Probenahme und Analyse von Porenluft

> Probenahme und Analyse von Porenluft Ein Modul der Vollzugshilfe «Untersuchung von belasteten Standorten»

Herausgegeben vom Bundesamt für Umwelt BAFU Bern, 2015

Stellenwert dieser Publikation Diese Publikation ist eine Vollzugshilfe des BAFU als Aufsichtsbehörde und richtet sich primär an die Vollzugsbehörden. Sie konkretisiert unbestimmte Rechtsbegriffe von Gesetzen und Verordnungen und soll eine einheitliche Vollzugspraxis fördern. Berücksichtigen die Vollzugsbehörden diese Vollzugshilfen, so können sie davon ausgehen, dass sie das Bundesrecht rechtskonform vollziehen; andere Lösungen sind aber auch zulässig, sofern sie rechtskonform sind. Das BAFU veröffentlicht solche Vollzugshilfen (bisher oft auch als Richtlinien, Wegleitungen, Empfehlungen, Handbücher, Praxishilfen u. ä. bezeichnet) in seiner Reihe «Umwelt-Vollzug».

Impressum

Herausgeber Bundesamt für Umwelt (BAFU) Das BAFU ist ein Amt des Eidg. Departements für Umwelt, Verkehr, Energie und Kommunikation (UVEK).

Autoren Jürgen Abrecht, GEOTEST AG, Zollikofen; Eckard Drewes, UmweltMess GmbH, Lützelflüh; Peter Steffen, SJ GeoTec AG, Wolfwil; Jörg Meyer, NIUTEC AG, Winterthur

Begleitung BAFU Bernhard Hammer, Abteilung Abfall und Rohstoffe; Christiane Wermeille, und Monika Schwab-Wysser, Abteilung Boden und Biotechnologie

Zitierung BAFU (Hrsg.) 2015: Probenahme und Analyse von Porenluft. Ein Modul der Vollzugshilfe «Untersuchung von belasteten Standorten». Bundesamt für Umwelt, Bern. Umwelt-Vollzug Nr. 1521: 42 S.

Gestaltung Karin Nöthiger, Niederrohrdorf

Titelbild BAFU

PDF-Download www.bafu.admin.ch/uv-1521-d Eine gedruckte Fassung kann nicht bestellt werden.

Diese Publikation ist auch in französischer und italienischer Sprache verfügbar.

© BAFU 2015

> Inhalt 3

> Inhalt Abstracts 5 7 Auswertung der Resultate 30 Vorwort 7 7.1 Allgemeines 30 Zusammenfassung 8 7.2 Die Porenluftkonzentration beeinflussende Faktoren 30

7.3 Natürliche Hintergrundbelastung durch flüchtige

Stoffe 31

1 Einleitung 9 7.3.1 Chlorierte Kohlenwasserstoffe 31

7.3.2 Kohlendioxid, Methan und

Schwefelwasserstoff 32

2 Rechtliche Grundlagen 10 7.4 Altlastrechtliche Beurteilung 32

7.5 Rechnerische Abschätzung des Schadstoffgehalts

im Sickerwasser und des Gesamtschadstoffgehalts

3 Einsatzbereiche und Stoffe 12 aus den Gaskonzentrationen in der Porenluft 32

3.1 Ablagerungsstandorte 12 7.6 Qualitätssicherung 34

3.2 Betriebsstandorte 13

3.3 Unfallstandorte 13

3.4 Raumluftmessungen 14 Anhang 35

A1 Physikalisch-chemische Eigenschaften von flüchtigen altlastenrelevanten Stoffen 35

4 Festlegung der Probenahmestellen 15 A2 Durch Beprobung erfasstes Volumen 37

4.1 Ablagerungsstandorte 15 A3 Dokumentation der Probenahme 38

4.2 Betriebsstandorte 16 A4 Methodenvergleich 39

4.3 Bauvorhaben 19

Literatur 41

5 Probenahme 20 Verzeichnisse 42

> Abstracts 5

> Abstracts The “Sampling and Analysis of Pore Air” module described in the “Examination of Keywords: polluted Sites” enforcement aid, provides information about the areas of application of Pore air, pore air measurement and includes instructions for selecting sampling sites. It also Polluted sites, describes the sampling methodology and the analysis of pore air studies of contaminat- Contaminated site ed sites. The module reflects the current status of technology, and the report also addresses the evaluation of the findings, as well as the aspect of quality assurance.

Das Modul Probenahme und Analyse von Porenluft der Vollzugshilfe Untersuchung Stichwörter: von belasteten Standorten gibt Auskunft über die Einsatzbereiche von Porenluftmes- Porenluft, sungen und enthält Anleitungen für die Festlegung der Probenahmestellen. Darüber Belastete Standorte, hinaus werden die Probenahmetechnik und die Analytik von Porenluftuntersuchungen Altlast im Bereich der Altlasten beschrieben. Dabei gibt das Modul den heutigen Stand der Technik wieder. Zum Schluss wird auf die Auswertung der Resultate und die Qualitätssicherung eingegangen.

Le module Air interstitiel - Prélèvement d’échantillons et analyse qui fait partie de Mots-clés: l’aide à l’exécution Investigation de sites pollués fournit des informations sur le do- air interstitiel, maine d’application des mesures d’air interstitiel et sur le choix des points de prélève- sites pollués, ment. Il décrit également les techniques d’échantillonnage et les méthodes d’analyse de sites contaminé l’air interstitiel dans le domaine des sites contaminés, et reflète l’état actuel de la technique. La dernière partie est consacrée à l’interprétation des résultats et à l’assurance de la qualité.

Il modulo Prelievo di campioni e analisi dell’aria interstiziale dell’aiuto all’esecuzione Parole chiave: Indagine sui siti inquinati fornisce indicazioni sui campi d’applicazione delle misura- aria interstiziale, zioni dell’aria contenuta nei pori del suolo e istruzioni per scegliere i punti di prelievo. siti inquinati, Descrive inoltre la tecnica di campionamento e i metodi di analisi dell’aria interstiziale siti contaminati nell’ambito dei siti inquinati, riflettendo lo stato attuale della tecnica. Il modulo si sofferma infine sull’interpretazione dei risultati e sulla garanzia della qualità.

> Vorwort 7

> Vorwort Das Schadstoffspektrum von belasteten Standorten umfasst oft auch flüchtige Stoffe, welche besonders leicht in die Gasphase des Bodens gelangen. Sind geeignete Ausbreitungspfade vorhanden, können die Schadstoffe aus der Porenluft des Bodens an Orte strömen, an denen sich Personen aufhalten, und diese Personen potenziell gefährden.

Bei der Untersuchung und Beurteilung von belasteten Standorten spielen deshalb Porenluftuntersuchungen eine wichtige Rolle. Damit wird eine der Zielsetzungen der Altlasten-Verordnung (AltlV) erfüllt, nämlich die Beurteilung eines belasteten Standortes hinsichtlich des Schutzes von Personen vor Luftverunreinigungen.

Die vorliegende Vollzugshilfe soll mit ihren Anforderungen an die Festlegung der Probenahmestellen, die Probenahme und die Analytik von Porenluftuntersuchungen zur Harmonisierung, Qualitätssicherung und Rechtsgleichheit beitragen. Eine dem Stand der Technik entsprechende Probenahme und Analytik ist nicht zuletzt auch Voraussetzung dafür, dass Abgeltungen gemäss der Verordnung über die Abgabe zur Sanierung von Altlasten (VASA) gewährt werden können.

Gérard Poffet Vizedirektor Bundesamt für Umwelt (BAFU)

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> Zusammenfassung Gemäss Altlasten-Verordnung (AltlV) ist ein belasteter Standort hinsichtlich des Schutzes von Personen vor Luftverunreinigungen sanierungsbedürftig, wenn seine Porenluft einen festgelegten Konzentrationswert überschreitet und die vom Standort ausgehenden flüchtigen Schadstoffe an Orte gelangen, an denen sich Personen regelmässig während längerer Zeit aufhalten können.

Für die Untersuchung und Beurteilung von belasteten Standorten in Bezug auf Luftverunreinigungen sind deshalb Porenluftmessungen notwendig. Die Resultate sollten nach Möglichkeit durch weitere quantitative Untersuchungsmethoden sowie eine Plausibilitätsprüfung (z. B. historische Untersuchung, Hydrogeologie, Geologie) verifiziert werden.

Porenluftmessungen können für leicht- und mittelflüchtige Stoffe mit einem Siedepunkt von bis zu rund 200 °C eingesetzt werden. Die Entnahme von Porenluft bedingt eine minimale Durchlässigkeit des zu beprobenden Untergrunds. Grundsätzlich geeignet sind kiesige bis feinsandige Schichten im ungesättigten Bereich.

Bei Deponiestandorten ist ein gleichmässiges Beprobungsmuster zweckdienlich, wobei potenzielle Ausbreitungspfade (z. B. Leitungsgräben) zu berücksichtigen sind. Porenluftuntersuchungen dienen insbesondere dazu, Rückschlüsse auf den Abbauzustand der Deponie zu ziehen. Bei Betriebsstandorten steht der direkte Nachweis von Belastungen mit leichtflüchtigen Lösungsmitteln oder Betriebsstoffen im Vordergrund. Die Messstandorte sind eher punktuell unter Berücksichtigung der Ergebnisse der historischen Untersuchung (z. B. Lagerung, Umschlag, Versickerung, Abluft, Abwasser) zu wählen.

Es wird zwischen aktivem und passivem Verfahren zur Probenahme von Porenluft unterschieden. Beim passiven Verfahren sind nur qualitative Aussagen möglich und der Einsatz von Passivsammlern hat sich nicht durchgesetzt. Das aktive Verfahren zur Entnahme von Porenluftproben erfolgt entweder über das Ansaugen mittels Hohlsonde oder über das Ansaugen durch den Packer (in Verbindung mit Kernentnahmen). Beim aktiven Verfahren wird weiter zwischen direktem und anreicherndem Verfahren unterschieden. Beim direkten Verfahren erfolgt die Probenahme direkt in ein Headspace- Gläschen, eine Gasmaus oder einen Gasbeutel. Beim anreichernden Verfahren strömt die Porenluft in ein Adsorptionsröhrchen. Porenluftanalysen erfolgen in der Regel mittels Gaschromatograph.

Bei der Interpretation der Porenluftwerte gilt es, verschiedene Faktoren zu berücksichtigen, beispielsweise die Witterungsverhältnisse, Oberflächenversiegelung, Geologie, Lithologie und die natürliche Hintergrundbelastung.

Zur Qualitätssicherung ist es wichtig, dass die Probenahme fachkundig geplant, durchgeführt und nachvollziehbar dokumentiert wird. Im Zusammenhang mit der Analyse von Porenluft wird für Labors eine Akkreditierung nach ISO/IEC 17025 empfohlen.

1 > Einleitung 9

1 > Einleitung ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Die Porenluftuntersuchung ist ein wichtiges und häufig eingesetztes Verfahren zur Eingrenzung von leichtflüchtigen Schadstoffen im Untergrund.

Wichtige Grundlagen für aussagekräftige Porenluftuntersuchungen sind gute Kenntnisse vom Aufbau des Untergrunds und eine sorgfältig abgeklärte Standortgeschichte. Die Sondierstrategie wird an die örtlichen Verhältnisse angepasst.

Im Rahmen der altlastenrechtlichen Beurteilung eines belasteten Standorts sind die Resultate der Porenluftuntersuchungen nach Möglichkeit durch weitere quantitative Untersuchungsmethoden zu verifizieren. Eine Standortbeurteilung allein über die Porenluft kann ausnahmsweise vorgenommen werden, wenn keine Grundwasser- oder Sickerwasserbeprobung möglich ist. Plausibilitätsüberlegungen unter Berücksichtigung von historischer Untersuchung sowie der Geologie und Hydrogeologie des Standorts sind in jedem Fall erforderlich.

