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Altlastensanierung: Konzept, Planung und Betrieb einer Anlage zur Stauflüssigkeitsbehandlung einer Deponiealtlast im Wohngebiet

Dipl.-Ing. Rainer Aha [1] VDI, Dipl.-Ing. Harald Fremdling [2], Hamburg

1 Kurzfassung

Im vorliegenden Bericht wird ein beispielhaftes Vorgehen zur Sanierung einer Deponiealtlast beschrieben. Der Schwerpunkt liegt hierbei auf den im Vorfeld durchgeführten Ingenieurleistungen, um ein betriebssicheres und wirtschaftliches sowie den Randbedingungen angepaßtes Verfahren zur Stauwasserreinigung zu finden. Desweiteren wird ein kurzer Erfahrungsbericht zum Betrieb der Anlage einschl. aufgetretener Probleme gegeben sowie die Ergebnisse der Behandlung und der Untersuchungen zum Wasserhaushalt dargestellt.

2 Einleitung

Das heute als Brachfläche in einem Wohngebiet vorliegende Gelände Eckerkoppel 47 in Hamburg-Wandsbek mit einer Grundstücksfläche von ca. 15.000 m2, wurde vor 1945 als Tongrube für eine dort befindliche Ziegelei genutzt. Nach deren Schließung wurde in den Jahren 1945 bis 1955 die Grube mit Hausmüll verfüllt. Danach diente die Fläche als Lager für einen Baustoffhändler. Als Besonderheit kann genannt werden, daß die angrenzenden Nutzungen

·       im Norden:      Straße "Eckerkoppel" und Wohnbebauung
·       im Osten:        Wohnbebauung und Schule
·       im Süden:       Brachfläche (ehemaliges Flakgelände)
·       im Westen:     vorhandene Wohnbebauung und zukünftige Wohnbebauung lt. Bebauungsplan

durch die Lage im Wohngebiet als sensibel einzustufen sind. Dies hat zur Folge, daß die Anwohner eine rege Anteilnahme an den Geschehnissen auf dem Gelände zeigen. Spruchbänder am Deponiegelände und Flugblätter einer Bürgerinitiative an vorhandenen Meßstellen, wiesen schon im Vorfeld auf verstärkte Aufmerksamkeit hin.

3 Projektbeschreibung

3.1 Allgemeines

Um eine Grundwasserbelastung zu verhindern und eine dauerhafte Sanierung zu erreichen, wird das Stauwasser entnommen, in einer Reinigungsanlage vor Ort behandelt und in das öffentliche Schmutzwassersiel eingeleitet.

Die Maßnahme stellt im Rahmen der Sanierung der Deponiealtlast Eckerkoppel eine Teilmaßnahme dar. Bis zur weiteren Entscheidung über die endgültige Sanierungsmaßnahme, unter Berücksichtigung der weiteren Nutzung des Geländes, dient die Maßnahme der Gefahrenabwehr.

Dem Gesichtspunkt des o.g. Interesses der Bevölkerung am Projekt, mußte bei der Auswahl des Sanierungsverfahrens, der Aufstellung der Anlage und dem Betrieb besondere Aufmerksamkeit geschenkt werden.

3.2 Schadstoffbelastung Stauwasser

Das Gelände weist ein kontaminiertes Bodenvolumen von rd. 60.000 m3 auf. Untersuchungen haben ergeben, daß anstehendes Stauwasser mit unterschiedlichen Schadstoffen belastet ist. Eine Kontaminierung mit

=      Kohlenwasserstoffen
=      Benzol, Toluol, Ethylbenzol, Xylol (BTEX)
=      Leichtflüchtige halogenierte Kohlenwasserstoffe (LHKW)
=      Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK)
=      Schwermetallen (Pb, Zn)
=      Ammonium (NH4)

mit den in der Tabelle 1 genannten Maximalwerten wurde festgestellt.

Das im Bereich des Deponiekörpers anstehende gespannte Grundwasser ist aufgrund der Bodenverhältnisse (s. Pkt. 3.3 ) bisher kaum belastet, weist aber auch schon z.T. erhöhte Werte an LHKW auf.

3.3 Hydrogeologische Verhältnisse

Gem. /1/ ist die hydrogeologische Situation im Untersuchungsgebiet durch das Vorhandensein einer als Grundwassergeringleiter fungierenden Geschiebemergelschicht geprägt. Geschiebemergel sowie in Bereichen auch überlagernder Beckenton stellen den 0,3 m bis 5,6 m mächtigen Staukörper für den oberflächennah in der Auffüllung über dem Geschiebemergel/Beckenton befindlichen Stauwasserhorizont dar. Die Basis des Stauwasserhorizontes liegt, abhängig von der Meßstelle, zwischen 2,8 m und 8,2 m unter GOK.

Der Stauwasserspiegel wurde im Jahr 1995 an verschiedenen Brunnen, entsprechend in unterschiedlichen Jahreszeiten, zwischen +21,78 mNN und +24,11 mNN gemessen. Die Stauwasserstände zu gleichen Meßzeitpunkten an verschiedenen Meßstellen differierten bis 0,5 m.

