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In-situ thermische Verfahren zur Bodensanierung

Seminararbeit 2006 29 Seiten

Umweltwissenschaften

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

1 Einleitung

2 Grundlagen: Transport und Verbleib von NAPL im Boden

3 Allgemeines über in-situ thermische Verfahren

4 Die Verfahren im Einzelnen
4.1 Dampfinjektion
4.2 Heißluftinjektion
4.3 Electrical Resistance Heating (ERH)
4.4 Radio Frequency Heating (RFH)
4.5 Thermal Conductive Heating (THC)
4.6 In-situ Verglasung (ISV)

5 Zusammenfassung

Quellenverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Zusammenhang von Stoffeigenschaften und Verteilungsgleichgewicht (US EPA 2004)

Abbildung 2: Schema des Aufbaus einer stationären Anlage zur Dampfinjektion (US EPA 2004)

Abbildung 3: Schematische Darstellung einer mobilen Anlage mit Bohrer zur Injektion von Dampf und/ oder Heißluft (US EPA 1997)

Abbildung 4: Schematische Darstellung des Aufbaus einer ERH –Anlage (US EPA 2004)

Abbildung 5: Schema einer Sanierung mit vertikalen festen Wärmequellen (Hiester et al. 2005)

Abbildung 6: Abgassammelhaube (CIRIA 1995)

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1 Einleitung

Der Boden stellt mit seinen Funktionen als Filter, Puffer und Transformator sowie als Standort für Siedlungen, Gewerbe, Industrie, Land- und Forstwirtschaft eine wichtige Grundlage sowohl für das menschliche, als auch für das übrige Leben dar. Dennoch kommt es gerade in Gewerbe und Industrie „durch unsachgemäße Handhabung, Unfälle oder Leckagen“ zu Verunreinigungen des Bodens von be-trächtlichem Ausmaß mit Schadstoffen verschiedenster Art (Winkler 2003). Diese Verunreinigungen beeinträchtigen alle Funktionen des Bodens. Seine Filterfunktion wird umgekehrt und die Nutzung als Standort zu einem Risiko für die Gesundheit des Menschen und für das Funktionieren der Ökosysteme.

Um die von diesen Verunreinigungen ausgehenden Gefahren abzuwehren wurde eine Vielzahl von Sicherungs- und Sanierungstechnologien entwickelt, die sich in verschiedene Kategorien einordnen lassen. Eine Kategorie im Bereich der Sanierungsverfahren stellen die in-situ thermischen Verfahren dar.

Der Ursprung vieler in-situ thermischer Verfahren liegt in der Erdölförderung. Hier wurden sie verwendet um die Ausbeute aus den Erdöllagerstätten zu verbessern (Davis 1998, US EPA 2004).

In der vorliegenden Arbeit sollen zunächst einige Grundlagen zum Wärme- und Stofftransport bei der Anwendung von thermischen in-situ Verfahren zur Boden-sanierung angeführt werden, um danach die generellen Charakteristika der in-situ thermischen Verfahren zu erläutern. Anschließend werden die einzelnen Techno-logien in ihren Funktions- und Wirkungsweisen mit ihren spezifischen Vorteilen und Einschränkungen vorgestellt.

2 Grundlagen: Transport und Verbleib von NAPL im Boden

Wenn NAPL in den Boden gelangen, bildet sich eine so genannte Quellzone aus. In dieser Quellzone liegen die Schadstoffe entweder in freier Phase oder an Bodenteilchen adsorbiert (in der ungesättigten Bodenzone) bzw. im Grundwasser gelöst (in der gesättigten Bodenzone) vor. DNAPLs (dense non-aqueous phase liquids) in freier Phase tendieren dazu, durch die ungesättigte und die gesättigte Bodenzone hindurch zu sinken und sich unterhalb des Grundwasserspiegels auf einer Isolierschicht anzusammeln, während andere NAPLs (und Teile der DNAPLs) durch Kapillarkräfte im porösen Medium in beiden Bodenzonen gehalten werden (US EPA 2004, Gudbjerg 2003).

Abhängig von den physikalischen und chemischen Eigenschaften des NAPLs im Boden stellt sich ein Verteilungsgleichgewicht zwischen flüssigem, adsorbiertem, im Grundwasser gelöstem und in die Bodenluft verflüchtigtem NAPL ein. Beispielsweise kann die substanzspezifische Eigenschaft des Dampfdrucks für die Abschätzung des Verteilungsverhältnisses zwischen flüssigem und gasförmigem bzw. adsorbiertem und gasförmigem NAPL herangezogen werden (US EPA 2004). Welche Stoffeigenschaft welches Verteilungsgleichgewicht beeinflusst, wird aus Abbildung 1 ersichtlich.

In den Boden gelangte NAPL können als Gas, als Flüssigkeit und in Wasser gelöst durch die oben beschriebenen Transportmechanismen verbreitet werden. Während die Schadstoffe in der ungesättigten Bodenzone größtenteils durch die Bewegung des flüssigen NAPLs und Diffusion in die Bodenluft verlagert werden, verteilen sie sich im Grundwasser hauptsächlich durch advektiven Transport. Die Schadstoffe werden jedoch nicht nur verteilt, sondern es finden auch sowohl biologische, als auch abiotische Abbauvorgänge statt. Diese können durch den Einsatz von thermischen Verfahren beschleunigt werden, indem der Boden mäßig auf eine für diese Prozesse optimale Temperatur erwärmt wird (US EPA 1997, US EPA 2004).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Zusammenhang von Stoffeigenschaften und Verteilungsgleichgewicht (US EPA 2004)

In dieser Arbeit sind nur die in-situ thermischen Verfahren zur Sanierung der ungesättigten Bodenzone und somit auch nur die Vorgänge in diesem Bereich von Interesse. Die gesättigte Bodenzone spielt nur insofern eine Rolle, als man eine Verlagerung der Kontamination ins Grundwasser beim Einsatz einer Sanierungs-technologie und eine daraus entstehen Schadstofffahne im Grundwasser möglichst vermeiden möchte.

3 Allgemeines über in-situ thermische Verfahren

In-situ thermische Verfahren zählen zu den neueren Entwicklungen in der Alt-lastensanierung. Konventionellerweise begegnet man Kontaminationen im Erd-reich damit, dass der entsprechende Bereich ausgekoffert wird und der Boden danach entweder ex-situ gereinigt oder deponiert wird. Diese Vorgehensweise ist jedoch nicht immer möglich. So kann es sein, dass die Kontamination zu tief liegt oder ein zu großes Volumen einnimmt, um sie ausheben zu können. Des Weiteren können sich Strukturen wie Wohnhäuser, Industrie- und Gewerbeanlagen in direkter Nähe oder über der Altlast befinden. Diese laufen Gefahr, durch den Vorgang des Auskofferns beschädigt zu werden bzw. machen das Auskoffern ganz unmöglich (Hiester & Schenk 2005, Gudbjerg 2003, Winkler 2003).

