energieverbrauch, Förderung/ Behandlung. Angabe mit Zeitpunkt der Umstellung)7 Betriebskosten, Wartung und Überwachung7.1 Stromkosten7.2Kontroll-/Reparatur- / Wartungskosten je Betriebsjahr(inkl. Personalkosten)7.3 Verbrauchsmittelkosten je Betriebsjahr7.4Kosten für die Ableitung des gereinigten Wassers jeBetriebsjahr7.5 Kosten für Beprobung / Analytik je Betriebsjahr7.6 Gutachterkosten je Betriebsjahr7.7 Nebenkosten je Betriebsjahr7.8 Gesamtkosten je Betriebsjahr8 Austragbilanzierung und Frachtermittlung8.1 Schadstoffaustrag (seit Beginn der Sanierung)8.2 Jährlicher Schadstoffaustrag je Betriebsjahr8.38.4Schadstoffkonzentrationen im Rohwasser(als Zeitreihe über die bisherigen Betriebsjahre)Konzentrationen Begleitstoffe (Art und Konzentrationvon Begleitstoffen, die bei der Aufbereitung mitentfernt werdrn müssen.)10

5 Datenauslegung und Betriebskosten5.1 Überschlägige Beurteilung derBetriebskostenIn vielen Fällen in der Praxis (so auch bei einem Großteilder hier detaillierter betrachteten Beispiele) fehlendetaillierte Daten zu der Anlagenauslegung und denBetriebskosten, z. B. wenn ein Betreibermodell gewähltwird, bei dem die Investitionskosten abgeschriebenwerden oder wenn die Behörde Privatfälle selbst überprüfenmöchte.Zur überschlägigen Prüfung, ob die Betriebskosten aufeine ungünstige Anlagenauslegung hinweisen, wurdenKennzahlen entwickelt, die mit den Betriebskostenverglichen werden können. Diese Kennzahlen beruhenauf einer modellhaften Anlagenauslegung und modellhaftenKalkulationsansätzen. In den als Gesamtbetriebskostenpro m 3 Wasser ausgewiesenen Kennzahlensind folgende Leistungen zum Betrieb enthalten:- Aktivkohleverbrauch,- Stromverbrauch,- Wartungskosten,- Reparaturkosten,- Ingenieurkosten für gutachterliche Begleitung,- Analysekosten für Fremd- und Eigenüberwachung.Die Vergleichskennzahlen wurden für 2 typische Anlagenauslegungenberechnet. Dies sind:1. Brunnenpumpen ? Mehrschichtfilter ? Wasseraktivkohlefilter2. Brunnenpumpen ? Mehrschichtfilter ? Desorptionund Luftaktivkohle ? Wasseraktivkohle(Nachreinigungsstufe)Bei der Kalkulation wurde davon ausgegangen, dass dieEisen- und Mangankonzentrationen unter 3 mg/l liegen.Die Mehrschichtfilter wurden wegen der besserenSchwebstoffbeladung und die dadurch weniger häufigenRückspülintervalle gewählt, was im Hinblick auf laufendenKosten die Grundwassersanierung günstigermacht. Es ist jedoch anzumerken, dass der Einsatz vonEinschichtfiltern in der Praxis – je nach Anforderungen/ Randbedingungen – durchaus auch vorkommt.In den folgenden Abbildungen 5.1 bis 5.4 sind dieKennzahlen für die 2 Anlagenauslegungen und dieschematischen Verfahrensfließbilder, auf die sich dieVergleichskennzahlen beziehen, dargestellt. Hinsichtlichder angegebenen Kennzahlen ist dabei die Spannbreitein der Kalkulation von etwa 15 % (vgl. Diagramm)zu berücksichtigen. Die Spannbreite ist in denGrafiken dargestellt.Die Vergleichskennzahlen verhalten sich in Abhängigkeitder Eingangskonzentrationen und Fördermengennicht linear. Dies hängt damit zusammen, dass die Kostenfür Wartungen, Reparaturen, die ingenieurtechnischeBegleitung sowie die Analytik im wesentlichen vonder Schadstoffbelastung entkoppelt sind. Darüber hinaussind bei größeren Fördermengen und größerenSchadstoffgehalten hinsichtlich der Energieeffizienz derAggregate sowie der Ausnutzung der Beladungskapazitätgünstigere Bedingungen gegeben, wodurch die spezifischenKosten je m 3 sinken.Zu einem überschlägigen Vergleich wird dennoch vorgeschlagen,zwischen den Kennzahlen linear zu interpolierenund die Zahlen in der Zukunft mit einer jährlichenPreissteigerungsrate von 2 % anzuheben.Unter Berücksichtigung einer Spannbreite in der Kalkulation von etwa 15% gibt es Anhaltspunktedafür, dass die Anlagentechnik nicht optimal ausgelegt ist oder nicht effizient arbeitet, wenn die angegebenenVergleichskennzahlen diese Spannbreite überschreiten. In diesem Fall sind Überprüfungender Wirtschaftlichkeit erforderlich. Grundsätzlich sind standortspezifische Besonderheiten zu berücksichtigen(z.B. kostenintensive Chemikaliendosierung).!11

Abb. 5.1: Verfahrensfließbild zu Vergleichskennzahlen für Anlagenauslegung „Mehrschichtfilter ? Wasseraktivkohlefilter“2,20 €2,00 €Aufbereitungskosten je m³Kosten in € je m³1,80 €1,60 €1,40 €1,20 €1,00 €0,80 €0,60 €5 m3/h25 m3/h100 m3/h0,40 €0,20 €0,00 €10 100 1000 10000Schadstoffbelastung in µg/lFördermengeKonzentrationLCKW5 m 3 /h 25 m 3 /h 100 m 3 /h100 µg/l 1,13 € 0,34 € 0,26 €250 µg/l 1,14 € 0,35 € 0,27 €1.000 µg/l 1,24 € 0,45 € 0,37 €5.000 µg/l 1,88 € 1,09 € 1,01 €alle Kosten ohne MwSt. (netto)Abb. 5.2: Vergleichskennzahlen (€) zu Gesamtbetriebskosten pro m 3 Wasser für Anlagenauslegung Mehrschichtfilter ? Wasseraktivkohlefilter(Stand 2009)12

