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Allgemeines

Sogenannte Bodenluftverunreinigungen sind eine spezielle Art von Bodenverunreinigungen. Die Ausführungen zum Thema Bodenverunreinigungen gelten daher auch für Bodenluftverunreinigungen und sollten berücksichtigt werden.

Bodenluftverunreinigungen sind Verunreinigungen des Bodens durch leichtflüchtige Schadstoffe (meist Flüssigkeiten mit hohem Dampfdruck und einem geringen Siedepunkt). Die Schadstoffe sickern als Flüssigkeit in den Boden und gehen dort ganz oder teilweise in der Gasphase über oder dringen direkt als Gas in den Untergrund ein. Sie liegen unter den im Boden herrschenden Bedingungen zu einem beträchtlichen Teil in der Gasphase vor und erfüllen die Porenräume des Bodens. Ein Teil des Schadstoffvorrates liegt allerdings auch adsorbiert an Bodenpartikel vor. Der Übergang zwischen reinen Bodenverunreinigungen und Bodenluftverunreinigungen ist u.a. abhängig von den Eigenschaften der Schadstoffe (meist Schadstoffgemische) Druck und Temperatur und somit fließend.

Leichtflüchtige Schadstoffe

Typische Schadstoffe, die sogenannte Bodenluftverunreinigungen hervorrufen sind:

• Leichtflüchtige halogenierte Kohlenwasserstoffe (Perchlorethylen oder Tetrachlorethen, Trichlorethen, Chloroform, Dichlormethan, Trichlorethan, Frigene u.a.) - sie wurden als Lösemittel sowie zur Reinigung und Entfettung in großem Umfang eingesetzt. Anwender waren u.a. Metallverarbeiter, Werkstätten, chemische Reinigungen. Frigene (teilfluorierte LHKW) wurden als Kältemittel in Klimaanlagen, als Aerosol-Treibmittel in Sprühdosen und zur Kunststoffverschäumung eingesetzt. Da die LHKW leicht verdampfen, schwerer als Luft sind und auch Betonfußböden durchdringen können waren Untergrundverunreinigungen auch bei bestimmungsgemäßer Anwendung die Regel. Seit den 80-er Jahren sind die Schäden zurückgegangen, da die LHKW substituiert wurden oder nur noch in geschlossenen Systemen zur Anwendung kommen.
• Aromatische Kohlenwasserstoffe (Benzol, Toluol, Xylole, Ethylbenzole, Styrol u.a.) wurden vorwiegend als Grundstoffe und Lösemittel eingesetzt und sind in Ottokraftstoff als Hauptbestandteile enthalten (bis über 40%). Sie besitzen vergleichbare Eigenschaften wie LHKW, sind aber weniger mobil und leichter biologisch abbaubar.
• Leichtflüchtige aliphatische Kohlenwasserstoffe (Oktan, Nonan, Dekan u.a.) sind neben den AKW Bestandteile von Ottokraftstoffen und werden auch als Lösemittel und Grundstoffe eingesetzt.

Neben den genannten Hauptschadstoffgruppen können z.B. Naphtalin, Aceton, Alkohole, Chlorbenzole und Nitrobenzole zu Bodenluftverunreinigungen führen. Generell sind alle geruchlich wahrnehmbaren Schadstoffe auch zu einem gewissen Grad flüchtig. Bodenluftkontaminationen durch Schadstoffe, die keiner der drei o.g. Gruppen angehören, sind jedoch Einzelfälle.

Verhalten von Schadstoffen in der Bodenluft

Die Bodenluft steht in Wechselwirkung mit den festen Bestandteilen des Bodens, der atmosphärischen Luft und dem Grundwasser. Bodenluftverunreinigungen sind von den Regelgrößen des Bodenlufthaushalts abhängig:

• Temperatur und Druck - mit steigender Temperatur und fallendem Druck gehen vermehrt adsorbierte Schadstoffanteile in die Gasphase über, die Konzentration steigt.
• Grundwasserstand - wo Wasser ist, kann keine Luft sein; mit steigendem Grundwasser wird z.B. unter einer Bodenplatte eine Gaswolke "gequetscht" und es erfolgt eine seitliche Ausbreitung der Schadstoffe.
• Druckgefälle Atmosphäre-Boden - Luftdruckänderungen in der Atmosphäre wirken sich erst verzögert auf den Boden aus, das Druckgefälle wird durch Luftströmung in den Boden oder in die Atmosphäre mit entsprechendem Schadstofftransport ausgeglichen.
• Dampfdruck und Adsorptionskräfte - abhängig vom Schadstoff und den adsorptiven Kräften der Bodenpartikel stellt sich ein Gleichgewicht zwischen Bodenluftkonzentration und adsobierten Schadstoffen ein; bei Verringerung der Bodenluftkonzentration werden zuvor adsobierte Schadstoffe frei (Pufferwirkung).

Eine wesentliche spezielle Eigenschaft von Bodenluftverunreinigungen ist ihre Mobilität; von einem Eintragsort aus breiten sie sich oft über mehrere Zehner Meter in verschiedene Richtungen aus. Eine weitere Ausbreitung erfolgt u.U. durch Übertritt ins Grundwasser, Transport mit dem Grundwasser und Wiederausgasen in die Bodenluft.