Solche Situationen machen den Einsatz von in-situ Technologien notwendig. Die am häufigsten eingesetzte in-situ Methode ist die kalte Bodenluftabsaugung (BLA), die wegen ihres „state-of-the-art“ Status’ bezüglich der Energiebilanz, der Kosten und des Energiebedarfs oft als Vergleichspunkt zur Bewertung innovativer in-situ Verfahren herangezogen wird.

Mit der kalten BLA können leichtflüchtige Stoffe entfernt werden, indem „durch kontinuierliches Absaugen der schadstoffgesättigten Bodenluft … das Desorptions-Adsorptions-Gleichgewicht zwischen fester bzw. flüssiger und gasförmiger Phase gestört [wird, S.V.], so daß vermehrt Schadstoff in die Gasphase übergeht“ (Winkler 2003). Diese Prozedur ist jedoch meist sehr langwierig und ineffizient, gerade wenn es um die Sanierung von NAPL geht. Die Substanzen dieser Stoffgruppe verfügen nämlich über physiochemische Eigenschaften, die ungünstig für die Wirksamkeit einer BLA sind. Zu diesen Eigenschaften gehören geringe Flüchtigkeit und/ oder Löslichkeit, Adsorption an die Bodenteilchen oder Verteilung in der organischen Materie des Bodens. Des Weiteren kann die Effektivität der BLA beeinträchtigt werden, wenn schlecht durchlässige Schichten vorhanden sind. Ist dies der Fall, erfolgt der Schadstoffaustrag mit der BLA nur sehr schleppend, da die Austragsrate von den relativ langsamen und teils unvollständig ablaufenden Diffusionsprozessen des Schadstoffs aus den schlecht in die gut durchlässigen Schichten bestimmt wird (Hiester & Schenk 2005, Parbs & Birke 2005, Gudbjerg 2003, Winkler 2003, Kawala & Atamanczuk 1998).

Diese Einschränkungen der kalten BLA führten dazu, dass innovative Sanierungsverfahren, die auch auf mittel- bis schwerflüchtige Schadstoffe und in wenig permeablen Bereichen eingesetzt werden können, entwickelt wurden. Zu diesen innovativen Entwicklungen gehören die in-situ thermischen Verfahren.

Die meisten in-situ thermischen Verfahren werden unterstützend zur BLA eingesetzt und sind im Allgemeinen zur Sanierung flüchtiger Stoffe (darunter fällt auch das Metall Quecksilber!) geeignet (US EPA 2004). Eine Ausnahme stellt die in-situ Verglasung (ISV) dar: Sie kann auf so gut wie alle Kontaminationen angewendet werden (US EPA 1994).

Generell basiert das Funktionsprinzip aller hier vorgestellten Verfahren, ausgenommen der ISV, auf den positiven Effekten erhöhter Temperatur auf die Eigenschaften der Schadstoffe. Allem voran gehen dabei die Erhöhung des Dampfdrucks und somit auch die Erhöhung der Flüchtigkeit der Schadstoffe bei höheren Temperaturen (Gudbjerg 2003, Winkler 2003).

Eine wichtige Rolle spielt auch das Prinzip der Wasserdampfdestillation:

Der Siedepunkt eines binären Gemischs (ein Gemisch aus zwei oder mehreren nicht vollständig miteinander mischbaren Komponenten, z.B. Wasser und NAPL) liegt tiefer als der Siedepunkt jeder der einzelnen Komponenten. Das bedeutet, dass selbst ein Schadstoff mit hohem Siedepunkt in Anwesenheit von Wasser schon bei Temperaturen unterhalb von 100°C, dem Siedepunkt von Wasser, verdampft werden kann. Dieser Effekt kommt besonders bei der Dampfinjektion zum Tragen, da hier kontinuierlich Wasser in Form von Dampf zugeführt wird. Aber auch bei den anderen in-situ thermischen Verfahren spielt er zumindest anfangs ein Rolle, da im Boden auch immer ein gewisser Anteil an Wasser enthalten ist, welches aber im Laufe der Sanierung durch Verdampfen entfernt wird (Gudbjerg 2003, Winkler 2003, Hiester & Schenk 2005, Parbs & Birke 2005).

Eine Erhöhung der Temperatur wirkt sich auch auf andere Stoffeigenschaften positiv aus und ist somit für die Sanierung günstig. Die Veränderung dieser anderen Stoffeigenschaften spielt aber nur eine untergeordnete Rolle. So führt eine höhere Temperatur zu verringerter Viskosität, Dichte und Adsorption sowie zu erhöhter Wasserlöslichkeit und Diffusion. Zusammenfassend verstärken höhere Temperaturen also die Mobilität der Schadstoffe, wodurch die Substanzen leichter entfernbar werden (Parbs & Birke 2005, Gudbjerg 2003).

Generell bedürfen alle Anlagen für in-situ thermische Verfahren einer Abgas-behandlung. Bevor die Bodenluft in die Atmosphäre entlassen werden kann, müssen die zusammen mit der Bodenluft extrahierten Schadstoffe aus dieser entfernt werden (CIRIA 1995). Des Weiteren erfordern manche Verfahren, wie z.B. die ISV, eine Einrichtung zum Auffangen der austretenden Gase (US EPA 1994).

Ein Vorteil von allen in-situ thermischen Verfahren liegt darin, dass Kosten, Aufwand, Umweltauswirkungen und die Gefahr der Verbreitung der Kontamination, verursacht durch Auskoffern und Deponieren, entfallen. Des Weiteren sind sie, wie oben schon erläutert, auch an schwierigen Standorten einsetzbar (CIRIA 1995, Winkler 2003, Hiester & Schenk 2005).

Ebenfalls ist allen in-situ thermischen Verfahren gemein, dass sie gegenüber der kalten BLA schneller und effektiver sind. Bezogen auf das Sanierungsergebnis haben sie einen geringeren Energiebedarf. Dies wirkt sich günstig auf die Kosten-entwicklung aus. Zahlreichen Experimente, z.B. von Hiester & Schenk (2005) oder Heron et al., zeigen die Vorteile der in-situ thermischen Verfahren auf. So haben Hiester & Schenk die ökologischen und ökonomischen Vorteile der Methoden TUBA (Dampfinjektion) und THERIS (Erwärmung mit Hilfe von festen Wärmequellen) untersucht und Heron et al. (1998) haben sich mit Electrical Resistive Heating (ERH) beschäftigt.

