AAV Fachtagung Boden und Grundwasser in Hattingen. Erfahrungen in der Abreinigung PFT-belasteter Grundwässer und technologischer Ausblick

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1 AAV Fachtagung Boden und Grundwasser in Hattingen Erfahrungen in der Abreinigung PFT-belasteter Grundwässer und technologischer Ausblick Dipl.-Ing. Martin Cornelsen Cornelsen Umwelttechnologie GmbH

2 Gliederung I. Einführung II. III. IV. Fallbeispiel Aufbereitungstechnologie Ausblick

3 Gliederung I. Einführung II. III. IV. Fallbeispiel Aufbereitungstechnologie Ausblick

4 PFT Chemische Struktur Perfluoroctansäure / Perfluorcarbonsäure (PFOA) Organische Verbindungen anthropogenen Ursprungs Perfluoroctansulfonsäure / Perfluorsulfonsäure (PFOS) Wasserstoffatome am Kohlenstoffgerüst sind vollständig durch Fluoratome ersetzt

5 PFT Chemische Eigenschaften hohe thermische und chemische Stabilität amphiphiler Charakter aufgrund hydrophober Eigenschaft der Kohlenstoffkette und hydrophiler Eigenschaft der Kopfgruppe Tensid hydrophob hydrophil lipophober Charakter

6 PFT Anwendungsbezogene Eigenschaften und industrielle Verwendung Thermostabilität Chemische Stabilität Tensidisches Verhalten Antihafteigenschaft usw. Galvanotechnik Textil- u. Papierausrüstungen wasser- u. schmutzabweisende Beschichtungen (z. B. Lebensmittelverpackung u. Bekleidung) Hydraulikflüssigkeiten Feuerlöschmittel Imprägniersprays, Reinigungsmittel, Farben, Klebstoffe,

7 PFT Orientierungswerte und Leitwerte Trinkwasserverordnung: keine spezifischen Werte definiert Trinkwasserkommission (TWK): lebenslang gesundheitlich duldbarer Leitwert für PFOA u. PFOS: 0,3 µg/l Trinkwasserkommission (TWK): Vorsorgewert (Zielvorgabe) für Summe PFT: < 0,1 µg/l

8 Verwendungsverbot für PFOS EU-Richtlinie verbietet seit dem das Inverkehrbringen und die Verwendung von PFOS umgesetzt in nationales Recht mit der Elften Verordnung zur Änderung chemikalienrechtlicher Verordnungen solange jedoch keine Möglichkeiten für die Substituierung bestehen, gelten Ausnahmen in Bereichen wie Lithographische Verfahren Halbleiterherstellung Verchromungen galvanotechnischen Prozessen Hydraulikflüssigkeiten Feuerlöschmittel

9 Gliederung I. Einführung II. III. IV. Fallbeispiel Aufbereitungstechnologie Ausblick

10 Fallbeispiel Brilon- Scharfenberg (Hochsauerlandkreis) März 2006: Studie des Instituts für Hygiene u. Öffentliche Gesundheit in der Uni Bonn identifizierte PFT in Ruhr und Möhne in Arnsberg werden zeitgleich im Trinkwasser 0,56 µg/l PFT gefunden PFT Belastung ging im Wesentlichen von mehreren Ackerflächen aus, die in den Jahren mit dem aus Bioabfallgemischen hergestellten Substrat Terrafarm gedüngt wurden Terrafarm enthält Beimengungen mit PFT-Abfall

11 Fallbeispiel auf einer Ackerfläche in Brilon-Scharfenberg wurden insg. ca. 647 to belastetes Bioabfallgemisch ausgebracht es wird von ca. 400 kg reinem PFT ausgegangen Folgende Maßnahmen wurden vergleichend betrachtet: Quelle: Auskofferung, Deponierung Auskofferung, thermische Behandlung Umlagerung auf der Fläche, Einkapselung Oberflächenabdichtung Wasser: Fassung des Sickerwassers mittels Drainage, Wasserreinigung

12 Fallbeispiel Lageplan der PFT- belasteten Fläche in Brilon- Scharfenberg mit Anordnung der Drainagen und Anlagenkomponenten Quelle: Zwischenbericht über die Sanierung einer PFT-belasteten Fläche in Scharfenberg, HSK (Stand Mai 2009) vom LANUV NRW

13 Fallbeispiel Anfrage vom HSK an Cornelsen Mitte Nov Inbetriebnahme eine temporären Aktivkohle-Anlage (max. 12m³/h) im Januar 2007

14 Fallbeispiel Inbetriebnahme der stationären Anlage (max. 28 m³/h) im Mai 2007 Ergänzung um Bypass-AK-Anlage im Januar 2009 (max. 80 m³/h)

15 Fallbeispiel Konzentrationsganglinien PFT (einschließlich kürzer- und längerkettiger PFT und Isomerengemische) im Anlagenzulauf Quelle: Zwischenbericht über die Sanierung einer PFT-belasteten Fläche in Scharfenberg, HSK (Stand Mai 2009) vom LANUV NRW

16 Gliederung I. Einführung II. III. IV. Fallbeispiel Aufbereitungstechnologie Ausblick

17 Wasserzusammensetzung (für Auslegung Wasserreinigungsanlage Brilon Scharfenberg) PFOA+PFOS > 500 µg/l (anfänglich annähernd 1 mg/l) Eisen Mangan 3,7 5,6 mg/l 0,3 0,4 mg/l DOC TOC 19,9 34,1 mg/l 22,7 50,8 mg/l

18 Kriterien für die Verfahrensauswahl kurzfristige Realisierbarkeit Eignung für PFT Theoretische Grundlagen (Fakten für Dimensionierung) Praktische Erfahrungen Kosten Betreibbarkeit in der Altlastensanierung

