Anwendungsberichte

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Von der behördlichen Auflage zurindividuellen Lösung – GIMAT hilft

auch bei schwierigen Fällen

Auf dem Betriebsgelände eines Asphaltmischwerkes lagern große Mengen Altasphalts, der z. T.aufbereitet und im Straßenbau wieder eingesetzt wird. Die Lagerstätte liegt im Freien und ist nichtüberdacht. Die Ausdehnung des Asphaltlagers ist beträchtlich und es werden häufig neueAsphaltladungen per LKW angeliefert. Die zuständige Kommune, in Sorge wegen möglicherAuswaschungen von krebserregenden polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAK), erließeine neue Auflage: Das Asphaltmischwerk solle nachweisen, dass bei Regen keine Schadstoffe aus demgelagerten Asphalt ausgewaschen werden und in die öffentliche Kanalisation gelangen. Um diesenNachweis führen zu können, beauftragte das Asphaltmischwerk GIMAT mit der Planung der nötigenMesstechnik. Andernfalls drohte als Nächstes die ungleich kostspieligere Auflage, die Asphalthalde zuüberdachen und so vor Regen zu schützen.

Dr.-Ing. Volker Koschay, Dr. rer. nat. Sebastian Barfüßer, GIMAT Liquid MonitoringArmin Mell, SERVITEC Umwelt-Consulting

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Auch bei der Instandsetzung vonStraßen wird mittlerweile sparsammit Ressourcen umgegangen:Altasphalt wird aufgearbeitet undkann dann erneut im Straßenbaueingesetzt werden. Straßenbelagaus Asphalt besteht aus Gesteinpassender Korngröße und einemBindemittel. Als Bindemittel könnenTeer oder Bitumen fungieren.

Die polyzyklischen aromatischenKohlenwasserstoffe (PAK) sind eineumfangreiche Gruppe von Stoffen.Darunter finden sich viele, diekrebserregend oder giftig wirken.Der PAK-Gehalt in Teer ist etwa umden Faktor 1000 höher als der inBitumen. Aus diesem Grund ist derEinsatz von Teer im Straßenbaumittlerweile in zahlreichen Ländern

nicht mehr üblich, in Deutschlandwurde er 1984 verboten.Aus altem Straßenbelag kann im-mer noch teerhaltiger Altsphalt mithohem PAK-Gehalt anfallen. Je nachPAK-Gehalt gelten für Altasphaltunterschiedliche Regeln, was dieweitere Verwendung angeht. Fürdie Lagerung von teerhaltigemAltasphalt gelten strenge Vor-

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schriften, die Auswaschungen vonPAKs durch Regenwasser ver-hindern sollen.Das Asphaltmischwerk, das anGIMAT herantrat, stand nach einerneuen Auflage der örtlichen Behör-de vor genau diesem Problem: DenNachweis zu erbringen, dass keinePAKs aus dem auf dem Firmen-gelände gelagerten Asphalt ausge-waschen werden. Die Behörde for-mulierte damit ihre Besorgnisdarüber, ob das ortsansässige As-phaltmischwerk im Umgang mitteerhaltigem Altasphalt mit hohemPAK-Gehalt die nötige Sorgfalt wal-ten ließ.Das Asphaltmischwerk wurde ver-pflichtet, bei Regen Rückstell-proben des aus dem Betriebs-gelände abfließenden Wassers zusammeln, um diese Proben in einemzertifizierten Labor auf die kri-tischen Parameter PAK undTrübung untersuchen zu können.Hierzu sollte gemäß behördlicherAuflage unmittelbar vor dem Über-gabeschacht zur öffentlichen Ka-nalisation ein automatisiertes Pro-benahmegerät mit 12 Flascheninstalliert werden. Nach Durchsicht

des Behördentextes war dem As-phaltmischwerk klar, dass die Um-setzung der Auflage eine individu-elle Lösung erfordern würde.

Herausforderung:Interpretation derbehördlichen AuflagenDie neue Auflage der Behörde bliebin ihrem Wortlaut viele Detailsschuldig. Vor allem die Formulier-ung „bei einem Regenereignis“, ließviel Interpretationsspielraum. Wannund wie häufig sind demnachProben zu nehmen, damit die er-haltenen Rückstellproben als aus-sagekräftig gelten können? Das As-phaltmischwerk sah sich mit dersicheren Interpretation des Behör-dentextes überfordert, weshalb esGIMAT, Hersteller von Vakuum-probenehmern mit fast 45 JahrenErfahrung auf dem Gebiet der Meß-und Probenahmetechnik, mit derfachgerechten Beratung und an-schließenden technischen Umset-zung des Projektes beauftragte. AlsBerater in Sachen Behörden-Engineering und Bautechnik griffGIMAT auf das Know-How und die

Erfahrung der SERVITEC GmbHUmwelt-Consulting als Unter-auftragnehmer zurück.