Aufgrund des anstehenden Bodens ist der Grundwasserleiter zwar grundsätzlich vom Bereich des Stauwassers getrennt, aber es ist nicht auszuschließen, daß durch "Fenster", die tektonisch bedingt oder bei den früheren Bodenentnahmen im Zuge des Tonabbaus und späterer Auffüllung entstanden sind, ein Austausch der Wasserströme stattfindet. Besonders nach Regenereignissen, wenn sich der Staukörper mit Wasser füllt, ist die Gefahr des "Überlaufens" gegeben. Der Stauwasserdruck im Gelände ist außerdem größer als der Grundwasserdruck und somit eine Fließrichtung in das Grundwasser gegeben. Grundwasseranalysen bestätigen diese Vermutung, da verschiedene, auch die im Stauwasser gefundenen Schadstoffe, im Grundwasser ermittelt wurden.

Tabelle 1:        Maximale Meßwerte im Stauwasser bis zum Beginn der Planung

Parameter

Einheit

 

Meßwerte

 

 

 

(Messungen alle innerhalb Deponie)

AOX

mg/l

 

1,14

POX

mg/l

 

0,51

LHKW

mg/l

 

10,993

PAK

mg/l

 

0,1276

Phenole

mg/l

 

2,2

BTEX

mg/l

 

3,52

Benzol

mg/l

 

0,51

CCl4 + 1,2-H2C2-Cl2

mg/l

 

1,9

Vinylchlorid

mg/l

 

0,42

Pb

mg/l

 

0,84

Zn

mg/l

 

0,374

Fe

mg/l

 

19

Fe2+

mg/l

 

18

NH4-N

mg/l

 

28

Pges

mg/l

 

0,58

SO4

mg/l

 

511

S2-

mg/l

 

12

Borat-B

mg/l

 

2,4

4 Projektablauf

Im Rahmen der erforderlichen Sanierungsmaßnahmen wurde, zur Entscheidungsfindung über die Behandlung und Entsorgung des Stauwassers, ein Realisierungskonzept mit Variantenuntersuchung und Investitions- und Betriebskostenermittlung erarbeitet. Anschließend erfolgte die Planung der Anlage einschl. der Peripheriemaßnahmen und Durchführung einer Ausschreibung. Das Ziel des Konzeptes war es, ein hinsichtlich der Betriebssicherheit und Wirtschaftlichkeit geeignetes Verfahren zur Behandlung und Entsorgung der anfallenden Stauflüssigkeiten vorzuschlagen und im weiteren Entwurf auszuarbeiten.

Um dieses Ziel zu erreichen wurde, neben anderen Leistungen, vor allem die im vorliegenden Bericht beschriebene Thematik im Konzept und bei der Planung untersucht:

-      Prüfen der Entsorgungsmöglichkeiten des behandelten Stauwassers mit Feststellung der
       erforderlichen Grenzwerte bzw. Einleitbedingungen
-      Prüfen der Behandlungsmöglichkeiten des Stauwassers
-      Kostenermittlung für die Varianten einschl. Investitions- und Betriebskosten

Die Reinigungsanlage wurde, incl. der erforderlichen Erdarbeiten für die Rohrleitungsverlegung und dem Ausbau der Brunnen, im Zeitraum von Juni bis August 1997 erstellt. Bis zur Abnahme der Anlage erfolgte eine intensiv betreute Inbetriebnahmephase.

Seit September 1997 wird die Reinigungsanlage von der Ingenieurgesellschaft Dr.-Ing. Heinrich in Zusammenarbeit mit der Betreiberfirma AAB im Auftrag der Umweltbehörde betrieben und intensiv verfahrenstechnisch sowie analytisch betreut. Der Betrieb gliederte sich in eine Pilotphase bis zum 20.03.1998 und die anschließende "normale" Betriebsphase. Die Pilotphase hatte die Überprüfung und Feststellung der folgenden Randbedingungen zum Ziel /2/:

-      Einhaltung der Grenzwerte für die Einleitung in das Schmutzwassersiel
-      Betriebssicherheit der Verfahrenstechnik
-      Durchführung eines Überwachungsprogramms
-      Notwendiger Automatisierungsgrad/Änderungen
-      Personaleinsatz, Betriebsaufwand
-      Betriebsmittelverbrauch
-      Ermitteln der Betriebskosten
-      Ermitteln der Brunnenwasserstände/Deponiewasserhaushalt
-      Erfassung zur Änderung der Schadstoffkonzentrationen

Die aktuelle "normale" Betriebsphase stellt den Betrieb der Anlage mit Einhaltung der geforderten Ablaufkonzentrationen sicher und liefert durch die Wasserstandserfassung Daten über den Wasserhaushalt bei unterschiedlichen Witterungsverhältnissen.

5. Mögliche Entsorgungswege

Als mögliche Entsorgungswege kamen bei den Untersuchungen grundsätzlich in Frage:

-      Ableitung ins öffentliche Schmutzwassersiel
-      Ableitung in ein Oberflächengewässer (Teich)
-      Einleitung ins Grundwasser
-      Abfuhr des Stauwassers und Mitbehandlung in der Sickerwasserreinigungsanlage der
       Deponie Georgswerder

Für die möglichen Entsorgungswege sind in der Tabelle 2 für die verschiedenen Parameter die Grenzwerte für eine Einleitung zusammengestellt. Gleichzeitig sind auch noch die jeweils maximal gemessenen Werte im Stauwasser gegenübergestellt.