Abb.5.3: Verfahrensfließbild zu Vergleichskennzahlen für Anlagenauslegung „Mehrschichtfilter? Desorption ? Luftaktivkohle“2,20 €2,00 €Aufbereitungskosten je m³Kosten in € je m³1,80 €1,60 €1,40 €1,20 €1,00 €0,80 €0,60 €5 m3/h25 m3/h100 m3/h0,40 €0,20 €0,00 €10 100 1000 10000Schadstoffbelastung in µg/lFördermengeKonzentrationLCKW5 m 3 /h 25 m 3 /h 100 m 3 /h100 µg/l 1,51 € 0,41 € 0,15 €250 µg/l 1,52 € 0,42 € 0,16 €1.000 µg/l 1,58 € 0,49 € 0,23 €5.000 µg/l 1,88 € 0,89 € 0,63 €alle Kosten ohne MwSt. (netto)Abb. 5.4: Vergleichskennzahlen (€) zu Gesamtbetriebskosten pro m 3 Wasser für Anlagenauslegung„Mehrschichtfilter ? Desorption ? Luftaktivkohle“ (Stand 2009)13

Anlagenauslegung 1:Brunnenpumpen ? Mehrschichtfilter ? WasseraktivkohlefilterDie direkte Wasseraktivkohlefiltration kommtzumeist dann zu Einsatz, wenn die abzureinigendenStoffe hinreichend gut in der wässrigen Phasean der Aktivkohle adsorbieren (Ausnutzung derBeladungskapazität) bzw. eine Überführung in dieGasphase, bedingt durch die Stoffeigenschaftennicht möglich bzw. wirtschaftlich ist. Die Anlagenauslegungwird meist bei geringeren Fördermengengewählt. Auch kann der Wasserchemismus (z.B.Kalkgehalt) im Einzelfall die Anwendung der Desorption(Anlagenauslegung 2) unpraktikabel werdenlassen.Anlagenauslegung 2:Brunnenpumpen ? Mehrschichtfilter ? Desorption und LuftaktivkohleDie Desorption wird hingegen meist bei flüchtigenSubstanzen eingesetzt, da diese Stoffe bedingt durchIhre Flüchtigkeit, leicht in die Gasphase überführt werdenkönnen und Luftaktivkohle im Vergleich zur Wasseraktivkohleeine deutlich höhere Beladungkapazitäthat.Es gibt hinsichtlich der Schadstoffbelastung sowie demFördervolumenstrom keine allgemeingültigen Einsatzgrenzen,vielmehr ist standortspezifisch eine Einzelfallprüfungerforderlich, wobei das Hauptaugenmerk aufdem Vergleich der erreichbaren Aktivkohlebeladung fürdie Luft und die Wasserphase sowie die zusätzlichentechnischen Aufwendungen für den Prozessschritt derDesorption liegt.14

5.2 Detaillierte Prüfung der Sanierungsanlage – Stoffaustrag, Energiebedarf undBetriebskosten5.2.1 VorgehensweiseUnter Bezug auf das dargestellte Prüfkonzept (Kap. 3)sowie die Erfassung der bewertungsrelevanten Datengrundlage(Kap. 4) wird im Folgenden der Prüfansatzzur Beurteilung der Sanierungsanlage dargestellt. Dabeiliegt der Schwerpunkt auf:• dem Schadstoffaustrag und derSchadstoffsaustrageffizienz,• dem (Elektro-)Energiebedarf und derEnergieeffizienz,• sowie den notwendigen Betriebskosten sowieder Kosteneffizienz.Es ist anzumerken, dass in diesem Kapitel der Fokus aufdie Zustandsbewertung der Sanierungsmaßnahme zumgegenwärtigen Zeitpunkt gesetzt ist. Zu Beginn derMaßnahme gegebene Randbedingen und Kennwertedienen daher nur als Vergleichsmaßstab. Daher erfolgtan dieser Stelle bewusst keine Berücksichtigung derVerfahrensauswahl und eventueller Verfahrensalternativenfür den konkreten Standort. Ebenso wird bewusstauf die Berücksichtigung der Anfangsinvestition innerhalbder Kostenbewertung verzichtet.Zur Berechnung der Kennwerte sowie der zeitlichenParameterverläufe zur Beurteilung der Sanierungsanlagewurde ein MS-Excel-Dokument erstellt. (Anleitungund Darstellung siehe auch Anhang 2).5.2.2 AuswertungsschritteAustragseffizienzFür die Anlagenbeurteilung bilden die eingangs diesesAbschnitts genannten Schwerpunkte die Grundgliederungder Bewertungsmethodik. Somit ist der erste Prüfungsschrittdie Auswertung des Schadstoffaustragesund der Austragseffizienz. Dabei wird die Entwicklungder Austragsrate über die letzten Betriebsjahre ermitteltund der Grundwasserförderung gegenübergestellt. Fürdie Ermittlung der Austragsraten wird dabei auf dengängigen Berechnungsansatz auf Basis der Rohwasserbelastungim Anlagenzulauf (Mischwasserkonzentrationim Fall von mehreren Sanierungsbrunnen) und derGesamtfördermengen über definierte Zeitabschnittezurückgegriffen:M Schadst = C GW, t · Q GW, t · tmit:M Schadst ausgetragene Schadstoffmenge im Zeitabschnitt tC GW, tQ GW, ttSchadstoffgehalt des Grundwassers im Zeitabschnitt tFörderrate des Grundwassers im Zeitabschnitt tdefinierter Zeitraum der erfassten DatenDarüber hinaus erfolgt die Normierung der Austragsrate(g/m 3 ) auf das jeweils geförderte Grundwasservolumen,um somit direkt vergleichbare Kennzahlen zugenerieren.15

EnergieeffizienzDer zweite Prüfungsschritt ist die Auswertung desEnergiebedarfs der Anlage. Da erfahrungsgemäß nur inseltenen Fällen eine detaillierte Erfassung des Energieverbrauchsüber den gesamten Zeitraum des Sanierungsbetriebserfolgt, wird bewusst eine sehr vereinfachteForm der Erfassung des Energieverbrauchs zur Anwendunggebracht. Dabei wird auf Basis der Summe derNennleistung der maßgebenden Aggregate im Zusammenspielmit der Betriebsstundenzahl je Betriebsjahrder Jahresverbrauch als Pauschalwert ermittelt.Alternativ kann dies auch über den gemessen Energieverbrauchder Gesamtanlage über einen längeren definiertenZeitraum erfolgen, wobei in diesem Fall einegesonderte Berücksichtigung der Anlagenbetriebsstundenje Betriebsjahr nicht notwendig ist.Der so gewonnene Pauschalwert je Betriebsjahr stellteine hinreichend genaue Grundlage für die folgendenVergleichsbewertungen dar.Zur Bewertung der Energieeffizienz der Sanierungsanlagewird der vorgenannte Jahrespauschalbetrag auf diebisherigen Betriebsjahre als etwa konstant bleibendeGröße angenommen und gegen die Jahreswerte derGrundwasserförderung und des Schadstoffaustragsnormiert. Der so ermittelbare zeitliche Verlauf des spezifischenEnergiebedarfs (je m 3 gefördertem Grundwasserbzw. je kg ausgetragenem Schadstoff) zeigt denVerlauf der Effizienzänderung. Die zusätzlich ermitteltenKennwerte ermöglichen eine direkte Zustandsbewertung.KosteneffizienzDer dritte Prüfschritt ist die Auswertung der Betriebskosten.Hierzu erfolgt auf Basis der Eingabedaten dieZusammenstellung der einzelnen Betriebskosten, wobeiim Hinblick auf spätere Bewertungen eine möglichstdetaillierte Aufsplittung angestrebt wird, wenn die Ausgangsdatendies ermöglichen.Als Mindestanforderung steht hier die Ermittlung derGesamtbetriebskosten je Betriebsjahr, die – vergleichbarder Energieeffizienzbewertung im vorhergehendenTeilschritt – zur Betriebskosteneffizienzbewertungherangezogen wird. Dazu werden die jährlichen Gesamtbetriebskostengegen die jährliche Grundwasserförderungbzw. gegen den jährlichen Schadstoffaustragnormiert (Euro pro kg Schadstoff) und alszeitlicher Verlauf sowie als spezifische Kennwerte zurZustandsbewertung ermittelt.16

