DE3842071A1 - Verfahren und anlage zur behandlung vereisungsschutzmittelbelasteten oberflaechenwassers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung vereisungsschutzmittelbelasteten Oberflächenwassers.

Chemische Vereisungsschutzmittel komnen in den Win­ termonaten auf Flugverkehrsflächen zum Einsatz, um die Sicherheit des Flugverkehrs beim Starten, Landen sowie auf dem Rollfeld auch bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt zu gewährleisten. Beim Abfließen des durch Niederschläge erzeugten Oberflächenwassers wer­ den die Vereisungsschutzmittel mitgeschwemmt und ge­ langen über ein Kanalsystem in die Vorfluter. Die durch Einleitung ungeklärter Abwässer in Flüssen und Meeren hervorgerufenen Schäden machen es erforderlich, um­ weltgefährdende Stoffe zurückzuhalten.

Eine Möglichkeit dazu wäre, das Oberflächenwasser von Flugverkehrsflächen in den Wintermonaten grundsätzlich, wie bei Abwässern aus Industrie und Haushalten bekannt, über eine Kläranlage zu leiten. Dies setzte aber auf­ grund des hohen Versiegelungsgrades von derartigen Verkehrsflächen eine erhebliche Speicherkapazität ei­ ner Kläranlage voraus. Dadurch wird bei nur vereinzelt auftretenden Frosttagen und damit einem geringeren Be­ darf von Vereisungsschutzmitteln ein so hoher Ver­ dünnungsgrad im zu klärenden Oberflächenwasser erreicht, daß eine wirksame und wirtschaftlich vertretbare Reini­ gung kaum möglich ist. Der Reinigungsbetrieb müßte in diesem Fall selbst noch dann aufrechterhalten werden, wenn nach einer längeren wärmeren Periode keine Verei­ sungsschutzmittel aufgebracht werden mußten und bei Niederschlägen praktisch unbelastetes Oberflächenwas­ ser zugeflossen ist.

Die Möglichkeit, sämtliche anfallenden Oberflächen­ wasser über eine Kläranlage zu leiten, wäre damit aufgrund der sehr großen Wassermengen im höchsten Maße unwirtschaftlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ver­ fahren zur Behandlung vereisungsschutzmittelbelaste­ ten Oberflächenwassers zu schaffen, das sowohl umwelt­ belastende Verunreinigungen vor der Einleitung in Vorfluter zuverlässig zurückhält als auch die Voraus­ setzungen für eine wirtschaftliche und umweltschonen­ de Reinigung des belasteten Oberflächenwassers schafft.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren nach dem Ober­ begriff des Anspruchs 1 in einer ersten Ausgestaltung durch die im kennzeichnenden Teil angegebenen Merkmale gelöst.

Es wird eine von der Konzentration umweltschädlicher Inhaltsstoffe in den chemischen Vereisungsschutzmitteln abhängige Ableitung des Oberflächenwassers durchgeführt. Dies geschieht in der Weise, daß das Oberflächenwasser bei einer Konzentration der Verunreinigungen unterhalb eines Grenzwertes weiter in den Vorfluter geleitet wird, während es bei einer Konzentration oberhalb ei­ nes Grenzwertes in eine Behandlungsanlage, z.B. zur Reinigung umgeleitet wird. Die in der Behandlungsan­ lage vorliegende Konzentration der Verunreinigungen besitzt dann stets ein solches Ausmaß, daß hier bei vergleichsweise geringem Aufwand ein hoher Reini­ gungsgrad erreichbar ist.

Die konzentrationsabhängige Trennung des Oberflächen­ wassers führt aber zu dem Problem, die Anteile der verunreinigenden Stoffe möglichst schnell bestimmen zu können, damit bei einem plötzlichen Konzentrations­ anstieg der Verunreinigungen im Oberflächenwasser recht­ zeitig die Umleitung in die Behandlungsanlage vorge­ nommen werden kann. Anderenfalls würde während einer Übergangszeit verunreinigtes Oberflächenwasser weiter­ hin in den Vorfluter fließen.

Diese Gefahr besteht bei manchen umweltschädlichen Stoffen gerade deshalb, weil sie sich erst mit einer relativ großen Meßverzögerung quantitativ bestimmen lassen. Bis zum Erreichen des stationären Meßergeb­ nisses kann somit schon ein großer Teil der umwelt­ schädlichen Stoffe mitsamt dem Oberflächenwasser uner­ kannt in den Vorfluter abgeflossen sein, zumal die Verschmutzungskonzentrationen am Beginn eines Spülstoßes am höchsten sind.

Bei der Erfindung wird diese Möglichkeit dadurch ver­ hindert, daß das Oberflächenwasser nicht nur auf Anteile von stark umweltschädlichen Stoffen unter­ sucht wird, deren quantitativer Nachweis gegebenen­ falls erst mit einer Meßverzögerung möglich ist, sondern auch auf andere, schneller nachweisbare Pa­ rameter, die selbst nicht als gewässergefährdend ein­ gestuft sein müssen, ihr Vorhandensein und ihre Kon­ zentration aber einen Rückschluß auf die umweltschäd­ lichen Stoffe ermöglicht.

Überschreiten diese Stoffe einen bestimmten Grenzwert, so kann vorsorglich ersteinmal eine Umleitung des Ober­ flächenwassers in die Behandlungsanlage vorgenommen werden, bis das eigentliche Meßergebnis der umwelt­ schädlichen Stoffe vorliegt und die vermutete Kon­ zentration dieses Stoffes dann entweder bestätigt oder widerlegt wird.

Bestätigt sich der Meßwert, dann war die rechtzeitige Umleitung des Oberflächenwassers objektiv richtig, bestätigt er sich nicht, dann ist zwar gering be­ lastetes Oberflächenwasser in die Behandlungsanlage gelangt, dies hat aber wesentlich geringere Aus­ wirkungen, als wenn umgekehrt stark belastetes Ober­ flächenwasser zu lange in den Vorfluter gelangt wäre.

