RUBIN-Statusseminar, Kiel - 28./29.06.2004 Das Dichtwand-Heber-Reaktor-Verfahren (DHR)

RUBIN-Statusseminar, Kiel - 28./29.06.2004

Das Dichtwand-Heber-Reaktor-Verfahren (DHR)

Patent Nr. 19859862

Ein kostengünstiges, umweltschonendes Verfahren

zur Sanierung von Schadstofffahnen

PD Dr.-Ing. B. Barczewski, Dipl.-Ing. B. Memminger

Universität Stuttgart, Institut für Wasserbau, VEGASVEGAS

Versuchseinrichtung zur Grundwasser- und Altlastensanierung

Verfahrensprinzip

VEGASVersuchseinrichtung zur Grundwasser- und Altlastensanierung

DHR-Verfahren

kein ausreichendes natürliches Grundwassergefälle

ausreichendes Potentialgefälle durch Dichtwand


DHR-Verfahren (natürliches Grundwassergefälle)


Verfahrensprinzip


Verfahrensprinzip


VORAUSSETZUNGEN

Ausreichendes Gefälle (> 0,5-1 %)

Grundwasserflurabstand 8 m

Vermeidung von Kavitation

Funktionsfähigkeit der Reaktoren

VORTEILE

kaum Energiekosten

sehr hohe Funktionssicherheit

geringe Wartungskosten

Sanierungserfolg einfach kontrollierbar

Anwendung über mehrere GW-Stockwerke möglich


1. Randbedingungen für den Einsatz eines Hebers prüfen

- Flurabstand max. 8 m (praktisch)

- ausreichendes Gefälle zum Vorfluter / Grundwasserleiter

2. Funktionsfähige Reaktoren im Unterdruck schaffen

3. Rohrleitungsdimensionierung

4. Pumpe im Bypass Automatischer Anlauf

5. Entlüftungseinrichtung am Hochpunkt der Anlage

6. Mess- und Kontrolleinrichtungen

7. Zudosierung von Hilfsstoffen

Aufgabenstellung / Untersuchungsprogramm

Das Dichtwand-Heber-Reaktor-Verfahren (DHR) VEGASVersuchseinrichtung zur Grundwasser- und Altlastensanierung

Prinzipieller Aufbau einer (D)HR-Anlage


Einleitung

F 2F 1 F n

h

- p

+ p

Entnahme

P 1

PN

PN

P 2B 1

Q

Versuchsstand in der VEGAS-

Versuchshalle

Funktionsfähige Reaktoren im Unterdruck /1/



Funktionsfähige Reaktoren im Unterdruck /2/



Automatische Entlüftung

Druck- und Durchflussmessung

Entlüftung, Mess- und Kontrolleinrichtungen



Eliminierung von Schadstoffen


Batch- und Säulenversuche mit Standortwasser zur

Sorption von Vinylchlorid auf Aktivkohle

Vergleich verschiedener Aktivkohlen

Inhibierung des mikrobiellen Abbaus mit Natriumazid

Entfernung von VC bis unter die Nachweisgrenze

bei konkurrierender Sorption anderer CKW

CKW-Gesamtbeladungen betrugen in Säulenver-

suchen bis zu 1 %, bevor ein Durchbruch von VC

festgestellt wurde.


Sonderfall: Vinylchlorid – Sorption

PAK CKW BTEX MKW

Sonderfall: Vinylchlorid – Sorption


Vergleich der Adsorption von VC auf Silcarbon K300, BK 835 und BS 835

VC-BK 835y = 0,0225Ln(x) - 0,097

R2 = 0,8599

VC-BS 835y = 0,0208Ln(x) - 0,0775

R2 = 0,7472

VC-Silcarbon K300y = 0,0021Ln(x) - 0,0039

R2 = 0,9672

1,00E-04

1,00E-03

1,00E-02

1,00E-01

1,00E+00

1 10 100 1000 10000

Konzentration [µg/l]