Nach Diskussion der verschiedenen Entsorgungswege, wurde trotz Behandlung des Stauwassers, aufgrund der Randbedingungen, die Einleitung in das öffentliche Schmutzwassersiel gewählt. Dies bedingt zwar eine Erhöhung der Betriebskosten durch Bezahlung der Gebühr für die Einleitung in das Siel der Hamburger Stadt­entwässerung, jedoch ist durch die Sensibilität der Anwohner für Maßnahmen auf dem Gelände ein Risiko vorhanden. Sollten z.B. bei Einleitung in den im angrenzenden Gelände befindlichen Teich Probleme auftreten, so wäre trotz weitestgehender Reinigung des Stauwassers, eine Beweislast beim Nutzer. Der Teich wird von den Anwohnern als Angelteich genutzt.

Beachtet werden mußte auf jeden Fall auch die Ammoniumkonzentration. Aufgrund der Eigenschaften eines stehendes Gewässer wirken schon geringe Einleitungen an Nährstoffen eutrophierend. Die Anforderungen an eine weitergehende Abwasserreinigung mit NH4-N kleiner 2 mg/l müßte mindestens erfüllt werden. Mit den gemessenen Konzentrationen von bis zu 20 mg/l NH4-N können sonst bei einer Stauwassermenge von 3 m³/h, Frachten von bis zu 1,44 kg/d NH4-N auftreten und den Teich evtl. empfindlich schädigen. Bei einer pH-Wertverschiebung liegt das Ammonium in größeren Konzentrationen als Ammoniak vor, welches fischgiftig ist.

Tabelle 2:        Einleitungsbedingungen und Grenzwerte der maßgebenden Parameter für die Ableitung des Stauwassers

 

Quelle

ATV A 1151)

AVV2)

 

Allg. Einleitbed.

Hamburg

Hamburg

H-W-Werte5)

max. gemes.

 

 

 

 (7a WHG, Anh. 51)

in Hamburg (1986)

Einleitungs-wert7)

Sanierungsleitw.4)

Werte

Parameter

Einheit

Einleiten in KA

Einleiten in Gewässer

Öff. Abwasseranl

Schmutz­-
wassersiel

Grundwasser

CSB

mg/l

 

200

3)

 

 

 

 

130

BSB5

mg/l

 

20

 

 

 

 

 

32

TOC

mg/l

 

 

 

 

 

 

 

55

abfiltr. St.

mg/l

 

20

 

 

20

 

 

46

PEL

mg/l

250

 

 

250

 

 

 

41

AOX

mg/l

1

0,5

 

 

0,5

0,3

0,3

0,99

POX

mg/l

 

 

 

4

 

 

 

0,51

LHKW

mg/l

0,5

 

 

 

0,1

0,01

0,01

2,286

As

mg/l

0,5

 

 

0,5

 

 

0,003

0,0092

Pb

mg/l

1

0,5

 

2

0,5

 

0,004

0,069

Cr

mg/l

1

0,5

 

2

 

 

0,002

0,0112

Cu

mg/l

1

0,5

 

2

0,5

 

0,005

0,05

Ni

mg/l

1

0,5

 

3

0,5

 

0,003

0,008

Hg

mg/l

0,1

0,05

 

0,05

0,05

 

0,00005

0,0003

Se

mg/l

2

 

 

0,5

 

 

0,004

0,0024

Zn

mg/l

5

2

 

5

2

 

0,15

0,374

Fe

mg/l

 

 

 

25

25

 

 

19

Fe2+

mg/l

 

 

 

2

2

 

 

18

CNges.

mg/l

20

 

 

5

2

0,05

0,0002

0,06

NH4-N

mg/l

 

50

 

 

100

 

0,16)

28

Pges

mg/l

50

 

 

 

 

 

 

0,58

SO4

mg/l

600

 

 

400

400

 

 

45,4

S2-

mg/l

2

 

 

2

 

 

 

12

PAK

mg/l

 

 

 

 

0,1

0,005

0,00005

0,1168

Benzo(a)pyren

mg/l

 

 

 

 

 

0,0002

 

0,0014

Phenole

mg/l

100

 

 

100

 

 

0,01

0,54

BTEX

mg/l

 

 

 

 

 

0,01

nn

1,932

Benzol

mg/l

 

 

 

 

1

0,001

nn

0,49

Clges

mg/l

 

 

 

1

 

 

 

Cl- (170)

CCl4 + 1,2-H2C2-Cl2

mg/l

 

 

 

 

 

0,003

nn

1,9

Vinylchlorid

mg/l

 

 

 

 

 

 

0,001

0,42

1) Arbeitsblatt A 115 der ATV mit Stand Oktober 1994 /3/
2) Anhang 51 (Siedlungsabfälle) der Rahmen-Abwasserverwaltungsvorschrift in der Fassung vom 29.10.1992 gültig ab 01.01.1992 /4/
3) wenn der Zulauf > 4000 mg/l ist, dann mind. 95 % Verminderung (2-h-Mischprobe im Ablauf)
4) Lt. Erläuterungsbericht Ochmann + Partner vom 20.09.1995 (im Grundwasser als Ziel zu erreichen) /5/
5) Handbuch für Altlastensanierung /6/
6) Auf Ammonium bezogen
7) Wasserrechtl. Erlaubnis