4 Die Verfahren im Einzelnen

4.1 Dampfinjektion

Funktionsprinzip

Das Verfahren der Dampfinjektion, oft auch Dampfstripping genannt, nutzt den Vorteil der großen Wärmekapazität des Wärmeträgermediums Dampf aus. Der Dampf wird in den Boden injiziert und trifft dort auf eine Oberfläche, deren Temperatur niedriger als die Siedetemperatur von Wasser ist. Der Dampf kondensiert und gibt dabei Wärme an das Korngerüst des Bodens ab, wodurch sich dieses erwärmt. Hat sich ein Bereich auf Wassersiedetemperatur erwärmt, kann der Wasserdampf nun ohne zu kondensieren diesen Bereich passieren und kondensiert erst an tiefer liegenden Schichten, was wiederum zu einer Erwärmung dieses Bereichs führt. Es bildet sich also eine Kondensationsfront aus, die sich immer weiter in das Bodeninnere verschiebt (Gudbjerg 2003, Winkler 2003)

Dampfinjektion wird immer in Verbindung mit BLA angewandt. Eventuell wird auch der Einsatz einer Wasserextraktionseinrichtung notwendig (Gudbjerg 2003).

Die Entfernung der Schadstoffe erfolgt durch eine Verlagerung in Richtung der Extraktionsbrunnen. Diese Verlagerung beruht auf „continuous vaporization and condensation“ (Gudbjerg 2003). Sobald NAPL in Kontakt mit Dampf kommt, verdampft der Schadstoff und wird in der Gasphase in Richtung des durch die BLA/ Wasserextraktion angelegten niedrigeren Drucks bewegt. In kälteren Bereichen kondensiert er wieder zusammen mit dem Wasserdampf. Gudbjerg (2003) bezeichnet diesen Mechanismus als „frontal removal“.

In gering permeablen Bereichen kann dieser Mechanismus nicht zum Tragen kommen, da der Dampf die Schadstoffe gar nicht erst erreicht. Hier ist eher die Erwärmung des wenig durchlässigen Bereichs durch Konduktion aus dem direkt erwärmten durchlässigen Bereich maßgebend. Das Sieden und somit auch das Verdampfen setzen ein, sobald in der gering permeablen Zone der Siedepunkt von Wasser und NAPL erreicht ist. Gelangt der aus der undurchlässigen Zone kommende NAPL-Dampf die Dampfzone (permeabler Bereich), wird er wie oben beschrieben in Richtung des Extraktionsbrunnens bewegt (Gudbjerg 2003).

Weiterer Schadstoffaustrag erfolgt durch direkte NAPL-Bewegung und durch Entfernung zusammen mit der extrahierten Bodenluft, wenngleich dies nicht die dominierenden Mechanismen sind (Gudbjerg 2003).

Applikation

Es gibt zwei Möglichkeiten den Dampf in den Boden zu bringen:

a) Mit einer mobilen Anlage, bei der Dampf und heiße Luft durch Schneideblätter, die an einem Stangenbohrer angebracht sind, in den Boden injiziert werden. Hierfür wird ein Prozessturm benötigt, der die verschiedenen Bestandteile der Anlage enthält, deren Aufgaben darin bestehen den Boden zu lockern, den Dampf zu injizieren und die abgelösten Schadstoffe zu entfernen (CIRIA 1995, US EPA 1997).
b) Mit einer stationären Anlage, bei der der Dampf durch Injektionsbrunnen direkt in den kontaminierten Bereich oder unterhalb von diesem in den ungestörten Boden appliziert wird. Der Abstand der einzelnen Injektionsbrunnen ist dabei abhängig von der Permeabilität des Bodens (CIRIA 1995, US EPA 1997). Bei kleineren Anwendungen werden die Injektionsbrunnen meist ringförmig im unkontaminierten Bereich um einen Extraktionsbrunnen herum angelegt. Die Platzierung der Injektionsbrunnen im sauberen Bereich verhindert eine Ausbreitung der Kontamination (US EPA 2004). In Abbildung 2 ist der Aufbau einer solchen Anlage schematisch dargestellt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2: Schema des Aufbaus einer stationären Anlage zur Dampfinjektion (US EPA 2004)

Wichtige Parameter für eine erfolgreiche Sanierung sind die Einstellung des richtigen Dampfdrucks, die Dampfqualität bzw. –sättigung (Normalerweise wird 100% gesättigter Dampf verwendet) und die Fähigkeit der Anlage Dampf zumindest so lange kontinuierlich zuzuführen, bis der Dampf am Extraktions-brunnen durchbricht (US EPA 2004). Danach besteht die Möglichkeit den Dampf in Zyklen zuzuführen, was Berichten von einigen Anwendungen zufolge einen positiven Effekt auf die Austragsrate haben soll. Dies wurde aber noch nicht experimentell nachgewiesen und es gibt auch noch keine Erklärungsansätze für einen entsprechenden Mechanismus (Gudbjerg 2003).

Vorteile und Einschränkungen

Die Vorteile der Dampfinjektion liegen zum einen darin, dass bei dieser Methode sowohl Wärme als auch Druck (durch den Einsatz der BLA) eingesetzt werden um die Schadstoffe in der NAPL-, wässrigen und Gasphase zu entfernen. Des Weiteren ist diese Technologie schon seit einem früheren Zeitpunkt ausgereift als andere thermische Methoden (US EPA 1997). Es konnten also schon wesentlich mehr Erfahrungen mir dem Einsatz dieser Technologie gesammelt werden.

Einschränkungen erfährt diese Technologie vor allem durch geologische Gegeben-heiten. Böden mit größeren, wenig permeablen Bereichen lassen kein gleich- mäßiges Vorankommen der Kondensationsfront zu (US EPA 1997). Allerdings ist diese Problematik bei einer mobilen Anlage, bei der der Boden während der Dampfinjektion durchmischt wird, nicht so schwerwiegend wie bei einer stationären Anlage ohne Bodendurchmischung (CIRIA 1994). Um diesem Problem zu begegnen, gibt es für stationäre Anlagen die Möglichkeit die Dampfinjektion mit einem anderen thermischen Verfahren, bspw. dem Electrical Resistance Heating, zu kombinieren um dem Problem zu begegnen (US EPA 2004).

