DE10200616C5

DE10200616C5 - Substrat zur Behandlung von Oberflächenwasser und dessen Verwendung

Info

Publication number: DE10200616C5
Application number: DE2002100616
Authority: DE
Inventors: Thomas Dr. Schriefer
Original assignee: Funke Kunststoffe GmbH
Current assignee: Funke Kunststoffe GmbH
Priority date: 2002-01-10
Filing date: 2002-01-10
Publication date: 2011-01-05
Anticipated expiration: 2022-01-11
Also published as: DE10200616A1; DE10200616B4

Abstract

Substrat zur Behandlung von verkehrsbelastetem Oberflächenwasser, mit
• einem Anteil von 20% an Alumosilikat in Form von Zeolith, welches Schwermetalle bindet,
• einem Anteil von 30% an porösem, eine mechanische Filterwirkung bietenden Material in Form von Leichtlava,
• einem Anteil von 40% an porösem Trägermaterial in Form von Pflanzenfasern, welches einen Besiedlungsraum für Mikrobakterien bildet,
• einem in Teilchenform vorliegenden Tonmineral in Form von Bentonit, welches anorganische und organische Schadstoffe absorbiert,
• einem alkalischen, langsam abbaubaren Säurebegrenzer in Form von kalkhaltigem Granulat,
• einem Bindemittel zur Einstellung eines vorbestimmten Wasserdurchlässigkeitsbeiwertes des Substrates,
• und einem organischen Material als Absorbens für umweltrelevante organische Schadstoffe.

Description

Die Erfindung betrifft ein Substrat zur Behandlung von verkehrsbelastetem Oberflächenwasser sowie dessen Verwendung.
Aus der DE 198 24 237 A1 sind Reagentien und Zusammensetzungen für die Reinigung von Abgasen und Abwässern, insbesondere aus Verbrennungs-, Verhüttungs-, Schmelz- oder Sinterprozessen bekannt. Dabei wird ein Massen-Prozentgehalt von mehr als 40%, vorteilhaft 41% bis 99%, an einer Alumosilikat-Komponente vorgeschlagen.
Aus der WO 99/03797 A1 ist eine Zementpolymermatrix bekannt, die Materialien aus Siliko-Aluminaten enthält. Daraus gebildete Produkte können insbesondere für Dachbekleidungen, als abriebsfeste Fliesen/Kacheln, als Bauelemente oder Isolierplatten verwendet werden. Ein Hinweis auf die Behandlung von verkehrsbelastetem Oberflächenwasser ist dieser Druckschrift nicht entnehmbar.
Aus der DE 196 25 328 A1 ist eine Kläranlage bekannt, die ein Filterbett mit Zeolith enthält. Ein Hinweis auf die Behandlung von verkehrsbelastetem Oberflächenwasser ist dieser Druckschrift nicht entnehmbar.
Unter verkehrsbelasteten bzw. fahrzeugbelasteten Flächen werden Oberflächen verstanden, auf denen Fahrzeuge fahren oder parken, die also durch den ruhenden oder fließenden Verkehr genutzt werden. Diese Oberflächen werden spezifischen verkehrsbedingten Belastungen ausgesetzt, beispielsweise Abrieb der Fahrzeugreifen, Öl- sowie Kraftstoffmengen, die aus den Fahrzeugen auf die Oberfläche gelangen. Insbesondere bei Regenfällen können die vorgenannten Verschmutzungen durch den Regen auf die Oberfläche und in das Oberflächenwasser gelangen, wobei bei Regen zusätzlich noch ggf. Stoffe im Regen auf die Oberfläche und in das Oberflächenwasser gelangen können, die als Abgase aus den Fahrzeugen abgegeben werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Behandlung des Oberflächenwassers speziell von verkehrs- bzw. fahrzeugbelasteten Oberflächen zu ermöglichen und die Oberflächen besser von den fahrzeugspezifischen bzw. verkehrsspezifischen Schadstoffen zu befreien.
Diese Aufgabe wird durch ein Substrat mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Die Erfindung schlägt mit anderen Worten ein Substrat vor, durch welches das Oberflächenwasser geleitet werden kann und welches für die gewünschte Reinigung des Oberflächenwassers sorgt. Dabei hat das Substrat einerseits eine rein filternde, also die Schadstoffe zurückhaltende bzw. bindende Funktion, und zweitens eine umwandelnde Funktion, indem mittels des Substrates die Schadstoffe abgebaut bzw. in ungefährliche Reststoffe umgesetzt werden können, ohne die Wasserdurchlässigkeit z. B. durch Verschlämmung langfristig entscheidend zu erniedrigen.
Das Substrat weist zu diesem Zweck mehrere Bestandteile auf:

