Grundwasserverunreinigungen durch tertiär-Butyl-Alkohol (TBA)

- Migrationsverhalten im Grundwasser und Verfahren zur Sanierung -

Hans Dieter Stupp, Albrecht Bakenhus, Ralph Stauffer, Dietmar Lorenz

1.   Einleitung

MTBE (Methyl-tert.-Butyl-Ether) ist derzeit in der BRD das wichtigste Benzinadditiv. Das in den letzten Jah­ren zusammengetragene Wissen um die ubiquitäre Verbreitung von MTBE in den verschiedenen Umweltkompartimenten hat allgemein die Diskussion über die sauerstoffhaltigen Benzinkomponenten in Bewe­gung gebracht. Die Verwendung von Oxygenaten [1] als Kraftstoffadditiv führt zu Verbesserungen der Ben­zinqualität (sog. Oxyfuels - sauerstoffhaltige Benzine). Zum einen wird die Verbrennung der Kraftstoffe opti­miert, indem die Gehalte schädlicher Komponenten in KFZ-Abgasen reduziert werden (Benzol, Ozon, NOX und CO). Die zweite positive Wirkung besteht in der Verbes­serung der Klopffestigkeit des Kraftstoffs (Erhöhung der Oktanzahl).

Neben den Vorteilen, die diese Verbindungen für die Verbesserung der Luftqualität besitzen, können nachteilige Wirkungen für das Grundwasser dann entstehen, wenn Benzininhaltsstoffe in das Grundwasser gelan­gen. Zwischenzeitlich sind eine Reihe von Grundwas-serverunreinigungen durch MTBE bekannt geworden. In diesem Kontext ist das Auftreten von tertiär-Butyl-Al­kohol [2] (TBA) als wichtiges mikrobielles Abbauprodukt des MTBE von Interesse. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die Bedeutung der Oxygenate als Benzinadditive in den nächsten Jahren noch stark zunehmen wird. Dies hängt in erster Linie mit der für Europa beschlos­senen Absenkung der Aromatengehalte auf unter 35 % zusammen [3]. Damit ist zwangsläufig eine Steigerung der Anteile der Oxygenate verbunden, da nur diese die notwendige Klopffestigkeit der zukünftigen Benzine si­cherstellen können. Die ab dem 01. 01. 2005 geltenden Richtlinien für die Gehalte von Oxygenaten in Benzi­nen sind in der Abbildung 1 zu entnehmen. Durch die MTBE-Grundwasserschäden ist auch die Kenntnis über das Verhalten von TBA im Boden und Grundwasser gewachsen. Über die Grundlagen des Stoffverhaltens von TBA im Untergrund und die aus der Bearbeitung von Grundwasserschadenfällen gewonne­nen Felderfahrungen soll anschließend berichtet wer­den.

2.   Stoffeigenschaften und Toxikologie

Die wichtigsten physikalisch-chemischen Daten von TBA sind zusammen mit denen von Benzol und MTBE in der Tabelle 1 zusammengestellt. Die zur Stoff­gruppe der Alkohole gehörende Flüssigkeit ist farb­los und besitzt einen Siedepunkt von 83°C. Der hohe Schmelzpunkt von 25°C bedingt, dass TBA in reiner Form bei Raumtemperatur einen Feststoff in Form von weißen Kristallen bildet. Dagegen liegt TBA in unrei­ner Form bei Raumtemperatur als Flüssigkeit vor. Der Dampfdruck ist um annähernd den Faktor 7 niedriger als der von MTBE (Abbildung 2). Der log KOW-Wert (Verteilungskoeffizient zwischen Oktanol und Was­ser) beträgt ca. 0,35 und der log-KOC-Wert liegt bei 1,57 (Abbildung 3). TBA besitzt eine Dichte von 0,79 g/cm³ und eine sehr niedrige Henry-Konstante von ca 0,0005 (Abbildung 4). Die herausragende Eigenschaft für die Auswirkung auf das Grundwasser besteht in der Mischbarkeit mit Wasser.

Abbildung 2.:
Dampfdruck von organischen Verbindungen Angaben für 20 °C in Pasca1.