19 Verfahrensauswahl Kurzfristige Realisierbarkeit Eignung für PFT Aktivkohle Membranverfahren biologisches Verfahren Oxidationsverfahren Theoretische Grundlagen Praktische Erfahrungen Inv. Kosten Betr. Kosten???? Betreibbarkeit

20 Rohwasserzulauf aus Ringdrainage Speicherbecken (bauseitig erstelltes Erdbecken) Flockung / Fällungsstufe einschl. Dosiertechnik Sedimentation Homogenisierung, Pufferung fällbares DOC, flockbare anorg. Inhaltsstoffe Flüssig-Fest-Separation Trübstofffiltration einschl. Rückspülung Bioreaktor (Festbett Biofilter) Opferaktivkohlestufe Flüssig-Fest-Separation von Feinstpartikeln Biologisch abbaubares DOC adsorbierbares DOC Aktivkohlestufe (Arbeits- u. Polizeifilter) PFT-Adsorption Reinwasserableitung in natürliche Vorflut

21 Wie definiert sich eine gute Aktivkohle? Steinkohle, Torfkohle, Kokosnuss, Frischware / Reaktivat / Poolkohle / Regenerat BET Oberfläche [m²/g] Jodzahl [mg/g ] Methylenblauadsorption [g/100g] Phenoladsorption [g/100g] Aschegehalt [Gew.-%] Korngröße, Über- und Unterkorn Schüttdichte [kg/m³] Feuchtigkeitsgehalt Farbe Preis [ /kg] Isothermen / Beladung [%]

22 Adsorptions-Isothermen für Aktivkohlen Die Isothermen geben das Verhältnis von adsorbierter zu in Lösung verbliebener Verunreinigungsmenge an Maßgebliche Einflussgrößen für die Aufnahme von Isothermen: Aktivkohle in Art und Menge Schadstoff in Art und Menge Temperatur Kontaktzeit ph-wert Korngröße der Aktivkohle Eingesetzte AK-Menge X-Achse: Gleichgewichtskonzentration Y-Achse: Gleichgewichtsbeladung der AK

23 Adsorptions-Isothermen für Aktivkohlen Vorsicht eine direkte Übertragung von Aussagen der Isotherme (aufgenommen im Batch-Verfahren) auf ein Filtrationsprinzip ist nicht möglich! es empfiehlt sich neben der Anwendung von Isothermen immer ein Abgleich mit empirisch gewonnenen Daten, sowie die Durchführung eines Adsorptionsversuches (dieses ist umso wichtiger bei einem Vorliegen von Mehrstoffgemischen und dem Vorhandensein schwerer adsorbierbarer Substanzen!)

24 Bypass Versuche mit Versuchsäulen

25 Wie definiert sich eine gute Aktivkohle? Spezifische Kosten [ /g entfernten Schadstoffes] f (Preis, Beladung ) Benennung eines konkreten Produktes, welches seine Leistungsfähigkeit im Vergleichstest bewiesen hat

26 Trübstoff-/Feststoffablagerungen auf Aktivkohlefiltern Feststoffablagerungen auf dem AKF erhöhen den Druckverlust Rückspülungen werden erforderlich das AK-Bett wird umgelagert die erreichbare Beladung kann bei Anwesenheit unterschiedlich gut adsorbierbarer Stoffe signifikant herabgesetzt werden

27 Problemfall Trübstoff-/Feststoffablagerung auf Aktivkohlefiltern

28 Problemfall Trübstoff-/Feststoffablagerung auf Aktivkohlefiltern

29 Problemfall Trübstoff-/Feststoffablagerung auf Aktivkohlefiltern

30 Problemfall Trübstoff-/Feststoffablagerung auf Aktivkohlefiltern

31 Kostenentwicklung bei Anwendung von Aktivkohle

32 Aktivkohle als derzeitiges Maß der Dinge für PFT Reinigung? Kurzfristige Realisierbarkeit Aktivkohle Eignung für PFT Theoretische Grundlagen Praktische Erfahrungen Inv. Kosten Betr. Kosten? Betreibbarkeit

33 Gliederung I. Einführung II. III. IV. Fallbeispiel Aufbereitungstechnologie Ausblick

34 Entwicklung eines Adsorptionsmittels für schwer adsorbierbares PFT Cornelsen entwickelt in Kooperation mit Fraunhofer UMSICHT im Rahmen eines vom BMWI geförderten Projektes ein kostenoptimiertes (Adsorptions-) Verfahren zur Reinigung von PFT-kontaminierten Wässern

35 Entwicklung eines Adsorptionsmittels für schwer adsorbierbares PFT Ziele des F+E Projektes: einfach zu betreibendes Verfahren niedrige Investitionskosten für Anlagentechnik kostengünstigere Betriebskosten als bei Einsatz von AK optimierte Entfernung der an AK nur schwer zu adsorbierenden Verbindungen

36 Gegenwart und Zukunft

37 Gegenwart und Zukunft

38 Gegenwart und Zukunft

39 Gegenwart und Zukunft

40 Gegenwart und Zukunft

41 Fazit es wurde in mehreren großtechnischen Anwendungen bewiesen, dass zumindest einige der PFT-Einzelstoffe an AK adsorbiert werden können die erzielbaren Beladungen von PFT auf Aktivkohle sind sehr gering bei unfachmännischer Durchführung einer AK-Anwendung besteht das Risiko von schlechten Wirkungsgraden bis unvollständiger Abreinigung sowie extremer Betriebskosten die Entwicklung eines neuen Sorbens mit einer hohen Spezialisierung auf schwer adsorbierbare PFT kann die Reinigungsleistung und die resultierenden Betriebskosten optimieren

42 Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit!