Bei der Grundwassersanierung ist das Ziel stets, die ökologisch, ökonomisch und technisch optimale Strategie zu finden. Diese bezieht zunehmend natürliche oder stimulierte biologische Abbauprozesse ein, deren Effizienz und Nachhaltig jedoch sorgfältig geprüft werden müssen. Wird ein relevanter biologischer Schadstoffabbau nachgewiesen, können kostengünstige und umweltfreundliche Sanierungsoptionen umgesetzt werden. Die Bewertung von biologischen Abbauprozessen stellt daher einen zentralen Bestandteil moderner Standortuntersuchungen dar.

Am Beispiel eines ehemaligen großindustriellen Standorts, bei dem eine erhebliche Grundwasserbelastung mit organischen Schadstoffen wie BTEX, polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAK) und chlorierten Ethenen vorliegt, wird die Kombination innovativer Untersuchungsmethoden vorgestellt, mit denen wesentliche Parameter zur Bewertung von Schadstoffabbauprozessen bestimmt werden. Hierzu zählen die komponentenspezifische Isotopenanalyse (CSIA) sowie molekularbiologische Untersuchungen mittels quantitativer PCR (qPCR) zur Bestimmung taxonomischer und funktionaler Gene. CSIA liefert eindeutige Aussagen zur Quellencharakterisierung durch isotopische Fingerabdrücke und erlaubt gleichzeitig den quantitativen Nachweis des biologischen oder chemischen Abbaus, da Änderungen der Isotopenverhältnisse direkt mit Abbauprozessen verknüpft sind. Ergänzend zeigen qPCR-Analysen die Zusammensetzung mikrobieller Gemeinschaften und die Verteilung spezifischer funktioneller Gene, wodurch charakteristische Zonen mit erhöhtem Abbaupotenzial identifiziert werden können.

Anhand der Ergebnisse konnten drei distinkte Schadstoffquellen abgegrenzt und nachhaltige natürliche Abbauprozesse sowohl in den Quellbereichen als auch in der Grundwasserschadstofffahne nachgewiesen werden. Die aus CSIA-Daten und qPCR-Ergebnissen abgeleiteten Abbauraten wurden in ein numerisches Standortmodell integriert, um die zukünftige Ausbreitung der Schadstofffahne im Grundwasser zu prognostizieren. Zur Bewertung der Wirksamkeit einer möglichen aeroben Biostimulation als Nachbehandlungsoption wurden zusätzlich Laboruntersuchungen unter stimulierten Bedingungen durchgeführt. Mit hochsensitiven ¹³C-Mikrokosmosstudien konnte die vollständige Mineralisierung der Schadstoffe über die Anreicherung von ¹³C in Endprodukten (z. B. CO₂, CH₄, Ethen) nachgewiesen und quantifiziert werden. Diese Messungen ermöglichten eine genaue Bestimmung der Mineralisierungsraten unter variierenden Umweltbedingungen.

Basierend auf den gewonnenen Daten wurden standortspezifische Sanierungsszenarien für den kontaminierten Aquifer entwickelt und modellbasiert bewertet. Dabei zeigte sich, dass sowohl ein MNA-Szenario (Monitored Natural Attenuation) als auch ein ENA-Szenario (Enhanced Natural Attenuation mit stimuliertem aeroben Abbau) langfristig zu einer deutlichen Reduktion des Schadstoffmassenflusses im Grundwasser führen können. Der verwendete Multiple-lines-of-evidence-Ansatz (MLEA) ermöglichte die optimale Nutzung der Synergieeffekte der einzelnen Methoden und ihre gegenseitige Validierung.

Das Ergebnis verdeutlicht, dass der natürliche biologische Abbau ein wesentlicher Bestandteil der nachhaltigsten und zugleich kosteneffizientesten Sanierungsstrategie für den Standort ist – ein Beispiel dafür, wie integrierte analytische, biologische und modellgestützte Ansätze zu einer wissenschaftlich fundierten Entscheidungsgrundlage für Grundwassersanierungsmaßnahmen beitragen können.