Erfahrungen aus dem Betrieb Funnel&Gate-Systems mit ... · Teerfabrik Lang, Offenbach: Funnel & Gate mit Bioreaktor 13 0,01 0,10 1,00 10,00 100,00 1.000,00 10.000,00 Mrz. 07 Jan

Erfahrungen aus dem Betrieb Funnel&Gate-Systems mit Bioreaktor

Ehemalige Teerfabrik Lang, Offenbach28.03.2014

Tobias Bartelsen,

CDM Smith Consult GmbH

CDM Smith - weltweit tätig

01.04.2014 2

• Consulting, Ingenieurdienstleistungen und Projektrealisierung

• Geschäftsfelder: Wasser, Umwelt, Infrastruktur, Energie, Bauwerke und Geotechnik

• rd. 500 Mitarbeiter in Europa, rd. 5.000 Mitarbeiter weltweit

• Mitarbeiteraktiengesellschaft

• Consulting, Ingenieurdienstleistungen und Projektrealisierung

• Geschäftsfelder: Wasser, Umwelt, Infrastruktur, Energie, Bauwerke und Geotechnik

• rd. 500 Mitarbeiter in Europa, rd. 5.000 Mitarbeiter weltweit

• Mitarbeiteraktiengesellschaft

Betriebserfahrungen aus dem Betrieb

27.03.2014 3

• Technische Optimierungsmaßnahme im Zuge des Betriebs

• Abbauleistung des Bioreaktors

• Schadstoffentwicklung im Umfeld des F&G

Teerfabrik Lang, Offenbach: Funnel & Gate mit Bioreaktor

Optimierungsmaßnahmen im Testbetrieb (1)

4

Problem:

baubedingt verminderte hydraulische Durchlässigkeit im Gate-Abstrom

� Reduzierung des Grundwasser-Durchflusses auf 30 - 65%

Problemlösung:

Bau einer zusätzlichen Versickerungsrigole im Gate-Abstrom


Membranpumpe

27.03.2014


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Problem:

Schwankende Durchsatzraten

� schwankende Schadstofffrachten

� schwankender Schadstoffabbau

� störanfällige Betriebsmitteldosierung (v.a. relevant bei niedrigen Durchsätzen)

Problemlösung:

„Aktivierung“ des Systems durch Förderpumpe im Zulauf

Nebeneffekt: Steuerbarkeit der Grundwasserhydraulik (z.B. relevant bei Wasserhaltungen im Nahebereich)


Membranpumpe

27.03.2014

6Teerfabrik Lang, Offenbach: Funnel & Gate mit Bioreaktor

Membranpumpe

„System-Aktivierung“ durch Förderpumpe im Zulauf

94,40

94,50

94,60

94,70

94,80

94,90

95,00

95,10

95,20

95,30

95,40

95,50

95,60H

öh

e N

N [

m]

Messstellen mit Abstand zur GWM 17 [m]

Wasserstände - Querschnitt in Fließrichtung

06.01.2010 300l/h

20.04.2010 300l/h

12.04.2011 300l/h

12.07.2011 300l/h

Standort Tauchpumpe

GWM17 GWM1930,6

FWZ135,5

FWZ2DL41,1

FWZ3DL44,3

KFAb254,4

GWM2160,3

GWM14Q79,6

FWZ4DL48,6

Bereich ehem. Spundwand

SK-Zu35,5

Höhenlage Verrohrung Anschlussbauwerk

RP560,0

• sehr geringer Aufstau in Bioreaktor

� gute Systemdurchlässigkeit

• Aufstau von Rigole zu Aquifer: rd. 0,25 m

27.03.2014

7Teerfabrik Lang, Offenbach: Funnel & Gate mit Bioreaktor

Membranpumpe

Grundwasserhydraulik im Gate-Bereich

0

100

200

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94,40

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Mai. 09 Aug. 09 Nov. 09 Feb. 10 Mai. 10 Aug. 10 Nov. 10 Feb. 11 Mai. 11 Aug. 11 Nov. 11 Feb. 12 Mai. 12 Aug. 12 Nov. 12

Du

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Wasserstand FWZ1 Wasserstand FWZ4

Wasserstand SK Wasserstand RP6

Wasserstand GWM21 Durchsatz

• konstante Förderrate: 300 l/h

• bei Hochwasserereignissen:

Wasserspiegel im Reaktor bei 95,50 m ü. NN

(automatische Abschaltung: ca. 95,55 m ü. NN)

