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Www.rubin-online.de DURCHSTRÖMTE REINIGUNGSWÄNDE: Der BMBF-Förderschwerpunkt RUBIN 2000-2005 Nationaler und internationaler Kenntnisstand sowie Perspektiven.

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1 DURCHSTRÖMTE REINIGUNGSWÄNDE: Der BMBF-Förderschwerpunkt RUBIN Nationaler und internationaler Kenntnisstand sowie Perspektiven der Anwendung Dr. Volker Birke Koordinierung RUBIN Universität Lüneburg Suderburg/Gehrden

2 Funktionsprinzip

3 2. Funnel and Gate F&G Dichtwand- Durchlasskammer, klassisch: ohne irgendwelche Eingriffsmöglichkeiten Prinzip 3. EC-PRB EFFICIENTLY CONTROLLABLE PRB Drain and Gate, In-situ-Reaktoren 1. vollflächig durchströmte Wand, CRB

4 Aufgaben von Grundsätzliche Fragestellungen Unter welchen Randbedingungen sind Reinigungswände für die Altlastensanierung geeignet? Wo liegen Verfahrensvorteile und -grenzen? Schwerpunkte Gewinnung zuverlässiger Aussagen für Auslegung, Konstruktion, Bau, Betrieb und Effektivität Erprobung von technologischen Ansätzen zur Installation Detaillierte Analyse und Bilanzierung des Schadstoffabbaus Nachweis der Umweltverträglichkeit Wissenschaftlich begründete Ableitung von Qualitätskriterien Zusammenfassung der Ergebnisse in einem Handbuch

5 STANDORTE RUBIN Orange: Standortvorhaben Grün: Überspannende Projekte Andere Standorte Nicht aufgeführt: Kraichgau, München, Wismut, BIOX-Wand

6 Zwei FuE-Netzwerke (gefördert vom BMBF) SAFIRA ( 6.5 Mio ), 1 Standort Grundlegende FuE-Arbeiten zur Entwicklung und Testung neuer reaktiver Materialien in einem realen, komplexen Aquifer RUBIN (3.5 Mio ) (4 (5) + x Standorte) FuE, großtechnische Implementierung, Testung und Überprüfung von PRB im Feld an unterschiedlichen Standorten Summe öffentliche Gelder 10 Mio Invest/versch. priv. Standorte 15 Mio STANDORTE

7 2005: Deutschland, Österreich, Schweiz – 14 PRBs; wenigstens 3 geplant (Offenbach = RUBIN (alt), RUBIN-Fortsetzung!) PRBs mit gelenktem GW-Fluss dominierend: 11 insges., 4 F&G, 5 EC-PRB (Drain-and-Gate, In-situ-Reaktoren, Dichtwand-Heber(DHR)-Reaktor, aktives Pumpen: Bernau), nur 3 CRB Reaktoren oft nahe der Oberfläche instal- liert/zugänglich – Kontrolle wird bevorzugt! Elementares Eisen und Aktivkohle bevorzugte Materialien

8 Arbeitsstand/Erfahrungen Deutschland: Bislang wenig full-scale-Anwendungen Tübingen, Edenkoben, Oberursel, Karlsruhe: F&G, teilw. Probleme (ungelöst-gelöst) oder keine Infos! Denkendorf, Bernau, Bitterfeld, Kraichgau, München: stark gelenkte Systeme Reichenbach, Rheine: CRB U.S.A.: Ca Standorte, F&G häufig kritisch, Erkenntnisse jedoch weiter: Hydraulik weder vorhersagbar/ modellierbar, noch bestimmbar noch beherrschbar FAZIT: Gleiche Probleme wie hier, nur anderes Understatement (Grenzwerte), Advertisement U.S.A.: Massenbilanz LCKW-Abbau an Eisen gelöst; RUBIN: Unidentifizierte Sorptionsprodukte aus PCE an Fe-Schwamm!

9 Verwertung Klassisches F&G-System: Auslaufmodell! Wesentliche generelle Erkenntnis hinsichtlich der ggw. Zukunftsfähigkeit verschiedener PRB-Konstruktionsformen/Materialien: 1. EC-PRBs = Efficiently Controllable PRBs, In-situ-Reaktoren plus Drainage (= sehr hohe GW-Kontrolle, z. B. Brunn) = befüllt mit Aktivkohle (oder Eisen), dürfte die Zukunft gehören! 2. CRBs (= keine GW-Kontrolle, z. B. Rheine)

10 Fazit CRBs, Voraussetzungen: Sehr einfache, sehr gutartige Untergrundverhältnisse und GW-Chemie - eher Ausnahme! Nicht zu lang (zu tief) = hohe Materialmengen = relativ hoher Anfangsinvest allein für das reaktive Material (evtl. abschreckendes Moment)! EC-PRBs, Voraussetzungen ( wann günstiger als P&T?) Hohe Volumenströme, z.B. > 20 m 3 pro Stunde (= langfristig relativ hohe Energiekosten bei P&T, entfallen bei PRB) Gleichzeitig hohe Wiedereinleitkosten bei P&T (entfallen bei PRB)