Abbildung 3:
KOC-Werte  von organischen Verbindungen Daten in ml/g

 

  

 

 

 

 

Zur toxikologischen Bewertung von TBA im Hinblick auf eine mögliche Gesundheitsgefährdung für den Menschen liegen keine verlässlichen Daten vor. Es existieren lediglich Daten aus Tierversuchen (z. B. Ratten, Kaninchen, Fische), die jedoch nicht ohne weiteres auf den Menschen übertragbar sind.

Tabelle 1: Chemisch-physikalische und umweltrelevante Daten von MTBE  und TBA

Eigenschaften	Benzol	MTBE	TBA
Schmelzpunkt (°C)	5,5	-108,6	25
Siedepunkt (°C) (1013 hPa)	80,1	55,3	82,9
Flammpunkt (°C)	-11,1	-28	11
Dichte (g/cm3) (20 °C)	0,87	0,74	0,79
Wasserlöslichkeit bei 20 °C (mg/l)	1.780	50.000	unbegrenzt
Dampfdruck (Pa bei 20°C)	10.100	27.000	4.070
Henry-Konstante bei 20°C	1	0,017	0,0005
log KOC	1,58	1,08	1,57
log KOW	2,12	1	0,35
Wassergefährdungsklasse	3	1	1

Zusammenfassend kann die toxikologische Bewertung von TBA wie folgt charakte­risiert werden.

• Wie andere organische Lösemittel wirkt TBA in hohen Dosierungen in reiner Form narkoseartig und reizend auf Auge und Haut. Bei lang andauernder Aufnahme in hohen Dosierungen wurden bei Tierversuchen Schädigungen des Harntraktes beobachtet [4].
• TBA wirkt nicht mutagen.
• Bei Versuchen mit sehr hohen oralen TBA-Zugaben wurden Hinweise auf kanzerogene Wirkungen bei Ratten und Mäusen festgestellt. Jedoch ist TBA nach IARC in Kategorie 3 eingestuft. Damit wird TBA wie folgt bewertet: „Nicht einstufbar als kanzerogen für den Menschen".

Damit ist die derzeitige TBA-Einstufung sehr ähnlich der von MTBE.

3.   Verhalten von TBA in Boden und Grundwasser

Grundsätzlich kann das Auftreten von TBA im Grundwasser folgende Ursachen haben:

• TBA kann ein primärer Bestandteil von Benzinen sein. Nach den heutigen Richtlinien kann der TBA- Gehalt von Benzinen bis zu 7 Vol. % betragen.
• TBA ist das erste mikrobielle Abbauprodukt von MTBE im Boden/Grundwasser.

Abbildung 4:

Henry-Konstanten von organischen Verbindungen

  

   

   

   

   

Abbildung 5:

Wasserlöslichkeit von organischen Verbindungen Angaben in mg/l

Grundsätzlich ist zu berücksichtigen, dass für das Auftreten von TBA im Grundwasser zwei verschiedene Ursachen infrage kommen. TBA kann einerseits als pri­märer Anteil von Benzinen bei deren Versickerungen in den Untergrund gelangen und andererseits als Ab­bauprodukt von MTBE im Grundwasser entstehen. Das Verhalten von TBA aus diesen beiden Entstehungsmög­lichkeiten wird nachfolgend beschrieben.

-     Bei der Versickerung von TBA-haltigen Benzinen ist TBA zunächst mit den anderen Benzinbestandteilen gemischt und es liegt eine Benzin-TBA-Mischphase vor. Eine erste Differenzierung der Mischphase tritt dann zunächst in der Sickerzone ein, indem TBA auf­grund seines Dampfdruckes einen Gasphasenkörper in der Sickerzone ausbildet [5]. Eine zweite Differen­zierung erfolgt über den Sickerwasserpfad, indem das Sickerwasser deutlich höhere TBA- als BTEX-Gehalte führt und TBA bei entsprechendem TBA-Vorrat in der Sickerzone somit als in Wasser gelöst in das Grundwasser transportiert wird. Gelangt TBA als Benzin-TBA-Mischphase ins Grundwasser, so findet die dritte Differenzierung statt, da TBA wesentlich besser löslich ist als die BTEX.