27.03.2014


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Problem:

verminderte hydraulische Durchlässigkeit an „Engstellen“ im Bioreaktor und im Bereich der Rigole

Problemlösung:

- Entnahme von statischen Mischern in Dosierstellen

- Erhöhung der H2O2-Dosierung (� vollständiger Abbau)


Membranpumpe

27.03.2014


9

Problem:

- schwankende und störungsanfällige Betriebsmitteldosierung durchfalsche Pumpentechnik und Ausfällungen in Dosierleitungen

Problemlösung:

- Austausch der Membranpumpen durch störungs- und wartungsarme Schlauchquetschpumpen (optimal bei niedrigen Dosierraten)

- Installation einer Betriebswasseranlage

- Aktivierung des Anlagenzulaufs


MembranpumpeMembranpumpen

Schlauchquetschpumpe Betriebswasseranlage

27.03.2014

Analytische Überwachung Messstelle Intervall

SAK254nm, Sauerstoff Zu- und Ablauf des Gates monatlich

Schadstoffe(PAK, BTEX, NSO-HET, Phenole)

Zulauf- und Ablauf des Gates, Ablauf Reaktorstufe 1

vierteljährlich

Relevante An- un Kationen(Fe, Nitrat, Nitrit, Ammonium, Phosphat)

Zulauf- und Ablauf des Gates, Ablauf Bioreaktorstufen 1 - 3, Messstellen im Abstrom

halbjährlich

Betrieb, Wartung und Kontrolle Verantwortlichkeit Intervall

Überwachung der technischen Sanierungseinrichtungen(H2O2-Dosierung, Gebäude, etc.)

Betreiberfirma (Bauer Umwelt) monatlich

Kontrollbegehungen, Über-wachung der Betriebsparameter /Grundwasser-Monitoring

Gutachter (CDM Smith Consult) monatlich /

jährlich

Betrieb und Überwachung

27.03.2014Teerfabrik Lang, Offenbach: Funnel & Gate mit Bioreaktor

Schadenssituation (heute)

Teerfabrik Lang, Offenbach: Funnel & Gate mit Bioreaktor 11

Kontaminanten im Wasser

IST Ziel

BTEX 8.000 µg/l 20 µg/l

Benzol 3.000 µg/l 1 µg/l

PAK2-16 400 µg/l 0,1 µg/l

Naphthalin 5.600 µg/l 1 µg/l

NSO-Heterozyklen 1.500 µg/l (0,1 µg/l)

Phenole 1.900 µg/l 8 µg/l

Schadstofffahne

(gelöst im Grundwasser)

Teeröl in Phase

27.03.2014

Betriebsmittelzugaben


Dosierstationen

27.03.2014

Abbauleistung des Reaktors seit Inbetriebnahme


0,01

0,10

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1.000,00

10.000,00

Mrz. 07 Jan. 08 Nov. 08 Sep. 09 Jul. 10 Mai. 11 Mrz. 12 Dez. 12

Sch

ad

sto

ffko

nze

ntr

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PA

K (

1-1

6)

[µg

/l]

Zulauf

Schrägklärer

Bioreaktor 1

Bioreaktor 2

Bioreaktor 3

27.03.2014

Schadstoffabbau entlang der Reaktorpassage (Juli 2013)

14Teerfabrik Lang, Offenbach: Funnel & Gate mit Bioreaktor 27.03.2014

0,01

0,10

1,00

10,00

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1.000,00

10.000,00

Zulauf Ablauf Schrägklärer Ablauf Bioreaktor 1 Ablauf Bioreaktor 2 Ablauf Bioreaktor 3

Sc

ha

ds

toff

ko

nzen

trati

on

[µ

g/l

]

PAK

Naphthalin

NSO-Heterozyklen

BTEX

Benzol

Phenole

Phenol-Index

< B

G

< B

G<

BG

< B

G

< B

G

< B

G

< BG

< B

G

Schadstoffabbau entlang der Reaktorpassage (Mittelwerte 2013)


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Sc

ha

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-Elim

ina

tio

n [

%]

Schrägklärer

Bioreaktor 1

Bioreaktor 2

Reduktion der Toxizität entlang der Reaktorpassage (Leuchtbakterienhemmtest)