In einem praktischen Anwendungsfall bezieht sich das Verfahren auf Anteile von Stickstoff (N) und organischem Kohlenstoff, gemessen als Summenparameter (totaler) organischer Kohlenstoff (TOC) oder gelöster (dissolved) organischer Kohlenstoff (DOC) im Oberflächenwasser. Hierbei wird das Oberflächenwasser auf diese Parameter untersucht und bei Überschreiten eines Grenzwertes des TOC vorläu­ fig in die Behandlungsanlage umgeleitet, bis die einer Meßverzögerung gegenüber den TOC-Meßwerten unterworfe­ nen Anteile von N feststehen. Bei und während einer Überschreitung eines vorgegebenen Grenzwertes von N wird das Oberflächenwasser weiter in die Behandlungs­ anlage umgeleitet, während es bei Unterschreiten des Grenzwertes von N wieder in den Vorfluter geleitet wird.

Diese beiden Parameter lassen sich in den meisten der üblicherweise zum Einsatz kommenden Vereisungsschutz­ mitteln analytisch nachweisen. Von diesen beiden Be­ standteilen gilt Stickstoff aufgrund seiner sauerstoff­ zehrenden Wirkung in Gewässern als besonders umweltbe­ lastend. Der direkte Nachweis von N ist jedoch relativ zeitaufwendig und erfordert mit üblichen on-line-Ana­ lyseverfahren etwa eine Meßzeit von 18 Minuten, bis ein stationäres quantitatives Meßergebnis vorliegt. Demgegenüber läßt sich der TOC, der als solcher ge­ genüber der Umweltschädlichkeit von Stickstoff ab­ wasserrechtlich nicht relevant ist, wesentlich schnel­ ler automatisch nachweisen. Hierbei sind z.B. Ana­ lysezeiten von etwa 5 Minuten ausreichend, um ein Meßergebnis mit ausreichender Genauigkeit zu erhalten.

Aufgrund der bekannten Zusammensetzungen der Verei­ sungsschutzmittel kann ein mathematischer Zusammen­ hang zwischen der Konzentration von TOC und der von N im vereisungsschutzmittelbelasteten Oberflächen­ wasser hergestellt werden. Es gelingt also, Ober­ flächenwasser mit einer möglichen Stickstoffbelastung bereits schon dann in eine Behandlungsanlage umzulei­ ten, wenn die eigentliche Stickstoffmessung noch gar keine Ergebnisse geliefert hat.

Bei einer weiteren Alternative wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 3 angegebenen Merkmale gelöst.

Im Vergleich zur Lösung gemäß Anspruch 1 dienen hier Stoffe oder Parameter, die sich mit geringem Zeit­ und/oder Analyseaufwand qualitativ und quantitativ nachweisen lassen nicht ausschließlich als Indikator für andere Stoffe oder Parameter, die für ihren Nach­ weis einen größeren Zeit- oder Analyseaufwand benö­ tigen. Vielmehr führt auch eine Überschreitung des Anteils nur dieser Stoffe oder Parameter dazu, daß das belastete Oberflächenwasser in die Behandlungsanlage umgeleitet wird und die Umleitung solange aufrechter­ halten bleibt, bis auch diese Grenzwerte nicht mehr überschritten werden.

Außerdem ist der umgekehrte Fall gegenüber Anspruch 1 eingeschlossen, daß die Anteile der leicht nachweis­ baren Stoffe noch unterhalb eines Grenzwertes liegen, während die erst mit einer Meßverzögerung ermittelten Anteile stark umweltschädlicher Stoffe ihren Grenzwert überschreiten. In diesem Fall wird ohne die Indikator­ funktion der erstgenannten Stoffe eine Umleitung des Oberflächenwassers in die Behandlungsanlage durchge­ führt, wenngleich dies auch erst mit einer gewissen Verzögerung erfolgen kann.

Angewandt auf die in Vereisungsschutzmitteln vorhan­ denen Anteile von Stickstoff und totalem organischem Kohlenstoff bedeutet dies, daß sowohl eine Grenzwert­ überschreitung der Anteile von TOC als auch eine sol­ che der Anteile von N unabhängig voneinander zu einer Umleitung des Oberflächenwassers in die Behandlungsan­ lage führen.

Eine Weiterbildung sieht vor, daß das Oberflächenwasser durch eine Speicherleitung geleitet wird, daß am Ein­ laß der Speicherleitung Proben für die Untersuchung auf verunreinigende Stoffe, insbesondere N und TOC, entnommen werden und daß am Auslaß eine grenzwertab­ hängige Trennung in den Vorfluter oder die Behand­ lungsanlage vorgenommen wird.

Diese Weiterbildung schafft ein sogenanntes Totzeit­ glied, mit dem die Meßverzögerung bei der Ermittlung der Stoffanteile im Oberflächenwasser ganz oder teil­ weise überbrückt werden kann. Steigt die Konzentration der umweltschädlichen Stoffe nach einem Streueinsatz an, so kann schon der Teil des belasteten Oberflächen­ wassers vom Vorfluter ferngehalten und in die Behand­ lungsanlage umgeleitet werden, der sich vom Zeitpunkt der Probenentnahme bis zum Vorliegen des stationären Meßergebnisses noch in der Speicherleitung befindet.

Die Wirksamkeit dieser Maßnahme hängt von den baulichen Möglichkeiten sowie von der Menge des anfallenden Ober­ flächenwassers ab, da durch die letztere Größe auch die Fließgeschwindigkeit wesentlich mitbestimmt wird.

Bei vorhandener Speicherleitung ergeben sich für die Behandlung des Oberflächenwassers mehrere Steuerungs­ möglichkeiten. Eine Alternative sieht vor, daß das Oberflächenwasser erst dann in die Behandlungsanlage umgeleitet wird, wenn die zum Zeitpunkt der ermittelten Grenzwertüberschreitung am Einlaß der Speicherleitung befindliche Oberflächenwassersäule den Auslaß er­ reicht hat.

Durch diese Maßnahme wird verhindert, daß noch gering belastetes Oberflächenwasser bereits in die Behand­ lungsanlage gelangt und damit die Konzentration des dort gespeicherten verunreinigten Oberflächenwassers verdünnt und auch bei der Auslegung der Behandlungsan­ lage eine erhöhte Kapazität erforderlich macht.

