51 Behandlung von Bodenluft, Deponiegas und Abluft

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1 51 Behandlung von Bodenluft, Deponiegas und Abluft 51.1 Leistungsbeschreibung (rechtliche / technische Grundlagen) In der Regel werden im Rahmen von Bodenluftsanierungsmaßnahmen leichtflüchtige halogenierte- (LHKW), leichtflüchtige aliphatische- (Pentan, Hexan) und aromatische Kohlenwasserstoffe sowie deren Gemische aus dem Boden abgesaugt und in einer Behandlungsanlage gereinigt. Gemäß BBodSchG 13 Abs. 2 kann die zuständige Behörde für die Bodenluftsanierung einen Sanierungsplan verlangen. Anforderungen an den Sanierungsplan werden in Anhang 3 der Bodenschutz- und Altlastenverordnung geregelt (BodSchV). Dem Sanierungsplan sind üblicherweise die bau-, wasser-, immissionsschutz- und abfallrechtlichen Antragsunterlagen beizufügen. Anlagen zur Bodenluftreinigung sind gemäß BImSchG keine genehmigungsbedürftigen Anlagen. Eine Genehmigung kann erforderlich werden, wenn zum Reinigungsprozess thermische Anlagen (thermische Nachverbrennung, katalytische Oxidation) über einen Zeitraum von mehr als 12 Monaten eingesetzt werden. Eine Baugenehmigung kann erforderlich werden, wenn einzelne Behälter mit mehr als 50 m³ Fassungsvermögen oder mehr als 3 m Höhe errichtet werden sollen (Standsicherheitsnachweis, Statik). Die Methoden zur Reinigung von Bodenluft können in nachfolgende vier Verfahrenstechniken unterschieden werden, wobei die Auswahl und Anwendung der Verfahren jeweils in Abhängigkeit der Schadstoffart, -konzentration und -mischung erfolgt Absorption Bei dieser Technik werden gasförmige Stoffe (CO 2, SO 2, NOx) durch ein auf den Schadstoff abgestimmtes flüssiges Lösungsmittel aufgenommen. Das Lösungsmittel kann im Anschluss mittels Desorption, Destillation oder Adsorption gereinigt werden. Die Absorption ist zur Dekontamination von LHKW- und BTEX-haltiger Bodenluft sowie von Stoffgemischen nur bedingt geeignet, und kommt daher selten zur Anwendung Adsorption Zur Reinigung der Bodenluft mittels Adsorption werden vornehmlich Aktivkohlen eingesetzt. Diese besitzen aufgrund ihrer hohen Porosität eine große spezifische innere Oberfläche von bis zu m²/g. Bei der Adsorption lassen sich grundsätzlich die Vorgänge der Chemisorption, bei der es z.b. durch Imprägnierung der Aktivkohle zu einer chemischen Reaktion zwischen dem Adsorbens und dem zu adsorbierenden Stoff kommt (z.b. Stickstoffverbindungen, CO 2, H 2 S), und der physikalischen Adsorption, bei der Adsorbens und Adsorpt chemisch unverändert bleiben (z.b. organische Lösemittel) unterscheiden. Die Adsorptionsprozesse bei Aktivkohlen finden an den durch den Herstellungsprozess veränderten Kristallgitterstrukturen statt. Die Schadstoffe werden durch die relativ leichten von der Waal schen Kräfte an die Aktivkohlenoberfläche gebunden und können durch Behandlung der Kohle mit Heissdampf wieder von ihr gelöst werden (Reaktivierung). Die Beladekapazität der A-Kohlen wird von den jeweiligen Kohleherstellern mit Adsorptionsisothermen berechnet. Die Adsorptionsisotherme ist die graphische Darstellung einer experimentell ermittelten Beladungsrate für einen Einzelstoff. 1

