Untersuchung verseuchter Flächen nach Zugentgleisung

Ein langer Güterzug, der verschiedene Güter wie Holz und Chemikalien transportiert, schlängelt sich am 30. März 2015 durch den Bundesstaat Mississippi. Auf einer kurvenreichen Strecke, in einer ländlichen Gegend in der Nähe von Minter City, entgleisen gegen 17 Uhr 9 Waggons. Ein Waggon enthält Chemikalien, die sich auf landwirtschaftlichem Ackerland und Wäldern ausbreiten. Notfall- und erste Sanierungsmaßnahmen werden eingeleitet. Dieser Artikel beschreibt eine Umweltuntersuchung, die anschließend von Hazclean Environmental Consultants, unter Verwendung eines tragbaren Multiparameter-FTIR-Gasanalysators von Gasmet Technologies, durchgeführt wurde.

Hintergrund

Mehr als 17.000 Gallonen (1 Gallone = 3,79 Liter) Harzöl, mit Hauptbestandteil Dicyclopentadien (DCPD), wurden aus dem Eisenbahnwaggon freigesetzt. Weitere Bestandteile zusätzlich zu DCPD sind Kohlenwasserstoffe, einschließlich Ethylbenzol, Inden, Naphthalin, alpha-Methylstyrol, Styrol, Vinyltoluol, 1, 2, 3-Trimenthylbenzol, 1,2,4-Trimethylbenzol, 1, 3, 5-Trimethylbenzol und Xylole.

DCPD ist leicht entzündlich und schädlich beim Verschlucken und Einatmen. Sein kampferartiger Geruch kann Kopfschmerzen und Übelkeitssymptome auslösen. Als Flüssigkeit oder Dampf kann DCPD Augen, Haut, Nase, Rachen oder Atemwege reizen. DCPD ist nicht als Karzinogen aufgeführt, DCPD-Produkte können jedoch Benzol enthalten, das als krebserregend für den Menschen aufgeführt ist. DCPD ist von Natur aus nicht biologisch abbaubar und giftig für Wasserorganismen mit Potenzial zur Bioakkumulation.

DCPD ist ein farbloser, wachsartiger, brennbarer Stoff in festem als auch in flüssigem Zustand. Er wird in vielen Produkten verwendet, von hochwertigen optischen Linsen bis hin zu Flammschutzmitteln für Kunststoffe und Schmelzklebstoffe. Als chemisches Zwischenprodukt wird er in Insektiziden, als Härter und Trockner in Leinsamen und Sojaöl sowie in der Herstellung von Elastomeren, Metallocenen, Harzen, Lacken und Farben eingesetzt. DCPD-haltige Produkte kommen auch bei der Herstellung von Kohlenwasserstoffharzen und ungesättigten Polyesterharzen zum Einsatz.

Notfallmaßnahmen

Die Notfallmaßnahmen wurden vom 31. März bis zum 2. Mai 2015 durchgeführt. Die Vorgaben und Ziele wurden formell dokumentiert und für jede Betriebsperiode Aktionspläne festgelegt. Maßnahmen zwischen dem 11. April und dem 28. April 2015 sind in wöchentlichen Berichten zusammengefasst und dem Mississippi Department of Environmental Quality (MDEQ) und der Environmental Protection Agency (EPA) vorgelegt worden.

Etwa 10.189 Gallonen der ausgetretenen Chemikalien konnten sichergestellt werden. 5.458 Gallonen gefährden jedoch Ackerland und Untergrund, das Oberflächenwasser, das Grundwasser und die Umgebungsluft. Durch starke Regenfälle und dem damit verbundenem Regenwasserabfluss haben sich die Verunreinigungen noch weiter verbreitet.