Für TBA, das aus TBA-haltigen Benzinen stammt oder im Grundwasser durch mikrobiellen MTBE-Abbau entstand gilt folgendes:

• TBA migriert im Grundwasser aufgrund seinerhohen Löslichkeit und seines gering ausgeprägten
  Adsorptionsverhaltens signifikant schneller als die BTEX und verhält sich wie ein idealer Tracer (Abbildung 3).
• Die weitere Ausbreitung von TBA im Aquifer hängt in starkem Maße davon ab, ob mikrobielle Abbauprozesse von TBA einsetzen oder nicht.
• Die Ausbreitung des TBA wird aufgrund seiner sehr ausgeprägten Mobilität stärker durch die hydrogeologischen Verhältnisse des jeweiligen Aquifers gesteuert als es bei schlecht löslichen Stoffen der Fall ist. TBA breitet sich entsprechend den existie­renden Strömungsverhältnissen aus.
• Da Retardierungsprozesse für TBA nur von untergeordneter Bedeutung sind, wird das Schicksal des TBA durch die mikrobiellen Prozesse des jeweiligen Aquifers bestimmt.Naturgemäß können auch Überlagerungen der o. g. Bildungsmöglichkeiten von TBA vorliegen.

Bei größeren TBA-Schadensfällen ist zu beachten, dass TBA auf andere organische Verbindungen lösungsver­mittelnd wirkt, d. h. die gelöste Masse anderer organi­scher Inhaltsstoffe wird erhöht. Für die BTEX ist diese Wirkung bei höheren TBA-Gehalten von über 1 Pro­zent zu erwarten. In diesem Kontext ist von Interesse, dass TBA in den USA als Lösungsvermittler für Co-solvent-flushing-Projekte [6] eingesetzt wurde (1). Nach in Nordamerika durchgeführten Untersuchun­gen können die TBA-Konzentrationen im Grundwasser höher sein als die des MTBE. Dabei zeigen einige Untersuchun­gen, dass dies für die Mehrzahl der untersuchten Fälle zutrifft (2).

Das vorstehend beschriebene Verhalten von TBA in Boden und Grundwasser kann durch Felderfahrun­gen ergänzt werden. Danach kann TBA mehrere km lange Kontaminationsfahnen bilden. Die MTBE : TBA-Verhältnisse  der  untersuchten   Grundwasserproben

liegen häufig in der Größenordnung von 0,5 bis 0,8. Danach liegen die TBA-Konzentrationen oft nur gering­fügig unter denen des MTBE. Bei einem Teil der Sanie­rungsvorhaben ist zu beobachten, dass in den nahe den Schadenherden gelegenen Teilgebieten kein oder nur ein unbedeutender Abbau von TBA [7] zu beobachten ist. Dieser fehlende mikrobielle Abbau deutet darauf hin, dass effiziente Abbauvorgänge von TBA und MTBE in den Fahnenbereichen, in denen leichter abbaubare Verbindungen [8] vorliegen, nicht stattfinden. Auch bei einer Kontaminationsfahne, deren Quellbereiche als sog. Mischkontaminationen [9] („mingled contamina-tions") anzusprechen sind, fehlt ein nennenswerter mikrobieller TBA-Abbau.

Eine weitere Erklärung für die fehlende Biodegradation von TBA nahe den Eintragsstellen ist darin zu sehen, dass in diesen Zonen reduzierende Bedingungen vor­liegen. Ursache hierfür ist die Sauerstoffzehrung, die durch mikrobielle Abbauvorgänge von aerob abbauba­ren Substraten hervorgerufen wird. In den Kontaminati­onsfahnen treten stark reduzierende Bedingungen auf, die durch die Existenz von höheren Methangehalten und Schwefelwasserstoff zu charakterisieren sind. Die reduzierenden Bedingungen reichen in einem Fall bis zur Fahnenfront und ein mikrobieller Abbau ist nicht nachweisbar.

4.   Sanierung TBA-haltiger Grundwässer

Theoretisch sind eine Reihe verschiedener Verfahren für die Reinigung TBA-haltiger Grundwässer zu be­werten. Dabei ist eine Strukturierung der Verfahren nach der Abbildung 6 sinnvoll. Grundsätzlich kann demnach zwischen Pump-and-Treat-Verfahren und anderen Verfahren (hier: Alternativ-Verfahren) unter­schieden werden. Bei Pump-and-Treat-Verfahren gibt es verschiedene Techniken, die zur Reinigung des zu fördernden Grundwassers eingesetzt werden können. Den Pump-and-Treat-Verfahren stehen jedoch interes­sante Alternativen gegenüber.