Bel

adun

g [%

]

VC-BK 835

VC-BS 835

VC-Silcarbon K300

Logarithmisch (VC-BK 835)

Logarithmisch (VC-BS 835)

Logarithmisch (VC-Silcarbon K300)


Sonderfall: Vinylchlorid – Mikrobieller Abbau


Zudosierung eines Sauerstoffträgers und evtl. einer

Nährstofflösung über eine Kapillare

Isolierung von VC-Abbauern von der Aktivkohle einer

P+T-Anlage (Öl-Epple-Areal) und Reproduzierung

des VC-Abbaus in Batch-Versuchen

VC-Abbau bis unter die Nachweisgrenze bei

Ausgangskonzentrationen bis zu 15 mg/l

Keine Zugabe von Sauerstoff, Nährstoffen oder

Cosubstraten zum Standortwasser erforderlich

Phosphatzugabe beschleunigt z. T. den VC-Abbau

Kein konkurrierender Schadstoffabbau


Sonderfall: Chrom(VI)


Schritt 1: Reduktion zu Chrom(III)

- Chemisch:

mit Sulfit, Eisen(II) oder Wasserstoffperoxid

- Biologisch:

Oxidation organischer Verbindungen,

Chrom(VI) als Elektronenakzeptor

Schritt 2: Hydroxidische Fällung

Oder: Kationenaustausch (Zeolithe)


Heber-Reaktor-Verfahren - Messdatenerfassung / Beispiel 1



Test 5 - 02.08.2001

-0,50

-0,40

-0,30

-0,20

-0,10

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

10:58:05 11:03:50 11:09:36 11:15:22 11:21:07 11:26:53 11:32:38 11:38:24 11:44:10 11:49:55 11:55:41

Uhrzeit

Dru

ck

[b

ar]

0

100

200

300

400

500

600

700

800

Du

rch

flu

ss

[l/h

]

p(Reaktorzulauf) [bar]

p(Reaktorablauf) [bar]

Q [l/h]

Pumpbetrieb zum Anfahren der Anlage

Heberbetrieb

aus

Heber-Reaktor-Verfahren - Messdatenerfassung / Beispiel 2



Test 8 - 08.08.2001

-0,65

-0,60

-0,55

-0,50

-0,45

-0,40

-0,35

-0,30

-0,25

-0,20

-0,15

-0,10

-0,05

0,00

14:05:17 14:09:36 14:13:55 14:18:14 14:22:34 14:26:53 14:31:12 14:35:31 14:39:50 14:44:10 14:48:29 14:52:48

Uhrzeit

Dru

ck

[b

ar]

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

Du

rch

flu

ss

[l/h

]

p(Reaktorzulauf) [bar]

p(Reaktorblauf) [bar]

Q [l/h]

Heberbetriebanan

aus

Entscheidungshilfe – DHR oder P+T (bzw. F+G)


Grundwassergefälleausreichend?

ja nein* ja nein

ja nein

Flurabstand< 8 m?

Dichtwandrealisierbar?

Schadstoff-mischung

ErforderlicheFörderraten…

1 Reaktor …n Reaktoren

Langzeitkosten+ Investition+ Abschreibung+ Verzinsung

< P + T ?

ja nein

HR DHR P + T

P + TP + T

Grundwassergefälleausreichend?

ja nein* ja nein

ja nein

Flurabstand< 8 m?

Dichtwandrealisierbar?