Bei einer anderen Alternative wird das Oberflächen­ wasser bereits dann in die Behandlungsanlage umgelei­ tet, wenn wenigstens ein Meßwert eines gegebenenfalls verunreinigenden Stoffes einen Grenzwert überschreitet.

Durch diese Ausgestaltung ist es möglich, auch schon die Meßverzögerung beim Indikatorparameter zu berück­ sichtigen, die, wie bereits erwähnt, im Falle von TOC bereits 5 Minuten beträgt. Es kann damit praktisch zuverlässig verhindert werden, daß es auch nur vorüber­ gehend zu einer grenzwertüberschreitenden Belastung des in den Vorfluter eingeleiteten Oberflächenwassers kommt, wenn die Fließzeit im Kanal zwischen der Proben­ entnahme und dem Trennbauwerk mindestens 5 Minuten zuzüglich der Probenfließzeit beträgt.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß der Anteil der gesamten Stickstoffmenge (N gesamt) auch durch Bestimmung von Harnstoff-N und Ammonium=N ermit­ telt werden kann.

Für das Ausmaß der Umweltschädlichkeit ist im wesent­ lichen die im Oberflächenwasser vorhandene gesamte Stickstoffmenge ausschlaggebend. Bei der Bestimmung der einzelnen Komponenten, die diese gesamte Stick­ stoffmenge ausmachen, besteht ein unterschiedlicher Zeit- und Meßaufwand. Im Interesse einer wirtschaft­ lichen und schnellen Erzielung eines Meßergebnisses beschränkt man sich vorzugsweise auf die Bestimmung von Harnstoff-N und Ammonium-N, da sich diese Komponen­ ten relativ schnell und einfach bestimmen lassen, und sie überdies den weitaus größten Anteil an der mit den Streumitteln aufgebrachten Gesamtstickstoffmenge ausmachen. Da eine sehr gute Korrelation zwischen der Summe von Harnstoff N und Ammonium-N und Gesamt­ stickstoff besteht, läßt sich die Gesamtstickstoff­ menge mit hinreichender Genauigkeit aus den Ergeb­ nissen der beiden gemessenen Komponenten Harnstoff-N und Ammonium-N errechnen.

Dieses Approximationsverfahren bietet den weiteren Vorteil, daß zunächst unmittelbar nach Aufbringen der Vereisungsschutzmittel, deren Stickstoffanteil fast ausschließlich als Harnstoff vorliegt, dieser Inhaltsstoff direkt gemessen wird, dagegen am Ende einer Streuperiode, also im Frühjahr, die noch auf den Flugverkehrsflächen verbliebenen Harnstoffreste durch biologische Umsetzung mit Hilfe der Hydrolyse in Ammonium umgewandelt sein können und somit dann ebenfalls direkt durch die Analytik erfaßt werden.

Bei der Bestimmung von TOC als Steuerungsparameter für den vermuteteten Grenzwert von N werden vorzugs­ weise folgende Verfahrensschritte durchgeführt. Es werden die in Vereisungsschutzmitteln vorkommenden Zusammensetzungen von N und TOC ermittelt und daraus das maximale Mengenverhältnis von N und TOC zu Gunsten N bestimmt. Danach wird ausgehend von einem vorgege­ benen Grenzwert für N unter der Annahme des zuvor bestimmten maximalen Mengenverhältnisses von N und TOC zu Gunsten N der dem vorgegebenen Grenzwert von N entsprechende Anteil von TOC errechnet oder ermittelt. Der unter dieser Annahme ermittelte Anteil von TOC wird als Grenzwert festgesetzt. Es ist aber auch eine unabhängige Festlegung der Grenzwerte möglich.

Bei den hier verwendeten Vereisungsschutzmitteln han­ delt es sich um die im Handel erhältlichen Streumittel Urea und Frigantin. Während Urea bis etwa minus 8°C eingesetzt werden kann, ermöglicht Frigantin einen Ver­ eisungsschutz bis zu etwa minus 50°C. Es wird deshalb häufig temperaturabhängig ein Gemisch von beiden Substan­ zen verwendet, so daß kein fester Zusammenhang zwischen N und TOC besteht. Während Urea technischer Harnstoff ist, besteht Frigantin aus einem Gemisch von Porpylen­ glykol, Wasser, Harnstoff, sehr geringen Mengen Ammonium und Natriumtetraborat.

Neben Stickstoff, der in beiden Vereisungsschutzmitteln fast ausschließlich in Form von Harnstoff enthalten ist, lassen sich weitere abwasserrelevante Verschmutzungs­ parameter nachweisen. Dabei handelt es sich in beiden Fällen um (totalen) organischen Kohlenstoff (TOC) oder auch gelösten (dissolved) organischen Kohlenstoff (DOC), bei Frigantin zusätzlich um biochemischen Sauerstoffbe­ darf (BSB5) und chemischen Sauerstoffbedarf (CSB). Als Summenparameter zur Erfassung organischer Verunreini­ gungen beider Substanzen eignet sich somit nur der TOC. Im Verhältnis N zu TOC überwiegt im Vereisungsschutz­ mittel Urea der Stickstoffanteil (rd. 2,3:1), während im Vereisungsschutzmittel Frigantin der TOC-Anteil (rd. 3,8:1) überwiegt. Man wird deshalb bei der Bestim­ mung des maximalen Mengenverhältnisses von N und TOC zu Gunsten N von einem ausschließlichen Einsatz von Urea ausgehen. Aufgrund eines Grenzwertes von Stickstoff, der z.B. aufgrund gesetzlicher Bestimmungen festgelegt sein kann, läßt sich dann der TOC-Anteil errechnen oder empirisch bestimmen, der bei ausschließlicher Verwendung dieses Vereisungsschutzmittels auftritt. Dieser Grenz­ wert wird dann als TOC-Grenzwert zugrundegelegt, wobei man die Gewähr hat, daß eine drohende Überschreitung des Grenzwertes für Stickstoff in der Belastung des Oberflächenwassers rechtzeitig erkannt werden kann.

