Thermische In-situ-Verfahren: Möglichkeiten und Fallbeispiele

Transkript

1 Was können Sie erwarten Hans-Peter chitzky Oliver Trötschler et al. Versuchseinrichtung zur Grundwasser- und Altlastensanierung Institut für Wasser- und Umweltsystemmodellierung, Universität Stuttgart Entstehung von Schadensherden Grundlagen Thermische Sanierung Thermische In-Situ-Sanierungsverfahren Technologietransfer / Fallbeispiele Pilotierung und Sanierung Karlsruhe Durlach, CKW Standort Biswurm Kluftgestein CKW, Pilotierung und laufende Sanierung Standort im Nagoldtal, CKW, Machbarkeitsstudie, Planung und aktuelle Umsetzung Stand der Entwicklungen Altlastensanierung Erfahrungen und aktuelle Aspekte zur Konzeption und Durchführung BEW Fortbildung,, Duisburg Entstehung von Schadensherden: LNAPL DNAPL Sanierungstechnologien erforderlich VEGAS Große Rinne LNAPL LNAPL Dichte < Wasser Grundwasserspiegel DNAPL DNAPL Dichte > Wasser NAPL = Non-aqueous phase liquid (nicht mit Wasser mischbar) 3 Länge: 1 m Breite: 1 m Höhe: 3 m Seitenwände aus Glas

2 CKW Versickerung in einem inhomogen Aquifer Fluideigenschaften - Temperaturabhängigkeit T 1 = C T = 7 C 5 cm ca. cm 5 Grundlagen Thermische Sanierungsverfahren Thermische In-situ-Sanierungsverfahren, TIsS exponentielle Erhöhung des Dampfdrucks organischer Kontaminanten mit der Temperatur Siedetemperaturerniedrigung (Azetrop) durch Wasserdampfdestillation: Benzol 8 9 C TCE 87 7 C PCE C m-xylol 1 93 C Dampfdruck [mbar] Gemischsiedetemperatur Eutektische (Siedetemperatur Temperatur (Siedetemperatur binäres Gemisch) binäres Gemisch), Wasserdampfdestillation "Dampfdistillation (McCabe-Thiele)" (McCabe-Thiele) Benzol Trichlorethen Wasser o-xylol Perchlorethen Trimethylbenzol Naphthalin pex - pw [ C] Dampfdruck [mbar] 7 Konvektion Konduktion Ohm dielektrisch Sattdampf- / Dampf-Luft- Injektion Feste Wärmequellen (elektrisch oder Heissluft) Organische Schadstoffe (LNAPL & DNAPL) Erhöhung des Dampfdrucks der Schadstoffe durch Erwärmung des Untergrunds / Wasserdampfdestillation Erhöhung der Austragsraten (gasförmig) um mehrere Faktoren Schadstoffaustrag über Bodenluftabsaugung Schneller und zuverlässiger (kontrollierbarer) Sanierungsverlauf Auswahl der Technologie hängt von den Standortverhältnissen und vom Schadstoffspektrum ab Expertenwissen erforderlich Elektrisches Widerstandsheizen HF-/Radio- frequenz- Bodenerwärmung 8

3 TIsS: Dampf-Luft-Injektion Einsatzbereiche Dampf-Luft-Injektion 9 Einsatzbereiche DNAPL und LNAPL, leicht- und mittelflüchtig, Siedetemperaturen < 18 C UZ: Lockergestein mit mittlerer bis guter Durchlässigkeit (Schluff Kies) GZ: Porengrundwasserleiter (Sand bis Schluff) mit k f : 5 x 1-5 bis 1 x 1-3 m/s Thermische Reichweite GZ Durchlässigkeiten:,5 5 x 1 - m/s Dampfausbreitung: 3-5 m Radius mit kg/h Sattdampf anisotrope Schichtung vorteilhaft Besonderheiten Simultane Sanierung Grundwasserleiter und ungesättigte Bodenzone Mögliche Gefügeveränderungen bei stark organhaltige Böden (Torflagen) Setzungen? 1 THERIS: Feste Wärmequellen Verfahrensprinzip Einsatzbereiche THERIS: Feste Wärmequellen Einsatzbereiche DNAPL und LNAPL, leicht- und schwerflüchtig, Siedetemperaturen < 5 C (?) UZ: gering durchlässige Bodenschichten (Feinsedimente, Schluffe, Tone, Lehm, Durchlässigkeiten: bis 1-9 m/s GZ: unter best. Bedingungen möglich, durch Großversuche Eignung nachgewiesen Abstand der Heizelemente im m-bereich (Standortund Projektabhängig) Besonderheiten Nach Austrocknung des Bodens kann sich die Durchlässigkeit für BLA deutlich erhöhen Mögliche Setzungen (Tonlagen) beachten Geringer Betriebs- und Wartungsaufwand 11 1