Die vorliegende Vollzugshilfe soll

> die Möglichkeiten und Grenzen aufzeigen, innerhalb denen Porenluftuntersuchungen sinnvoll und zielorientiert eingesetzt werden können, > einen kurzen Überblick über die Techniken zur Probenahme und Analyse von Porenluft geben, > Standards für die Durchführung von Porenluftuntersuchungen definieren und > die minimalen Anforderungen an die Dokumentation der Probenahme und Analytik festhalten.

Die vorliegende Vollzugshilfe richtet sich daher an

> Messlabors, welche Porenluftsondierungen und -analysen mit eigenen Geräten durchführen, > Gutachterbüros, welche mit der Untersuchung belasteter Standorte beauftragt sind und Messlabors mit Porenluftuntersuchungen beauftragen, und > Fachbehörden, welche gestützt auf Ergebnisse von Porenluftuntersuchungen Belastungen beurteilen und falls erforderlich weitere Massnahmen anordnen.

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2 > Rechtliche Grundlagen ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Gemäss Artikel 32c Absatz 1 des Bundesgesetzes vom 7. Oktober 1983 über den Umweltschutz (Umweltschutzgesetz, USG; SR 814.01) sorgen die Kantone dafür, dass Deponien und andere durch Abfälle belastete Standorte saniert werden, wenn sie zu schädlichen oder lästigen Einwirkungen führen oder die konkrete Gefahr besteht, dass solche Einwirkungen entstehen. Die Verordnung vom 26. August 1998 über die Sanierung von belasteten Standorten (Altlasten-Verordnung, AltlV; SR 814.680) konkretisiert Artikel 32c Absatz 1 USG.

Gemäss Artikel 11 AltlV ist ein belasteter Standort hinsichtlich des Schutzes von Personen vor Luftverunreinigungen sanierungsbedürftig, wenn seine Porenluft einen Konzentrationswert nach Anhang 2 AltlV überschreitet und die vom Standort ausgehenden Emissionen an Orte gelangen, wo sich Personen regelmässig während längerer Zeit aufhalten können.

Verursacht der Standort Emissionen, für die keine Konzentrationswerte bestehen, namentlich Gerüche oder Staub, so ist er sanierungsbedürftig, wenn die Emissionen zu übermässigen Immissionen im Sinne der Luftreinhalte-Verordnung (LRV; SR 814.318.142.1) führen können (Anh. 2 Abs. 1 AltlV).

Betreffend die Durchführung der Probenahme sowie die Analyse von Porenluftproben gelten gemäss Anhang 2 Absatz 2 AltlV folgende Anforderungen:

a) Die Probenahme muss anhand von Bodengassonden (sog. Porenluftsonden) an einer für die Belastung des Standortes repräsentativen Anzahl von Messstellen erfolgen. Es muss sichergestellt werden, dass bei der Probenahme keine Fremdluft (sog. Umgebungsluft) angesaugt wird. b) In der Porenluft müssen nur diejenigen Stoffe analysiert werden, mit deren Vorkommen am Standort aufgrund der historischen Untersuchung zu rechnen ist. Werden bloss Summenparameter analysiert, so gilt als Beurteilungskriterium stets der niedrigste Konzentrationswert der Einzelstoffe.

Auf die Entnahme von Porenluftproben kann verzichtet werden, wenn ein anderweitiger Nachweis vorliegt, dass die Konzentrationswerte in der Porenluft nicht überschritten werden können, namentlich auf Grund der genauen Kenntnis der Zusammensetzung und Herkunft des Materials des Standortes (Anh. 2 Abs. 3 AltlV).

Die in Anhang 2 AltlV aufgeführten Konzentrationswerte für die Porenluft sind nur dann für die altlastenrechtliche Einstufung des Sanierungsbedarfs von Belang, wenn gleichzeitig nachgewiesen werden kann, dass die belastete Porenluft an Orte gelangt, wo sich «Personen regelmässig während längerer Zeit aufhalten können» (Art. 11 AltlV).

2 > Rechtliche Grundlagen 11

Für die Beurteilung der Einwirkungen leichtflüchtiger Stoffe auf die Gewässer wird das Sickerwasser als Eluat betrachtet. Falls keine Sickerwasserproben entnommen werden können, so wird die Sickerwasserkonzentration aufgrund der in der Porenluft gemessenen Konzentrationen berechnet (vgl. Anh. 1 Abs. 4 AltlV).

Das Bundesamt für Umwelt erlässt die dazu notwendigen Vollzugshilfen über die Probenahme und Analyse der Porenluft sowie über die Beurteilung der Einwirkungen leichtflüchtiger Stoffe (vgl. Anh. 1 Abs. 6 und Anh. 2 Abs. 4 AltlV).

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3 > Einsatzbereiche und Stoffe ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Im Bereich der Altlastenuntersuchungen sind heute Porenluftmessungen zur Erfassung Orientierende Messmethode von Kontaminationen durch gasförmige Stoffe eine verbreitete und etablierte Metho- mit geringem Aufwand dik. Sie stellen eine orientierende Messmethode dar, welche es erlaubt, sehr schnell und mit vergleichsweise geringem Aufwand Aussagen über die Art der vorhandenen Kontamination und deren Ausbreitung zu machen. Obwohl die resultierenden Analysenergebnisse meist sehr genaue Konzentrationsangaben beinhalten, sind diese nur beschränkt für eine verbindliche altlastrechtliche Standortbeurteilung nutzbar. Die Gründe dafür werden weiter unten eingehender erläutert.

Porenluftmessungen können zu unterschiedlichen Zwecken und mit unterschiedlichen Zielsetzungen eingesetzt werden. Die Porenluftentnahme bedingt eine minimale Durchlässigkeit des zu beprobenden Untergrundes, d. h., sie ist grundsätzlich für kiesige bis feinsandige Schichten im ungesättigten Bereich geeignet. In siltigen bis tonigen Schichten oder in stark wasserhaltigen Torflagen ist die Durchlässigkeit für eine Probenahme zu gering. In den Fällen, wo keine Porenluftproben entnommen werden können, wird empfohlen, Feststoffproben zu entnehmen und zu analysieren.

Am häufigsten kommen Porenluftuntersuchungen im Rahmen der Voruntersuchung zur Anwendung. Aber auch im Rahmen von Detailuntersuchungen, oder zur Überprüfung des Sanierungserfolgs bei Sanierungen der ungesättigten Zone wird das Verfahren verwendet.

Die Porenluftuntersuchung wird für leichtflüchtige und mittelflüchtige Stoffe mit einem Siedepunkt von bis zu rund 200 °C eingesetzt. Abhängig von der jeweiligen Analysemethode lassen sich verschiedene Stoffgruppen mit unterschiedlicher Bestimmungsgrenze erfassen.

Die Art der Schadstoffe, die betroffenen Schutzgüter wie auch die Fragestellungen bzw. Zielsetzungen von Porenluftmessungen sind von der Art des Standortes abhängig (Ablagerungsstandort, Betriebsstandort etc.).

3.1 Ablagerungsstandorte

Bei Multikomponenten- und Gemeindedeponien, aber auch bei Deponien, wo zumin- Abfallablagerungen: dest ein Verdacht auf die Ablagerung von organischen Materialien oder von leicht- vor allem Deponiegase flüchtigen Organika besteht, stellen Porenluftmessungen eine standardisierte Erkundungsmethode dar. Hier dienen sie dem Nachweis der typischen Deponiegase, aber auch der Suche nach abgelagerten leichtflüchtigen organischen Stoffen (z. B. Lösungsmittel).

3 > Einsatzbereiche und Stoffe 13

Die beiden wichtigsten Deponiegase Kohlendioxid und Methan (brennbares Gas), von welchen Letzteres mit Konzentrationen bis gegen 100 % vorhanden sein kann, sind typische Produkte von biogenen Abbauvorgängen in Ablagerungsstandorten mit organischen Anteilen. Daneben können in Deponien auch weitere Gase entstehen. Schwefelwasserstoff bildet sich beispielsweise, wenn Siedlungsabfälle und Gips vorliegen. Kohlenmonoxid entsteht bei Schwelbränden im Deponiekörper. Diese Gase wie auch Wasserstoff und Ammoniak entstehen im Gegensatz zu den leichtflüchtigen Organika, die als Abfälle in die Deponie eingebracht worden sind, erst vor Ort infolge von Reaktionen, welche stark von den physiko-chemischen Verhältnissen abhängen. Ihr Auftreten erlaubt deshalb auch Rückschlüsse auf den Abbauzustand der Deponie. Grundsätzlich geben die Art und Anteile der verschiedenen Deponiegase oft wichtige Hinweise auf deponierte Stoffe sowie den Abbauzustand der organischen Anteile.

Eine Gefährdung von Mensch und Tier durch Deponiegase kann direkt durch Atemgifte wie Kohlendioxid oder Schwefelwasserstoff vorhanden sein, oder aber indirekt durch brennbare bzw. explosive Gase (Methan) entstehen.

Deponiegase stellen somit erst eine Gefährdung dar, wenn sie an Orte gelangen, wo sich Menschen oder Tiere aufhalten (z. B. Kellerräume, Leitungskanäle und -gräben, Baugruben) und die Gasvolumina gross sind.

3.2 Betriebsstandorte

Die Zielsetzung bei der Untersuchung von Betriebsstandorten ist in der Regel der Betriebsstandorte: direkte Nachweis von Belastungen durch leichtflüchtige Lösungsmittel und/oder durch vor allem leichtflüchtige Betriebsstoffe (Benzin, Petrol, Diesel, Heizöl). Lösungsmittel und Betriebsstoffe

Bei technischen Untersuchungen von Tankstellen oder Tanklagern wird die Methode zur Messung von Mineralölinhaltsstoffen in Kraftstoffen verwendet (Aliphate, Aromate, MTBE).

Leichtflüchtige Organika stellen bereits aufgrund ihres Vorhandenseins wichtige Indikatoren für potenzielle Verschmutzungen durch Kohlenwasserstoffverbindungen dar. Die Gasvolumina sind dabei in der Regel klein, hohe Konzentrationen (d. h. in der Regel im ppm-Bereich) zeigen aber eine Verschmutzung an, die – im Gegensatz zu den Deponiegasen – sowohl die Feststoffe als auch das Grundwasser betrifft. Die Gaskonzentration ist hier ein direkter Hinweis auf das Gefährdungspotenzial.

Ergänzende Messungen dienen bei Detailuntersuchungen häufig dazu, belastete Bereiche bzw. Schadenherde möglichst genau einzugrenzen.

3.3 Unfallstandorte

Bei Unfällen und Havarien, bei welchen leichtflüchtige Stoffe (CKW, Benzin, Diesel, Heizöl) freigesetzt werden, können Porenluftmessungen Hinweise auf die Ausbreitung dieser Stoffe im Untergrund liefern.

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3.4 Raumluftmessungen

Die in Anhang 2 der Altlasten-Verordnung aufgeführten Konzentrationswerte für die Regelmässiger Aufenthalt von Porenluft sind nur dann für die altlastrechtliche Einstufung der Sanierungsbedürftigkeit Personen während längerer Zeit von Belang, wenn gleichzeitig nachgewiesen werden kann, dass die belastete Bodenluft an Orte gelangt, wo sich «Personen regelmässig während längerer Zeit aufhalten können». Liegen somit hohe Porenluftkonzentrationen über den Konzentrationswerten vor und kann aufgrund der lokalen geologischen und baulichen Gegebenheiten eine Emission an solche Orte nicht ausgeschlossen werden, sind Raumluftmessungen sowohl zur Beurteilung des Sanierungsbedarfes als auch zur Klärung der direkten Gefährdung von Menschen an den betroffenen Orten angebracht oder gar notwendig. Neben geschlossenen Räumen (z. B. Kellerräume) sind auch nur teilweise offene Räume wie Leitungsgräben und Baugruben einzubeziehen. (vgl. Kap. 4.3).

