Isotopenanreicherung durch natürliche Schadstoffminderung

Der Schlüsselprozess für erfolgreiche MNA- und ENA-Konzepte.

Der Nachweis der Isotopenanreicherung ist eine Schlüsseltechnologie zum Nachweis der natürlichen Schadstoffminderung in einer Altlast oder zur Erfolgskontrolle einer in situ Sanierungsmassnahme. Eine eintägige Probenahme reicht aus, um den Schadstoffabbau, der auf einem bestimmten Fließweg erfolgt ist, zu erfassen.

Isodetect nutzt den in situ Prozess der "Isotopenfraktionierung", um die Selbstreinigung einer Altlast zu bewerten. Beim biologischen Abbau eines Schadstoffes werden Moleküle mit leichten Isotopen (z. B. 12C) bevorzugt entfernt. Dadurch steigt der Anteil schwerer Isotope (13C) im restlichen Schadstoff. Wir ermitteln das Isotopenverhältnis von Schadstoffen an verschiedenen Stellen der Schadstofffahne. Die Schadstoffquelle, an der in der Regel kein Abbau stattfindet, weist die leichtesten Isotopenwerte auf.

Die Isotopensignaturen werden aufgrund des biologischen Abbaus im Abstrom der Schadensquelle schwerer. Da die Isotopenfraktionierung proportional zum Abbau erfolgt, kann die biologische Selbstreinigung auch quantifiziert werden. Ein Quantifizierung des biologischen Abbaus ist besonders Erfolg versprechend bei Standorten mit gut definierten Schadstoffquellen und bekannten hydrogeologischen Verhältnissen. In diesem Fall ist die Ermittlung von Abbauraten möglich. Auch die erfolgreiche Stimulierung des natürlichen Schadstoffabbaus durch Zugabe von Elektronenakzeptoren oder -donatoren kann auf diese Weise überprüft werden.

Verteilung des Schadstoffes in einer Altlast

Abbildung links:
In einer Altlast ist der Schadstoff um eine Punktquelle verteilt (rote Zone). Grundwassertransport, Diffusion, Sorption und mikrobieller Schadstoffabbau beeinflussen die Verteilung.

Abbildung rechts:
Die Isotopensignaturen von Kohlenstoff zeigen einen Gradienten. Im Abstrom des Eintragsherds wird der Schadstoff zu 99% biologisch abgebaut (blaue Zone).

Gradient der Isotopensignaturen von Kohlenstoff

Eine Isotopenanreicherung erfolgt im Grundwasser nur durch biologischen Abbau. Sie ist unabhängig von der Konzentration des Schadstoffs, die zusätzlich durch Transporteffekte bestimmt wird. Nur mit Isotopenmessungen kann die biologische Schadstoffminderung (Abbau) von der physikalischen Schadstoffminderung (Sorption, Retardation, Verdünnung, Dispersion) unterschieden werden. Keine der alternativen Monitoringmethoden (wiederholte Konzentrationsbestimmung, externe Mikrokosmen, PLFA-Fingerprinting, gentechnische Bestimmung abbauender Bakterienspezies) erlaubt eine so unmittelbare und zeitintegrierende Analyse wie das Isotopenmonitoring.

Für über 20 Schadstoffe wurden bisher etwa 120 sogenannte Fraktionierungsfaktoren ermittelt (siehe Tabelle Isofrac). Je nach Schadensfall kann damit ein Abbau von 40% bis 99% zweifelsfrei nachgewiesen werden. Aufgrund des hohen mikrobiellen Abbaupotenzials im kontaminierten Grundwasser und der meist langjährigen Kontamination wird dieser Wert sehr häufig erreicht.

Erfolgreiche Feldversuche, in denen mit Isotopenfraktionierung der Abbau charakterisiert wurde, sind für eine Reihe von Schadstoffen publiziert. Ein Isotopenmonitoring ist allerdings keine Garantie für die eindeutige Bestimmung des Schadstoffabbaus. Limitationen und Unsicherheiten erfahren Sie im Bereich Forschung.