4 HF- / Radiowellen-Verfahren Radiowellen-Erwärmung am Pilotstandort Zeitz 38 V 5 Hz generator 13.5 MHz T > 5 C possible - Direct heat generation in the soil volume - High flexibility (temperature programmes) - Can be applied for dry and humid, sandy and tenaceous materials, e.g. soils Arbeitsprinzip der Erwärmung Vergleichbar zum Mikrowellenofen Erwärmung durch innere Reibung Dipole (z.b. Wasser) oder andere polare Strukturen werden durch ein externes el. Feld zu Schwingungen angeregt O H H Dr. Ulf Roland Catalytic oxidation Flexible PE - Hose Measuring section V, T, c Sensors für p, T, V, c Matchbox 3 m Elektroden- Abstand. Electrode E5 RF unit Coaxial Coaxial Kabel cable Matchbox Abschirmung Elektroden / Extraktions-Brunnen Ca. 5 Temperatur Sensoren 9 Probenahmestellen (Gasproben) Manifold RF - Matchbox Shielding RF generator ( kw, 13.5 MHz) Cooling system Electrode E1 RF unit Process control system PLF supply (1 kw, 5 Hz) Dr. Ulf Roland Fibre-optical sensors Power measurement Gas analysis 13 1 Dampf-Luft-Injektion: von der Forschung zur Anwendung Technologie-Transfer durch Pilot Anwendungen Seit Plauen ehemalige Benzol-Verladestation (UZ, vadose) BTEX, sandiger Schluff (UZ, -,5 bis -,5 m) über kiesig/sandigem GWL) 1998 Mühlacker Sondermülldeponie (UZ) - CKW, verwitterte Ton-/Mergelsteine (Gipskeuper) getrennt durch Schichtwasserhorizont (-m u. GOK, DRM-Aquifer bei -3 m) Albstadt ehemalige metallverarbeitender Betrieb (UZ / GZ) CKW, schluffig/tonig (-3,8 m), durchlässiger Kalkstein (-5, m) über Mergelgestein 5 Durlach ehemalige chemische Reinigung (GZ, vadose, UZ) CKW (PER) in schluffig, sandigem Kies mit Schlufflagen (bis -9 m) 1/11 Gesamtsanierung erfolgreich abgeschlossen 8 Zeitz, ehemaliges Hydrierwerk & Verladestation (GZ, vadose, UZ) Benzol, kiesig/sandig, Schlufflage, sandig/kiesig (-1 m) über Kohlekomplex Pilot. erfolgreich, Sanierungskonzept erstellt, wurde aber nicht umgesetzt 9 / Biswurm ehemalige Verbrennungsanlage (GZ, vadose, UZ) CKW, geklüfteter Sandsteinaquifer, (Tonsteinbasis -1 m) Sanierungsbetrieb seit.8.1 mit DLI (geplant DLI bis Ende ) TisS aktuelle Anwendungen Laufender Technologie-Transfer 1 Oberursel, Altstadt unter einem Gebäude, CKW, schlecht durchlässiger Untergrund, Tonsschichten (UZ, vadose) Feasibility, Pilotierung (Fj. 13 bis Sept. 13, Sanierung derzeit unterbrochen, Ziel Sanierungsende Herbst 17) 11 / Sindelfingen Feasibility / Pilotierung unter einem Parkhaus Abgeschlossen , Gesamtsanierung in Bearbeitung () 1 / EU-Projekt CityChlor: Stuttgarter Str. 1, LHS, Pilotversuch 1 Feste Wärmequellen, CKW, (UZ, GZ), Wissenschaftliche Begleitung Erfolgreich abgeschlossen , Sanierung / Schwarzwald Nagoldtal: Feasibility / Sanierungsvorschlag, Alternative zur Großbohrlochverfahren, CKW, GZ, (DLI Tool) derzeit Aufbau Sanierung, Beginn DLI Fj. 13 Frankfurt Höchst, Industriegelände: Pilotierung, CKW Diplomarbeit Auslegung mit DLI Tool, August 13 - Feb / Planungen/Machbarkeitsstudien: Rhein-Main Gebiet: CKW unter Fabrikhalle, BaWü: CKW, ehemalige Kaserne, Aktuell NRW: CKW unter Wohngebäude 1

5 Pilot-Standort Karlsruhe Durlach Thermische In-situ-Sanierung eines CKW-Schadens unter einem denkmalgeschützten Gebäude - von der Planung bis zur erfolgreichen Sanierung Hans-Peter chitzky, Oliver Trötschler, Versuchseinrichtung zur Grundwasser- und Altlastensanierung, Universität Stuttgart Stephan Denzel, dplan, Karlsruhe Claudia Purkhold, Stadt Karlsruhe, Umwelt- und Arbeitsschutz Heutige Nutzung Galerie und Rahmenladen Wolfgang Maier-Oßwald, Steffen Hetzer (1) Züblin Umwelttechnik GmbH, Stuttgart Symposium Strategien zur Bodenund Grundwassersanierung 1. &. November Pilot-Standort Karlsruhe Durlach Standortbeschreibung Altstadt Karlsruhe-Durlach historisches Gebäude, eng bebautes Wohngebiet 19 Grundwasserschaden Fahnenlänge: > 3 m PCE Konzentration bis µg/l Ehemalige chem. Reinigung Schadstoffquelle PCE Schluffschicht in ungesättigter Zone, Kapillarsaum und gesättigte Zone bis ca. 5 m u. GOK Schadstoffgehalte bis 38 mg/kg (in Schluff), bis mg/l im GW

