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
Teerfabrik Lang, Offenbach: Funnel & Gate mit Bioreaktor
Membranpumpe
27.03.2014
Optimierungsmaßnahmen im Testbetrieb (2)
5
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)
Teerfabrik Lang, Offenbach: Funnel & Gate mit Bioreaktor
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
300
400
500
600
700
800
900
1000
94,40
94,60
94,80
95,00
95,20
95,40
95,60
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
rch
sa
tz [l/h
]W
as
se
rsta
nd
[m
NN
]
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
Optimierungsmaßnahmen im Testbetrieb (3)
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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)
Teerfabrik Lang, Offenbach: Funnel & Gate mit Bioreaktor
Membranpumpe
27.03.2014
Optimierungsmaßnahmen im Testbetrieb (4)
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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
Teerfabrik Lang, Offenbach: Funnel & Gate mit Bioreaktor
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
Teerfabrik Lang, Offenbach: Funnel & Gate mit Bioreaktor 12
Dosierstationen
27.03.2014
Abbauleistung des Reaktors seit Inbetriebnahme
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. 08 Nov. 08 Sep. 09 Jul. 10 Mai. 11 Mrz. 12 Dez. 12
Sch
ad
sto
ffko
nze
ntr
ati
on
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
100,00
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)
15Teerfabrik Lang, Offenbach: Funnel & Gate mit Bioreaktor 27.03.2014
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Sc
ha
ds
toff
-Elim
ina
tio
n [
%]
Schrägklärer
Bioreaktor 1
Bioreaktor 2
Reduktion der Toxizität entlang der Reaktorpassage (Leuchtbakterienhemmtest)
16Teerfabrik Lang, Offenbach: Funnel & Gate mit Bioreaktor 27.03.2014
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
Sch
ad
sto
ffko
nzen
trati
on
PA
K im
R
eakto
rab
lau
f [m
g/l]
SA
K2
54
nm
[1/m
] &
Sau
ers
toff
geh
alt
[m
g/l]
im R
eakto
rab
lau
f SAK 254 nm Sauerstoff PAK
Teerfabrik Lang, Offenbach: Funnel & Gate mit Bioreaktor 17
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
Teerfabrik Lang, Offenbach: Funnel & Gate mit Bioreaktor 20
Schadstoffentwicklung im Gate-Abstrom (GWM21)
���� Reduzierung BTEX-Aromaten / Naphthalin zu 100 %
���� Reduzierung PAK (2-16) und Heterozyklen < 1 µg/l (> 99 %)
27.03.2014
Teerfabrik Lang, Offenbach: Funnel & Gate mit Bioreaktor 21
Schadstoffentwicklung im Gate-Abstrom (GWM14Q)
���� Reduzierung BTEX-Aromaten / Naphthalin zu 100 %
���� Reduzierung PAK (2-16) und Heterozyklen < 1 µg/l (> 99 %)
27.03.2014
Teerfabrik Lang, Offenbach: Funnel & Gate mit Bioreaktor 22
Schadstoffentwicklung im Gate-Abstrom (GWM29)
27.03.2014
Geplante Erweiterung des Funnel&Gate-Systems(Vorzugsvariante aus Variantenstudie)
Teerfabrik Lang, Offenbach: Funnel & Gate mit Bioreaktor 23
∑ 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
27.03.2014Teerfabrik Lang, Offenbach: Funnel & Gate mit Bioreaktor
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
2527.03.2014Teerfabrik Lang, Offenbach: Funnel & Gate mit Bioreaktor
Kontakt:Dipl.-Geow. Tobias Bartelsen, CDM Smith Nü[email protected]