2 Bei geringen Luftmengen bzw. Schadstofffrachten kommen Einweg-Aktivkohlen zum Einsatz. Bei langen Sanierungszeiträumen oder großen Schadstofffrachten sollten vor Ort regenerierbare Aktivkohlen eingesetzt werden. In der Sanierungspraxis liegen i.d.r. Stoffgemische vor, wobei es bei der Beladung der Aktivkohlen zu sogenannten Chromatographieeffekten kommt. Dabei werden leicht adsorbierbare Stoffe zuerst und schwer adsorbierbare Stoffe räumlich dahinter angelagert. Darüberhinaus finden Verdrängungseffekte statt, bei denen Stoffe mit leichteren Bindungen durch solche mit stärkeren Bindungen ersetzt werden. Vinylchlorid (VC), leicht flüchtig und von geringem Chlorierungsgrad, ist schlecht adsorbierbar. Tetrachlorethen (PER), deutlich schwerer flüchtig und von hohem Chlorierungsgrad, ist sehr gut adsorbierbar. Das bedeutet, das zunächst an A-Kohle adsorbierte VC wird im Nachgang durch höher chlorierte Komponenten wieder verdrängt. Dies führt in der Praxis dazu, dass VC nicht oder nur in äußerst geringem Maße an Aktivkohle adsorbierbar ist. In der folgenden Tabelle werden überschlägige Aktivkohle-Beladungsraten für ausgewählte Schadstoffe (Einzelstoffe) in unterschiedlichen Konzentrationen für einen Volumenstrom von je 100m³/h angegeben. Schadstoff Benzol Toluol Xylol Vinylchlorid cis 1,2 Dichlorethen Trichlorethen Tetrachlorethen Trichlormethan Tetrachlormethan Konzentration [mg/m³] Beladung [Gew. -%] Aktivkohleverbrauch [kg/tag] 1 4,3 0, , , , , , , , ,57 0, , , ,6 0, , ,7 1 8,5 0, , ,59 0, , ,8 0, , Grundsätze - Die Beladekapazität der A-Kohle steigt mit zunehmender Schadstoffkonzentration; - Die Kontaktzeit zur Adsorption der Kontaminanten an A-Kohle beträgt 0,1 2,0 s; - Steigende Luftfeuchtigkeit verringert die Beladungskapazität. 2

3 Oxidation Katalytische Oxidation Bei der katalytischen Oxidation werden die Schadstoffe im Idealfall vollständig zu HCl, CO 2 und H 2 O oxidiert. Die chlorierten Kohlenwasserstoffe sowie die Kohlenwasserstoffe werden gemäß den folgenden Gleichungen umgesetzt. Kohlenwasserstoffe: C x H y + (x + y/4) O 2 --> x CO 2 + y/2 H 2 O Sauerstoff-Verbindungen: C x H y O z + (x+y/4 - z/2) O 2 --> x CO 2 + y/2 H 2 O Halogen- und wasserstoffhaltige Verbindungen mit y > z: C x H y X z + (x + y/4 - z/2) O 2 --> x CO 2 + (y/z - z/2) H 2 O + zhx Halogen- und wasserstoffarme Verbindungen mit y < z: C x H y X z + (x + y/4-z/2)o 2 + (y/2 - z/2)h 2 O --> x CO 2 + zhx Als Katalysatoren finden Mischoxid- (Cu- und Cr-Mischoxid) und Edelmetallkatalysatoren (Platin, Palladium) Verwendung. Zur vollständigen Oxidation sind Temperaturen zwischen 350 C und 550 C erforderlich. Die Temperaturerhöhung der Prozessluft erfolgt üblicherweise mit einem gasbefeuerten Lufterhitzer; in Ausnahmefällen können auch elektrische Lufterhitzer eingesetzt. Die Abwärme des Reaktors wird über einen Wärmetauscher zur Vorerwärmung der Prozessluft genutzt. Sind halogenierte KW in der Bodenluft enthalten, muss der katalytischen Oxidation ein Wäscher nachgeschaltet werden, um das gebildete HCl bzw. Cl 2 zu entfernen. Alle Anlagenteile sind dann säurebeständig auszuführen, da das bei der Umsetzung anfallende HCl hochkorrosiv ist. Ab einer Schadstoffkonzentration von ca. 3 g/m³ (Aromate oder Aliphate) ist ein autothermer Betrieb möglich. Thermische Nachverbrennung Die Schadstoffe in der Bodenluft werden bei Temperaturen zwischen 750 C und 1200 C (Zündtemperatur) in einer mittels Propangas erhitzten Brennkammer unter Zufuhr von Sauerstoff zu anorganischen Produkten wie CO 2 und H 2 O oxidiert. Die Prozessluft wird zur Energierückgewinnung über einen Wärmetauscher geführt. Als Emitanten fallen CO, CO 2, SO x sowie Ruß aus unvollständigen Verbrennungsprozessen an. Anlagen mit Rohrbündelwärmetauschern können ab einem Schadstoffgehalt von ca. 6 8 g/m³ autotherm betrieben werden. Werden Wärmetauscher aus keramischen Speichermassen eingesetzt, kann der Betrieb bereits bei ca. 3 g/m³ autotherm erfolgen. Sind halogenierte KW in der Bodenluft enthalten, muss bei der thermischen Nachverbrennung ein Wäscher nachgeschaltet werden, um das gebildete HCl bzw. Cl 2 zu entfernen. Die thermische Nachverbrennung kann im Gegensatz zur katalytischen Oxidation auch bei Schwefel- und Bleiverbindungen eingesetzt werden. 3

