DE102009055178A1 - Vernebelungsstrippmodul und Verfahren zur Entfernung flüchtiger gelöster Stoffe aus Grundwasserströmen durch anoxisches Vakuumstrippen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Entfernung flüchtiger gelöster Stoffe aus Grundwasserströmen durch anoxisches Vakuumstrippen mit Konditionierung mittels eines on-site Vernebelungsstrippmoduls. Das Vernebelungsstrippmodul ist dadurch gekennzeichnet, dass es mehrere in Wasserdurchströmungsrichtung in Reihe geschaltete, vakuumdruckfeste Vernebelungskolonnen (1.1, 1.2, 1.3) frei von festen Einbauten und Füllkörpern und mit einem Kolonnenkopf (12) und einem Kolonnenboden (13) aufweist, wobei am Kolonnenboden (13) Kolonnenwasserpumpen (3.1, 3.2, 3.3) vorgesehen sind und dass eine Vakuumpumpe (4) zur parallelen Trägergasdurchströmung der Vernebelungskolonnen (1.1, 1.2, 1.3) geschaltet ist und dass am Kolonnenkopf (12) der Vernebelungskolonnen (1.1, 1.2, 1.3) Trägergasverdüsungsmodule (8) mit zugeordneten Trägergaskolonnendosiereinheiten (7.1) vorgesehen sind, in denen das Grundwasser anoxisch mit dem im Kreislauf geführten Trägergas vernebelt wird.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Entfernung flüchtiger gelöster Stoffe aus Grundwasserströmen durch anoxisches Vakuumstrippen mit Konditionierung mittels eines on-site Vernebelungsstrippmoduls.
• Gattungsgemäße Verfahren dienen der physikalischen anoxischen on-site Abtrennung von leicht- bis mittelflüchtigen, beispielsweise organischen, Schadstoffen aus Grundwasserströmen.
• Einsatzgebiete der Erfindung liegen beispielsweise in der Anwendung als Hochlast-Vorreinigungsstufe eines mehrstufigen anoxischen on-site Wasserbehandlungsverfahrens für mit leicht- bis mittelflüchtigen organischen Schadstoffen belastete Grundwasserströme, um eine wirtschaftlichere Auslegung und Fahrweise nachfolgender anoxischer Feinreinigungsstufen zu gewährleisten.
• Im Stand der Technik sind diverse Verfahrensvarianten des Vakuumstrippens und entsprechende Vorrichtungen dazu bekannt.
• Aus der US 4,979,886 A geht ein System zur Entfernung verbrennbarer organischer Verbindungen aus Wasser hervor. Es handelt sich dabei um einen Vakuumstripper für schadstoffhaltiges Grundwasser, in welchem eine einstufige Wasser-in-Gas-Vakuumverdüsung durchgeführt wird. Das Einsatzgebiet liegt bei hoch mit verbrennbaren organischen Stoffen, wie Diesel, belasteten Grundwässern, aus welchen ein komprimiertes Luft-Kohlenwasserstoff-Gemisch zum Antrieb eines Verbrennungsmotors erzeugt wird. Bei diesem Verfahren wird ein erwärmter Wasserstrom unter Vakuum belüftet. Das Verfahren ermöglicht keine anoxische Prozessführung, wie sie für die wirksame Entfernung diverser Schadstoffe erforderlich wäre.
• In der EP 1 103 314 B1 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reinigung eines kontaminierten Grundwasserleiters beschrieben, wobei unkontaminiertes infiltrationswasser zunächst einer Vakuum-Teilentgasung ohne Trägergaseinsatz und anschließend einer Begasung mit Sauerstoffgas unterzogen wird. Die Zielrichtung dieses Verfahrens liegt wiederum nicht in einer anoxischen Behandlung des Grundwasserstromes, sondern in der Bereitstellung von hoch sauerstoffangereichertem, blasenfreiem infiltrationswasser.
• Weiterhin ist im Stand der Technik nach der US 4,713,089 A ein Verfahren für die Entfernung flüchtiger Komponenten aus einem Wasser bekannt, welches ein on-site Hochvakuumstrippen offenbart. Die Hochvakuumstrippkolonne mit Wasserdampf als Trägergas arbeitet bei einem Systemdruck von circa 1,5 kPa. Dabei wird bei niedrigem Druck Wasser verdampft und mit dem Dampf werden die flüchtigen Komponenten, wie organische Kohlenwasserstoffe, aus dem Wasserstrom entfernt.
• Den Verfahren nach dem Stand der Technik ist der Nachteil zu eigen, dass eine effektive Entfernung von leicht- bis mittelflüchtigen organischen Verunreinigungen aus einem Grundwasserstrom unter anoxischen Bedingungen nicht gewährleistet ist.
• Ein besonderer Nachteil der Verfahren nach dem Stand der Technik besteht darin, dass die oxischen Strippverfahren für leicht- bis mittelflüchtige, zumeist organische, Schadstoffe aus Grundwässern eine unökonomische Behandlungstechnologie darstellen, weil sie die Mitbehandlung nicht reinigungsrelevanter Wasserinhaltsstoffe zwangsläufig beinhalten.
• Weiterhin nachteilig ist, dass eine genehmigungsfähige Wiedereinleitung von on-site behandelten Wässern in den Grundwasserleiter häufig durch eine Milieuverschiebung und Präzipitatbildungen erschwert wird beziehungsweise technisch nicht zweckmäßig ist. Die Milieuverschiebung besteht insbesondere darin, dass sich das Redox- und pH-Milieu durch den Eintrag von gelöstem Sauerstoff und das Ausstrippen von Kohlendioxid ändert und sich auch die Temperatur des Grundwassers verschiebt. Unter einer nachteiligen Präzipitatbildung wird die Bildung von Eisenhydroxiden und -oxyhydraten, Calzit und anderen schwerlöslichen Karbonaten verstanden. Diese erschweren einen stabilen Langzeitbetrieb von Infiltrationsbrunnen und führen zu Porenverblockung durch Versinterung und Verokerung. Unter Verokerung wird die Ablagerung von Präzipitaten aus Eisenhydroxiden und -oxyhydraten verstanden.
• Die im Stand der Technik bekannten Vorrichtungskonzepte sind insbesondere deswegen nachteilig, weil Verstopfungen beim Strippen von partikelhaltigen Wässern und Bioclogging in Füllkörperkolonnen und Hohlmembrankolonnen auftreten.
• Anaerobe/anoxische in-situ Reinigungsverfahren, wie enhanced natural attenuation ENA oder permeable reactive barriers PRB sowie genehmigungsfähige NA-Prozesse, benötigen unterstützende anoxische Reinigungsstufen, um deren Robustheit gegen Schwankungen von Stofffrachten und Umsatzkinetik sowie gegen Havarien zu verbessern.
• Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine robuste und weitgehend wartungsarme Vorrichtung und ein effektives Verfahren zur Verfügung zu stellen, welche eine anoxische Behandlung eines Grundwasserstromes unter Nutzung eines Vakuumstrippverfahrens gewährleisten.
• Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Vernebelungsstrippmodul zur on-site Entfernung flüchtiger gelöster Stoffe aus Grundwasserströmen gelöst, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass das Vernebelungsstrippmodul mehrere in Wasserdurchströmungsrichtung in Reihe geschaltete, vakuumdruckfeste Vernebelungskolonnen aufweist, die frei von festen Einbauten und Füllkörpern sind. Die Vernebelungskolonnen besitzen einen Kolonnenkopf und einen Kolonnenboden, wobei an jedem Kolonnenboden eine Kolonnenwasserpumpe vorgesehen ist, welche das gereinigte Grundwasser abfordert. Weiterhin ist eine Vakuumpumpe so geschaltet, dass eine parallele Trägergasdurchströmung der Vernebelungskolonnen gewährleistet ist. Die Vakuumpumpe saugt am Kolonnenkopf der Vernebelungskolonnen ein Gemisch aus einem Trägergas und den im Trägergas befindlichen Schadstoffen aus dem Grundwasser an. Die Einleitung des Trägergases in die Vernebelungskolonnen erfolgt über Trägergasverdüsungsmodule, in denen das Grundwasser mehrstufig anoxisch mit dem im Kreislauf geführten Trägergas vernebelt wird, wobei überraschenderweise eine dem thermodynamischen Gleichgewicht nahe kommende Strippwirkung erzielt wird. Den Trägergasverdüsungsmodulen ist je eine Trägergaskolonnendosiereinheit zugeordnet.
• Gemäß der Konzeption der Erfindung ist das Vernebelungsstrippmodul aus mehreren Vernebelungskolonnen aufgebaut und on-site, also oberhalb der Erdoberfläche, zur Behandlung von Grundwasserströmen vorgesehen.
• Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird das Trägergas, welches ein anoxisches Trägergas oder Trägergasgemisch ist, in einem mehrstufigen Trägergasreinigungsmodul gereinigt und anschließend im Kreislauf geführt.
• Vorteilhaft ist weiterhin eine Trägergasmengenbegrenzungseinheit zur Konstanthaltung des Trägergasvolumenstromes innerhalb des Trägergaskreislaufes vorgesehen.
• Das System wird bevorzugt vervollständigt durch eine Wasserstromkreislaufregelungseinheit mit Wasserstromregelventilen mit den dem System zugehörigen Wasserleitungen. Dabei ist eine Wasserkreislaufleitung vorgesehen, sodass Teile des Grundwasserstromes im Kreislauf geführt werden können, um eine optimale Reinigung zu gewährleisten.
• Das Trägergasverdüsungsmodul wird aus einer Wasserstrahlpumpe und einer nachgeschalteten Vernebelungsdüse gebildet.
• Vorteilhaft ist es, Wärmeübertrager des Betriebswasserkreislaufes der Vakuumpumpe in die Wasserstromkreislaufleitung der Vernebelungskolonnen einzubinden, durch die eine geringe Erwärmung des Grundwasserstromes zwischen den Vernebelungskolonnen stattfindet.
• Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist eine Dosiereinrichtung für reaktive Fluide mit einem statischen Mischermodul am Grundwasserauslass vorgesehen. Damit wird die Möglichkeit der gezielten Konditionierung des Grundwassers mittels reaktiver Fluide nach der Behandlung in dem Vernebelungsstrippmodul und vor dem Verlassen des Systems und der Wiedereinleitung in den Grundwasserleiter oder den Vorfluter realisiert.
• Bevorzugt ist das Vakuumträgergasleitungssystem mit der Vakuumpumpe als geschlossenes System mit Kreislaufführung des Trägergases ausgeführt.
• Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist eine Frischträgergasdosiereinheit mit statischem Mischermodul und Gasversorgungseinheit sowie einem Trägergasauslass nach dem Gasreinigungssystem vorgesehen. Diese Komponenten komplettieren eine effiziente Kreislaufführung des Trägergasstromes, bei dem ein teilweiser Austausch des Trägergases und gegebenenfalls eine Ausleitung von überschüssigem Trägergas möglich ist.
• Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird das Vernebelungsstrippmodul durch drei in Wasserdurchströmungsrichtung geschaltete und vakuumdruckfeste Vernebelungskolonnen ausgebildet, die konzeptionsgemäß frei von festen Einbauten und Füllkörpern ausgeführt sind.
• Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin durch ein Verfahren zur Entfernung flüchtiger gelöster Stoffe aus Grundwasserströmen durch anoxisches Vakuumstrippen gelöst, bei dem Grundwasser mehrere in Reihe geschaltete und unter Vakuum stehende Vernebelungskolonnen durchströmt, wobei das Grundwasser mit einem Trägergas am Kolonnenkopf mittels zweifacher in-line-Wasser-Gas-Intensivverdüsung vernebelt wird. Der Wasser-Nebelstrom ist abwärts gerichtet und strömt vom Kolonnenkopf in die Vernebelungskolonnen ein. Am Kolonnenboden wird nach einer Nebelauflösung durch Gas-Wasser-Trennung in den Vernebelungskolonnen der gereinigte Wasserstrom abgesaugt und in eine nachfolgende Vernebelungskolonne gepumpt beziehungsweise nach Durchlaufen der letzten Vernebelungskolonne entweder teilweise im Kreislauf geführt oder aber aus dem System ausgeleitet. Das Trägergas wird im Unterschied zum Grundwasserstrom im Parallelbetrieb gleichzeitig aus den Vernebelungskolonnen abgesaugt und nachfolgend in mehreren Reinigungsstufen aufbereitet und anschließend den Vernebelungskolonnen über die Trägergaskolonnendosiereinheit zur Vervollständigung des Kreislaufes wieder zugeführt.
• Bevorzugt wird das Vakuum in den Vernebelungskolonnen zwischen 5 kPa und 25 kPa gehalten, sodass bei den herrschenden Temperaturen im Unterschied zu Hochvakuumstrippverfahren keine Verdampfung des Wassers eintritt.
• Die Trägergas-Wasser-Kontaktzeiten in den Vernebelungskolonnen sind dabei kleiner als eine Sekunde und das Grenzfläche-Wasservolumenverhältnis ist größer als 10⁵ Quadratmeter je Kubikmeter Wasser. Bevorzugt wird ein Grundwasservolumenstrom von mehr als 5 Kubikmeter Wasser pro Stunde mit dem Verfahren behandelt.
• Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, dass mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren ausschließlich reinigungsrelevante Schadstoffe dem Grundwasserstrom während der on-site Grundwasserreinigung entzogen werden. Damit wird eine aufwändige und unwirtschaftliche Mitbehandlung von nicht reinigungsrelevanten Wasserinhaltsstoffen vermieden.
• Besonders vorteilhaft ist, dass die Rückführung des von Schadstoffen gereinigten Grundwasserstromes in einen Grundwasserleiter erfolgen kann,
• – ohne dass dadurch eine relevante Störung der Beschaffenheit des Grundwasserstromes im Grundwasserleiter hervorgerufen wird und dass
• – gezielt eine gewünschte Beeinflussung des anoxischen hydrochemischen Milieus des Grundwasserstromes im Grundwasserleiter erreicht werden kann.
• Dadurch werden die natürlichen Selbstreinigungskräfte des Grundwasserstromes und des Grundwasserleiters positiv stimuliert.