6. Behandlungsmöglichkeiten des Stauwassers

6.1 Grundsätzliche Verfahren

In Tabelle 3 sind grundsätzlich mögliche Verfahren zur Stauwasserbehandlung zusammengestellt. Verschiedene zur Bewertung der Verfahren notwendige und wichtige Entscheidungskriterien wie

·       Behandlungsziele
·       Konzentrationen
·       Anwendungsgrenzen
·       Anwendungsbereiche
·       Reststoffe
·       Energiebedarf
·       Kosten

wurden in die Tabelle mit aufgenommen und eine qualitative Einstufung vorgenommen. Bei der Verfahrensauswahl wurde vor allen Dingen auf folgende Randbedingungen geachtet:

·       Erreichen des Reinigungszieles
·       Betriebssicherheit
·       Wirtschaftlichkeit
·       Emissionen
·       Platzbedarf und Einfluß auf das Landschaftsbild (Akzeptanz)

Aufgrund der inhomogenen Zusammensetzung von Deponiewässern kommen i.d.R. Kombinationen der o.g. Verfahren zum Einsatz. Um ein betriebssicheres Verfahren und somit eine Ableitung gem. den möglichen Entsorgungswegen sicherzustellen, wurden beim vorliegenden Stauwasser verschiedene Verfahrenskombinationen als Varianten untersucht und bewertet.

6.2 Auswahl des Verfahrens

Unter Berücksichtigung der Randbedingungen wurde die Verfahrenskombination chemische Oxidation mittels Wasserstoffperoxid (H2O2) und einer kombinierten UV-Bestrahlung, sowie einer vorgeschalteten Enteisenung, ausgewählt.

Aufgrund der Lage in einem Wohngebiet mit direkten Anliegern, wurde bei der Auswahl und der Ausschreibung darauf geachtet, daß die Lärmemissionen der Anlage so gering wie möglich ausfallen. Als Lärmquelle kommt hierbei vor allem der Kompressor für die Oxidation und die Rückspülung des Sandfilters in Betracht. Eine Lärmschutzhaube sowie die komplette Ausführung des Containers mit Schallisolierung sorgt dafür, daß die Emissionen durch die Anlage die Grenzwerte für Wohngebiete auch nachts von 35 dB(A) nicht überschreiten.

Wie empfindlich die Anwohner reagieren und daß die Entscheidung für die gewählten Maßnahmen richtig war, zeigte auch eine Reaktion im Frühjahr 1998. Es gab Beschwerden über "laute" Geräusche aus der Anlage. Es stellte sich heraus, daß der bei Störungen innerhalb der Anlage an der SPS auftretende Alarmton die Ursache war. Dieser ist allerdings bei geschlossenem Container nur zu hören, wenn man direkt daneben steht. Bei einem Ortstermin mit der ansässigen Bürgerinitiative und interessierten Bürgern, wurde die Anlagentechnik und deren Zweck ausführlich erläutert und auch die Ursache des "Geräusches" erklärt. Dieser Termin wurde sehr positiv von den Anwohnern aufgenommen und Vorbehalte konnten ausgeräumt werden.

Ein weiteres wichtiges Auswahlkriterium war, daß die Anlage komplett vormontiert in einem Container angeliefert und somit die Montagezeit vor Ort kurz gehalten werden konnte. Die noch notwendigen Montagen waren fast ausschließlich innerhalb des Containers erforderlich, so daß die Tätigkeit für die Anwohner nicht mit Störungen verbunden war.

Durch die komplette Aufstellung im Container wurde auch vermieden, daß einzelne Aggregate bzw. Anlagenteile, wie z.B. eine Desorptionskolonne bei der Strippung, außerhalb stehen und Vandalismus ausgesetzt sind. Die gewählte Verfahrenstechnik stellt eine kompakte Einheit dar.

6.3 Verfahrensbeschreibung

Die Entnahme des Stauwassers erfolgt aus 4 Brunnen mit möglichen Förderraten je Brunnen von 0,5 bis 2 m3/h. Hierzu werden vorhandene Meßstellen durch Ausstattung mit Unterwasserpumpen und weiteren Umbauten als Förderbrunnen genutzt.

Anhang 1 zeigt das Verfahrensfließbild zur Stauwasserreinigung. Zur Entfernung des im Wasser vorhandenen Eisens mit Konzentrationen bis zu rd. 20 mg/l, welches zu einer Belagbildung im UV-Reaktor führen kann und die Reinigungsleistung herabsetzt, erfolgt eine Oxidation des Wassers mit Luft und einer geringen Menge H2O2 mit anschließender Sandfiltration, um das ausgefällte Eisen abzufiltrieren. Um hier einen guten Wirkungsgrad mit Ablaufwerten < 1 mg/l zu erzielen, sollte für die Sandfiltration eine Filtergeschwindigkeit vF von 7 m/h bei mittlerem Durchsatz angesetzt werden.

Die eigentliche Anlage zur chemischen Oxidation besteht aus den Dosiereinrichtungen und der UV-Bestrahlung. Die Dosierung von Wasserstoffperoxid wurde mit ca. 0,8 l/m³ Stauwasser entsprechend 1,6 l/h i.M. angesetzt. Es sind 2 Membranpumpen installiert und auf die maximale Dosierung von ca. 2,5 l/h mittels einer mengenproportionalen Dosierung ausgelegt.

