Eine Kur für das Grundwasser

Ein giftiges Erbe aus Kriegszeiten schlummert noch heute in der Nähe von Dessau. Bis zum Ende des Zweiten Weltkrieges wurde dort auf dem Gelände des Chemiewerkes Kapen mit chemischen Kampfstoffen hantiert. Deren Überreste und Abbauprodukte belasten das Grundwasser mit Arsen-Verbindungen. Birgit Daus und ihre Kollegen vom Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) in Leipzig beschäftigen sich mit der Frage, wie groß diese Belastung ist und wie man sie wieder loswerden kann."In der Kapener Anlage wurden sogenannte Maskenbrecher in Granaten abgefüllt", sagt die Forscherin. Diese Chemikalien waren dazu gedacht, durch die Filter von Gasmasken zu dringen und die Atemwege zu reizen. Die Opfer sollten dann die Maske abnehmen und sich den eigentlichen Chemiewaffen aussetzen, die gleichzeitig abgeschossen wurden. Verwendet wurden zu diesem Zweck Arsenverbindungen wie Diphenylarsinchlorid. Diese auch unter dem Namen Clark I bekannte Substanz kam vor allem im Ersten Weltkrieg häufig zum Einsatz. Später wurden effektivere Gasmasken entwickelt, deren Filter die Chemikalien abhielten. Im Zweiten Weltkrieg spielten die Substanzen daher keine Rolle mehr. Trotzdem war die Abfüllanlage bei Dessau noch bis zum Ende des Zweiten Weltkrieges in Betrieb.Inzwischen hat die Magdeburger Landesanstalt für Altlastenfreistellung (LAF) von Sachsen-Anhalt das Gelände sanieren lassen. Belastete Gebäudeteile wurden entfernt, der Boden ausgetauscht. Doch ein Teil der Kampfstoffe war auch ins Grundwasser gesickert und hatte sich dort durch Abbauprozesse in neue Arsenverbindungen umgewandelt. Welche Substanzen dabei in welchen Mengen entstanden waren, wusste allerdings niemand. Diese Kenntnis aber ist wichtig, wenn das belastete Wasser gereinigt werden soll. Im Auftrag der LAF haben Birgit Daus und ihre Kollegen deshalb den giftigen Überresten nachgespürt.Schon vor vielen Jahren haben Umweltchemiker Methoden entwickelt, mit denen man Arsenverbindungen nachweisen kann. Schließlich kommen die giftigen Substanzen nicht nur im Umkreis von Kampfstofffabriken vor. In Indien und Bangladesch zum Beispiel vergiftet Arsen aus Bergbauhalden das Trinkwasser von Millionen Menschen. Allerdings handelt es sich in solchen Fällen meistens um anorganische Verbindungen wie Arsenat und Arsenit.Schon die ersten Proben vom Gelände bei Dessau aber zeigten, dass es die Forscher dort nicht mit den üblichen Verdächtigen zu tun haben würden. Stattdessen tauchten Arsenverbindungen auf, an denen Phenylgruppen aus sechs Kohlenstoff- und fünf Wasserstoffatomen hingen. "Solche Verbindungen kommen sonst in der Natur nicht vor", sagt Birgit Daus. Um eine Bestandsaufnahme der Kampfmittelreste machen zu können, musste das Team um Daus erst ein geeignetes Analyseverfahren entwickeln.Mittlerweile funktioniert ihre Untersuchungsmethode recht gut. Dabei lassen die Forscher ihre Grundwasserproben durch spezielle Säulen rinnen, die mit einem gel-artigen Material gefüllt sind. Je nach ihren chemischen Eigenschaften erreichen die einzelnen Verbindungen das Ende einer solchen Säule unterschiedlich schnell. "Auf diese Weise kann man das Gemisch in seine Bestandteile aufspalten", erläutert Birgit Daus. Vergleiche mit den Durchlaufzeiten bekannter Substanzen helfen, die einzelnen Komponenten zu identifizieren. Und schließlich misst ein Detektor am Ausgang der Apparatur, welche Mengen der jeweiligen Verbindungen die Probe enthält.Mithilfe des Verfahrens haben die Wissenschaftler Grundwasser von verschiedenen Stellen und aus unterschiedlichen Tiefen des Dessauer Geländes analysiert. Dabei hat sich gezeigt, dass organische Arsenverbindungen dort mehr als 70 Prozent der gesamten Belastung ausmachen. Allerdings treten sie in unterschiedlichen Kombinationen auf. Eine Substanz, die an einer Stelle sehr häufig ist, kann schon ein paar Meter weiter von anderen Verbindungen abgelöst werden. Wie diese kleinräumigen Abweichungen zustande kommen, untersuchen die Leipziger Forscher gerade. Sie vermuten, dass unterschiedlich verlaufende Abbauprozesse die Verteilung der Substanzen beeinflussen.Birgit Daus zufolge gibt es aber auch Gemeinsamkeiten zwischen den untersuchten Stellen. So sei das Grundwasser generell nur in den obersten drei bis vier Metern stark belastet. Dort treten durchaus Konzentrationen von einigen Milligramm Arsen pro Liter auf. Zum Vergleich: Der in der EU gültige Grenzwert für Trinkwasser liegt bei einem hundertstel Milligramm. In die tieferen Grundwasserschichten dagegen sind die Kampfstoffreste bisher offenbar kaum vorgedrungen. "Das ist natürlich eine gute Nachricht für die Sanierer, weil demnach nur eine begrenzte Wassermenge gereinigt werden muss", sagt Birgit Daus.Bei der Erprobung mehrerer Sanierungsmethoden hat sich ein Verfahren als besonders effektiv erwiesen. Dabei wird das hoch belastete Wasser an die Erdoberfläche gepumpt und durch große Behälter mit speziellen Aktivkohlefiltern geleitet. Wie sich zeigte, entfernt eine kleine Pilotanlage auf dem Gelände des Kapener Chemiewerks sowohl die organischen als auch die anorganischen Arsenverbindungen sehr gut, sodass sie als Sondermüll entsorgt werden können. Wie teuer es wäre, auf diese Weise das Grundwasser des früheren Fabrikstandortes komplett zu reinigen, können die Forscher noch nicht sagen. Klar ist jedoch, dass die Filtermethode viel einfacher und damit billiger ist als herkömmliche Sanierungsverfahren. Denn die erfordern in der Regel mehrere chemische und physikalische Behandlungsschritte.Die UFZ-Forscher sind daher optimistisch, dass die Kampfstoffreste demnächst aus dem Kapener Untergrund verschwinden werden. Das LAF hat schon mit den Planungen für ein entsprechendes Grundwasser-Sanierungsprojekt begonnen. Und auch für andere ehemalige Munitionsanlagen wie Löcknitz bei Pasewalk (Mecklenburg-Vorpommern) oder Munster in der Lüneburger Heide (Niedersachsen) ist das am UFZ entwickelte Verfahren interessant. Denn dort hat man ähnliche Probleme mit giftigem Kriegserbe.------------------------------Foto: Mit einem Spezialbohrgerät entnehmen die UFZ-Forscher Grundwasserproben.------------------------------Foto: Die Giftgasabfüllanlage in Kapen bei Dessau war bis 1945 in Betrieb. 2006 fanden die Wissenschaftler des Umweltforschungszentrums auf dem Gelände nur noch Ruinen vor.