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Technologieentwicklung zur In-situ-Sanierung der ungesättigten Bodenzone mit festen Wärmequellen
(2009) Hiester, Uwe; Kobus, Helmut (Prof. Dr.h.c. Dr.-Ing. E.h.)
Boden und Grundwasser sind Schutzgüter, deren Verunreinigung zu vermeiden bzw. zu beseitigen ist. Ziel dieser Dissertation war die Entwicklung eines thermischen In-situ-Sanierungsverfahrens (THERIS-Verfahren), mit dem Verunreinigungen infolge gering wasserlöslicher, organischer Schadstoffe (NAPL) unterschiedlicher Flüchtigkeit auch in gering durchlässigen Bodenschichten in der ungesättigten Bodenzone effizient saniert werden können. Im Rahmen dieser Arbeit wurden die für die Technologieentwicklung wichtigen Prozesse beim zeitgleichen Betrieb mehrerer Heizelemente auf technischer Skala untersucht. Für diese Untersuchungen wurde ein Messverfahren zur In-situ-Messung von Wassersättigungen bei hohen Temperaturen in schadstoffbelasteten Böden entwickelt (temperatur- und schadstoffresistente Time-Domain-Reflectometry-Sonden sowie neue Auswertungen für die Signalinterpretation). Anschließend wurden der Aufbau und das messtechnische Konzept für die Untersuchungen in einem Großversuchsstand mit einer Grundfläche von 6m x 6m und einer Höhe von 4,5m entwickelt und umgesetzt. Zunächst wurden die maßgeblichen Strömungs- und Wärmetransportprozesse im Großversuchsstand auf technischer Skala systematisch durch die Variation einzelner Betriebsparameter des späteren Sanierungsverfahrens untersucht. Die Leistungsfähigkeit des Sanierungsverfahrens wurde in einem Sanierungsexperiment unter kontrollierten Randbedingungen im technischen Maßstab untersucht. Eine konservative Abschätzung ergab hierbei eine Verkürzung der Sanierungszeit der „kalten“ Bodenluftabsaugung infolge der Austragssteigerung beim THERIS-Verfahren um mehr als 90%. Im Anschluss an die Großbehälterversuche wurde das entwickelte THERIS-Verfahren zur Sanierung eines CKW-Schadens an einem Feldstandort eingesetzt. Trotz Winterbetriebs konnte die THERIS-Sanierung nach drei Monaten erfolgreich abgeschlossen werden. Mittels Vergleichsrechnungen zwischen Großbehälterversuch und Feldstandort ließen sich die Ergebnisse aus den Untersuchungen auf technischer Skala qualitativ auf die Feldbedingungen übertragen. Die Prozesse bei der Sanierung von Schadstoffen mit einer Dichte kleiner oder größer als Wasser (LNAPL, DNAPL) sind vergleichbar. Die Gefahr einer unkontrollierten DNAPL-Mobilisierung besteht bei einer kontinuierlich betriebenen Bodenluftabsaugung nicht. Die Sanierungsleistung des THERIS-Verfahrens überstieg die standortspezifische Sanierungsleistung der „kalten“ Bodenluftabsaugung sowohl bei der Sanierung im Großbehälter als auch am Feldstandort um mehr als eine Größenordnung. Ergebnisse abschließender Ökobilanzierungen zeigten, dass das entwickelte THERIS-Verfahren gegenüber konventionellen Sanierungsverfahren energiesparend und ressourcenschonend ist. Diese ökologischen Vorteile des THERIS-Verfahrens decken sich mit seinen ökonomischen Vorteilen gegenüber konventionellen Sanierungsverfahren.