Außerdem besteht bei diesem Verfahren die Gefahr einer Abwärtsbewegung der Kontamination. Gründe hierfür sind einerseits die durch die höheren Temperaturen verringerten Kapillarkräfte, so dass vormals festgehaltene Tröpfchen nun frei-kommen (Gudbjerg 2003), und andererseits die bei der Kondensation stattfindende Akkumulation von Wasser und Schadstoff an der Kondensationsgrenze, was eine Verlagerung der Flüssigkeiten, besonders von DNAPL, Richtung Schwerkraft zur Folge hat (Gudbjerg 2003, Winkler 2003, Parbs & Birke 2005). Aus diesem Grund ist es von Vorteil, wenn sich unter der Kontamination eine Isolierschicht befindet, die eine solche Abwärtsverlagerung in tiefere Tiefen verhindert (US EPA 1997). Um einer Abwärtsbewegung entgegenzuwirken kann statt Sattdampf auch ein Dampf-Heißluft-Gemisch appliziert werden. Dadurch wird ein zusätzlicher Schad-stoffaustrag mit nicht-kondensierbarer Luft, ein geringerer Temperaturgradient an der Wärmefront und eine geringere Geschwindigkeit der Wärmefront gegenüber der Kondensationsfront erreicht (Gudbjerg 2003, Winkler 2003, Parbs & Birke 2005).

Eine letztere Einschränkung der Dampfinjektion besteht darin, dass der Boden längere Zeit nach Abschluss der Anwendung noch erhöhte Temperaturen aufweist. Diese Restwärme kann die Wiederaufnahme der Nutzung verzögern und auch den biologischen Abbau der residualen Kontamination unterbinden (US EPA 1997).

4.2 Heißluftinjektion

Funktionsprinzip

Das Funktionsprinzip der Heißluftinjektion ist ähnlich dem der Dampfinjektion. Die Injektion heißer Luft führt zu einem Temperaturanstieg im Boden, wodurch sich die Schadstoffe verflüchtigen und somit in die Gasphase gelangen. Per Advektion, bedingt durch den Einsatz von BLA, werden sie dann in Richtung des Extraktions-brunnens befördert. Die Schadstoffe, die sich in für den Gasfluss unzugänglichen, wenig permeablen Bereichen befinden, gelangen durch die relativ zur Advektion langsamere Diffusion in die Bodenluft. Durch die erhöhten Temperaturen im Boden verdampft auch das im Boden vorhandene Wasser, der Boden trocknet zu-nehmend aus. Dies wirkt sich positiv auf die Schadstoffaustragsrate aus, da auf diese Weise die Permeabilität des Bodens erhöht wird und die Gase so den Untergrund besser durchströmen können (US EPA 1997).

Applikation

Analog zur Dampfinjektion kann die Heißluft entweder durch feste Injektions-brunnen oder durch Stangenbohrer zugeführt werden. Die entstehenden Abgase werden behandelt, bevor sie entweder entlassen oder wieder erhitzt und dem Boden erneut zugeführt werden. Abbildung 3 zeigt schematisch eine mobile Anlage mit Bohrer wie sie sowohl bei Dampf- als auch bei Heißluftinjektion ein-gesetzt werden kann.

Die Heißluftinjektion kann ebenso wie die Dampfinjektion mit anderen Verfahren kombiniert werden (US EPA 1997).

Vorteile und Einschränkungen

Der große Vorteil der Heißluftinjektion ist ihr geringer Kostenaufwand, da heiße Luft sehr viel leichter zur Verfügung gestellt werden kann als 100% gesättigter Dampf.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3: Schematische Darstellung einer mobilen Anlage mit Bohrer zur Injektion von Dampf und/ oder Heißluft (US EPA 1997)

Andererseits ist heiße Luft aufgrund ihrer geringen Wärmekapazität kein besonders gut geeignetes Wärmeträgermedium, weshalb sie den Boden nur mit geringer Effizienz erwärmt (US EPA 1997). Daher ist diese Methode auch nur bei VOCs (Volatile Organic Compounds) sinnvoll anzuwenden (US EPA 1997).

4.3 Electrical Resistance Heating (ERH)

Funktionsprinzip

Beim Electrical Resistance Heating (ERH) wird Strom durch den Untergrund geleitet. Die elektrische Energie wird aufgrund des natürlichen Widerstandes des Bodens durch Ohm’sche bzw. Widerstandsverluste in Wärme umgewandelt, was eine Erwärmung der Bodenstruktur hervorruft. Durch die Temperaturerhöhung kommt es zur Verdampfung des im Boden enthaltenen Wassers und zu einem wie bei der Dampfinjektion beschrieben Dampfstripping. Außerdem erfolgt eine direkte Verflüchtigung der Schadstoffe. Die entstehenden Dämpfe werden wiederum durch BLA abgesaugt (US EPA 1997, US EPA 2004).

Heron et al. (1998) konnten anhand einer experimentellen Sanierung von relativ flüchtigem Trichlorethylen zeigen, dass es nicht notwendig ist den Siedepunkt des zu sanierenden Schadstoffes zu erreichen um eine hinlängliche Austragsrate zu erzeugen. Dies ist auch sehr viel versprechend für Schadstoffe mit höherem Siedepunkt.

Die in den Boden einzutragende Leistung und der Widerstand des Bodens stehen in einem antiproportionalen Verhältnis zueinander. Das heißt je größer der natürliche Widerstand des Bodens, desto geringer die notwendige Leistung. Denn je größer der Widerstand, desto größer die Widerstandsverluste und desto mehr elektrische Energie wird in Wärme umgesetzt. Der Widerstand des Bodens wird vom Wassergehalt, der Konzentration von gelösten Salzen im Wasser bzw. dem Ionengehalt des Wassers und der Ionenaustauschkapazität des Bodens bestimmt. Des Weiteren ist der Bodenwiderstand abhängig von der Temperatur, da die Ionenmobilität mit zunehmender Temperatur steigt und der Widerstand so verringert wird (US EPA 2004). Generell sind tonige Böden von höherer Konduktivität und werden deshalb bevorzugt erwärmt. Aus diesem Grund eignet sich das ERH sehr gut zur Sanierung dieser gering permeablen Bodentypen (Parbs & Birke 2005).

