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A-3.2.2.2 Sicherungsverfahren

1 Grundbauliche Verfahren

Oberflächenabdichtung

Bei einer oberen Abdeckung handelt es sich um ein Sicherungsbauwerk, das auf die Oberfläche einer Altlast aufgebracht wird. Nach der Herstellung muss dieses Bauwerk betrieben bzw. unterhalten und seine Wirksamkeit überwacht werden.

Abb. A-3.2-7: Systemaufbau Oberflächenabdichtung

Aus der Aufgabe, Emissionspfade dauerhaft zu unterbrechen und ggf. eine Nutzung auf der Oberfläche zu ermöglichen, ergeben sich im Einzelnen die folgenden Anforderungen an das Abdeckungssystem bzw. die einzelnen Komponenten:

  • Sperrfunktion: z. B. dicht gegen Niederschläge, gasdicht
  • Dauerhaftigkeit: z. B. beständig gegen biologische, physikalische und chemische Einflüsse
  • Nutzung: z. B. Herstellbarkeit einer geeigneten Nutzungsoberfläche

Aus der erforderlichen Funktion und den zugehörigen Anforderungen lässt sich ein prinzipieller Aufbau einer oberen Abdeckung ableiten, der der Abb. A-3.2-7 zu entnehmen ist.

Besondere Bedeutung kommt dabei der Dichtungsschicht zu. Als Komponenten für Dichtungsschichten kommen verschiedene Materialien zum Einsatz, die in drei Gruppen eingeteilt werden können: Kunststoffmaterialien (z. B. Kunststoffdichtungsbahn), mineralische Dichtstoffe und geosynthetisch-mineralische Materialien. Verschiedene Kombinationen dieser einzelnen Materialien führen zu technisch anspruchsvollen Dichtungssystemen.


Vertikalabdichtung

Eine vertikale Abdichtung (Dichtwand) ist ein Sicherungsbauwerk, das in den Untergrund im Bereich einer Altlast eingebracht wird und in der Regel durch hydraulische Maßnahmen (Grundwasserabsenkung) ergänzt wird. Nach der Herstellung muss dieses Bauwerk bezüglich seiner Wirksamkeit überwacht werden.

Aus der Aufgabe, Emissionspfade dauerhaft zu unterbrechen, ergeben sich im Einzelnen die folgenden Anforderungen an das Dichtwandsystem:

  • Sperrfunktion: z. B. Undurchlässigkeit gegenüber (kontaminiertem) Grundwasser bzw. Luft (Gas)
  • Dauerhaftigkeit: z. B. Beständigkeit gegenüber chemischen und mechanischen Beanspruchungen, Kontrollierbarkeit und Reparierbarkeit

Die folgende Abb. A-3.2-8 gibt einen Überblick über die verschiedenen Bauverfahren zur Herstellung der Dichtwand.

Abb. A-3.2-8: Überblick über Dichtwandsysteme


Nachträgliche Basisabdichtung

Durch Verdrängung von Bodenmaterial an der Basis einer Altablagerung und Einbau von Dichtungsmaterialien oder durch Verfüllung des vorhandenen Porenraums mittels Injektionen kann nachträglich eine Basisabdichtung hergestellt werden. Aufgrund der hohen anfallenden Kosten (um 1.000 Euro/m²) werden folgende Verfahren nur sehr selten eingesetzt:


Weichgelinjektion

Bei der Weichgelinjektion wird als Injektionsmittel Wasserglas benutzt. Dieses Material härtet im Boden nur bis zu einer gelartigen Konsistenz aus.


Bergmännische Unterfahrung

Bei der Bergmännischen Unterfahrung werden durchgehende Hohlräume im Deponieuntergrund mit Bauverfahren des Bergbaus und Tunnelbaus hergestellt. Diese Hohlräume, bei deren Herstellung in den Ablagerungskörper nicht eingegriffen wird, werden anschließend mit dichtendem Material (z. T. durch Vermischung mit dem Ausbruch) wiederverfüllt. Aufgrund der Schwierigkeiten bei der Arbeit in möglicherweise kontaminiertem Material unter einer Altablagerung und der Notwendigkeit, das Gefüge der überlagernden Schichten möglichst nicht durch Setzungen zu stören, sind diese Verfahren bisher nicht für die Sicherung von Altlasten eingesetzt worden.

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2 Immobilisierung

Ex-Situ-Immobilisierung

Immobilisierung ist der Sammelbegriff für Verfahren, die durch chemische oder physikalische Vorgänge Schadstoffe in Böden oder Abfällen so einbinden bzw. verfestigen, dass ihre Mobilität gehemmt und damit eine mögliche Emission verhindert wird. Die Kontaminanten werden durch zugeführte Stoffe in stabilere bzw. unlösliche Verbindungen überführt und/oder fest in die Boden- oder Abfallmatrix eingebunden (physikalische Barriere). Es findet keine Eliminierung der Schadstoffe statt.