Pump-and-Treat-Verfahren

Im Hinblick auf die Sanierung TBA-haltiger Grundwäs­ser dürfte bei der Mehrzahl der Sanierungsprojekte MTBE als wesentliche Begleitkomponente des TBA auf­treten. Die Mehrzahl der MTBE-Grundwasserschäden wird durch Pump-and-Treat-Verfahren behandelt, wo­bei als Reinigungsverfahren i. d. R. das Desorptionsver-fahren (Stripen) zum Einsatz kommt (3). Aufgrund der im Vergleich zu MTBE um ca. den Fak­tor 40 niedrigeren Henry Konstante ist TBA nur sehr schlecht stripbar. Dies wird durch die bei laufenden Sanierungsvorhaben gewonnenen Erkenntnisse bestä­tigt. Während MTBE bei Zulaufwerten zu den Reini­gungsanlagen von ca. 2.000 Mg/1 durch die Anwendung eines Luft-Wasser-Verhältnisses von ca. 250:1 mit einer Stripkolonne zu ca. 95 % entfernt werden kann, liegt der Wirkungsgrad für TBA unter den gleichen Bedin­gungen in der Größenordnung von nur 10 %. Damit scheidet der Einsatz von Stripanlagen zur Reinigung TBA-haltiger Grundwässer weitestgehend aus.

Auch eine Reinigung von TBA mittels Aktivkohle be­sitzt aufgrund der Mischbarkeit von TBA mit Wasser von vorne herein keine Aussicht auf Erfolg. Dies wurde durch praktische Versuche bestätigt und die Adsorp­tion von TBA auf Wasseraktivkohle liegt bei einer TBA- Zulaufkonzentration von ca. 100 µg/1 deutlich unter 0,1 Gew. %. Damit scheiden die zur Grundwasserreinigung am häufigsten eingesetzten Verfahren aus.

 

  Abbildung 6

Sowohl das Adsorberharzverfahren als auch das MPPE-Verfahren [10] wurden bei praktischen Anwendungs­fällen getestet. Die Ergebnisse dieser Reinigungsver­suche können derart zusammengefasst werden, dass beide Verfahren nicht für die Abreinigung von TBA eingesetzt werden können. Bei beiden Verfahren sind die erreichbaren Beladungskapazitäten der Harze (Adsorberharzverfahren) bzw. des Extraktionsmittels (MPPE-Verfahren) zu niedrig.

In den USA zur Reinigung MTBE-haltiger Grund­wässer durchgeführte Reinigungsversuche mit dem Eltrondec-Verfahren [11] zeigen, dass zwar MTBE mit einer Rate von 99 % eliminierbar ist, TBA aber nicht befriedigend entfernt werden kann. Ähnliches gilt für nassoxidative Verfahren unter Verwendung von Was­serstoffperoxid oder Ozon (4).

Zusammenfassend bietet sich als eigenständiges Rei­nigungsverfahren für TBA bei Pump-and-Treat-Pro-jekten ausschließlich ein biologisches Verfahren an. Grundsätzlich ist TBA unter aeroben Bedingungen abbaubar. Bei der Anwendung eines biologischen Verfahrens wirken sich die oft nur vergleichsweise niedrigen TBA-Konzentrationen [12] jedoch nachteilig aus, da das Bakterienwachstum i. d. R. höhere Konzen­trationen der zu verwertenden Substanz voraussetzt. Schlussfolgernd ist zwar die Anwendung mikrobieller Verfahren denkbar, ein Einsatz aber aufgrund der zu niedrigen Substratgehalte in den meisten Fällen un­wahrscheinlich. Darüber hinaus entstehen bei dieser Konstellation oft sehr hohe Kosten, die dann nicht mehr im Verhältnis zu den erzielbaren Erfolgen ste­hen.