Die Erfindung betrifft ferner eine Anlage zur Behand­ lung vereisungsschutzmittelbelasteten Oberflächenwas­ sers nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10.

Diesbezüglich liegt ihr die Aufgabe zugrunde, eine An­ lage zu schaffen, welche sowohl umweltbelastende Ver­ unreinigungen vor der Einleitung in Vorfluter zurück­ hält als auch die Voraussetzungen für eine wirtschaft­ liche und umweltschonende Reinigung des belasteten Oberflächenwassers schafft.

Diese Aufgabe wird bei einer Anlage nach dem Oberbe­ griff des Anspruchs 10 durch die im kennzeichnenden Teil angegebenen Merkmale gelöst. Mit der Anlage nach der Erfindung wird das im Oberflächenwassersamnler be­ findliche Oberflächenwasser mittels der Analyseeinrich­ tung auf Verunreinigungen untersucht und bedarfsweise in eine Behandlungsanlage umgeleitet. Dies geschieht dadurch, daß die Analyseergebnisse in einer Auswerte­ und Steuereinrichtung verarbeitet werden und bei Über­ schreitung vorgegebener Grenzwerte ein Schieber ober ein anderes Stellorgan betätigt wird, der oder das den Zufluß in den Vorfluter sperrt und ihn in die Be­ handlungsanlage freigibt.

Durch diese Maßnahme werden der Vorfluter und damit die weiterführenden Gewässer, in die der Vorfluter einmün­ det, vor einer umweltschädlichen Belastung durch Ver­ eisungsschutzmittel, inbesondere durch Stickstoff, ge­ schützt. Andererseits erhält die Behandlungsanlage nur den Anteil an Oberflächenwasser, der über fest­ gelegte Grenzwerte hinaus belastet ist und einer Reinigung bedarf. Eine unnötige Inanspruchnahme von Reinigungskapazitäten einer Behandlungsanlage durch erhöhte Verdünnung aufgrund übermäßigen Zuflusses nahezu unbelasteten Oberflächenwassers und/oder zu­ sätzlicher Speicherbeckenbedarf wird somit vermieden.

Bei einer praktischen Ausgestaltung der Anlage ist die Meßeinrichtung für die Analyse sowohl auf Anteile umweltschädlicher Stoffe, hier insbesondere Stickstoff, als auch auf solche von schnell und/oder einfach nach­ weisbarer Parameter, die als Steuerparameter geeinget sind, hier insbesondere organischer Kohlenstoff (TOC) ausgebildet.

Die Analyseeinrichtung in dieser Ausgestaltung ermög­ licht es, Verunreinigungen durch die Vereisungsschutz­ mittel Urea und Frigantin zu erfassen. Die Parameter Stickstoff und TOC bilden gemeinsame Komponenten die­ ser beiden Vereisungsschutzmittel, so daß sowohl die alleinige Verwendung des einen oder anderen Vereisungs­ schutzmittels als auch ein Gemisch von beiden in ver­ schiedenen Mischungsverhältnissen erfaßt werden können.

Dieser Sachverhalt gilt auch für andere Vereisungs­ schutzmittel, in denen die genannten Parameter nach­ weisbar sind.

Eine Weiterbildung sieht vor, daß der Oberflächen­ wassersammler zwischen der Probeentnahmeleitung und dem Schieber eine Speicherleitung umfaßt.

Durch diese Ausgestaltung ist es möglich, bestimmte Meßverzögerungen, die bei der Erfassung von Verun­ reinigungen im Oberflächenwasser auftreten, weitest­ gehend zu überbrücken. Bis zum Vorliegen des Analyse­ ergebnisses durchfließt das Oberflächenwasser dann die Speicherleitung und kann im Falle einer festgestellten Belastung über einen Grenzwert hinaus noch rechtzeitig durch Umlegen des Schiebers in die Behandlungsanlage umgeleitet werden. Somit wird verhindert, daß vorüber­ gehend aufgrund von Meßverzögerungen verunreinigtes Oberflächenwasser in den Vorfluter gelangt.

Bei einer ersten Alternative der Auswerte- und Steuer­ einrichtung ist diese so ausgelegt, daß das Oberflä­ chenwasser auf Anteile von N und TOC untersucht wird und der Schieber bei Überschreiten eines Grenzwertes von TOC vorläufig zur Umleitung von Oberflächenwasser in die Behandlungsanlage betätigt wird, bis die ei­ ner Meßverzögerung gegenüber den TOC-Meßwerten unter­ worfenen Anteile von N feststehen. Der Schieber wird dann bei einer Überschreitung eines vorgegebenen Grenz­ wertes von N weiter in dieser Stellung gehalten, wäh­ rend er bei Unterschreiten des Grenzwertes von N wie­ der zur Einleitung von Oberflächwnsser in den Vorflu­ ter betätigt wird.

Bei dieser Aufgestaltung der Auswerte- und Steuerein­ richtung wird der TOC zunächst als Indikator für N verwendet, um aufgrund der wesentlich größeren Meß­ verzögerung bei den Werten von N rechtzeitig eine Um­ leitung des verunreinigten Oberflächenwassers in die Behandlungsanlage vornehmen zu können. Da der TOC in diesem Falle selbst als Verschmutzungsparameter keine Rolle spielt, kann durch Umlegen des Schiebers das Oberflächenwasser wieder in den Vorfluter geleitet werden, wenn die eigentliche Messung von N eine Unter­ schreitung des diesbezüglichen Grenzwertes ergibt.

Bei einer anderen Ausgestaltung ist die Auswerte- und Steuereinrichtung so ausgelegt, daß das Oberflächen­ wasser auf Anteile von N und TOC untersucht wird und daß beide untersuchten Stoffe als Steuerungsparameter verwendet werden. Dabei wird bei und während einer Überschreitung wenigstens eines Grenzwertes der gemes­ senen Parameter der Schieber zur Umleitung von Ober­ flächenwasser in die Behandlungsanlage betätigt und erst bei Unterschreiten aller Grenzwerte wieder zur Einleitung von Oberflächenwasser in den Vorfluter betätigt.

