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RUBIN-Statusseminar, Kiel - 28./29.06.2004
Das Dichtwand-Heber-Reaktor-Verfahren (DHR) Patent Nr Ein kostengünstiges, umweltschonendes Verfahren zur Sanierung von Schadstofffahnen PD Dr.-Ing. B. Barczewski, Dipl.-Ing. B. Memminger Universität Stuttgart, Institut für Wasserbau, VEGAS
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Das Dichtwand-Heber-Reaktor-Verfahren (DHR)
Verfahrensprinzip DHR-Verfahren kein ausreichendes natürliches Grundwassergefälle ausreichendes Potentialgefälle durch Dichtwand Das Dichtwand-Heber-Reaktor-Verfahren (DHR)
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Verfahrensprinzip DHR-Verfahren (natürliches Grundwassergefälle)
Das Dichtwand-Heber-Reaktor-Verfahren (DHR)
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Das Dichtwand-Heber-Reaktor-Verfahren (DHR)
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 Das Dichtwand-Heber-Reaktor-Verfahren (DHR)
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Aufgabenstellung / Untersuchungsprogramm
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 Das Dichtwand-Heber-Reaktor-Verfahren (DHR)
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Prinzipieller Aufbau einer (D)HR-Anlage
F n h - p + p Entnahme P 1 PN P 2 B 1 Q Einleitung Das Dichtwand-Heber-Reaktor-Verfahren (DHR)
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Funktionsfähige Reaktoren im Unterdruck /1/
Versuchsstand in der VEGAS-Versuchshalle Das Dichtwand-Heber-Reaktor-Verfahren (DHR)
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Funktionsfähige Reaktoren im Unterdruck /2/
Das Dichtwand-Heber-Reaktor-Verfahren (DHR)
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Entlüftung, Mess- und Kontrolleinrichtungen
Automatische Entlüftung Druck- und Durchflussmessung Das Dichtwand-Heber-Reaktor-Verfahren (DHR)
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Eliminierung von Schadstoffen
PAK CKW BTEX MKW Sonderfall: Vinylchlorid – Sorption 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. Das Dichtwand-Heber-Reaktor-Verfahren (DHR)
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Sonderfall: Vinylchlorid – Sorption
Das Dichtwand-Heber-Reaktor-Verfahren (DHR)
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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 Das Dichtwand-Heber-Reaktor-Verfahren (DHR)
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Sonderfall: Chrom(VI) Das Dichtwand-Heber-Reaktor-Verfahren (DHR)
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) Das Dichtwand-Heber-Reaktor-Verfahren (DHR)
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Heber-Reaktor-Verfahren - Messdatenerfassung / Beispiel 1
Das Dichtwand-Heber-Reaktor-Verfahren (DHR)
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Heber-Reaktor-Verfahren - Messdatenerfassung / Beispiel 2
Das Dichtwand-Heber-Reaktor-Verfahren (DHR)
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Entscheidungshilfe – DHR oder P+T (bzw. F+G)
Grundwassergefälle Grundwassergefälle ausreichend? ausreichend? ja ja nein nein Flurabstand Flurabstand Dichtwand Dichtwand < 8 m < 8 m ? ? realisierbar? realisierbar? ja ja nein* nein* ja ja nein nein P + T P + T P + T P + T Schadstoff Schadstoff - - Langzeitkosten Langzeitkosten mischung mischung + Investition + Investition + Abschreibung + Abschreibung + Verzinsung + Verzinsung 1 Reaktor … 1 Reaktor … n Reaktoren n Reaktoren < P + T ? < P + T ? Erforderliche Erforderliche Förderraten… Förderraten… ja ja nein nein HR HR DHR DHR P + T P + T Das Dichtwand-Heber-Reaktor-Verfahren (DHR)
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Grundwassersanierung im Kraichgau
Standort metallverarbeitender mittel-ständischer Betrieb mit einem CKW-Schaden im Untergrund Sanierung mit dem P+T-Verfahren, dreistufige Stripp-anlage mit geschlossenem Luftkreislauf 2001 Ersatz der P+T-Anlage durch eine Heber-Reaktor-Anlage Das Dichtwand-Heber-Reaktor-Verfahren (DHR)
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Grundwassersanierung im Kraichgau
Wasser-Aktivkohlefilter Einleitung des gereinigten Wassers in den Vorfluter Sanierung mit dem Heber-Reaktor-Verfahren Automatische Entlüftung Das Dichtwand-Heber-Reaktor-Verfahren (DHR)
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* Effizienzsteigerung um den Faktor 3
Grundwassersanierung im Kraichgau – Verfahrensvergleich Verfahren (Zeitraum) Pump & Treat ( ) Heber-Reaktor (07/01 – 01/02) (02/02 – 12/02) (07/01 – 12/03) 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 1.675 ca. 240 / Monat 4.234 ca. 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 * Effizienzsteigerung um den Faktor 3 Reduzierung der Betriebskosten um über 80 % (aber: Auslegung und Betrieb der P+T-Anlage waren nicht optimal) Das Dichtwand-Heber-Reaktor-Verfahren (DHR)
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Geplante Pilotsanierung am Standort Fumy, Stuttgart
Das Dichtwand-Heber-Reaktor-Verfahren (DHR)
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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 Das Dichtwand-Heber-Reaktor-Verfahren (DHR)
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Zusammenfassung und Ausblick /1/
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) Das Dichtwand-Heber-Reaktor-Verfahren (DHR)
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Zusammenfassung und Ausblick /2/
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: Das Dichtwand-Heber-Reaktor-Verfahren (DHR)
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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)
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