5.2.3 Beurteilungsgrundlagen1. Schadstoffausträge und der AustragseffizienzDie ermittelten Zeitreihen für den Schadstoffaustragsowie die Grundwasserförderung bilden eine wichtigeGrundlage für die Beurteilung der aktuellen Austragseffektivitätder Sanierungsmaßnahme.Da hydraulische Maßnahmen häufig dadurch gekennzeichnetsind, dass wegen der Tailing-Effekte (sieheKap. 6.1) zu Beginn ein starker Austrag gegeben ist, derrecht schnell nachlässt und zum Ende hin immerPhasePhasemehr abflacht, erscheint für die Bewertung des Austragszustandesdie Klassifizierung in 3 Austragsphasenpraktikabel.Die folgende Darstellung in Abbildung 5.5 zeigt eineprinzipielle Kurve des häufig anzutreffenden, durchTailing-Effekte beeinflussten Austragsverlaufes über dieZeit, wobei die Erfahrungen aus durchgeführten Projektenzeigen, dass der Kurvenverlauf oft sprunghafterausgebildet ist.AustragskurvePhaseZeitAbb. 5.5:Prinzipielle Darstellung des durch Tailing-Effekte beeinflussten Austragszustandes mit grober Einteilungin 3 Phasen (idealisierter Kurvenverlauf)Liegt im zu prüfenden Sanierungsfall eine hinreichendgroße und dichte Datenbasis über einen hinreichendlangen Zeitraum als Zeitreihe vor, so kann in der Excel-Auswerteroutine der Kurvenverlauf und damit derStatus des aktuellen Austragsverhaltens abgelesen werden,so dass eine Einordnung in die vorgenannten Phasenmöglich ist.Darüber hinaus kann bei konstanten Entnahmemengenund hinreichend dichter und gesicherter Datenbasis daszukünftige Austragsverhalten extrapoliert werden. Diegleichzeitig dargestellte Zeitreihe der Grundwasserförderungist dabei ein wichtiges Zusatzinstrument. Sozeigt eine relativ konstante Förderrate, dass die Veränderungenbei der Austragsrate tatsächlich auf eine Änderungder Austrageffizienz zurückzuführen sind, währendeine stark schwankende Förderrate die Ursache fürschwankende Austragsraten sein können (siehe Abbildung5.6).Bsp. für gleichbleibende Förderung – kaum Einfluss auf AustragAustragsmengeAustragsmengeGW-FörderungBsp. für nichtgleichbleibende Förderung –relevanter Einfluss auf AustragAustragskurveZeitAbb. 5.6:Prinzipielle Darstellung des zeitlichen Verlaufs der Entwicklung vonSchadstoffaustrags und Grundwasserförderung (idealisierter Kurvenverlauf)17

Bei deutlich geringerer Datendichte wird für eine grobePhasenzuordnung das Verhältnis der Austragsmenge imaktuellen definierten Zeitraum zur Austragsmenge imvorhergehenden definierten Zeitraum herangezogen(siehe Abbildung 5.5). Dabei ist jedoch zwingend zubeachten, dass Effekte durch starke Förderschwankungenausgeschlossen werden müssen. Unter der Vorraussetzungkonstant bleibender Fördermengen werden fürdie grobe Phasenzuordnung die in Tabelle 5.1 dargestelltenVerhältnisse der Austragsmengen angewendet,die aus Erfahrungswerten in der Praxis abgeleitet wurden.Bei den in Tabelle 5.1 dargestellten, zur groben Bewertungdienenden Orientierungswerten für die Austragsverhältnisseist zu beachten, dass durch möglicheSchwankungen bei den Austragsmengen eine „Punktbewertung“auf Basis von nur zwei zeitlich nebeneinanderliegenden Austragsmengen zu einer deutlichen Fehleinschätzungführen kann. Um die Belastbarkeit diesergroben Bewertung zu erhöhen, ist daher zu empfehlen,die Austragsverhältnisse von mindestens 3 bis 4 benachbartendefinierten Zeiträumen zu bestimmen undbei stärkeren Schwankungen der Verhältnisse die Einordnungüber das gemittelte Verhältnis daraus vorzunehmen.Tabelle 5.1: Übersicht der Kennzahlen zur Bewertung des Tailing-beeinflussten AustragszustandesAustragsphase Phase A Phase B Phase CKurvenabfallAustragsmenge t aktuell0,45 bis 0,65 0,65 – 0,85 0,85 bis 0,95Austragsmenge t vorhergehendIm zweiten Diagramm (vgl. Abbildung 5.7) wird derSchadstoffaustrag über die Zeit kumuliert dargestelltund dem spezifischen Schadstoffaustrag (kg je m 3 gefördertesGrundwasser) gegenübergestellt.Die kumulierte Austragskurve zeigt im Falleines linear steigenden Verlaufs einen effektivenSchadstoffaustrag mit konstanterEffizienz an. Ein Abflachen der kumuliertenKurve über den zeitlichen Verlauf (vgl.farblich markierten Bereich) ist hingegenein markantes Anzeichen für eine Reduktionder Austragseffektivität und damit fürdie Verschlechterung der Austragseffizienz.!18