Hierbei werden also alle Verschmutzungskomponenten unabhängig voneinander berücksichtigt. Dabei wird auch hier die Indikatorfunktion durch das schneller er­ faßbare Meßergebnis von TOC ausgenutzt. Darüber hinaus wird aber auch dann eine Umleitung des Oberflächen­ wassers in die Behandlungsanlage vorgenommen, wenn der TOC-Wert erhöht bleibt, sich aber bei Messung des N Wertes herausstellt, daß diese Werte nicht die vor­ gegebenen Grenzwerte überschreiten. Außerdem wird auch bei Nichterreichen eines TOC-Grenzwertes, aber einem geringfügigen Überschreiten des Grenzwertes von N eine wenn auch verzögerte Umleitung des Oberflächenwassers vorgenommen, da die Meßwerterfassung des N-Anteils nicht erst in Folge einer festgestellten TOC-Belastung erfolgt.

Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Beschrei­ bung und der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel veranschaulicht.

Fig. 1 zeigt qualitativ den Zusammenhang zwischen dem Stickstoffanteil und dem TOC-Anteil bei den üblichen Vereisungsschutzmitteln Urea und Frigantin in unterschiedlichen Mischungsverhältnissen,

Fig. 2 zeigt ein erstes Flußdiagramm zur Steuerung des Oberflächen­ wassers aufgrund der ermittelten Meßergebnisse,

Fig. 3 zeigt ein weiteres Flußdiagramm für eine andere Alternative der Steuerung und

Fig. 4 zeigt das Blockschaltbild einer Anlage zur Behandlung ver­ eisungsschutzmittelbelasteten Oberflächenwassers.

In Fig. 1 ist über der Y-Achse die Konzentration des Pa­ rameters P ₁(TOC) und über der X-Achse die Konzentration des Parameters P ₂ (N) aufgetragen. Die Konzentrationen können z.B. in Milligramm pro Liter angegeben werden, wobei hier jedoch auf eine maßstabsgetreue Zuordnung verzichtet wurde.

Wird als Vereisungsschutzmittel ausschließlich Fri­ gantin verwendet, so ergibt sich als Zuordnung zwischen TOC und N die mit VSM ₁ bezeichnete Gerade. Wird dage­ gen ausschließlich Urea verwendet, so führt dies zu der mit VSM ₂ bezeichneten Geraden. Mischungen zwischen beiden Substanzen ergeben stets Werte, die zwischen die­ sen beiden Geraden liegen müssen. Es können natürlich auch mehr als zwei Streumittel zum Einsatz kommen, ent­ scheidend sind nur zwei in allen Streumitteln vorkom­ mende Parameter, wie z.B. TOC und N. Für das gesamte Diagramm stellen somit die Geraden VSM ₁ und VSM ₂ Grenz­ geraden dar. Sie beginnen nicht im Ursprung des Koor­ dinatensystems, um die "natürliche" Vorbelastung des Oberflächenwassers mit organischem Kohlenstoff (TOC) zu verdeutlichen.

In im Fig. 1 dargestellten Diagramm sind außerdem Grenz­ werte für zulässige Anteile von N und TOC eingetragen. Ein Grenzwert für N ist mit G (P ₂) und ein Grenzwert für TOC mit G (P ₁), G (P ₁) und G (P₁′′) bezeichnet.

Dabei wird der Grenzwert G (P ₁′′) durch den Schnitt­ punkt des Grenzwertes G (P ₂) mit der Grenzgeraden VSM ₂ vorgegeben. Dieser Grenzwert für TOC ist derjenige, der unter ungünstigen Verhältnissen, nämlich bei aus­ schließlicher Verwendung von Urea bereits eine Grenz­ wertüberschreitung des Anteils von Stickstoff im Ober­ flächenwasser zur Folge haben könnte. Bei allen anderen denkbaren Mischungsverhältnissen zwischen den beiden üblichen Vereisungsschutzmitteln wird sich jedoch bei der anschließenden Messung des Anteils von N ein niedri­ gerer Wert einstellen, so daß das Oberflächenwasser wie­ der in den Vorfluter geleitet werden kann.

In Verbindung mit den weiteren beschriebenen Grenzwer­ ten für TOC sind schraffiert dargestellte und mit rö­ mischen Zahlen versehene Bereiche gezeigt, anhand de­ rer die Behandlung des belasteten Abwassers erläutert werden soll. Bei Anteilen von N und TOC, bei denen die Meßwerte unterhalb der Grenzwerte G (P ₁) und G (P ₂), also im mit I bezeichneten Bereich liegen, wird das Oberflächenwasser in den Vorfluter geleitet. Bei Wer­ ten von TOC unterhalb des Grenzwertes G (P ₁), aber Wer­ ten von N oberhalb des Grenzwertes G (P ₂), das entspricht dem mit II bezeicneten Bereich, erfolgt eine Ein­ leitung in die Behandlungsanlage. Werden beide Grenz­ werte G (P₁) und G (P₂) überschritten, was dem mit III bezeichneten Bereich entspricht, so erfolgt eben­ falls eine Umleitung des Oberflächenwassers in die Behandlungsanlage.

Hinsichtlich des Grenzwertes G (P₁′) sind zwei Fall­ unterscheidungen zu treffen. Ist der TOC-Anteil größer als der Grenzwert G (P₁′) und der N-Anteil kleiner als der Grenzwert G (P₂), was dem mit IV bezeichneten Bereich entspricht, so erfolgt eine Einleitung in den Vorfluter, wenn letztendlich nur der N-Anteil entschei­ det, hingegen in die Behandlungsanlage, wenn beide Verunreinigungsanteile unabhängig berücksichtigt wer­ den. Ansonsten gilt sinngemäß das für den Grenzwert G (P₁) ausgeführte.

