Die Entwicklung kostengünstiger und praxisorientierter Technologien zur Altlastensanierung hat in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen. So werden in-situ Technologien zur Grundwassersanierung, wie die Injektion geeigneter Reagenzien zur chemischen Oxidation/Reduktion, Immobilisierung oder aber auch zur Stimulation mikrobieller Abbauprozesse verstärkt eingesetzt. In-situ Techniken bieten den Vorteil, dass eine direkte Behandlung im Untergrund erfolgt und keine permanente Wasserförderung sowie oberirdische Aufbereitung nötigt ist. Beim Einsatz von Injektionsmitteln bzw. Suspensionen muss andererseits eine ausreichende Vermischung von Schadstoffen und injizierten Chemikalien sowie Ausbreitung im Aquifer gewährleistet sein. Für eine wirksame Verteilung und Ausbreitung der eingebrachten Stoffe ist insbesondere eine geeignete Infiltrations- bzw. Injektionstechnik ein sehr wichtiger Aspekt. Der Einsatz einfacher Schluckbrunnen zur Infiltration von Stoffen in den Grundwasserleiter hat sich dabei vielfach als ineffektiv erwiesen. Darüber hinaus bilden sich bei dieser Infiltrationstechnik verstärkt Mineralfällungen oder Biofilme im Brunnenraum, die zu einer Reduzierung der hydraulischen Durchlässigkeit führen und regelmäßige Regenerationsmaßnahmen erforderlich machen.

Ziel des Projektes ist es daher, ein neuartiges Infiltrationsverfahren zur Einbringung von Suspensionen in Porengrundwasserleiter zu testen und weiterzuentwickeln. Die Technologieentwicklung erfolgt anhand von zwei ausgewählten Suspensionen (Kalkmilch und Eisen-Nanopartikel). Die hierfür vorgesehene Infiltrationstechnik wurde von der Firma Werner Wils Brunnenbau GmbH entwickelt und wird als Düsensauginfiltrations-Verfahren (DSI) bezeichnet. Das Verfahren ermöglicht die Infiltration von Fluiden in den Grundwasserleiter mittels Injektionslanzen unter erheblich reduziertem technischem Aufwand im Vergleich zum Bau und Betrieb herkömmlicher Infiltrationsbrunnen. Die DSI-Technik wird derzeit bei Bauarbeiten unterhalb des Grundwasserspiegels eingesetzt, um gehobenes Grundwasser ortsnah zu reinfiltrieren. Aufgrund der speziellen Konstruktion des DSI-Verfahrens bietet es einige technische Vorteile, die erwarten lassen, dass es im hohen Maße geeignet ist, Suspensionen mit hoher Effektivität in Porengrundwasserleiter zu infiltrieren. Innerhalb des Verbundprojektes soll das Verfahren bis zur Anwendungsreife entwickelt werden, so dass zukünftig mit einem technisch und ökonomisch effizienten Sanierungsverfahren gerechnet werden kann.

Im Rahmen eines Pilotvorhabens wurde eine Anlage zur mikrobiellen in-situ Sanierung von bergbaulich beeinträchtigtem Wasser geplant, gebaut und über einen Zeitraum von zwei Jahren durch das FIB in Zusammenarbeit mit der BTU Cottbus betrieben. Ziel des Vorhabens war die Fällung von Eisensulfiden durch mikrobielle Sulfat- und Eisenreduktion in einem Kippengrundwasser am Standort Skadodamm.

Das versauernd wirkende Eisen und Sulfat im Grundwasserstrom zum Tagebausee Sedlitz sollte durch sulfatreduzierende Bakterien reduziert und als Eisensulfid gefällt werden. Um die im Grundwasserleiter vorhandenen Mikroorganismen zu aktivieren, ist Glycerin als mikrobiell verwertbare Kohlenstoffquelle in den Untergrund infiltriert worden.

Das lokal gehobene Grundwasser wurde mit Glycerin (und Nährstoffen) angereichert und über Infiltrationslanzen in den Kippengrundwasserleiter zurück infiltriert. Die Grundwasserbehandlung erfolgte quer zur Grundwasserströmung. Der Sanierungsbetrieb (Infiltrationsraten, Dosierung) ist anhand der im Abstrom gemessenen Wasserqualität gesteuert worden.

Das Pilotvorhaben lief in drei Phasen ab:

• Einfahrphase – periodische Initiierung der Sanierungsreaktion
• Optimierungsphase – Stabilisierung der Eisen- bzw. Sulfatreduktion und Ausweitung des unterirdischen Reaktionsraums
• Regelbetriebsphase – erfolgreiches Wiederanfahren des Untergrundreaktors nach Betriebspause und Demonstration des sicheren Sanierungsbetriebs

Bereits zum Ende der Optimierungsphase sowie während des gesamten Regelbetriebs wurden die Zielgrößen für die Parameter Eisen(II), Sulfat und Neutralisationspotential im Abstrom der Pilotanlage zuverlässig erreicht:

• Abreicherung der Eisen(II)-Konzentrationen im behandelten Grundwasser während
  des Regelbetriebs um 90 %
• Absenkung der Sulfatkonzentrationen im Abstrom der Grundwasserbehandlung während
  des Regelbetriebs um 40 %
• Anhebung des Neutralisationspotentials im Regelbetrieb von Ausgangswerten um -10 bis -12 mmol/l
  auf Werte um 0 mmol/l

Die ursprünglich potentiell starke Säurewirkung des Grundwassers ist vollständig abgebaut worden.

Während der Betriebspause von 110 Tagen zeigte sich ein deutliches Nachwirken der Grundwasserbehandlung innerhalb des geschaffenen Reaktionsraumes. Die Sulfatkonzentrationen blieben 80 bis 90 Tage im Zielwertbereich. Ein Anstieg der Eisenkonzentrationen erfolgte erst nach 90 bis 130 Tagen.
Bei der erneuten Inbetriebnahme setzte die Sanierungsreaktion wesentlich schneller ein als in der Einfahrphase.

Deutlich wurde, dass die für die in-situ-Sulfatreduktion im Kippengrundwasserleiter erstmals eingesetzten DSI-Lanzen problemlos funktionierten. Sie sind prädestiniert für eine im größeren Maßstab sichere und ökonomische Verteilung von Glycerin bzw. Nährstoffen im Grundwasser. Die Behandlungsbreite des Verfahrens lässt sich durch eine Erhöhung der Lanzenzahl einfach variieren.

Mit diesem Pilot- und Demovorhaben konnte erfolgreich nachgewiesen werden, dass durch Stimulation von in der Kippe vorhandenen sulfatreduzierenden Bakterien eine deutliche Verbesserung der Wasserqualität mit relativ einfachen und preiswerten Mitteln möglich ist.