Unter Berücksichtigung der hohen Niederschlagsmengen, die dem Unfall folgten, wurde errechnet, dass 2.362.485 Gallonen kontaminiertes Regenwasser weniger von der unmittelbaren Unfallstelle (10 Morgen mit 8,7 Zoll Niederschlag, 1 Morgen = 4.047 m²) abgeflossen ist. Ein Notfallbecken hat es zurückgehalten. Ungefähr 207.000 Gallonen kontaminiertes Regenwasser wurde während der Notmaßnahme gesammelt, zusätzlich zu ungefähr 7.870 Tonnen belastetem Material, das zur Entsorgung ausgegraben wurde. Nach dem Entfernen der grob belasteten Bereiche wurde der Standort in den Betriebs- und Wartungsstatus versetzt, der gemäß einem von MDEQ genehmigten Plan durchgeführt wurde.

Untersuchung zur Kontamination

Grundwasser- und Bodenproben aus den Jahren 2015 und 2016 bestätigten, dass am Unfallort noch weit verbreitete Boden- und Grundwasserverunreinigungen vorhanden waren. Weitere Sanierungsmaßnahmen folgten, aber, um Gewissheit zu schaffen, beauftragten die Grundbesitzer Hazclean Environmental Consultants mit einer weiteren Untersuchung. „Das betroffene Land wird für landwirtschaftliche Zwecke genutzt, es werden Feldfrüchte wie Sojabohnen und Mais geerntet“, erläutert Hazclean President, E. Corbin McGriff, Ph.D., P.E. „Es gab Befürchtungen, dass die landwirtschaftliche Produktivität beeinträchtigt ist und bedenkliche Chemikalien in die Nahrungskette gelangen können.

„Diese Situation wurde dadurch verschärft, dass die Landbesitzer die Kontamination noch riechen konnten, wobei erste Untersuchungen mit PID-Gasdetektoren flüchtige organische Verbindungen (VOCs) erkannten.“

Joseph Drapala von Hazclean, CIH, der einen erheblichen Teil der Arbeiten zur Standortuntersuchung leitet und verwaltet: „Während PID-Gasdetektoren nützliche Indikatoren für organische Gase sind, bieten sie nicht die Möglichkeit, verschiedene Verbindungen zu quantifizieren oder zu spezifizieren. Wir wandten uns an Jeremy Sheppard, dem lokalen Vertreter von Gasmet Technologies, einem Hersteller von tragbarem FTIR (Fourier-Transformation) Gasanalysatoren.“

„Jeremy erklärte die Fähigkeiten einer tragbaren, batteriebetriebenen Version des Gasmet FTIR-Gasanalysators, des DX4040. Das Gerät ist in der Lage bis zu 25 Gase gleichzeitig zu analysieren und sowohl qualitative als auch quantitative Messungen durchzuführen. Um herauszufinden, ob dieses Instrument für unser Vorhaben geeignet ist, wurde Gasmet kontaktiert.“

„Gasmet bestätigte die Möglichkeiten des DX4040, die Zielspezies zu messen. Es wurde uns auch eine spezifische Kalibrierung angeboten, damit diese Verbindungen gleichzeitig vor Ort analysiert werden können.“

Vor Ort Untersuchung mit FTIR-Analyse

Um potenzielle Kontaminationen zu erfassen wurde eine Probenahmezone festgelegt. Für eine Reihe von VOCs wurden Messungen auf der Oberfläche und im Erdreich, im Grundwasser sowie für die Luft an der Oberfläche und im Erdreich durchgeführt.

Der flächendeckende Plan führte zur Installation von vier permanenten Überwachungsbohrlöchern für die Grundwasserprobennahme, zwanzig für Dämpfe und zwanzig Testbohrungen für die Felduntersuchung. Versuchsbohrungen zeigten VOCs an, die durch die Probenahme spezifischer Bodenabschnitte, aus dem Stammkern extrahiert, weiter charakterisiert wurden.