kumulierte Schadstoffgesamtaustrag [kg]8007006005004003002001000Verlauf des Schadstoffaustrags (kumuliert)Verlauf des spezifischen Gesamtaustrags0 2 4 6 8 10 12 14 16 18Zeitschritt80706050403020100spezifischer Gesamtaustrag [kg/m³]Abb. 5.7:Beispieldarstellung für die Entwicklung des kumulierten Schadstoffaustrages im Vergleich zum spezifischenGesamtaustrag je m 3 (idealisierter Kurvenverlauf)0,0070,006Vergleich des spezifischen Gesamtaustragsspezifischer Gesamtaustrag [kg/m3]0,0050,0040,0030,0020,0010fallbezogeneAusgangsdimensionierungEin deutlicher Unterschied zwischen demtheoretischen Best-Wert und dem Startpunktder Sanierung indiziert eine deutlicheÜberdimensionierung der Sanierungsanlage,mit der Folge einer schlechten Energie-und Kosteneffizienz. Ein großer Unterschiedzwischen dem Sanierungsstartwertund dem aktuellen Zustand ist ein deutlicherBeleg für den Rückgang der Austragseffektivität.AnlagenauslegungSanierungsbeginnReduktion derEffizienzAktuellerZustandAnlagenspez. Best-Wert 1. Betriebsjahr aktuelles Betriebsjahr /ZeitschrittZeitpunktAbb. 5.8:Vergleichende Gegenüberstellung der Kennwerte zur ZustandsbewertungIm dritten Diagramm (vgl. Abbildung 5.8) ist der spezifischeSchadstoffaustrag vergleichend für den theoretischenBest-Wert (obere Auslegungsgrenze), für denStartpunkt der Sanierung sowie für den aktuellen Zustandaufgetragen.!19

2. Energiebedarf und EnergieeffizienzBei der Auswertung des Energiebedarfs sowie der Energieeffizienzwird der zeitliche Verlauf des auf dieGrundwasserförderung bzw. den Schadstoffaustragnormierten Energieverbrauchs vergleichend bewertet.Im ersten Diagramm der Excel-Auswerteroutine (vgl.Abbildung 5.9) wird diese Darstellung automatischbereitgestellt.Im zweiten Diagramm des Excel-Sheets sind vergleichenddie Kennwerte des spezifischen Energieverbrauchs(je m 3 bzw. je kg) für den theoretischen Best-Wert (obere Auslegungsgrenze), für den Startpunkt derSanierung sowie für den aktuellen Zustand aufgetragen.Eine Zunahme der Verlaufskurve für denEnergiebedarf je m 3 gefördertem Grundwasserzeigt dabei einen steigenden Förderaufwandan, der u. a. ein Indiz für einefortschreitende Verschlechterung der hydraulischenRandbedingungen (z. B. Verblockungder Brunnen und des Filterkieses)sein kann.Eine Zunahme der Verlaufskurve für denEnergiebedarf je kg ausgetragener Schadstoffindiziert hingegen eine anhaltendeVerschlechterung der Austragseffektivitätund damit eine schlechtere Energieeffizienz.!!spezifischerEnergieverbrauchje m 3bzw. je kgZunahme des spezifischen Energieverbrauchà geringere Energieeffizienzzeitlich etwa konstante GW-FörderungZeitAbb. 5.9:Vergleich des Energiebedarfs je m 3 im Vergleich zur Gesamtförderung (idealisierter Kurvenverlauf)Ein deutlicher Unterschied zwischen demtheoretischen Best-Wert und dem Startpunktder Sanierung ist ein Anzeichen füreine deutliche Überdimensionierung derSanierungsanlage und die daraus folgendeschlechtere Energieeffizienz.!Ein starker Unterschied zwischen demSanierungsstartwert und dem aktuellenZustand ist ein deutlicher Beleg für denRückgang der Austragseffektivität.!Eine vergleichende Darstellung beider Kennwerte ist indiesem Zusammenhang wichtig, da die Relevanz derFördermenge zum Austrag und zum Energieverbrauchvon Fall zu Fall sehr verschieden ist.20

3. KosteneffizienzBei der Auswertung der Betriebskosten und der Kosteneffizienzwird – ähnlich wie bei der Energiebetrachtung– der zeitliche Verlauf der auf die Grundwasseför-derung bzw. den Schadstoffaustrag normierten Betriebskostenvergleichend bewertet. Im ersten Diagrammder Excel-Auswerteroutine (vgl. Abbildung5.10) wird diese Grafik dargestellt.spezif.BetriebskostenKosten je kgdeutliche Verschlechterungder BetriebskosteneffizienzOptimierung desFörderregimesempfehlenswertKosten je m 3ZeitAbb. 5.10:Vergleich der spezifischen Betriebskosten mit Bezug zum abgereinigten Grundwasservolumen und zur ausgetragenenSchadstoffmenge (idealisierter Kurvenverlauf)Eine Zunahme der Verlaufskurve für diespezifischen Betriebskosten je m 3 gefördertemGrundwasser zeigt dabei einen steigendenFörderaufwand an, der in diesem Fallein direktes Indiz für eine Verschlechterungder Fördereffizienz ist. Dies wird umsodeutlicher, je höher der Anteil des Stromverbrauchsan den Gesamtbetriebskostenausfällt.Eine Zunahme der Verlaufskurve für diespezifischen Betriebskosten je kg ausgetragenerSchadstoff indiziert hingegen eineanhaltende Verschlechterung der Austragseffektivitätund damit eine schlechtereKosteneffizienz..Zeigt die €/m 3 – Kurve im Vergleich zur€/kg – Kurve einen deutlich stärkeren Anstieg,so ist dies ein Hinweis darauf, dass derOptimierungsansatz in erster Linie bei derMobilisierung der Schadstoffe sowie derOptimierung des Förderregimes zu suchenist.!!!In einem weiteren Diagramm des Excel-Sheets sindvergleichend die Kennwerte der spezifischen Betriebskosten(je m 3 bzw. je kg) für den theoretischen Best-Case (obere Auslegungsgrenze), für das erste Betriebsjahrder Sanierung sowie für den aktuellen Zustandaufgetragen.Ein deutlicher Unterschied zwischen demtheoretischen Best-Case und dem Startpunktder Sanierung ist ein Anzeichen füreine deutliche Überdimensionierung derSanierungsanlage und damit ein Indiz füreine bereits zu Beginn der Maßnahme gegebeneschlechtere Kostenwirksamkeit.Ein starker Unterschied zwischen demSanierungsstartwert und dem aktuellenZustand ist ein deutliches Indiz für denRückgang der Austragseffektivität.!!Eine vergleichende Darstellung beider Kennwerte ist indiesem Zusammenhang wichtig, da die Relevanz derFördermenge zum Austrag und zu den Betriebskostenvon Fall zu Fall sehr verschieden ist.21