• Ein bevorzugter Einsatz der Erfindung erfolgt bei hohen Schadstofffrachten im Grundwasserstrom, typischerweise bei Werten größer als 0,1 kg Schadstoff je Stunde und bei hohen Frachten von nicht reinigungsrelevanten Wasserinhaltsstoffen, wie Eisen und Mangan, typischerweise bei Werten größer als 0,1 kg Eisen und Mangan je Stunde, die bei oxischer Prozessführung im Unterschied zur erfindungsgemäßen Behandlung zwangsläufig mitbehandelt werden.
• Analog gilt, dass das Verfahren und die Vorrichtung vorteilhaft bei hohen Schadstoffkonzentrationen im Grundwasserstrom, beispielsweise Werte von mehr als 10 g Schadstoff je Kubikmeter Wasser und hohen Konzentrationen von nicht reinigungsrelevanten Wasserinhaltsstoffen, wie Eisen und Mangan, beispielsweise bei Werten von größer als 0,1 kg Eisen und Mangan je Kubikmeter Wasser, einsetzbar ist.
• Die Vorteile der Erfindung treten auch dann besonders hervor, wenn hohe Konzentrationen von nicht reinigungsrelevanten Wasserinhaltsstoffen, wie Karbonate und Hydrogenkarbonate in einem Bereich von Werten größer als 0,1 kg Karbonate und Hydrogenkarbonate je Kubikmeter Wasser, auftreten, die bei einer Prozessführung mit Verschiebung des pH-Milieus ausfällungsgefährdet sind und so zwangsläufig mitzubehandeln wären.
• Gemäß der Konzeption der anoxischen Behandlung von Grundwasserströmen ist die Erfindung vorteilhaft kombinierbar mit dem Einsatz zur anoxischen Abreinigung der in einen Trägergasstrom überführten Schadstoffe mittels sorptiver oder anoxischer katalytischer Gasreinigungsstufen.
• Ökonomisch vorteilhaft ist die Mehrfachnutzung des anoxischen Trägergases durch Rezirkulation in einem geschlossenen Trägergas-Kreislauf. Ebenso vorteilhaft ist, dass mit dem Verfahren hohe Schadstoffkonzentrationen im Trägergasstrom erreicht werden, die für einen wirtschaftlichen Betrieb einer Trägergasreinigung, beispielsweise als energie-autarke Katalysestufe, einsetzbar sind.
• Die Vorrichtung ist eine mobile als Containeranlage ausgeführte Kompaktanlage mit geringem Stellflächen- und Stellhöhenbedarf. Der typische Flächenbedarf liegt unter 25 m² und die Höhe beträgt typischerweise weniger als 3 m. Damit kann die Anlage mobil und temporär je nach Bedarf an verschiedenen anoxisch betriebenen Entnahme- und Infiltrationsbrunnen eingesetzt werden. Temporär betriebene Reinigungsanlagen mit einer Betriebsdauer von weniger als 6 Monaten bei kontinuierlichem oder diskontinuierlichem Betrieb werden zum Beispiel zur kurzfristigen Gefahrenabwehr in „Gefahr-im-Verzug”-Situationen nach dem Ordnungs- und Polizeirecht sowie nach dem Bergrecht eingesetzt.
• Der Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist sowohl als Einzelanlage als auch als Bestandteil einer modularen Reinigungstechnologie für schadstoffbelastete Grundwasserströme vorteilhaft möglich.
• Alternativ ist auch der Einsatz als permanent betriebene Reinigungsanlage mit einer Betriebsdauer von mehr als 24 Monaten bei kontinuierlichem oder diskontinuierlichem Betrieb in einer Quellensicherungs- oder Sanierungstechnologie für Grundwasserschäden, sogenannten pump&treat-Wasserkreisläufen, im Rahmen des Umgangs mit Altlasten nach dem Wasser- und Bodenschutzrecht möglich.
• Weitere vorteilhafte, indirekte Effekte sind die Verbesserung der Standzeit, der Infiltrationsleistung und der Betriebssicherheit von Infiltrationsbrunnen für die Wiedereinleitung on-site gereinigter Grundwasserströme durch die Vermeidung von Porenverblockung durch Gas- oder Bioclogging im filternahen Brunnenumfeld sowie Vermeidung von Brunnenversinterung und -verokerung.
• Verfahrensmäßig vorteilhaft ist, dass eine Verringerung der notwendigen Kontaktzeit und eine Erhöhung der notwendigen Kontaktfläche Wasser – Gas für eine bestimmte erforderliche Schadstoffabtrennung aus einem Grundwasserstrom erreicht wird. Ein ebenso vorteilhafter Effekt der Erfindung ist, dass die notwendige Trägergasmenge für eine bestimmte erforderliche Schadstoffabtrennung aus einem Grundwasserstrom verringert wird, wobei im Trägergasstrom zu geringe Schadstoffkonzentrationen, die eine unwirtschaftliche Trägergasreinigung hervorrufen, vermieden werden.
• Ein vorteilhafter Aspekt der Erfindung besteht darin, dass wasserrechtlich die Möglichkeit der erlaubten Rückführung beziehungsweise Wiedereinleitung von on-site von Schadstoffen gereinigten Grundwasserströmen in einen Grundwasserleiter besteht, weil keine relevante Störung weiterer Grundwasserbeschaffenheitsparameter durch das Verfahren hervorgerufen wird.
• Die Konzeption der Erfindung in Bezug auf das Verfahren wird nachfolgend zusammengefasst:
• • mehrstufige Wasserstromführung der Grundwasserreinigung im Reihenbetrieb der Kolonnen als inkohärenter, abwärts gerichteter Wasser-Nebelstrom, wobei je Kolonne ein Wasserpumpenaggregat zur Abförderung des gereinigten Wassers und zur Druckerhöhung aus den unter Vakuumdruck stehenden Kolonnen eingesetzt wird,
• • Trägergasstromführung der Grundwasserreinigung im Parallelbetrieb der Kolonnen als kohärente Trägergas-Nebelströme je Kolonne bei zweifacher in-line Gas-Wasser-Intensivverdüsung, wobei die Intensivverdüsung je Kolonne mittels Wasserstrahlpumpe und nachgeschalteter Vernebelungsdüse erzeugt wird,
• • Verbesserung der Trägergasausnutzung zur Schadstoffabtrennung durch Vakuum-Druckregelung der Trägergas-Nebelströme (typischer Bereich: 5 bis 25 kPa) bei Vermeidung von Verdampfen des Wasserstromes. Die Trägergas-Nebelströme der Kolonnen werden dabei von insgesamt nur einem Vakuum-Gaspumpenaggregat zusammengefasst abgesaugt, von Schadstoffen gereinigt und im geschlossenen Gaskreislauf der Intensivverdüsung erneut verteilt zugeführt,
• • kurze Kontaktzeiten Gas-Wasser (typisch: < 1 Sekunde) je Kolonne bei Erzeugung großer Grenzflächen Gas-Wasser (typisch: Grenzfläche-Wasservolumen-Verhältnis > 10⁵ m²/m³W) für einen schnellen Schadstoffübergang und eine hohe Schadstoff-Stromdichte in das Trägergas über transiente Gas-Wasser-Grenzflächen,
• • variabel steuerbare Wasservolumenströme (typisch: > 5 m³W/h) durch die Reinigungsanlage im kontinuierlichen Durchlauf- oder Intervallbetrieb zur Anpassung an variable Grundwasser-Zulaufströme und zur Erzielung variabel vorgebbarer Reinigungswirkungen für einen Grundwasserstrom, die Steuerung der Wasservolumenströme erfolgt mittels frequenzgeregelter Wasserpumpenaggregate und magnetventilgesteuerter variabler Mehrfach-Kreislaufführung eines Teilwasserstromes oder des Gesamtwasserstromes,