• Ein Anteil von 20% an Aluminisilikat soll in dem Substrat Schwermetalle binden und ggf. auch polyzyklische Aromate. Die Bindungswirkung beruht auf seiner Wirkung als Kationentauscher.
• Weiterhin weist das Substrat einen Anteil von 30% an porösem Material auf, welches rein mechanisch eine Filterwirkung aufweist und dementsprechend beispielsweise Gummipartikel von Reifenabrieb oder Rußpartikel aus den Fahrzeugabgasen zurückhalten soll.
• Weiterhin enthält das Substrat ein Tonmineral, welches die Absorptionswirkung des Kationentauschers ergänzt. Besondern wird Nickel und Zink in zum Teil irreversibler Bindung mit Ton gebunden, somit die Schwermetallbindung des Aluminosilikates ergänzt. Auch für Quecksilber wurde eine gute. Absorptionswirkung an Tonmineralen gemessen. Kationische Biozide und PCBs (= polychlorierte Biphenyle) werden ebenfalls gut an aufweitbaren Tonmineralen gebunden. Da derartige Tonminerale häufig pulverförmig vorliegen, ist die Gefahr gegeben, dass derartige Tonminerale von dem Oberflächenwasser durch das Substrat hindurch transportiert werden und sich am Boden des Raumes ansammeln, in welchem sich das Substrat befindet. Ggf. können die Tonminerale hier eine Wasser-Ablauf-Wirkung unterbinden, so dass ggf. für das Oberflächenwasser vorgesehene Versickerungsmöglichkeiten beeinträchtigt werden. Es ist daher erfindungsgemäß vorgesehen, das Tonmineral in Teilchenform zu verwenden.
• Weiterhin enthält das Substrat einen alkalischen Säurebegrenzer, also ein Alkalimaterial welches aufgrund seiner basischen Eigenschaften einen pH-wert-regulierenden Einfluß auf das häufig zu saure Oberflächenwasser ausübt. Dabei ist vorgesehen, dass dieser alkalische Säurebegrenzer langsam abbaubar ist, so dass über viele Jahre die gewünschte Wirkungsweise des Substrates sichergestellt wird.
• Weiterhin enthält das Substrat ein Bindungsmittel, welches eine zu schnelle Durchströmung des Substrates durch das Oberflächenwasser verhindert und damit die Wasserdurchlässigkeit des Substrates reguliert.
• Schließlich weist das Substrat einen Anteil von 40% an porösem – z. B. faserigem – Trägermaterial auf, welches aufgrund seiner Porösität eine sehr große Oberfläche auf vergleichsweise kleinem Raum bietet und somit einen vorteilhaften Besiedlungsraum für Mikrobakterien darstellt. Diese Mikrobakterien sind in dem porösen Trägermaterial vorgesehen, um Schadstoffe abzubauen. Dieses poröse Trägermaterial ist daher vorzugsweise vergleichsweise nährstoffarm, um sicherzustellen, dass die Mikrobakterien die Schadstoffe umsetzen und nicht das Trägermaterial selbst. Gleichzeitig kann jedoch vorteilhaft vorgesehen sein, ein gewisses Nahrungs-Mindestangebot für die Mikrobakterien durch das poröse Trägermaterial bereitzustellen, so dass beispielsweise in längeren Trockenzeiten, in denen kein Oberflächenwasser in das Substrat gelangt, eine ausreichende Nährstoffversorgung der Mikrobakterien sichergestellt ist. Durch die Porösität des Trägermaterials wird abgesehen von der vergleichsweise großen Oberfläche zudem eine Wasserrückhaltefunktion dieses Trägermaterials bewirkt, so dass Trockenzeiten besser von den Mikrobakterien überstanden werden können.