Gassicherheitsmessungen auf brennbare Gase (v. a. Methan), Kohlenmonoxid, Kohlen- Gassicherheitsmessungen dioxid und Schwefelwasserstoff können in diesen Fällen mit Handmessgeräten vor Ort durchgeführt werden.

Für Raumluftmessungen sind die Probenahme- und Analysenmethoden für Porenluft ungeeignet. Die dort eingesetzten Messverfahren richten sich nach eigenen Richtlinien und Normen des BAG bzw. der SUVA. Sie werden durch spezialisierte Firmen durchgeführt.

4 > Festlegung der Probenahmestellen 15

4 > Festlegung der Probenahmestellen ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Die Art der Schadstoffe, die betroffenen Schutzgüter wie auch die Fragestellungen Beprobungsstrategien bzw. Zielsetzungen von Porenluftmessungen sind auf Ablagerungsstandorten und Betriebsstandorten meist verschieden und erfordern eine entsprechende Beprobungsstrategie.

4.1 Ablagerungsstandorte

Erweisen sich Porenluftmessungen aus den oben erwähnten Gründen als notwendig und zweckmässig, muss ein Beprobungskonzept entsprechend der Fragestellung erstellt werden. Sind bestehende oder geplante Bauten potenziell gefährdet, sind u. U. Messungen auch ausserhalb des Deponieperimeters erforderlich.

Bei Altdeponien ist meist nicht bekannt, welche Materialien wo abgelagert wurden. Es empfiehlt sich deshalb, über die mutmassliche Deponiefläche ein Raster mit Gasentnahmepunkten zu legen. (Abb. 1 grüne Punkte). Hinsichtlich des Schutzes von Personen sind weitere Messpunkte zu definieren (Abb. 1 blaue und rote Punkte).

Abb. 1 > Probenahmeraster auf Deponien

Gebäude mit Abwasserleitung, Leitungsregelmässigem längerem graben mit durchlässigem Altdeponie mit organischen Aufenthalt von Personen Material verfüllt Abfällen

Hinterfüllung oder Kofferung

• Messpunkte in Räumen mit regelmässigem längerem Aufenthalt von Personen

• Messpunkte zur Beurteilung von Ausbreitungspfaden in Räume mit regelmässigem längerem Aufenthalt von Personen

• Messpunkte zur Eingrenzung der gasproduzierenden Bereiche Quelle: Reto Philipp, Magma AG 2014

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Es soll nach Möglichkeit eine flächendeckende Erfassung des Untersuchungsareals an- Etappiertes Vorgehen gestrebt werden. Zweckmässig ist dabei oft ein etappiertes Vorgehen, indem – ausgehend von den Ergebnissen einer ersten Rastermessung – in einem 2. Schritt der Raster in ausgesuchten Arealbereichen verfeinert wird. Der zu wählende Punkteabstand wird aufgrund der lokalen Situation und der Zielsetzung der Messungen festgelegt. Je nach Rasterweite können so Bereiche mit hoher Deponiegasproduktion zumindest näherungsweise eingegrenzt werden.

Falls hohe Gaskonzentrationen gemessen werden und hoch belastete Zonen ausgeschieden werden können, können sich im Hinblick auf Massnahmen gegen das Eindringen von Gas in Gebäude Pumpversuche als zweckmässig erweisen. Diese geben Auskunft über die zu erwartenden Gasvolumina und geben Hinweise auf die zu treffende Massnahmen.

Die früher häufig durchgeführten flächendeckenden Messungen auf Deponiestandorten mit der sog. «Teppichsonde» zur Erfassung von aus der Oberfläche austretenden Gasemissionen sind wenig aussagekräftig. Die Messergebnisse sind stark von den äusseren Rahmenbedingungen abhängig. Eine Verdünnung durch Atmosphärenluft ist kaum vermeidbar. Der Einsatz dieser Methode ist deshalb problematisch. In landwirtschaftlich genutzten Gebieten können Beobachtungen des Bewuchses (Wachstumsstörungen) zu eindeutigeren Aussagen über Gasaustritte führen.

4.2 Betriebsstandorte

Die Messung von toxischen leichtflüchtigen Organika dient in erster Linie zum qualita- Qualitativer Nachweis, tiven Nachweis und zur räumlichen Eingrenzung einer Kontamination durch leicht- räumliche Eingrenzung flüchtige organische Stoffe. Das Beprobungskonzept für die Erfassung dieser Stoffe muss sich deshalb auf die Ergebnisse der historischen Untersuchung stützen. Die Entnahme von Proben wird sich auf die Bereiche konzentrieren, an denen solche Stoffe gelagert, ein- oder umgesetzt oder versickert worden sind oder zumindest ein dahin gehender Verdacht besteht[5].

Die Werkleitungen müssen vorgängig eingehend und vollständig abgeklärt werden. Werkleitungen Von Industriearealen und auch Tankstellen liegen oft keine aktuellen Pläne mehr vor. Können die Leitungen nicht zweifelsfrei lokalisiert werden, ist eine alternative Sondierung durchzuführen oder die Leitungen sind mittels Handaushub zu lokalisieren.

4 > Festlegung der Probenahmestellen 17

Abb. 2 > Probenahmestrategie bei Betriebsstandorten Rohstofflager (Eisen) Abluft Chemikalienlager Entfettung

Montagehalle Werkstatt

keine Sondierungen,

da unterkellert Abwasserleitung

Büros

Die Vorgehensweise ist somit standort- bzw. ereignisorientiert. Da gewisse Stoffe Eingeschränkte (insbesondere halogenierte Lösungsmittel) vorwiegend auf Industrie- und Gewerbe- Beprobungsmöglichkeiten standorten und dort meist eher punktuell eingesetzt worden sind, sind gleichmässige, flächendeckende Beprobungsraster meist nicht zweckmässig und überdies häufig nicht realisierbar. Gerade auf noch aktiven Betriebsstandorten sind die Beprobungsmöglichkeiten oft eingeschränkt. Das Augenmerk ist daher vor allem darauf zu richten, dass möglichst alle Bereiche mit Verschmutzungspotenzial mit einer hinreichenden Beprobungsdichte erfasst werden können. Wegen der spezifischen Stoff- und Ausbreitungseigenschaften von leichtflüchtigen Organika sind die Abstände zwischen Beprobungspunkten eher gering zu halten, d. h. 5 bis 10 m oder weniger.

Die Stoff- und Ausbreitungseigenschaften der leichtflüchtigen Schadstoffe können er- Stoff- und Ausbreitungshebliche Unterschiede aufweisen (vgl. Anhang A1). Bei der Festlegung der Mess- eigenschaften standorte sind folgende Eigenschaften speziell zu beachten:

> Mobilität der Stoffe (Sorptionstendenz), > Tendenz der Ausbreitung entlang von Pfaden erhöhter Durchlässigkeit (Leitungen, Kofferungen etc.), > Dichte der Gase (präferentielle Ausbreitungsrichtung).

Die Tendenz vieler Stoffe, wie etwa der halogenierten Kohlenwasserstoffe, sich in bzw. auf geringer durchlässigen Horizonten anzureichern, führt im Untergrund zu sehr heterogenen und kaum voraussagbaren Verteilungen.

Als zweckmässig haben sich Vorgehensweisen erwiesen, welche

> entweder ein etappiertes Vorgehen mit Verdichtung der Messabstände in einem zweiten Schritt, > oder den Einsatz eines mobilen Analytiklabors beinhalten.

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Ein mobiles Labor kann bei Unfallstandorten, wo in kurzer Zeit Ergebnisse vorliegen müssen, oder bei der Suche und Eingrenzung von Schadensherden von Vorteil sein. Dabei kann die Festlegung der Probenahmepunkte gezielt in Abhängigkeit von bereits vorliegenden Messresultaten erfolgen. Zusätzliche Messkampagnen können dadurch u. U. vermieden werden, was nicht zuletzt hinsichtlich der Kosten von Vorteil ist. Als Alternative zum mobilen Analytiklabor können auch Vor-Ort-Messungen mit einem Photoionisations-Detektor (PID) dienen, der allerdings nur die Summe der flüchtigen organischen Verbindungen anzeigt.

Bei der Festlegung der Beprobungstiefen sind folgende Punkte zu beachten: Beprobungstiefe

> Ausbildung des Untergrundes (bindig: wenig durchlässig, sandig-kiesig: gut durchlässig, > Oberfläche versiegelt oder nicht versiegelt, > Tiefe von Schächten und Leitungen, > Bauliche Gegebenheiten, > Lage des Grundwasserspiegels (bei geringen Flurabständen Achtung bei Sondierungen in Untergeschossen!).

Flächendeckende, rasterförmige Messungen können bei günstigen Rahmenbedingun- Eingrenzung von gen (geringer Flurabstand, hinreichend durchlässige ungesättigte Zone) zur Erfassung Schadstofffahnen und Eingrenzung von Schadstofffahnen im Grundwasser, etwa von halogenierten Lösungsmitteln, vorgenommen werden, da letztere im Abstrom des Schadenherdes in die Porenluft rückdiffundieren («ausgasen»).

Um Informationen über die vertikale Verteilung von leichtflüchtigen Organika zu Vertikale Schadstoffverteilung gewinnen (z. B. wenn bekannt ist, dass der Untergrund heterogen aufgebaut ist), kann eine tiefenzonierte Beprobung vorgesehen werden. Dazu bieten sich verschiedene Möglichkeiten an:

> Entnahme von Gasproben aus der vorgesehenen Tiefe, anschliessend Rammen einer weiteren Stahlhohlsonde in unmittelbarer Nachbarschaft auf eine grössere Tiefe und Entnahme einer Gasprobe. Ein Weiterrammen der Stahlhohlsonde nach der ersten Probenahme in eine grössere Tiefe ist beim Einsatz von verlorenen Spitzen nicht möglich. > Bei Sondierbohrungen Probenahme aus der vorgesehenen Tiefe im unverrohrten Abschnitt (z. B. Rückzug des Futterrohrs). Das Rohr muss mittels Packer gegen die Atmosphärenluft abgedichtet werden. > Erstellen von Mehrfachmessstellen, welche unterschiedliche Tiefen erreichen und gegeneinander abgedichtet sind (sog. «Kaskaden»). > Einsatz der Membrane Interface Probe (MIP).

4 > Festlegung der Probenahmestellen 19

4.3 Bauvorhaben

Gemäss Artikel 3 der AltlV sind Bauvorhaben auf belasteten Standorten grundsätzlich möglich, sofern dabei

> keine schädlichen oder lästigen Auswirkungen ausgelöst werden, > der Standort gleichzeitig saniert wird oder > durch das Bauvorhaben spätere Sanierungsmassnahmen nicht wesentlich erschwert werden.

Zur Prüfung, ob ein Bauvorhaben auf einem belasteten Standort bei der Realisierung oder später zu einem Sanierungsbedarf führen kann, soll eine Gefährdungsabschätzung durchgeführt werden. Sie erfolgt in der Regel im Rahmen einer Standortuntersuchung während der Planungsphase des Bauvorhabens. Sind hinsichtlich der Gefährdung durch Porenluft vorbeugende baubedingte Massnahmen notwendig, setzt dies voraus, dass Gasmessungen zu einem frühen Zeitpunkt vorgenommen werden. Dies wiederum erfordert seitens des Gutachters eine offene und zielgerichtete Information des Bauherrn und die Einbindung des Gutachters in die Projektplanung.