Alternativ-Verfahren zu Pump-and-Treat

Das Verfahren des In-Situ-Striping ist für TBA auf­grund der niedrigen Henry Konstante grundsätzlich nicht effizient anwendbar. Für eine Beurteilung von In-Situ-Oxidation und Phytoremediation liegen keiner­lei Praxiserfahrungen vor, eine mögliche Anwendung wird jedoch als unwahrscheinlich erachtet. Auch zur Beurteilung von Monitored Natural Attenuation (MNA) fehlen die Praxiserfahrungen. Hier scheint je­doch eine Anwendung unter der Voraussetzung mög­lich, dass der biologische Abbau im natürlichen Reak­tionsraum vollständig abläuft und keine persistenten intermediären Abbauprodukte gebildet werden. Da die Prozesse des natürlichen Rückhalts bei TBA nur von untergeordneter Bedeutung sind, ist bei der An­wendung von MNA jedoch der Nachweis zu führen, dass ausschließlich der biologische Abbau zu einem vollständigen Konzentrationsabbau führt.

Zusammenfassend bestehen auch bei den Alternativ-Verfahren die besten Voraussetzungen bei der biolo­gischen Methode (biologische In-Situ-Sanierung). Aus der USA-Literatur sind Fälle beschrieben, bei denen durch mikrobiologische In-Situ-Sanierungen gute Sanierungserfolge bei MTBE und TBA erzielt werden konnten (sog. Biobarriere Systeme (5)). Jedoch gibt es bisher in Deutschland zu geringe Praxiserfahrungen, um eine fundierte Bewertung der In-Situ-Techniken Anwendung dieser Methoden ein Schwerpunkt des Sa­nierungsvorhabens vornehmen zu können. In jedem Falle wäre bei der auf die Forschungs- und Entwick­lungsarbeiten zu legen.

Zusammenfassend bietet sich kein Verfahren zur Rei­nigung von TBA-haltigem Grundwasser an und es ist in jedem Einzelfall zu entscheiden, ob der Weg über die biologischen Verfahren sinnvoll ist.

5.   Resumee

Ein wichtiges Resultat des beschriebenen Verhaltens von TBA im Grundwasser ist darin zu sehen, dass BTEX + MTBE + TBA in den zentralen Gebieten der Kontami­nationsfahnen vorliegen. Dagegen treten in den Berei­chen der Fahnenfronten nur noch MTBE und TBA auf. Die Gründe dieser Stoffseparation bestehen einerseits in dem mobilen Migrationsverhalten von MTBE und TBA sowie andererseits in dem bevorzugten Abbau der BTEX in der Kontaminationsfahne. Obwohl TBA als biologisch recht gut abbaubar ein­gestuft wird, kann dies für die beschriebenen Sanie­rungsprojekte nicht bestätigt werden. Hierbei sind die reduzierenden Milieubedingungen aller Grundwas­serschadensfälle zu berücksichtigen. In den Fällen, in denen Mischkontaminationen auftreten bzw. reduzie­rende Bedingungen vorliegen, ist kein nennenswerter TBA-Abbau nachzuweisen. Hier stellt sich die Frage, ob bei einer weiteren Ausbreitung der Fahnen der TBA-Abbau einsetzen würde. Dies ist jedoch in dieser Form nicht zu beantworten, da die weitere Ausbreitung der Fahnen durch die Ergreifung von Sicherungsmaßnah­men unterbunden wird.

Das Ausbreitungsverhalten im Grundwasser wird bei den außergewöhnlich mobilen Kontaminanten MTBE und TBA sehr stark durch die hydrogeologischen Be­dingungen und insbesondere durch die existierenden Grundwasserströmungen geprägt. Abiotische Vor­gänge wie Sorption, Verflüchtigung und chemischer Abbau sind von untergeordneter Bedeutung. Ein Un­terschied des Migrationsverhaltens von MTBE und TBA könnte darin bestehen, dass TBA unter aeroben Verhältnissen besser abbaubar ist als MTBE. Bei diesen Gegebenheiten wäre die Ausbreitung von MTBE eher durch Dispersion und die Migration von TBA eher durch mikrobiologische Prozesse kontrolliert. Grundsätzlich stellt sich bei TBA-Grundwasserschäden die Frage, ob eine Sanierung der Schadenzentren oder der Kontaminationsfahnen durchgeführt wird (oder beides). Die Entscheidung hierüber ist nur einzelfall­spezifisch zu treffen und richtet sich nach den Kon­zentrationen der Begleitstoffe und der Gefährdung, die von dem jeweiligen Grundwasserschaden aus­geht. Darüber hinaus spielen hier auch unterschiedli­che Sichtweisen der Behörden der Bundesländer eine Rolle. So liegt der Schwerpunkt der Sanierungsaktivi­täten in Baden-Württemberg mehr auf der Seite der Schadenherde, wogegen beispielsweise in Nordrhein-Westfalen in stärkerem Maße den Kontaminationsfah­nen Aufmerksamkeit geschenkt wird. Derzeit gibt es in Deutschland für das Grundwasser noch keine Auslösewerte für TBA-Sanierungen, wobei bei TBA-Sanierungsvorhaben in der Regel BTEX und MTBE als Begleitkomponenten in den Schadenzentren auftreten und MTBE als weitere Kontaminante an den Fahnenfronten zu finden ist. Die Geringfügigkeits­schwelle für MTBE liegt bei 15 µg/1 [13]. In den USA be­stehen in verschiedenen Staaten Vorgaben für TBA. So liegt der „Action Level" [14] in Kalifornien bei 12 µg/1 (6).