4 Biofiltration Das Verfahren ist zur Abreinigung von Boden- / Abluft und Deponiegas mit organischen, schwefel- und sauerstoffhaltigen Verbindungen geeignet. Voraussetzungen für die Anwendbarkeit des Biofilterverfahrens sind eine gute Wasserlöslichkeit der Schadstoffe, das Vorhandensein der für den Zellaufbau der Mikroorganismen erforderlichen Elemente (P, N, K) sowie ein ausreichender Feuchte und Sauerstoffgehalt im Filter. Die Reinigungsleistung ist abhängig von der Schadstoffkonzentration und beträgt ca. 40 % bei geringer Schadstofffracht bis annähernd 99 % bei Aromaten in hoher Konzentration. Das System reagiert äußerst labil auf die Änderung verschiedener Einflüsse (Temperatur, Feuchtigkeit, Strömungsverhalten des Filters) und bedarf daher einer intensiven Überwachung. Die Bodenluft wird über eine aktive Filterschicht (Komposte, Torfe) geführt, in welcher die Schadstoffe am Feuchtigkeitsfilm des Filters adsorbiert, und anschließend durch Mikroorganismen abgebaut bzw. umgesetzt werden. Das Verfahren findet bisher nur selten Anwendung, da gesicherte Angaben zur Leistungsfähigkeit (Filterstandzeit, Reinigungsgrad) bislang nicht vorliegen. Angaben zur Auslegung und Ausführung von Biofiltern enthält die VDI-Richtlinie 3477 Biologische Abgas- / Abluftreinigung Komponenten der Bodenluftreinigung Die Auswahl eines für den speziellen Sanierungsfall geeigneten Verfahrens und der zugehörigen Anlagenkomponenten erfolgt auf Basis der Ergebnisse der Vorerkundungen (Stoffspektrum, Geologie etc.) und des Bodenluftabsaugversuches. Darüberhinaus sind die verfahrensimmanenten Stoffströme und deren ökologische und ökonomische Auswirkungen zu bewerten. Eine vollständige Eliminierung der Schadstoffe ist nur mittels Oxidation möglich. Bei allen anderen Verfahren erfolgt lediglich eine Verlagerung der Schadstoffe von der Bodenluft an das jeweilige Adsorbens. In jedem Fall ist zu berücksichtigen, dass im Verlauf der Sanierung eine Änderung der Reinigungstechnik durch abnehmende Schadstoffkonzentrationen erforderlich werden kann. So ist beispielsweise beim Rückgang von ursprünglich hohen Vinylchlorid-Gehalten die Umstellung von der katalytischen Oxidation auf eine Adsorberstufe sinnvoll. Übersicht Verfahrenseignung Verfahren Adsorption (Einweg- Aktivkohle) Katalytische Oxidation Thermische Nachverbrennung Biofilter Rohluftkonzentration [mg/m³] BTEX LHKW R W R W > < > < > < >

5 < R Reinigungsleistung W Wirtschaftlichkeit + gute Eignung 0 geringe Eignung - keine / schlechte / unbekannte Eignung (Altenbockum & Partner 1999) Anmerkung Bereits vor Durchführung eines Bodenluftabsaugversuches ist der Standort hinsichtlich einer etwaigen Methan- Problematik (wird nicht adsorbiert!) zu erkunden. CH 4 bildet mit Luft ein explosionsfähiges Gemisch. Aus diesem Grund sind bei Methanverdacht Ex-geschützte Maschinen zu verwenden, darüber hinaus ist striktes Rauchverbot im Versuchsbereich geboten. Die untere Explosionsgrenze von Methan liegt bei 4,4 Vol.-% (29 g/m³) die obere Explosionsgrenze bei 16,5 Vol.-% (110 g/m³). Das Maximum der Explosionskraft liegt bei 9,4 Vol.-% Methan in Luft (Bergbau: "Schlagende Wetter") Probenahme und Messungen Im Verlauf der BL-Behandlung sind die physikalischen und chemischen Kenndaten des Anlagenbetriebes in geeigneten Zeitabständen zu überwachen und zu dokumentieren. Arten der Überwachung: Vor-Ort-Probenahme und Messung Vor-Ort-Probenahme und Analytik im Labor Prozessüberwachung mit Online-Messtechnik Überwachungsparameter: physikalische Parameter - Volumenstrom - Druck (Unterdruck) - Temperatur - Feuchte (+ Taupunkt) chemische Parameter - O 2 - CO 2 - CH 4 Meteorologische Daten - Niederschlag - Luftdruck - Lufttemperatur Schadstofftkonzentrationen z.b. BTEX, LCKW, H 2 S etc. Messung der Schadstoffkonzentration kann erfolgen über: - Prüfröhrchen (einzelne BTEX- oder LCKW-Komponenten) - Messgeräte mit Summendetektoren (FID, PID) - Messgeräte mit Sensoren für einzelne Gefahrstoffe (H 2 S) Probenahme 5