Die Grenzwerte G (P₁) und G (P₁′′) markieren den maxi­ malen bzw. minimalen Grenzwert von P₁ (TOC), wenn der N-Grenzwert G (P₂′) fest vorgegeben ist. Für den prak­ tischen Betrieb wird man - bei festgelegtem G (P₂) - einen Grenzwert so dazwischen legen, daß man sich nach Möglichkeit den örtlichen Streubedingungen anpaßt, je nachdem, ob mehr VSM₁ (z. B. Frigantin) oder VSM₂ (z. B. Urea) zum Einsatz kommen. Sinngemäß gilt dasselbe bei fester Vorgabe eines Grenzwertes G (P ₁) und va­ riablem G (P ₂).

Die beiden genannten Steueralternativen bei der Be­ rücksichtigung der Verunreinigungsanteile sind in den nachfolgend beschriebenen Flußdiagrammen dargestellt. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Flußdiagramm wird zu­ nächst von einer Einleitung des Oberflächenwassers in den Vorfluter ausgegangen, was durch eine Stellung ei­ nes Schiebers in einer Schaltstellung 2 symbolisiert ist (vgl. Fig. 4). Nachfolgend wird der Meßwert (MW) eines ersten Stoffes, z.B. TOC, bestimmt. Ist er größer als der Grenzwert G (P ₁), erfolgt zunächst eine Einlei­ tung des Oberflächenwassers in die Behandlungsanlage, symbolisiert durch die Schieberstellung 1. Ist der Meß­ wert dagegen kleiner als der Grenzwert G (P ₁), wird die Einleitung weiter in den Vorfluter vorgenommen.

Anschließend erfolgt die Auswertung des weiteren Meß­ wertes , z.B. auf den Inhaltsstoff N. Ergibt der Meß­ wert eine größere Konzentration als der Grenzwert G (P ₂), so erfolgt die Umleitung des Oberflächenwassers in die Behandlungsanlage, wieder dargestellt durch die Schieberstellung 1, im anderen Fall wird das Oberflä­ chenwasser in den Vorfluter geleitet, dargestellt durch die Schieberstellung 2. Bei diesem Flußdia­ gramm ist also letztendlich nur der Grenzwert G (P ₂) entscheidend, ob das Oberflächenwasser endgültig in den Vorfluter oder in die Behandlungsanlage ge­ leitet wird.

Bei der Darstellung in Fig. 3 werden die Messungen unabhängig voneinander vorgenommen, Sowohl ein Meß­ wert, z.B. TOC, oberhalb eines Grenzwertes G (P ₁) als auch ein Meßwert von beispielsweise N oberhalb eines Grenzwertes G (P ₂) führen dazu, daß das Ober­ flächenwasser, ausgehend von einer Einleitung in den Vorfluter, dargestellt durch die Schieberstellung 2, anschließend durch Umlegen des Schiebers in die Stellung 1 in die Behandlungsanlage umgeleitet wird.

Liegen beide Meßwerte unterhalb der Grenzwerte G (P ₁) oder G (P ₂), so erfolgt weiterhin eine Ein­ leitung in den Vorfluter, dargestellt durch die Schieberstellung 2.

Bei dieser Ausgestaltung ist eine logische Verknüpfung der beiden Ja-Entscheidungen vorzunehmen, und zwar im Sinne einer Oder-Verknüpfung. Weiterhin lassen sich auch die beiden Nein-Entscheidungen logisch verknüpfen, und zwar durch eine Und-Verknüpfung.

Fig. 4 zeiqt eine Anlage zur Behandlung vereisungsschutz­ mittelbelasteten Oberflächenwassers, die eine unterschied­ liche Einleitung von stark oder schwachbelasteten Ober­ flächenwassers ermöglicht.

Die Anlage umfaßt einen Oberflächenwassersammler, in dem das gesamte abfließende Oberflächenwasser hineinge­ führt wird. Vom Oberflächenwassersammler 16 gelangt das Wasser normalerweise in einen Vorfluter 10 und von dort aus in weitere Gewässer. Zur Ermittlung der Belastung durch Verunreinigungen besitzt die An­ lage eine Analyseeinrichtung 12, der Proben über eine Probenentnahmeleitung 14 zugeführt werden. Die Analyse­ einrichtung 12 besitzt z.B. on-line-Analysatoren für N und TOC und ist mit einer Auswerte- und Steuereinrichtung 18 verbunden. Die Auswerte- und Steuereinrichtung 18 vergleicht die von der Analyseeinrichtung 12 ermittelten Meßwerte mit vorgegebenen Grenzwerten und veranlaßt bei Überschreitung dieser Grenzwerte, daß ein Schieber 20 betätigt wird.

Der Schieber 20 befindet sich normalerweise in einer Schieberstellung 2, in der der Oberflächenwassersamm­ ler 16 in den Vorfluter 10 mündet. Durch Betätigen des Schiebers 20 wird dieser in eine Stellung 1 über­ führt, durch die der Zulauf zum Vorfluter 10 geschlos­ sen und dafür ein Weg in eine Behandlungsanlage 22 freigegeben wird. Bei Unterschreitung vorgegebener Grenzwerte wird der Schieber wieder veranlaßt, in die Ausgangsstellung 2 zurückzukehren.

Mit der dargestellten Anlage läßt sich also erreichen, daß das Oberflächenwasser bei Belastung mit umwelt­ schädlichen Stoffen in eine Behandlungsanlage gelei­ tet wird, um dort gereinigt zu werden. Ist dagegen das Oberflächenwasser gering belastet; so wird es in den Vorfluter geleitet und entlastet damit vor allem hy­ draulich die Kläranlage.

Die analytische Bestimmung zweier Parameter, wie im Ausführungsbeispiel vorgesehen, ist bei solchen zweck­ mäßig, die eine unterschiedlich große Meßverzögerung besitzen und von denen einer oder beide als gewässer­ schädlich einzustufen sind. So würde z.B. die Messung des Stickstoffanteils im vereisungsschutzmittelbelaste­ ten Oberflächenwasser erst nach etwa 18 Minuten nach dem ersten Auftreten der Verunreinigung zu quantita­ tiv auswertbaren Ergebnissen führen. In diesem Zeit­ raum kann schon ein erheblicher Teil der Schutzfracht mit dem Oberflächenwasser in den Vorfluter geflossen sein, bis nach Registrierung des Stickstoffmeßwertes die Umleitung in die Behandlungsanlage erfolgt. Auf­ grund der bei den untersuchten Vereisungsschutzmitteln bestehenden Beziehung zwischen dem Vorhandensein von Stickstoff und organischem Kohlenstoff läßt sich die Vorwarnzeit für eine Überschreitung des Grenzwertes von Stickstoff dadurch erheblich verkürzen, daß zusätz­ lich die TOC-Konzentration ermittelt wird. Dieser Meß­ wert liegt bereits nach etwa 5 Minuten vor, so daß bis zum Vorliegen des Stickstoffmeßwertes bereits das Oberflächenwasser in die Behandlungsanlage umge­ leitet werden kann.