Applikation

Eine ERH-Anlage besteht in der Regel aus einer BLA und aus Bodenelektroden, die im Dreieck oder Hexagon angeordnet sind. An die verschiedenen Elektroden wird entweder eine drei- oder sechsphasige Elektrizität angelegt (Parbs & Birke 2005), um den Strom in den Boden zu leiten. Teilweise ist es sinnvoll zusätzlich eine Wasserextraktion zu installieren um den Grundwasserspiegel während der Anfangsphase, also vor Erreichen der Siedetemperatur des Wassers, zu senken. Um den guten elektrischen Kontakt zu erhalten und eine exzessive Austrocknung des Bodens oder einen Spannungsabfall an den Elektroden zu verhindern, wird während der Anwendung Wasser mit einer geringen Salzkonzentration in den Boden injeziert. Die elektrische Energie wird dem Haushalts-Stromnetz entnommen und dem Boden über eine „Power Control Unit“ (US EPA 2004) zugeführt. Die Power Control Unit verhindert, dass der Strom in Bereiche außerhalb des zu sanierenden Bereichs oder in darüber liegende Bereiche abwandert. Abbildung 4 zeigt schematisch den Aufbau einer ERH-Anlage.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 4: Schematische Darstellung des Aufbaus einer ERH –Anlage (US EPA 2004)

Aufgrund der hohen angelegten Spannungen ist in der Nähe von hoch entwickelten oder industriellen Gebieten Vorsicht geboten. Außerdem sollten zur Arbeitssicherheit alle elektrisch leitenden Teile mit einem Leiter aus Kupfer, der geerdet ist, miteinander verbunden werden. (US EPA 2004)

Vorteile und Einschränkungen

Das Verfahren der ERH wird durch die Versorgung des Systems mit gewöhnlichem Strom aus dem Haushaltsnetz zu anderen Methoden konkurrenzfähig und die Kosten bleiben gering. Auch eignet sich diese Technologie gut um durch mäßige Bodenerwärmung biologische Abbauprozesse zu fördern. In diesem Fall bedarf es nur sehr dünner Elektroden, so dass die Bodenstruktur bei der Installation nur wenig gestört wird (US EPA 1997).

Da die mit diesem Verfahren erreichbare Temperatur auf 100°C beschränkt ist, ist ein ausreichendes Verdampfen schwerflüchtiger Schadstoffe nahezu unmöglich. Des Weiteren muss eine vollständige Austrocknung des Bodens vermieden werden, da die Erwärmung sonst ungleichmäßiger erfolgt und somit auch die Effizienz abnimmt (US EPA 1997).

4.4 Radio Frequency Heating (RFH)

Funktionsprinzip

Radio Frequency Heating (kurz RFH) kann entweder mit nieder- oder mit hochfrequenten elektro-magnetischen Feldern betrieben werden (Kawala & Atamanczuk 1998). Beide Vorgehensweisen haben spezifischen Vor- und Nachteile.

Dieses Verfahren nutzt wie das ERH auch die ohm’sche Widerstandserwärmung um die Temperatur im Boden zu erhöhen. Die maßgebende Rolle spielt hier jedoch das Prinzip der dielektrischen Erwärmung, welches auch von im Haushalt gebräuchlichen Mirkowellenöfen ausgenutzt wird. Damit diese Prinzip seine Wirkung entfalten kann. Muss als unbedingte Voraussetzung in der zu er-wärmenden Materie, egal ob Lebensmittel oder kontaminiertes Bodenvolumen, Wasser mit seinen Dipoleigenschaften enthalten sein. Durch die Einwirkung von Mikrowellen werden die Wassermoleküle in verstärkte Schwingung versetzt. Die verstärkte Bewegung der Moleküle lässt Reibungswärme entstehen. Je gleichmäßiger also das Wasser in der (Boden-)Matrix verteilt ist, desto gleichmäßiger verläuft auch die Erwärmung.

Wasser spielt demnach beim RFH sowohl „für die die Bodenerwärmung verursachende Energieabsorption als auch für die chemisch-physikalischen Mechanismen des Schadstoffaustrags (Verdunstung/ Verdampfung, Träge-rdampfdestillation, Dampfstripping)“ eine entscheidende Rolle (Jütterschenke 1999).

Bei der Anwendung von Mikrowellen (= hochfrequente elektromagnetische Wellen) beschreiben Kawala & Atamanczuk (1998) den Prozess der Bodenerwärmung und des Schadstoffaustrags wie folgt:

Zunächst wird der Boden in unmittelbarer Nähe der Quelle der elektro-magnetischen Wellen (EM-Wellen) erwärmt, woraus ein rasches Verdampfen von Schadstoffen und Wasser in diesem Bereich resultiert. Die entstehenden Dämpfe werden von der BLA entfernt. Sobald der Boden in dieser Anfangszone ausgetrocknet und auch von Schadstoffen gereinigt ist, kann er aufgrund der Abwesenheit von Wasser die Energie der Mikrowellen nicht mehr effizient absorbieren. Die EM-Wellen können nun weiter in das Bodenvolumen eindringen und ein erneuter Verdampfungsprozess beginnt. So entsteht eine Schadstoff-Entfernungs-Front, die sich immer weiter in das Bodenvolumen ausbreitet.

Mit der RFH können weit höhere Temperaturen als mit der Dampf- oder Heißluft-injektion erreicht werden. Temperaturen von 150 bis 200°C sind ohne weiteres erreichbar und sogar 400°C sollen möglich sein (US EPA 1997)

Applikation

Die grundlegenden Elemente einer RFH-Anlage sind die Elektroden mit ein oder mehreren Radiofrequenz-(RF)-Generatoren und ein System zur Absaugung der Bodenluft. Die Elektroden zur Erzeugung des elektromagnetischen Feldes liegen entweder auf der Oberfläche oder befinden sich senkrecht im Boden (US EPA 1997). Zusätzlich empfiehlt sich eine Oberflächenabdichtung um die austretenden Gase einfangen und um die Wärmeverluste zu verringern (Jütterschenke 1999).

Die Elektroden können entweder alle gemeinsam von einem Radiofrequenz-generator oder jeweils einzeln von einem eigenen, kleineren Generator versorgt werden. Kawala & Atamanczuk (1998) empfehlen letzteres, da solch ein System flexibler und unanfälliger gegen Störungen ist. Bei Ausfall eines einzelnen Generators fällt nicht das ganze System aus und auch zur Störungsbehebung muss nicht die komplette Anlage abgeschaltet werden.

Die Auswahl der Betriebsfrequenz erfolgt bei jeder Anwendung individuell „in Abhängigkeit von der Geometrie des Erregerfeldes sowie von den dielektrischen Eigenschaften des Bodens“, als auch in Abhängigkeit von der Verfügbarkeit der jeweiligen Frequenzen (Jütterschenke 1999).