6 Geologie und Sanierungskonzept Pilotierung Pilot Testfeld: Ausstattung ein Injektionsbrunnen: I 1 x Injektionsbrunnen I ("), Filter: 7-8 m u. GOK drei Extraktionsbrunnen 1 x Extraktionsbrunnen E8 (5") Bodenluft, Filter: 1-5 m u. E8 GOK nur Bodenluft: x Kombi-Brunnen Bodenluft und Grundwasser BR 38, Bodenluft und Filter: 1-9 m u. Grundwasser: GOK EK + Br.38 x Temperaturmesslanzen T1 - T (11"), DL-Injektion Injektionsbrunnen 7-8 m u. GOK, max. kg/h,33 7,8, 1,55 Bodenluftabsaugung,9,11,5,91 3,1 P3 temperature Tag X temperature h BR I I X temperature G es ättig te Zielb ereich ne de r S an ie ru n g Zo (Ko n ve ktio n) Tage 7 Tage h C, h =.5 m 5m Bo d3 Frisc Container hwasser C1, h = 1. m FA (Luft) FA3 (Luft) FA1 (Wasser) Dampferz euger -3 BR I (K o nd u ktio n) D a m p f-l u ft-injek tion L u ft-in jektio n A ir S p arg ing B o d en lu ftab sau g u n g G run d w ass erha ltu ng -8 Notaus Dampferzeuger E8 EK FIAT1 U n g esättig te Z o ne Air Sp ar gin g Z Y m Erdgas Frischwass er Bo d3 Massenbilanz Schadstoffaustrag m Frischwass er Dampf E8-3 E8 EK BR38 EK -3 Z Y 8 h m P1 O. Trötschler, H.-P. chitzk Dampfausbreitung - Temperaturmessungen E8 Dampf I Erdgas h =. m Anlagencon tainer 1, frosts Schraubens pindelkomp icher in ft. Ausfü Durchflussm ressodl-in hrung, schal r esstechnik lgeschützt, Anlagenco, Lagerbehäjektion, Seitenkan Doppeltor ntainer, für lter Grundwas alverdichter frostsicher BLA, Kond ser,daten in 1 ft. Ausfü ensator, Phas hrung, schal erfassung enabschei lgeschützt der, für Damp ferzeuger Rheintallage: Quartärer, fluvialer Aquifer BR38 WT1 + KA, FIR..7, h = 1.5 m 1m m entru ensz d a h Sc Container 1 Bo d3 Bodenluft EK Bodenluft E8 h Abwasser Frischwas ser FSL1, h=1.1 mbodenluft Br38 Dampf-Luft Temperaturmesslanzen 1-3 m³/h EK Teufe Messfühler: 1, m u. GOK Grundwas ser EK, (Br38 ) Grundwasser B1 GW-Haltung (Kühlwasser) temperature ,7,5 Extraktionsbrunnen 1 - m³/h Teufe Messfühler:, 3,, 5,, 7, 8 m u. GOK 1 x Temperaturmesslanzen T5 - T (1 ") in Ringraum B Temperaturmonitoring Teufe Messfühler: 1,, 3,, 5 m u. GOK 1 ") in Ringraum I, 8 T1T7 (1T8 1 xmesspunkte: Temperaturmesslanzen Teufe Messfühler: 1,, 3,, 5,, 7, 8 m u. GOK um Injektionsstelle 1 ") über RKS, 1 x Temperaturmesslanzen T8 (1 bis.5 m Radius und 8m Tiefe Reduzierung Dampfrate Tage Prognose Z Y X Z -8 Y X