Bestätigt sich dann das vermutete Ergebnis für den Anteil von Stickstoff, so konnte durch diese Maßnahme bereits vorzeitig ein Teil des gerade am Beginn stark verunreinigten Oberflächenwassers von der Einleitung in den Vorfluter ferngehalten werden. Bestätigt sich der Meßwert dagegen nicht, so kann der Schieber 20 wieder in die Ausgangsstellung gelegt werden. In die­ sem Fall ist zwar Oberflächenwasser unnötig in die Behandlungsanlage gelangt, hydraulisch ist aber über diesen kurzen Zeitraum keine Überlastung der Behand­ lungsanlage zu befürchten.

Eine noch größere Sicherheit vor einer Überschreitung der Grenzwerte vereisungsschutzmittelbelasteten Ober­ flächenwassers in den Vorfluter kann dann erreicht werden, wenn zwischen der Probenentnahmeleitung 14 und dem Schieber 10 eine Speicherleitung 24 oder ein Zwischenspeichervolumen eingefügt wird, wie es die Darstellung in Fig. 4 veranschaulicht. Durch diese Zwischenspeicherung lassen sich auch Meßverzögerungen überbrücken, die z.B. durch die Messung des TOC-An­ teils sowie die Probenfließzeit entstehen. Bis zum Vorliegen eines ersten stabilisierten Meßwertsignals, das eine Verunreinigung des Oberflächenwassers vermu­ ten läßt, ist dann der fragliche Anteil des Ober­ flächenwassers erst nach der Probenentnahmeleitung 14 in der Speicherleitung 24 weitergeflossen, so daß der Schieber 20 noch rechtzeitig, bevor das unter­ suchte Wasser diesen Punkt erreicht hat, in die Stel­ lung 1 überführt werden kann, um ein Abfließen des belasteten Oberflächenwassers in den Vorfluter zu verhindern.

Claims (15)

1. Verfahren zur Behandlung vereisungsschutz­ mittelbelasteten Oberflächenwassers, insbesondere von befestigten Flugverkehrsflächen, das mit einer Mehr­ zahl von chemischen Stoffen verunreinigt ist, die mit unterschiedlichem Zeit- und/oder Analyseaufwand quali­ tativ und quantitativ nachweisbar sind, wobei für Oberflächenwasser ein Abfluß in Vorfluter vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberflächenwasser sowohl auf Anteile von umweltschädlichen Stoffen als auch auf solche von schnell und/oder einfach nachweis­ baren Stoffen oder Parametern untersucht wird, daß die schnell und/oder einfach nachweisbaren Stoffe oder Pa­ rameter als Steuerungsparameter verwendet werden, indem bei Überschreiten eines Grenzwertes der letzt­ genannten Stoffe oder Parameter das Oberflächenwasser vorläufig in eine Behandlungsanlage umgeleitet wird, bis die einer Meßverzögerung gegenüber den schnell und/oder einfach nachweisbaren Meßwerten der Stoffe oder Parameter unterworfenen Anteile umweltschädlicher Stoffe feststehen und daß bei und während einer Über­ schreitung eines vorgegebenen Grenzwertes von umwelt­ schädlichen Stoffen das Oberflächenwasser weiter in die Behandlungsanlage umgeleitet wird, während es bei Unterschreiten des letztgenannten Grenzwertes wieder in den Vorfluter geleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei im Ober­ flächenwasser Anteile von Stickstoff (N) und der Summenparameter (totaler) organischer Kohlenstoff (TOC) oder auch gelöster (dissolved) organischer Kohlenstoff (DOG) nachweisbar sind, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Oberflächenwasser auf Anteile von N und TOC untersucht wird und bei Überschreiten eines Grenzwertes von TOC vorläufig in die Behandlungsanlage umgeleitet wird, bis die einer Meßverzögerung gegenüber den TOC-Meßwerten unterworfenen Anteile von N festste­ hen und daß bei und während einer Überschreitung eines vorgegebenen Grenzwertes von N das Oberflächenwasser weiter in die Behandlungsanlage umgeleitet wird, wäh­ rend es bei Unterschreiten des Grenzwertes von N wie­ der in den Vorfluter geleitet wird.

