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DDT- und CKW-Grundwasserreinigung

Grundwasserreinigungsanlage zur Sanierung eines DDT- und CKW-Schadens an einem Industriestandort in Norditalien: 9.600 m³ Reinigungsleistung pro Tag

Einleitung/ MotivationDDT Konzentrationen bis ca. 3 µg/l (ppb) zusammen mit Eisenverbindungen in Höhe von 2-10 mg/l (ppm) und Chlororganika von ca. 4,2 mg/l (ppm) strömten über einen längeren Zeitraum von einem Produktionsstandort in Norditalien in den Lago Maggiore ab. Die Schadstoffe insbesondere DDT und dessen Derivate, reicherten sich im Schlamm am Seegrund an.
Aus dem Schlamm freigesetzte Planktonpartikel transportieren diese Pestizide in die menschliche Nahrungskette. Plankton wird von den Seefischen aufgenommen, wobei DDT, DDD und DDE verstärkt im Fettgewebe eingelagert werden. Dies wurde 1996 erstmals durch Untersuchungen an Seefischen verifiziert. Um eine DDT-Anreicherung im menschlichen Organismus zu vermeiden wurde der kommerzielle Fischfang am Lago Maggiore bis auf weiteres untersagt.
Die Gefährlichkeit von DDT besteht in der Affinität zu menschlichen Erbmolekülen, wodurch Genschäden möglich sind.

Zielsetzung

Durch ein Grundwassererfassungssystem, bestehend aus vier Entnahmebrunnen, sollte die Schadstofferfassung am Schadensursprung ermöglicht werden. Aufgrund des starken Grundwasseraufkommens bei einer hohen Durchlässigkeit des Grundwasserleiters ergibt sich eine Gesamtförderleistung von ca. 400 m³/h.
In einer Grundwasserreinigungsanlage, über welche das Grundwasser geleitet wird bevor es im Abstrom der Vorflut zugeleitet wird, müssen die Ausgangskonzentrationen bis auf die folgenden extrem niedrigen Grenzwerte abgereinigt werden:

• DDT bis auf 0,05 µg/l (ppb), Chlororganika bis auf 50 µg/l (ppb) und
• Eisenverbindungen bis auf 0,05 mg/l (ppm)

(Im Betrieb werden die vorgegebenen Grenzwerte deutlich unterschritten. Teilweise sogar bis unter die Nachweisgrenze für den jeweiligen Schadstoff.)

Die hydraulischen Randbedingungen wurden von der Aufsichtsbehörde wie folgt festgelegt:

• Gesamtextraktion 350 m³/h,
• Erfassung an 4 Punkten (100 : 100 : 100 : 50) m³/h,
• Direkteinleitung

DDT Eliminierung im IndustriemaßstabWeltweit sind keine vergleichbaren Sanierungsprojekte bekannt und somit existierten keine übertragbaren Verfahrensdaten. Die Entwicklung der realisierten Anlagenkonfiguration begann im Labormaßstab unter Einbeziehung der bekannten chemisch- physikalischen Eigenschaften der Substanz DDT.
Nach kurzer Zeit wurde zur Annäherung an ein industrietaugliches Anlagenschema ein Pilot-Feldversuch durchgeführt. Mit einer Teilmenge von 5 m³/h wurden sowohl die Wechselwirkungen des vorliegenden Grundwassers im dynamischen Betrieb einer Pilotanlage mit der im Labor-Batch-Betrieb ermittelten Folge unterschiedlich effektiver Verfahrensschritte analysiert als auch die Eignung des geplanten Verfahrens demonstriert.
Ein wesentlicher Arbeitsinhalt während der Entwicklungsphase bestand in der Ermittlung und Aufeinanderabstimmung der jeweiligen Prozeßeinstellzeiten der einzelnen Verfahrensmodule. Besondere Erschwernisse stellten dabei die niederschlagsabhängigen Schwankungen im Schadstoffspektrum dar.
Trotz Befolgung der üblichen DIN-Vorschriften waren zu Beginn des Projektes keine übereinstimmenden Analysen bei parallel arbeitenden Speziallabors zu erhalten. Im Rahmen eines gemeinschaftlichen Projektes wurde ein zuverlässiges Verfahren zur quantitativen Ermittlung von DDT-Spuren in Wasserproben bei einer Empfindlichkeit im Bereich 30 ng/l entwickelt.

Behandlungsprinzip

Die Grundwasseraufbereitung erfolgt in 3 Schritten, bei zunehmendem Eliminierungsgrad der Schadstoffe relativ zu den Ausgangskonzentrationen. Das Anlagenkonzept verbindet mit 3 Hauptmodulen Verfahrenstechnik aus einem Spektrum chemischer (Flockung/ Fällung), physikalischer (Strippung) und physikalisch-chemischer (Filterung, Kontaktkatalyse) Prozesse.

1a. Flockung / Fällung

Eliminierungsgrad 90 % für Fe
Eliminierungsgrad 90 % für DDT

• Modul Enteisenung in der wässrigen Phase

1b. Mehrschichtfiltration

Eliminierungsgrad 99% für Fe

• Katalytische Enteisenung im Feststoffilter

2. Desorption / Adsorption

Eliminierungsgrad 99% für CKW

• Wasser-Luft Strippung und
• Adsorption der beladenen Strippabluft auf Aktivkohle

3. Aktivkohlefilterung

Eliminierungsgrad 99% für DDT

• Aktivkohleadsorption

Aufgrund der gewonnenen Erkenntnisse aus den Pilotversuchen bei 5 m³/h wurde ein mehrstrangiger Anlagenaufbau vorgeschlagen, um die Skalierung auf 350 m³ so risikoarm und schnell wie möglich bewerkstelligen zu können. Die Anlage wurde für den Industriemaßstab in zwei Schritten realisiert:

• Erste Ausbaustufe mit zwei parallelen Strängen zu je 100 m³ (gleichbedeutend mit einem Skalierungsfaktor von ca. 20)
• Zweite Ausbaustufe mit 3 Strängen auf 400 m³/h

Ohne die Möglichkeit einer Zwischenpufferung des behandelten Wassers, konnten beim Anfahren der Anlage von Beginn an die geforderten Reinigungszielwerte erreicht werden. Dank eines effizienten Projektmanagements konnten die kurzen Terminvorgaben des Kunden eingehalten werden. PRANTNER hat dabei neben der Verfahrensentwicklung die komplette Konstruktion, Fertigung bis hin zu Montage und Betrieb der Anlage übernommen. Die Anlage läuft vollautomatisch und ist mit einer SPS und Prozeßvisualisierung ausgestattet. Aktuelle Betriebsparameter können jederzeit per Datenfernübertragung übermittelt werden.

Autoren:
Dr. Stefan Koppe, Jürgen Prantner, Prantner GmbH Verfahrenstechnik, Reutlingen

Veröffentlicht in:
TerraTech 6 Nov/Dez. 1998 (Vereinigte Fachverlage GmbH, Mainz)
CHEManager 1/99 (GIT Verlag, Darmstadt)
Chemie Technik, Nr. 7 1999 (Hüthig GmbH)

"Die Anlage wurde im Jahre 2001 durch die Prantner GmbH Verfahrenstechnik auf eine Reinigungsleistung von 850 m³/h erweitert."