Gefahrenpotential, Entsorgungs - Deutsche Feuerwerker Ausbildungs
Gefahrenpotential, Entsorgungs - Deutsche Feuerwerker Ausbildungs
Gefahrenpotential, Entsorgungs - Deutsche Feuerwerker Ausbildungs
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<strong>Gefahrenpotential</strong>, <strong>Entsorgungs</strong>-<br />
und Abreinigungsmöglichkeiten<br />
für sprengstoffbelastetes<br />
Wasser, welches beim<br />
Wasserstrahlschneiden von<br />
Bomben anfällt<br />
Dipl.-Chem. York Zimmermann<br />
Fachschule des Heeres für Technik
Inhalt<br />
• Das Wasserschneiden von Bomben<br />
• Löslichkeit von Sprengstoffen<br />
• Abreinigungsmöglichkeiten von<br />
Sprengstoffen
Ausbildung zum staatlich geprüften<br />
Techniker der Fachrichtung<br />
„Spreng- und Sicherheitstechnik“<br />
an der Fachschule<br />
des Heeres für Technik in Aachen
Teilnehmer<br />
• 2-jährige Ausbildung in Vollzeit<br />
• Angehende Offiziere des militärischen<br />
Fachdienstes (Heer, Luftwaffe und<br />
Marine)<br />
• Ausscheidende Zeitsoldaten während<br />
ihres<br />
Berufsförderungsdienstzeitanspruches
Inhalte der Ausbildung zum Sprengund<br />
Sicherheitstechniker<br />
Staatlich geprüfter Techniker<br />
Fachkraft für Arbeitssicherheit Sprengberechtigter<br />
Sicherheitstechnik<br />
Konstruktions- u. Entwicklungstechnik (620)<br />
Spreng- und Munitionstechnik (540)<br />
Betr. u. Techn. Management u. Wirtschaftsinformatik (480)<br />
Wahlkurse (ca. 60) Projektarbeit (160)<br />
Betriebs-/Personalwirtschaft Gesellschaftslehre/Recht<br />
Deutsch / Kommunikation Englisch (440)<br />
Mathematik und Naturwissenschaften (160 + 140)
Wasserstrahlschneiden von Bomben
Schneiden einer 500 Pfund-Bombe in der Nähe des Flughafens Schipol
Beispiel Lineares Schneiden einer<br />
105 mm Granate<br />
• 700 bar<br />
• Wasservolumenstrom 6 L ·min-1 • Abrasivmittelstrom 0,6 kg ·min-1 • Durchmesser am Schnitt 90 mm<br />
• Wandstärke 16 mm<br />
• Schneidzeit 7min 30<br />
• durchschn. Schnittfuge über gesamten Schnitt 2 mm<br />
• Bei voller Löslichkeit � ca. 8 g TNT / 45 L Wasser �<br />
170 mg ·L-1 • Beschränkt durch Löslichkeit von TNT<br />
• Der größte Teil des Sprengstoffes liegt also als<br />
Partikel mit dem Abrasivmittel vor
Schnitt durch eine 155 mm Granate
Größere Objekte<br />
• Bei größeren Objekten hängt die Masse an<br />
ausgespültem Sprengstoff von der<br />
Schnittgeometrie ab.<br />
• In der Regel handelt es sich hier um<br />
Schnittdauern von ca. 50 Minuten und damit<br />
ca. 300 L Wasser<br />
• Der durchschnittliche Sprengstoffaustrag<br />
liegt bei ca. 1,5 kg<br />
• Bei voller Löslichkeit würde dieses zu ca.<br />
5 g· L-1 führen<br />
• In der Realität sind nur Konzentrationen im<br />
mg · L-1 -Bereich möglich.