3. Verfahren zur Behandlung vereisungsschutz­ mittelbelasteten Oberflächenwassers, insbesondere von befestigten Flugverkehrsflächen, das mit einer Mehrzahl von chemischen Stoffen verunreinigt ist, die mit unterschiedlichem Zeit- und/oder Analyseauf­ wand qualitativ und/oder quantitativ nachweisbar sind, wobei für Oberflächenwasser ein Abfluß im Vorfluter vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberflächenwasser auf mehrere Anteile von verunreinigenden Stoffen oder Parametern untersucht wird, und daß alle Untersuchungsstoffe oder Parame­ ter als Steuerungsparameter verwendet werden, indem bei und während einer Überschreitung wenigstens eines Grenzwertes der Anteile der Stoffe das Oberflächen­ wasser in eine Behandlungsanlage umgeleitet wird und erst bei Unterschreiten aller Grenzwerte wieder in den Vorfluter geleitet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei im Ober­ flächenwasser Anteile von Stickstoff (N) und der Sum­ menparameter (totaler) organischer Kohlenstoff (TOC) oder gelöster (dissolved) organischer Kohlenstoff (DOC) nachweisbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberflächenwasser auf Anteile von N und auf TOC untersucht wird, und daß beide Untersuchungsparameter (N und TOC) als Steuerungsparameter verwendet werden, indem bei und während einer Überschreitung wenigstens eines Grenzwertes der Anteile der Stoffe oder Para­ meter das Oberflächenwasser in die Behandlungsanlage umgeleitet wird und erst bei Unterschreiten aller Grenz werte wieder in den Vorfluter geleitet wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der An­ sprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ober­ flächenwasser durch eine Speicherleitung oder sonsti­ ges Zwischenspeichervolumen geleitet wird, daß am Einlaß der Speicherleitung Proben für die Untersuchung auf verunreinigende Stoffe, insbesondere N und TOC, entommen werden und am Auslaß eine grenzwertabhängige Verzweigung in den Vorfluter oder die Behandlungsan­ lage vorgenommen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Oberflächenwasser erst dann in die Behandlungsanlage umgeleitet wird, wenn die zum Zeit­ punkt der ermittelten Grenzwertüberschreitung am Ein­ laß der Speicherleitung befindliche Oberflächenwasser­ säule den Auslaß erreicht hat.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Oberflächenwasser bereits dann in die Behandlungsanlage umgeleitet wird, wenn wenigstens ein Anteil der verunreinigenden Stoffe oder Parameter einen Grenzwert überschreitet.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der An­ sprüche 2 oder 4-7, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der gesamten Stickstoffmenge (N _ges ) durch Bestimmung von Harnstoff-N und Ammonium-N ermittelt wird.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der An­ sprüche 2 oder 5-8, dadurch gekennzeichnet, daß der Grenzwert von TOC als Steuerungsparameter durch folgende Schritte festgelegt wird:

• a) es werden die in Vereisungsschutzmitteln vorkom­ menden Zusammensetzungen von N und TOC ermittelt und daraus das maximale Mengenverhältnis von N und TOC zu Gunsten N bestimnt,
• b) ausgehend von einem vorgegebenen Grenzwert für N wird unter der Annahme des zuvor bestimmten maxi­ malen Mengenverhältnisses von N und TOC zu Gunsten N der dem vorgegebenen Grenzwert von N entsprechend der Anteil von TOC errechnet oder ermittelt,
• c) der unter dieser Annahme ermittelte Anteil von TOC wird als Grenzwert festgesetzt, oder
• d) die Grenzwerte von TOC und N werden in dem durch die Zusammensetzung der eingesetzten Vereisungsschutz­ mittel möglichen Bereiche der Mengenverhältnisse unabhängig voneinander festgelegt.

10. Anlage zur Behandlung vereisungsschutzmittel­ belasteten Oberflächenwassers, insbesondere von be­ festigten Flugverkehrsflächen, das mit einer Mehr­ zahl von chemischen Stoffen verunreinigt ist, wobei für das Oberflächenwasser ein Abfluß in einen Vorflu­ ter (10) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß einer Analyseeinrichtung (12) für im Oberflächenwasser vorhandene Anteile von verunreinigenden Stoffen oder Parametern vorgesehen ist, die eine Probeentnahmelei­ tung (14) zu einem Oberflächenwassersammler (16) be­ sitzt, daß die Analyseeinrichtung (12) mit einer Aus­ werte- und Steuereinrichtung (18) verbunden ist, durch die ein im Oberflächenwassersammler (16) angeordneter Schieber (20) betätigbar ist und daß eine Behandlungs­ anlage (22) vorgesehen ist, in die das Oberflächen­ wasser bei Überschreiten eines Grenzwertes der ver­ unreinigenden Stoffe oder Parameter durch die Schie­ berstellung umleitbar ist.

11. Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Analyseeinrichtung (12) für die Analyse sowohl auf Anteile von umweltschädlichen Stof­ fen, insbesondere Stickstoff (N) als auch auf solche von schnell und/oder einfach nachweisbaren Stoffen oder Parametern, die als Steuerungsparameter geeig­ net sind, insbesondere (totaler) organischer Kohlen­ stoffe (TOC) oder gelöster (dissolved) organischer Kohlenstoff (DOC), ausgebildet ist.

12. Anlage nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Oberflächenwassersammler (16) zwischen der Probeentnahmeleitung (14) und dem Schie­ ber (20) eine Speicherleitung (24) oder sonstiges Speichervolumen umfaßt.

13. Anlage nach einem oder mehreren der An­ sprüche 10-12, dadurch gekennzeichnet, daß die Aus­ werte- und Steuereinrichtung (18) so ausgelegt ist, daß das Oberflächenwasser auf Anteile von N und auf TOC untersucht wird und der Schieber (20) bei Über­ schreiten eines Grenzwertes von TOC vorläufig zur Umleitung von Oberflächenwasser in die Behandlungs­ anlage (22) betätigt wird, bis die einer Meßverzöge­ rung gegenüber den TOC-Meßwerten unterworfenen Antei­ le von N feststehen und daß der Schieber (20) bei und während einer überschreitung eines vorgegebenen Grenz­ wertes von N weiter in dieser Stellung gehalten wird, während er bei Unterschreiten des Grenzwertes von N wieder zur Einleitung von Oberflächenwasser in den Vorfluter (10) betätigt wird.

14. Anlage nach einem oder mehreren der An­ sprüche 10-12, dadurch gekennzeichnet, daß die Aus­ werte- und Steuereinrichtung (18) so ausgelegt ist, daß das Oberflächenwasser auf Anteile von N und auf TOC untersucht wird und daß beide untersuchten Para­ meter (N und TOC) als Steuerungsparameter verwendet werden, indem bei und während einer Überschreitung wenigstens eines Grenzwertes der Anteile der Stoffe oder der Parameter der Schieber (20) zur Umleitung von Oberflächenwasser in die Behandlungsanlage (22) betä­ tigt wird und erst bei Unterschreiten aller Grenzwer­ te wieder zur Einleitung von Oberflächenwasser in den Vorfluter (10) betätigt wird.

15. Verfahren bzw. Anlage nach einem der vor­ hergehenden Ansprüche 1-14, dadurch gekennzeichnet, daß die Messungen zur Bestimmung der Inhaltsstoffe oder Parameter kontinuierlich (on-line) erfolgen.