• • variabel steuerbare Trägergasvolumenströme (typisch: > 10 Nm³G/h) durch die Reinigungsanlage im kontinuierlichen Durchlauf- oder Kreislaufbetrieb zur Einstellung eines kleinen, hinreichenden Volumenstromverhältnisses Gas-Wasser (typisch: VG:VW = 5:1 bis 20:1) für die Schadstoffabtrennung aus dem Grundwasserstrom und eine nachfolgende wirtschaftliche Reinigung des hoch mit Schadstoffen beladenen Trägergasstromes (typisch: > 0,1 mol Schadstoff/Nm³G), die Steuerung der Trägergasvolumenströme der Kolonnen erfolgt mittels Vakuumdrucksteuerung, externem Trägergas-Zwischenspeicher und volumenstromgesteuerter Trägergasdosierung an den Wasserstrahlpumpen, der Kreislaufbetrieb sichert einen kleinen Trägergas-Verbrauch (typisch: < 1 Nm³G/m³W) und verhindert eine Abtrennung gelöster leichtflüchtiger, aber nicht reinigungsrelevanter Wasserinhaltsstoffe wie zum Beispiel Kohlendioxid,
• • vollständig anoxische Prozessführung der Grundwasserreinigung von der Entnahme über die Reinigungsanlage bis zur Wiedereinleitung in den anoxischen Grundwasserleiter beziehungsweise bis zur Übergabe an eine nachfolgende anoxische Wasserreinigungsstufe durch Einsatz eines anoxischen Trägergasgemisches, wie zum Beispiel Stickstoff und Kohlendioxid, in der Reinigungsanlage im Gaskreislauf zur Schadstoffabtrennung und Einsatz von anoxisch betriebenen Entnahme- und Infiltrationsbrunnen für den Grundwasserstrom,
• • Verbesserung der Schadstoffabtrennung durch Einstellung günstiger Schadstoffverteilungskennwerte Wasser-Gas (temperaturabhängiger Henry-Koeffizienten) mittels Erwärmung des Grundwasserstromes mit einem Wärmetauscher unter Nutzung der Abwärme des Gaspumpenaggregats aus dessen separatem, geschlossenem Betriebswasserkreislauf,
• • Konditionierung des hydrochemischen Milieus der Wässer (zum Beispiel pH-Wert, Redox-Milieu) während der Grundwasserreinigung zur Vermeidung einer Verstopfungsgefahr in den Kolonnen, besonders in den Düsen und Pumpen, durch Feststoffausfällungen und zur Verbesserung der Schadstoffabtrennung durch Einstellung günstiger Schadstoffverteilugskennwerte Wasser-Gas (milieuabhängiger Henry-Koeffizienten), hierfür werden gasförmige Konditionierungsstoffe in den Kolonnen in den Wasserstrom homogen eingemischt beziehungsweise aus diesem entfernt (zum Beispiel Partialdrucksteuerung für Atmosphärengase wie Stickstoff und Kohlendioxid, Steuerung der Gesamt-Gassättigung durch variablen Vakuumdruck in den Kolonnen, Steuerung des pH-Wertes),
• • Konditionierung des hydrochemischen Milieus der Wässer nach der Grundwasserreinigung vor einer Wiedereinleitung in den Grundwasserleiter beziehungsweise vor einer Übergabe an eine nachfolgende Wasserreinigungsstufe zur Vermeidung einer Beeinflussung oder zu einer gezielt gewünschten Beeinflussung des hydrochemischen Milieus eines in-situ Grundwasserstromes und zur Vermeidung einer Verstopfungsgefahr im anoxischen Infiltrationsbrunnen durch Feststoffausfällung und Porenverblockung infolge Entgasung gelöster Gase oder Biomassewachstum, hierfür werden flüssige und gasförmige Konditionierungsstoffe in (Gase) beziehungsweise nach (Flüssigkeiten) der letzten Kolonne in den Ablauf-Wasserstrom homogen eingemischt (zum Beispiel Partialdrucksteuerung für Atmosphärengase wie Stickstoff und Kohlendioxid, Steuerung der Gesamt-Gassättigung durch variablen Vakuumdruck, Steuerung des pH-Wertes mit Protonenakzeptoren oder -donatoren (Pufferstoffen), Steuerung der Konzentration anoxischer Elektronenakzeptoren oder -donatoren
• Die Konzeption der Erfindung in Bezug auf das Vernebelungsstrippmodul wird nachfolgend zusammengefasst:
  Die Vorrichtung zur Entfernung flüchtiger gelöster Stoffe aus Grundwasserströmen durch anoxisches Vakuumstrippen mit Konditionierung mittels on-site Vernebelungsstrippmodul besteht aus
• • mehreren in Reihe geschalteten und unter Vakuumdruck stehenden Vernebelungskolonnen zur Abtrennung flüchtiger Schadstoffe aus einem schadstoffbelasteten Grundwasserstrom in einen Trägergasstrom, wobei die Vernebelungskolonnen frei von festen Einbauten und Füllkörpern sind,
• • einem Wasser-Förderaggregat zur anoxischen Förderung eines mit leichtflüchtigen Schadstoffen beladenen Grundwasserstromes aus einem anoxisch betreibbaren Entnahmebrunnen,
• • drei Wasser-Förderaggregaten zur anoxischen Förderung des zu reinigenden Wasserstromes aus den Vernebelungskolonnen und zur Druckerhöhung,
• • einer Wasserstrom-Kreislaufregelungseinheit mit drei Wasserstrom-Regelventilen, davon je einem Wasserstrom-Regelventil in der Wasserstrom-Zulaufleitung, -Ablaufleitung und -Kreislaufleitung für den Differenzial- oder Intervallbetrieb, zur bestimmungsgemäßen Aufteilung des Wasserstromes zwischen der Ablauf- und der Kreislaufleitung,
• • einem Trägergas-Vakuumförderaggregat mit separatem geschlossenem Betriebswasser-Kreislauf zur Vakuumerzeugung und parallelen Absaugung der Trägergasströme an den Kopfräumen der Vernebelungskolonnen (Kolonnenkopf) und zur Förderung des Gesamt-Trägergasstromes zur Trägergas-Reinigungseinheit,
• • einem mehrstufigen Trägergas-Reinigungsmodul, bestehend aus einer Wasserabscheide- und einer ein- oder mehrstufigen Schadstoffabreinigungseinheit aus dem Trägergasstrom,
• • parallel geschalteten Trägergaskolonnendosiereinheiten zur Wiederverteilung des gereinigten Trägergasstromes im geschlossenen Gaskreislauf, je angeordnet vor einem Trägergasverdüsungsmodul,
• • einer Trägergasmengenbegrenzungseinheit, die zum Auslass von verbrauchtem Trägergas dem Trägergasreinigungsmodul nachgeschaltet ist,
• • Trägergasverdüsungsmodulen, bestehend aus je einer Strahlpumpe und einer nachgeschalteten Vernebelungsdüse für den Gas-Wasser-Strom,
• • einem oder mehreren Wärmeübertragern für den Betriebswasserkreislauf der Vakuumpumpe, die in die Wasserförderleitung der Kolonnen eingebunden sind,
• • einem geschlossenen, druck- und vakuumbelastbaren Wasserleitungssystem, bestehend aus Zulaufleitung, Ablaufleitung und Kreis-Rücklaufleitung,
• • einer Dosierstelle für reaktive Flüssigkeiten mit statischem Mischermodul und einem Wasserauslass für den Ablauf-Wasserstrom,
• • einem geschlossenen, vakuumbelastbaren Vakuumträgergasleitungssystem,
• • einer Dosierstelle für Frischträgergas mit statischem Mischermodul und Gasversorgungseinheit sowie einem Trägergasauslass nach dem Gasreinigungssystem,
• • einem Messsystem für Wasser- und Gas-Volumenströme sowie für Wasser- und Gas-Drücke,
• • einem Steuerungs- und Sicherheitsmodul der Anlage,