7 Bodenproben vor & nach Pilot-Sanierung Vorschlag für Gesamtsanierung Sondierung Injektionsbr. I vor Pilot-Sanierung Pilotversuch Erstbeprobung Boden CKW Chem. Reinigung Roth, Durlach Sondierung Injektionsbrunnen vor Sanierung Sondierung 1,5 m Abstand zu I nach Pilotierung Sondierung 3 m Abstand zu I nach Pilotierung Pilotversuch Abschlussbeprobung Boden CKW Chem. Reinigung Roth, Durlach Sondierung B - 3m Abstand zum Injektionspegel CKW-Summe (mg/kg) CKW-Summe (mg/kg) CKW-Summe (mg/kg) ,8-1,,-,5 1,-1,,5-,75 1,-1, 3,- 1,-1, 3, ,5-,8 1 m m 3 m m 5 m,8-1, 1,-1, 1,-1, (GW-Infiltration) 1,-1, Tiefe (m) 5,,- 5,-,,- 7, 7,- 8, Tiefe (m) 1,-1,8 1,8-,,-,,-,,-,,-,8,8-3, Tiefe (m) 1,-1,8 1,8-,,-,,-,,-,,-,8,8-3, Brunnen: Injektionsbrunnen: Schrägbohrung, Pegel in ", Teufe 8 m Extraktionsbrunnen Vertikalbohrung, Pegel in ", Teufe 5 m Kombibrunnen Vertikalbohrung, Pegel in ", Teufe 1 m Horizontalbrunnen BLA-Hor, Teufe.8-3 m u. GOK Temperaturmesslanzen: Pt1 über Schräg-und Horizontalbohrungen: mind. 7 Stck PT-BLA in Ringraum Brunnen: mind. 5 Stck. Sanierungsdauer: 1 Monate = x Wochen DLI Budget:. EUR Thermische Sanierung von ca. 1. m³ Boden 3 kw Dampf-Injektionsleistung O. Trötschler, H.-P. chitzky 5 Sanierungsausführung Realisierung DLI unter dem Gebäude BLA-Hor T-Hor T-EK5 EK 5 (S) SI.1 E 7 (S) 1 St. Pt1 T-E7-5m Hor-1-8 m T1 SI. Hor- EK 11 (S) SI m T-EK11 Hor-3 T9 T11 T8 T-E E (S) -8 m SI 3.1 Hor- T1 SI. -8 m SI 3.1 Hor-5-7 m E 1 (S) T-E1 T13-7 m E 1-7 m T-EK3 EK 3 (S1) SI 3. -3,5m 3 T7 Hor- TT5 Hor-7 T -5m Hor-8 SI. SI.1-8 m T3-8 m Hor-9-3,5m EK 9 (S) T-EK9-3, m -7 m -7 m SI m SI m T-E -5m E (S1) T-EK1 EK 1 (S1) T SI 1. SI. SI 1.1 SI.1 Hor-1 T1-7m Hor-11 Hor-1 1 T1-3,5m Hor-13-8 m Hor-1-5m E 8 (S) Hor- T-E8 B 7 (GW-Infiltration) Hor-1 dplan, ZUT, VEGAS Ausführungsplanung und Ausschreibung: Standortgutachter dplan (& VEGAS) Auftraggeber: Stadt Karlsruhe Ausführung: Züblin Umwelttechnik Wissenschaftliche Begleitung/Beratung, Sanierungsüberwachung und -steuerung: VEGAS & dplan Begleitkreis RP-Ka, Stadt, LUBW 7 8

8 Betrieb Mai - Juli 1 Betrieb Mai - Juli 1 Dampf- und Drucklufterzeugung Injektionsbrunnen Abluftkamin vom Dampferzeuger 9 Grundwasserförderung, Bodenluftabsaugung und On-line-Datenerfassung 3 Betrieb Mai - Juli 1 Mittlere Temperaturen im Sanierungsfeld Grundwasserförderung, Bodenluftabsaugung mit A-Kohleaufbereitung Abluftkamin BLA Extraktionsbrunnen und Temperaturmessung 31 3

9 Temperaturausbreitung Schadstoffaustrag Bodenluft 33 3 Entwicklung der CKW - Konzentrationen im Grundwasser Zusammenfassung / Kennwerte der Sanierung Gesamtdauer inkl. Bauarbeiten ca. 7 Wochen Sanierungsdauer Wochen (ca. 3 Wochen DLI) Schadstoffentfernung 5 kg LCKW, (5 kg inkl. Pilotversuch) Sanierungszielwerte wurden erreicht (1 mg/m³ in der Bodenluft, << 1 µg/l im Grundwasser) Drastischer Rückgang der Grundwasserbelastung - vorher:. µg/l - aktuell: < 1, µg/l bis n.n. Rückgang der Raumluftbelastung - vorher: LCKW bis 1 mg/m 3 - während und nach Sanierung: LCKW = mg/m 3 ten Auftragswert (1): ca.. - 5% Bauleistung - 5% Verbrauchsstoffe (Hauptanteil Gas zur Dampferzeugung) - 5% Anlagenbau + Sanierungsbetrieb Spezifische Betriebskosten ca. 18 /to Boden (Anhaltswert) Energiebilanz 7 kwh/m³ Boden (8% thermisch; 1% elektrisch) Gesamtverbrauch: 78 MWh (thermisch aus Primärenergie), 3 MWh elektrisch 3

