In-situ chemische Oxidation Planung Genehmigung Umsetzung
Vorbetrachtung ISCO ist in der Sanierungspraxis international etabliert und erprobt. Die Praxis zeigt aber auch ein Spannungsfeld je nach Perspektive zwischen massiven grundsätzlichen Bedenken einerseits und nicht ausreichend kritischer Diskussion andererseits. Anforderungen an die Planung, Genehmigung und Umsetzung einer Quellensanierung mit ISCO sind in hohem Maße standortabhängig. Untergrundbedingungen geohydraulisch geochemisch Nutzungs- und Bebauungssituation Schadstoffinventar Gefährdung von Rezeptoren
Fallbeispiele Aspekte der Planung, Genehmigung und Umsetzung anhand von 2 Fallbeispielen ehem. Reinigung Produktionsstandort Plant Facilities VOCl spill drain system 8 m groundwater flow WWTP Grundwasserabfluss Kamp-Lintford, NRW, Deutschland ehem. chem. Reinigung (LCKW) Mischnutzung Sandiger Grundwasserleiter Anonym, SP, Brasilien Aktiver Produktionsstandort der Nahrungsmittelindustrie LCKW Heterogener Untergrund: Sand-, Schluff-, Tonwechsellagerungen Residential area
Planung Konzeptionelles Standortmodell Primärquellen, Sekundärquellen, Ausbreitungspfade, Rezeptoren, Risiken, Randbedingungen für die technische Planung Auswahl des Oxidationsmittels Dimensionierung, Schadstoffumsetzung und Nebenproduktbildung
Aufbau des Untergrunds Makroskopisch Grundwasserleiter, Dränage-Leitungen und Hohlräume ( präferentielle Fließwege für die injizierte Lösung) Fundamente ( Materialkompatibilität)!]) Schadstoffsituation im weiteren Sinne Mikroskopisch Heterogenität des Untergrunds
Aufbau des Untergrunds (makroskopisch) Plant Facilities VOCl spill drain system 8 m groundwater flow WWTP Residential area
Aufbau des Untergrunds (mikroskopisch) Abreagierte Injektionslösung Reaktion Injektionsfront Diffusion Cl C Cl Cl C Cl Verdrängung Reaktion NAPL Oxidationsmittel
Aufbau des Untergrunds! Tauw MnO 2 (s)-bildung Tauw
Technische Planung: Infiltrationsszenario Kamp-Lintford Tauw Tauw Gut durchlässiger relativ homogener Untergrund (kf ~ 1 E-04 ms -1 ). Einleitung von verdünnter Natriumpermanganatlösung in freiem Zulauf. 2,25 t NaMnO 4 in 3 Infiltrationszyklen über jeweils 3 Pegel.
2,0 m 0,2 m 9,4 m 2,0 m 7,7 m 7,2 m 3,8 m Technische Planung: Infiltrationsszenario Sao Paulo 0,5 m grade Grout Geringe Durchlässigkeit (kf ~ 1 E-07 ms -1 ). Sand Bentonite 0,2 m 12 Pegelnester mit je 3 Filtern Infiltrationsdruck 3 m Wassersäule Infiltrationsrate ca. 50 L/h je Filter 6 Infiltrationskampagnen je 1-2 Wochen über >1 Jahr
Dimensionierung Permanganat- Infiltration Numerische Simulation (PHAST) der Permanganat-Injektion basierend auf Daten aus Labor- und Pilotversuchen. Permanganat-Konzentration von 15% erforderlich. Permanganate distrubution 4 weeks after injection as resulting from injection flow and following diffusive transport PM34 PM35 PM34 PM35 PM36 PM36 PM38 PM38 a) oxidant demand simulated according to laboratory result (50 g / kg soil d.m.) b) oxidant demand simulated as 20 % of laboratory result (10 g / kg soil d.m.)
Wahl des Oxidationsmittels Reaktivität Eignung für Zielsubstanz? Stabilität Ausreichende Verweilzeit für Reaktion mit Zielsubstanz in geringer durchlässigen Bereichen oder Residualphase? Selektivität Bevorzugte Reaktion mit Zielsubstanz oder Matrix?
