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unilogo Universität Stuttgart
Institut für Wasser- und Umweltsystemmodellierung - IWS

Forschung:

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Investigation of Remediation Options for a CS2-Contaminated Aquifer
Projektleiter:Dr.-Ing. Hans-Peter Koschitzky, AD
Wissenschaftliche Mitarbeiter:Dipl.-Ing.(FH) Oliver Trötschler
Dr. rer.nat. Karolin Weber, M.Sc.
Projektdauer:1.4.2002 - 30.9.2002
Finanzierung:CEL International Ltd
Kommentar:

Dieses Projekt gehört zum Forschungsschwerpunkt:
In-Situ Sanierungstechnologien

Publikationen: Link

Zusammenfassung:

Im Auftrag eines großen, international tätigen Chemieunternehmens wurde eine Machbarkeitsstudie erstellt für die Sanierung eines flachen, mit Schwefelkohlenstoff (CS2) bis zur residualen Sättigung kontaminierten Aquifers unterhalb eines Produktionsgebäudes. Zwei unterschiedliche Technologien - Alcohol Flushing und Hot Water Flooding - wurden im Labormaßstab hinsichtlich des erzielbaren Schadstoffaustrags untersucht. Daneben sollten Methoden zur Behandlung und Zerstörung des extrahierten Kontaminanten und Methoden zur Aufbereitung und Recycling des eingesetzten Alkohols hinsichtlich Effizienz und Kosten entwickelt und untersucht werden.

Alcohol Flushing
Im Rahmen von Säulenversuchen konnte nachgewiesen werden, dass der Einsatz einer 70%-igen Isopropanol-Lösung mit einem Spülvolumen von weniger als fünf Porenvolumen ausreicht, um mehr als 99% der residual eingebrachten Kontamination aus dem Bodenmaterial des Standorts zu entfernen. Die Dichte des eingebrachten CS2 wurde deutlich vermindert, so dass eine einphasige Alkohol-Wasser-CS2 Lösung gesichert ausgetragen wurde. Ein Absinken des residualen Schadstoffs wurde vermieden, obgleich kein co-solventer Alkohol eingesetzt wurde.

Die mittelskaligen Rinnenexperimente mit Standortmaterial bestätigten die hohe Sanierungsleistung. Besonderes Augenmerk wurde auf die Auslegung des hydraulischen Regimes gelegt, um das am Boden des Aquifers poolförmig eingebrachte CS2 über Horizontalbrunnen auszutragen. Das hydraulische System wurde mit Hilfe numerischer Strömungsmodellierung ausgewählt. Nach Spülung mit ca. sieben Porenvolumen der Alkohollösung konnten lediglich 0,2 Massen-% der anfänglich eingebrachten Masse an CS2 im Boden nachgewiesen werden.

Aus wirtschaftlichen (ökonomischen) Gründen ist die Aufbereitung und das Recycling des Alkohols erforderlich. Zur Trennung des Alkohol-Wasser-CS2-Gemischs wurde die Wirksamkeit der Adsorption auf Aktivkohle und das Strippen von CS2 untersucht. Zur Konzentrierung der erhaltenen Isopropanol-Wasser-Lösung unter dem Aspekt eines direkten Einsatzes des Kopfprodukts wurden der Einsatz von Rektifikation, Destillation und die Vakuum-Verdampfung untersucht. Die Kosten der Wiedergewinnung von Isopropanol sowie die der oxidativen Destruktion des CS2 konnten zu 50% der Kosten für den Neukauf von Isopropanol in Industriequalität bestimmt werden.

Hot Water Flooding
Im Rahmen eines zweidimensionalen Küvettenversuchs konnte die Anwendbarkeit der Sanierung des CS2-kontaminierten Bodenmaterials vom Standort über Durchströmung mit warmem Wasser (75°C, Hot Water Flooding) demonstriert werden. Entsprechend den physikalischen Eigenschaften von Schwefelkohlenstoff basiert die Sanierung auf Verdampfung (Austrag über Bodenluftabsaugung), Mobilisierung freier organischer Phase und thermischer Zersetzung. Während der thermischen Sanierung wurden 32% des residual eingebrachten CS2 gasförmig ausgetragen. Insgesamt 40% wurden als freie Phase bzw. gelöst im Spülwasser ausgetragen. Die thermische Zersetzung von CS2 zu CO und CO2 konnte nachgewiesen werden und belief sich auf 15% der initialen Schadstoffmasse. Eine geringe Menge CS2 konnte nach Sanierungsende im Bodenmaterial noch nachgewiesen werden (< 0,4%). Entsprechend der Massenaustragskurven konnte die Sanierung“ durch Spülen mit 15 – 20 Porenvolumen warmen Wassers bestimmt werden.

Die Wärmeausbreitung war entsprechend des hydraulischen Regimes (Horizontalbrunnnen auf Basis des Aquifers) horizontal ausgeprägt, jedoch wurde der obere Bereich des Aquifers und der ungesättigten Zone aufgrund des Auftriebs von warmem Wasser deutlich wärmer als die Sohle des Aquifers. Eine Erwärmung des Aquifers auf die erforderliche Mindesttemperatur von 65°C konnte gesichert realisiert werden.


Für beide Sanierungsmöglichkeiten sollte vor einem Feldeinsatz eine Verifizierung der Anwendbarkeit im technischen Maßstab erfolgen, z.B. in Container-Versuchen vor Ort. Insbesondere der Einsatz der erforderlichen Horizontalbrunnen zur Infiltration und Extraktion im Vergleich zu den wesentlich kostengünstiger zu errichtenden Vertikalbrunnen sollte näher beleuchtet werden. Da der Auftraggeber sich auf Grund politischer Veränderungen (geänderte Gesetzeslage) während des Projekts für ein völlig anderes Sanierungskonzept entschied, wurden diese Versuche leider nicht mehr durchgeführt.