Sanierungsverfahren
Reinigungsverfahren:
Pump and Treat
Wasserreinigung (=Treat) durch:
- Aktivkohleadsorption
- Desorption (=Stripen)
- Biologie
- Nassoxidation
- Adsorption an synthetische Sorbentien
- Flüssig-flüssig-Extraktion
- Membran-Verfahren
- Eltrondec-Verfahren (Elektronenstrahlen)
Alternativ-Verfahren zu
„Pump and Treat“
- Monitored Natural Attenuation (MNA)
- Biologische In-Situ-Sanierung (1)
- Biobarriere-Verfahren
- Methan-Biostimulations-Verfahren - In-Situ-Oxidation
- In-Situ-Striping
- Phytoremediation
(1) Synonym mit Enhanced Natural Atternuation und je nach Definition mit Reaktiven Wänden/Systemen
Aktivkohleadsorption
- Geringer KOC-Wert / geringe Beladungskapazität der Wasser-Aktivkohle
(bei 100 µg/l MTBE ca. 0,1 % Beladungskapazität) - Konkurrenzadsorption durch andere Wasserinhaltsstoffe (Schadstoffe + NOM)
- Unterschiede Reaktivkohle – Frischkohle (Coconutshell-Kohle)
- Verfahren sensitiv für Mineralausfällungen (Fe, Mn, Ca, Mg etc.)
- Bei Sanierungsplanung mögliche Störstoffe durch Pumpversuch abklären
(Problem Fe-Bestimmung) - Prognostischer Ansatz bei MTBE-Fahnensanierungen !
- Anwendbarkeit:
- bei kleinen Schäden (geringe Fördermengen + niedrige MTBE- Konzentrationen)
- optional: Als Polizeifilter hinter Stripanlage
- bei Reihenschaltung mehrerer AK-Filter optimale Beladung - Sicheres Verfahren / umfangreiche Praxiserfahrungen mit organischen Stoffen
- Kosten: Erfahrungsgemäß höher als beim Stripen
- Mittlere Investitionskosten
- Geringer Personalaufwand für Anlagenbetreuung
- Bleibender Problemstoff: TBA (tertiär-Butyl-Alkohol)
Verhalten von MTBE beim Stripen
Auslegung von Stripanlagen:
Leistungsbezogener Parameter:
Luft / Wasser – Verhältnis
Es gilt:
(H) (QL/QW)min = 1
Henry-Konstante ist T-abhängig :
H steigt, wenn T steigt
Schlussfolgerungen:
Eine niedrigere Henry-Konstante kann durch ein höheres Luft/Wasser-Verhältnis kompensiert werden.
In Abhängigkeit der Ausgangskonzentrationen sowie des Reinigungszieles sind i. d. R. Luft/Wasser-Verhältnisse > 200:1 erforderlich.
Auch durch Anhebung der Temperatur wird eine bessere Reinigungsleistung erreicht.
Wichtig: Bei kleinen und mittelgradigen MTBE-Grundwasserschäden ist nach den Vorgaben der TA-Luft keine Reinigung der Stripabluft notwendig. Die Abluftreinigung ist der zweitgrößte Kostenblock bei Stripanlagen. Hierdurch können erhebliche Kosten eingespart werden.
Stripen
- Niedrige Henry-Konstante von nur ca. 0,02 aber: Wirkungsgrad steigt durch höheres Luft:Wasserverhältnis
normale Organika: L : W = 50 : 1 / MTBE: L : W = 200-300 : 1.
Dies heißt in der Praxis: stärkere Gebläse / höherer Energiebedarf - Reinigungsgrade bei einer Stripkolonne: > 95 %
Reinigungsgrade bei zwei Stripkolonnen: > 99 % - Verfahren sensitiv für Mineralausfällungen (Fe, Mn, Ca, Mg etc.). Bei Sanierungsplanung mögliche Störstoffe durch Pumpversuch abklären (Problem Fe-Bestimmung)
- Prognostischer Ansatz bei MTBE-Fahnensanierungen !
- Anwendbarkeit:
- „das Standardverfahren“ der Praxis (USA, BRD)
- wichtig: Stripluftreinigung oder nicht (TA-Luft: 50 mg/m3 / 0,5 kg/h)
- Ablaufwerte hinter der Stripanlage (20 – 50 µg/l) bei Reinjektion ins Grundwasser niedrigere Werte !
- Ggfs. interessant: Erwärmung des Grundwassers (Steigerung des Wirkungsgrades)
- Sicheres Verfahren / umfangreiche Praxiserfahrungen mit organischen Stoffen
- Kosten: erfahrungsgemäß niedriger als bei allen anderen Verfahren
- Mittlere Investitionskosten
- Mittlerer Personalaufwand für Anlagenbetreuung
- Möglicherweise verbleibender Problemstoff: TBA (tertiär-Butyl-Alkohol)
Harzadsorption
- Karbonatische Harze und Zeolithe besitzen höhere Beladungskapazitäten als AK
- Harze sind gut regenerierbar (Heißdampf)
- Praxiserfahrungen: Standzeiten der Harze: mehrere Jahre (LCKW, BTEX, PAK)
- Verfahren sensitiv für Mineralausfällungen (Fe, Mn, Ca, Mg etc.). Bei Sanierungsplanung mögliche Störstoffe durch Pumpversuch abklären (Problem Fe-Bestimmung)
- Prognostischer Ansatz bei MTBE-Fahnensanierungen !
