Post on 10-Jan-2020
Infoveranstaltung der SBB und der IHKs in BrandenburgPlanung und Durchführung abfallarmer BodensanierungKosten- und abfalloptimierte Methoden der In-situ-Sanierung 08. Oktober 2009, IHK Potsdam
Dr. Thomas Held
Optimierte Entscheidungsfindung bei Verfahrenskombinationen
Warum Verfahrenskombinationen ?
Konzeptionelles Standortmodell
Prozesse
Sanierungsverfahren: Einige Designkriterien
Genehmigungsaspekte
Nachhaltigkeit
Asymptotischer Zielwert (Pump & Treat)
0
100
200
300
400
500
600
Jan 89 Jan 90 Jan 91 Jan 92 Jan 93 Jan 94 Jan 95 Jan 96 Jan 97 Jan 98 Jan 99 Jan 00
Ent
fern
te L
CK
W-M
asse
.(k
umul
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) [kg
] .
1
10
100
1.000
10.000
100.000
Mitt
lere
LC
KW
-Kon
zent
ratio
n
. [µ
g/L]
Entfernte LCKW-MaseeMittlere Konzentration
SZW: 80 µg/L
Jedes Verfahren hat einen definierten optimale Kosten/Wirksamkeits-BereichJedes Verfahren hat einen definierten
optimale Kosten/Wirksamkeits-Bereich
Abfallproduktion (Eisenschlamm) und Betriebskosten (Energie) steigen nahezu
linear mit der Zeit
Abfallproduktion (Eisenschlamm) und Betriebskosten (Energie) steigen nahezu
linear mit der Zeit
Grundwasserstömung
Gesamtenicht-wässrige Masse (Phase)Sorbierte Masse
NAPL-Massemobil
residual
Migrierendegelöste Masse
Statische gelösteMasse
10-6
10-5
10-4
10-3
10-2
10-1
100
101
Scha
dsto
ffmas
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Aqui
fer[
kg/m
3 ]
SZW
Gesamte Masse in der Wasser-Phase
102
Schadstoffverteilung
10 kg
1 g
Effizient: > 99,99 % m˘ glich ?Effizient: > 99,99 % m˘ glich ?
1,E-04
1,E-03
1,E-02
1,E-01
1,E+00
1,E+01
1,E+02
1,E+03
0,001 0,1 10 1000 100000
Time [years]
F [m
g/d]
Benzene
Toluene
Ethylbenzene
p-Xylene
o-Xylene
Propylbenzene
1,2,4-Trimethylbenzene
1,2,3-Trimethylbenzene
1,3,5-Trimethylbenzene
Benzofuran
Indane
Indene
F total
1,E-04
1,E-03
1,E-02
1,E-01
1,E+00
1,E+01
1,E+02
1,E+03
0,001 0,1 10 1000 100000
Time [years]
F [m
g/d]
0
1 Naphthalene2-Methylnaphthalene1-MethylnaphthaleneAcenaphthyleneAcenaphteneFluorenePhenanthreneAnthraceneFluoranthenePyreneBenz(a)anthraceneChryseneBenzo(b)fluorantheneBenz(a)pyreneDibenz(a,h)anthraceneF totalM/Mo
Zeitskalen: Schadstoff-Freisetzung (NAPL-Blobs)
Quelle: Grathwohl, 2001
Sanierungsabfolge (Treatment Train)
Zeit
0 1 2 3 4 5 6
Kon
zent
ratio
n
Verfahren 1 Verfahren 2 Verfahren 3MNA ?
Desorption
Generell: Ein Verfahren wird stets mit einem milderen
Verfahren ersetzt
Generell: Ein Verfahren wird stets mit einem milderen
Verfahren ersetzt
Technologie-Folgen (theoretisch)
ISCOISCO
TensidFlushingTensid
Flushing
EZVIEZVI
IRZIRZ
IRZIRZ
TensidFlushingTensid
Flushing ??
MNAMNA
MNAMNA
Sanierungsabfolge
q Kombination aufgrund unterschiedlicher Kosten/ Wirksamkeits-Bereiche
q Kombinierbarkeit
q Generelle Machbarkeit am Standort
Warum Verfahrenskombinationen ?