Schadstoff-mischung

ErforderlicheFörderraten…

1 Reaktor …n Reaktoren

Langzeitkosten+ Investition+ Abschreibung+ Verzinsung

< P + T ?

ja nein

HR DHR P + T

P + TP + T

Standort

metallverarbeitender mittel-

ständischer Betrieb mit einem

CKW-Schaden im Untergrund

1993-2000

Sanierung mit dem P+T-

Verfahren, dreistufige Stripp-

anlage mit geschlossenem

Luftkreislauf

2001

Ersatz der P+T-Anlage durch

eine Heber-Reaktor-Anlage

Grundwassersanierung im Kraichgau



Einleitung des gereinigten Wassers in den Vorfluter

Automatische Entlüftung

Wasser-Aktivkohlefilter

Sanierung mit dem

Heber-Reaktor-Verfahren

Grundwassersanierung im Kraichgau



Verfahren(Zeitraum)

Pump & Treat (1993-2000)

Heber-Reaktor(07/01 – 01/02)



Mittlere Wasser-förderung [m³/h]

ca. 0,6(intermittierend)

ca. 0,33(0,15 – 0,65)

ca. 0,55(0,19 – 0,72)

0,4(0,15 – 0,75)

Insgesamt geförderte Wassermenge [m³]

ca. 25.000 1.675ca. 240 / Monat

4.234ca. 380 / Monat

7.180

Geförderte CKW-Menge [kg]

ca. 200 29 57 86

Durchschnittliche CKW-Menge pro Monat [kg]

ca. 3,33 (Beginn) – ca. 1,5* (Ende)

4,14 5,19* 3,2

Anzahl Aktivkohle-wechsel [-]

k. A. 2 3 5

Ungefährer Verlauf der CKW-Konzentration [mg/l]

ca. 30 (Beginn) –ca. 3 (Ende)

7,5 – 20 14 – 15 ca. 7,5 (Beginn) –9,7 (Dez. 03)

G.M.F. mbH, Karlsruhe, Jan. 2004

Grundwassersanierung im Kraichgau –

Verfahrensvergleich


* Effizienzsteigerung um den Faktor 3 Reduzierung der Betriebskosten um über 80 % (aber: Auslegung und Betrieb der P+T-Anlage waren nicht optimal)


Geplante Pilotsanierung am Standort Fumy, Stuttgart



Standort Fumy

Geplante Pilotsanierung am Standort Fumy, Stuttgart



Sekundärschaden im Abstrom des Öl-Epple-Areals

Schadstoffe: MKW, LHKW, BTEX, PAK, Chrom(VI)

Geeignete Voraussetzungen für Heber-Reaktor-Verfahren:

- Flurabstand < 5 m, Gefälle > 1 %

- Sanierungsbrunnen vorhanden

- Reaktoren Überflur

(Unterdruckbetrieb am Standort)

- Indirekteinleitung ca. 100 m vom Standort

Pilotbetrieb ab Sommer 2004

Funktionsfähige Reaktoren im Unterdruck

Zusatzeinrichtungen

(Entlüftung, Mess- und Kontrolleinrichtungen,

Zudosierung von Hilfsstoffen)

Eliminierung von Vinylchlorid durch Bioabbau oder Sorption

Eliminierung von Chrom(VI) durch Reduktion und Fällung

Planungshilfe für (D)HR-Anlagen

(Voraussetzungen, Aufbau, Dimensionierung)

Zusammenfassung und Ausblick /1/



Erfolgreicher Anwendungsfall im Kraichgau (seit 07/01)

Anwendungsplanung für das Öl-Epple-Areal in Stuttgart

Geplante Pilotsanierung am Standort Fumy in Stuttgart

Geplante Anwendungen in Heitersheim und Titisee-Neustadt

FAZIT Forschungsvorhaben bestätigt Machbarkeit des

Verfahrens, ebenso 1. erfolgreicher Anwendungsfall

DHR-Abschlussbericht: http://bwplus.fzk.de

Zusammenfassung und Ausblick /2/



http://bwplus.fzk.de/

Wir danken dem Land Baden-Württemberg

für die Förderung des Projektes

im Rahmen des Forschungsprogrammes

„BWPLUS – Baden-Württemberg Programm

Lebensgrundlage Umwelt und ihre Sicherung“

(Förderkennziffer BWD 20005)

Documents

RUBIN-Statusseminar, Kiel - 28./29.06.2004 Das Dichtwand-Heber-Reaktor-Verfahren (DHR)