Das benötigte Wasserstoffperoxid wird in einem Behälter nach WHG § 19 vorgehalten. Der Vorlagebehälter wird manuell mit einer Pumpe befüllt. Der mittlere Verbrauch an H2O2 beträgt pro Monat ca. 1,15 m³. Der Vorlagebehälter für das H2O2 sollte in etwa einen Monatsbedarf abdecken. Vorteilhaft ist der Einsatz handelsüblicher Gebinde um die Anlieferungskosten zu verringern.

Die Oxidation der Kohlenwasserstoffe findet hauptsächlich in der UV-Reinigungsstufe statt. Die Reaktion des Oxidationsmittels mit den zu eliminierenden Kohlenwasserstoffen wird durch Aktivierung mittels UV-Licht eingeleitet. Beim Durchströmen des UV-Reaktors wird das Grundwasser mit einer definierten Dosis UV-Licht bestrahlt. Realisiert sind 2 UV-Reaktoren mit Mitteldruckstrahlern und einer Lampenleistung von je 10 kW. Eine Anpassung und Optimierung ist durch die regelbare UV-Leistung möglich.

Die Strahlungsintensität in den UV-Reaktoren wird kontinuierlich überwacht und angezeigt. So wird eine Belegung der Quarzrohre rechtzeitig erkannt und eine Reinigung automatisch durchgeführt. Der Reaktor wird entleert und mit Reinigungslösung durchgespült.

Der Vorteil des Verfahrens liegt zum einen in der einfachen Verfahrensweise, und den relativ geringen Investitionskosten sowie im Abbau der Schadstoffe und nicht in deren Verlagerung. Als weiter zu entsorgender Reststoff fällt lediglich der bei der Enteisenung und durch Rückspülung des Sandfilters entstehende Rückspülschlamm an.

Als Nachteil ist der Einsatz zusätzlicher Chemikalien anzusehen. Durch die Anwendung eines vorgeschalteten Sandfilters zur Eisenaufoxidation und -entnahme sowie der zweistufigen Dosierung wird die Zugabe allerdings gegenüber einer einstufigen Dosierung verringert. Eine Optimierung des H2O2-Verbrauchs sollte während des Betriebs der Anlage durchgeführt werden.

7 Ergebnisse des Betriebes

Schwerpunkt des Betriebes der Anlage und der Überwachung sind

-      die Sicherstellung der Reinigungsleistung
-      Optimierung des Betriebsmittelverbrauchs
-      Beobachtung des Wasserhaushaltes

7.1 Schadstoffbelastung

Die wichtigsten Ergebnisse der in der Inbetriebnahme und anschließenden Pilotphase ermittelten Analysenwerte werden im folgenden kurz beschrieben:

·       BTEX:
Der Summenparameter BTEX ist im Zulauf bis 2.197 µg/l (420 µg/l Benzol, 67 µg/l Toluol, 220 µg/l Ethylbenzol und 1300 µg/l (m-, p-, o-) Xylol) nachgewiesen worden. Die gemessenen Ablaufwerte lagen im Durchschnitt mit 357 µg/l deutlich unter dem Grenzwert von 1000 µg/l. Die Zusammensetzung der BTEX-Gesamtkonzentration blieb bisher konstant (ca. 85 - 90 % der Gesamtkonzentration stellen die Parameter Benzol und (o-, m-, p-) Xylol).

·       PAK:
Bei den polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAK) wird der überwiegende Anteil dieser Belastung im Anlagenzulauf und -ablauf weiterhin durch Naphthalin bestimmt. Im Gegensatz zu den BTEX-Werten stiegen die Konzentrationen im Zulauf auf bis zu 550 µg/l. Im Ablauf liegt der Gehalt an PAK mit Werten i.M. bei 20 µg/l.

·       LHKW:
Die Konzentrationen an LHKW im Zulauf betrugen bis zu 1051 µg/l. Der Parameter cis-1,2-Dichlorethen ist mit über 70% an der LHKW Gesamtkonzentration beteiligt. Der durchschnittliche Ablaufwert lag bisher bei 91 µg/l. Verbesserungen mit Ablaufkonzentrationen konstant <10 µg/l, wurden durch Erhöhung des Reinigungsintervalls der UV-Module erreicht, da der Abbau von cis-1,2-Dichlorethen sehr stark von Belagbildung auf den Röhren beeinflußt ist.

·       Sonstige Inhaltsstoffe, Schwermetalle:
Die Ablaufwerte aller übrigen gemessenen Parameter wie z.B. Schwermetalle, Ammonium-Stickstoff, AOX und Eisen, lagen weit unterhalb der gem. Einleitgenehmigung zulässigen Werte. Bei den Schwermetallen wurden auch im Zulauf Meßwerte unter den Ablaufgrenzwerten festgestellt.

7.2 Wasserhaushalt Stauwasser

Im Rahmen des Untersuchungsprogramms zum Pilotprojekt, wurden zu Beginn und nach Inbetriebnahme der Anlage, regelmäßig die Wasserstände an vorhandenen Meßstellen (Beobachtungsbrunnen) und den Förderbrunnen geprüft und aufgezeichnet.

Das Ergebnis der Messungen vom 14.08.1997 bis 20.03.1998 (Ende der Pilotphase) zeigt nach /7/ Tabelle 4 und Abbildung 1.