Konzeptionelles Standortmodell
Prozesse
Sanierungsverfahren: Einige Designkriterien
Genehmigungsaspekte
Nachhaltigkeit
The World is Heterogeneous
Schadstoffverteilung
NaturalAttenuationBioventing
Bioscreens
HydraulicalCircuitsBioslurping Groundwater
Circulation Wells Biosparging Funnel andGate
Konzeptionelles Standortmodell
q Stoffeigenschaften
q Transportprozesseq Geologieq Hydrogeologie
q Konzentrationsverminderungsprozesseq Abbau (biologisch, chemisch)
q Sorptionq Immobilisierung
Verteilung von LCKW-Phasen im Grundwasserleiter
Z [m
]
X [m]
DNAPL
‘‘Pooling‘‘ -Effekte infolge der gering durchlässigen Sandlinsen Schichteffekte im homogenen Sand infolge von kleinskaligen Heterogenitäten
Versuchseinrichtung zur Grundwasser- und AltlastensanierungQuelle: H. Sheta
Datenintegration
3.5
6.7
10.4
1.2
0 11
3.5
6.7
10.4
1.2
Inverse Distance Methode
Konzeptionelles Standortmodell (CSM) – Definition
q CSM ist ein Zusammenstellung von regionalen und stand-ortspezifischen Daten zur Beschreibung des Standortes und der äußeren Umstände
q Zusammenführen aller Daten zur plausiblen Erklärung von Schadstoffverteilungs- und Abbauprozessen
q Optional wird auf Basis der erhobene Daten eine mathematische Modellvorstellung generiert. Darauf baut eine Modell-Evaluierung (analytisch oder numerisch) des Systemverhaltens und der Systemleistungen auf
q Ein konzeptionelles Modell kann qualitativ oder quantitativ sein
Konzeptionelles Standortmodell: Beispiel
Warum Verfahrenskombinationen ?
Konzeptionelles Standortmodell
Prozesse
Sanierungsverfahren: Einige Designkriterien
Genehmigungsaspekte
Nachhaltigkeit
Klassischer Transport und Schadstoffverminderung
Transport und SchadstoffverminderungRealistisches Konzept
Frühes Stadium der Fahnen-entwicklung
Gereifte Fahne
Nach der Entfernung der Quelle
Transport und SchadstoffverminderungErweitertes realistisches Konzept
Rückdiffusion
Zeitskalen: Diffusion in Tonschichten
TCE
Quelle: Grathwohl, 2001
MNA immer letztes Verfahren ?MNA immer letztes Verfahren ?
Sanierungsverfahren: Fixpunkte
q Ende: MNAq Start: Quellensanierung
q Wie weit muss die Quellensanierung reichen, damit ein Schutz sensitiver Rezeptoren gewährleistet ist oder
q Wie weit muss die Quellensanierung reichen, damit MNA ausreichend effektiv ist?
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Mass Reduction in the Source [%]
Surfactant FlushingISCOThermal TreatmentBiodegradation
Effekt der Quellensanierung
Ref.: McGuire et al., GWMR 26 (1), 73-84
Abn
ahm
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tion
im G
rund
was
ser [
%]
Massenreduktion in der Quelle [%]
Rebound-Effekt
0 0.05 0.1
0.5
1,0
0.0
C/C
0
Strömungsstrecke [m]
Länge der Massentransferzone
Länge der Massentransferzone
Ref.: C. Eberhard, 2001
Rebound-Effekt Maximum
Median75. Percentil
Minimum25. Percentil
Legende
Biosanierung (n = 10)
ISCO(n = 7)
Tensid /L˘ sungs-vermittler
(n = 2)
ThermischeBehandlung
(n = 1)
Rel
ativ
e A
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Kon
zent
ratio
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gang
s-Sc
hads
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(LC
KW
) [%
]
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Sanierungs-ende
Ende Über-w achung
Sanierungs-ende
Ende Über-w achung
Sanierungs-ende
Ende Über-w achung
Sanierungs-ende
Ende Über-w achung
Ref: McGuire et al., GWMR 26 (1), 73-84
End of End of after End of End of after End of End of after End of End of afterremediation care monitoring remediation care monitoring remediation care monitoring remediation care monitoring
Warum Verfahrenskombinationen ?