0,0

0,1

1,0

10,0

100,0

0

5

10

15

20

25

30

35

Mai 11 Juli 11 Oktober 11 Januar 12 Mai 12 Juli 12 Oktober 12 Januar 13 Mai 13

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f SAK 254 nm Sauerstoff PAK


Bedingungen für einwandfreien Betrieb:

�� SAK254nm im Reaktorabl. < 19

�� O2-Gehalt im Reaktorabl. > 5 mg/l

Identifikation von Leitparametern

27.03.2014

Zusammenfassung Reinigungsleistung Reaktor

18

�� Eisenfällung und -sedimentation im Schrägklärer (Reduktion von 15 mg/L auf < 1 mg/L)

�� Aerobe Stimulierung im Schrägklärer– BTEX- und Naphthalin-Reduktion über 70 %– PAK- + NSO-HET-Reduktion ca. 50 %– theoretischer O2-Bedarf > CSB-Reduktion � Bildung von Metaboliten

�� Aerob (denitrifizierender) Abbau in Bioreaktor 1– BTEX- , PAK und NSO-HET über 95 %– theoretischer O2- Bedarf < CSB-Reduktion � Abbau der Metaboliten

�� Abbau Bioreaktor 2 und 3– vollständiger Abbau (i.d.R. > 99 %) BTEX, NSO-HET, PAK

(insbesondere Acenaphthen)– Aktivkohlestufe als „Polizeistufe“ nicht erforderlich!

�� Mikrobielle Nebenprozesse– aerober Methan-Abbau im Bioreaktor 1 + 2– vollständige Nitrifikation in den Bioreaktoren 2 und 3

�� Reduktion der Toxizität (Nachweis: Leuchtbakterienhemmtest)

Teerfabrik Lang, Offenbach: Funnel & Gate mit Bioreaktor 27.03.2014

Schadstoffverteilung Grundwasser heute

29.05.2012 19Teerfabrik Lang, Offenbach: Funnel & Gate mit Bioreaktor


Schadstoffentwicklung im Gate-Abstrom (GWM21)

�� Reduzierung BTEX-Aromaten / Naphthalin zu 100 %

�� Reduzierung PAK (2-16) und Heterozyklen < 1 µg/l (> 99 %)

27.03.2014


Schadstoffentwicklung im Gate-Abstrom (GWM14Q)

�� Reduzierung BTEX-Aromaten / Naphthalin zu 100 %

�� Reduzierung PAK (2-16) und Heterozyklen < 1 µg/l (> 99 %)

27.03.2014


Schadstoffentwicklung im Gate-Abstrom (GWM29)

27.03.2014

Geplante Erweiterung des Funnel&Gate-Systems(Vorzugsvariante aus Variantenstudie)


∑ 650 l/h

Verlängerung Funnel im Osten

aktive GW-

Entnahme

aktive GW-

Entnahme

aktive GW-

Entnahme

Teerölphase

Teerölphase

Teerölphase

Modellrechnung zur Systemerweiterung

Aktive Grundwasserent-nahme zur „Lenkung“ der Grundwasserströmung und zur Stabilisierung der Reaktorleistung

Vollständige Fassung des belasteten Grundwasser-abstroms über das vorhandene Gate

kein 2. Gate

Verlängerung Funnel im Westen

Einsparung des 2. Gates

27.03.2014

• vollständige hydraulische Standortsicherung bei einer Erweiterung des Systems mit minimalen Wassermengen

• Verzicht auf den Einsatz von Wasseraktivkohle aufgrund der hervorragenden Reinigungsleistung

• „Aktivierung“ des Gate-Zulaufs � Kontrolle der Grundwas-serhydraulik und Stabilisierung des Reinigungsprozesses

• „Aktivierung“ des Systems an den Funnel-Enden bei der Systemerweiterung � Verzicht auf 2. Gate (ermöglicht durch die Steuerung der Grundwasserhydraulik und die hervorragenden Reinigungsleistung im bestehende Gate)

• Etablierung des ENA-Prozesses im Gate-Abstrom

• wirtschaftliche Standortsicherung und -sanierung (Abstrom)

Zusammenfassung und Fazit


Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!


Kontakt:Dipl.-Geow. Tobias Bartelsen, CDM Smith Nü[email protected]

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Erfahrungen aus dem Betrieb Funnel&Gate-Systems mit ... · Teerfabrik Lang, Offenbach: Funnel & Gate mit Bioreaktor 13 0,01 0,10 1,00 10,00 100,00 1.000,00 10.000,00 Mrz. 07 Jan