6 Gesamtlaufzeit und Kosten6.1 GrundlagenDer Prozess der Schadstofffreisetzung aus der Schadstoffquellein das Grundwasser wird hauptsächlichüber die chemische Löslichkeit der LCKW gesteuert.Die chemische Lösung der Schadstoffe findet an derOberfläche der LCKW statt, die entweder als Tropfenim Korngerüst (blobs), als benetzende Phase des Bodenkorns,als so genannte vertikale Phasenfinger(Ganglien) oder sogar als zusammenhängende Schadstoffphase(Pool) vorkommen können (Abb. 6.1).Der Schadstoffaustrag der theoretischen Austragskurvebleibt bei einer homogenen Schicht lange Zeit auf hohemNiveau, um dann relativ abrupt bis unterhalb desSanierungsziels abzufallen. Bei Mehrschichtsystemensind mehrere theoretische Kurvenverläufe in Abhängigkeitder Schichtung möglich. Eine Auswahl vonKurvenverläufen ist in den nachfolgenden Abbildungen6.3 bis 6.6 dargestellt.Abb. 6.1:Lösung der LCKW im Kontaktbereich LCKW-/WasserphaseBei einer idealisierten Pump-and-Treat-Sanierungin einem homogenen Aquifer würde die Schadstoffquelleso lange gezielt durchströmt, bis alleLCKW ausgewaschen sind. Eine theoretischeSchadstoffaustragskurve ist in Abbildung 6.2 dargestellt.Abb. 6.2Theoretische Austragskurve bei Pump-and-Treat-SanierungAbb. 6.3Theoretische Schadstoffaustragskurve beihomogenem Sand-Kies22

Bei einem mehrschichtigen gut durchlässigen Sand-oder Kiesaquifer würde sich statt einer einstufigen(Abb. 6.3), eine mehrstufige Kurve ergeben (Abb. 6.4).würde sich nach anfänglich abgestuftem Kurvenverlaufein sehr langsamer Schadstoffaustrag anschließen. EinenEindruck über die Zeitdauer der Abreinigung einerverunreinigten Schlufflinse gibt Abbildung 6.5.Abb. 6.4: Theoretische Schadstoffaustragskurve bei geschichtetemSand-KiesAbb. 6.5:Theoretische Austragskurve (diffusionsgesteuert)bei Sand-Kies mit Schluff-FeinsandlinsenWenn sich jedoch Schlufflinsen im Schadensherd befinden,die mit LCKW verunreinigt sind, ist die Schadstoffabreicherungnicht lösungs- sondern diffusiongesteuert.In der theoretischen AustragskurveEine solche Situation kann in Abhängigkeit der vereinbartenSanierungsziele eine Pump-and-Treat-Maßnahmeunwirtschaftlich werden lassen. Ebenso unwirtschaftlichist meist die Sanierung von größeren Schadstoffphasen,die sich auf undurchlässigere Schichten23

gesammelt haben. Bei einer Phasendicke von mehrerenZentimetern und einer relativ langsamen chemischenLösung an der Oberfläche des Pools ist eine Sanierungin absehbarer Zeit nicht möglich (Abbildung 6.6).Die vorgenannten theoretischen Schadstoffaustragskurvenwerden zu Beginn und nach Abschalten derPump-and-Treat-Maßnahme von so genannten Tailing-und Rebound-Effekten überlagert (siehe Abb.6.7). Tailing bezeichnet dabei die Auslängung der Austragskurve,Rebound den Wiederanstieg der Konzentrationennach Abschalten der Förderbrunnen. DieseEffekte können einen anfänglich erfolgreichen Sannierungsverlaufund eine starke Abreinigung desGrundwassers vortäuschen, sind aber auf die Veränderungder Standortbedingungen durch den Pumpbetriebzurückzuführen.Abb. 6.7:Überlagerung der theoretischen Austragskurve mitTailing-und Rebound-EffektenDie wesentlichen Tailing und Rebound-Effekte sindnachfolgend kurz beschrieben:1. Erhöhung der FließgeschwindigkeitDurch die Erhöhung der Fließgeschwindigkeit wird dieKontaktzeit zwischen dem Schadstoff am Bodenkornund dem vorbei fließenden Wasser sowie die zum Erreicheneines Lösungsgleichgewichts erforderliche Zeitverringert (Abbildung 6.8).Vereinfacht gesagt: "Je stärker gepumpt wird, destogeringer ist die Aufnahmekapazität des Wassers für dieSchadstoffe"Abb. 6.6: Theoretische Austragskurve mit Produktphase(NAPL)Abb. 6.8:Tailing und Rebound –Variable Schadstoffaufnahmein Abhängigkeit der Fließgeschwindigkeit24

2. VerdünnungIst die Entnahmebreite und –tiefe größer als die Schadstoffquelle,wird das im Brunnen ankommende Wasserstark verdünnt (Abb. 6.9).4. Retardation/AdsorptionUnter Retardation wird der zeitverzögerte Schadstofftransportim Grundwasser von der Schadstoffquellezum Entnahmebrunnen verstanden. Die Retardationist maßgeblich abhängig z. B. vom Anteil des organischenKohlenstoffs im Korngerüst, an dem die Schadstoffeadsorbiert werden. Auch Entfernungen von derSchadstoffquelle bis zum Entnahmebrunnen könnenzu einem zeitverzögerten Eintreffen der Schadstoffebeim Brunnen und zu einem längeren Nachlauf nachAbschalten der Brunnen führen (Abb. 6.11).Abb. 6.9:Tailing und Rebound - Verdünnung im Pumpand-Treat-Betrieb3. Unterschiedliche Fließgeschwindigkeitenzum FörderbrunnenDurch die Grundwasserentnahme bildet sich ein Absenktrichtermit unterschiedlichen Fließgeschwindigkeiten(siehe Abbildung 6.10) aus. Die Wasserpartikelaus der gleichen Distanz kommen somit zu unterschiedlichenZeiten am Brunnen an.Abb. 6.11: Tailing und Rebound – Adsorption und Desorptionam Bodenkorn5. AbsenktrichterLiegt der Entnahmebrunnen innerhalb des Schadensherdesfällt der Bereich des Absenktrichters trocken(siehe Abbildung 6.12) und wird nicht mehr vomGrundwasser durchströmt. Nach Abschalten der Pumpenbei der Beendigung der Maßnahme wird derschadstoffbelastete, trockengefallene Bereich wiedervon Grundwasser erfüllt und schadstoffbelastetesGrundwasser strömt ab.Abb. 6.10: Tailing und Rebound –Variierende Fließgeschwindigkeiten imPump-and-Treat-BetriebAbb. 6.12: Tailing und Rebound – Residualbelastungen imAbsenktrichter25

