Metalldachflächen aus Kupfer und Zink

Transkript

1 Metalldachflächen aus Kupfer und Zink - Praxiserfahrungen mit Sickerschachtanlagen - Referent: Co-Referent: Dipl.-Ing. Udo Kraft Dipl.-Ing. Ralf Goldschmidt Institut für Energie- und Umwelttechnik e.v. Bliersheimer Straße Duisburg

2 Institut für Umwelttechnologie und Umweltanalytik 1 Mitarbeiter 5 Zeitkräfte Umsätze. 6 Mio Laufende Projekte Gründung als Institut für Umwelttechnologie und Umweltanalytik e.v Umbenennung in Institut für Energie- und Umwelttechnik e.v. Institut an der Universität Duisburg-Essen 2

3 Auslegung der Sickerschächte Auslegung der Schächte entsprechend : DWA A 138 und DWA-A 117 Dachfläche A = 2, m² Schachtaußendurchmesser d a =,45 m Schachtinnendurchmesser d i =,3 m Durchschnittliche Niederschlagsmenge = 8 mm/a Starkregenereignisse pro Jahr = 5 Einstautiefe: Z max =,377 m Frostfreie Tiefe der Zuleitung = m Höhe der Filterschicht =,5 m erforderliche Schachttiefe =,877 m gewählte Schachttiefe = 1 m minimale Versickerungsfläche =,426 m² vorh. Versickerungsfläche =,785 m² Durchlässigkeitsbeiwert Untergrund k f =,5 m/s = 18 mm/h Filtermaterial k f =,1132 m/s > k f erf =,31 m/s 3

4 Hintergrundwerte Bodensondierung Probentiefe Cu cm BSE µg/l Aufschluß mg/kg Eluat µg/l ,81 19,6 5-1 < ,3 24 2,43 4, < 1 5 4,6 12,82 3, ,6 9,56, < 1 7 3,5 6,7,61, < 1 8 1,8 4,5,46,47 Probentiefe Zn cm BSE µg/l Aufschluß mg/kg Eluat µg/l ,

5 Vorbewitterung der Dächer Material: DIN EN 1172 Cu-DHP Material: DIN EN 998 Standard-Legierung 5

6 Aufbau der Schächte und Probenplan Filtermaterial DWA: nach DWA-A138 (April 25): Sand (Körnung ca.,25-4 mm) Karbonatgehalt 41 mg/kg Filtermaterial Zeolith/Sand: 45 % Zeolith (Körnung ca. 2,5-5 mm) 45 % Sand (Körnung,25-4 mm) 5 % Humus (aus Kamp-Lintfort) 5 % Kokosfasern 6

7 Einbau der Schächte 7

8 Ergebnisse nach einem halben und einem Jahr Laufzeit des Feldversuchs 8

9 Daten der Wetterstation am Versuchsfeld 9 mm Niederschlag am Versuchsfeld 137 mm Offizielle Messstelle der AEZ Asdonkshof (entsprechend Deponieverordnung)

10 Eingetragene Frachten 4 Niederschlagsfracht Cu und Zn (Dachfläche 2 m²) 35 Fracht [mg] Kupfer Zink Monate Kupferfracht = 15 mg ; Zinkfracht = 4 mg 1

11 Ergebnisse der Sondierung DWA Schacht Dachfläche: Kupfer Filtermaterial: Sand Probenvorbereitung: Aufschluß Schacht (DWA) Aufschluß Cu [mg/kg] Probenahmetiefe [cm] Sondierung Sondierung nach 6 Monaten nach 6 Monaten Sondierung Hintergrundwerte min Sondierung nach 1 Jahr nach 1 Jahr Hintergrundwerte Hintergrundwerte min min Hintergrundwerte Hintergrundwerte min min Hintergrundwerte Hintergrundwerte max max Hintergrundwerte max

12 Ergebnisse der Sondierung DWA Schacht Dachfläche: Kupfer Filtermaterial: Sand Probenvorbereitung: BSE Schacht (DWA) BSE Cu [mg/l],51,1 2,15 3,2,25 4, Probenahmetiefe [cm] Sondierung nach 6 Monaten Sondierung nach 6 Monaten Sondierung nach 1 Jahr Sondierung nach 1 Jahr Hintergrundwerte min Hintergrundwerte Hintergrundwerte max min Hintergrundwerte max

13 Ergebnisse der Sondierung DWA Schacht Dachfläche: Kupfer Filtermaterial: Sand Probenvorbereitung: Eluat Schacht (DWA) Eluat Cu [µg/l] Probenahmetiefe [cm] Sondierung nach 6 Monaten Hintergrundwerte min Hintergrundwerte max

14 Vergleich Eluat/BSE DWA Schacht Dachfläche: Kupfer Filtermaterial: Sand Probenvorbereitung: Eluat/BSE Vergleich Schacht (DWA) Eluat/BSE Cu Cu [µg/l] [µg/l] Eluat nach 6 Monaten BSE nach 6 Monaten 75 Probenahmetiefe [cm] [cm] Eluat nach 6 Monaten BSE nach 6 Monaten

