Dekontaminierung von Tunnelbauschlämmen (Entwicklung eines Verfahrens zur Reinigung von KW-kontaminierten Tunnelbauschlämmen)

• Forschungsstelle: BAFU
• Projektnummer: UTF 488.18.14

Schlüsselwörter (Deutsch)

Dekontaminierung, Tunnelbau, Schlamm, organische Verunreinigungen, Hydrauliköl, Schmieröl, Schneideöl, Bodenbelastung, Gewässerverunreinigung, Deponie, Entsorgung, Reaktordeponie, stark belastete Schlämme, Inertstoffdeponien, Kohlenwasserstoff

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Auf Grossbaustellen und insbesondere beim Tunnelbau mit Tunnelbohrmaschinen fallen grosse Mengen Schlamm an, die durch organische Verunreinigungen wie Hydraulik-, Schmier- und Schneideöle kontaminiert sein können. Diese Schlämme müssen entsprechend der gesetzlichen Rahmenbedingungen aufwendig entsorgt werden, um eine schädliche Bodenbelastungen oder Gewässerverunreinigung zu verhindern. Je nach Schlammtyp und Verschmutzungsgrad können Schlämme auf Inert-, Reststoff- oder Reaktordeponien abgelagert werden. Die Entsorgungskosten belasteter Schlämme sind im Wesentlichen von der Deponieklasse abhängig, auf welcher sie entsorgt werden. Die Abgabe einer Tonne Schlamm auf einer Inert- bzw. Reststoffdeponie kostet 30 bis 40 CHF, auf einer Reaktordeponie betragen die entsprechenden Kosten ca. 90 bis 100 CHF. Im Weiteren ist zu berücksichtigen, dass Inert- bzw. Reststoffdeponien weitaus zahlreicher sind als Reaktordeponien (über 160 Inert- bzw. Reststoffdeponien; nur ca. 52 Reaktordeponien). Dies führt in der Regel dazu, dass für Reaktordeponie-Material längere Transportwege und dadurch höhere Transportkosten in Kauf genommen werden müssen. Gelingt es die kontaminierten Schlämme soweit zu behandeln, dass diese anschliessend Inertstoff-Qualität aufweisen, wird die Entsorgung der Tunnelschlämme günstiger, Reaktordeponie-Volumen kann eingespart werden und Transportwege minimiert werden.

Ergebnisse gemäss Vertrag (Deutsch)

1    An einer gemeinsamen Sitzung werden die Ergebnisse aus der Literaturrecherche den Vertreten des BAFUs vorgestellt und besprochen. Als Variante soll auch das Ziel einer vollständigen Wiederverwertbarkeit der Schlämme verfolgt werden. In diesem Zusammenhang sollen auch umweltrelevante Fragen zum Gebrauch von Schmierstoffen, die im Tunnelbauprozess eingesetzt werden, behandelt werden. Die Ergebnisse ermöglichen einen gemeinsamen Go/No-Go Entscheid über die Weiterführung des Projektes zu fällen à Meilenstein 1.

2     Die Design- und Betriebsparameter (Begasungs-, Dosierungs- & Mischkonzept, hydraulische Aufenthaltszeit, Temperatur, Raumbelastungen, O2-Versorgung, NO3/DOC Verhältnis) für die mikrobiologische Pilotierung sind beschrieben und die zum Einsatz kommende Mischkultur ist gewählt. Der Reaktor ist für den Betrieb auf der Baustelle einsatzbereit à Meilenstein 2. 

3     Die entwickelte Anlage wird auf zwei verschiedenen Baustellen getestet. Die Ergebnisse zeigen, dass die Kohlenwasserstoff-Konzentration in den Schlämmen auf unter 500 mg/kg und bei den wenig belasteten Schlämmen (ca. 25%) die Kohlenwasserstoff-Konzentration auf unter 50 mg/kg gesenkt werden kann. Dabei werden die zwei verschiedenen Verfahren Sprengvortrieb und konventioneller Vortrieb berücksichtigt. Es werden biologische Abbauversuche mit der vielversprechendsten Mischkultur durchgeführt. Es wird sowohl die rein mikrobiologische Behandlung als auch die Kombination von mikrobiologischem Abbau mit Ozonung pilotiert.  

4     Redaktion eines Schlussberichtes mit Darstellung der Ergebnisse aus 1 bis 3.

5     Bereitstellung von Textbausteinen und Illustrationen für die Erstellung eines Publikums-Factsheets.  

6     Präsentation der Ergebnisse an einem wissenschaftlichen Kolloquium beim BAFU mit           entsprechender Power-Point Darstellung.

Projektziele (Deutsch)

Es soll eine Pilotanlage erstellt werden womit belastete Schlämme behandelt und gereinigt werden können. Stark belastete Schlämme werden soweit aufbereitet dass diese nach der Behandlung auf Inertstoffdeponien (Kohlenwasserstoff-Konzentration unter 500 mg/kg) deponiert werden können. Weniger belastete Schlämme sollen soweit aufbereitet werden, dass diese Schlämme eine Kohlenwasserstoff-Konzentration unter 50 mg/kg aufweisen und diese nach geltendem Schweizer Recht wiederverwendet oder entsorgt werden können.

Beschreibung der Resultate (Deutsch)

Die durchgeführten Versuche haben gezeigt, dass eine reine Ozonierung nicht ausreichend ist, um den Tunnelbauschlamm unter den gewünschten Grenzwert von 500 mg KW / kg TS zu dekontaminieren. Jedoch konnte durch eine optimierte Verfahrensführung der Wirkungsgrad des Ozoneintrages von 40% auf ca. 85% gesteigert werden. Eine Steigerung des Ozoneintrages bringt jedoch nicht zwingend eine bessere Dekontamination mit sich. Nebenreaktionen mit Ozon im Schlamm können nicht ausgeschlossen werden. Versuche zur mikrobiologischen Behandlung von Tunnelbauschlämmen haben gezeigt, dass ein Kohlenwasserstoff-Abbau mittels mikrobiologischer Behandlung möglich ist. Bei allen Versuchen zeigte sich, dass der Kohlenwasserstoff-Abbau während den ersten zwei Wochen stattfindet. Nach dieser Zeit stagnierte der Abbau. Die Annahme, dass eine Vorozonierung eine positive Wirkung auf den mikrobiologischen Kohlenwasserstoffabbau hat, konnte in den Laborversuchen deutlich bestätigt werden. Doch auch durch eine kombinierte Behandlung konnte bei belasteten Schlämmen (1‘000 – 1‘500 mg KW / kg TS) der Grenzwert von 500 mg KW /kg TS nicht erreicht werden. Anhand der Auswertungen ist jedoch das Potential, diesen Grenzwert zu unterschreiten, ersichtlich. Die Wirtschaftlichkeit einer kombinierten Behandlung ist aber nicht gewährleistet. Nach einer Vorozonierung dürfte die mikrobiologische Behandlung nur noch rund 3 Tage dauern, um noch wirtschaftlich zu sein und nicht 14 Tage.

Umsetzung und Anwendungen (Deutsch)

Unter den getesteten Bedingungen in den Laborversuchen konnte der Grenzwert von 500 mg KW / kg TS bei belasteten Schlämmen (1‘000 – 1‘500 mg/kg TS) nicht unterschritten werden. Zusätzlich zeigt die Kostenrechnung, dass beide Behandlungsmethoden beim momentanen Stand wirtschaftlich nicht attraktiv sind. Trotz optimierter Ozonierung wurden 15 kg Ozon für den Abbau von 1 kg Kohlenwasserstoff- Verbindungen benötigt. Mit diesem Verhältnis könnte die Aufbereitung durch reine Ozonierung von Schlämmen zwar wirtschaftlich sein, jedoch kann damit der Grenzwert für Inertstoff-Deponien nicht unterschritten werden. Durch eine anschliessende mikrobiologische Behandlung wird dann aber auch das Verhältnis von 15 kg Ozon für 1 kg Kohlenwasserstoff-Verbindungen nicht mehr wirtschaftlich. Anhand der Ergebnisse der Laborversuche ist es nicht möglich, diese Verfahren in der Praxis wirtschaftlich rentabel durchzuführen.

Weiteres Vorgehen (Deutsch)

Der Abbau von Kohlenwasserstoffverbindungen in Tunnelbauschlämmen mittels Ozonierung oder mikrobiologischer Behandlung wäre in der Baubranche bzw. Umwelttechnik ein sehr interessantes Verfahren. Mittels dieses Verfahrens könnten auf einer Baustelle die Deponiekosten gesenkt werden. Jedoch wird das Verfahren erst praxistauglich und wirtschaftlich rentabel, wenn der Schlamm nach der Behandlung eine KW-Belastung unter den 500 mg/kg TS aufweist. Noch attraktiver wäre ein Grenzwert unter 50 mg/kg TS. Ein entscheidender Faktor für dieses Verfahren ist auch die Behandlungszeit des Schlammes bzw. der Durchsatz einer Anlage. Auf einer Baustelle sind die Platzverhältnisse beschränkt, so dass die Anlage nicht beliebig gross werden kann. So kann auf einer Baustelle der Schlamm nicht 14 Tage biologisch behandelt werden. Solange die Transportkosten und die Deponiegebühren nicht markant ansteigen oder das Verfahren stark beschleunigt werden kann wird es auch in der Zukunft nicht attraktiver werden.

Publikationen / Ergebnisse (Deutsch)

Beim Bau von Tunnels fällt ein Schlamm an, der mit Kohlenwasserstoffen kontaminiert ist und deshalb auf Reaktordeponien deponiert werden muss. Um Kosten und Deponievolumen zu sparen, wurde im Rahmen des Projekts ein Verfahren mit Ozonierung und anschliessender biologischer Behandlung zur Dekontaminiation dieses Tunnelbauschlamms entwickelt und optimiert. Aufgrund des hohen Energie- und Platzbedarfs ist das entwickelte Verfahren bei den heutigen Deponiekosten aber nicht wirtschaftlich und wird deshalb vorläufig nicht umgesetzt.