Grundwasserbehandlungsanlage:

Transkript

1 Folie 1 Grundwasserbehandlungsanlage: - 20 Förderbrunnen mit insgesamt: 180 m³/h Fördervolumenstrom - Rohwassersammler mit variabler Verteilung auf 4 Behandlungsstränge - H 2 O 2 -Dosierung (optional) - Kiesfiltration - Strippen der LCKW`s - Strippluftreinigung über Aktivkohleadsorption - Kreisgasführung der Strippluft - CO 2 -Dosierung - Versickerung des Reinwassers über 26 Brunnen - Visualisierung aller Anlagenfunktionen - Fernsteuerung - Speicherung der Betriebsdaten

2 Folie 2 Visualisierung:

3 Folie 3 Betriebserfahrungen zu Beginn der Grundwassersanierung: Start im August 2008 Brunnen und Gesamtanlage erreichen die Sollförderraten Reinigungszielwerte für LCKW werden erreicht Dosierung von H 2 O 2 nicht erforderlich - Eisenwerte werden über Kiesfilter von ca. 1 auf < 0,1 mg/l reduziert nach einigen Wochen: Belagbildung in den Infiltrationspumpen wiederkehrender Ausfall der Infiltrationspumpen (Kreiselpumpen) nach ca. 3 Monaten Verblockungserscheinungen in den Infiltrationsbrunnen - Reduzierung der Durchsatzleistung von 180 m³/h auf ca. 120 m³/h - Brunnenreinigung über Hochdruckverfahren erforderlich

4 Folie 4 Rohwasserdaten (Mischwasser Oktober 2009): LCKW (TRI / Cis): ca µg/l Eisen: max. 1 mg/l Mangan: max. 0,5 mg/l Calcium: ca. 135 mg/l Magnesium: ca. 7 mg/l dh: ca. 22 LF: ca. 820 µs/cm ph: ca. 7,15 ks (4,3): ca. 5,3 mmol/l kb (8,2): ca. 0,8 mmol/l Einteilung der Härtebereiche: Härtebereich Härte ( dh) Charakterisierung 1 < 7 sehr weich bis weich weich bis mittelhart mittelhart bis hart 4 > 21 hart bis sehr hart

5 Folie 5 Die Kalk- Problematik Ablagerungen in: - Leitungen, Armaturen - Strippkolonnen - Pumpen - Infiltrationsbrunnen

6 Folie 6 Das Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht CaCO 3 + CO 2 + H 2 O Ca(HCO 3 ) 2 CaCO 3 CO 2 Ca(HCO 3 ) 2 Kalk (Calciumcarbonat), unlöslich in Wasser fällt als Kalk aus Kohlendioxid, molekular im Wasser gelöst CalciumHydrogenCarbonat, löslich in Wasser

7 Folie 7 Begriffe Name Formel Erläuterung Kohlendioxid CO 2 liegt gelöst bis ph 8,2 im Wasser vor verbindet sich mit Wasser zu Kohlensäure Kohlensäure H 2 CO 3 senkt den ph-wert von Wasser bis auf 4,3 ab dissoziiert zw. ph 4,3 und ph 8,2 zu CO 2 und H 2 O Hydrogen-Carbonat HCO 3 ist gelöst in Wasser dissoziiert zw. ph 8,2 und ph 12 zu CO 3 und H Carbonat CO 3 entsteht oberhalb von ph 8,2 aus Hydrogencarbonat Säurekapazität ks 4,3 Untergrenze der Pufferung gegen Säuren Maß für den Hydrogencarbonat-Gehalt (Carbonathärte) Basenkapazität kb 8,2 Obergrenze der Pufferung gegen Laugen Maß für den gelösten Kohlendioxid-Anteil Calcium Carbonat CaCO 3 = Calcit = unlösliche Form von Kalk Calcium Hydrogen Carbonat Ca(HCO 3 ) 2 lösliche Form von Kalk Kalk-Kohlensäure Gleichgewicht CaCO 3 + CO 2 + H 2 O Ca(HCO 3 ) 2 unlöslich löslich

8 Folie 8 Berechnungen zum KKG Gleichgewichts-pH-Wert nach Langelier (ph L ) Berechnung aus den Werten: Calcium, Leitfähigkeit, Säurekapazität (ks) u. Temperatur Sättigungs-Index nach Langelier (SI) setzt den für das Wasser geltenden Gleichgewichts-pH-Wert mit dem realen ph-wert in Beziehung SI = ph ph L Dabei gilt: SI < 0 SI = 0 SI > 0 das Wasser ist tendenziell kalklösend das Wasser ist kalkneutral das Wasser ist tendenziell kalkabscheidend