Feldanwendungen ISCO 1995-2006 Percarbonat 200 Peroxone Persulfat Ozon 180 160 Permanganat 140 Daten nach Krembs (2008) Fentons Reagens 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 120 100 80 60 40 20 0 Anzahl
Batch-Versuch zu NOD-Bestimmung Permanaganate und Persulfat Permanganate consumed [g/kg] solid-liquid-ratio 1:2 60 50 40 30 20 10 0 0 100 200 300 400 500 600 700 time [h] Permanganate consumed [g/kg] solid-liquid-ratio 3:2 60 50 40 30 20 10 0 0 100 200 300 400 500 600 700 time [h] 3,5 3,5 Persulfate consumed [g/kg] solid-liquid-ratio 1:2 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 Persulfate consumed [g/kg] solid-liquid-ratio 3:2 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 0 100 200 300 400 500 600 700 0,0 0 100 200 300 400 500 600 700 time [h] time [h]
PCE-Abbau (%) Reaktivität: Einfluss der Aquifer-Matrix auf die Oxidation der Zielsubstanz Laborversuche (Batch): Bestimmung NOD + Zielsubstanz Beispiel: Thermisch aktiviertes Persulfat. 100 80 60 40 20 Referenz Modellphasen Aquifermaterial 0 0 5 10 15 20 Persulfatverbrauch (%) nach Constanza et al., 2010, ES&T (geändert)
Matrix und Selektivität
Genehmigung Genehmigungsfähigkeit (in Deutschland) grundsätzlich gegeben. Keine Verschlechterung durch Bildung stärker toxischer Nebenprodukte. Keine Beeinträchtigung von Rezeptoren (ggf. Sicherungssysteme). Arbeitsschutzaspekte!
Nebenprodukte - Beispiel Hydroxylierung von Benzen durch Fentons Reagenz 7000 6000 Null-Wert nach erster FR-Phase 180 nach zweiter FR-Phase nach 1 Woche 160 140 BTEX (µg/l) 5000 4000 3000 2000 Phenolindex (µg/l) 120 100 80 60 40 1000 20 0 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Distance (m) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Distance (m)
Nebenprodukte - Anstieg DOC- Konzentration und Lösungsvermittlung Injektion Fentons Reagenz / Permanganat Anstieg DOC-Konzentrationen um 1 bis 2 Größenordnungen im unmittelbaren Umfeld der Injektionspunkte Teilweise Konzentrationsanstieg (a) Schwermetalle bzw. (2) organischen Schadstoffen (z.b. DCE im Umfeld eines PCE- Schadens). Zumindest die Freisetzung organischer Schadstoffe ist mit großer Wahrscheinlichkeit auf lösungsvermittelnde Eigenschaften der DOC-Parameter zurückzuführen
Nebenprodukte - DOC-Anstieg und Mobilisierung von Metallen 100000 10000 Cw /µg.l -1 1000 100 10 1 02 Mar 02 May 02 Jul 01 Sep 01 Nov 01 Jan 4002, 3.5-4.5 Zn Ni Cr DOC
Nebenproduktbildung Die Steuerung der Prozesse im Untergrund ist nur bedingt möglich! Die Effekte sind in der Regel geringfügig im Vergleich zur Ausgangsbelastung (Menge, Reichweite) Eine Bewertung ist vorab im Rahmen der Planung erforderlich. Ggf. sind ein maßnahmebegleitendes Monitoring und evtl. vorsorglich auch eine Sicherung vorzusehen.
Schlussbetrachtung In beiden Fallbeispielen wurden die Sanierungsziele erreicht. Eine standortspezifische, sorgfältige Planung war Grundvoraussetzung. Eine Verallgemeinerung ist generell nicht möglich.
Ausblick Österreich Große Bedeutung sehr gut durchlässiger, kalkreicher Kiesgrundwasserleiter. Vorteil: zügige Einbringung großer Mengen von Oxidationsmittel mit (relativ) geringem technischen Aufwand. Problematik: schneller Abtransport des infiltrierten Oxidationsmittels verbunden mit geringen Kontaktzeiten Oxidationsmittel Zielsubstanz Kalkreiche Matrix kann mit dem Oxidationsmittel wechselwirken. Bisher keine Erfahrungswerte...