Oft ist mit dem Bauvorhaben auch eine Nutzungsänderung verbunden. So können auf Bauvorhaben einem unbebauten oder beispielsweise bisher nur als Lagerplatz genutzten Grundstück mit Nutzungsänderung durch das Bauvorhaben Räume entstehen, in denen sich Personen regelmässig und über längere Zeit aufhalten.

Auch die nähere Umgebung des Baugrundstücks soll beurteilt werden. Eine Gefähr- Umgebung des Baugrundstücks dung kann beispielsweise entstehen, wenn ein Leitungsgraben oder eine Kofferung neue Ausbreitungswege eine gasproduzierende Belastung in der Umgebung tangiert, so dass neue Ausbreitungswege für die belastete Porenluft zwischen der Belastung und dem neuen Bauwerk geschaffen werden (vgl. Abb. 1).

Für die Probenahme ist die Tiefe der Entnahme in Bezug auf das vorgesehene Bauwerk zu berücksichtigen. Unter Umständen müssen zu einem späteren Zeitpunkt während der Bauphase weitere Messungen von der Baugrubensohle aus vorgenommen werden.

Bei Bauvorhaben im Bereich von Altablagerungen sind die von den Deponiegasen Arbeitssicherheit auf Baustellen ausgehenden Gefahren (Erstickung, Vergiftung, Explosion etc.) beim Bauvorgang speziell zu beachten: Deponiegase können sich in der Baugrube, in Fundament- oder Leitungsgräben ansammeln (vgl. Kap. 3.1 und 4.1). Bei Bauvorhaben mit möglichen Gasaustritten sind daher Gassicherheitsmessungen erforderlich. Die Arbeitssicherheit auf der Baustelle muss speziell beurteilt werden (LRV[17], [18]).

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5 > Probenahme ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Bei den ausschliesslich für Porenluftanalysen geeigneten Probenahmeverfahren wird grundsätzlich zwischen passiven und aktiven Verfahren unterschieden (siehe dazu Methodenvergleich in Anhang A4).

5.1 Passives Verfahren

Das passive Verfahren, bei dem Sammler («sampler») mit adsorbierender Beschich- Passivsammler tung/Ladung (Tenax, Aktivkohle u. ä.) im Boden vergraben und über eine gewisse Zeit dort belassen werden, erlaubt nur qualitative Aussagen über eine Verunreinigung. Der Einsatz von Passivsammlern bei der Porenluftuntersuchung hat sich nicht durchgesetzt.

5.2 Aktive Verfahren

Bei den aktiven Verfahren unterscheidet man zwischen direktem und anreicherndem Verfahren (vgl. Anhang A4). Als weiteres aktives Verfahren wird die MIP-Methode in Abschnitt 5.2.3 beschrieben.

Beim direkten Verfahren erfolgt die Probenahme der Porenluft direkt in Headspace- Direktes Verfahren Gläschen, Gasmäuse oder Gasbeutel. Das direkte Verfahren ist geeignet für alle leichtflüchtigen Stoffe (Sdp. < 80 °C) der AltlV. Es sind dies Methan, Benzine und Zusätze sowie die Stoffgruppen «Halogenierte Kohlenwasserstoffe» und «Monocyclische aromatische Kohlenwasserstoffe». Kohlendioxid und Schwefelwasserstoff können direkt vor Ort gemessen werden.

Beim anreichernden Verfahren wird ein definiertes Volumen der Porenluft durch eine Anreicherndes Verfahren geeignete Sammelphase gesaugt und die Analyten werden adsorbiert (Adsorptionsröhrchen). Es bietet sich an für die Bestimmung der polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffe (PAK inkl. Naphthalin und Benzo(a)pyren) sowie von Quecksilber.

Von den verschiedenen Techniken für die Entnahme von Porenluftproben (DIN[7], VDI ISO[17], ITVA[11], div. Arbeitshilfen aus deutschen Bundesländern[1], [2], [13]) hat sich – angepasst an die Untergrundverhältnisse in der Schweiz – das aktive Verfahren etabliert.

Zum Einsatz kommen

> Ansaugen über Hohlsonde oder > Ansaugen über Packer (in Verbindung mit Kernentnahmen)

5 > Probenahme 21

5.2.1 Probenahme mit Hohlsonden

Beim in der Schweiz heute üblichen aktiven Verfahren werden Stahlhohlsonden mit Rammsondierungen verlorener Spitze mit einem Elektrohammer in den Untergrund gerammt. Die Rammtiefe liegt in der Regel zwischen 1.5 m und 2.5 m (Abb. 3), kann aber nach Bedarf erhöht werden. Die Grenzen werden durch die Materialeigenschaften des Untergrundes (Rammbarkeit) gesetzt. Beim Einsatz von Verlängerungen ist darauf zu achten, dass die Schraubverbindungen gasdicht sind, damit an diesen Stellen keine Porenluft angesaugt wird. Grössere Rammtiefen sind möglich, aber die Verbindungsstücke der Verlängerungen bilden einen mechanischen Schwachpunkt, so dass mit zunehmender Tiefe, insbesondere bei dicht gelagerten, groben Schottern, die Gefahr eines Sondenbruchs zunimmt. Zudem ist ein Weiterrammen nach der Probenahme beim Einsatz einer verlorenen Spitze nicht möglich. Es soll deshalb für jede Probenahmetiefe eine separate Sonde gerammt werden. Aus diesem Grund ist für die Aufnahme eines Tiefenprofils der Schadstoffverteilung der Einsatz der «Membrane Interface Probe» (MIP) vorzuziehen (siehe Abschnitt 5.2.3).

Abb. 3 > Rammsondierungen zur Entnahme von Porenluftproben Stahlhohlsonden Rammen der Nachsetzen einer Rammen auf Rückzug bis auf ersten Stange Verlängerung Endtiefe durchlässige Schicht, Probenahme

Probenahmeport mit Septum

Unterdruckmanometer

Absperrhahn

Abgang zur Probenahmepumpe

Ziehvorrichtung Humus

Sand

Kies

Silt/Ton

Kies theoretischer Absaugbereich

Silt/Ton

Probenahme und Analyse von Porenluft BAFU 2015 22

Mit Beton oder Schwarzbelag versiegelte Oberflächen werden vorgängig geöffnet, Befestigte Oberflächen Beton am besten mittels Kernbohrungen. Dabei sollte ein genügend grosser Bohrdurchmesser (ca. 100 mm) gewählt werden, damit eventuell unter dem Beton vorhandene Steine einer Kofferung von Hand entfernt werden können. Befindet sich der Probenahmepunkt in einem Gebäude, so ist darauf zu achten, dass über dem Entnahmepunkt eine ausreichende freie Höhe für die Rammeinrichtung vorhanden ist (Elektrohammer + Sonde ≈ 2.5 m). Nach dem Rammen wird die Hohlsonde mit der Ziehvorrichtung 10 cm bis 20 cm angehoben, damit die verlorene Spitze die Bohrung freigibt, was mit einem Kontrollstab überprüft wird. Anschliessend wird der Entnahmekopf, der mit einem Septum, einem Unterdruck-Manometer und einem Abgang mit Hahn versehen ist, auf die Hohlsonde geschraubt. Alle Teile, die mit der Porenluft in Berührung kommen, müssen aus inertem Material sein. Um ein Verschleppen von Verunreinigun- Verschleppen von gen zu vermeiden, wird für jede Probenahmestelle eine saubere Hohlsonde eingesetzt. Verunreinigungen

Das Unterdruck-Manometer dient der Kontrolle, ob der offene Bereich für eine Pro- Austausch des Totvolumens benahme ausreichend gasdurchlässig ist. Ist dies nicht der Fall (Ton, Silt, Grundwasser der Sonde o. ä.), wird die Hohlsonde angehoben, bis eine Probenahme möglich ist. Beim Abgang des Entnahmekopfs wird dann über eine Pumpe bei kleinem Volumenstrom, der zur Vermeidung von Unterdruck nicht mehr als 2 l/min betragen sollte, mit möglichst konstanter Rate ein vordefiniertes Porenluftvolumen abgepumpt. Vor der Probenahme muss das Totvolumen der Sonde mindestens dreimal ausgetauscht werden. Die Dichtheit der Anordnung gegenüber der Atmosphärenluft wird durch die Messung des Sauerstoff- und Kohlendioxidgehalts der angesaugten Porenluft während der Probenahme überprüft (Abb. 4).

Abb. 4 > Schematische Darstellung der Probenahmeanordnung

Unterdruck-Manometer

Glasspritze Hahn

Ziehvorrichtung

5 > Probenahme 23

Beim direkten Verfahren mit Probenahme in Headspace-Gläschen wird nach dem Ab- Probenahme in Headspacesaugen von 5 bis 10 l Porenluft der Hahn am Abgang zur Pumpe geschlossen. Durch Gläschen bzw. Gasbeutel das Septum am Entnahmekopf wird anschliessend mittels einer gasdichten Glasspritze eine Probe aufgezogen und in das vorgängig evakuierte Headspace-Gläschen überführt (Abb. 4 und Abb. 5). Alternativ kann ein verschlossenes Headspace-Gläschen über zwei Kanülen mit Porenluft befüllt/entlüftet werden. Vor dem Befüllen muss der Luftraum mindestens fünfmal mit Porenluft ausgetauscht werden (Abb. 6). Für jede Probe wird eine saubere Glasspritze verwendet. Kunststoffspritzen (Einwegspritzen) sind ungeeignet, da sie zu analysierende Substanzen aufnehmen können oder ihrerseits Stoffe abgeben. Gasbeutel werden am Ausgang der Pumpe gefüllt. Sie eignen sich nicht für die Probenahme von FCKW, sondern nur für Deponiegas- resp. für Isotopenproben.

Abb. 5 > Abfüllen der Porenluftprobe in ein Abb. 6 > Abfüllen der Porenluftprobe in Probenevakuiertes Headspace-Gläschen gefäss nach vorgängigem 5-fachen Austausch des Inhalts mit Porenluft Volumenkontrolle weite Kanüle

Für das anreichernde Verfahren wird das Adsorptionsröhrchen zwischen dem Abgang Probenahme mit des Entnahmekopfs und der Pumpe eingesetzt und das vorgegebene Porenluftvolumen Adsorptionsröhrchen zum Beladen des Adsorbermaterials durchgesaugt. Dieses kann je nach Methode zwischen 0.5 l und 150 l variieren. Analog wird beim Befüllen von Gasmäusen vorgegangen. Der Schlauch, der den Entnahmekopf mit dem Adsorptionsröhrchen respektive der Gasmaus verbindet, muss aus inertem Material sein (Silikon, Teflon), d. h. er darf weder zu analysierende Substanzen aufnehmen noch abgeben.

Probenahme und Analyse von Porenluft BAFU 2015 24

Porenluftproben für die Headspace-Analyse müssen dunkel gelagert werden. Adsorpti- Lagerung der Proben onsröhrchen müssen zum Vermeiden einer thermischen Desorption zusätzlich kühl aufbewahrt werden. Die Proben sind innert 24 bis maximal 48 Stunden zu analysieren.

Für jede Probenahme wird ein aussagekräftiges Protokoll erstellt, damit das Vorgehen Probenahmeprotokoll und die Umgebungsbedingungen lückenlos dokumentiert und nachvollziehbar sind. In Anhang A3 sind die wesentlichen Punkte aufgelistet, die das Protokoll enthalten muss.