Sanierung von Bodenluftverunreinigungen

Bei der Sanierung von Bodenluftverunreinigungen macht man sich soweit wie möglich die Eigenschaften der Schadstoffe zu Nutze. Die Entfernung der Schadstoffe erfolgt mittels Bodenluftabsaugung und Adsorption an Filtermedien (meist Aktivkohle) oder Verbrennung (katalytisch).

Die Bodenluftabsaugung wird an Bodenluftpegeln (vertikal oder horizontal in den Boden eingebrachte Filterrohre) mittels Seitenkanalverdichtern oder Vakuumpumpen durchgeführt. Das Verfahren hat den Vorteil, daß:

• eine Schadstoffverlagerung in die Umgebungsluft minimiert wird,
• bestehende Gebäude und Versiegelung bestehen bleiben können, ja erwünscht sind, weil sie die Reichweite der Absaugung erhöhen,
• oft Kosten gegenüber einem Aushub eingespart werden.

Effizienz, Zeitbedarf und Durchführbarkeit einer Bodenluftabsaugung hängen vor allem von der Art der Schadstoffe, dem Schichtaufbau und der Durchlässigkeit des Bodens und dem Wasserstand sowie dem gewünschten Sanierungsziel ab.

Typische Reichweitenradien einer Absaugung unter versiegelten Böden sind z.B. bei groben Sanden / Kiesen über 20 m, bei schwach lehmigen Sanden ca. 15 m, bei Lössen ca. 10 m und bei Tonen 1 - 5 m. Bei einem ungünstigen Bodenaufbau (tonig oder dünnere Schichten wechselnder Durchlässigkeit) kann eine Bodenluftabsaugung aufgrund zu vieler erforderlicher Absaugpegel oder zu hohen Energieverbrauchs unwirtschaftlich werden. In diesem Fall entspricht das Vorgehen der Sanierung einer Bodenverunreinigung durch Aushub.

Während besonders leichtflüchtige Schadstoffe (Vinylchlorid, Frigene), die überwiegend in Gasphase vorliegen, oft innerhalb weniger Tage oder Wochen aus der Bodenluft entfernt sind, vergehen bei aromatischen Kohlenwasserstoffen und Tetrachlorethen meist Monate und ggf. Jahre, bis eine Sanierung beendet werden kann.

Das behördlich vorgegebene, aber den Umständen anzupassende Sanierungsziel entscheidet maßgeblich über die Sanierungsdauer. Während am Anfang der Sanierung sehr schnell frei verfügbare Schadstoffanteile entfernt werden bleiben mit abnehmender Konzentration fest adsorbierte Anteile übrig, die nur sehr langsam in die Gasphase übertreten. Bei einem Sandboden sind diese Anteile gering, bei einem tonigen oder organogenen Boden deutlich höher.

Deponiegas

Ab Mitte der siebziger Jahre wurden Meldungen über Schadenfälle, Geruchsbelästigungen und Unfälle bekannt, die auf Deponiegase zurückzuführen waren. Die Problematik gasförmiger Deponieemissionen stellte sich insbesondere dort, wo ehemalige kommunale oder gewerbliche Abfallablagerungen einer neuen Nutzung zugeführt wurden (z.B. Wohnbebauung). Die Entstehung von Deponiegasen beruht im wesentlichen auf mikrobiologischen Abbauprozessen der vorhandenen organischen Substanzen unter anaeroben Milieu. Der Abbau der organischen Bestandteile verläuft stufenweise über die saure Gärung, die Hydrolyse und die Methanbildung. Je nach Alter und Zusammensetzung der Deponie und äußeren Einflüssen (Sickerwasserandrang, Sohlabdichtung, Überdeckung) kann Deponiegas in unterschiedlichen Zusammensetzungen, vorrangig aus Methan und Kohlendioxid, untergeordnet Wasserstoff und Stickstoff, auftreten. Bei Methan handelt es sich um ein ungiftiges, farb- und geruchloses Gas, das leichter als Luft ist. Bei Methankonzentrationen zwischen 5 % und 15 % in der Luft bilden sich explosionsfähige Gemische. Kohlendioxid ist ebenfalls farb- und geruchlos, jedoch unbrennbar und schwerer als Atmosphärenluft. Luft mit 4 % bis 5 % Kohlendioxidgehalt führt bei Menschen zu Bewußtlosigkeit; ab 8 % Kohlendioxid in der Luft wirkt das Gemisch auf den Menschen nach ca. 0,5 Stunden tödlich. Je nach Mischungsverhältnis sind Deponiegase schwerer oder leichter als Atmosphärenluft. Deponiegasströmungen werden im wesentlichen durch die Partialdruckgefälle und die Druckgefälle der relativen Drücke innerhalb und außerhalb der Deponie bestimmt. An Rissen, Spalten und Löchern diffundiert gebildetes Deponiegas aus dem Ablagerungskörper und kann sich in Senken, Gruben oder Kellern sammeln.

Die meisten größeren Altablagerungen sind heute bekannt und katalogisiert. Risiken bei Grunstückskäufen gehen somit vor allem von kleineren Altablagerungen aus. Über die Erhebung der Grundstücksgeschichte (ehem. Gruben oder Gräben) ergeben sich oft wesentliche Informationen. Weitere Risiken bei Altablagerungen sind die oft ungünstigen Baugrundeigenschaften sowie vielerorts steigende Grundwasserstände, die zu einer Neubewertung der Gefährdung und ggf. zu Sanierungsmaßnahmen führen können.

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