Tabelle 4:        Wasserstände der Förder- und Beobachtungsbrunnen zum Inbetriebnahmezeitpunkt und zum Ende der Pilotphase

Datum

Förderbrunnen

(Wassersp. in mNN)

Beobachtungsbrunnen

(Wassersp. in mNN)

 

7845

7842

7834

1303

7835

7841

7843

7844

14.08.97

22,71

22,65

 

 

 

 

 

 

29.08.97

 

 

22,51

22,57

22,38

22,57

22,55

21,95

20.03.98

20,91

20,61

21,44

20,25

23,21

20,56

21,10

23,40

Absen­kung in cm

180

204

107

232

+106

198

142

+126

In dem dokumentierten Zeitraum betrug die insgesamt geförderte Stauwassermenge rd. 5.150 m3, d.h. es wurden i.M. rd. 1,1 m3/h entnommen. Betrachtet man den Zeitraum der reinen Förderung ohne Abschaltzeiten, so erfolgte i.M. aus den Brunnen eine Förderung von rd. 2,0 m3/h. Die Förderraten bei den einzelnen Brunnen war sehr unterschiedlich und resultierte vorwiegend aus der unterschiedlichen Ergiebigkeit. Da aus Kostengründen vorhandene Meßstellen als Förderbrunnen umfunktioniert wurden, war im Vorwege eine Auslegung und ein Ausbau der Brunnen auf eine bestimmte Förderrate der einzelnen Brunnen nicht möglich. Lediglich die Auslegung der Anlage und eine Förderung der Gesamtwassermenge von 0,5 bis 3,0 m³/h wurde als Grundlage festgelegt.

Interessant ist der Einfluß der Niederschlagsereignisse auf den Wasserhaushalt. Abbildung 1 zeigt den aktuellen Stand der Stauwasserstände von Beginn der Förderung an und direkt dazu aufgetragen die im gleichen Zeitraum gefallenen Niederschläge als Wochenmittel. Hierzu wurden die in Hamburg ermittelten Regenereignisse den Wasserständen im Deponiekörper gegenübergestellt. Als Meßstelle zur Erfassung des Niederschlages wurden die Daten von der Deponie Georgswerder zugrundegelegt.

Durch die Entnahme von 1 - 3 m³/h konnte der Wasserspiegel auch bei "normalem" Niederschlag um bis zu 2,80 m abgesenkt werden. Zu beobachten war bei außergewöhnlichen Regen­ereignissen (z.B. am 06.01.98 mit 33 l/m²), daß bei einer Entnahme von 2 m³/h der Wasserspiegel im Deponiekörper nur leicht und außerhalb des Deponiekörpers in den Beobachtungsbrunnen deutlich anstieg. Seit Mitte Juni bis Ende August 1998 wurde die Reinigungsanlage nicht mit Stau- sondern mit Grundwasser betrieben. Ein Anstieg des Wasserspiegels um ca. 0,90 m war zu verzeichnen, der noch ca. 1,30 m unter dem Ausgangszustand blieb. Seit Weiterbetrieb mit Stauwasser ist wieder eine Absenkung zu erkennen.

Zur Verringerung des Gefährdungspotentials der Deponie für das Grundwasser, reicht für die Absenkung des Wasserspiegels somit die Entnahme von 2 m³/h aus.

Abbildung 1:    Gegenüberstellung Stauwasserspiegel und Regenereignisse vom 29.08.1997 bis 11.09.1998

8 Ablauf des Betriebes und aufgetretene Probleme

Die Anlage lief seit Ende der Versuchsphase in kontinuierlichem Betrieb und wurde in der 8. KW aufgrund z.T. verschlechterter Abbauleistung zeitweise außer Betrieb genommen. Durch eine zunehmende Trübung des Ablaufs wurde die Strahlungsintensität der UV-Mo­du­le soweit geschwächt, so daß insbesondere die Abbauleistung der LHKW kritische Werte erreichte. Nach Behebung der Störungen wurde die Anlage wieder in Betrieb genommen. Die Gründe für die teilweise verringerte Leistung und die Ursachenbehebung sind im folgenden beschrieben.


8.1 Sandfiltration/Enteisenung

Im Zuge der Überwachung wurde ein Differenzdruckanstieg des Sandfilters bis 880 mbar festgestellt, der ohne Einleitung einer Rückspülung auf 190 mbar abfiel. Da während der gesamten ca. 6 monatigen Betriebsdauer die automatisierte Rückspülung (bei Differenzdruck 1500 mbar) nicht angesprochen wurde und eine vollständige Rückspülung nicht möglich war, wurde ein Durchbruch des Sandfilters als möglicher Grund für erhöhte Trübung und dadurch verminderte Abbauleistung angenommen.

Zur näheren Ursachenermittlung wurde der Sandfilter deshalb demontiert und untersucht. Dies führte zu der Feststellung, daß der Sandfilter stark mit Ablagerungen beaufschlagt war. Ebenso waren die Filterhülsen, die bei einer Rückspülung des Sandfilters das Filtermaterial zurückhalten sollen, so zugesetzt, daß ein Ablauf des Spülwassers bei einer Rückspülung nicht möglich war. Es wurde festgestellt, daß die Filterhülsen vom Anlagenhersteller mit einer zu kleinen Schlitzweitenöffnung eingesetzt worden waren. Weiterhin war aufgrund der starken Verunreinigungen der vom Anlagenhersteller angegebene Differenzdruck-Grenzwert zur Spülung des Sandfilters zu hoch.