Zeolith findet als Alumosilikat Verwendung. Als Kationentauscher bindet Zeolith die Schadstoffe, insbesondere Schwermetalle und voraussichtlich auch polyzyklische Aromate. Zudem ergänzt es die pH-Wert-stützende Wirkung des alkalischen Säurebegrenzers.
Leichtlava findet als mechanisches Filtermaterial Verwendung. Leichtlava hat aufgrund ihres hohen Porenvolumens eine große Oberfläche und unterstützt mit einer gewissen Ionentauscherfähigkeit die Wirkung des Alumosilikates. Es hält auf der Ebene größerer, sichtbarer Partikel Schadstoffe zurück, während das Alumosilikat Schadstoffe auf atomarer Ebene bindet.
Zudem weist Leichtlava ein geringes spezifisches Gewicht auf, so dass das Substrat, säcke- oder beutelweise geliefert, leichter handhabbar ist. Das Porenvolumen der Leichtlava vergrößert die Wasseraufnahmekapazität des Substrates bei plötzlichen, großen Niederschlagsmengen.
Die große Oberfläche der Leichtlava ermöglicht eine großflächige Verteilung von Öl oder Kraftstoffresten zum besseren mikrobakteriellen Abbau.
Schließlich handelt es sich bei Leichtlava vorteilhafterweise um einen rein natürlichen Stoff, wobei alternativ auch geschäumter Ton oder geschäumte Perlite als industriell hergestellte Erzeugnisse Verwendung anstelle der Leichtlava finden können.
Bentonit findet als Tonmineral in dem Substrat Verwendung. Bentonit kann problemlos als Preßling, beispielsweise etwa tablettenförmig, gehandhabt werden, so dass die Verteilung des an sich pulverförmigen Tonminerals zuverlässig verhindert werden kann. Selbst wenn beim ersten Kontakt mit Oberflächenwasser der Preßling erweicht, so ist er doch durch die umgebenden anderen Bestandteile des Substrates ausreichend ortfixiert, dass ein Ausschwämmen des Bentonits verhindert werden kann und die unerwünschte Ansammlung des Bentonits am Boden des Substrates vermieden werden kann, wo das Tonmaterial ansonsten ggf. eine wasserundurchlässige Sperrschicht bilden könnte. Anstelle von trocken gepressten Preßlingen kann das Bentonit auch als Granulat oder in Form Pellets vorliegen.
Vorteilhaft kann das kalkhaltige Granulat, welches den Säurebegrenzer bildet, in Form von Hartkalk oder Dolomitkalk vorliegen. Diese alkalischen Granulate halten einem Säureangriff länger stand als z. B. gelöschter, pulverförmiger Kalk und stellen so die Wirkungsweise des Substrates über einen langen Zeitraum sicher.
Vorteilhaft kann Lehm, insbesondere gekörnter Lehm, als Wasser-Bindemittel im Substrat Verwendung finden. Dieses Gemisch aus Ton, Sand und Schluff verstopft schnell dränende Poren des Substrates und stellt das Substrat daher „bindiger” ein, damit das Oberflächenwasser nicht zu schnell durch das Substrat hindurchtritt. Durch Veränderung des Lehmanteiles kann der kf-Wert, also der Wasserdurchlässigkeitsbeiwert, eingestellt werden.
Pflanzenfasern sind als mikrobakterieller Besiedlungsraum vorgesehen. Sie weisen einerseits eine große Oberfläche zur Schaffung eines dementsprechend großen mikrobakteriellen Besiedlungsraumes auf. Zudem weisen die Pflanzenfasern ein gewisses Quellvermögen auf und bewirken so einen Wasserrückhalt zur Versorgung der Mikroorganismen und zur Verbesserung von deren Lebensbedingungen und damit zur Verbesserung der Effektivität der mikrobakteriellen Schadstoffumsetzung. Zudem ermöglichen die Pflanzenfasern eine gewisse Nährstoff-Notversorgung mit Kohlenstoffverbindungen.
Vorteilhaft sind schwer abbaubare Pflanzenfasern, da sie einerseits länger im Substrat vorliegen und langsamer von den Mikrobakterien abgebaut werden. Zum Beispiel können Torf, Rinden, Kokosfasern und ähnlich schwer abbaubare Pflanzenfasern Verwendung finden, die aufgrund ihrer relativen Nährstoffarmut nur einen geringen Anteil der Austauscher-Kapazität des Substrats belegen.
Vorteilhaft können die Pflanzenfasern stark zerkleinert vorliegen, beispielsweise in einer wolligen oder faserigen Form, um eine möglichst große Oberfläche zum Kontakt mit dem Oberflächenwasser bereitzustellen. Zudem bewirken speziell derartig wollige oder faserige Pflanzenfasern einen physikalischen Effekt, indem sie die Entmischung des Substrates beim Transport behindern.
Die Pflanzenfasern stellen einen Besiedlungsraum und die Nährstoffe für die Mikroorganismen bereit und weisen auch eine Absorptionswirkung auf:
Huminstoffe als Abbau-Zwischenprodukte der pflanzlichen Fasern sind im Gegensatz zu mineralischen Fasern wichtige Absorbenten für Biozide, PCBs und PAKs. Die Vielfalt der Bindungsmöglichkeiten der Huminstoffe bewirken diesen positiven Effekt. Durch den langsamen Abbau der pflanzlichen Fasern werden stetig Huminsäurevorstufen neu gebildet, die ihre Absorbtionswirkung entfalten können.
Gegebenenfalls können noch weitere Inhaltsstoffe in dem Substrat vorgesehen sein, wie weitere Absorber oder Besiedlungshilfen für die Mikrobakterien.
Insgesamt wird ein Substrat vorgeschlagen, welches erstens eine Filterwirkung aufweist, mittels welcher Schadstoffe zurückgehalten bzw. gebunden werden, und welches zweitens die Möglichkeit schafft, diese Schadstoffe anschließend, ggf. über einen längeren Zeitraum, abzubauen bzw. umzusetzen.
Ein mit dem erfindungsgemäßen Substrat durchgeführtes Verfahren zur Behandlung von Oberflächenwasser, welches von verkehrsbelasteten Flächen abfließt, ist dadurch gekennzeichnet, dass verkehrs- bzw. fahrzeugbelastetes Oberflächenwasser durch das vorbeschriebene Substrat geleitet wird, so dass einerseits das Wasser aus dem Substrat wieder herausgelangen kann, beispielsweise durch Versickerung, und andererseits die Schadstoffe, die das Oberflächenwasser zunächst mit sich führte, im Substrat zurückgehalten werden bzw. im Substrat umgewandelt und abgebaut werden, wobei insbesondere auch ein langfristiger Abbau schlecht abbaubarer Schadstoffe, insbesondere schlecht abbaubarer organischer Schadstoffe, im Substrat vorgesehen ist, so dass über eine reine Bindungs- oder Filterwirkung hinausgehend das Substrat zur Verringerung vorliegender Schadstoffmengen führt.
Vorteilhaft kann das Substrat in eine Mulde oder insbesondere auch in eine Rinne eingebracht werden, die beispielsweise als Entwässerungsmulde bzw. Entwässerungsrinne neben den verkehrsbelasteten Flächen vorgesehen ist, beispielsweise neben Fahrbahnen oder Parkplätzen.