5.2.2 Probenahme mit Packer

Bei der Probennahme auf Flächen, die mit Beton oder Schwarzbelag versiegelt sind, Probenahme auf befestigten wird der Zugang für die Probenahmesonde mit einer Kernbohrung geöffnet und das Flächen Bohrloch mittels eines Packers abgedichtet (Abb. 7). Die Porenluftprobe kann durch den Packer entnommen werden. Dieses Vorgehen eignet sich vor allem für die Fälle, Probenahme aus Rohren wo durch das Sondierloch ein Rammkern gezogen wird und deshalb keine Hohlsonde eingesetzt werden kann. Allerdings besteht in diesem Fall eine Unsicherheit hinsichtlich der genauen Herkunft der Porenluft, da der grösste Zustrom angesaugter Porenluft aus der Schicht mit der relativ höchsten Durchlässigkeit kommen wird.

Packer können auch zur Probenahme aus perforierten Rohren von Gaspegeln oder Grundwassermessstellen eingesetzt werden (Abb. 8). In diesen Fällen ist die Kenntnis des Totvolumens wichtig, da vor der Probenahme mindestens das Zwei- bis Dreifache davon abgesaugt werden muss.

5 > Probenahme 25

Abb. 7 > Probenahme von Porenluft unter befestigten Oberflächen Abb. 8 > Probenahme von Porenluft aus Rohren von Gaspegeln (mit Packer abgedichtet). oder Grundwassermessstellen (mit Packer abgedichtet).

Probenahmeport mit Septum Probenahmeport mit Septum Unterdruckmanometer Unterdruckmanometer Absperrhahn Absperrhahn

Abgang zur Probenahmepumpe Abgang zur Probenahmepumpe

Piezometerrohr, mit Packer abgedichtet aufgebohrte Betonplatte, Bohrloch Humus mit Packer abgedichtet

Sand Sand

Kies Kies

Silt/Ton

Kies

Silt/Ton

5.2.3 Membrane Interface Probe (MIP)

Eine seit einigen Jahren auch in der Schweiz erprobte Probenentnahme- und Analyse- MIP-Sondierungen technik ist die Membrane Interface Probe (MIP). Diese zu den Direct-push-Verfahren gehörende Technik ermöglicht ein Screening, dessen wichtigster Vorteil in der Erfassung raumbezogener Daten zur Verteilung von leichtflüchtigen Stoffen im Untergrund liegt.

Probenahme und Analyse von Porenluft BAFU 2015 26

Im Unterschied zu den oben aufgeführten reinen Porenluft-Methoden erlaubt die MIP auch die Untersuchung der gesättigten Zone. Beim MIP-Verfahren wird an der Spitze eines Rammgestänges eine Sonde in den Untergrund getrieben. Durch Aufheizen der Sonde (ca. 120 °C) werden die Schadstoffe vollständig verflüchtigt und dann über eine Membran in einer mit einem Trägergas verfüllten Kapillare zur Analyseneinrichtung (PID, FID, DELCD) transportiert. Alle mit diesen Detektoren erfassbaren und Siedepunkte unter 120 °C aufweisenden Stoffe werden halbquantitativ analysiert.

Die sehr flexible Methodik liefert hochaufgelöste tiefenorientierte Schadstoffprofile. Neben Angaben zur Schadstoffverteilung werden über Leitfähigkeitsmessungen auch Informationen zum lithologischen Aufbau geliefert. Liegen genügend Sondierungen vor, kann ein dreidimensionales Bild der Schadstoffverteilung erarbeitet werden.

Im Unterschied zu den anderen aktiven Porenluftmessungen sind keine Einzelstoffe messbar, sondern nur Summen von Schadstoffgruppen (CKW, BTEX). Wie alle Rammverfahren stösst sie in sehr hartem und generell schwer rammbarem Untergrund (z. B. grobe Schotter, harte Moräne) an ihre Grenzen. Das Rammen geschieht mit einem Raupengerät. Wegen dessen Grösse ist ein Einsatz in Gebäuden, insbesondere in Kellerräumen, nur beschränkt möglich.

5.3 Durch die Beprobung erfasstes Volumen

Das Volumen, das im Untergrund um das Sondenende beprobt wird, ist abhängig vom Porenvolumen und von der Permeabilität des betroffenen Bereichs. Unter der idealisierten Annahme eines kugelförmigen Einflussbereiches mit einem homogenen, trockenen Porenraum sind in Anhang A2 für verschiedene Porenvolumina und Absaugmengen die entsprechenden Kugeldurchmesser grafisch dargestellt.

5.4 Qualitätssicherung

Erfahrungsgemäss liegen die grössten Unsicherheiten bei der Probenahme selbst. Sie stellt hohe Ansprüche an die Probenehmer und muss entsprechend fachmännisch geplant und durchgeführt werden.

Im Hinblick auf die Qualitätssicherung sind folgende Punkte wichtig, die vom Probenehmer und vom Messlabor einzuhalten und in einem Messbericht zu dokumentieren sind:

> Der Ablauf der Probenahme sowie die eingesetzten Probenahmegeräte und die Hilfsmittel zur Bestimmung der Feldparameter sind zu beschreiben > Die Probenahmebehälter sind eindeutig zu beschriften > Es ist ein Verzeichnis aller entnommenen Proben zu erstellen > Probenahme, Probentransport und Probenlagerung müssen so erfolgen, dass eine Beeinflussung des Probenmaterials soweit als möglich vermieden wird. > Durch die Reinigung sämtlicher verwendeter Geräte oder deren Austausch zwischen der Entnahme von zwei verschiedenen Proben muss ein Verschleppen von Kontaminationen vermieden werden.

6 > Analytik 27

6 > Analytik ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------

6.1 Allgemeines

Die Porenluftanalysen sind nach standardisierten Methoden durchzuführen (DIN[6], [7], Analyseprotokoll VDI[20]). Die Porenluftproben werden in der Regel im Labor analysiert, können aber auch mit Vor-Ort-Analytik in einem mobilen Labor am Ort der Probenahme untersucht Bestimmungsgrenze werden. Das Analyseprotokoll muss nebst den Resultaten mit Bestimmungsgrenzen auch Angaben über die angewendeten Methoden enthalten.

Die Messunsicherheit für die in Anhang 2 AltlV aufgeführten Stoffe liegt für den Messunsicherheit Konzentrationsbereich der AltlV-Konzentrationswerte zwischen etwa 7 % und 15 %. Generell gilt: Je geringer der gemessene Wert, desto grösser die Messunsicherheit.

Die Angabe für aromatenfreies Benzin in Anhang 2 AltlV entspricht der Summe der Kohlenwasserstoffe im Siedebereich von 80–200 °C ohne die Aromaten Benzol, Toluol, Ethylbenzol und die Xylole.

Der Wert für Leichtbenzin (Aromaten 0–10 %) ist gleich der Summe der Kohlenwasserstoffe und Aromaten im Siedebereich von 70–90 °C.

6.2 Analysenmethoden

Die Analyse der leichtflüchtigen Organika in der Porenluft erfolgt in der Regel mittels Gaschromatographie. Die gesammelten organischen Komponenten werden dabei auf der Trennsäule getrennt und anschliessend mit geeigneten Detektoren quantifiziert.

Am meisten verwendet wird GC-ECD/FID, eine Kopplung der Gaschromatographischen Trennung mit einer Kombination des gruppenspezifischen ECD (Electron capture Detector) mit dem unspezifischen FID (Flammenionisationsdetektor) oder GC- MS, eine Kopplung der Gaschromatographischen Trennung mit einem molekülspezifischen MSD (Massenselektiver Detektor).

Die Konzentrationen von Methan, Kohlendioxid, Sauerstoff und Schwefelwasserstoff können mit Gasmessgeräten während der Probenahme (online) bestimmt werden.

Andere Messmethoden, wie direkt anzeigende Prüfröhrchen oder die Untersuchung mit dem Photoionisations-Detektor (PID), geben Hinweise auf Verunreinigungen. Sie ermöglichen eine qualitative Ersteinschätzung der vorhandenen Kontamination, eignen sich aber nicht für quantitative Aussagen.

Probenahme und Analyse von Porenluft BAFU 2015 28

6.2.1 Analyse mittels direktem Verfahren

Dieses Verfahren ist geeignet für alle im Anhang 2 der Altlasten-Verordnung aufgeführten Stoffe ausser den Polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAK). Der Anhang A1 entspricht der Stoffliste für welche gemäss Anhang 2 AltlV Konzentrationswerte vorhanden sind.

Die analytische Bestimmung mittels Gaschromatographie erfolgt als direkte Gasmessung aus dem Headspace-Gläschen. Dabei ist die Wahl des Säulenmaterials sowie des Detektors von der Erfahrung und der Infrastruktur des jeweiligen Labors abhängig. Nachweisgrenze, Selektivität sowie die Anzahl detektierbarer Stoffe werden von der verwendeten Technik bestimmt. Die Vorteile der GC-MS liegen in der stoffspezifischen Detektion, sowie in der umfangreichen Stoff-Palette. Demgegenüber liegt der Vorteil der Kopplung GC-ECD/FID in den geringeren Geräte- und Betriebskosten.

6.2.2 Analyse mittels anreicherndem Verfahren

Dieses Verfahren ist geeignet für die im Anhang 2 der Altlasten-Verordnung aufgeführten polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffe (PAK) und Quecksilber.

Die PAK-Bestimmung erfolgt nach Lösungsmittel-Desorption vom Adsorbens mittels Gaschromatographie oder Flüssigchromatographie oder nach thermischer Desorption vom Adsorbens mittels Gaschromatographie.

Die Quecksilber-Analytik erfolgt nach Flüssig-Desorption mittels Kaltdampf Atom Absorptions Spektrometrie (CV-AAS).

Zusätzlich können mit dem anreichernden Verfahren die meisten der im Anhang 2 der Altlasten-Verordnung aufgeführten Stoffe mit verbesserter Nachweisgrenze analysiert werden. Die Nachweisgrenze verbessert sich um den Faktor der Anreicherung im Adsorptionsröhrchen. Allerdings sind kaum alle Organika aus Anhang A1 gleichzeitig ab demselben Adsorptionsröhrchen mit demselben Desorptionsmittel zu bestimmen.

Der Aufwand für die Probenahme und Analytik sowie die vielen resultatbeeinflussenden Faktoren machen das anreichernde Verfahren umständlich und teuer. In der Regel werden mit dem direkten Verfahren Bestimmungsgrenzen erreicht, die den Anforderungen der Altlasten-Verordnung genügen.

6 > Analytik 29

6.4 Qualitätssicherung

Analytiklabors im Umweltbereich sollen nach der Norm SN EN ISO/IEC 17025[24] arbeiten. Eine Akkreditierung nach ISO/IEC 17025 ist für Arbeiten im Zusammenhang mit Porenluftanalysen empfohlen.

Im Hinblick auf die Qualitätssicherung sind folgende Punkte wichtig, die vom Messlabor einzuhalten und in einem Messbericht zu dokumentieren sind:

> Die Methoden sollen in jedem Labor validiert sein. > Für jedes Verfahren müssen zumindest folgende Kenngrössen bekannt sein: – Anwendungsbereich – Nachweisvermögen z. B. als Bestimmungsgrenze – Präzision und Richtigkeit – Messunsicherheit – Spezifität, Selektivität

> Methoden, die nicht im Geltungsbereich der Akkreditierung nach SN EN ISO/IEC 17 025 aufgeführt sind, sind im Analysenbericht zu kennzeichnen.

Die Reproduzierbarkeit der Analyseresultate ist durch den Einsatz zertifizierter Standards nachzuweisen und für die eingesetzten Mess- und Prüfmittel muss eine interne Kalibrierung durchgeführt und dokumentiert werden.