Dabei ist Folgendes zu bedenken:

- Mit einer niedrigen Frequenz wird eine hohe Eindringtiefe, aber geringe Erwärmungsrate des Bodens erreicht.
- Die Energie hochfrequenter elektromagnetischer Felder wird weitestgehend direkt an der Stoffoberfläche absorbiert wird und dringt somit nicht weit in die Materie ein. Dafür erreicht man eine hohe Erwärmungsrate des Bodens (Jütterschenke 1999).

Vorteile und Einschränkungen

Die Vorteile der RFH sind zahlreich. Zum einen ist sie auch dort „einsetzbar, wo Umweltschäden auf zivilen oder militärischen Altlasten partiell bei weitestgehender Nutzung des Geländes behoben werden müssen“ (Jütterschenke 1999). Des Weiteren können mit RFH höhere Temperaturen als mit konkurrierenden Methoden erreicht werden, so dass die Sanierung aufgrund größerer Erwärmungs-raten schneller von statten geht (US EPA 1997). Außerdem ist positiv anzumerken, dass keine Wärmeträgermedien injiziert werden müssen wodurch einerseits die Gefahr einer Kontaminationsausbreitung vermindert wird (US EPA 1997) und andererseits keine zusätzlichen Medien kontaminiert werden (UFZ 2001). Der Einsatz der RFH ist sowohl zur Unterstützung der BLA, als auch zur Förderung von biologischen Abbauprozessen möglich (UFZ 2001).

Der Nachteil dieser Technologie ist, dass durch die intensive Austrocknung des Bodens Veränderungen der Bodenstruktur und somit auch der Boden-eigenschaften verursacht werden können (US EPA 1997).

4.5 Thermal Conductive Heating (THC)

Funktionsprinzip

Das Verfahren des Thermal Conductive Heating (kurz THC oder auch ISTD, In-situ Thermal Desorption) arbeitet mit festen Wärmequellen, die in den Boden eingebracht oder an der Oberfläche der Kontamination aufgelegt werden (US EPA 1997). Die Wärme wird, wie der Name schon sagt, größtenteils durch Konduktion in den Untergrund gebracht. Aber auch konvektiver Wärmetransport tritt auf, sobald das im Boden vorhandene Wasser zu verdampfen beginnt (US EPA 2004, Parbs & Birke 2005). Der Hauptmechanismus des Schadstoffaustrags ist hier die Überführung der Schadstoffe in die Gasphase durch die Erhöhung der Dampfdrücke der Substanzen (US EPA 1997). Die Schadstoff- und Wasserdämpfe werden, wie auch bei den anderen Verfahren, durch BLA aus dem Boden entfernt.

Die Verflüchtigung der Schadstoffe ist jedoch nicht der einzige für die Sanierung relevante Mechanismus. Mit konduktiver Erwärmung können Temperaturen von 500°C erreicht werden, so dass im Boden befindliche Schadstoffe entweder direkt im Untergrund oxidiert oder pyrolisiert werden. Somit stellt die konduktive Erwärmung auch eine in-situ Destruktionsmethode dar (US EPA 2004, Parbs & Birke 2005)

Die Konduktivität ist bei allen Bodentypen in etwa gleich ausgeprägt, so dass es zu keinen großen Unterschieden in der Geschwindigkeit der Wärmeausbreitung bei Anwendung dieses Verfahrens auf unterschiedlichen Böden kommt. Lediglich der Wassergehalt des Bodens beeinflusst die Fähigkeit zur Konduktion, da sich die Konduktion sich mit abnehmender Wassersättigung verringert (US EPA 2004).

Mit fortlaufender Dauer der Anwendung nimmt jedoch der Wassergehalt des Bodens durch Verdampfungsprozesse ab, so dass mit höheren Temperatur-gradienten gearbeitet werden muss um die benötigte Energie auch weiterhin in den Boden leiten zu können. Andererseits kann sich diese Austrocknung auch positiv auf den Schadstoffaustrag auswirken, da es wegen des Wasserverlustes zur Schrumpfung des Bodens und Ausbildung von Rissen kommt, wodurch die Permeabilität des Untergrundes vergrößert wird (US EPA 2004)

Applikation

Als feste Wärmequellen im Boden können z.B. elektrisch betriebene Heizelemente oder geschlossene Rohrsysteme, durch die unter Überdruck stehendes heißes Wasser gepumpt wird, genutzt werden (Winkler 2003). Für die Oberflächen- anwendung wird meist eine „thermal blanket“ (US EPA 1997), eine thermische Decke, die gleichzeitig als Oberflächenabdeckung fungiert, verwendet. Die horizontale Beheizung mit einer thermischen Decke findet bei Kontaminationen von bis zu einem Meter Tiefe Anwendung. Bei tiefer liegenden Verunreinigungen werden vertikal im Boden befindliche Heizelemente eingesetzt (Parbs & Birke 2005).

Der optimale Abstand der eingebrachten Heizelemente zueinander bestimmt sich durch Schadstofftyp, Tiefe der Kontamination, Bodentyp, Wassergehalt, Leistung der Anlage, der gewünschten Minimaltemperatur zwischen den Heizelementen und der gewünschten Zeit bis zum Erreichen der Minimaltemperatur (US EPA 2004).

Wie oben schon erwähnt, wird die THC im Zusammenspiel mit BLA angewendet. In manchen Fällen ist es jedoch, wie bei einigen anderen Verfahren auch, notwendig nicht nur die Bodenluft, sondern auch das Grundwasser zu extrahieren um das behandelte Bodenvolumen zumindest in der Anfangsphase, also vor Erreichen des Siedepunktes von Wasser, zu entwässern (US EPA 2004). Abbildung 5 zeigt schematisch eine Sanierung mit festen Wärmequellen am Beispiel des Forschungsvorhabens THERIS (Technologieentwicklung zur thermischen in-situ Sanierung gering durchlässiger Böden) des Instituts für Wasserbau der Universität Stuttgart.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 5: Schema einer Sanierung mit vertikalen festen Wärmequellen (Hiester et al. 2005)

Eine von Winkler (2003) durchgeführte Untersuchung deutet darauf hin, dass sich eine Kombination von Erwärmung mittels THC und Dampfinjektion als sehr günstig erweisen könnte. Der zeitlich hinter der konduktiven Erwärmung erfolgende Einsatz der Dampfinjektion verbessert den Wärmetransport, vergrößert die Reich-weite der konduktiven Erwärmung und trägt „durch den zusätzlichen Eintrag von Wasser und der Verdampfungsenthalpie des Sattdampfs erheblich zur Erhöhung der Sanierungsleistung“ bei (Winkler 2003). Gerade für eine Anwendung in heterogenem Untergrund bietet sich diese Kombination an, da gering permeable Bereiche, in denen der Dampf nicht strömen kann, mittels konduktiver Erwärmung gereinigt werden, „während in besser permeablen Bereichen die Dampfinjektion zu einer effektiven Verdampfung von Schadstoff und einer guten Abtransport-möglichkeit der in den gering permeablen Bereichen verdampften Massenanteile bietet“ (Winkler 2003).

