Sanierungs-Projekt „ReGround“ 28.01.2019, 07:00 Uhr

Sauberes Grundwasser: Eisenoxid-Nanopartikel fangen giftige Schwermetalle ab

Wissenschaftler der Universität Duisburg-Essen (UDE) haben ein Verfahren entwickelt, das das Grundwasser vor giftigen Schwermetallen schützen soll. Das Herzstück der neuen Entwicklung sind spezielle Eisenoxid-Nanopartikel, die in das Grundwasser leitende Gestein injiziert werden.

Bläschen unter der Wasseroberfläche

Die Eisenoxid-Nanopartikel werden in die wasserführenden Gesteinsschichten injiziert. Dort bilden sie eine Adsorptionsbarriere. Schwermetalle aus kontaminiertem Wasser werden zurückgehalten.

Foto: Panthermedia.net/magann

Überall dort wo beispielsweise Industrie angesiedelt ist, kann der Boden je nach Industriezweig mit Schwermetallen verseucht sein – und mit ihm auch das Grundwasser. Nur durch aufwendige und kostspielige Verfahren kann das Grundwasser bisher nachträglich gereinigt werden. Forscher der Universität Duisburg-Essen (UDE) haben im Rahmen des koordinierten EU-Projekts „ReGround“ ein neues Verfahren entwickelt, das vorher ansetzt.

Dazu injizieren sie Eisenoxid-Nanopartikel mit speziellen Eigenschaften in das Grundwasser leitende Gestein. Die Partikel bauen dort eine Barriere auf, die gefährliche Substanzen vom Grundwasser fernhält. Das entwickelte Verfahren hat seine Wirkung auf drei kontaminierten Geländen in Portugal, Spanien und Deutschland erfolgreich unter Beweis gestellt.

ReGround (Colloidal Iron Oxide Nanoparticles for the REclamation of Toxic Metal Contaminated GROUNDwater Aquifers, Drinking Water Wells, and River Bank Filtrations) ist ein aus EU-Mitteln gefördertes Projekt. Projektpartner sind die Universitäten Jena, Leuven und Turin sowie vier europäische Technologieinstitute.

Grundwassersanierung: „Pump-and-Treat“-Verfahren sind teuer und aufwändig

Mit hochgiftigen Schwermetallen wie Arsen, Chrom, Kupfer, Blei oder Zink verseuchtes Grundwasser muss bis dato an die Oberfläche gepumpt und dann behandelt werden. Diese sogenannten „Pump-and-Treat“-Verfahren sind teuer und müssen sehr lange durchgeführt werden, um die Schwermetalle zu entfernen. Sie gehören aktuell zu den wichtigsten und häufigsten technischen Sanierungsmethoden. Es handelt sich um technische Verfahren zur Beseitigung, Verminderung und Umwandlung der Schadstoffe im oder aus dem Grundwasser. Die eingesetzten Maßnahmen können grundsätzlich eingeteilt werden in:

  1. Sanierung: Grundwasserförderung und -behandlung
  2. Dekontamination: Bodenaustausch, Auskofferung des Schadensherdes
  3. Sicherung: Zum Beispiel Einkapselung, Oberflächenabdichtung, Einbringen von Dichtwänden
  4. Sonstige Maßnahmen: Schutz- und Beschränkungsmaßnahmen wie etwa ein Verbot, das betroffene Gebiet zu betreten.

Alle „Pump-and-Treat“-Verfahren eint die Tatsache, dass sie wie beschrieben kostspielig und aufwendig sind. Die am Biofilm Centre der UDE entwickelte Methode mit Eisenoxid-Nanopartikeln ist hingegen nach Aussagen der Wissenschaftler wirksamer und kostengünstiger.

Schwermetalle: Viele Wege führen ins Grund- und Trinkwasser

Schwermetalle können über unterschiedliche Wege ins Grundwasser gelangen, zum Beispiel in Industrieabwässern oder als Sickerwässer aus Deponien. Im letzteren Fall werden sie durch Regenwasser ausgelaugt. Auch die Grubenwässer von Bergbau, Erzaufbereitung und Verhüttung enthalten Schwermetalle in hohen Konzentrationen. Durch den Verbrauch und die Abnutzung schwermetallhaltiger Produkte können Schwermetalle ebenfalls ins Grundwasser fließen. Zudem ist ein Schwermetalleintrag über Atmosphäre und Niederschlag möglich, zum Beispiel nachdem fossile Energieträger verbrannt wurden. Bei übersäuertem Boden können Schwermetalle zudem noch leichter ins Grundwasser vorstoßen.

Kolloide Eisenoxid-Nanopartikel fangen Schwermetalle ab

Das entwickelte Verfahren könnte eine wirksame Maßnahme gegen die unterschiedlichen Schwermetalleinträge sein. „Wir haben kolloide Eisenoxid-Nanopartikel hergestellt. Sie lassen sich wegen ihrer einzigartigen Eigenschaften in die wasserführenden Gesteinsschichten injizieren. Dort überziehen die Partikel die Oberfläche des Sediments und bilden eine Adsorptionsbarriere. Wenn das kontaminierte Wasser hindurchfließt, werden die Schwermetalle dauerhaft zurückgehalten und können sich nicht weiter ausbreiten“, erklärt Beate Krok, Chemikerin an der Universität Duisburg-Essen.

Das Nanopartikel-Verfahren ist binnen weniger Tage einsetzbar, da es keine großen baulichen Maßnahmen in der Vorbereitung braucht. Zudem funktioniert es auch in schwierigen Geländen. Ein weiterer Vorteil: Es eignet sich nicht nur für stillgelegte Industriestandorte, sondern auch für aktive Industrieanlagen. An zwei sehr belasteten Flächen in Portugal und Spanien sowie an einer weiteren Fläche im Kölner Raum konnten die Schwermetalle im Grundwasser reduziert werden. Das hat das UDE-Team mit weiteren Projektpartnern in Tests festgestellt. Es handelte sich hier um aktive Industriestandorte.

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