• • einem stoffmengenerhaltenden Vakuumprobenahmesystem mit Steuereinheit zur druckangepassten Probenüberführung an ein Labor-Analysengerät für die diskrete Überwachung der Wasser- und Gas-Schadstofffrachten und Konzentrationen.
• Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:
• 1: Prinzipzeichnung des Vernebelungsstrippmoduls und
• 2: Detailzeichnung zum Trägergasverdüsungsmodul.
• In 1 ist ein Vernebelungsstrippmodul 1 schematisch dargestellt. Mittels eines Wasser-Förderaggregates, der Grundwasserpumpe 2, erfolgt die anoxische Förderung des mit leichtflüchtigen Schadstoffen beladenen Grundwasserstromes über das Wasserleitungssystem 10 aus einem nicht dargestellten anoxisch betriebenen Entnahmebrunnen in die Wasserzulaufleitung 10.1. Gesteuert von der Wasserstromkreislaufregelungseinheit 5, welche als SPS-Steuerung ausgestaltet ist, erfolgt am Wasserstromzulaufventil 5.1 die Dosierung des Zulaufwassers in die Wasserkreislaufleitung 10.3. An der Frischträgergasdosiereinrichtung 17 und dem statischen Mischermodul 14 erfolgt die Einspeisung und Einmischung von Frisch-Trägergas aus der Gasversorgungseinheit 18 in den Kreislaufwasserstrom. Unmittelbar am Kolonnenkopf 12 der ersten Vernebelungskolonne 1.1 erfolgt, gesteuert von der Trägergaskolonnendosiereinheit 7.1 mittels des Trägergasverdüsungsmoduls 8, die Einmischung des Kreislauf-Trägergasstromes in den Kreislauf-Wasserstrom und deren gemeinsame Vernebelung in die unter Vakuumdruck stehende Vernebelungskolonne 1.1. In der Kolonne 1.1 erfolgt aus dem diskontinuierlichen Wasser-Nebelstrom über große transiente Gas-Wasser-Grenzflächen ein schneller Schadstoffübergang bei hoher Schadstoff-Stromdichte in den Trägergasstrom.
• Mittels der Wasser-Förderaggregate, der Kolonnenwasserpumpen 3.1, 3.2 und 3.3, erfolgt die anoxische Förderung aus den jeweils unter Vakuumdruck stehenden Vernebelungskolonnen 1.1, 1.2 und 1.3 und damit eine verbundene Druckerhöhung des Kreislauf-Wasserstromes. Hierbei wird der aus den Kolonnen 1.1 beziehungsweise 1.2 am Kolonnenboden 13 abgezogene Wasserstrom jeweils zum Kopfraum der folgenden Kolonnen 1.2 beziehungsweise 1.3 gefördert. Dabei erfolgt, analog zur ersten Vernebelungskolonne 1.1 am Kolonnenkopf 12 der Verneblungskolonnen 1.2 und 1.3, wiederum gesteuert von den Trägergaskolonnendosiereinheiten 7.1 mittels der Trägergasverdüsungsmodule 8 die erneute Einmischung des Kreislauf-Trägergasstromes in den Kreislauf-Wasserstrom und deren gemeinsame Vernebelung. Der aus der Kolonne 1.3 am Kolonnenboden 13 abgezogene gereinigte Grundwasserstrom wird gesteuert von der Wasserstromkreislaufregelungseinheit 5 am Wasserstromablaufventil 5.2 der Wasserablaufleitung 10.2 in den Kreislaufwasserstrom und den Ablaufwasserstrom aufgeteilt. Der Kreislaufwasserstrom wird im Differenzial- oder Intervallbetrieb mittels des Wasserstromkreislaufventils 5.3 an der Verbindung von Kreislauf- und Zulaufwasserleitung mit dem Zulaufwasserstrom zusammengeführt. In den gereinigten anoxischen Ablaufwasserstrom erfolgt an der Dosiereinrichtung für reaktive Fluide 11 und einem statischen Mischermodul 14 optional die Einspeisung und Einmischung reaktiver Gase oder Flüssigkeiten zur Konditionierung des hydrochemischen Milieus des das System verlassenden behandelten Grundwasserstromes. Der Ablaufwasserstrom wird anschließend am Grundwasserauslass 15 aus dem on-site Vernebelungsstrippmodul 1 zur Wiedereinleitung in den Grundwasserleiter beziehungsweise zur Übergabe an eine nachfolgende Wasserreinigungsstufe ausgeleitet.
• Der Kreislauf-Trägergasstrom wird mittels der Vakuumpumpe 4 parallel an den Kolonnenköpfen 12 der Vernebelungskolonnen 1.1, 1.2 und 1.3 abgesaugt und unmittelbar vor der Vakuumpumpe 4 zusammengeführt. Der Gesamt-Trägergasstrom wird druckseitig mittels des Vakuumträgergasleitungssystems 16 zum Trägergasreinigungsmodul 6 geleitet. Dort werden dem Trägergasstrom in einer Wasserabscheideeinheit 6.1 Prozesswasseranteile sowie in anoxischen sorptiven oder katalytischen Gasreinigungsstufen, den ein- oder mehrstufigen Schadstoffabreinigungseinheiten 6.2, selektiv die reinigungsrelevanten Schadstoffe entzogen. Der gereinigte Gesamt-Trägergasstrom wird mittels der parallel geschalteten Trägergaskolonnendosiereinheiten 7.1 in drei parallele Kreislauf-Trägergasteilströme aufgeteilt und an den Trägergasverdüsungsmodulen 8 unmittelbar über den Kolonnenköpfen 12 der Vernebelungskolonnen 1.1, 1.2, 1.3 erneut in den Kreislauf-Wasserstrom eingemischt. Aus dem gereinigten Gesamt-Trägergasstrom wird nach dem Trägergasreinigungsmodul 6, gesteuert vom Mess- und Regelsystem für die Gas-Drücke 20, an der Trägergasmengenbegrenzungseinheit 7.2 ein verbrauchter Teil-Trägergasstrom am Trägergasauslass 19 aus dem on-site Vernebelungsstrippmodul 1 ausgeleitet.
• Dem separaten geschlossenen Betriebswasserkreislauf der Vakuumpumpe 4 wird mittels Wärmeübertrager 9, die in die Wasserkreislaufleitungen 10.3 der Vernebelungskolonnen 1.2 und 1.3 eingebunden sind, Abwärme der Vakuumpumpe 4 entzogen und auf den Kreislauf-Wasserstrom übertragen. Der automatisierte und gefahrenfreie Betrieb des on-site Vernebelungsstrippmoduls 1 wird mittels des Steuerungs- und Sicherheitsmoduls 21 gewährleistet, das Steuersignale der Messsysteme für Wasser- und Gas-Volumenströme sowie Wasser- und Gas-Drücke 20 verarbeitet. Die zeitlich und örtlich diskrete Entnahme von Proben zur Überwachung der Stoff-Zusammensetzung der Wasser- und der Trägergasströme erfolgt mittels der stoffmengenerhaltenden Vakuumprobenahmestation mit Steuereinheit 22. Dieses gewährleistet die druckangepasste Probenüberführung an zur Stoffanalyse geeignete Labor-Analysengeräte.
• In 2 ist ein Trägergasverdüsungsmodul 8 dargestellt, welches das Kernstück der erfindungsgemäßen Vorrichtung darstellt. Das Trägergasverdüsungsmodul 8 besteht aus einer Wasserstrahlpumpe 8.1, einer Vernebelungsdüse 8.2 und einem dazwischenliegenden Diffusor-Abstromrohr 8.3, welches eine Gas-Wasser-Mischstrecke bildet.
• Im Trägergasverdüsungsmodul 8 wird der Wasserstrom aus der Wasserkreislaufleitung 10.3 mit Hilfe des Trägergases aus der Gaszuleitung 8.4 in der Wasserstrahlpumpe 8.1 und im Diffusor-Abstromrohr 8.3 gemischt und mittels der Vernebelungsdüse 8.2 in den Kolonnenkopf 12 der Vernebelungskolonnen 1.1, 1.2, 1.3 eingebracht.