11 NEUE FULL-SCALE-ANWENDUNGEN REALISIEREN! GLÄSERNE WÄNDE: 1. 1.Benötigt: CRB, full-scale Eisen-/A-Kohle-Wand, Standort repräsentativ, gut erkundet, nicht komplex; 2. 2.Benötigt: EC-PRB-Aktivkohle-Wand, full-scale (evtl. plus Mikrobiologie) und/oder Eisen, Standort repräsentativ, gut erkundet, nicht komplex, P&T hat versagt!; 3. 3.Benötigt: Full-scale Wand zur Behandlung von landläufigen Schwermetallen; 4. 4.Benötigt: Anwendung/Test von NANO-Materialien, Herd- oder Abstromsanierung etc. RUBIN-Weiterführung

12 Leitfaden/Handbuch BAND 1: Teil I und II: Einführung, Kurzabriß Teil III: Planung, Leitfaden, rechtliche Einordnung BAND 2: Teil IV: Lessons Learned Teil V: Weiterführende Grundlagen Teil VI: Ausblick Teil VII: Bibliographie Teil VIII: F+E, RUBIN-Projekte, intern. Standorte

13 Tübingen: klassisches F&G, UMSTRÖMUNG I.M.E.S. GmbH

14 Heterogener GW-Fluss und seine Folgen bei PRB (insbesondere F&G) – Beweise

15

16 Stephan Jefferis, GPOLL Conference 2002, Berlin: Effect of non- equal flow through parallel reactors of equal size (design reduction = expected degradation rate from column experiments) Significantly insufficient PRB performance caused by heterogeneous GW inflow

17 Bilanz-Vergleich: 25- und 252tägig, aktiv Dr. Reinhard Wienberg Umwelttechnisches Labor EndbilanzZwischenbilanz 14 C-PCE- Abbauan Fe-Schwamm (Rheine): Hoher Anteil unbekannter Sorbate!!

18 Endbilanz: ES-SW-252-aktiv Dr. Reinhard Wienberg Umwelttechnisches Labor

19 Fe passivation regarding TCE Exemplarisch ausgewählte TCE-Konzentrationsprofile (relativ) für verschiedene Standzeiten sowie vergleichbare Zulaufkonzentrationen und Fliessgeschwindigkeiten (in Reihe geschaltet: Module R1 bis R10)

20 Bernau High contamination of cVOCs affecting two aquifers (TCE up to around 100 mg/L) Special reactor design (EC-PRB plus active measures) capturing both aquifers by pumping GW and injecting it into a collecting zone and additional tanks cut-off wall zone = enclosing/containment for the source and serving as a collecting/mixing zone for accumulating lifted GW before it enters the gate RUBIN project, volume: appr. 2 Mio (appr. 50 % public funds)

21 Bernau Elevation of the system Top view of the EC-PRB system

22 Bernau – Performance TCE-Decay in the PRB c(o)= 96,5 mg/L R1R2R3R4R5R6R7R8R9R10 [mg/L] Decay of cis-DCE and VC in the PRB; c(o)= 96,5 mg/L 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 R1R2R3R4R5R6R7R8R9R10 [mg/L] c-DCEVC Concentration profiles of single components - semi-logarithmic display - Field results (appr. after one pore volume has been exchanged)

23 Brunn am Gebirge

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25 Leistung gut In-situ-Reaktoren mit Drainage/A-Kohle Denkendorf

26 München Jan 2004 – Bau Gate Nr.1

27 München 2004: 1,4 km lang, EC-PRB mit Aktivkohle!

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30 Karlsruhe Overview of the full scale F&G PRB Former gas works plant Length 250 m Depth m 8 Gates each 1,8 m Flux 10 l/s

31 Karlsruhe

32 Herstellung mittels Großbohrungen Rheine Reactive barrier Groundwater- flow ZVI Monitoring well Canal Monitoring well Pilot-CRB (1998): Überlappende Großbohrungen; zwei Eisensorten (Späne = Maier-Gotthart und Eisen-Schwamm) in getr. Segm.

33 Rheine – Leistungsdaten

34

35 Rheine – Qualitätssicherung

36 Rheine – ReSponge Eisen-Schwamm (ReSponge ), Marke der Mull und Partner GmbH, Hannover: Hochreaktiv über mehr als sechs Jahre, konstanter PCE-Abbau von > 99 %; Anzeichen für Überlegenheit gegenüber anderen Eisensorten – Diplomarbeit: Britta Mezele, 1996, FH Nordostniedersachsen : U Stuttgart und U Kiel, Prof. Dahmke, PD Dr. Ebert


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