O2N<br />
CH 3<br />
Umweltrelevante Sprengstoffe<br />
NO2<br />
2,4,6-TNT<br />
NO 2<br />
NO2<br />
N<br />
NO2<br />
N<br />
O2N<br />
N<br />
Hexogen<br />
(RDX)<br />
OH<br />
NO2<br />
NH2<br />
Pikrinsäure<br />
NO 2<br />
O2N<br />
O2N<br />
O2N<br />
N<br />
NO 2<br />
N<br />
N<br />
NO2<br />
N<br />
Octogen<br />
(HMX)<br />
CH3<br />
N<br />
NO2<br />
Tetryl<br />
NO2<br />
NO2<br />
O2N<br />
NO2<br />
NO2<br />
NH2<br />
Hexyl<br />
O2N<br />
O2N<br />
NO2
„Pink Water“
Toxikologische Relevanz der<br />
Nitroaromaten<br />
• Toxizität der Nitroverbindungen und ihrer Abbauprodukte<br />
• - karzinogene und gentoxische Wirkungen aufgrund der<br />
Metabolisierung zu N-Hydroxylaminen und Nitrosoaromaten<br />
(Reaktionen mit der Membranproteinen und Lipiden der<br />
Zellmembran -> Zelltod)<br />
• - Akute Toxizität durch Oxidation von Hämoglobin<br />
� Trinkwasservorsorgewert 0,1 µg·L -1
Zusammensetzung von Bombeninhalten<br />
Verwendung in<br />
den Nationen<br />
als Füllungen bei<br />
Abwurfmunition TNT NH4NO3 RDX Tetryl Ba(NO3)2<br />
Andere<br />
Füllstoffe<br />
UDSSR 38 62<br />
USA 38 62<br />
40 60<br />
50 50<br />
UK 100<br />
Sprengstoffmischungen<br />
AMATOL 20 80<br />
AMATEX 51 40 9<br />
HDX-TNT 60 40<br />
BARATOL 90 10<br />
RDX TNT 40 60<br />
TRIALEN 41 41 18<br />
(Belehrungsblätter der Luftwaffeninspektion 13 (Großdeutsches Reich)
Löslichkeiten von Sprengstoffen<br />
• Allgemein sind militärische Sprengstoffe nur<br />
geringfügig wasserlöslich<br />
• Das beste Beispiel ist die lange Persistenz in der<br />
Umwelt mit nur einer geringen Mobilisierung<br />
• Durch Ultraschallbäder oder auch den<br />
Hochdruckstrahl können größere Mengen gelöst<br />
werden.<br />
• Jedoch ist die Einwirkzeit beim Schneiden sehr<br />
hoch, hier steht die Abrasion im Vordergrund<br />
• Mischungen mit wasserlöslichen Komponenten<br />
wie z.B. NH4NO3 ermöglichen eine schnellere<br />
Lösung durch enorme Dispersion
Löslichkeiten verschiedener Sprengstoffe<br />
Sprengstoff<br />
2,4,6-TNT [1]<br />
Pikrinsäure [3]<br />
Tetryl [2]<br />
Hexogen [1]<br />
Octogen [1]<br />
Löslichkeit<br />
mg·L-1 (20°C)<br />
100<br />
14000<br />
200<br />
38<br />
3,8<br />
[1]J.C. Lynch et al., Journal of Chemical and Engineering Data, Vol. 46, No. 6, 2001<br />
[2]Mulisch et al. UWSF – Z. Umweltchem. Ökotox. 12 (2000)<br />
[3]Chemfinder, Cambridge Soft, Cambridge (USA) (2006)
Löslichkeit von Sprengstoffen - 2<br />
• Die thermodynamischen Daten beziehen sich<br />
auf Gleichgewichtszustände nach teilweise<br />
mehrwöchigen Lösungsprozessen<br />
• So ist es kaum möglich Konzentrationen<br />
oberhalb von 10 mg·L -1 für TNT in einem<br />
Ultraschallbad zu erzeugen, für Hexogen gilt<br />
diese bei ca. 5 mg<br />
• Aufgrund der kurzen Einwirkzeiten des<br />
Wasserstrahls kann dieses als „worst-case“<br />
für das Wasserstrahlschneiden übertragen<br />
werden.<br />
• Gerade die feine Verteilung (auch durch leicht<br />
lösliche Mischkomponenten wie NH 4 NO 3 )<br />
begünstigt die Auflösung
Bisheriger Umgang mit<br />
Schneidabwässern<br />
• Bislang relativ unkritisch<br />
• In den NL Unterlage von Folien und<br />
Auffangen der Wässer<br />
• Im Bereich von Sprengplätzen stellt<br />
dieses keine weiter Gefahr dar, da hier<br />
bereits starke Kontaminationen<br />
vorliegen<br />
• Jedoch können Probleme in<br />
unbelasteten Bereichen auftreten
Anforderungen an die Abreinigung<br />
von Schneidwässern<br />
• Kostengünstig<br />
• Einfach handhabbar<br />
• Zuverlässige Anwendung<br />
• Sichere Abreinigung<br />
• Schnelles Verfahren<br />
• Einfache Entsorgung der Abfälle<br />
• Keine weiteren Untersuchungen des<br />
Abwasser notwendig<br />
• Evtl. einfache Kontrolle des<br />
Abreinigungserfolges
Möglichkeiten zur Abreinigung von<br />
Schneidwässern<br />
• Solarchemische Verfahren<br />
– Wetterabhängig<br />
– Große Anlagen<br />
• Elektroreduktion<br />
– Nicht vollständige Abreinigung aller Schadstoffe<br />
• Mikrobiologischer Abbau<br />
– Lange Verfahren<br />
– Temperaturabhängig<br />
– Nicht unbedingt vollständiger Abbau<br />
• Adsorptive Methoden<br />
– Kompakt ausführbar<br />
– schnell
Mögliche Adsorbermaterialien<br />
• Aktivkohle<br />
• Regenerierbare Polymere
Eigenschaften von Aktivkohle<br />
• Standardadsorbermaterial<br />
• Spezifische Oberfläche ca. 800-1000m²·g-1 • Hohes Adsorptionsvermögen gegenüber<br />
unpolaren Substanzen<br />
• Geringer Preis<br />
• Geringe spezifische Fließgeschwindigkeiten<br />
Fotos von http://www.wasser-wissen.de
Durchbruchskapazitäten an AK<br />
Substanz<br />
2,4,6-TNT<br />
RDX<br />
HMX*<br />
Pikrinsäure<br />
Hexyl<br />
Kapazität<br />
[spez. Vol.]<br />
> 1200<br />
150<br />
125<br />
270<br />
245<br />
Substanz<br />
2,4-DNT<br />
2-A-4,6-DNT<br />
2,4-DNBS<br />
2,4,6-TNBS<br />
c 0 = 5 mg·L -1 (*HMX 2,5 mg·L -1 )<br />
Säulenlänge 150 mm, 15 mm Durchmesser<br />
70 spez. Vol ·h -1<br />
Kapazität<br />
[spez. Vol.]<br />
>1100<br />
450<br />
125<br />
190
Entsorgung von Aktivkohle<br />
• Aktivkohle kann nur ungünstig<br />
regeneriert werden<br />
• Thermische Verwertung<br />
• Thermische Verwertung bietet sich an,<br />
da dieses auch der <strong>Entsorgungs</strong>weg für<br />
die Sprengstoffe ist.