• Besonders vorteilhaft ist die effiziente Vernebelung des Grundwasserstromes mit dem Trägergasstrom durch die Kombination von Wasserstrahlpumpe 8.1, Diffusor-Abstromrohr 8.3 und Vernebelungsdüse 8.2. Der aus der Vernebelungsdüse 8.2 austretende Grundwassernebel bewegt sich vom Kolonnenkopf 12 durch die Vernebelungskolonne 1.1, 1.2 oder 1.3 hindurch zum Kolonnenboden 13, wo das dort separierte Grundwasser abgefordert wird.
• Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben.
• Ausführungsbeispiel 1:
• Differenzialbetrieb mit Ablaufwasser-Reinfiltration ohne Konditionierung.
• Mittels eines frequenzgeregelten 2 kW-Wasserförderaggregates 2 erfolgt die anoxische Förderung eines mit Benzen (1 mg/l) und gelöstem Fe-II (50 mg/l) beladenen Grundwasserstromes von 2 m³W/h mit einem pH-Wert von 6,8 aus dem anoxisch betriebenen DN 150-Entnahmebrunnen in die DN 50-Wasserzulaufleitung 10.1. Gesteuert von der Wasserstromkreislaufregelungseinheit 5 erfolgt am Wasserstromzulaufventil 5.1 die Dosierung des Zulaufwassers in die DN 50-Wasserkreislaufleitung 10.3 bei einem Druck von pW = 300 kPa. An der Dosierstelle und dem statischen Mischermodul DN 50 14 erfolgt die Einspeisung und Einmischung von 1 Nm³G/h Frisch-Trägergas, bestehend aus 95% N₂-Gas und 5% CO₂-Gas, in den Kreislauf-Wasserstrom von 6 m³W/h. Unmittelbar am Kopf der ersten Verneblungskolonne 1.1 erfolgt, gesteuert von der Trägergaskolonnendosiereinheit 7.1, mittels des Trägergasverdüsungsmoduls 8 die Einmischung eines Kreislauf-Trägergasteilstromes von 10 Nm³G/h in den Kreislauf-Wasserstrom und deren gemeinsame Vernebelung an der Vernebelungsdüse in die unter dem Vakuumdruck von pG,K1 = 10 kPa stehende erste Verneblungskolonne 1.1. In der Vernebelungskolonne 1.1 erfolgt aus dem diskontinuierlichen Wasser-Nebelstrom über große transiente Gas-Wasser-Grenzflächen ein schneller Benzenübergang bei hoher Genzen-Stromdichte in den Trägergasstrom.
• Mittels der frequenzgeregelten 5 kW-Wasserförderaggregate 3.1, 3.2, 3.3 erfolgt die anoxische Förderung aus den unter einem Vakuumdruck von pG,K1 = 10 kPa stehenden Verneblungskolonnen 1.1, 1.2, 1.3 und die erneute Druckerhöhung des Kreislauf-Wasserstromes auf pW = 300 kPa. Hierbei wird der aus der ersten Vernebelungskolonne 1.1 bzw. der zweiten Vernebelungskolonne 1.2 geförderte Wasserstrom jeweils zum Kolonnenkopf 12 der folgenden Vernebelungskolonnen 1.2 bzw. 1.3 geleitet. Dabei erfolgt (analog zur Vernebelungskolonne 1.1) am Kopf der Verneblungskolonnen 1.2 bzw. 1.3, gesteuert von den Trägergaskolonnendosiereinheiten 7.1, mittels der Trägergasverdüsungsmodule 8 die erneute Einmischung je eines Kreislauf-Trägergasteilstromes von 10 Nm³G/h in den Kreislauf-Wasserstrom von 6 m³W/h und deren gemeinsame Vernebelung. Der aus der Vernebelungskolonne 1.3 geförderte Wasserstrom wird gesteuert von der Wasserstromkreislaufregelungseinheit 5 am Wasserstromablaufventil 5.2 in der DN 50-Wasserablaufleitung 10.2 in einen Rücklaufwasserstrom von 4 m³W/h und einen Ablauf-Wasserstrom von 2 m³W/h aufgeteilt. Der Kreislauf-Wasserstrom wird mit einem Druck von pW = 300 kPa im Differenzialbetrieb mittels des Wasserstrom-Regelventils an der Verbindung der DN 50-Kreislauf- und der DN 50-Zulauf-Wasserleitung mit dem Zulauf-Wasserstrom erneut vereinigt. In den gereinigten anoxischen Ablauf-Wasserstrom mit einer Stoffbeladung von 5 μg/l Benzen und 50 mg/l Fe-II sowie einem pH-Wert von 6,8 erfolgt an der Dosiereinrichtung für reaktive Fluide 11 und dem statischen Mischermodul DN 50 14 keine Einspeisung und Einmischung reaktiver Flüssigkeiten zur Konditionierung des hydrochemischen Milieus. Der Ablauf-Wasserstrom wird anschließend am Grundwasserauslass 15 aus dem on-site Vernebelungsstrippmodul ausgeleitet und zur wasserrechtlich genehmigten Wiedereinleitung in den Grundwasserleiter einem anoxisch betriebenen DN 150-Infiltrationsbrunnen zugeführt.
• Ein Kreislauf-Trägergasstrom von insgesamt 30 Nm³G/h, bestehend aus 95% N₂-Gas und 5% CO₂-Gas, wird mittels des 5 kW-Trägergas-Vakuumförderaggregates 4 (Vakuumpumpe) parallel an den Kolonnenköpfen 12 der Verneblungskolonnen 1.1, 1.2, 1.3 mit einem Druck von pG = 10 kPa abgesaugt und unmittelbar vor der Vakuumpumpe 4 zusammengeführt. Der Gesamt-Trägergasstrom wird druckseitig mit einem Druck von pG = 110 kPa mittels eines DN 35-Trägergasleitungssystems zum dreistufigen Trägergasreinigungsmodul 6 geleitet. Dort wird dem Trägergasstrom nach einer Wasserabscheideeinheit 6.1 in zwei sorptiven Schadstoffabreinigungseinheiten 6.2 selektiv das reinigungsrelevante Benzen vollständig entzogen. Der gereinigte Gesamt-Trägergasstrom von 30 Nm³G/h wird mittels dreier parallel geschalteter Trägergaskolonnendosiereinheiten 7.1 in drei parallele Kreislauf-Trägergasteilströme von je 10 Nm³G/h aufgeteilt und an den Trägergasverdüsungsmodulen 8 unmittelbar über den Kolonnenköpfen 12 der Verneblungskolonnen 1.1, 1.2, 1.3 erneut in den Kreislauf-Wasserstrom eingemischt. Aus dem gereinigten Gesamt-Trägergasstrom wird nach dem Trägergasreinigungsmodul 6, gesteuert vom Mess- und Regelsystem für die Gas-Drücke 20, am Trägergas-Auslass ein verbrauchter Teil-Trägergasstrom von 1 Nm³G/h aus dem on-site Vernebelungsstrippmodul 1 ausgeleitet.
• Dem separaten geschlossenen Betriebswasser-Kreislauf des Trägergas-Vakuumförderaggregates 4 (Vakuumpumpe) wird mittels Wärmeübertrager 9, die in die DN 50-Wasserkreislaufleitungen 10.3 der Verneblungskolonnen 1.2 und 1.3 eingebunden sind, überschüssige Abwärme des Trägergas-Vakuumförderaggregates 4 (Vakuumpumpe) entzogen und vollständig in den Kreislauf-Wasserstrom übertragen. Hierdurch erfolgt eine Erwärmung des Kreislauf-Wasserstromes um 2 K.
• Ausführungsbeispiel 2:
• Intervallbetrieb mit Ablaufwasser-Konditionierung sowie Übergabe an eine folgende Wasserbehandlungsstufe
• Der Intervallbetrieb wird durch einen zeitgesteuerten Wechsel der Intervalle A und B mittels des Steuerungs- und Sicherheitsmoduls 21 und des Mess- und Regelsystems für Wasser- und Gas-Volumenströme 20 realisiert. Die Zeitintervalle werden dabei so gesteuert, dass das im Vernebelungsstrippmodul 1 befindliche Prozesswasser
• • im Intervall A ca. 0,9fach ausgetauscht (Zu- und Ablauf) und
• • im Intervall B ca. 3fach im internen Kreislauf zirkuliert wird.