6. DiffusionDie LCKW können in Ton- oder Schluffschichteneindringen. Innerhalb der Ton- oder Schluffschichtenfindet nur eine untergeordnete Grundwasserzirkulationstatt. Eine Abreicherung der LCKW erfolg hierhauptsächlich über die Diffusion (siehe Abb. 6.13).Abb. 6.13:Tailing und Rebound – Diffusion von LHKW(TCE) aus einer Lehmschicht unterschiedlicherMächtigkeiten (NRC 1994)6.2 Abschätzung der Gesamtlaufzeitund –kostenMit einer Dekontamination sollen die Schadstoffe inder Quelle beseitigt oder vermindert werden. Dies setztvoraus, dass die Beseitigung in einer absehbaren Zeitauch möglich ist. Eine solche absehbare Zeit ist vomGesetzgeber allerdings nicht definiert. Somit gibt eseine Grauzone, in der nicht genau zwischen Dekontaminations-und Sicherungsmaßnahmen unterschiedenwerden kann. Deshalb ist es sinnvoll zur Überprüfungder Wirksamkeit von Pump-and-Treat-Maßnahmendie über die Gesamtlaufzeit anfallenden Kosten abzuschätzen.Eingangsgrößen für diese Kostenschätzung sind:1. Gesamtlaufzeit der Sanierung (in der Zukunft!)2. Jährliche Betriebskosten (in der Zukunft!)Die Berechnung der Gesamtlaufzeit erfolgt mit einemstark vereinfachten standardisierten Verfahren, mitdem es möglich ist, auch bei Unkenntnis von einigenEingangsparametern nach gutachterlichem ErmessenSensitivitätsanalysen durchzuführen.Die Berechnung der Gesamtlaufzeit beruht nicht aufeinem Modell, das im Detail versucht die tatsächlichen,natürlichen Prozesse von der Schadstoffquelle über denGrundwasserpfad bis in den Brunnen hinein abzubilden,sondern auf Abschätzungen auf Grundlage vonmeist vorhandenen Kenntnissen über den Schadensherdund den Grundwasserpfad. Die natürlichen Prozesseim Mikrokosmos des Schadensherdes (siehe Abb.6.14) und die Tailing-Prozesse werden dabei jeweils als"Black-Box" definiert und lediglich das Ergebnis derProzesse in der jeweiligen "Black-Box" berücksichtigt.Abbildung 6.15 zeigt das Prinzip der Berechnung.Abb. 6.14: Mikrokosmos eines SchadensherdesAbb. 6.15Schema zur Berechnung derGesamtlaufzeit der Sanierung26

Der Untergrund wird in Schichten unterschiedlicherDurchlässigkeiten eingeteilt. Wasser durchströmt dieSchadstoffquelle, bei der das schichtbezogene Schadstoffpotenzial(= schichtbezogene Schadstoffmenge)abgeschätzt werden muss. Durch Lösungsprozesse (="Black-Box") strömt in Abhängigkeit der Schadstofverteilungoder Durchlässigkeit schadstoffbelastetesGrundwasser ab, dessen Konzentration schichtbezogenvariiert.Durch Tailing-Effekte (= "Black-Box") während derPump-and-Treat-Maßnahme erfolgt eine Reduzierungder Konzentrationen. Der Brunnen selbst erfasstschließlich diese schichtbezogenen differierendenFrachten (unterschiedliche Mengen und Konzentrationen),die im Brunnen wieder gemischt werden. Ausgehendvon diesem einfachen Modell kann die Gesamtlaufzeitder Maßnahme abgeschätzt werden.Eine wesentliche für die Berechnung notwendige Informationist neben der Kenntnis der unterschiedlichenDurchlässigkeiten des Untergrundes das Schadstoffpotentialim Verunreinigungsherd (Quelle) unddessen Verteilung zur Tiefe. Diese Information ist inden seltensten Fällen bekannt und muss abgeschätztwerden. Meistens kennt man aber die Tiefe der Schadstoffverunreinigungund die unterschiedlichen Durchlässigkeitender Schichten. Vereinfacht können danngedanklich die LCKW über eine zu definierende Eintragsfläche(im kleinsten Fall 1 m 2 ) von oben in denUntergrund versickert werden. In Abhängigkeit derDurchlässigkeiten wird eine Residualsättigung angesetzt,die multipliziert mit dem Schichtvolumen unterhalbder Versickerungsfläche die schichtbezogeneSchadstoffmenge definiert (Abbildung 6.16).Residualsättigung Perchlorethen/Trichlorethen(LUBW-Literaturverweis)kf = 1 x 10 -2 m/s ? 5 l/m 3= 1 x 10 -3 m/s ? 20 l/m 3= 1 x 10 -4 m/s ? 50 l/m 3Vereinfacht kann bei Per- und Trichlorethen von einerDichte 1,5 g/cm 3 ausgegangen werden.Zum Bewertungsstichtag, der häufig Jahrzehnte nachdem Eintrag liegt, werden die vor der Sanierung unddurch die laufende Sanierung entfernten Schadstoffmengenabgezogen und die noch verbliebene Restmengeim Schadensherd berechnet.Die oben beschriebene Vorgehensweise kann bei bekanntenSchadstoffverteilungen oder bei bekanntenEintragsmengen kalibriert bzw. verfeinert werden.Die Prognose in die Zukunft (siehe Abbildung 6.17)erfolgt mit einem schichtbezogenen Dreisatz, der letztlichdie in Kapitel 6.1 dargestellten theoretischen Austragskurvenberechnet (siehe Abbildung 6.18).Abb. 6.16:Schema zur Abschätzungder Schadstoffmenge imVerunreinigungsherd (Quelle)27

Mit der Kenntnis der Tiefenverteilung der Konzentrationenund der in den Brunnen eintretenden Wassermengen("Produktivität") kann mit diesem schichtbezogenenAnsatz die Zeitdauer der Auslaugung derSchadstoffquelle errechnet werden. Wichtig ist dabeidie Kenntnis der Konzentrationsverteilung im Brunnenund nicht unmittelbar in oder hinter der Schadstoffquelle,weil die Konzentrationen im Brunnen dieTailing-Effekte beinhalten.Im Rahmen der Erstellung dieser Handlungshilfe wurdeein Excel-Sheet zur Abschätzung der Sanierungsgesamtlaufzeiterstellt. Die Verwendung des Excel-Sheetsentbindet jedoch nicht von der sorgfältigen gutachterlichenBearbeitung jedes Einzelfalls.HINWEISFalls Informationen zu in den Entnahmebrunneneintretenden tiefenzoniertenSchadstofffrachten fehlen, können dieseInformationen mit einem überschaubarenAufwand mit Flow-Meter-Messungen undeiner horizontierten Probenahme erhobenwerden.Zur Feststellung möglicher Phasen gibt esunterschiedliche Methoden (z. B. direktpush-Sondierungen).Entsprechende Erkundungsmethodensind in den Schriftendes altlastenforum Baden-Württembergund in den Veröffentlichungen des ForschungsprojektesKORA beschrieben.!Abb. 6.18:Schadstofffrachten in geschichtetem Aquifer undresultierende theoretische AustragskurveAn die Berechnung der Gesamtlaufzeit, eventuell mitworst- und best-case-Annahmen, schließt sich die Berechnungder Gesamtkosten an. Die Gesamtkostenberechnen sich als Kostenbarwert nach den Leitlinienzur Durchführung dynamischer Kostenvergleichsrechnungender LAWA (Literaturzitat) und werden alsKostenbarwert einer progressiv jährlich steigendenKostenreihe ausgewiesen. Mit dieser Methode wird einfiktiver Geldbetrag errechnet, der zum jetzigen Zeitpunktzur Verfügung gestellt wird, jährlich Zinsenabwirft und von dem bis zum Ende der Gesamtlaufzeitdie Betriebskosten abgezogen werden.Abb. 6.17:Schema zur Abschätzung derGesamtlaufzeit der Sanierung28