Was messen ­ Regen oderNiederschlag?Explizit genannt wird von der Be-hörde lediglich „Regenereignis“.Wenn man die Zielsetzung der Auf-lage hinterfragt, stellt sich dieFrage, ob auch andere Arten desNiederschlags wie Hagel undSchneefall zu erfassen sind, anstattdie Auflage nur wörtlich umzuset-zen. Denn auch andere Nieder-schlagsereignisse liefern Wasser,das eventuell PAKs aus dem Asphaltlösen könnte. Eine derartige, freiereAuslegung erschien bei der Planungdeshalb sinnvoll und angebracht.Auch eine Angabe, wieviele Probenbei einem „Regenereignis“ zu neh-men sind, fehlte, obwohl die Inten-sität von Niederschlag starkvariieren kann – angefangen vonleichtem Nieselregen bis hin zuStarkregen. Als Konsequenz darauswurde entschieden, eine mengen-proportionale Probenahme einzu-setzen, um repräsentative Misch-

Abbildung 1: Schema der Messstrecke für Durchflußmesser und Probenahmestelle im Schacht

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proben zu erhalten. Eine Durch-flussmessung wird damit zusätzlicherforderlich, um die Probenahme zusteuern.Vorgaben für die Messtechnik gabes in der behördlichen Auflageebenfalls keine. Bei der Machbar-keitsstudie vor Ort wurde bemerkt,dass das Regenwasser beträchtlicheZeit benötigt, um durch die As-phalthalden zu sickern. Ein zu-nächst angedachter Niederschlags-messer war damit untauglich: Mitdiesem verbunden, würde der Pro-benehmer versuchen Proben zunehmen, lange bevor der Schacht,den er beprobt, Wasser führt.Ebenso würde er bei Nachlassendes Regens jedes Mal zu früh denBetrieb einstellen. Eine An-steuerung des automatischen Pro-benehmers durch einen Nieder-schlagsmesser kam daher nicht inBetracht.

Wie messen?GIMAT, selbst Anbieter von Ultra-schall- und Druckmessgeräten zurDurchflussmessung, hat einen Kos-tenvergleich durchgeführt und sichfür einen magnetisch-induktivenDurchflussmesser (MID)entschieden. Da eine Dükerungmöglich war, fiel die Entscheidungauf ein MID für vollgefüllte Rohrlei-tungen, das in einem Schacht ein-gebaut werden sollte. Damit wirdauch Schnee automatisch zu demeinen einzig sinnvollen Zeitpunkt,nach dem Abschmelzen, erfasst.Das MID soll auch gleichzeitig dazudienen, das automatische Probe-nahmegerät anzusteuern.Die anderen denkbaren Messein-richtungen schieden aus ver-schiedenen Überlegungen aus: Of-fene Gerinne benötigen über ihreLebensdauer häufiger Wartung undÜberprüfung. MIDs für teilgefüllteRohrleitungen sind deutlich teurerin der Anschaffung als solche fürvollgefüllte Rohre. Bei den Mess-prinzipien Druck und Ultraschallfallen in regelmäßigen AbständenWartungen und Überprüfungen an.Clamp on-Messgeräte sindschwieriger einzurichten und dieGenauigkeit kann mit zunehmenderBetriebsdauer leiden.

Von GIMAT wurde unmittelbar vordem Übergabeschacht ein Schacht-bauwerk geplant. Die Auslegungdes Messschachts erfolgte durchGIMAT, ebenso wie die Dimensio-nierung der Beruhigungsstreckenvor und nach dem MID und desDükers zur Sicherstellung der Voll-füllung der Rohrleitung sowie dieFestlegung des Ansaugstutzens fürden Vakuum-Probenehmer (sieheAbbildungen 1 und 2).

Wie oft beproben?Das ausgewählte MID Typ SITRANSMAG 5100 von Siemens kann soeingestellt werden, dass es proKubikmeter einen Impuls zur An-steuerung des automatischen Pro-benehmers ausgibt und so die men-genproportionale Probenahmeermöglicht. Eine behördliche Vor-gabe, wieviele Proben pro Ereignisnotwendig sind, fehlte. Deshalbwurde darauf geachtet, die Ab-stände, mit denen die Flaschen mitProben befüllt werden, einstellbarzu halten, so dass spätere Änder-ungen ohne weiteres möglich sind.Die eingesetzten Flaschen miteinem Füllvolumen von über 2 Literermöglichen das Sammeln von biszu 40 Proben pro Niederschlags-ereignis in einer Flasche, wodurchrepräsentative Mischprobengewährleistet sind.