Neben der mechanischen Verbesserung des Filterablaufs wurde eine Änderung in der SPS, die zusätzlich zu einer zeitabhängigen Spülung führt, durchgeführt. Die gesamte Anlage wurde gereinigt und gespült. Die Ergebnisse der darauffolgenden Analyse zeigten, daß die Abbauleistung mit über 90 % wieder auf einem sehr hohen Niveau steht und die Grenzwerte deutlich unterschritten werden.

8.2 UV-Module

Die durch eine hohe Wasserhärte auftretende Calziumcarbonatproblematik, die zur einer Belagbildung auf den UV-Modulen und damit zu einer Verminderung der Abbauleistung führte, konnte durch eine Intensivierung der Reinigungsintervalle gelöst werden. Erschwerend ist jedoch, daß die Belagentstehung während des laufenden Betriebes nicht zu erkennen ist, da die für die Messung der Strahlungsintensität installierten Sensoren nicht für das entsprechende UV-Spektrum vom Hersteller installiert wurden. Wie auch bei der Reinigung des Sandfilters wird in Zukunft die Reinigung der UV-Module durch eine Zeitsteuerung durchgeführt bzw. bei Bedarf im Rahmen der Wartung von Hand ausgelöst. Es erfolgt bei der Wartung eine kontinuierliche Beobachtung der Lichtstärke und somit der Belagbildung.

8.3 Optimierung

Aufgrund der verminderten Abbauleistung der LHKW war es sehr schwierig, die Anlage hinsichtlich des Energieeinsatzes zu optimieren. Durch Erreichen von kritischen LHKW Meßwerten konnte z.B. die Strahlerleistung nicht minimiert werden, da ansonsten die Grenzwerte überschritten würden.

Der Verbrauch an Chemikalien insbesondere von H2O2 konnte hingegen, ohne Qualitätsverlust, von durchschnittlich 1,7 l/m³ Stauwasser auf rd. 1,1 l/m³ gesenkt werden.

Der Bedarf an Reinigungsmittel für die UV-Module ist schwierig zu ermitteln, da die lange Zeit benutzte Zitronensäure nicht mehr eingesetzt wird. Als Ersatz wurde seit Mitte Februar Salzsäure verwendet, welche zwar eine gute Belagentfernung aufweist, jedoch zu Korrosionsschäden führt. Aufgrund dieser Erfahrungen wurde dann Phosphorsäure eingesetzt.

8.4 Förderbrunnen

Der Einsatz der 2-Zoll Unterwasserpumpen hat sich für den Dauerbetrieb nicht bewährt. Aufgrund der Wasserverhältnisse und der Qualität, vor allem der Wasserhärte, und der notwendigen Überstauhöhe über den Pumpen, die sich durch den Betrieb deutlich verringert hat, ist der Dauerbetrieb mit diesen Pumpen nicht zu gewährleisten. Somit wurden die 2-Zoll Brunnen für die Förderung des Stauwassers außer Betrieb genommen und als Beobachtungsbrunnen für die Wasserstände weitergenutzt und überwacht.

Die eingesetzten 4-Zoll Pumpen haben sich beim Brunnen 1303 bewährt. Ausfälle sind bei diesem Brunnen, der seit Mitte Oktober 1997 kontinuierlich betrieben wird, nicht aufgetreten. Der in einer Senke abgeteufte Brunnen hat einen ausreichenden Wasserandrang.

9 Kosten

Für die Investitions- und Betriebskosten zur Erstellung der Reinigungsanlage, wurde im Realisierungskonzept eine Abschätzung für alle diskutierten Varianten vorgenommen. Im Rahmen des Entwurfs wurden die Kosten bezüglich der gewählten Variante konkretisiert. Nach Fertigstellung der Anlage lagen die festgestellten Investitionskosten vor. Trotz technischer Änderungen und sich verändernder Randbedingungen während des gesamten Projektablaufs, konnten die vorab geschätzten Investitionskosten bestätigt werden. Eine Gegenüberstellung zeigt Tabelle 4. In den Investitionskosten sind enthalten:

Bautechnik:   Erdarbeiten, Schächte, Fundamente, Landschaftsbau (z.B. Straßenbau bei Sielanschluß), Zufahrtbefestigung, Anschlußarbeiten

Maschinentechnische Ausrüstung:   Zulaufpumpen, Rohrleitungen für Zulauf und Anlage, interne Verrohrung, Armaturen, Behälter, UV-Module, Enteisenung, Sandfiltration, Container, Umhausung

E-/MSR-Technische Ausrüstung:  Stromanschluß, Meßgeräte, Datenerfassung, Verkabelung (Anlage, Pumpen, Meßgeräte)

Bei den im Vorwege, aufgrund von Unwägbarkeiten bei Altlastenstandorten zu treffenden Annahmen, grundsätzlich schwer zu ermittelnden Betriebskosten, wurden für die einzelnen Varianten die Jahreskosten gegliedert in die einzelnen Kostenbereiche:

·       Kapitalkosten                       KKap              Ermittlung mit dem Kapitalwiederge­-                                                                   win­nungsfaktor KFAKR(i,n)
·       Energiekosten                      KEnergie        Brunnenpumpen, Pumpen der Anlage,                                                                    UV-Reaktoren, Dosierung, Rückspülung
·       Reparatur und Wartung       KRep,Wart        spezif. Ansätze der Investitionen;                                                                    Bau:    1%/a,
                                                                   M-echnik:    8%/a,
                                                                   E-/MSR-Technik:    8%/a
·       Betriebsmittel (Chem.)        KVerbr            H2O2,(1,35 DM/kg), Reinigungsmittel
·       Gebühren                             KGeb           Sielgebühren
·       Reststoffentsorgung            KKonz            Schlammentsorgung (Enteisenung)
·       Analytik                                 KAn          Probenahme, Analytik (gem. wasserrechtl.
                                                                   Erlaubnisse, Betriebsüberwachung)
·       Personalkosten                    KPers            Betrieb, Verfahrenstechnische Betreuung

In der Tabelle 4 sind neben den geschätzten und den tatsächlichen Investitionskosten auch die geschätzten und mit den aktuellen Daten ermittelten Betriebskosten nach ca. einem Jahr Betrieb aufgeführt.

Tabelle 4:        Investitions- und Betriebskosten in den verschiedenen Projektstadien (netto)

 

 

 

Konzept

Entwurf

Vergabe

Festgestellt

Durchsatz

Kostenart

 

 

 

 

m³/h

KInvest

DM

436.000

489.000

451.000

456.000

 

KBetrieb

 

 

 

 

2

Ka

DM/a

219.000

 

 

250.000

 

kges

DM/m³

12,48

 

 

14,30

Die Tabelle 4 zeigt, daß bei einer Konzeption die von Fachingenieuren detailliert durchgeführt wird, im Vorwege für den Auftraggeber eine Kostensicherheit zu erreichen ist. Die Erhöhung der z.Zt. festgestellten Betriebskosten resultiert aus den Sielgebühren, die zu Beginn des Projektes nur zur Hälfte angesetzt werden mußten. Nach Inbetriebnahme der Anlage wurde dann allerdings der volle Gebührensatz fällig, der eine Erhöhung um 2,44 DM/m3 eingeleitetes Stauwasser bewirkte.

10 Fazit

Das von der Umweltbehörde Hamburg in Zusammenarbeit mit der Ingenieurgesellschaft durchgeführte Verfahren

1.    Erstellen eines Realisierungskonzeptes
2.    Durchführung der Planung
3.    Intensive Betreuung der Inbetriebnahme
4.    Durchführung einer Pilotphase
5.    Ingenieurmäßige verfahrenstechnische Betreuung des Betriebes

hat sich bewährt. Da neben der reinen Verfahrenstechnik auch die Peripherie zu betrachten ist und das Umfeld berücksichtigt werden muß, ist im Vorfeld durch Mitwirkung aller Beteiligten, Planungs- und Kostensicherheit zu erhalten. Dies gilt auch für die weitere Betreuung solch einer Maßnahme. Durch die unabhängige Überwachung können Defizite schnell festgestellt und behoben werden ohne das nachteilige Auswirkungen entstehen.

Quellenverzeichnis

/1/   

Enders, R.
Dührkop, H.:

Deponie Eckerkoppel in Hamburg-Farmsen, "Bericht zur Auswertung der übergebenen Daten der Grund- und Stauwasseruntersuchungen der Jahre 1993 - 1995 sowie der Stichtagsmessungen 1995", Prof. Dipl.-Ing. Rudolf Enders Dipl.-Ing. Heinz Dührkop Ingenieurgesellschaft mbH, Erdbaulaboratorium, Hamburg, 15.01.1996

/2/   

Heinrich, D.
Aha, R.:

Deponie Eckerkoppel, Realisierungskonzept zur Stauflüssigkeitsbehandlung; Dr.-Ing. Heinrich Umweltschutztechnik Ingenieurgesellschaft mbH, Hamburg, 13.08.1996

/3/   

ATV:

ATV-Arbeitsblatt A 115, Einleiten von nicht häuslichem Abwasser in eine öffentliche Abwasseranlage, GFA Hennef, Oktober 1994

/4/   

WHG:

Wasserhaushaltsgesetz, Allgemeine Verwaltungsvorschriften nach § 7a WHG Anhang 51, Stand Januar 1994

/5/   

Kassebaum, I. Ochmann, H.
Stauss, H.:

Curslacker Neuer Deich 30 - 36, Erläuterungsbericht, Ochmann & Partner Geotechnik GmbH, Hamburg, Bericht vom 20.09.1995

/6/   

Franzius, V.
et al.:
 (Hrsg.):

Handbuch der Altlastensanierung,
R.v.Decker's Verlag G. Schenk, Loseblattsammlung, Heidelberg, Bonn, Mai 1995

/7/   

Scherr, R.:

Deponie Eckerkoppel, Bericht zur Betreuung der Stauflüssigkeitsbehandlung 22.11.97 -22.03.1998, Abschluß der Pilotphase, AAB Abwassertechnische Anlagen-, Betriebs- und Überwachungsgesellschaft mbH, Hamburg 08.04.1998


[1] Dr.-Ing. Heinrich Umweltschutztechnik Ingenieur GmbH, Große Str. 124 b, 21075 Hamburg
[2] Umweltbehörde Hamburg, Fachamt Altlastensanierung UB/R, Billstr. 84, 20539 Hamburg


 

Heinrich - Beratende Ingenieure in Hamburg, Waiblingen und auf Zypern