Als durchschnittliche, langfristige Faktoren werden einePreissteigerung von 2 % und ein inflationsbereinigterZinssatz von 3 % vorgeschlagen. In der nachfolgendenTabelle sind für diese Annahme Diskontierungsfaktorenfür unterschiedliche Zeitdauern dargestellt. DieBerechnung des Kostenbarwertes erfolgtnach folgender Formel:Kostenbarwert =Diskontierungsfaktor x jährl. BetriebskostenWichtig ist bei der Angabe der Kosten immer, ob Netto-oder Bruttobeträge angegeben sind.Zinszeitraumnin JahrenDiskontierungsfaktorZinszeitraumnin JahrenDiskontierungsfaktorZinszeitraumnin JahrenDiskontierungsfaktor1 0,99029 23 20,5018 46 36,88282 1,97097 24 21,2931 47 37,51503 2,94212 25 22,0766 48 38,14114 3,90385 26 22,8526 49 38,76115 4,85624 27 23,6210 50 39,37506 5,79938 28 24,3820 55 42,35667 6,73337 29 25,1355 60 45,19638 7,65829 30 25,8818 65 47,90079 8,57423 31 26,6208 70 50,476410 9,48127 32 27,3526 75 52,929411 10,3795 33 28,0774 80 55,265712 11,2690 34 28,7951 85 57,490712 11,2690 35 29,5058 90 59,609813 12,1499 36 30,2096 95 61,628014 13,0223 37 30,9066 100 63,550115 13,8861 38 31,596816 14,7416 39 32,280417 15,5888 40 32,957318 16,4277 41 33,627619 17,2585 42 34,291420 18,0812 43 34,948821 18,8960 44 35,599722 19,7028 45 36,244429

6.3 BeurteilungFehlende DatenSollte sich während der Bearbeitung herausstellen, dassdie vereinfachte Abschätzung der Gesamtlaufzeit nichtmöglich ist, weil z. B. Daten über die Durchlässigkeitsverteilung,die Konzentrationsverteilung, o. ä. fehlen, soergibt sich daraus der weitere Handlungsbedarf dieseGrundlagen zu erheben.Phase vorhandenEbenso kann bei der begründeten Annahme einesSchadstoffpools bzw. des Vorhandenseins von Schadstoffenin Schluff-, Ton- oder organischen Schichtendie Berechnung abgebrochen werden. In diesen Fällenist eine Dekontamination mit Pump-and-Treat meistnicht sinnvoll. Unter Umständen muss mit komplexerenUntersuchungsmethoden und Berechnungen geprüftwerden, ob in diesen Schichten vorhandene Phasenmit derzeitig verfügbaren Techniken sanierbar sind.Gesamtlaufzeit größer 25 Jahre oderGesamtkosten größer 1 Million EuroWenn bei erfolgreicher und plausibler Berechnung derGesamtlaufzeit und –kosten die Gesamtlaufzeit bis zumErreichen des Sanierungsziels mehr als 25 Jahre und dieGesamtkosten mehr als 1 Mio. € (netto) betragen, so istzu prüfen, ob es günstigere Sanierungsverfahren gibt,die eventuell zum Beginn der Pump-and-Treat-Maßnahmen noch nicht entwickelt waren.Prüfung der Verhältnismäßigkeit desSanierungsziels (Übermaßverbot)Nach der rechtlichen Definition ist ein Handeln verhältnismäßig,wenn die folgenden Kriterien erfüllt sind:1. Geeignetheit: Durch eine Maßnahme kann dergewünschte Erfolg erreicht werden.2. Erforderlichkeit: Es gibt keine alternativen, wenigerbelastende Maßnahmen, um den gleichen Erfolg zuerreichen.3. Angemessenheit: Herbeigeführte Nachteile derMaßnahme sind nicht deutlich größer, als die Nachteile,die durch sie abgewendet werden sollen.In Verbindung mit den in der Handlungshilfe beschriebenenAuswertungen können das 1. Kriterium „Geeignetheit“und das 2. Kriterium „Erforderlichkeit“ gutachterlichbeurteilt werden.Um das 3. Kriterium „Angemessenheit“ einer Sanierungprüfen zu können, ist es gegebenenfalls erforderlichdurch die Variation von Sanierungszielen zu prüfen,inwieweit sich diese auf die Gesamtlaufzeit und dieGesamtkosten der Sanierung auswirken. Wenn keinealternativen, besser geeigneten Verfahren zur Verfügungstehen, kann im Rahmen des behördlichen Ermessensim Einzelfall das Sanierungsziel angepasst werden. DieseAnpassung kann erfolgen, wenn ein deutlich erkennbaresÜbergewicht der Nachteile der Sanierung im Vergleichzu den Nachteilen, die abgewendet werden sollen,existiert. Die Nachteile, die abgewendet werden sollensind bei einer Altlastensanierung meist die Größenordnungender existierenden Gefahr oder die Schädigungeines öffentlich–rechtlichen Schutzgutes. EntsprechendeRegelungen oder Empfehlungen für den behördlichenVollzug sind dabei zu beachten. (siehe auch Anmerkungenim Kapitel 7)30