Regnerierbare Polymere<br />
– Teilweise sehr leistungsfähig für polare<br />
Sprengstoffe und Abbauprodukte (Hexyl,<br />
Pikrinsäure, Nitrobenzoesäuren und<br />
Aminidinitrotoluole)<br />
– Gezielt einsetzbar als Tandemfilter mit<br />
Aktivkohle als Primäradsorber<br />
– z.T. sehr hohe Fließgeschwindigkeiten�<br />
klein dimensionierbar
RGS-Polymere<br />
• Polymere mit räumlich-globulärer Struktur<br />
• Hersteller Institut KAZMECHANOBR in Alma Ata<br />
(Kasachstan)<br />
• Mikroglobuli von 5-7 µm<br />
• Unterschiedliche Monomere + Variation der<br />
Adsorptionseigenschaften<br />
• Im Rahmen der STV-Reinigung wurden die<br />
Polymertypen 11 (Monomer: Brenzkatechin) und 110<br />
(Monomer: Ortochinon) genutzt<br />
• Vertrieb in Deutschland über die Fa. Utt GmbH,<br />
Berlin (www.utt-gmbh.de)
Anwendungsformen von RGS-Polymeren
Einige Leistungsdaten von RGS-<br />
Polymeren<br />
Substanz<br />
2,4,6-Trinitrotoluol<br />
Hexogen<br />
Pikrinsäure<br />
2-Amino-4,6-dinitrotoluol<br />
2,4-Dinitrobenzoesäure<br />
Hexyl<br />
Kapzität /<br />
Spez. Vol.<br />
800<br />
200<br />
1200<br />
1050<br />
210<br />
1500<br />
c 0 / mg L -<br />
1<br />
1000<br />
1000<br />
1000<br />
1000<br />
1000<br />
1000<br />
Adsorption an RGS-Typ 110, 300 spezifische Volumen /h
Regeneration von Adsorbermaterialien<br />
• Spezifische Adsorbermaterialien<br />
können durch Lösungsmittel regeneriert<br />
werden<br />
• Dieses verringert die Kosten bei z.T.<br />
relativ teuren Materialien<br />
• RGS-Polymere sind mit Methanol leicht<br />
regenierbar<br />
• Lösungsmittel können entweder<br />
biologisch abgebaut oder thermisch<br />
verwertet werden.
Mögliche Konzeption einer Reinigung<br />
Sauberes Wasser<br />
Polymerfilter<br />
Aktivkohlefilter<br />
Pumpe<br />
Auffangwanne für kontaminiertes<br />
Schneidwasser<br />
Schwebstoff<br />
-filter
Zusammenfassung<br />
• Beim Wasserstrahlschneiden von<br />
Bomben können neben den festen<br />
Schnittabfällen auch gelöste<br />
Sprengstoffe freigesetzt werden<br />
• Je nach Fundort sollten die Wässer<br />
aufgefangen und abgereinigt werden<br />
• Dieses sollte schnell geschehen und<br />
mit Filtern durchgeführt werden, die<br />
entsprechend schnelle Adsorption<br />
zulassen.
Dank<br />
• Prof. Dr. J.A.C. Broekaert, Universität<br />
Hamburg<br />
• Dr. E. Petersohn, Utt-GmbH<br />
• BMBF FKZ “Entwicklung eines<br />
neuartigen Verfahrens zur Reinigung<br />
schadstoffhaltiger Wässer mit RGS-<br />
Polymeren am Beispiel einer TNT-<br />
Kontamination” BMBF FKZ 02WT0152,<br />
04/2001-03/2005
Für Rückfragen<br />
Dipl.-Chem. York Zimmermann<br />
Fachschule des Heeres für Technik<br />
TSH/FSHT<br />
Gallwitz-Kaserne<br />
Graf-Schwerin-Str. 27<br />
52066 Aachen<br />
Tel. 0241/561-4541 Fax-3189<br />
yorkzimmermann@bundeswehr.org
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