10 Altstandort Biswurm - ehemaliger Verbrennungsplatz Thermische In-situ-Sanierung Dampf-Luft-Injektion im Kluftgestein Standort nach der Sanierung (.11.11) Stadtbauamt Villingen-Schwenningen, Abteilung Wasser und Boden GEOsens, Ingenieurpartnerschaft, Ebringen VEGAS, Versuchseinrichtung zur Grundwasser- und Altlastensanierung, Universität Stuttgart Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH, UFZ Leipzig BAUER Umwelt GmbH, Schrobenhausen, Deutschland Schadenssituation Biswurm Geologie und Schadensbild in einem Kluftaquifer Schadensbild 7 / 9 ca..8 m² Kernbereich (Schadensquelle) bis m Mächtigkeit CKW bis mg/l im Grundwasser, bis 3. mg/m 3 in der Bodenluft Länge Schadstofffahne unbekannt, mind. 1 ha Fläche kontaminiertes Grundwasser Schadstoffe mit hohem Potenzial in UZ und geringerem Potenzial in gesättigter Zone 8 1 Stichtag: Komplexer, geklüfteter Festgesteinsaquifer oberer Plattensandstein- Aquifer mit Tonsteinbasis unterer Kristallsandstein- Aquifer mit Granitbasis

11 Geologie und thermische Erschließung Ausstattung Pilotfeld Biswurm Phase Phase Phase Dampf-Luft-Injektion - Reichweite und pneumatische Kontrolle - Steigerung Austrag Feasibility und tenschätzung zur Sanierung des Schadenszentrums Lageplan 1 m Durchmesser, m Tiefe,. m³ Kluftgestein 1 kw Injektionsleistung 1 Injektionsbrunnen I1 Extraktionsbrunnen E1, E, D, GW8 11 Temperaturmesslanzen T1 - T Temperaturfühler 8 Geoelektische Sonden (Tom) Vorlage GEOsens (7) 1 Eindrücke vom Testfeld (I) Eindrücke vom Testfeld (II) DLI am D I1 E GW8 E1 Inbetriebnahme..9 3

12 7 7 Y Y Z Z X X Dampf- und Wärmeausbreitung Überblick Wärmeausbreitung T9 E B1 B3 D Tom B T T11b T11a Tom3 T GW om8 Tom1 T1 T8 I1 T5 T T3 Tom GW 8 Tom ca. 7 m T7 T1 E1 Tom5 Thermische Reichweite an Aquiferbasis: 3 m Radius Thermische Reichweite GW- Höhe und UZ: größer 5 m Radius 5 I1 h E GW8 5 Tage DLI E1 e e 18 h E 8 I1 GW8 E Tage DLI Temp. [ C] temperature tem temperature I1 7 h E GW8 13 Tage DLI E1 31 h 1 1 E 8 8 I1 GW8 E Tage DLI Thermische Reichweite GW-Höhe und UZ: größer 5 m Radius Thermische Reichweite an Aquiferbasis: 3 m Radius Schadstoffaustrag Bodenluft Entwicklung CKW-Gehalte Grundwassersanierung Austrag CKW [kg/d] Zeit [d] Konzentration CKW Bodenluftpegel [g/m³] Zeit [d] BLA kalt AS (u) AS (u+m) DLI (u) DLI (u+m) DLI (m+o+(u)) DLI (u+m+(o)) Abkühlung Ph..1 Phase Phase Phase Phase Phase Phase Phase CKW (g/m³) 9 Austrag CKW (BLA) (kg/d) Summe CKW (kg) Summe BTEX (kg) BTEX (g/m³) Austrag CKW, BTEX [kg] Konzentration BTEX Bodenluftpegel [g/m³] Hohes Schadstoffpotenzial GW- Wechsel und UZ Air-Sparging mit zeitlich limitierter, hoher Austragsleistung Höchste Austragsleistungen DLI auf GW-Höhe und in UZ CKW-Gehalt um Faktor reduziert 7 Rückgang an E1 (Abstrom Pilotfläche) auf 1 µg/l Kein Wiederanstieg nach Sanierung Emission Schadensherd bei 1,1 kg CKW je Monat CKW-Austrag über GW nur % des Gesamtaustrags 8