6 Gassammelbehälter (Septumglas, Gasmaus) Adsorptionsröhrchen Eignung der Probenahmeverfahren Vorteile Nachteile Gassammelbehälter Probenahme ist schnell, einfach; unabhängig vom Druck in der Leitung; gleichzeitige Erfassung halogenierter, aromatischer und aliphatischer KW möglich; geeignet für VC und cis-dichlorethen Lagerfähigkeit max. 1 Woche; hohe Konzentrationen erfordern mehrfache Probenahmen; evtl. Dichtigkeitsproblemeam Septum Adsorptionsröhrchen lange Lagerfähigkeit (> 5d); Nachweisgrenze liegt deutlich tiefer (µg/m³) als beim Septumglas aufwendige Probenahme und Analytik führt zu höheren Kosten; zwei Proben für die Analytik auf LCKW und aromatische/aliphatische KW erforderlich; das Anreicherungsvolumen kann auf Grund des in der Leitung herrschenden (Unter-) Druckes nur schwer bestimmt werden; Stoffdurchbruch bei hohenkonzentrationen; hohe Volumengeschindigkeiten führen zur unvollständigen Adsorption (Minderbefund); ungeeignet für VC und cis-dichlorethen 6

7 51.3 Kostenermittlung Abrechnungseinheiten, Kostenkalkulation Im Leistungsverzeichnis sind die Abrechnungseinheiten wie folgt vorzusehen: Leistung Abrechnungseinheit alternativ Bodenluftbehandlungsanlage liefern, installieren, abbauen Stck. psch. Aktivkohle-Füllung liefern, einbauen, inkl. Regenerierung / Entsorgung kg Vorhalten der Behandlungsanlage Mt Gestellung der Behandlungsanlage mietweise Wo Mt Betriebskosten Mt a Die Kosten für die Behandlung von Bodenluft sind abhängig vom Volumenstrom der Absauganlage, der Schadstoffkonzentration und zusammensetzung sowie dem eingesetzten Reinigungsverfahren.. Der Kostenansatz basiert auf regenerierbaren Aktivkohlefiltern, wobei mit 20% Regenerierungsverlust und einer Verminderung der Beladungskapazität gerechnet wird. Sofern biologisch abbaubare Kontaminanten im Untergrund vorliegen, besteht die Möglichkeit zur Kostenreduzierung durch den Ersatz der A-Kohlefilter durch Biofilter. LEISTUNGSBEREICH BEHANDLUNG VON BODENLUFT Durchlässigkeitsbeiwert k f [m/s] A B L U F T R E I N I G U N G Investitionskostenansatz IKL [ ] Betriebskostenansatz BKL [ ] > < Kosten LB = Anzahl Absauganlagen x (IKL [ ] + BKLmax. [ ]) = Leistungsregister weiterführende Leistungen: LB Umwelt- und geotechnische Felduntersuchungen, Probenahme LB Chemisch-physikalische Analytik LB Direkt- / Indirekteinleitung, Versickerung von Grund- und Oberflächenwasser, Prozess- und Sickerwasser LB Bodenaushub, Erdarbeiten LB Langzeitüberwachung, Nachsorge, Erfolgskontrolle LB Fassung und Entnahme von Bodenluft LB Oberflächenabdeckung LB Oberflächenabdichtung 7