Probenahme und Analyse von Porenluft BAFU 2015 30

7 > Auswertung der Resultate ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------

7.1 Allgemeines

In den vorangehenden Kapiteln wurde bereits auf mehrere Punkte hingewiesen, welche Berichterstattung über bei der Berichterstattung über Porenluftmessungen berücksichtigt werden sollen: Porenluftmessungen Beschreibung der Bebauung und des Umfelds, geologischer Aufbau des Untergrunds, Grundwasserverhältnisse. In der Regel stellt die Porenluftuntersuchung nur einen Teil einer Standortuntersuchung dar.

Die Interpretation der Ergebnisse geht von den vorgegebenen Fragestellungen aus. Es soll eine Aussage darüber gemacht, ob das geplante Messprogramm ausgeführt wurde und es wird empfohlen, vorgenommene Programmänderungen zu dokumentieren, zu begründen und allfällige Konsequenzen darzulegen.

Weiter soll die Repräsentativität der Messergebnisse diskutiert werden, da diese eine Repräsentativität der Messungen wichtige Entscheidungsgrundlage für die zuständige Fachbehörde darstellt. Sowohl die vorliegenden Erfahrungen mit Porenluftmessungen als auch theoretische Überlegungen zeigen, dass insbesondere folgende Punkte zu beachten sind:

> Porenluftmessungen können nicht ohne weiteres unter gleichen Bedingungen wiederholt werden, wie dies bei Grundwasseruntersuchungen eher möglich ist. > Porenluftmessungen sind für ein vergleichsweise kleines Volumen aussagekräftig, ausgeprägte kleinräumige Variationen sind eher die Regel als die Ausnahme. > Porenluftkonzentrationen sind auch von externen Faktoren abhängig. > Porenluftkonzentrationen geben keine direkten Auskünfte über die vorhandenen Gasvolumina (wichtig bei Deponiegasen).

7.2 Die Porenluftkonzentration beeinflussende Faktoren

Als externe Faktoren gelten insbesondere die Witterungsverhältnisse, eine Versiegelung der Oberfläche sowie die Durchlässigkeit und Zusammensetzung des Speichergesteins (Anteil an sorbierenden Partikeln, v. a. organischer Kohlenstoff).

Ein weiterer zu berücksichtigender Aspekt bei der Beurteilung der Messwerte von flüchtigen Stoffen, insbesondere von CKW, ist die Beeinflussung der Konzentrationen durch versickerndes Regenwasser, welches zu einer Durchfeuchtung des Untergrundes führt. Die Reproduzierbarkeit von Porenluftmessungen wird dadurch erheblich beeinträchtigt. Vor allem bei Nasswetterbedingungen entnommene Proben zeigen starke Schwankungen. In feuchten Böden kann sowohl eine Erhöhung als auch eine Erniedrigung der Konzentrationen auftreten. Die Schwankungen können durchaus einen Faktor 5 ausmachen.

7 > Auswertung der Resultate 31

Dieser Tatsache soll bei der Interpretation der Messwerte beachtet werden, insbesondere wenn zu unterschiedlichen Zeiten erhobene Werte verglichen werden.

Bei der Interpretation von Porenluftkonzentrationen hinsichtlich der Erfassung einer Belastung eines Grundwasservorkommens, insbesondere durch CKW, sollen infolge des Transfers gelöst zu Gasphase auch folgende Einschränkungen berücksichtigt werden:

> Beim Vorhandensein von zwei oder mehreren Grundwasserstockwerken mit unterschiedlichen Belastungen des Grundwassers kann in der Porenluft nur das oberste Grundwasserstockwerk erkannt werden. > Schwebende Grundwasservorkommen (Stauwasser) behindern den Gasaustausch mit dem eigentlichen Grundwasserleiter, so dass eine allfällige Belastung nicht erkennbar ist.

Grundsätzlich ist die Kenntnis des lithologischen Aufbaus des mit der Porenluftent- Lithologischer Aufbau des nahme erfassten Untergrundes von grosser Bedeutung. Aus diesem Grund sind beglei- Untergrunds tende oder eventuell vorgängige Sondierungen zur geologischen Beschreibung des Probenahmebereichs notwendig. Oft werden zu diesem Zweck Rammkernsondierungen oder Kleinbohrungen ausgeführt. Damit können zumindest qualitative Aussagen über die Homogenität, Körnigkeit und Porosität, Feuchtegehalt und (mit zusätzlicher Analytik) auch über den organischen Kohlenstoffgehalt gemacht werden.

7.3 Natürliche Hintergrundbelastung durch flüchtige Stoffe

7.3.1 Chlorierte Kohlenwasserstoffe

Insbesondere im Hinblick auf die Interpretation und Bewertung sehr tiefer Poren- Hintergrundbelastung CKW luftbelastungen durch chlorierte Kohlenwasserstoffe sind auch Kenntnisse über natürliche Hintergrundbelastungen wertvoll. Daten dazu sind spärlich. Gemäss einer Zusammenstellung aus Deutschland[14] sind folgende Grundbelastungen möglich:

Tab. 1 > Hintergrundbelastung CKW

Natürliche Forst- und landwirtschaftlich Waldgebiet, Stadtgebiete Hintergrundbelastung genutzte Gebiete hohe jährliche Niederschlagsraten Tetrachlorethen <0.001–0.002 ml/m³ 0.001–0.007 ml/m³ 0.001–0.004 ml/m³ Trichlorethen <0.001–0.002 ml/m³ 0.001–0.006 ml/m³ 0.001–0.004 ml/m³ 1,1,1-Trichlorethan <0.001–0.002 ml/m³ <0.001–0.001 ml/m³ <0.001 ml/m³

Aus den Angaben ist ersichtlich, dass die maximal zu erwartenden natürlichen Grundbelastungen sehr gering und nahe der Bestimmungsgrenze sind und somit nicht zu Fehlbeurteilungen von belasteten Standorten führen können. Die Werte zeigen aber, dass das Vorkommen von sehr geringen CKW-Gehalten in der Porenluft nicht notwendigerweise auf einen Einsatz dieser Stoffe am Standort hinweist.

Probenahme und Analyse von Porenluft BAFU 2015 32

7.3.2 Kohlendioxid, Methan und Schwefelwasserstoff

Die Porenluft enthält variable Anteile an Kohlendioxid, wobei die Schwankungen auf die unterschiedliche Durchlüftung, aber auch auf den Feuchtegehalt (bei trockenen Verhältnissen wird weniger biogenes Kohlendioxid produziert) sowie weitere ortsspezifische Eigenheiten (Temperatur, Kalk-Wasser-Luft-Gleichgewichtsbedingungen, geogenes Kohlendioxid) zurückzuführen sind. Hinzu kommen jahreszeitliche Schwankungen. In einem gut durchlüfteten Untergrund sind Kohlendioxid-Gehalte bis 2 % keine Seltenheit, in einem schlecht durchlüfteten sind deutlich höhere Werte möglich.

Der Kohlendioxid-Konzentrationswert gemäss Anhang 2 AltlV beträgt 0.5 %. Solche Konzentrationen können durchaus natürlichen Ursprungs sein. Bei der Beurteilung erhöhter Kohlendioxid-Konzentrationen in der erfassten Porenluft ist deshalb den örtlichen Gegebenheiten auf jeden Fall Rechnung zu tragen, z. B. durch Hintergrund- Messungen ausserhalb des durch die Ablagerungen beeinflussten Bereichs.

In Bereichen mit hohen Anteilen natürlicher abbaufähiger organischer Stoffe kann unter anaeroben Umgebungsbedingungen Methan durch bakteriellen Abbau gebildet werden. Ebenso kann unter stark anoxischen Verhältnissen auch Schwefelwasserstoff eine natürliche Belastung des Untergrunds erzeugen.

Diese Gegebenheiten müssen bei der Beurteilung von geringen Konzentrationen dieser Gase in der Porenluft berücksichtigt werden, wenn eine Einstufung als belasteter Standort sich auch auf Porenluftmessungen abstützt.

7.4 Altlastrechtliche Beurteilung

Die Beurteilungsgrundlage für quantitativ gemessene Porenluftbelastungen ist An- Sanierungsbedarf an Orten, hang 2 AltlV. Die dort aufgeführten Konzentrationswerte entsprechen den maximalen wo sich Personen regelmässig Arbeitsplatzkonzentrationen (MAK) der Suva (Schweizerische Unfallversicherungs- während längerer Zeit aufhalten anstalt), welche in [17] die maximal zulässige Schadstoffkonzentration gesundheitsgefährdender Stoffe am Arbeitsplatz regelt. Daraus ergibt sich bereits klar, dass ein Sanierungsbedarf nicht schon besteht, wenn in der Porenluft ein Konzentrationswert überschritten ist, sondern erst wenn zusätzlich die derart belastete Porenluft an Orte gelangt, «wo sich Personen regelmässig während längerer Zeit aufhalten können» (Art. 11 AltlV).

7.5 Rechnerische Abschätzung des Schadstoffgehalts im Sickerwasser und des

Gesamtschadstoffgehalts aus den Gaskonzentrationen in der Porenluft

Gemäss Anhang 1 Abs. 4 AltlV wird die Sickerwasserkonzentration aufgrund von Messungen der Porenluftkonzentrationen berechnet, wenn keine Sickerwasserproben entnommen werden können. Wesentlich an dieser Aussage ist, dass sie explizit Bezug auf Sickerwasser nimmt und somit die nachfolgend beschriebene Methode nicht zur Berechnung der Grundwasserbelastung durch flüchtige Organika aufgrund der Porenluftbelastung geeignet ist. Eine Anwendung sollte deshalb nur nach eingehender Prü-

7 > Auswertung der Resultate 33

fung und Berücksichtigung der am Standort vorliegenden physiko-chemischen und hydrogeologischen Gegebenheiten vorgenommen werden.

Die Erfassung flüchtiger organischer Schadstoffe im wasserungesättigten Untergrund beruht auf der Tatsache, dass diese Stoffe dort in unterschiedlichen Anteilen

> sorbiert an Feststoffen und > gelöst im Porenwasser und > gasförmig in der Porenluft

vorkommen. Steht hinreichend Zeit zur Verfügung wird sich gemäss den Gesetzen der Thermodynamik zwischen den Gehalten des Stoffes in den drei Phasen Boden, Wasser und Luft ein Gleichgewicht einstellen. Die dafür notwendige Zeit hängt von den Diffusionsstrecken und -geschwindigkeiten ab. Da bezüglich Diffusionsstrecken bei einem Wasserfilm auf den Kornoberflächen (=Sickerwasser) kurze Strecken vorliegen und in der Porenluft hohe Diffusionsgeschwindigkeiten herrschen, stellt sich zwischen Sickerwasser und Porenluft das Gleichgewicht recht schnell ein, vor allem wenn die Sickerstrecken und damit die Verweilzeiten in der ungesättigten Zone des Untergrunds lang sind.

Aufgrund der Gesetzmässigkeiten der Gleichgewichts-Phasenverteilung kann die Gleichgewichts-Phasenverteilung Konzentration des betreffenden Stoffes im Sickerwasser und im Kapillarraum des Grundwassers aus der Konzentration in der Gasphase rechnerisch ermittelt werden. Henry-Konstante Grundlage dafür ist die substanzspezifische Henry-Konstante H, welche die Stoff-Verteilung zwischen Luft und Wasser wiedergibt[4]:

Gleichgewichtskonzentration in der Luftphase [mol/l] Gleichgewichtskonzentration in der Wasserphase [mol/l]

Für beschränkt wasserlösliche Stoffe (Wasserlöslichkeit <10 000 mg/l) gilt weiter:

Dampfdruck [Pa] 1 Wasserlöslichkeit [mol/m ] RT

H: Henry-Konstante R: universelle Gaskonstante [J⋅K-1⋅mol-1] T: absolute Temperatur [K]

Die Henry-Konstante ist temperaturabhängig und es sollte eine entsprechende Korrektur des eingesetzten H-Wertes vorgenommen werden. Annäherungsweise können die in Anhang A1 gegeben Werte für 10 °C verwendet werden. Dieses Vorgehen entspricht dem rechnerischen Verfahren gemäss Anhang 1 Abs. 4 AltlV für den Fall, dass keine Sickerwasserproben als Eluatäquivalent entnommen werden können.