Vorteile und Einschränkungen

Das THC zeichnet sich durch seine einfache Implementierbarkeit und die damit verbundenen niedrigen Kosten aus (US EPA 1997). Die im Boden erzeugte Temperatur lässt sich vergleichsweise leicht regeln (Winkler 2003). Des Weiteren kann nach den Versuchen von Winkler davon ausgegangen werden, dass die Gefahr einer Kontaminationsverlagerung in das Grundwasser durch den Einsatz von festen Wärmequellen „als gering einzustufen“ (Winkler 2003) ist.

Jedoch besteht bei dieser Technologie die Gefahr der irreversiblen Veränderung der Bodeneigenschaften. Bodentypen, die hohe Anteile an Tonmineralien besitzen, können einerseits durch den Wasserentzug und das Erhitzen auf Temperaturen über 200°C ihre Quellfähigkeit verlieren (Winkler 2003). Andererseits können im Boden vorhandene Eisenformen mit Kristallwasser zu Eisen-III-Oxid oxidiert werden. Deshalb ist „eine mögliche dauerhafte Veränderung der Bodenstruktur bei der Sanierungsplanung zu berücksichtigen, die neben anderen Wasser-speichereigenschaften auch ein anderes Belastungsverhalten aufweisen kann“ (Winkler 2003).

4.6 In-situ Verglasung (ISV)

Funktionsprinzip

Im Gegensatz zu den anderen in-situ thermischen Verfahren zielt die in-situ Verglasung (Englisch in-situ vitrification, kurz ISV) nicht darauf ab, die Schadstoffe zu mobilisieren und sie dann mittels BLA aus dem Untergrund entfernen. Das Ziel ist, organische Stoffe zu pyrolisieren und anorganische Substanzen zu immobilisieren.

Dies wird erreicht, indem das betroffene Erdreich mittels elektrischer Energie auf sehr hohe Temperaturen (1.600 – 2000 °C, CIRIA 1995) erhitzt wird. Dadurch schmilzt die Bodenmaterie und Kohlenstoffverbindungen werden pyrolisiert. Nach dem Abkühlen der geschmolzenen Masse bleibt ein massiver Glaskörper zurück, in dem die anorganischen Schadstoffe, die nicht durch Pyrolyse destruiert werden können, festgesetzt sind. Im Vergleich zum vorher vorhandenen Bodenvolumen hat dieser Glaskörper ein um 20 bis 45 Prozent kleineres Volumen. Dieses Endprodukt ist unerreicht in seiner strukturellen Stärke, seiner geringen Biotoxizität, seiner Resistenz gegen sowohl Wettereinflüsse als auch gegen chemische Auslaugungsprozesse und in seiner Lebenserwartung, die in der Größenordnung von geologischen Zeitspannen liegt (COPA BBS 1996).

Da die Kontamination bei dieser Technologie nicht durch Mobilisierung entfernt werden soll, wird bei der ISV auch keine BLA benötigt. Dennoch ist eine Abgas-behandlung unbedingt notwendig, da die organischen Substanzen in der Regel zu einfachen Gasen pyrolisiert werden. Diese steigen entweder durch die Schmelzmasse selbst oder das benachbarte Erdreich auf und werden an der Oberfläche mit einer Abgassammelhaube eingefangen und einer Abgas-behandlung zugeführt (US EPA 1994). Abbildung 6 zeigt eine solche Abgassammelhaube.

Anwendbar ist die ISV auf die verschiedensten Bodentypen und auf alle Arten von Kontaminationen (organisch, anorganisch, radioaktiv) (US EPA 1994). Be-einträchtigt wird eine Anwendung dieses Verfahrens vor allem durch größere Mengen an Wasser im Boden, da in dieser Situation die zugeführte elektrische Energie zunächst zum Verdampfen des Wassers verbraucht wird. Daraus resultieren ein erhöhter Energiebedarf und eine längere Sanierungszeit. Dagegen hat die Schadstoffzusammensetzung im Boden kaum Einfluss auf den Prozess der Verglasung selbst, ist aber für die Abgasbehandlung relevant (US EPA 1994).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 6: Abgassammelhaube (CIRIA 1995)

Applikation

Die zum Erhitzen des Bodens benötigte elektrische Energie wird meistens über vier im Quadrat angeordnete Graphitelektroden in den Boden appliziert (COPA BBS 1996). Zu Beginn der Anwendung werden Pfade aus leitfähigem Graphit (so genannte Starter Paths), die die Elektroden verbinden, auf die Oberfläche aufgelegt. Neben Graphit enthalten diese Starter Paths auch Glassfritten. Sobald die Elektroden mit Energie versorgt werden, leiten das Graphit und die Glassfritten die Energie in den Boden. So wird der umliegende Boden erhitzt und geschmolzen. Geschmolzene Erde ist ebenfalls leitfähig, wodurch weiteres Erd-reich sowohl weiter in die Tiefe als auch in die Breite gehend geschmolzen werden kann. Mit Voranschreiten des Schmelzprozesses können auch die Elektroden, die anfangs nur eine geringe Eindringtiefe haben, weiter nach unten durch die geschmolzenen Masse vordringen und tiefere Bereich mit elektrischer Energie versorgen. Wenn die gesamte kontaminierte Zone eingeschmolzen ist, werden Energieversorgung und somit auch die weitere Erhitzung eingestellt. Die ge-schmolzene Masse beginnt abzukühlen. Die Elektroden werden kurz oberhalb der Oberfläche abgeschnitten, verbleiben also in der geschmolzenen Masse und werden Teil von ihr (US EPA 1994). In Abbildung 7 sind die einzelnen Ablaufphasen der Sanierung anschaulich dargestellt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 7: Phasen der ISV –Anwendung (CIRIA 1995)

ISV kann sowohl direkt in-situ oder, bei Kontaminationen von geringem Tiefgang, auch im ausgekofferten und in speziell vorbereiteten Zellen mit fester Umwandung gelagertem Erdreich angewendet werden (US EPA 1994). Letzteres stellt jedoch keine in-situ Sanierung mehr dar.