13 Heizöl Brauchwasser P1 BR1 BD1 FIAT1 Entlüftung D1 Dampferzeuger WTab BD D1 Dampferzeuger WTab Heizöltanks B1.. B MK1 Dampferzeugung Lagertank, Dampf-Luft- Erzeugung BC1 C1 Stromversorgung MK1 FSL1 C WT1 FIR FL Cb Sammelbehälter F11 Klarwassertank Strom Zaun Zusammenfassung Pilotierung Biswurm Empfehlung Biswurm Eignung der thermischen In-situ-Sanierung mit DLI für den vorliegenden oberen Kluftaquifer (Plattensandstein) wurde bestätigt Steigerung des Schadstoffaustrags um einen Faktor 5 im Vergleich zum Air-Sparging, bzw. zur kalten Bodenluftabsaugung Dampfausbreitung auf Höhe der Aquiferbasis mit m Durchmesser fiel deutlich geringer aus als für die oberen Bereiche Im oberen Aquifer und in der ungesättigten Zone thermische Reichweite von mehr als 1 m Durchmesser möglich Sanierungsplanung für eine thermische Sanierung des oberen Grundwasserbereichs und der ungesättigten Zone mittels DLI für eine Fläche von ca..8 m² und einer Mächtigkeit von m: tenrahmen für ca. 8. to Festgestein:, Mio. EUR netto in 3 Jahren Betriebszeit tenparität der DLI mit der Grundwassersicherung nach 5 Jahren Betriebsdauer Geschätzte Betriebsdauer Grundwassersicherung länger als 1 Jahre Im oberen Plattensandsteinaquifer kann eine kosten- und zeiteffiziente Thermische Sanierung erfolgen Aus ten-nutzen Erwägungen keine Empfehlung für DLI im unteren Aquiferbereich, wenngleich dies technisch möglich ist 9 5 Planung Thermische In-situ-Sanierung Biswurm Aktueller Stand Biswurm 7 Sanierungsabschnitte, je -5 Injektionsbrunnen 33 Monate Dampfinjektion, Jahre Projektdauer 31 Injektionsbrunnen mit Ebenen 3 Extraktionsbrunnen für Bodenluft Betrieb der Grundwassersicherung an Geländegrenze abschnittweise von Nord nach Süd kw Injektionsleistung ca. 5 m Feld 1 B5 B B GW 11 Feld ca. 5 m Feld 3 Feld Feld 5 D3 Feld D1 D D Sickerwasser-/ Gasdränagen Tiefenlage ca. 5 m unter GOK E B1 B3 B I1 GW 8 GW1 GW 1 E1 Umhausung Sanierungsanlage Feld 7 Abluftbehandlung KATOX GW 1 GW Zufahrt freihalten Zaun Injektionsbrunnen Sanierungsfläche Extraktionsbrunnen GW 7 51 Ausschreibung Mai 11 Für die Stadt Villingen-Schwenningen wird auf der Grundlage der VOB/A für die Maßnahme Ehem. städt. Verbrennungsplatz Biswurm; Bodensanierung mittels Dampf-Luft-Injektion im Stadtbezirk Villingen die Bereitstellung und der 3-jährige Betrieb einer Dampf-Luft- Injektionsanlage mit Messstellen- und Brunnenbau wie folgt öffentlich ausgeschrieben: Vergabe Sommer 11 Umsetzung seit Herbst x BLA ("), 89 x Temperaturlanzen, 5 x Grundwassersicherungsbrunnen (5 ) Bohrmeter: ca. 1.9 m; 9 Sanierungsfelder / je 3 Monate DLI mittlere Injektionsleistung kw (5 kg/h Dampf + kg/h Luft) Abluftbehandlung mit Katox und Wäscher Installierte Leistung DLI: 1. kg/h Sattdampf = 75 kw Wärmeleistung Installierte elektrische Leistung: 8 kw 5

14 G W Aufbau und Start Sanierung Biswurm Aktueller Stand Biswurm Start DLI 8. August 1 April 1 Aufbau nahezu abgeschlossen Okt. 11 Bohrarbeiten nahezu abgeschlossen 53 5 Zeitlicher Ablauf der Sanierung Schadstoffaustrag Anlagenbetrieb entsprechend Felderwärmung Start DLI im Juli 1 Ende DLI ursprünglich projektiert: Januar entsprechend effektivem Wärmeeintrag und Schadstoffaustrag Ende DLI: aktuell Januar 1 Planung Thermische Sanierung Feld 1 Feld Feld 3 Feld Feld 5 Feld Feld 7 Feld 8 Feld 9 Abkühlphase (Feld 9) Rückbau Realisierung Feld 1 Feld Feld 3 Feld Feld 5 Feld Feld 7 Feld 8 Feld B L, DL DL A A kw 3 kw S DL DL A kw 3 kw S DL DL A kw 3 kw S DL DL A kw 3 kw S DL DL A kw 3 kw S DL DL A kw 3 kw S DL DL A kw 3 kw S DL DL A kw 3 kw S DL DL A kw 3 kw S AS BL G, DL DL WA kw 3 kw A S DL DL kw 3 kw DL kw DL DL kw 3 kw DL kw DL DL kw 3 kw DL kw DL DL kw 3 --> 5 kw DL 1 kw DL kw DL DL kw 3 kw DL kw DL DL kw 3 kw DL kw DL DL kw 3 kw DL kw DL DL kw 3 kw Aufheizphase = Anstieg Konzentrationen Austragsphase = Abklingen Schadstoffaustrag Bis 11 kg LHKW täglich nach 8 Betriebstagen.55 kg LHKW Austrag Abkühlphase (Feld 9) Rückbau AS, BLA 55 5