Probenahme und Analyse von Porenluft BAFU 2015 34

Liegt zwischen den drei Phasen ein Gleichgewichtszustand vor, kann aufgrund der thermodynamischen Gleichgewichtsbeziehungen mit der gesetzmässigen Verteilung des Stoffes zwischen den Phasen auch die Gesamtkonzentration des betreffenden Schadstoffes berechnet werden.

Die an sich korrekte Methode hat aber in der Praxis gewichtige Nachteile, die vor allem darin bestehen, dass

> häufig ein Gleichgewichtszustand nicht oder nur sehr lokal vorliegt und > für eine belastbare Schätzung weitere Parameter bekannt sein müssen, nämlich: Porosität, Anteil organischer Substanz, Wasseranteil, Sorptionsmass für organische Substanzen an der Bodenmatrix.

Sind diese Voraussetzungen nicht erfüllt, stellt die Methode im besten Fall eine grobe Schätzung dar. Sie erlaubt zumindest, unter der Annahme von konservativ geschätzten Parametern, eine maximale Schadstoffkonzentration zu berechnen. Aber auch hier sind die Ergebnisse kritisch zu beurteilen, da diese in der Regel kaum repräsentativ für einen Standort gelten können. Im besten Fall ist nur ein lokales Gleichgewicht vorhanden.

Eine altlastrechtliche Beurteilung darf nicht allein gestützt auf eine solche rechnerische Abschätzung erfolgen.

7.6 Qualitätssicherung

Grundsätzlich sollen die Resultate der Porenluftmessungen und die darauf basierenden Interpretationen transparent und nachvollziehbar dargelegt werden. Um dieser Anforderung gerecht zu werden, sollen folgende Angaben vorliegen:

> Nachvollziehbarkeit des Messkonzepts: Da das Pflichtenheft der Behörde zur Stellungnahme vorgelegt wird, sollte die Nachvollziehbarkeit des Messkonzepts bereits in diesem Verfahrensschritt bzw. in der Untersuchungsplanung für eine Detailuntersuchung dargelegt werden; > Eindeutige Angabe der Messpunkte: Lage des Messpunkts, Entnahmetiefen bzw. Entnahmebereiche der Gasproben; > Beobachtete oder vermutete Boden- und Untergrundverhältnisse, beobachtete oder vermutete Lage des Grundwasserspiegels; > Dokumentation der Probenahme: Messbericht bzw. der Ergebnismitteilung des Messlabors gemäss Anhang A3; > Angaben zur Reproduzierbarkeit der Resultate, Interpolations- und Extrapolationsmöglichkeiten mit entsprechenden Unsicherheiten; > Grafische Darstellung der Ergebnisse, u.a. mit Kartendarstellung der räumlichen Konzentrationsverteilung der gemessenen Substanzen; > Begründung von allfälligen Abweichungen vom vorgesehenen Messprogramm; > Bei Deponiegasen: Gefährdungsabschätzung für Menschen mit Empfehlung für allenfalls notwendige Massnahmen.

7 > Auswertung der Resultate 35

> Anhang A1 Physikalisch-chemische Eigenschaften von flüchtigen altlastenrelevanten Stoffen

Tab. 2 > Physikalisch-chemische Eigenschaften von flüchtigen altlastenrelevanten Stoffen

Stoff Summen- Molmasse Siedepunkt Verteilungs-Koeffizient Henry- Verteilungskoeffizient Dampfdruck Löslichkeit formel org. Kohlenstoff/Wasser Konstantea n-Oct./ Wasser

g/mol oC Koc (l/kg) KH (10 °C) log fow Pa (25oC) g/l (25oC)

Anorganika Quecksilber Hg 200.59 356.58 160a 0.00 006a Kohlendioxid CO2 44 -78.5 Schwefelwasserstoff H2S 34.08 -60.7

Organika Benzin (aromatenfrei) Leichtbenzin (Aromaten 0–10 Vol%) Methan CH4 16.04 -164

Monozyklische aromatische KW Benzol C6H6 78.12 80.1 92 0.115 2.1 10 200a 1.77a Ethylbenzol C8H10 106.17 136 0.135 933–1 990a 0.866a Toluol C7H8 92.15 111 250 0.124 2.4 2 910a 0.5a m-Xylol C8H10 106.17 139.1 166 0.125 800a 0.16a o-Xylol C8H10 106.17 144.4 48–68 0.087 667a 0.19a p-Xylol C8H10 106.17 138.7 204 0.130 880a 0.18a

Leichtflüchtige halogenierte KW Chlorbenzol C6H5Cl 112.56 132 77 0.065 1 310a 0.46a 1,1-Dichlorethan C2H4Cl2 98.96 57 38 0.123 30 900 5.06a 1,2-Dichlorethan (EDC) C2H4Cl2 98.96 83 31 0.019 11 200 8.65a 1,1-Dichlorethen C2H2Cl2 96.94 47 0.634 79 400 2.49 cis-1,2-Dichlorethen C2H2Cl2 96.94 60 38 0.087 28 100 5.09 trans-1,2-Dichlorethen C2H2Cl2 96.94 60 48 0.212 40 700 6.26 Dichlormethan (DCM) CH2Cl2 84.93 40 17 0.05 1.25 57 500 16.9 1,2-Dichlorpropan C3H6Cl2 112.99 96 92 0.055 2.28 6900 2.8 1,1,2,2-Tetrachlorethan C2H2Cl4 167.86 146 225 0.0056 2.72 794 3.27 Tetrachlorethen (PER) C2Cl4 165.83 121 374 0.331 2.76 2 500 0.141 Tetrachlormethan CCl4 153.82 76.7 238 0.642 14 500 0.826 1,1,1-Trichlorethan C2H3Cl3 133.42 74 119 0.362 16 600 1.3 Trichlorethen (TRI) C2HCl3 131.39 87 185 0.204 3.07 10 800 1.09

Probenahme und Analyse von Porenluft BAFU 2015 36

Stoff Summen- Molmasse Siedepunkt Verteilungs-Koeffizient Henry- Verteilungskoeffizient Dampfdruck Löslichkeit formel org. Kohlenstoff/Wasser Konstantea n-Oct./ Wasser

g/mol oC Koc (l/kg) KH (10 °C) log fow Pa (25oC) g/l (25oC) Trichlormethan CHCl3 119.38 61.7 71 0.0794 1.97 25 100 8.45 Vinylchlorid C2H3Cl 62.50 -13.37 5 0.750 400 000 2.8

Polyzyklische aromatische KW Benzo(a)pyren C20H12 252.3 496 4 500 000 6.6–6.78 0.7*10–6 a 4.5µg/l a Naphthalin C10H8 128.19 218 790 3.37 7.2a 0.025a a aus[23]

7 > Auswertung der Resultate 37

A2 Durch Beprobung erfasstes Volumen

Abb. 9 > Kugeldurchmesser in Abhängigkeit vom Poren- und Absaugvolumen

Kugeldurchmesser [m]

100 l 50 l 2 10 l

0.9 0.8 0.7 0.6

0.5

0.4

0.3

0.2 50 48 46 44 42 40 38 36 34 32 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 Porenvolumen [%] SJ GeoTec AG, 2010

Die getroffene Annahme, dass die Geometrie des Volumens für die Berechnung der Kurven kugelförmig ist, ist nicht realitätsnah, da der Untergrund nur in den seltensten Fällen homogen ist. Die Geometrie des Absaugvolumens ist in der Realität wohl sehr unregelmässiger und kaum prognostizierbar.

Unter natürlichen Bedingungen ist deshalb vielmehr davon auszugehen, dass sowohl die Porosität als auch die Permeabilität im Bereich des Sondenendes kleinräumig variieren. Zudem ist der Porenwassergehalt im ungesättigten Bereich, der die Permeabilität beeinflusst, in der Regel nicht bekannt. Ebenso ist davon auszugehen, dass die Porenluft sich analog zum Grundwasser entlang von präferenziellen Fliesswegen bewegt. Diese Gegebenheiten führen dazu, dass das von der Probenahme betroffene Materialvolumen kaum je mit hinreichender Sicherheit quantifiziert werden kann. Immerhin liefert das Diagramm Hinweise auf die zu erwartende Grössenordnung des Einflussbereichs, welche für die Interpretation der Ergebnisse genutzt werden können.

Probenahme und Analyse von Porenluft BAFU 2015 38

A3 Dokumentation der Probenahme

Tab. 3 > Dokumentation der Probenahme

Zuordnung der Probe Projekt genaue Bezeichnung der Probe (gemäss Lageplan) Datum und Uhrzeit der Probenahme Gelände – unbebaut – bebaut – Kulturland – Wald – Versiegelung Kontamination – direkt – indirekt Meteorologische Bedingungen Lufttemperatur – aussen/innen während der Probenahme Luftdruck Wetter – trocken – nass Angewendete Technik Vorbohrung – Schwarzbelag – Beton – Kernbohrung – Spiralbohrung – Tiefe Porenluftsonde – Hohlsonde – Packer Rammtiefe Absaugtiefe Pumprate abgesaugtes Gesamtvolumen allfälliger Unterdruck während Probenahme Kohlendioxid-Konzentration während der Probenahme Sauerstoff-Gehalt während der Probenahme Bemerkungen zum Untergrund – an der Sonde mitgeschlepptes Material – undurchlässige Schicht – Blöcke – Wasser u. ä. – Geruch der geförderten Porenluft usw.

7 > Auswertung der Resultate 39

A4 Methodenvergleich

Tab. 4 > Methodenvergleich I

Direkte Verfahren Anreichernde Verfahren

Headspace-Gläschen Gasmaus/Gasbeutel Membrane Interface Probe thermische Desorption Elution mit Lösungsmitteln Vorgehen – Gasprobe wird mittels – Gasprobe wird aus der – Gasproben werden von – Durchsaugen von Poren- – Durchsaugen von Poreneiner gasdichten Glas- Messsonde durch direkte der aufgeheizten Sonden- luft durch ein Röhrchen, luft durch ein Röhrchen, spritze aus einer Kopplung der Pumpe mit spitze über eine Mem- das oberhalb der Gelände- das oberhalb der Gelände- Messsonde entnommen. dem Gasbeutel/Gasmaus brane mittels Trägergas, oberkante oder an der oberkante oder an der – direkte Injektion in die abgesaugt. das in einer Kapillare Sondenspitze angebracht Sondenspitze angebracht evakuierten Headspace- zirkuliert, zur Messeinrich- ist. ist. Gläschen. tung an der Oberfläche – Das Absaugvolumen rich- – Das Absaugvolumen richtransportiert. tet sich nach den Angaben tet sich nach den Angaben Aufwand – Überführung der Gasprobe – Entnahme der Porenluft- – Elution des beladenen – Elution des beladenen aus dem Headspace- probe aus dem Gasbeutel Adsorbens mit Hilfe Adsorbens mit Lösungs- Gläschen in den GC. / Gasmaus mittels einer thermischer Desorption. mitteln. – Kalibrierung mit im Labor Gasspritze. – direkte Eingabe in den – Flüssiginjektion in den GC. hergestellten Gasstan- – Kalibrierung mit im Labor GC. – Kalibrierung mit im Labor dards. hergestellten Gasstan- – Kalibrierung mit im Labor hergestellten Standarddards. hergestellten Standard- lösungen. lösungen. Fehler- – Undichtigkeit des – Undichtigkeit des Gasbeu- – Verschleppung von Konta- – ungeeignetes Adsorbens – ungeeignetes Adsorbens quellen Septums. tels/Verschlusses. minationen nach unten – Adsorptions-/Desorptions- – Adsorptions-/Desorptions- – Ausbluten aus Septum – Verluste durch Adsorption Gleichgewicht Gleichgewicht – Verluste durch Adsorption und Diffusion am/aus dem – Feuchtigkeit beeinflusst – Feuchtigkeit beeinflusst und Diffusion am/im Gasbeutel. Eigenschaften Eigenschaften Septum. – Durchbruch – Durchbruch Vorteile – automatisierbar – dank grösserer Proben- – ermöglicht Tiefenprofile – Messung automatisierbar, – Messung automatisierbar, – preisgünstig menge mehrere Analysen von Schadstoffen niedrige Nachweisgrenzen Mehrfachmessungen – Einzelstoffanalytik möglich durch Anreicherung möglich, niedrige Nach- – in Gebäuden einsetzbar – Einzelstoffanalytik weisgrenzen durch