Konzeptionelles Standortmodell
Prozesse
Sanierungsverfahren: Einige Designkriterien
Genehmigungsaspekte
Nachhaltigkeit
Sanierungsverfahren (Überblick)
q Quellensanierungq Phasenentfernungq Ex-situ-Verfahrenq In-situ-Verfahren
q Fahnensanierungq Aktive Verfahrenq MNA
In-situ-Verfahrenq Mikrobielle Verfahrenq Chemische Verfahrenq Physikalische Verfahrenq Mechanische Verfahren
Marktrends in den USA
1980 1990 2000 2010
Nat’l Acad. Sci. Bericht zu Pump-
and-Treat
Nat’l Acad. Sci. Bericht zu Pump-
and-Treat
Nat’l Acad. Bericht zu DNAPL-Sanierbarkeit
Nat’l Acad. Bericht zu DNAPL-Sanierbarkeit
US-EPA Bericht zu DNAPL-SanierbarkeitUS-EPA Bericht zu
DNAPL-Sanierbarkeit
P&T als Sanierungsverfahren
In-situ-Reaktive Zone als alleiniges
Sanierungsverfahren
Kombiniertes Verfahren:
Physikalische Quellensanierung
und In-situ-Reaktive Zone für
die FahneP&T als
Sicherungs-verfahren
Sanierungsverfahren: Auswahlkriterien
q Verfügbarkeitq Machbarkeit am Standortq Kostenq Nachhaltigkeit
Adaptive-Design-Konzept
3.5
6.7
10.4
1.2
0 11
3.5
6.7
10.4
1.2
Inverse Distance Methode
“Adaptive Design”
Ents
cheid
ungs
-
freud
e
Daten-Disziplin
q Flexible Infrastrukturq Anpassbare Betriebsweise q „Daten → Design“-Abhängigkeitq „Daten → Entscheidung“-Abhängigkeit
In-situ-Sanierungs“verfahren“
q Airspargingq ISCO (In-situ Chemical Oxidation)q Alkohol-Spülungq Tensid-Spülungq Mikrobieller Abbau (IRZ, In-situ Reactive Zone)
(aerob oder anaerob)q nFe0 (Eisen-Nanopartikel) q Emulsified Zero-Valent Iron (EZVI)
(nFe0, Tenside, Speiseöl, Wasser)q Thermische Technologien (Dampfinjektion, Erhitzen)q Monitored Natural Attenuation (MNA)
Sanierungsverfahren
Für alle Injektionsverfahren hängt der Erfolg ab von:Für alle Injektionsverfahren hängt der Erfolg ab von:
qq Heterogenität q In-situ-Mischung (Preferential Flow)q Schadstoffmobilität (Verfügbarkeit)q Kontakt mit DNAPL q Rebound-Effektenq Reaktivität des Bodens (pH, TOC)q Verblockung (Braunstein, Eisenoxide)q Reichweite der Injektion (Pressure Pulse Technology)q Mangelnde Abbauaktivitätq Risiko unerwünschten Schadstofftransportesq Genehmigungsfähigkeit
Risikoprofil einer Sanierung
Fundamentales Problem: Abweichungen von den Schätzungen
Nominal-SchätzungW
ahrs
chei
nlic
hkei
t
Minderkosten Mehrkosten
Zeit und Kosten
Projektrisiko
q Design auf Basis weniger Punktinformationen
q Detailliertes Verständnis der Prozesse ist erforderlich
q Heterogenität offenbart sich bei flächigerBehandlung
Ü In-situ-Sanierungen erfordern umfangreicheKenntnisse (knowledge-intensive)
Kos
ten
(NPK
) bis
Sani
erun
gsen
de
ProjektgrenzenProjektgrenzen
Risikoprofil einer SanierungNPK = Nominale Projektkosten
Zeit bis Sanierungsende
Risikoprofil einer Sanierung
Mögliches Risiko für erhöhte Kosten und Zeit bis Sanierungsende