15 Wärmeausbreitung (I) Wärmeeintrag - Leistungseintrag im Kluftgestein: 5 kw Effektiver Wärmeeintrag: 5 kw Erwärmung Festgestein: kw Thermische Reichweite zwischen 5 m in Kluftgestein Wärmefeld umfasst ca. 13. m³ Festgestein (ca. 3 Felder) projektiert waren. m³ (1 Feld) Zieltemperatur Festgestein: 83 C Feld Im Plattensandstein größer als 8 C = Gemischsiedetemperatur 1 d Temperatur: I I E1 E5 E E1 E9 E8 E I3 I E D1 E3 E11 Y E Tiefe (m) 5 1 W --> E (m) (m) >N S E1 I9 E17 I1 E13 E18 I1 I1 I11E1 I E1 I1 E Temperatur: I17 E19 E I13 E8 E1 I9 E13 I1 E17 E9 I1 E18 I 3 I1 I11 E1 E1 I1 I17 E19 E E11 E W --> E (m) N (m) -1 S --> 5 1 W --> E (m) N (m) S --> S --> 5 3 ) N (m 58 Absaugung aus derzeit 37 BDL-Brunnen an Stelle 1 Brunnen Nachbehandlung von z.b. Feld 1 Temperaturen > C nach ca. 1 Monaten ohne Erwärmung E11 E1 5 W --> E (m) Wärmespeicherung erzeugt lange Austragsund Desorbtionsdauer aus Sandstein (sos) Nutzbar für LHKWAustrag Feld (798 d) 173 d E9 Aktuelle Verteilung LHKW (Sept. 1) Tiefe (m) Tiefe (m) I13 E1 E8 1 Bodenluftabsaugung umfasst Feldabschnitte 19 d E7 E Injektion in zwei Feldabschnitte simultan Temperatur: I8-8 - Feld 3- E E (57 d) I7 I - 1 Wärmeausbreitung (II) E5 E I5 E8 - Temperatur: 17 d E7 - X I8 - Feld..13 Z 59

16 Anwendungsgrenzen Lessons learned Festgestein zu erwärmen und Schadstoffe verdampfen dauert % länger als projektiert Injektion in Feldabschnitte Absaugung aus mindestens fünf Abschnitten Energieeinsatz ist optimiert Dampfausbreitung in Klüften schwierig kontrollierbar Absaugung aus derzeit 37 BDL- Brunnen an Stelle 1 Brunnen Massenstrom Absaugung mind. 1,5 x Injektionsleistung Wärmespeicherung erzeugt und garantiert lange Austragsdauer 1 Eindrücke vom Standort Mitte Januar 1 Aktueller Stand Biswurm Aktueller Stand Biswurm Zwischenresümée nach Jahren DLI Biswurm Eindrücke vom Standort Mitte Oktober 1 3 Geklüftetes Festgestein kann nicht wie Lockergestein in räumlich klar begrenzten Sanierungsabschnitten behandelt werden Wärme- und Schadstoffaustragsverhalten während Sanierung nur eingeschränkt durch Pilotanwendung wiedergegeben Sanierung muss flexibel an Wärmeausbreitung und Schadstoffaustragsverhalten anpassbar bleiben (Zeit- und Finanzreserven vorhalten) Schadstoffaustrag von 3 kg LHKW täglich im Mittel 5% geringer als durch Pilotierung erwartet, vergleichbar mit 5% geringerer Erwärmung Desorption aus Sandsteinmatrix verläuft langsam Intermittierende DLI ist aufgrund Wärmespeicherung und langsamer Desorbtionsdauer möglich

17 Regula King, Bad Liebenzell Sanierung von Untergrundverunreinigungen Untergrundverunreinigungen woher? Fotoapparatehersteller Regula King (19 193) Einsatz LCKW-haltiger Mittel zur Reinigung, Entfettung Gefahr von LCKW damals nicht bekannt Sorgloser Umgang Keine Sicherheitsvorkehrungen Handhabungsverluste Regula King Dauercamper Untergrundverunreinigungen Quelle: google maps Untergrundverunreinigungen wie, was? Laufende Sanierung Schadenseintrag Schadenseintrag Grundwasseroberfläche Ungesättigte Zone Gesättigte Zone Quartäre Talablagerungen der Nagold Sanierungsanlage Festgestein Mittlerer Buntsandstein 7 Sanierungsbrunnen 8