Anreicherung. Nachteile – Herstellung der Gasstan- – Herstellung der Gasstan- – liefert nur Summenpara- – nur eine Messung möglich – Ad- und Desorption einzeldards, Veränderung der dards, Veränderung der meter von Stoffgruppen – unvollständige Desorption, ner Verbindungen evtl. Gaszusammensetzung Gaszusammensetzung – in Gebäuden (ausser Konzentrationen können nicht vollständig. durch Adsorption und durch Adsorption und Hallen) nicht möglich zu hoch sein. – Lösungsmittelpeak im GC Kondensation, kurze Kondensation möglich, – Gerätekosten Lagerzeiten, Zutritt von kurze Lagerzeiten; nicht Umgebungsluft automatisierbar – Tiefenprofile nur – für die Analytik von CKW beschränkt möglich nicht geeignet

Probenahme und Analyse von Porenluft BAFU 2015 40

Tab. 5 > Methodenvergleich II

Stahlsonden Packer in Verbindung mit Kernbohrung (Rammkern)

Sondierung (Abb. 3) Stahlhohlsonden werden mit einem Elektrohammer in den Bei versiegelter Fläche kann Porenluft über einen Packer angesaugt wer- Untergrund gerammt. den. Insbesondere dann, wenn vorgängig ein Rammkern gezogen wurde. Teilstücke müssen luftdicht verbunden sein. Entnahmetiefe mindestens 1 Meter. Ansaugen (Abb. 4) Porenluft wird mit einem Volumenstrom von max. 4 l/min angesaugt. Vor der Beprobung muss mindestens zwei bis dreimal das Totvolumen der Sonde oder dem Rammkern-Loch ausgetauscht werden. Die Dichtheit gegenüber der Atmosphäre wird durch Messung von Sauerstoff- und Kohlendioxid-Gehalt überprüft.

direkte Verfahren anreichernde Verfahren Beprobung Head-Space-Gläschen geeignet für leichtflüchtige Organika Gasmaus/Gasbeutel geeignet für Adsorptionsröhrchen geeignet Deponiegase für leichtflüchtige Organika Mit gasdichter Glasspritze Porenluft aus dem Ansaugstrom Gassammelgefässe auf der Ansaugseite Röhrchen auf der Ansaugseite entnehmen vor der Pumpe füllen vor der Pumpe einsetzen und und in evakuierte oder im Spülverfahren mit einer das vorgegebene Probengläschen zweiten Kanüle, Porenluftvolumen durchsaugen. überführen (Volumen- – den Inhalt eines verschlossenen kontrolle) (Abb. 5) Probengläschens über eine zweite Kanüle fünfmal mit Porenluft austauschen oder – mit einer Pumpe bei geringem Volumenstrom während einiger Zeit durch das verschlossene Probengläschen saugen Lagerung, Transport Proben müssen dunkel aufbewahrt werden. Proberöhrchen müssen dunkel und kühl aufbewahrt werden. Bemerkung Proben müssen innerhalb von 24 bis maximal 48 Stunden analysiert werden.

Analytik Methode Gaschromatographie; Detektoren: z. B. Flammenionisationsdetektor (FID), Elektroneneinfangdetektor (ECD), Massenspektrometer (MS) oder Wärmeleitfähigkeitsdetektor (WLD)

> Literatur 41

> Literatur [14] Landesanstalt für Umweltschutz Baden-Württemberg LfU 2006: Handlungsempfehlung Entnahme von Bodenluftproben. März 2006.

[15] Reisinger C., Grathwohl P. 1996: Formulierung einer Verfahrens- [1] Bayrisches Landesamt für Umwelt 2010: Probenahme von Boden empfehlung zur Bestimmung der Emission leichtflüchtiger und Bodenluft bei Altlasten und schädlichen Bodenverände- organischer Schadstoffe (LCKW, BTEX etc.) aus kontaminierten rungen für die Wirkungspfade Boden-Mensch und Boden- Böden (Berechnungsverfahren und Methoden); Im Auftrag der Gewässer. Merkblatt Nr. 3.8/4, Stand: 15. Februar 2010 Landesanstalt für Umweltschutz Baden-Württemberg LfU. Eberhard-Karls-Universität Tübingen, Geologisches Institut, [2] Behörde für Stadtentwicklung und Umwelt, Hamburg 2001: Lehrstuhl für angewandte Geologie. Entnahme von Bodenluftproben. Merkblatt Nr. 9 Juli 2001. [16] Schwille F. 1984: Leichtflüchtige Chlorkohlenwasserstoffe in [3] Bundesamt für Umwelt BAFU 2011: Analysemethoden im Abfall- porösen und klüftigen Medien, Modelversuche. Bundesamt für und Altlastenbereich (Stand 2013). Vollzug Umwelt, Altlasten/ Gewässerkunde, Koblenz, 1984. Abfall, 1334, 80 S. [17] Suva 2013: Grenzwerte am Arbeitsplatz 2013. Richtlinie 1903.d, [4] ChloroNet 2009: Leitfaden Chlorierte Kohlenwasserstoffe (CKW). Suva-Publikation 1903.d, www.suva.ch/waswo/1903. Stoffeigenschaften. September 2009. [18] Suva 2013: Explosionsschutz – Grundsätze, Mindestvorschriften, [5] ChloroNet 2011: Untersuchung von CKW-Belastungen. Praxis- Zonen. Merkblatt 2153.d, überarbeitete Ausgabe Mai 2013, hilfe. Version November 2013. www.suva.ch/waswo/2153.

[6] DIN 38407 Teil 5: Gemeinsam erfassbare Stoffgruppen (Gruppe [19] VDI 3865 Blatt 2: Messen organischer Bodenverunreinigungen F). Nov 1991. Bestimmung von leichtflüchtigen Halogenkohlen- Jan 1998. Techniken für die aktive Entnahme von Bodenluftwasserstoffen LHKW durch gaschromatographische Dampfraum- proben. analyse (F5). [20] VDI 3865 Blatt 4: Messen organischer Bodenverunreinigungen. [7] DIN 38407 Teil 9: Gemeinsam erfassbare Stoffgruppen (Gruppe Dez 2000. Bestimmung von niedrigsiedenden organischen Ver- F). Mai 1991. Bestimmung von Benzol und einigen Derivaten bindungen in Bodenluft durch Direktmessung. mittels Gaschromatographie (F9). [21] Bundesamt für Umwelt BAFU 2013: Emissionsmessung bei [8] DIN ISO 10381-7: Bodenbeschaffenheit – Probenahme. stationären Anlagen (Stand 2013). Okt 2007. Teil 7: Anleitung zur Entnahme von Bodenluftproben Umwelt Vollzug Nr. 1320, 155 S. (ISO 10381-7: 2005). [22] Verordnung über die Sanierung von belasteten Standorten [9] Grathwohl P. 1989: Verteilung unpolarer Verbindungen in der (Altlasten-Verordnung, AltlV) vom 26. August 1998 wasserungesättigten Bodenzone am Beispiel leichtflüchtiger (Stand 1. August 2012). aliphatischer Chlorkohlenwasserstoffe (Modelversuche). [23] EPA United States Environmental Protection Agency. Tübinger Geowissenschaftliche Arbeiten Reihe C Nr. 1,1989. EPA On-line Tools for Site Assessment Calculation: [10] Grathwohl P. 1998: Bodengasanomalien zur Schadenherderkun- www.epa.gov/athens/learn2model/part-two/onsite/esthenry.html dung. Eberhard-Karls-Universität Tübingen Altlastenforum [24] SN EN ISO/IEC 17025, Ausgabe: 2005–07; Allgemeine Fortbildung Karlsruhe, November 1998. Anforderungen an die Kompetenz von Prüf- und [11] Ingenieurtechnischer Verband Altlasten e.V. ITVA 2002: Richtlinie Kalibrierlaboratorien (ISO/IEC 17025: 2005). Bodenluftabsaugversuch, Stand März 2002, Richtlinie H1–1/02. [25] VDI 3865 Blatt 1: Messen organischer Bodenverunreinigungen. Berlin 2002, 28 S. und Anhang. Okt. 1992. Messplanung für die Untersuchung der Bodenluft auf [12] Landesanstalt für Umweltschutz Baden-Württemberg LfU 1985: leichtflüchtige organische Verbindungen. Leitfaden für die Beurteilung und Behandlung von Grundwasser- [26] Lewitz H. 2004: Bodenluftbeprobung: Ausbreitungsmechanismen verunreinigungen durch leichtflüchtige Chlorkohlenwasserstoffe.

Stuttgart, 1985. gasförmiger Stoffe im Boden. Fachzeitschrift wlb Wasser, Luft und Boden Nr.3/4. [13] Landesanstalt für Umweltschutz Baden-Württemberg LfU 2002: [27] Hers I., Li L., Hannam S. 2004: Evaluation of Soil Gas Sampling MTBE (Methyl-tertiär-butylether) als Kraftstoffzusatz – Fachgespräch am 21.2.2002 in Karlsruhe, Tagungsband Umwelt- and Analysis Techniques At a Former Petrochemical Plant Site. belastung durch die Nutzung von MTBE. Environmental Technology, 25:7.

Probenahme und Analyse von Porenluft BAFU 2015 42

[28] United States Environmental Protection Agency EPA 2006: Tabellen Comparison of Geoprobe® PRT and AMS GVP Soil-Gas Sampling Systems with Dedicated Vapor Probes in Sandy Soils Tab. 1 at the Raymark Superfund Site. November 2006. Hintergrundbelastung CKW 31

Tab. 2 Physikalisch-chemische Eigenschaften von flüchtigen

> Verzeichnisse altlastenrelevanten Stoffen 35

Tab. 3 Dokumentation der Probenahme 38

Tab. 4 Abbildungen Methodenvergleich I 39

Abb. 1 Tab. 5 Probenahmeraster auf Deponien 15 Methodenvergleich II 40

Abb. 2 Probenahmestrategie bei Betriebsstandorten 17

Abb. 3 Rammsondierungen zur Entnahme von Porenluftproben 21

Abb. 4 Schematische Darstellung der Probenahmeanordnung 22

Abb. 5 Abfüllen der Porenluftprobe in ein evakuiertes Headspace- Gläschen 23

Abb. 6 Abfüllen der Porenluftprobe in Probengefäss nach vorgängigem 5-fachen Austausch des Inhalts mit Porenluft 23

Abb. 7 Probenahme von Porenluft unter befestigten Oberflächen (mit Packer abgedichtet). 25

Abb. 8 Probenahme von Porenluft aus Rohren von Gaspegeln oder Grundwassermessstellen (mit Packer abgedichtet). 25

Abb. 9 Kugeldurchmesser in Abhängigkeit vom Poren- und Absaugvolumen 37