Die Anwendung der ISV selbst wird wenig durch die Schadstoffzusammensetzung im Boden beeinflusst. Aber es gibt es eine Reihe von weiteren wichtigen Voraussetzungen für die Anwendung dieser Technologie bzw. Einschränkungen, die den Einsatz der ISV erschweren:

- Der behandelte Boden sollte einen ausreichenden Gehalt an einerseits leitfähigen Kationen wie K+, Li+ und Na+ und andererseits an Glas bildenden Elementen wie Al und Si haben. In den allermeisten Fällen ist diese Voraussetzung erfüllt. Sollte dies einmal nicht der Fall sein, können diese Elemente dem zu behandelndem Volumen zugefügt werden (US EPA 1994).
- Der Anteil an organischen Substanzen im betroffenen Volumen sollte einen bestimmten Prozentsatz nicht übersteigen, da sonst das Leistungs-vermögen der Abgasbehandlung überstiegen würde (COPA BBS 1996).
- Die Anwesenheit von großen metallischen Objekten oder Akkumulationen kann zu Kurzschlüssen zwischen den Elektroden führen (CIRIA 1995).
- Große Mengen an brennbaren Feststoffen und Flüssigkeiten sowie größere Hohlräume im Boden, z.B. eingegrabene Fässer, können ebenfalls zu erhöhter Gasentwicklung führen und das Abgasbehandlungssystem über-lasten (CIRIA 1995, US EPA 1994).
- Das behandelte Gelände sollte nicht mehr als 5% Gefälle und Höhenunterschiede von maximal 15 cm aufweisen (CIRIA 1995).

Neben der oben beschriebenen, „klassischen“ Methode gibt es auch weitere Verfahren um kontaminierten Boden zu verglasen. Ein Beispiel ist das „planar melting“. Dabei werden die Starter Paths in Löcher, die zuvor in den Boden gebohrt wurden, gefüllt. Diese Bohrlöcher befinden sich in Ebenen entweder neben der Kontamination oder darunter und darüber. In dieser Anordnung beginnt der Schmelzvorgang von zwei Seiten und nach einiger Zeit vereinigen sich die beiden Schmelzmassen. Mit diesem Verfahren können größere Tiefen mit der ISV erreicht werden und das über der Schmelzmasse liegende Erdreich bietet zusätzlichen Schutz vor Wärmeverlusten.

Eine andere Weiterentwicklung stellt die Plasma-Verglasung dar. Hierbei wird der zu sanierenden Bereich von unten beginnend mittels einer „Flamme“ aus Plasma (zu einem Großteil ionisiertes Gas) eingeschmolzen (Initiatives Online 1999).

Vorteile und Einschränkungen

Ein wichtiger Vorteil der ISV ist, die Möglichkeit aufgrund der geringen Spezifität der Methode bezüglich der behandelbaren Kontaminationen und Untergrundarten eine breite Palette an Altlasten sanieren zu können. Ein weiterer Vorteil ist, dass Altlasten, die aus diversen Schadstoffen bestehen, in nur einem Schritt saniert werden können. Dies bietet einen enormen Kostenvorteil gegenüber der schrittweise Sanierung der unterschiedlichen Substanzen (COPA BBS 1996).

Auch die schon oben beschriebenen sehr vorteilhaften Eigenschaften des Endproduktes zeichnen diese Technologie aus.

Des Weiteren ist vorteilhaft, dass sekundär bei der Abgasbehandlung entstehende Abfälle wie z.B. Filtermaterial ebenfalls in die Schmelzmasse integriert werden können und so keiner weiteren Entsorgung bedürfen (US EPA 1994).

Nachteil dieses Verfahren sind die oben genannten zwingend notwendigen Vorrausetzungen und Einschränkungen zur Anwendung der in-situ Verglasung.

Daneben hat die ISV, wenn man von der „klassischen“ Technik ausgeht, eine relativ geringe Prozesstiefe von 6 Metern. Tiefer liegende Kontaminationen können also nicht behandelt werden (CIRIA 1995).

Außerdem muss mit einer langen Abkühlzeit von ein bis zwei Jahren gerechnet werden (US EPA 1994), was eine eventuelle Nachnutzung verzögert und somit ökonomische Nachteile mit sich bringt

5 Zusammenfassung

Gelangt ein Schadstoff, im Speziellen ein NAPL (Non-aqueous Phase Liquid), in das Erdreich, stellt sich ein aus den chemischen und physikalischen Eigenschaften der Substanz resultierendes Verteilungsgleichgewicht zwischen flüssigem, adsorbierten, im Wasser gelösten und verflüchtigtem NAPL ein. Außerdem werden die Schadstoffe teils durch biologische und abiotische Prozesse abgebaut.

Die meisten in-situ thermischen Verfahren werden unterstützend zur Bodenluftabsaugung angewandt. Im Falle der in-situ Verglasung und teils auch bei der konduktiven Erwärmung werden die Schadstoffe destruiert oder immobilisiert. Die Sanierung mit in-situ thermischen Verfahren erzielt immer ein besseres Sanierungsergebnis in einer kürzeren Zeit und mit niedrigerem Energieaufwand als die konventionelle Sanierung mit kalter Bodenluftabsaugung.

Das Hauptwirkprinzip der in-situ thermischen Verfahren ist die Erhöhung des Dampfdrucks der Schadstoffe und damit verbunden ihre Mobilisierung aus dem Boden heraus. Bei diesem Mechanismus spielt auch das Prinzip der Wasserdampfdestillation eine nicht unbedeutende Rolle.

Um die Wärme in den Boden zu bringen gibt es unterschiedliche Ansätze: Bei Dampf- und Heißluftinjektion wird ein Wärmeträgermedium in den Boden injiziert, Electrical Resistance Heating, Radio Frequency Heating und in-situ Verglasung nutzen elektrische Energie bzw. elektromagnetische Wellen um eine Erwärmung herbeizuführen und bei der konduktiven Erwärmung wird die Wärme ausgehend von einer festen Wärmequelle in die Bodenmatrix geleitet.

Alle diese Verfahren haben spezifische Vor- und Nachteile und eignen sich für unterschiedliche Arten von Bodentypen und Verunreinigungen.

Quellenverzeichnis

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Winkler, Angela 2003: Prozesse des Wärme- und Stofftransports bei der In-situ Sanierung mit festen Wärmequellen, Eigenverlag des Instituts für Wasserbau, Stuttgart

Details

Seiten
29
Jahr
2006
Dateigröße
2.3 MB
Sprache
Deutsch
Katalognummer
v68277
Institution / Hochschule
Universität Lüneburg – Institüt für Ökologie und Umweltchemie
Note
Schlagworte
In-situ Verfahren Bodensanierung Altlasten

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Titel: In-situ thermische Verfahren zur Bodensanierung