7 GesamtbewertungSanierungszielEs wird vorgeschlagen, im Hinblick auf eine ökonomischund ökologisch sinnvolle Sanierung bei schonlang andauernden Maßnahmen zu überprüfen, ob dasdamals vereinbarte Sanierungsziel nach heutigen Erkenntnissenund nach den Erfahrungen aus dem Projektmit verhältnismäßigem Aufwand erreichbar ist(siehe auch Kapitel 6.3). Dabei ist zu prüfen, ob die indem Leitfaden „Untersuchungsstrategie Grundwasser“(Landesanstalt für Umwelt, Messungen und Naturschutz;Heft Altlasten und Grundwasserschadensfälle,Nr. 42 vom September 2008) genannten Entscheidungskriterienzur Festlegung von Sanierungszielenberücksichtigt worden sind (Stichworte: Emissionsbegrenzung,Nutzungswürdigkeit von Geringleitern).Bei der Prüfung der Sanierungsziele sollten folgendeAspekte berücksichtigt werden:1) Bei Sicherungen, die energetisch auch zu Kühl- oderHeizzwecken genutzt werden, sollte die positive Ökobilanzbei der Gesamtbewertung berücksichtigt werden.2) Bei einigen Fällen kann selbst bei ineffizienten Dekontaminationsmaßnahmeneine Sicherung weitersinnvoll sein.3) Grundsätzlich ist der Zeithorizont für das Einhaltenvon Sanierungszielen nicht maßgebend, so lange dasSchutzgut durch die laufende Sanierung geschützt ist.Anlagenauslegung und BetriebskostenHinsichtlich der Gesamtbeurteilung der Sanierungsmaßnamegeben die im vorhergehenden Kapitel beschriebenenAuswertungen der Zeitreihen und derspezifischen Kennwerte einen kompakten Überblicküber den aktuellen Zustand der laufenden Maßnahme.Insbesondere der „interne Eigenvergleich“ der Maßnahmemit dem theoretischen Auslegungs-Optimumund dem Start zeigt schnell und belastbar an, ob nochein effektiver Schadstoffaustrag gegeben ist oder obhinsichtlich der Aufwendungen (Energie, Kosten) einOptimierungsbedarf besteht.Darüber hinaus bilden die normierten Kennwerte einbelastbares Vergleichsmaß für Sanierungsmaßnahmenmit ähnlichem Randbedingen.Zusätzlich dazu ist eine Einzelbewertung der Maßnahmeerforderlich, wobei schwerpunktmäßig die folgendenAspekte berücksichtigt werden sollen:1.) Ausfallzeiten der AnlageDiese führen zu deutlich schlechteren Austragsraten,wodurch die Maßnahme im ersten Moment ineffektivarbeitet. Mit der Beseitigung kann eine erneute Bewertungein deutlich anderes Bild liefern. Daher ist unbedingtzu prüfen ob durch ‚gemittelte’ Datenerfassungenund Eingabedaten die in der Realität vorhandenen Ausfallzeitenim nennenswerten Umfang überblendet werden.2.) Art des eingesetzten VerfahrensJe nach Verfahren sind unterschiedlich hohe spezifischeEnergieaufwendungen erforderlich. Während bei einereinfachen Nassaktivkohleadsorption der Energieaufwandim Wesentlichen nur durch die Pumpenleistungenmaßgebend beeinflusst wird, ist der spezifischeAnteil bei Strippanlagen oder z. T. Oxidationsanlagen(UV) deutlich höher. Hierbei spielen insbesondereNebenaggregate wie Gebläse, Heizregister, UV-Lampenoder gar Kat-Ox-Anlagen eine maßgebende Rolle.Weiterhin sind die Verbrauchsmittel (z. B. Aktivkohle,Dosierchemikalien der Reinigungsanlage, usw.) auf derKostenseite wichtig. So können z. B. hohe spezifischeBetriebskosten bei trotzdem gleichzeitig hohem undeffizienten Schadstoffaustrag ein Indiz für ein im Einzelfallungünstiges Verfahren darstellen (z. B. Kat-Oxvs. Aktivkohle).3.) Standortspezifische BesonderheitenZusätzlich zu den vorgenannten Aspekten könnenörtliche Randbedingen einen erheblichen Einfluss aufdas Bewertungsergebnis haben. So können z. B. hydrochemischeRandbedingungen Vorbehandlungsstufenerfordern (Entsäuerung, Enteisenung, Entmanganung,31

Chemikaliendosierung, usw.). Auch diese haben hinsichtlichder Kosten – und Energieeffizienz einen großensystematischen Einfluss.Da für diese Aspekte kein geeigneter einheitlicher Bewertungsmaßstabableitbar ist, muss deren Einfluss imEinzelnen verbal-argumentativ in die Bewertung miteinbezogen werden.Gesamtlaufzeit und -kostenFür die Beurteilung der Kostenseite und der Gesamtlaufzeitsind das Quellverhalten im Schadenszentrumsowie der zu erreichende Sanierungszielwert von Bedeutung.Die als Bewertungsgrößenordnung ermitteltenBetriebskosten je Betriebsjahr geben hier eine Kalkulationsgrundlage.Für die Gesamtkosten ist jedoch weiterhin die Ableitungder noch zu erwartenden Restlaufzeit auf Basis desQuellverhaltens unbedingt erforderlich. Nur so kanneine belastbare Entscheidungsgrundlage für Anpassungen/ Optimierungen oder gar Sanierungsumstellungenauf andere Verfahren erzielt werden.Grundsätzlich gilt: Bei einer prognostizierten Restlaufzeitder Sanierung von mehr als 25 Jahren oder prognostiziertenGesamtkosten von über 1 Mio. € (netto)ergibt sich das Erfordernis weiterer, detaillierter Überprüfungender Maßnahmen.SanierungskonzeptionNeben den vorgenannten Beurteilungsansätzen ist eineBewertung alternativer Methoden der Sanierungskonzeption,insbesondere im Hinblick auf die hydraulischeErschließung und das Freisetzungsverhalten der Schadensquellenotwendig. Auf Basis des Bewertungsschemasfür die Schadstoffquelle und der daraus erhaltenenResultate ist die konzeptionelle Umstellung der Förderung/ Schadstofferschließung zu prüfen. Dabei kann• die Errichtung neuer Sanierungsbrunnen an anderenStandorten,• die Anpassung des hydraulischen Förderregimesals auch,• der Einsatz von Hilfsmitteln (z. B. Tenside als Lösungsvermittler)hilfreich sein. Im planerischen Ergebnis einer solchenPrüfung ist die Maßnahme erneut hinsichtlich der möglichenAustragseffektivität, der Energie- und Kosteneffizienzsowie der zu erwartenden Gesamtlaufzeit zubewerten, bevor weitere Optimierungen oder Umstellungenerfolgen.Die Durchführung von regelmäßigen Sanierungsauditsbei größeren Sanierungsmaßnahmen ist auch aus wirtschaftlichenGründen notwendig.Gerade bei Sanierungsmaßnahmen, die hinsichtlich derabsoluten Schadstoffgehalte kurz oberhalb des Sanierungszielwertesstagnieren, kann trotz konstantemSchadstoffaustrag ein ergänzender konzeptionell andererSanierungsansatz hilfreich sein.Weiterhin sind gerade bei lang laufenden Maßnahmendie „eingefahrenen Wege“ im Hinblick auf die Kostenfür Beprobungen und Analytik, die ÜberwachungsundWartungshäufigkeit überprüfungswürdig.Da auch hier wiederum kein geeigneter einheitlicherBewertungsmaßstab ableitbar ist, ist eine Einzelfallprüfungunter Würdigung der Angemessenheit von Fall zuFall erforderlich.32