15 Ergebnisse der Sondierung Zeolith Schacht Dachfläche: Kupfer Filtermaterial: Zeolith/Sand Probenvorbereitung: Aufschluß Schacht (Zeolith/Sand) Aufschluß Cu [mg/kg] Probenahmetiefe [cm] Sondierung Sondierung nach 6 nach Monaten 6 Monaten Sondierung Sondierung nach 1 nach Jahr 1 Jahr Hintergrundwerte Hintergrundwerte min min Hintergrundwerte Hintergrundwerte max max

16 Ergebnisse der Sondierung Zeolith Schacht Dachfläche: Kupfer Filtermaterial: Zeolith/Sand Probenvorbereitung: Eluat Schacht (Zeolith/Sand) Eluat Zn [µg/l] Probenahmetiefe [cm] Sondierung nach 6 Monaten Sondierung nach 1 Jahr Hintergrundwerte min Hintergrundwerte max

17 Ergebnisse der Sondierung DWA Schacht Dachfläche: Zink Filtermaterial: Sand Probenvorbereitung: Aufschluß Schacht (DWA) Aufschluß Zn Zn [mg/kg] [mg/kg] Probenahmetiefe [cm] Probenahmetiefe [cm] Sondierung nach 6 Monaten Sondierung nach 1 Jahr Hintergrundwerte min Sondierung nach 6 Monaten Hintergrundwerte max Sondierung nach 1 Jahr Hintergrundwerte min Hintergrundwerte max

18 Ergebnisse der Sondierung DWA Schacht Dachfläche: Zink Filtermaterial: Sand Probenvorbereitung: Eluat Schacht (DWA) Eluat Zn [µg/l] Probenahmetiefe [cm] Sondierung nach 6 Monaten Hintergrundwerte min Hintergrundwerte max

19 Ergebnisse der Sondierung Zeolith Schacht Dachfläche: Zink Filtermaterial: Zeolith/Sand Probenvorbereitung: Aufschluß Schacht (Zeolithgemisch) Aufschluß Zn [mg/kg] Probenahmetiefe [cm] Sondierung nach 6 Monaten Sondierung nach 1 Jahr Hintergrundwerte min Hintergrundwerte Sondierung nach max 6 Monaten Sondierung nach 1 Jahr Hintergrundwerte min Hintergrundwerte max

20 Ergebnisse der Sondierung Zeolith Schacht Dachfläche: Zink Filtermaterial: Zeolith/Sand Probenvorbereitung: Eluat Schacht (Zeolith) Eluat Zn Zn [µg/l] Probenahmetiefe [cm] Sondierung nach 6 Monaten Sondierung nach 1 Jahr Hintergrundwerte min Hintergrundwerte max

21 Beladung der Zeolith/Sandfilter 25 Sickerschächte mit Zeolith Beladung [mg/kg] Kupfer Kupfer Zink Zink Tiefe [cm] GOK 2, ,4 2,5 Kupfer 1 Kupfer 12 Monate 6 Monate 11 1 Zink Zink 12 Monate 6 Monate 21

22 Beladung der Sandfilter 25 Sickerschächte DWA Beladung [mg/kg] Kupfer Kupfer Zink Zink Tiefe [cm] GOK 3 8, ,4 2,6 Zink Zink 12 Monate Kupfer 6 Monate 1 Kupfer 12 Monate 6 Monate 22

23 Filterkapazität und Frachten Schüttdichte Zeolith/Sand Filtervolumen Filtermasse 1,278 kg/l 35,34 l 45,2 kg eingetragene Fracht über Niederschlag Cu = 1.5 mg Zn = 4. mg Maximale Beladung nach Cu = 67 mg/kg einem Jahr Laufzeit der Schächte Zn = 2.48 mg/kg daraus errechnete max. Kapazität Cu = ca. 3. mg des ges. Filtermaterials Zn = ca. 11. mg Restkapazität Cu = 95% Filterstandzeit 2 Jahre des Filters Zn = 96% Filterstandzeit 2 Jahre 23

24 Säulenversuche

25 Langzeit Säulenversuch - Filterdaten Säulenmaterial: Acrylglas Säulenhöhe: 3 cm Säulendurchmesser: 1 cm Filterschicht: 15 cm Filtergeschwindigkeit: 18 mm/h = 23,5 ml/min (Durchlässigkeitsbeiwert k f =,5 m/s = 18 mm/h) Filterabschluß: Glasfilterplatte Por. Versuchsdauer: ca. 8 h/d Regenwasserkonzentration: Regenwasser: Raum: Pumpen: 3 mg/l Cu 6 mg/l Zn Rezept KTH Stockholm dunkel und abgesperrt Schlauchpumpen 25