9 Folie 9 Ausfällung von Kalk durch die Verschiebung des KKG - Rohwasser nah am Gleichgewichts-pH-Wert, d.h. tendenziell bereits leicht kalkabscheidend - Förderung des Grundwassers - Absinken des hydrostatischen Drucks - Kavitationen an Flügelrädern der Pumpen - Grundwasserbehandlung - Veränderung der Temperatur - Beeinflussung durch Strippung - Kinetik der Kristallisation - zeitliche Verzögerung der Kristallisation > ca. 15 bis 30 min

10 Folie 10 Maßnahmen zur Verminderung von Kalkausfällungen Kreisgasführung: einfache Installation einfacher Betrieb geringe Kosten sofortige technische Auslegung möglich - Kohlendioxidverluste - Verzögerte Kristallisation Ergänzungen notwendig

11 Folie 11 Möglichkeiten der Systemergänzung zur Verminderung von Kalkausfällungen: 1. Ausfällen und Abtrennen des Kalks 2. Beeinflussung der Struktur des Kalks 3. Vermeidung der Kalkausfällung

12 Folie Kalkausfällung und /oder Abtrennung zum Beispiel: - Ausstrippung CO 2 - Fällung mit Kalkmilch - Sedimentation - Filtration - Ionentauscher (Austausch Ca / Mg durch Na nicht mehr härtebildend) - Membranverfahren (UO / NF / UF) Vorteile: + Vollständige Kalk-Entfernung Nachteile: - Hohe Investitionskosten - Hohe Betriebskosten - ca. 15% Restflüssigkeit bei Membranverfahren

13 Folie Beeinflussung der Struktur des Kalks zum Beispiel: - Zusatz von Härtestabilisatoren zur Vermeidung von Ablagerungen - Elektrofeld: Bildung größerer Kalkkristalle wird verhindert Vorteile: + Einfacher Aufbau + sicherer Betrieb + rel. geringe Investitionskosten Nachteile: - Additive im Grundwasser (Polycarbonate) - Elektrofeldmethoden: wissenschaftlich umstritten

14 Folie Vermeidung der Kalkausfällung Erniedrígung des ph-wertes - Dosierung von flüssigen Säuren (H 2 SO 4 ) - Dosierung von gasförmigem CO 2 Vorteile: + bekannte Technik + einfacher Aufbau + rel. geringe Investitionskosten Nachteile: - H 2 SO 4 = starke Säure - Überdosierungen - Korrosion - Arbeitssicherheit

15 Folie 15 Verfahrensschema CO 2 -Dosierung

16 Schwerin-Krebsförden: Grundwassersanierung Nordfahne CO2-Dosieranlage Folie 16

17 Schwerin-Krebsförden: Grundwassersanierung Nordfahne CO2-Dosieranlage Folie 17

18 Schwerin-Krebsförden: Grundwassersanierung Nordfahne CO2-Dosieranlage Folie 18

19 Folie 19 Entwicklung des ph-wertes bei unterschiedlichen CO 2 -Dosierraten 7,5 Entw icklung ph 7,4 7,3 7,2 C O 2: 2kg/h W 13 W 23 W 33 ph / - 7,1 7 6,9 6,8 6,7 6,6 6,5 C O 2: 6kg/h C O 2: 4kg/h W 43 W 25 W 45 W 61.2 ph -Sonde R W -Mittelw ert Zeit / T age

20 Folie 20 Ergebnisse und Fazit Die Versickerungsleistung der Infiltrationsbrunnen konnte seit Installation der CO 2 -Dosierung aufrecht erhalten werden. D.h. seit 2009 war bislang keine Regenerierung der Infiltrationsbrunnen mehr erforderlich. Die Funktionsfähigkeit der Pumpen, Armaturen und Tauchsonden und somit auch der Gesamtanlage konnten durch die CO 2 -Maßnahme positiv beeinflusst werden - hohe Anlagenverfügbarkeit. Beispiel Infiltrationspumpen: ohne CO 2 -Dosierung ca. alle 2 Wo Säurereinigung erforderlich mit CO 2 -Dosierung ca. halbjährliche Reinigung

21 Folie 21 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung CO 2 -Dosierung: Investkosten: ca. 35 T Lfde Kosten / a: ca. 12 T Gaskosten / a: ca. 10 T Jährliche Brunnenregenerierung: Investkosten: 0 Lfde Kosten / a: 78 T (26 Brunnen je 3 T ) Verbrauchsmaterial / a: 0 Kostenvergleich für verschiedene Laufzeiten der Grundwassersanierung : Laufzeit (Jahre) CO 2 -Dosierung (in T ) Brunnenregeneration (in T ) 1 57 (ca. 4 Cent / m³) (ca. 3 Cent / m³) (< 2,5 Cent / m³) (< 2,5 Cent / m³) (ca. 2 Cent / m³) 390

22 Folie 22 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!