18 Änderung Sanierungsverfahren - warum? Untergrundverunreinigungen wo? Geschätztes Schadstoffpotential 1,5 3 t LCKW kg LCKW entfernt Stagnierende Schadstoffkonzentrationen Hohes verbleibendes Schadstoffpotential Keine zeitliche und finanzielle Perspektive Regierungspräsidium ( Hauptfinanzgeber ) fordert Sanierungsoptimierung mit zeitlich absehbaren Sanierungserfolg Freibad Gaststätte Nagold 9 Quelle: Fugro Consult Dauercamper Schadensschwerpunkt unterhalb Gaststätten /Sanitärgebäude 7 Sanierungsdurchführung zeitlicher Ablauf 1. Ausführungsplanung. Ausschreibung 3. Baufeldfreimachung. Bohrarbeiten 5. Aufbau und Betrieb der Sanierungsanlage. Abbau Sanierungsanlage, Brunnenrückbau 7. Wiederherstellung ursprünglicher Zustand Großlochbohrungen Verfahrensbeschreibung Ausbohren mittels 75-8 Bohrungen 5% - 3% Überschnitt Bohren mit Wasserauflast zur Verhinderung hydraul. Grundbruch Abreinigung Auflastwasser + GW aus Abstromsicherung Maßnahmen zur Emissionsreduzierung Wiederverfüllung: Fremdmaterial über Schütttrichter Nachverdichtung erforderlich Ziel: Abschluss aller Arbeiten bis April 1 71 Bohrrasterplan Quelle: PST Grundbau Ablaufdarstellung Aushubverfahren Quelle: PST Grundbau 7

19 Bohrarbeiten Beeinträchtigungen? Dampf-Luft-Injektion - Grunddesign 7 kw Sanierungsfeld unterirdisch 5 St. Injektionsbrunnen Dampf-Luft-Injektion St. Extraktionsbrunnen Bodenluft St. Bodenluftdrainage ( m) 1 St. Kombinationsbrunnen + vorh. Br. 9 Temperaturmesslanzen Bohransatzpunkte F5 B1 I E39 F5 1 3 m 317, R E37(K) R 33 Aufenthaltsgebäude B R 13 Campinggaststätte B 11 I19 D17-19 TI E38 R 3, TI Auffüllung Leistungsgrößen 5 75 kw Dampfleistung 1 m³/h Bodenluftabsaugung 3 m³/h Grundwasserförderung 31, 31, 38, 378, 37, 73 Zeitdauer Aufheizphase je Abschnitt : 1 d Austragsphase je Abschnitt: mind. 3 d Austragsphase gesamt, 1 Tage Abkühlphase mind. 3 Tage Sanierungsdauer 1 17 Mo. (zzgl. Anlagenbau) 7 DLI - Erschließung Sanierungsfeld Geplanter Zeitablauf F5 B1 I E39 F5 1 3 m 317, R E37(K) Aufenthaltsgebäude Campinggaststätte 3, R 33 B R 13 I19 D17-19 R TI B 11 TI E38 Auffüllung 31, 31, 38, 378, 37, Sanierungsfeld unterirdisch 5 St. Injektionsbrunnen Dampf-Luft-Injektion St. Extraktionsbrunnen Bodenluft St. Bodenluftdrainage ( m) 1 St. Kombinationsbrunnen + vorh. Br. 9 Temperaturmesslanzen 75 7

20 tenvergleich Zusammenfassung & Ausblick Dampf-Luft-Injektion Maßnahme Großlochbohrungen* [Netto-ten in ] DLI-Verfahren [Netto-ten in ] Verfahrenskosten Sanierungsplan.. Vorbereitung, Mitwirkung Vergabe, Leistungsverzeichnis.. Fachtechnische Kontrolle.. Gesamtsumme, ca * zzgl. Neubaukosten von 5. bis Dimensionierung Dampf-Luft-Injektion entsprechend Stand der Technik - Sanierungsplanung möglich (Sicherheitsfaktoren) standortspezifische Pilotierung (Machbarkeitsstudie) Dimensionierungstool zur Auslegung einer Sanierung wurde erarbeitet und wird public zur Verfügung stehen Vollständige und nachhaltige Sanierung von Schadensherden innerhalb definierten und bestimmbaren Zeiträumen möglich intensive Sanierungsbegleitung und -steuerung (Online- Datenerfassung, Anlagensteuerung) erforderlich Einsatzbereiche und Anwendungsgrenzen werden erweitert bzw. ausgereitzt 78 Zusammenfassung & Ausblick Dampf-Luft-Injektion Informationen zu den Verfahren Bestimmung der Einsatzgrenzen über Pilotanwendungen Kluftaquifere, dampfunterstützte konduktive Sanierung gering durchlässiger Sedimente (Schluffe, Tone), Tiefen über m, große Aquifermächtigkeiten... Durch zahlreiche Referenzprojekte immer neue Erkenntnisse und Erfahrungen ( Lessons learned ) Entwicklung war / ist nur möglich durch viele Beteiligte und Geldgeber Weitere Informationen und Bezug ITVA e.v. Invalidenstr Berlin info@itv-altlasten.de

21 TisS Leitfaden und Dimensionierungstool Aktuelle zusammenfassende Darstellung In deutsch und englisch Download: In deutsch Download: koschitzky@iws.uni-stuttgart.de Dr.-Ing. Hans-Peter chitzky Technischer Leiter VEGAS, Versuchseinrichtung zur Grundwasser- und Altlastensanierung, Universität Stuttgart 83