Mögliches Risiko für erhöhte Kosten und Zeit bis Sanierungsende
Nominalschätzung Zeit und KostenNominalschätzung Zeit und Kosten
Zeit bis Sanierungsende
Kos
ten
bis
Sani
erun
gsen
de
Zeit bis Sanierungsende
Kos
ten
(NPK
) bis
Sani
erun
gsen
de
Vergleich dreier Risikoprofile
IRZISCO
MNA
q In-situ-Verfahen erfordern hohe Detailkenntnisse (knowledge-intensive)
q Klassische Aufteilung ungeeignet(Ausführende Firma = Sanierer, Ingenieurbüro = Überwacher)
q Sanierungssteuerer nötig
q Realisierbar z.B. als GU mit/ohne GRiP®
Verantwortlichkeiten
GRiP® Guaranteed Remediation Program
q Sanierung des Standorts zum vorher vereinbarten Festpreis
q Garantie der behördlich genehmigten Altlastenfreistellung
q Versicherung der Sanierung gegen unvorhergesehene Mehrkosten
q Hohe Qualität und Terminsicherheit durch innovative Verfahren
Warum Verfahrenskombinationen ?
Konzeptionelles Standortmodell
Prozesse
Sanierungsverfahren: Einige Designkriterien
Genehmigungsaspekte
Nachhaltigkeit
Sanierungsabfolge (Treatment Train)
Zeit
0 1 2 3 4 5 6
Kon
zent
ratio
n
Problem: Jeweils Individuelle Diskussion der Verfahrenswechsel
mit den Behörden ?
Wechsel der Sanierungsverfahren (Bsp.)
q Beenden von Pump & Treat ∆c < 5 % (3 Monate)∆MF < 5 % (3 Monate)*
q Beenden der mikrobiellen In-situ-Sanierung ∆c < 5 % (6 Monate)∆MF < 5 % (6 Monate)*
q Letzter Schritt: MNAMF (max) < 20 g/d Aromaten, < 20 g/d LCKW
(min. Monitoringdauer für einzelne Quellbereiche ≥ 1 Jahr)cAbstrommessstelle < 20 µg/L Aromaten, 10 µg/L LCKW, 0,2 g/L PAK15
#
MF = Schadstofffracht
*) 5 einzelne Quellbereiche mit verschiedenen hydrogeologischen Bedingungen#) Kontrollwerte gem. BBodSchG
Warum Verfahrenskombinationen ?
Konzeptionelles Standortmodell
Prozesse
Sanierungsverfahren: Einige Designkriterien
Genehmigungsaspekte
Nachhaltigkeit
Nachhaltigkeit
Soziale Aspekte*Soziale
Aspekte*
ÖkonomischeAspekte
ÖkonomischeAspekte
ÖkologischeAspekte
ÖkologischeAspekte
Sozio-ökonomische Indikatoren
Sozio-ökologische Indikatoren
Öko-ökonomische Indikatoren
Quelle: NICOLE, SAGTA,Brundtland-Report, 1987*) incl. demografischer Wandel
Nachhaltigkeit (einige Elemente)
q Mehr als Kosten-Nutzen-Vergleich oder spezifische Sanierungskosten (€/kg oder €/m³)
q Grundstein: Risikoabschätzung
q Aber: Grundwasser = Quelle für Trinkwassergewinnung (→ Grundwasser als Schutzgut)
q Betrachtung in einem räumlich größeren Maßstab
q CO2-Emission
q Künftige städtebauliche Entwicklung
Ü Umfassende Betrachtungsweise
-1,5
-1,0
-0,5
0,0
0,5
1,0
Volkswirtschaftliches Optimum
Quelle: UK Environmental Agency 2000
Volk
swirt
scha
ftlic
her N
utze
n [£
M]
Nur Überwachung
Sicherung Beseitigter Schadens-
herd
Komplett-sanierung
Imagine the Result
t.held@arcadis.deTel.: 06151 / 388 - 327
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit