S. Cremer: "Mobilisierung von Schwermetallen in Porenwässern von belasteten Böden und Deponien: Entwicklung eines aussagekräftigen Elutionsverfahrens"

6.1.3.4 Grünland in Solingen, belastet durch Schlämme einer Metallschleiferei

Die industrielle Geschichte der Stadt Solingen ist durch die Ansiedlung zahlreicher kleiner wassergetriebener Schleifmühlen geprägt. Zu den heute zu sanierenden Altstandorten gehört auch der sogenannte "Obenrüdener Kotten" im Tal der Wupper, der bis zum Jahr 1978 in Betrieb war. Infolge der Stillegung wurden Rückstände des Schleifprozesses (Abrieb von Edelstählen und verchromten Schneidwerkzeugen) als schlammige Suspension in einen trockengelegten Graben und auf den umliegenden Auenflächen verkippt (SCHRAMEK ET AL., 1989).

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Abb. 75: Übersichtskarte der Probennahme- und Grundwassermeßstellen in Solingen.

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Abb. 76: Ergebnisse von S4- und pHstat-Versuchen Aus einer durch Schleifschlämme belasteten Oberbodenprobe werden unter niedrigen pH-Werten von den Hauptkontaminanten Zink und Kupfer verstärkt in Lösung gesetzt; ebenso das in wesentlich geringeren Konzentrationen vorhandene Nickel. Andere Schwermetalle werden bevorzugt i_m alkalischen Milieu in hohen Konzentrationen mobilisiert.

Für die Untersuchungen im Rahmen dieser Studie wurde eine Gartenfläche beprobt, die zwischen der Wupper und dem verfüllten Graben in unmittelbarer Nachbarschaft der ehemaligen Betriebsgebäude liegt. Königswasserauszüge von Proben eines bis 2 m unter Gelände beprobten Profils belegen, daß die Kontamination hauptsächlich auf eine Tiefe von 40-66 cm konzentriert ist und wahrscheinlich von weniger belastetem Bodenmaterial abgedeckt wurde (WEFERS, 1991). Als Vergleichsfläche wurde eine Weidefläche ausgewählt, die sich auf der anderen Grabenseite anschließt und die nach Untersuchungen von SCHRAMEK ET AL. (1989) und Aussagen von langjährigen Anwohnern nie durch Kontaminationen durch die Schleiferei betroffen war. WEFERS (1991) konnte eine gleichmäßige Hintergrundbelastung des Profils bis zur Endteufe der Bohrung bei 3 m unter Gelände belegen. Auf den Hochflutsedimenten der Wupper haben sich braune Auenböden mit der Abfolge Ah(Ap)-Bv-C entwickelt; der obere Horizont der belasteten Fläche ist als schluffiger Sand, der Ap-Horizont der Referenzfläche als lehmiger Schluff ausgebildet (WEFERS, 1991).

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Abb. 77: Bei der durch Schleifschlämme belasteten Bodenproben werden von den im S7-Versuch als erhöht ausgewiesenen Schwermetallgehalten gegenüber der unbelasteten Fläche bevorzugt Zink, Kupfer und Nickel bei pH 4 freigesetzt.

WEFERS (1991) untersuchte eine Probe des Schleifschlamms, der dezimetermächtig neben den ehemaligen Betriebsgebäuden ausgebracht wurde, im Königswasserauszug, S4-Versuch und im pHstat-Versuch bei pH 4. Der Königswasserauszug zeigt, daß das Material hauptsächlich Chrom (50 000 ppm) und Nickel (3 000 ppm) enthält, andere Schwermetalle bilden eine breite Basis geringerer Konzentration; Cadmium, Blei und Zink sind nur untergeordnet vertreten. Im pHstat-Versuch sind ausschließlich Nickel und Zink aus dem Feststoff freisetzbar, Zink in Vergleich zu den geringen Gesamtgehalten in hohen Anteilen. Der Hauptbestandteil Chrom ist sowohl unter den Bedingungen des S4-Versuchs (pH 9,9) wie auch unter sauren pH-Bedingungen nicht aus dem Schleifschlamm mobilisierbar (WEFERS, 1991).

In der Oberboden-Mischprobe der belasteten Fläche sind Zink und Chrom als Hauptkontaminanten zu gleichen Anteilen enthalten (rund 800 ppm), Kupfer erreicht 400 ppm, Nickel nur 100 ppm; die Verteilung entspricht in diesem Fall nicht dem von WEFERS (1991) untersuchten Schleifschlamm.
Die Werte für Zink, Kupfer und Nickel treten aus den Elutionsdaten des pHstat-Versuchs (pH 4) deutlich hervor (vergl. Abb. 76). Auch im Vergleich mit der Probe aus dem unbelasteten Boden zeigt sich eindeutig, daß Zink, Kupfer und Nickel eine zusätzliche und mobilisierbare Belastung des Oberbodens darstellen (vergl. Abb. 77).
Blei und Arsen werden neben den bereits angesprochenen Hauptkontaminanten auch unter alkalischen pH-Bedingungen freigesetzt; dieses für die untersuchten Böden typische Verhalten weist wiederum auf die mögliche Beteiligung organischer Komplexbildner und Adsorbenten an der Mobilisierung von Schwermetallen in Porenwässern von Böden hin.

Der Auenboden in unmittelbarer Ufernähe der Wupper besitzt noch erhöhte Anteile an Karbonat (2%), im pHstat-Versuch wurde die Säureneutralisationskapazität zu 200 meq/kg bestimmt. Zu der ANC24 trägt wahrscheinlich auch das hohe Puffervermögen des Schleifschlamms bei; WEFERS (1991) konnte die ANC24 des Schleifschlamms zu 1 800 meq/kg bestimmen. Der uferferne Oberboden, der auch im Hochflutbereich der Wupper liegt, ist dagegen schon weitgehend entkalkt (0,18% CaCO3). Die ANC24 liegt bei etwa 40 meq/kg, ist also bereits um den Faktor 5 erniedrigt. Die Entkalkung hat zur Verdichtung des Bodens beigetragen, der kf-Wert des Materials wurde von WEFERS (1991) rechnerisch zu 10-7 m/s bestimmt.
Die Schleifschlammauflage kann in bezug auf Schwermetallkontamination des Grundwassers als weitgehend unbedenklich eingestuft werden. Ihre hohe Säureneutralisationskapazität in Verbindung mit der geringen Wasserdurchlässigkeit des schluffigen Materials (WEFERS, 1991) reicht bei entsprechender Schichtmächtigkeit (Grabenfüllung) bei weitem zur Pufferung saurer Niederschläge aus. In Verdünnung (Aufbringung auf oder Untermischung in einen Boden) ist nur bei geringer Pufferkapazität des Gesamtsystems eine Gefährdung des Grundwassers möglich. Der stark puffernde Auenboden im unmittelbaren Nahbereich der Wupper schließt diese Entwicklung von Porenwasser-pH-Werten trotz guter Durchlässigkeit mit kf-Werten um 10-7 m/s (WEFERS, 1991) in überschaubaren Zeiträumen aus.

Zwei im Sommer 1991 eingebaute Grundwassermeßstellen im Oberstrom (SoBr1) und im Unterstrom (SoBr2) der belasteten Fläche wurden Mitte Juli tiefenspezifisch beprobt. Die Brunnen sind als Multilevel-Brunnen ausgebaut und reichen bis 7 m unter Gelände. Die Meßstelle im Oberstrom ist im oberflächennahen Bereich im Abstand von 50 cm mit fünf Filtern besetzt, darunter folgen noch 2 Filter im Abstand von 1 m und das 1 m lange verfilterte Endrohr, das mit der Grundwasserunterfläche abschließt. Der Brunnen im Unterstrom ist entsprechend ausgebaut; sechs Multilevel-Filtern im Abstand von 50 cm folgen in größeren Tiefen zwei weitere Filter im Abstand von 1 m. Den Abschluß zur GW-Unterfläche bildet wiederum ein entsprechendes Endrohr (genaue Dokumentation bei WEFERS, 1991).
Vollanalysen von Wasserproben aus den Tiefen 3,8 m bis 6,9 m im Oberstrom und 3,3 m bis 7,3 m im Unterstrom belegen, daß die Grundwässer nicht durch die Belastung durch aufgebrachte Schleifschlämme betroffen sind. Die Schwermetallkonzentrationen liegen durchweg unter den Grenzwerten der Trinkwasserverordnung (TVO); zwischen dem Grundwasser im Oberstrom der Belastung und dem Unterstrom ist kein quantitativer Unterschied in der Beladung durch Schwermetalle nachzuweisen. Die Wässer sind gering mineralisiert mit elektrischen Leitfähigkeiten von 440 mS/cm an der GW-Oberfläche (bei pH 6,4) und minimal 200 mS/cm an der Grundwasser-Unterfläche (pH 6,3) der Bohrung SoBr1. In der unterstromigen Bohrung SoBr2 sinken die Leitfähigkeiten von 475 mS/cm an der Oberfläche (bei pH 6,5) bis auf 330 mS/cm an der Sohle (pH 6,8) ab. Die Analysen bestätigen die Ergebnisse von SCHRAMEK ET AL. (1989), die in über das gesamte Gelände verteilten oberflächennahen Sondierungsbohrungen keine signifikanten Erhöhungen des Schwermetallgehalts nachweisen konnten.


Inhaltsverzeichnis
Anfang von Kapitel  6.1.3 Belastete Böden

Weitere Beispiele:

6.1.3.1 Klärschlammbelastete Fläche in Hagen
6.1.3.2 Ackerfläche in Mechernich, beeinflußt durch Blei/Zink-Bergbau
6.1.3.3 Bodenneubildungen im Pb/Zn-Bergbaugebiet Stolberg
6.1.3.5 Ergebnisse der tiefenspezifischen Untersuchung von Bodenproben