Reaktive Wand – Neutralisation/Metallfrachtreduktion durch karbonathaltiges Substrat
Verfahrensbeschreibung
Als reaktive Wände oder reaktive Barrieren werden Anlagen zur passiven in-situ Reinigung von Grundwasser bezeichnet, bei denen ein reaktives Material in den Grundwasserstrom platziert wird, so dass das Grundwasser durch die Passage eine Reinigung erfährt. Dabei werden Prozesse induziert, die zu einer Immobilisierung der Schadstoffe in der Barriere selbst oder im stromabwärts gelegenen Aquifer führen. Reaktives Material entspricht karbonathaltigem Substrat welches zur Neutralisation und Metallfrachtreduktion führt.
Einsatzbereich
metallhaltige Grundwässer mit sehr gut untersuchter Hydrogeologie; mit cut & fill Technologie bis 6 m Tiefe, mit Bohrungen bis zu 200 m; bis zu mehrere Hundert Meter Strombreite (Kostenfaktor)
Behandlungsziel
Säureminderung, ggf. mit Verminderung der Konzentration von grundwasserbürtigen Schadstoffen
Verfahrensart
Bergbau
Umwelteinflüsse
Zugabe eines reaktiven Materials in den Grundwasserstrom; Beeinflussung des regionalen Strömungsregimes; Abstrom von Reaktionsprodukten
Überwachung
Grundwassermonitoring
Nachsorge
Grundwassermonitoring
Relevante Prozesse
- Neutralisation der Säure, pH-Wert-Anstieg
- Fällung vieler Metalle (u. a. Eisenhydroxiden, an denen wiederum viele Metall(oid-)e sorbieren)
- elementares Eisen (ZVI): Freisetzung von gelöstem Eisen, pH-Anhebung, Milieubereitstellung für mikrobielle Sulfatreduktion (ggf. autotroph durch Nutzung des bei der Eisenoxidation gebildeten H2)
Anwendungsstand
Entwicklungsphase
Zeitaufwand
keine Angabe
Rechtliche Anforderungen
Arbeitsschutz
- TRGS 500, 509, 510, 524
- DGUV-Regel 101-004 „Kontaminierter Bereiche“ (bisher: BGR 128), 112-190 „Benutzung von Atemschutzgeräten“
- Gefahrstoffverordnung GefStoffV
- Materialienband „Leitfaden zum Arbeitsschutz bei der Altlastenbehandlung“ des Freistaates Sachsen
- DIN-Vorschriften der VOB Teil C in der aktuellen Fassung
Bestehende Patentrechte
reaktive Wand: U.S. Patents 5362394 und 5514279 durch University of Waterloo
Genehmigungsfähigkeit
prinzipiell gegeben; bei zusätzlichem Stoffeintrag Genehmigung erforderlich
Erforderliche Genehmigungen
| Gesetz | Notwendig |
|---|---|
| Abfallrecht | Nein |
| Baurecht | Ja |
| Immissionsschutzrecht | Nein |
| Wasserrecht | Ja |
| Sonstige | u. U. |
Bewertung
Eignungsgrad für Schadstoffe
gut
- Schwermetalle
- Saures Wasser
bedingt
- Arsen
- Blei
- Cadmium
- Sulfate
- Schwebstoffe mit adsorbierten Schadstoffen
- Schwefelwasserstoff
ungeeignet
- Phosphate
Umweltauswirkung
| hoch | mittel | gering | ohne | |
|---|---|---|---|---|
| Grundwasserbelastung | X | |||
| Flächenbedarf | X | |||
| Bodenbelastung | X | |||
| Luftbelastung | X | |||
| Lärmbelastung | X | |||
| Transportaufkommen | X | |||
| Abfallaufkommen | X |
Anforderungen
- vorzugsweise geringe Sauerstoff- und Nitratkonzentration
- minimale Aufenthaltszeit 3 d
- Leitfähigkeit des reaktiven Materials ist größer als die des umgebenden Grundwasserleiters
- Umströmung muss vermieden werden
- ZVI als reaktives Material, wenn Sulfat im molaren Überschuss vorhanden ist
Anforderungen an Umwelt
- Flächenbedarf für Bau und dauerhaft für Monitoring
Beispiele weltweit
- Anlagen mit karbonatischem Substrat nicht bekannt
- Helena, Montana, USA (ZVI: Reinigung von: Sulfat, As, pH-Wert)
Beispiele in Sachsen
- keine bekannt, die bergbaubedingte Schadstoffe reinigen
Leistungsfähigkeit unter sächsischen Bedingungen
- für lokale Grundwasserströme (Hotspots)
- durch hohe Hintergrundmineralisation besteht die Gefahr ungewollter Fällungsprozesse
Vorteile
- keine Pumpkosten
- geringe Betriebskosten (nur Monitoring)
- geeignet zur Behandlung von Grundwasserströmen
- großes erschließbares Reaktionsvolumen
- keine Entsorgung von Reaktionsprodukten
- Temperaturkonstanz (ganzjährige Behandlung möglich)
Nachteile
- umfassende hydrogeologische Erkundung des Aquifers vorab
- fest installierte reaktive Materialien sind nicht dosierbar
- Überwachung nur punktuell in Zu-, Abstrom, Reaktor (Qualitätskontrolle)
- hohe Baukosten je nach Verfahren (i. d. R. geringer als techn. Rektoren)
- Langzeitstabilität wenig untersucht
- Gefahr der Abnahme der hydraulischen Durchlässigkeit
- Inertisierung von ZVI durch in der Schüttung ausfallende Sulfide
Investitionskosten
- reine Baukosten ca. 25-250 €/m² reaktive Barriere
- dazu kommen Kosten für Planung, ggf. Grundstückskauf und Genehmigung
Kosten für laufenden Betrieb
- gering: Grundwassermonitoring
Kosten für Chemikalien
- einmalig Einbau karbonatisches Substrat
- ggf. einmalig Einbau elemntaren Eisens
Datenstand
13.01.2020
Literatur
- PIRAMID Consortium (2003) Engineering guidelines for the passive remediation of acidic and/or metalliferous mine drainage and similar wastewaters. European Commission 5th Framework RTD Project no. EVK1-CT-1999-000021 "Passive in-situ remediation of acidic mine / industrial drainage". University of Newcastle upon Tyne, Newcastle upon Tyne, UK.
- GTK (2016): Mine Closure Wiki http://wiki.gtk.fi/web/mine-closedure/wiki/-/wiki/Wiki/Permeable+reactive+barrier/pop_up, zuletzt besucht 30.10.2018.
- Henderson AD, Demond AH (2007) Long-Term Performance of Zero-Valent Iron Permeable Reactive Barriers: A Critical Review. Environmental Engineering Science 24:401–423.