• Im Intervall A (Durchlaufintervall) erfolgt mittels einer frequenzgeregelten 5 kW-Grundwasserpumpe 2 die anoxische Förderung eines mit Trichlorethen (20 mg/l), abbaubarem NPOC (20 mg/l) und gelöstem Fe-II (50 mg/l) beladenen Grundwasserstromes von 15 m³W/h mit einem pH-Wert von 6,2 aus einem anoxisch betriebenen DN 400-Entnahmebrunnen in die DN 80-Wasserzulaufleitung 10.1. Gesteuert von der Wasserstromkreislaufregelungseinheit 5 erfolgt am Wasserstromzulaufventil 5.1 die Dosierung des Zulaufwassers in die DN 80-Wasserkreislaufleitung 10.3 bei einem Druck pW = 300 kPa. An der Dosierstelle und dem statischem Mischermodul DN 80 14 erfolgt eine Einspeisung und Einmischung von 15 Nm³G/h Frisch-Trägergas, bestehend aus 100% N₂-Gas, in den Wasserstrom. Unmittelbar am Kopf der ersten Verneblungskolonne 1.1 erfolgt, gesteuert von der Trägergaskolonnendosiereinheit 7.1, mittels dem Trägergasverdüsungsmodul 8 die Einmischung eines Kreislauf-Trägergasteilstromes von 30 Nm³G/h in den Durchlauf-Wasserstrom und deren gemeinsame Vernebelung an der Vernebelungsdüse in die unter dem Vakuumdruck von pG,K1 = 25 kPa stehende erste Verneblungskolonne 1.1. In der ersten Vernebelungskolonne 1.1 erfolgt aus dem diskontinuierlichen Wasser-Nebelstrom über große transiente Gas-Wasser-Grenzflächen ein schneller Übergang von Trichlorethen bei hoher Stoffstromdichte in den Trägergasstrom.
• Mittels der frequenzgeregelten 5 kW-Wasserförderaggregate 3.1, 3.2, 3.3 erfolgt die anoxische Förderung aus den unter einem Vakuumdruck von pG,K1 = 25 kPa stehenden Verneblungskolonnen 1.1, 1.2, 1.3 und die erneute Druckerhöhung des Durchlauf-Wasserstromes auf pW = 300 kPa. Hierbei wird der aus den Vernebelungskolonnen 1.1 bzw. 1.2 geförderte Wasserstrom jeweils zum Kolonnenkopf 12 der folgenden Vernebelungskolonnen 1.2 bzw. 1.3 geleitet. Dabei erfolgt (analog zur Vernebelungskolonne 1.1) am Kolonnenkopf 12 der Verneblungskolonnen 1.2 bzw. 1.3, gesteuert von den Trägergaskolonnendosiereinheiten 7.1, mittels dem Trägergasverdüsungsmodul 8 die erneute Einmischung je eines Kreislauf-Trägergasteilstromes von 30 Nm³G/h in den Durchlauf-Wasserstrom von 15 m³W/h und deren gemeinsame Vernebelung. Der aus der Vernebelungskolonne 1.3 geförderte Wasserstrom wird gesteuert von der Wasserstromkreislaufregelungseinheit 5 am Wasserstromablaufventil 5.2 in der DN 80-Wasserablaufleitung 10.2 vollständig (15 m³W/h) an den Grundwasserauslass 15 übertragen. Dabei ist das Wasserstromkreislaufventil 5.3 in der Rücklauf-Wasserleitung temporär geschlossen. In den teilgereinigten anoxischen Ablauf-Wasserstrom mit einer Stoffbeladung von Trichlorethen (0,5 mg/l), abbaubarem NPOC (20 mg/l) und gelöstem Fe-II (50 mg/l) sowie einem pH-Wert von 7,0 erfolgt an der Dosiereinrichtung für reaktive Fluide 11 und dem statischen Mischermodul DN 50 14 eine Einspeisung und Einmischung von Ethanol als reaktive Flüssigkeit zur Konditionierung des hydrochemischen Milieus für die Übergabe an eine nachfolgende anoxische biologische on-site oder in-situ Wasserreinigungsstufe.
• Im Intervall B (Kreislaufintervall) erfolgt, gesteuert von der Wasserstromkreislaufregelungseinheit 5, durch temporäres Schließen der Wasserstromregelventile 5.1, 5.2 der Wasserzulaufleitung 10.1 und der Wasserablaufleitung 10.2 keine Förderung des Grundwasserstromes aus dem Entnahmebrunnen und keine Ausleitung von teilgereinigtem Grundwasser in den Grundwasserauslass 15. Gesteuert von der Wasserstromkreislaufregelungseinheit 5 erfolgt über das Wasserstromkreislaufventil 5.3 der DN 80-Rücklauf-Wasserleitung ein vollständiger Kreislauf des im Verneblungsstrippmodul 1 befindlichen Grundwassers mit 15 m³W/h in der DN 80-Wasserkreislaufleitung 10.3 bei einem Druck von pW = 300 kPa. Mittels der frequenzgeregelten 5 kW-Wasserförderaggregate 3.1, 3.2, 3.3 erfolgt die anoxische Förderung aus den unter einem Vakuumdruck von pG,K1 = 25 kPa stehenden Verneblungskolonnen 1.1, 1.2, 1.3 und die erneute Druckerhöhung des Kreislauf-Wasserstromes auf pW = 300 kPa. An der Frischträgergasdosiereinrichtung 17 und dem statischen Mischermodul DN 80 14 erfolgt eine Einspeisung und Einmischung von 15 Nm³G/h Frisch-Trägergas, bestehend aus 100% N₂-Gas. Unmittelbar am Kolonnenkopf 12 der Verneblungskolonnen 1.1, 1.2, 1.3 erfolgt, gesteuert von der Trägergaskolonnendosiereinheit 7.1, mittels dem Trägergasverdüsungsmodul 8 die Einmischung eines Kreislauf-Trägergasteilstromes von je 30 Nm³G/h in den Kreislauf-Wasserstrom und deren gemeinsame Vernebelung in die Verneblungskolonnen 1.1, 1.2, 1.3. In der Vernebelungskolonne 1.1, 1.2, 1.3 erfolgt aus dem diskontinuierlichen Wasser-Nebelstrom über große transiente Gas-Wasser-Grenzflächen ein schneller Übergang von Trichlorethen bei hoher Stoffstromdichte in den Trägergasstrom.
• Ein Kreislauf-Trägergasstrom von insgesamt 90 Nm³G/h, bestehend aus 100% N₂-Gas, wird mittels des 5 kW-Trägergas-Vakuumförderaggregates parallel an den Kolonnenköpfen 12 der Verneblungskolonnen 1.1, 1.2, 1.3 mit einem Druck von pG = 25 kPa abgesaugt und unmittelbar vor der Vakuumpumpe 4 zusammengeführt. Der Gesamt-Trägergasstrom wird druckseitig mit einem Druck von pG = 110 kPa mittels eines DN 80-Trägergasleitungssystems zu einem anoxisch-katalytischen Trägergasreinigungsmodul 6 geleitet. Dort wird selektiv das reinigungsrelevante Trichlorethen vollständig entzogen. Der gereinigte und in der Katalysestufe erwärmte Gesamt-Trägergasstrom von 90 Nm³G/h wird mittels dreier parallel geschalteter Trägergaskolonnendosiereinheiten 7.1 in drei parallele Kreislauf-Trägergasteilströme von je 30 Nm³G/h aufgeteilt und an dem Trägergasverdüsungsmodul 8 unmittelbar über den Kolonnenköpfen 12 der Verneblungskolonnen 1.1, 1.2, 1.3 erneut in den Kreislauf-Wasserstrom eingemischt. Dabei erfolgt eine Wärmeabgabe aus dem gereinigten Trägergasstrom an den Kreislauf-Wasserstrom. Dem separaten geschlossenen, in 1 nicht dargestellten Betriebswasser-Kreislauf des Trägergas-Vakuumförderaggregates 4 (Vakuumpumpe) wird mittels Wärmeübertrager 9, die in die DN 80-Wasserkreislaufleitungen 10.3 der Verneblungskolonnen 1.2 und 1.3 eingebunden sind, überschüssige Abwärme des Trägergas-Vakuumförderaggregates 4 (Vakuumpumpe) entzogen und vollständig in den Kreislauf-Wasserstrom übertragen. Insgesamt erfolgt eine Erwärmung des Kreislauf-Wasserstromes um bis zu 5 K.
• Aus dem gereinigten Gesamt-Trägergasstrom wird nach dem Trägergasreinigungsmodul 6, gesteuert vom Mess- und Regelsystem für die Gas-Drücke 20, am Trägergasauslass 19 ein verbrauchter Teil-Trägergasstrom von 15 Nm³G/h aus dem on-site Vernebelungsstrippmodul 1 ausgeleitet.
• Bezugszeichenliste