Da TBA zwar über einen vergleichsweise niedrigen, aber dennoch merklichen Dampfdruck verfügt (ca. 40 hPa bei 20°C) ist einerseits die Detektion von TBA-Eintragsstellen bei der Versickerung TBA-haltiger Ben­zine mittels Bodenluftuntersuchungen möglich. Auch die gebietsmäßige Verteilung der übrigen zu betrach­tenden Benzininhaltsstoffe [15] kann gut mit dieser Methode kartiert werden. Die Bodenluftsanierung ist bei TBA-Schäden in der Sickerzone effektiv einsetzbar, wobei die Reinigung der TBA-Gehalte in der Bodenluft im Einzelfall zu klären ist. Da auch die umweltrele­vanten Benzininhaltsstoffe mit dieser Technik aus der Sickerzone entfernt werden können, stellt dieses Ver­fahren zur Sanierung der Schadenzentren eine inte­ressante Option dar. Zur Reinigung der TBA-haltigen Bodenluft bietet sich in erster Linie eine katalytische Verbrennungsanlage an.

Bei der Sanierung von Grundwasserschäden, bei de­nen TBA als Kontaminant auftritt, handelt es sich grundsätzlich um Fälle bei denen schadenherdnah zusätzlich BTEX und MTBE und an der Fahnenfront mit auftreten [16]. Insofern handelt es sich um Sanierungsprojekte, bei denen die Reinigung ver-schiedender Stoffe umzusetzen ist. Das in der Praxis am häufigsten angewandte Verfahren ist Pump-and-Treat, wobei als Reinigungsverfahren fast ausschließ­lich die Desorption (Stripung) eingesetzt wird. Wäh­rend BTEX und MTBE effektiv aus dem Grundwasser entfernbar sind kann TBA weder mit der Striptech­nik noch mit anderen chemisch-physikalischen Reini­gungsverfahren befriedigend aus dem Grundwasser eliminiert werden [17]. Da TBA aerob als recht gut abbaubar eingestuft wird, bieten hier ausschließlich biologische Verfahren Möglichkeiten zur effektiven TBA-Reinigung [18]. Ob die für die anderen Kontami­nanten notwendige Stripstufe durch eine biologi­sche Stufe ergänzt wird, ist einzelfallspezifisch zu entscheiden. In der Sanierungspraxis dürfte dieses Vorgehen vor dem Hintergrund des damit verbunde­nen technischen und finanziellen Aufwandes jedoch aus Gründen der Verhältnismäßigkeit oft nicht zum Tragen kommen.

Von den Kontaminanten mit im Vergleich zu MTBE und TBA niedrigeren Wasserlöslichkeiten, beispiels­weise den LCKW, ist bekannt, dass die Sanierungs­zeiträume bei Pump-and-Treat-Projekten sehr lang sein können (unter Umständen mehrere Dekaden). Die am längsten heute noch in Betrieb befindlichen LCKW-Pump-and-Treat-Sanierungen wurden vor ca. 25 Jahren begonnen und ein Ende ist bei einigen Fällen mit großen LCKW-Phasenreservoirs heute noch nicht absehbar. Es ist davon auszugehen, dass sich MTBE und TBA nicht annähernd so persistent verhalten wer-den. Sanierungsprojekte mit Kontaminanten, die ver­gleichsweise ähnliche Wasserlöslichkeiten besitzen wie MTBE und TBA, z. B. Phenole und Chromate, konn­ten in einigen Jahren durch Pump-and-Treat-Maßnah-men saniert werden.