Immobilisierungsmaßnahmen erfolgen überwiegend on-site oder off-site in mobilen oder stationären Anlagen (s. auch in-situ-Immobilisierung). Die Arbeitsschritte dabei sind:

  • Auskofferung des Materials,
  • evtl. Abtransport,
  • Vermischung mit Bindemitteln und/oder chemischen Zusätzen,
  • sofortiger Einbau z. B. am Entnahmeort.


Verschiedene Verfahren der Schadstoffbindung sind möglich:

  • Fixierung: Chemischer Einbau (Schadstoffe werden in die Matrix neu entstehender Verbindungen eingebaut oder sorbiert),
  • Ausfällung von Metallionen: Schwermetalle werden in schwerlösliche Verbindungen überführt,
  • Verglasung: Einschmelzen des Materials bei >1.500°C = Inertisierung,
  • Verfestigung: Physikalische Einkapselung, gleichzeitige Herabsetzung von Durchlässigkeit und Löslichkeit,
  • Polymerisation: Verfestigung mittels Zugabe von Kunststoffen,
  • Brennen: Thermische Einbindung in Ton bei 900°C.


In-Situ-Immobilisierung

Das Prinzip der Immobilisierung (s. ex-situ-Verfahren) ist auch in-situ anwendbar. Durch Injektion bzw. Verpressung von Bindemitteln in die Hohlräume kann eine Verfestigung erreicht werden, durch eine Vermischung mit Chemikalien werden Schadstoffe im Boden fixiert. Die Bodenstrukturen bzw. die Deponiegutlagerung und -struktur müssen dazu bekannt sein.

Bei dem sog. Mixed-in-Place-Verfahren wird mit Hilfe einer Dreifachschnecke durch das Abbohren und Ziehen der anstehende Boden aufgemischt und durch das hohe Seelenrohr der Schnecke die Bindemittelsuspension zugeführt. Das Ergebnis ist ein aufgrund der Schneckengeometrie definierter verfestigter Bodenkörper. Das auch zur Herstellung von Dichtwänden anwendbare Verfahren eignet sich zur Immobilisierung von Schadstoffen insbesondere dann, wenn zur üblicherweise ausgeführten Auskofferung der Kontaminationsherde umfangreiche Spezialtiefbauarbeiten notwendig wären.

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3 Hydraulische/pneumatische Sicherungsmaßnahmen

Durch den Einsatz passiver hydraulischer/pneumatischer Verfahren sollen die Expositionspfade mittels einer „Barrierewirkung“ unterbrochen werden. Durch gezieltes Umleiten, Umlenken oder „Fixieren“ der Verunreinigung können z. B. in unmittelbar zur Kontamination liegende Schutzgüter (z. B. Wasserwerk) kurzfristig gesichert werden. Eine Förderung des kontaminierten Wassers oder der kontaminierten Luft und die damit ggf. verbundene Dekontamination soll weitestgehend vermieden werden. In der Regel handelt es sich hierbei um temporäre Maßnahmen, da die Dauerhaftigkeit nicht gewährleistet werden kann. Hinzu kommt, dass diese Verfahren sehr kostenintensiv (hoher Energiebedarf, kurze Wartungsintervalle, Verschleiß etc.) sind. Die Verfahren werden in der Regel zur Vorbereitung weiterführender Sanierungsmaßnahmen und zur sofortigen Gefahrenabwehr eingesetzt. Von der bau- und verfahrenstechnischen Seite kann auf die langjährige Erfahrung in der Wasserwirtschaft und im Tiefbau zurückgegriffen werden.


Infiltrations-/Schluckbrunnen

  • Mittels Brunnen wird in Abhängigkeit von den vorliegenden Grundwasserverhältnissen Wasser eingepresst. Damit kann die Grundwasserfließrichtung je nach Anforderungen beeinflusst werden. Dieses Verfahren wird selten durchgeführt, u. a. da die Brunnen häufig ersetzt werden müssen (Verockerung).
  • Infiltrationslanzen können auch zum Einbringen von Oxidationsmitteln zur Unterstützung des natürlichen biologischen Abbaus eingesetzt werden.


Sickerschlitzgräben

  • O. g. Prinzip wird mittels einer Versickerung über Gräben ausgeführt.


Einblasen von Luft

  • Durch das gezielte Einblasen von Luft kann eine vertikale Ausbreitung von Kontaminationen in der Bodenluft (oder Deponiegas) unterbunden werden.
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