26 Filtersäulen Auslegung der Säulen Durchmesser 1 cm Fläche 78,54 cm² Filterschicht 15 cm Filtervolumen,11781 m³ Niederschlag 8 mm/a Starkregenereignisse/a 5 k f Boden Filtergeschwindigkeit 18 mm/h Simulation 1 Jahr in einer Woche (4 h) Iterative Bestimmung der Dachfläche und Einstautiefe: Dachfläche,75525 m² Einstautiefe1 cm Niederschlagsmenge 6,42 l/a Schwallwasser 4,2 l/a Kontinuierliche Niederschlagsmenge 56,39 l/a Kontinuierliche Beaufschlagung der Säulen 1,41 l/h = 23,5 ml/min 26

27 Langzeit Säulenversuch Filteraufbau Filtermaterial I: Sand (Körnung,25 4 mm) Karbonatgehalt 41 mg/kg Filtermaterial II: 45 % Zeolithe (Körnung ca. 2,5-5 mm) 45 % Sand (Körnung,25-4 mm) 5 % Humus (aus Kamp-Lintfort) 5 % Kokosfasern Filtermaterial III: 45 % Zeolithe (Körnung ca. 2,5-5 mm) 45 % Zeolithe (Körnung 1, 2,5 mm) 5 % Humus (aus Kamp-Lintfort) 5 % Kokosfasern 27

28 Langzeit Säulenversuch IUTA (Versuchsstand) 28

29 Langzeit Säulenversuch Filteraufbau (Sand) (Sand /Zeolith) (Zeolithmix) 29

30 Langzeit Säulenversuch Filtermaterial Zeolithmix Sand/Zeolith Sand 3

31 Filtermaterial Sand Lösung 3 mg/l Cu bei ph-wert 6,2 9 2 ph-w ert ph-wert Überstau ph-wert Ablauf Cu Überstau Cu Ablauf Prüfwert Cu Konzentration [µg/l] µg/l 1 2 Jahre Laufzeit bis zum Erreichen des Prüfwertes,5 Jahre 31

32 Filtermaterial Sand, Lösung 6 mg/l Zn bei ph-wert 6, ph-wert ph-wert Überstau ph-wert Ablauf Zn Überstau Zn Ablauf Prüfwert Zn Konzentration [µg/l] µg/l 1 Jahre Laufzeit bis zum Erreichen des Prüfwertes,2 Jahre 32

33 Filtermaterial: Mix aus Zeolith und Sand, Lösung: 3 mg/l Cu bei ph-wert 6, ph-wert 5 4 ph-wert Überstau ph-wert Ablauf Cu Überstau Cu Ablauf Prüfwert Cu Konzentration [µg/l] µg/l Jahre Laufzeit bis zum Erreichen des Prüfwertes 14 Jahre 33

34 Filtermaterial: Mix aus Zeolith und Sand, Lösung: 6 mg/l Zn bei ph-wert 6, ph-wert ph-wert Überstau ph-wert Ablauf Zn Überstau Zn Ablauf Prüfwert Zn 5 µg/l Konzentration [µg/l] Jahre Laufzeit bis zum Erreichen des Prüfwertes > 14 Jahre 34

35 Filtermaterial: Mix aus Zeolith, Lösung: 3 mg/l Cu bei ph-wert 6, ph-wert ph-wert Überstau ph-wert Ablauf Cu Überstau Cu Ablauf Prüfwert Cu Konzentration [µg/l] µg/l Jahre Laufzeit bis zum Erreichen des Prüfwertes > 2 Jahre 35

36 Filtermaterial: Mix aus Zeolith, Lösung: 6 mg/l Zn bei ph-wert 6, ph-wert ph-wert Überstau ph-wert Ablauf Zn Überstau Zn Ablauf Prüfwert Zn 5 µg/l Konzentration [µg/l] Jahre Laufzeit bis zum Erreichen des Prüfwertes >2 Jahre 36

37 Filterkapazität aus Säulenversuchen Beladung nach 1 Jahr Cu = 67 mg/kg Laufzeit der Schächte Zn = 2.48 mg/kg Maximale Beladung nach Cu = 5.2 mg/kg 2 Jahren Laufzeit der Säulen Zn = 7.12 mg/kg daraus errechnete Kapazität Cu = ca. 23. mg des Filtermaterials in den Sickerschächten Zn = ca. 32. mg Vergleich der Schächte und Säulen über die Abschwemmraten: Schächte (Dachfläche 2 m2, Cu = 75 mg/(m2*a) Laufzeit 1 Jahr) Zn = 2. mg/(m2*a) Säulen (Dachfläche,755 m², Cu = 912 mg/(m2*a) Laufzeit 2 Jahre) Zn = 2.87 mg/(m2*a) Restkapazität der Sickerschächte nach einem Jahr Cu = 99% Filterstandzeit >> 2 Jahre Zn = 99% 37

38 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 38