Im Hinblick auf die von TBA ausgehende Grundwas­sergefährdung ist die Länge der Kontaminationsfah­nen von Interesse. Nach Feldbeobachtungen kann TBA einige km lange Kontaminationsfahnen bilden. Dies kann durch Beobachtungen an Schadenfällen in der BRD bestätigt werden.

Wie in den USA durchgeführte Untersuchungen wei­terhin zeigen, entspricht das Ausmaß der Grundwas­serverunreinigungen durch TBA in etwa dem von MTBE (7). Der Stand der anlagebezogenen Sicherheits­technik [19] ist in Deutschland höher als in den USA, so dass das Kontaminationspotenzial in Deutschland entsprechend geringer ist. Andererseits verfolgen die Mineralölgesellschaften in den anglo-amerikanischen Ländern in stärkerem Maße eine Risk-Assessment-Strategie mit dem Ergebnis von eigeninitiativ durch­geführten Grundwasseruntersuchungen. Hierdurch werden vor dem Hintergrund der großen Mobilität von MTBE und TBA oft rechtzeitig Grundwasserver­unreinigungen mit noch geringer Fahnenlänge er­kannt. Naturgemäß können sich die in Deutschland vergleichsweise erst später und oft durch Zufälle detektierten Grundwasserschäden infolge des größeren Zeitraumes zwischen Schadenentstehung und Schadendetektion zu entsprechend längeren Kontamina­tionsfahnen entwickelt haben. Hierbei ist zusätzlich zu berücksichtigen, dass MTBE im Wasser geruchlich und geschmacklich in sehr niedrigen Konzentrati­onen durch den Menschen festgestellt wird und im „Worst Case" bei der Einnahme von Trinkwasser iden­tifizierbar ist [20]. Da sowohl die Geruchs- als auch die Geschmacksschwellenwerte von TBA in Wasserproben deutlich höher liegen als die von MTBE, scheidet diese Art der Detektion von Grundwasserschäden für TBA weit gehend aus.

Aus der USA-Literatur ist bekannt, dass der Abbau von MTBE dazu führen kann, dass die TBA-Konzentrationen höher sind als die des MTBE. Hohe TBA-Werte sind insbesondere bei Schadstoffgemischen bzw. un­ter reduzierenden Bedingungen des Grundwassers zu erwarten. Schluss-folgernd kann TBA aufgrund seiner hohen Mobilität und bei fehlendem natürlichen Abbau in weitaus stär­kerem Ausmaß zu einer Gefährdung von höherwertigen Schutzgütern führen als die BTEX (z. B. Trink­wasserversorgungsanlagen). In diesem Kontext wären Erhebungen über TBA-Schadensfälle von Interesse, bei denen in den Kontaminationsfahnen ein Wechsel von reduzierenden zu aeroben Verhältnissen gegeben ist und ob unter diesen Bedingungen ein aerober Abbau von TBA stattfindet.