Claims

Substrat zur Behandlung von verkehrsbelastetem Oberflächenwasser, mit • einem Anteil von 20% an Alumosilikat in Form von Zeolith, welches Schwermetalle bindet, • einem Anteil von 30% an porösem, eine mechanische Filterwirkung bietenden Material in Form von Leichtlava, • einem Anteil von 40% an porösem Trägermaterial in Form von Pflanzenfasern, welches einen Besiedlungsraum für Mikrobakterien bildet, • einem in Teilchenform vorliegenden Tonmineral in Form von Bentonit, welches anorganische und organische Schadstoffe absorbiert, • einem alkalischen, langsam abbaubaren Säurebegrenzer in Form von kalkhaltigem Granulat, • einem Bindemittel zur Einstellung eines vorbestimmten Wasserdurchlässigkeitsbeiwertes des Substrates, • und einem organischen Material als Absorbens für umweltrelevante organische Schadstoffe.
Substrat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Tonmineral in Tablettenform gepresst vorliegt.
Substrat nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Hartkalk als Säurebegrenzer.
Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Lehm als Bindemittel.
Verwendung eines Substrats nach einem der Ansprüche 1 bis 4 bei einem Verfahren zur Behandlung von Oberflächenwasser, welches von verkehrsbelasteten Flächen abfließt, wobei das Wasser in einen Behandlungsraum geleitet wird, in welchem ein Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 4 enthalten ist, und wobei Schadstoffe in dem Substrat zurückgehalten werden, und wobei andere Schadstoffe in dem Substrat abgebaut werden.
Verwendung eines Substrats nach einem der Ansprüche 1 bis 4 in einer Rinne oder Mulde zur Aufnahme von Oberflächenwasser verkehrsbelasteter Flächen.