- Voraussetzung für Anwendbarkeit: gute Infrastruktur (Heißdampf, Elektrizität)
- Sicheres Verfahren: umfangreiche Praxiserfahrungen mit anderen organischen Stoffen
- Kosten: höher oder niedriger als beim Strippen (Energiepreis: 0,05 – 0,13 EUR je kwh)
- Hoher Personalaufwand für Anlagenbetreuung
- Hohe Investkosten !
- Möglicher verbleibender Problemstoff: TBA (tertiär-Butyl-Alkohol)!
MPPE-Verfahren:
- Verfahren und Anlage grundsätzlich ähnlich der Harzadsorption
- Patentinhaber: Firma AKZO-Nobel
- Betreibermodelle möglich (Festpreis je m3 verunreinigtes Grundwasser)
ELTRONDEC-Verfahren
- MTBE wird bereits mit relativ niedrigen Bestrahlungsdosen zerstört
aber: TBA und TBF (tertiär-Butyl-Formiat) können als Abbauprodukte entstehen - Verfahren nicht selektiv auf MTBE
- Verfahren nicht sensitiv für Mineralausfällungen (Fe, Mn, Ca, Mg etc.)
- Keine Vorreinigung zur Entfernung von Störstoffen notwendig
- Voraussetzung für Anwendbarkeit: Elektrizität zur Hochspannung (Drehstrom)
- Praxiserfahrungen: gering, nur 1 Anbieter in der BRD (HVEA)
- Kosten:
- höher oder niedriger als beim Strippen
- sehr vom Strompreis abhängig: (0,05 – 0,13 EUR je kwh) - Hoher Personalaufwand für Anlagenbetreuung
- Sehr hohe Investkosten !
- Betreibermodelle möglich (Festpreis je m3 für die Wasserreingung)
- Möglicher Problemstoff TBA: deutliche Reduktion der Gehalte möglich
Biologische In-Situ-Verfahren = Enhanced Natural Attenuation (ENA)
- Grundsätzliches:
- MTBE gilt als vergleichsweise schlecht abbaubar
- der natürliche MTBE-Abbau erfolgt viel langsamer als der von Benzol
- aerober Abbau führt zu höheren Abbauraten als der anaerobe
- MTBE-Abbau ist durch eine lange „Lag-Phase“ gekennzeichnet - Feldbeobachtung:
MTBE-Abbau setzt erst dann ein, wenn MTBE in der Kontaminationsfahne die übrigen Kraftstoffkomponenten „überholt“ hat - Unerwünschte Abbauprodukte können entstehen: TBA, TBF
- Borden (Ontario): starke Abbauprozesse von MTBE
Spezielle Mieubedingungen und spezielle Mikroorganismen / cometabolitische Prozesse könnten eine Rolle spielen ? (Pentan, Hexan, Heptan) - Praxiserfahrungen: sehr gering, bisher keine Felderfahrungen in BRD
- Anwendbarkeit:
- hoher Aufwand für Forschung und Entwicklung
- keine Sicherheit über Funktion des Verfahrens (Sanierungszielwerte !)
- nur sinnvoll bei „isotropen“ Aquiferen (keine signifikanten Inhomogenitäten) - LEUNA: Forschungsvorhaben METLEN (UFZ, Laufzeit bis ca. 2007) - kommen biologische Verfahren als Sanierungsmethode zur Behandlung von MTBE-Grundwasserschäden infrage ? (ENA-Projekt)
- Zwei mögliche Verfahren:
- Biobarriere-Verfahren (Modellstandort Port Honueme, Kalifornien)
- Methan-Biostimulations-Verfahren (BIOPRACT)
zur Beurteilung beider Verfahren gilt:
Feldversuche mit angemessener Datendokumentation erforderlich (BRD)
In-Situ-Striping = Air Sparging
- Verfahren bekannt durch Einsatz bei LCKW- und BTEX-Grundwasserschäden
- Niedrige Henry-Konstante macht eine erfolgreiche Anwendung schwierig
- Problem: Bildung von „Luftsäcken“ im Grundwasserleiter
- I. d. R. Kombination mit Bodenluftsanierung erforderlich
- Anwendbarkeit:
- nur bei homogenem Aufbau des Untergrundes sinnvoll
- bei eisen-, mangan- und karbonatführenden Grundwässern Mineralausfällungen wahrscheinlich - Praxiserfahrungen: sehr gering, bisher keine Felderfahrungen in BRD
aber:
Zur Sanierung der ungesättigten Bodenzone ist die Bodenluftsanierung eine sehr geeignete Methode. Die Reinigung der MTBE-haltigen Bodenluft erfolgt i. d. R. durch Aktivkohle.
sehr gut - 
gut - 
mittelmäßig - 
schlecht - 
sehr schlecht
A1 - A.8: Pump-and-Treat-Verfahren
B - F: Alternativ-Verfahren zu Pump-and-Treat
1: Sachgerechte Auslegung der Reinigungsanlage, ggfs. vorherige Störstoffentfernung
2: Einsatz bei konkreten Sanierungsvorhaben (Feldmaßstab)
3: Zahl von ausführenden Sanierungsfirmen
4: große Schwankungsbreite
5: abhängig von Energiekosten (hier bestehen große Unterschiede)
6: bei Sanierungserfolg
Pump-and-Treat-Verfahren besitzen grundsätzlich aufgrund der gut kontrollierbaren hydraulischen Fassung des kontaminierten Grundwassers eine höhere Sicherheit als alle anderen Verfahren. Die Bewertung bezieht sich auf die Reinigungsverfahren hinter der hydraulischen Maßnahme, so dass diese zusätzliche Sicherheit nicht mit in die Betrachtung einfloss.