Erläuterungen

[1]   Sauerstoffhaltige Verbindungen
[2]    Synonyme: TBA, Butanol, t-Butanol, tert. Butanol, tertiär-Butanol, Butyl Alkohol, t-Butyl-Alkohol, tert-Butyl Alkohol, Dimethylethanol, 1.1-Dimethylethanol, 2-Methyl-2-Propanol, Trimethylkarbinol, Trimethylmethanol
[3]   EG Richtlinie 98/70 des Europäischen Rates vom 13. 10. 1998
[4]    Diese Bedingungen sind aber selbst beim betriebsbedingten Umgang mit TBA oder TBA-haltigen Chemikalien auszu-      schließen.
[5]     in der ungesättigten Bodenzone entsteht somit ein Gaspha­senkörper, der aus allen leichtflüchtigen Benzininhaltsstoffen besteht (Alkane, Alkene, BTEX, MTBE, TBA etc.)
[6]    Sanierungsmethode zur Mobilisierung schwer sanierbarer   organischer Kontaminanten durch In-Situ-Injektion von Lö­sungsvermittlern (DNAPL)
[7]   auch bei MTBE ist kein mikrobieller Abbau festzustellen
[8]    allgemein gut abbaubare Benzininhaltsstoffe (BTEX, leichtflüchtige Alkane und Alkene)
[9]    Grundwasserschäden mit einer Mischung verschiedener   Grundwasserinhaltsstoffe, z. B. BTEX + PAK + Phenole + MTBE + TBA
[10] Nach dem Prinzip der flüssig-flüssig-Extraktion arbeitendes Verfahren der Firma AKZO NOBEL
[11] Bei dem Eltrondec-Verfahren wird Wasser mit Elektronen bestrahlt. Hierdurch entstehen Radikale die wiederum die orga­nischen Inhaltsstoffe zerstören
[12] Im Vergleich zu den übrigen Kontaminanten
[l 3]  Empfehlungen Landesamt für Umweltschutz Baden-Württemberg und LAWA
[14] gesundheitsbezogene Richtwerte für Trinkwässer bzw. Grund wässer, die zur Trinkwassergewinnung genutzt werden
[15] MTBE und BTEX
[16] mit der Ausnahme von Schadenfällen in Gebieten der TBA-Produzenten
[17] bei sachgerechter Auslegung der Stripanlage
[18]  Reaktoren bei Pump-and-Treat-Verfahren sowie mikrobiologi­sche In-Situ-Sanierungen
[19] Tankbehälter und Rohrleitungen
[20]   TBA wird nur sehr schlecht auf Aktivkohle adsorbiert und ist  durch ggfs. vorhandene Aktivkohlefilter von Trinkwassergewinnungsanlagen kaum aus dem Wasser entfernbar. Hinzu kommt, dass viele Trinkwassergewinnungsanlagen nicht mit Aktivkohlefiltern ausgestattet sind

Literaturverzeichnis

(1)      Anason, S. L. (1999): Cost-Benefit Analysis of Cosolvent Flushing to Treat Groundwater Contamination Source Areas, Air Force Inst of Tech Wright-Patterson School of    Engineering, Report Number: A147163, 138 pp, MAR 1999
(2)      Kolhatkar, R. (2002): TBA - Occurrence and Sources, Oxygenates, Workshop, Costa Mesa, August 19, 2003, 26 pp
(3) Stupp, H. D., Bakenhus, A., Stauffer, R. und Lorenz, D.   (2004): Verfahren zur Reinigung von mit MTBE verunreinigtem Grund­wasser unter Einbeziehung der Kosten zur Sanierung Altlastenspektrum, 03/2004, S. 134 - 148
(4)      EPA/600/R-02/066 (2002): High Energy Electron Injection (E-  Beam) Technology for the Ex-Situ-Treatment of MTBE-     Contaminated Groundwater, By: Tetra Tech EM Inc., San Diego, California, 92101, EPA Contract No. 68-C-00-181, Task Order No. 15
(5)      Miller, K.D., Johnson, P.C. und Bruce, C.L. (2003): Large-Scale In-Situ MTBE Biobarrier Demonstration at Port Hueneme, CA - First      European Conference on MTBE, Eigenverlag des Forums für Abfallwirt­schaft und Altlasten e. V., Conference Proceedings, pp 80-87
(6)    Internet:http://www.dhs.ca.gov/ps/ddwem/chemicals/mcl/u nregulated.htm
(7)    Internet: http://eces.org/articles/000739.php

Anschrift der Autoren:

Hans Dieter Stupp, Albrecht Bakenhus und Ralph Stauffer:
Dr. Stupp Consulting GmbH
Hauptstraße 206, 51469 Bergisch Gladbach
Tel.: 02202-2809-11, Fax.: 02202-2809-28
E-Mail: info@dscweb.de
Homepage:       www.dscweb.de
Domainpages:   www.grundwassersanierung.de
                         www.sanierungsverfahren.de
                         www.mtbe.de

Dietmar Lorenz:
Hydroservices
Froschkönigweg 13, 45665 Recklinghausen
Tel.: 02361-41974, Fax.: 02361-494175
E-Mail: d.lorenz@hydroservices .de
Homepage:       www.hydroservices.de
Domainpages:   www.grundwassersanierung..de