DURCHSTRÖMTE REINIGUNGSWÄNDE: sowie Perspektiven der Anwendung Der BMBF-Förderschwerpunkt RUBIN 2000-2005 Nationaler und internationaler Kenntnisstand sowie Perspektiven der Anwendung Dr. Volker Birke Koordinierung RUBIN Universität Lüneburg Suderburg/Gehrden www.rubin-online.de

Funktionsprinzip

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

Aufgaben von Grundsätzliche Fragestellungen Schwerpunkte 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

STANDORTE RUBIN Andere Standorte www.rubin-online.de Orange: Standortvorhaben Grün: Überspannende Projekte Andere Standorte Nicht aufgeführt: Kraichgau, München, Wismut, BIOX-Wand www.rubin-online.de

STANDORTE 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 €

Elementares Eisen und Aktivkohle bevorzugte Materialien STANDORTE 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

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. 70-80 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!

PRB-Konstruktionsformen/Materialien: Verwertung 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) Klassisches F&G-System: Auslaufmodell!

CRBs, Voraussetzungen: 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 m3 pro Stunde (= langfristig relativ hohe Energiekosten bei P&T, entfallen bei PRB) Gleichzeitig hohe Wiedereinleitkosten bei P&T (entfallen bei PRB)

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

Teil I und II: Einführung, Kurzabriß 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

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

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

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

Significantly insufficient PRB performance caused by heterogeneous GW inflow 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)

Bilanz-Vergleich: 25- und 252tägig, aktiv Dr. Reinhard Wienberg Umwelttechnisches Labor 14C-PCE- „Abbau“an Fe-Schwamm (Rheine): Hoher Anteil unbekannter Sorbate!! Bilanz-Vergleich: 25- und 252tägig, aktiv Endbilanz Zwischenbilanz

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

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

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)

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

Decay of cis-DCE and VC in the PRB; c(o)= 96,5 mg/L Bernau – Performance TCE-Decay in the PRB c(o)= 96,5 mg/L 25 50 75 100 R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 R10 [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 R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 R10 [mg/L] c-DCE VC Konzentrationsverlauf Einzelstoffe - halblogarithmische Darstellung - 1 100 R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 R10 [µmol/L] TCE c-DCE VC PCE Concentration profiles of single components - semi-logarithmic display - Field results (appr. after one pore volume has been exchanged)

Brunn am Gebirge

Brunn am Gebirge

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

München Jan 2004 – Bau Gate Nr.1

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

Overview of the full scale F&G PRB Karlsruhe Former gas works plant Length 250 m Depth 15-18 m 8 Gates  each 1,8 m Flux 10 l/s Overview of the full scale F&G PRB

Karlsruhe

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

Rheine – Leistungsdaten

Rheine – Leistungsdaten

Rheine – Qualitätssicherung

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 1997-2004: U Stuttgart und U Kiel, Prof. Dahmke, PD Dr. Ebert