8 LB-AF Nr. Leistungsbereich Behandlung von Deponiegas, Bodenluft und Abluft OZ Text Preis in Euro Daten- Einh. min max mittel anzahl Maßnahmespezifische Baustelleneinrichtung 01 Einrichten und Räumen der maßnahmespezifischen Baustelle; Vorhalten der maßnahmespezifischen Baustelleneinrichtung; 02 Vorbereiten einer Stellfläche für die Reinigungsanlage und Wiederherstellung der Fläche nach Beendigung der Maßnahme psch. 1048,15 * psch. 218, ,00 632, Behandlungsanlage Lieferung, Installation und Rückbau 01 Aktivkohlefilteranlage liefern, einrichten und wiederentfernen, inkl. aller erforderlichen Anschlüsse (Durchsatz: 280 m³/h) 02 Aktivkohlefilteranlage liefern, einrichten und wiederentfernen, inkl. aller erforderlichen Anschlüsse (Durchsatz: m³/h) 03 Aktivkohlefilter liefern und montieren, Füllmenge 100 kg 04 Zusätzliche Aktivkohle-Einheit liefern und montieren, incl. Entsorgung beladener Aktivkohle 05 Aktivkohle-Fassfilter, 210 l; Edelstahl gem. GGVS; incl. ca. 100 kg A-Kohle Erstbefüllung; mit Filterverbindungselement und Stutzen für Zu- und Abluft; Probenahmevorrichtung 06 Katalytische Verbrennungsanlage liefern, montieren und inbetriebnehmen, einschl. Vorheizer, Wasserabscheider, Hilfsgebläse 07 Katalytische Nachverbrennung liefern, errichten und wiederentfernen, inkl. Gaswäscher, Durchsatz 250 m³/h 08 Demontage und Rücktransport der katalyt. Verbrennungsanlage 09 Abluftreinigungsanlage mittels Nasswäsche (Kalkmilch) und anschließender Aktivkohleadsorption liefern, einrichten und wiederentfernen, (Durchsatz: m³/h) Stck , , ,70 5 psch , , ,59 1 Stck. 184, ,85 400,80 10 psch. 862, , ,10 4 Stck. 910,10 * Stck. 818, , ,72 3 psch , , ,68 10 psch. 525, ,00 784,15 4 Stck , , , Biofilter liefern und montieren Stck. # # # Vorhaltung, Betrieb und Wartung 01 Aktivkohlenfilteranlage mietweise gestellen Mt 31, ,84 304,25 10 Durchsatz: 250 m³/h 88,00 620,35 x 1,0 400 m³/h x 1,4 * m³/h 1.758, ,84 x 5,5 02 Aktivkohlefilteranlage vorhalten und betreiben d 4,34 4,34 4, Aktivkohleanlage regenerierbar, Betriebskosten a ,50 * 04 Aktivkohle-Anlage Energiekosten (Durchsatz: 130 m³/h) Mt 327,20 * 05 Aktivkohle-Anlage, Wartung und Reparatur Mt 767,00 * 06 Aktivkohle Erstbefüllung liefern und einbauen kg 1,51 4,44 2, Aktivkohle Folgebefüllung liefern und einbauen kg 0,91 3,41 2,16 2 8

9 LB-AF Nr. Leistungsbereich Behandlung von Deponiegas, Bodenluft und Abluft OZ Text Preis in Euro Daten- Einh. min max mittel anzahl 08 Aktivkohle ausbauen und entsorgen kg 4,53 4,53 4, Aktivkohletausch, incl. An- und Abtransport sowie Rücknahme der belasteten Aktivkohle 10 Spezial-Kornaktivkohle liefern, Schüttdichte 440 kg/m³, im Wechsel gegen beladene Aktivkohle einbauen 11 Katalytische Nachverbrennung mietweise gestellen Durchsatz: kg 1,79 5,55 3,05 24 kg 2,21 3,50 3,00 3 Mt 1.012, , , m³/h 1.078, ,53 x 1,0 250 m³/h 1.566, ,98 x 2,0 12 Katalytische Nachverbrennung vorhalten Mt 2.658,72 * 13 Katalytische Nachverbrennung warten Mt 664,70 * 14 Energiekosten Katalysatoranlage Mt 342,60 * 15 Abluftreinigungsanlage mittels Nasswäsche (Kalkmilch) und anschließender Aktivkohleadsorption mietweise gestellen (Durchsatz: m³/h) 16 Natronlauge liefern zur Schärfung der Waschflüssigkeit Wo , , ,08 1 kg 0,66 0,66 0, Biofilter- und Absauganlage, Miete Mt 5.000, , , Biofilter- und Absauganlage, Betrieb Mt 3.600, , , Biofilter warten Mt # # # 0 20 Biofilter Energiekosten Mt # # # 0 21 Transport und Entsorgungskosten für anfallendes Wasser aus der Wasserfalle l 0,13 0,50 0, Überwachungsarbeiten 01 Überwachung des Anlagenbetriebs inkl. aller Ortstermine 02 Eigenüberwachung durch Untersuchung von Roh- und Abluft auf BTX Wo. 38, ,59 263,81 22 Stck. 194,30 * # keine Kostendaten vorhanden * Daten aus LB 1997 /