gwf Wasser/Abwasser IT-Branchenlösungen für die Wasserwirtschaft (Vorschau)

Abwasserbehandlung | FACHBERICHTE |
dieses Vorhabens war, die Reinigungsleistungen und
realistische Standzeiten sowie deren zeitliche Veränderungen
für dezentrale Niederschlagswasserbehandlungsanlagen
für Verkehrsflächenabflüsse durch eine reproduzierbare
Testmethode zu ermitteln.
Grundsätzlich können bei der Bestimmung der
Standzeit zwei Effekte zum Tragen kommen, welche bei
der Entwicklung einer Methodik für die Standzeitermittlung
bei Verkehrsflächenabflüssen untersucht werden
müssen:
a) Die Standzeit ist limitiert durch das hydraulische Betriebsversagen
der Anlagen. Häufig wird hierbei eine
Kolmation beobachtet, welche meist durch erhöhte
Feststoffbelastung in Kombination mit kolmationsfördernden
Randbedingungen der Örtlichkeit (z. B.
mineralische Streustoffe, Baustaub oder organische
Belastung aus Pollenflug, Blüten sowie Laub) ausgelöst
wird.
b) Die Standzeit ist limitiert durch das stoffliche Betriebsversagen
der Anlagen bzw. eine signifikante Reduktion
der stofflichen Rückhalteleistung. Hierbei ist
im Regelfall die Rückhaltekapazität des Filtersubstrats
hinsichtlich der Schwermetalle erreicht.
Da eine Kolmation (Fall a) wesentlich und nicht vorhersehbar
durch die Randbedingungen am Einbauort der
Anlagen bestimmt wird (z. B. kurzzeitige und massive
Fahrbahnverschmutzungen durch Baustellenverkehr),
kann die Kolmation nur in umfassenden und vergleichenden
Feldversuchen an verschiedenen Standorten
festgestellt werden. Sollte es in der Realität zu einer
Kolmation an einem vom DIBt zugelassenen System
kommen, wird dem Betreiber der Handlungsbedarf
sichtbar aufgezeigt. Da diese Anlagen keinen Notüberlauf
besitzen dürfen, erfolgt ein Rückstau des Niederschlagswassers
im Falle einer Kolmation auf die Straße,
wodurch Handlungszwang besteht.
Beim Überschreiten der Standzeit des Filtersubstrats
(Fall b) hingegen (z. B. Filterdurchbruch oder reduzierte
Fällwirkung) können unzulässig hohe Schadstoffkonzentrationen,
z. B. Schwermetalle, unbemerkt in den
Ablauf der Anlage und somit in das Boden-Grundwasser-
System gelangen. Dieser Effekt lässt sich unter Laborbedingungen
nachstellen und wurde im Rahmen dieses
Vorhabens untersucht.
Die am häufigsten bei diesen Behandlungsanlagen
auftretenden Wirkungsweisen der Filtersubstrate in
Bezug auf den Schadstoffrückhalt werden nachfolgend
beschrieben, wobei die ersten beiden Mechanismen
abhängig vom pH-Wert sind:
1. Sorption: Der wichtigste Prozess zur Entfernung von
gelösten Stoffen ist die Adsorption an festen Oberflächen
(Bsp. Aktivkohle). Dabei unterscheidet man
zwischen Physisorption und Chemisorption. Bei der
Physisorption werden die Stoffe aufgrund von
schwachen Van-der-Waals-Kräften an der Materialoberfläche
zurückgehalten. Dahingegen resultiert die
Chemisorption aus elektrostatischen und kovalenten
Wechselwirkungen. Das Prinzip dieser Bindung besteht
in der Ausbildung sehr stabiler Einheiten der oberflächennahen,
funktionellen Gruppen (z. B. Carboxyl-,
Hydroxy- bzw. Phenolgruppen) des Filtersubstrats mit
zahlreichen Stoffen im Niederschlagswasser. Ein Beispiel
ist der Ionenaustauschprozess, für den auf den
Ionenaustauschermaterialoberflächen (Bsp. Zeolith)
geladene Ionen wie Natriumionen (Na + ) oder Calciumionen
(Ca 2+ ) durch elektrostatische Kräfte an entgegengesetzt
geladenen Oberflächenladungen gebunden
sein müssen. Die so gebundenen Ionen sind
leicht durch andere Ionen gleicher Ladung austauschbar.
Beispielsweise werden die auf den Oberflächen
befindlichen Na + und Ca 2+ während des
Anlagenbetriebs durch Schwermetallkationen wie
Zn 2+ (Zinkionen) oder Cu 2+ (Kupferionen) unter Berücksichtigung
äquivalenter Ladungen unspezifisch
ausgetauscht.
2. Fällung: Durch eine Erhöhung des pH-Wertes kann
es bei gelösten Schwermetallionen zu einer Ausfällung
als entsprechende Hydroxid- oder Carbonatverbindung
kommen; die Schwermetallionen werden
somit in eine wasserunlösliche Form überführt (Bsp.
Carbonatgestein).
3. Filtration: Dabei handelt es sich um ein mechanischphysikalisches
Verfahren, bei dem partikuläre Schadstoffe
zurückgehalten werden, indem sie entweder
größer als der Porenraum des Filtersubstrats oder
kleiner als dieser sind und durch Partikelträgheit,
Adhäsion oder Sperreffekte zurückgehalten werden.
Im Folgenden wird das in diesem Vorhaben entwickelte
Verfahren zur Bestimmung der Standzeiten und Reinigungsleistungen
in Bezug auf gelöste Schwermetalle
dargestellt und anhand der Untersuchung eines Substrats
aus einer bereits durch das DIBt zugelassenen
Anlage erläutert. Die Ergebnisse dieser standardisierten
Testmethode können zukünftig Behörden, Planern und
Betreibern einen objektiven Vergleich der auf dem
Markt verfügbaren Anlagen ermöglichen, da derzeit z. B.
der amtliche Sachverständige bei der wasserwirtschaftlichen
Beurteilung dieser technischen Behandlungsanlagen
im Hinblick auf Reinigungsleistungen und Standzeiten
zumeist auf Herstellerangaben angewiesen ist.
2. Auswahl der Untersuchungsparameter
Als Vorgaben zur Bewertung der Leistungen von dezentralen
Behandlungsanlagen werden derzeit die Prüfwerte
der Bundes-Bodenschutz- und Altlastenverordnung
(BBodSchV) vom 12.07.1999 für den Wirkungspfad
Boden-Grundwasser zugrunde gelegt [2]. Demnach sind
im Ablauf der Behandlungsanlage bspw. Konzentrationen
von 50 µg/L Kupfer (Cu) und 500 µg/L Zink (Zn) zu erreichen
bzw. zu unterschreiten. Mit der Mantelverordnung
Mai 2014
gwf-Wasser Abwasser 631