KundenspezifischeSoftwaremodifikationenUm das „Regenereignis“ sinnvollmit dem Probenehmer erfassen zukönnen, reicht eine einfache men-genproportionale Probenahme nichtaus. Die üblichen Probe-nahmesteuerungen bieten nichtgenug einstellbare Parameter, umdie Randbedingungen dieses spezi-ellen Anwendungsfalls zufrieden-stellend abbilden zu können: Abwelcher Niederschlagsintensitätsind Proben zu nehmen? Bereits beileichtem Nieselregen, der nur ge-ringste Mengen an Wasser liefert?Sind mehrere Regengüsse am sel-ben Tag voneinander abzugrenzen?Als signifikanter Niederschlagwurde ein Durchfluss ab einem be-stimmten Schwellenwert (Schleich-menge) gewertet, nur solcher wirdbeprobt. Auch hier kann der vor-eingestellte Wert im Nachhineinnoch verändert werden.Um eine Trennung zweier Ereign-isse zu erhalten, wurde einEreignisabstand definiert: NachUnterschreiten des Durchfluss-Schwellenwerts erfolgt keine weit-ere Probenahme. Ein Ereignis gilterst als abgeschlossen, wenn dieserZustand länger anhält als eine vomAnwender gewählte Zeitdauer. DerProbenehmer wechselt daraufhin zueiner neuen Flasche. Das istsinnvoll, weil die Regenfälle auf

Abbildung 2: Gedükerte Messstrecke für Durchflußmesser und

Probenahmestelle im Schacht

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diese Weise getrennt ausgewertetund die Untersuchungsergebnisseeinem bestimmten Zeitraum zuge-ordnet werden können.

Verschiedene Status­MeldungenAnders als beim klassischen men-genproportionalen Betrieb kann indiesem Fall, wo sich die Probe-nahme völlig nach den Nieder-schlägen richtet, nicht vorhergesagtwerden, wann die Flaschen desProbenehmers voll gefüllt sind unddiese vor dem erneuten Start desProbenehmers vom Betriebsper-sonal entnommen und an das Laborgeschickt werden müssen. Das As-phaltmischwerk wünschte dahereine anschauliche Darstellung, wieweit die Probenahme fortgeschrit-ten ist. Die Software des Probeneh-mers wurde entsprechend modi-fiziert, so dass nun die Nummer deraktuellen Flasche als Meldung aus-gegeben und in der Grafik visu-alisiert wird (Abbildung 3). Das er-spart dem Personal desAsphaltmischwerks eine ständigeÜberprüfung des Status der Probe-nahme vor Ort und verhindert auch,dass der Probenehmer mit vollenFlaschen im Stand-By-Modusverbleibt, weil die Entleerung ver-gessen wurde.

Daten­FernübertragungAuf dem Betriebsgelände standenfür die Daten-/Signalübertragungkeine Leerrohre/Leitungen zur Ver-fügung. GIMAT schlug vor, dieDaten per Fernübertragung mitHilfe des eigenen Easy2Com-Sys-tems online einsehbar zu machen.Diese Lösung erlaubt es, die ak-tuellen und historischen Daten übereine kundenspezifische Websiteabzurufen und in Excel einzuladenzur weiteren Auswertung undDokumentation.Zu den weiteren Vorteilen gehörendie Plug & Play-Fähigkeit des Sys-tems, die keine weitere Hardware-modifikation erfordert. Die Verbin-dung ist geschützt und die Webseitepasswortgesichert.

Ergebnis

Abbildung 3: Visualisierung des Durchflusses und Zeitpunkte der

Probenahme sowie Nr. des Regenereignisses

Abbildung 4: Komplette Messstation mit Probenehmer, Messumformer der

Durchflussmessung und Fernübertragung

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Das von GIMAT erarbeitete Konzeptwurde vor der Umsetzung mit derBehörde besprochen und von diesergenehmigt.Die Messstation (Abbildung 4)wurde mit Probenehmer, Messum-former MAG5000 für den Durch-flussmesser und Fernübertragunggebaut.Danach erfolgte die Lieferung allerGeräte mit Einbau, Montage, Inbe-triebnahme und Einweisung desBetriebspersonals vor Ort – allesaus einer Hand durch GIMAT.GIMAT hat den Kunden späterweiter begleitet bei Optimierungender Parametrierung.Ein zertifiziertes Labor untersuchtseit Abschluß der Baumaßnahmedie gesammelten Proben auf PAKs.Eine anfänglich harmlos ausse-hende, aber in der Umsetzung un-gleich komplexere Messaufgabekonnte somit zur vollen Zufrieden-heit aller Beteiligten gelöst werden.