Neben der fast in Echtzeit, gleichzeitigen Messung der Zielverbindungen speichert der Gasmet DX4040 die Probenspektren. Damit können Analysen auf einem PC mit der Calcmet Pro-Software von Gasmet, die aus einer Bibliothek mit 250 Verbindungen analytische Fähigkeiten bietet, durchgeführt werden. „Der Gasmet DX4040 wurde für Dicyclopentadien, Benzol, Ethylbenzol, Naphthalin, Styrol, Toluol, 1,2,3-Triethylbenzol, 1,2,4-Trimethylbenzol, 1,3,5-Trimethylbenzol und m, o und p sowie Gesamtwerte für Xylole, bei einem Detektionsbereich von 0,01 ppm bis 100 ppm in Luft, herstellerkalibriert“, berichtet Joseph und fügt hinzu: „Die Möglichkeit, aufgezeichnete Spektren mit der Calcmet Pro-Bibliothek zu vergleichen, ist ein wesentlicher Vorteil, da sie die Messung unbekannter Verbindungen ermöglicht.“

Die Inbetriebnahme des DX4040 erfordert eine einfache, tägliche Kalibrierung mit Nullgas, vorzugsweise auch vor jeder Überwachungstätigkeit. Zusätzlich zur Verwendung von Stickstoff als Nullgas verwendete Joseph aber auch Spezialgas (DCPD), zertifiziert für 1 ppm und 5 ppm als Kalibrierprüfung sowie als Funktionstestgas (Bump Testing).

Standortuntersuchung

Bodenproben der Bohrungen werden auf Dämpfe im Rahmen des systematischen Testverfahrens vor Ort getestet. Um die Gase aus den extrahierten Bodenproben zu analysieren, kommen die Bodenproben bei Umgebungstemperatur in Gefäße mit angeschlossenem DX4040. In einem geschlossenen Kreislauf werden Luftproben kontinuierlich aus dem Gefäß zum Analysator gepumpt und danach wieder in das Gefäß zurückgeführt. Diese Vorauswahl ist bei der Lokalisierung der Dämpfe hilfreich.

Alle Bodenproben wurden mit dem DX4040 geprüft und die Proben mit dem höchsten Wert aus jeder Bohrung wurden zur Laboranalyse bereitgestellt.

Die Bohrungen zur Gasuntersuchung wurden mit PVC-Auskleidungen versehen und verschlossen. Vor der Überwachung wurde der Verschluss durch eine Kappe mit zwei Anschlüssen ersetzt. So konnte der DX4040 in einem ähnlichen geschlossenen Überwachungssystem, wie das für die Bodenproben, angeschlossen werden.

Schlussfolgerungen

Als Ergebnis der Untersuchungen konnte Hazclean feststellen, dass die Freisetzung von DCPD im Dampfzustand, gemessen in den Bohrlöchern, ein Ergebnis von Oberflächen- und Erdreichkontaminationen und Kontaminationen im Grundwasser ist. Diese Umweltverschmutzung wird auch erhalten bleiben.

Die vom DX4040 gelieferten Daten ergaben DCPD, Benzol, Styrol und Xylol, die zuvor am Boden und/oder von benetzten Oberflächen adsorbiert wurden und Diffusion und Verdampfung erfuhren. Adsorption, Diffusion und Verdampfung von DCPD und anderen, freigesetzt und verbreitet über das Ackerland, sind eine Erklärung für die Dämpfe in den Überwachungsbohrungen und die übelriechende Umgebung.

Die langfristige Freisetzung von DCPD und anderen VOCs wird weiterhin im Wirkungsbereich stattfinden, sofern nicht Boden- und Grundwasser gründlich saniert werden. Aufgrund der Leistungsfähigkeit des Gasmet DX4040 empfiehlt Hazclean, die gleiche Technologie bei allen nachfolgenden Überprüfungen, mit der gleichen Kalibrierungskonfiguration, zu verwenden.

Zusammenfassung von Joseph Drapalan: „Der Gasmet DX4040 war ein wesentliches Werkzeug bei dieser Untersuchung. Screening-Aktivitäten sollten die Zielverbindungen sowie sekundäre Verbindungen, die bereits vorhanden sind oder als Ergebnis chemischer Wechselwirkungen entstehen, nachweisen und identifizieren.“

„Als FTIR-Analysator erfüllt der DX4040 diese Anforderungen und bietet durch die Calcmet-Software von Gasmet enorme Analysemöglichkeiten. Das Instrument ist aber auch klein, leicht und batteriebetrieben, es ist ideal für Untersuchungen an Ort und Stelle.“