1

Vernebelungsstrippmodul

1.1

erste Vernebelungskolonne

1.2

zweite Vernebelungskolonne

1.3

dritte Vernebelungskolonne

2

Wasserförderaggregat, Grundwasserpumpe

3.1

Wasserförderaggregat, Kolonnenwasserpumpe

3.2

Wasserförderaggregat, Kolonnenwasserpumpe

3.3

Wasserförderaggregat, Kolonnenwasserpumpe

4

Vakuumpumpe, Trägergas-Vakuumförderaggregat

5

Wasserstromkreislaufregelungseinheit, SPS-Steuerung

5.1

Wasserstromzulaufventil

5.2

Wasserstromablaufventil

5.3

Wasserstromkreislaufventil

6

Trägergasreinigungsmodul

6.1

Wasserabscheideeinheit

6.2

Schadstoffabreinigungseinheit, ein- oder mehrstufig

7.1

Trägergaskolonnendosiereinheit

7.2

Trägergasmengenbegrenzungseinheit

8

Trägergasverdüsungsmodul

8.1

Wasserstrahlpumpe

8.2

Vernebelungsdüse

8.3

Diffusor-Abstromrohr, Gas-Wasser-Mischstrecke

8.4

Gaszuleitung

9

Wärmeübertrager

10

Wasserleitungssystem

10.1

Wasserzulaufleitung

10.2

Wasserablaufleitung

10.3

Wasserkreislaufleitung

11

Dosiereinrichtung für reaktive Fluide

12

Kolonnenkopf

13

Kolonnenboden

14

statisches Mischermodul

15

Grundwasserauslass

16

Vakuumträgergasleitungssystem

17

Frischträgergasdosiereinrichtung

18

Gasversorgungseinheit

19

Trägergasauslass

20

Mess- und Regelsystem für Wasser und Gas Volumen und Druck

21

Steuerungs- und Sicherheitsmodul

22

Vakuumprobenahmestation

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• US 4979886 A [0005]
• EP 1103314 B1 [0006]
• US 4713089 A [0007]

Claims (15)

1. Vernebelungsstrippmodul zur on-site Entfernung flüchtiger gelöster Stoffe aus Grundwasserströmen, dadurch gekennzeichnet, dass das Vernebelungsstrippmodul (1) mehrere in Wasserdurchströmungsrichtung in Reihe geschaltete, vakuumdruckfeste Vernebelungskolonnen (1.1, 1.2, 1.3) frei von festen Einbauten und Füllkörpern und mit einem Kolonnenkopf (12) und einem Kolonnenboden (13) aufweist, wobei am Kolonnenboden (13) Kolonnenwasserpumpen (3.1, 3.2, 3.3) vorgesehen sind und dass eine Vakuumpumpe (4) zur parallelen Trägergasdurchströmung der Vernebelungskolonnen (1.1, 1.2, 1.3) geschaltet ist und dass am Kolonnenkopf (12) der Vernebelungskolonnen (1.1, 1.2, 1.3) Trägergasverdüsungsmodule (8) mit zugeordneten Trägergaskolonnendosiereinheiten (7.1) vorgesehen sind, in denen das Grundwasser anoxisch mit dem im Kreislauf geführten Trägergas vernebelt wird.
2. Vernebelungsstrippmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Trägergaskreislauf ein mehrstufiges Trägergasreinigungsmodul (6) vorgesehen ist.
3. Vernebelungsstrippmodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Trägergaskreislauf eine Trägergasmengenbegrenzungseinheit (7.2) vorgesehen ist.
4. Vernebelungsstrippmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wasserstromkreislaufregelungseinheit (5) mit drei Wasserstromregelventilen (5.1, 5.2, 5.3) in den zugehörigen Wasserleitungen (10.1, 10.2, 10.3) des Wasserleitungssystems (10) für den Differenzial- oder Intervallbetrieb zur Aufteilung des Wasserstromes zwischen der Wasserablaufleitung (10.2) und einer Wasserkreislaufleitung (10.3) vorgesehen sind.
5. Vernebelungsstrippmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägergasverdüsungsmodul (8) aus je einer Wasserstrahlpumpe (8.1), einem Diffusor-Abstromrohr (8.3) und einer nachgeschalteten Vernebelungsdüse (8.2) für den Gas-Wasser-Strom besteht.
6. Vernebelungsstrippmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmeübertrager (9) des Betriebswasserkreislaufes der Vakuumpumpe (4) in die Wasserkreislaufleitung (10.3) der Vernebelungskolonnen (1.1, 1.2, 1.3) eingebunden ist.
7. Vernebelungsstrippmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wasserleitungssystem (10), bestehend aus Wasserzulaufleitung (10.1), Wasserablaufleitung (10.2) und Wasserkreislaufleitung (10.3), vorgesehen ist.
8. Vernebelungsstrippmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dosiereinrichtung (11) für reaktive Fluide mit statischem Mischermodul (14) an einem Grundwasserauslass (15) für den Ablaufwasserstrom vorgesehen ist.
9. Vernebelungsstrippmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein geschlossenes Vakuumträgergasleitungssystem (16) mit einer Vakuumpumpe (4). vorgesehen ist.
10. Vernebelungsstrippmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Frischträgergasdosiereinrichtung (17) mit statischem Mischermodul (14) und Gasversorgungseinheit (18) sowie einem Trägergasauslass (19) nach dem Gasreinigungssystem vorgesehen ist.
11. Vernebelungsstrippmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Vernebelungsstrippmodul (1) drei in Wasserdurchströmungsrichtung in Reihe geschaltete, feststofffreie, vakuumdruckfeste Vernebelungskolonnen (1.1, 1.2, 1.3) aufweist.
12. Verfahren zur Entfernung flüchtiger gelöster Stoffe aus Grundwasserströmen durch anoxisches Vakuumstrippen, bei dem – Grundwasser mehrere in Reihe geschaltete und unter Vakuum stehende Vernebelungskolonnen (1.1, 1.2, 1.3) durchströmt, wobei – das Grundwasser mit einem Trägergas am Kolonnenkopf (12) mittels zweifacher in-line Gas-Wasser-Intensivverdüsung vernebelt wird, – der Wasser-Nebelstrom abwärts gerichtet in die Vernebelungskolonnen (1.1, 1.2, 1.3) strömt und nach Wasser Gas-Separation – am Kolonnenboden (13) der Wasserstrom von einer Kolonnenwasserpumpe (3.1, 3.2, 3.3) abgesaugt und – in eine nächste Vernebelungskolonne (1.1, 1.2, 1.3) gepumpt wird. und – dass das Trägergas im Parallelbetrieb gleichzeitig aus den Kolonnenköpfen der Vernebelungskolonnen (1.1, 1.2, 1.3) abgesaugt und nachfolgend in mehreren Reinigungsstufen aufbereitet und anschließend den Vernebelungskolonnen (1.1, 1.2, 1.3) über die Trägergaskolonnendosiereinheit (7.1) im Kreislauf wieder zugeführt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Vakuum in den Vernebelungskolonnen (1.1, 1.2, 1.3) zwischen 5 kPa und 25 kPa beträgt.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägergas-Wasser Kontaktzeiten in den Vernebelungskolonnen (1.1, 1.2, 1.3) kleiner als eine Sekunde und das Grenzfläche-Wasservolumenverhältnis größer als 10⁵ m²/m³ _w betragen.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundwasservolumenstrom größer als 5 m³ _w/h beträgt.

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