Luftstrippung: Effizientes Verfahren zur Sanierung von kontaminiertem Wasser im Baubereich

Einleitung

Im Bereich der Bausanierung und Umwelttechnik spielt die Entfernung von Schadstoffen aus Wasser eine zunehmend wichtige Rolle. Besonders bei der Sanierung von Altlasten oder bei Bauprojekten auf ehemaligen Industriearealen ist die Behandlung kontaminiertes Grundwassers oft ein entscheidender Schritt. Die Luftstrippung, auch als Desorptionsverfahren bezeichnet, hat sich hierbei als etabliertes und zuverlässiges Verfahren erwiesen. Dieses Verfahren ermöglicht die Entfernung leichtflüchtiger Schadstoffe aus Wasser durch Überführung in die Gasphase. Im vorliegenden Artikel werden die Funktionsweise, die verschiedenen Ausführungsformen sowie die praktischen Anwendungen der Luftstrippung im Kontext von Bauprojekten und Sanierungen detailliert erläutert.

Funktionsprinzip der Luftstrippung

Die Luftstrippung basiert auf dem physikalischen Prinzip der Desorption, bei dem leichtflüchtige Schadstoffe aus der flüssigen Phase (Wasser) durch Einwirkung eines Gases in die Gasphase überführt werden. Bei diesem Prozess wird das kontaminierte Wasser mit einem Gas – in der Regel atmosphärische Frischluft – im Gegenstromprinzip in Kontakt gebracht. Der Übergang der Verunreinigung aus der Flüssigkeit in das Gas wird dabei durch die Henry-Konstante jedes einzelnen Schadstoffes beschrieben.

Die Reinigungsleistung der Anlage hängt von mehreren Faktoren ab, insbesondere vom Verhältnis von Gas zu Flüssigkeit sowie von den spezifischen Eigenschaften der zu entfernenden Schadstoffe. Das Ziel des Verfahrens ist es, die Konzentration der Schadstoffe im Wasser so zu reduzieren, dass die gesetzlichen Grenzwerte eingehalten werden.

Typische Anwendungen in der Sanierung

Die Luftstrippung wird in der Sanierung insbesondere für die Entfernung verschiedener Schadstoffklassen aus Wasser eingesetzt. Zu den typischen Anwendungsfällen gehören:

Entfernung chlorierter Kohlenwasserstoffe

Chlorierte Kohlenwasserstoffe (CKW), leichtflüchtige Halogenkohlenwasserstoffe (LHKW) sowie fluorierte Kohlenwasserstoffe (FCKW) gehören zu den häufigsten Schadstoffen, die mittels Luftstrippung aus Wasser entfernt werden können. Diese Stoffe entstehen häufig bei industriellen Prozessen und können erhebliche Gesundheitsrisiken bergen, wenn sie in das Trinkwasser gelangen.

Entfernung aromatischer Kohlenwasserstoffe (BTEX)

Aromatische Kohlenwasserstoffe wie Benzol, Toluol, Xylol, Styrol und Ethylbenzol (BTEX) können ebenfalls effektiv durch Luftstrippung aus Wasser entfernt werden. Diese Verbindungen werden u.a. bei der Herstellung und dem Einsatz von Lösungsmitteln, Hydraulikölen, Klebern oder Lacken freigesetzt und sind teilweise hochgiftig und krebserregend.

Weitere anwendbare Schadstoffe

Neben den genannten Hauptgruppen können mit der Luftstrippung auch weitere Stoffe bis zur Nachweisgrenze aus Wasser entfernt werden, darunter:

Mineralölkohlenwasserstoffe
Tertiär-Butylmethylether (MTBE)
Naphthalin
Ammoniak
Kohlendioxid
Schwefelwasserstoff

Arten von Strippanlagen

Je nach Anwendungsfall und Anforderungen existieren verschiedene Bauformen von Strippanlagen, die jeweils spezifische Vorteile bieten.

Füllkörperkolonnen

Die Füllkörperkolonne stellt eine der gängigsten Bauformen von Strippanlagen dar. Bei diesem System wird das kontaminierte Wasser am Kopf der Kolonne über eine Düse fein verteilt und rieselt dann über Füllkörper nach unten. Im Gegenstrom wird das Strippgas (in der Regel Luft) von unten durch die Kolonne gefördert. Die Füllkörper dienen dazu, die Flüssigkeit möglichst fein zu verteilen und die Phasengrenzfläche zwischen Wasser und Gas zu maximieren.

Für große Wassermengen bis zu 200 m³/h werden bewährte und robuste Füllkörperkolonnen eingesetzt. Der Durchmesser der Anlage richtet sich nach dem zu reinigenden Volumenstrom, während die Länge von der Höhe der Schadstoffbelastung abhängt. Bei hohen Schadstoffkonzentrationen können zwei Strippanlagen hintereinander geschaltet werden (zweistufige Anlagen).

Horizontalstripanlagen

Für den Einsatz in Gebäuden oder Containern haben sich Horizontalstripanlagen bewährt. Bei dieser Bauform fließt das Wasser nicht wie bei Füllkörperkolonnen von oben nach unten, sondern in horizontaler Richtung durch den Stripper. Die geringe Bauhöhe dieser Anlagen ermöglicht die problemlose Unterbringung in handelsüblichen Containern.

Ein wesentlicher Vorteil der Horizontalstripanlage besteht darin, dass sie keine Füllkörperschüttung besitzt. Dadurch entfällt die meist aufwändige Reinigung oder der Austausch von Füllkörpern, der bei Füllkörperkolonnen in der Regel eine geeignete Arbeitsbühne und ggf. einen Kran erfordert. Reinigungsarbeiten am Horizontalstripper lassen sich dagegen ohne Steighilfen durchführen.

Vakuumstripanlagen

In der Regel erfolgt die Strippung bei Atmosphärendruck. Für Schadstoffe, die von Aktivkohle nur schlecht oder gar nicht adsorbiert werden (z.B. Cis oder VC), stellt die Vakuumstrippung eine wirtschaftliche Alternative dar. Im Vakuum wird die Flüchtigkeit der Schadstoffe sehr stark angehoben, was zur Folge hat, dass der Vakuumstripper mit einer wesentlich geringeren Stripluftmenge auskommt. Der Stripluftbedarf beträgt weniger als 1/20 der Stripluftmenge bei Atmosphärendruck.

Vorteile der Luftstrippung

Die Anwendung von Luftstrippanlagen bietet mehrere entscheidende Vorteile im Vergleich zu anderen Sanierungsverfahren:

Hoher Reinigungswirkungsgrad

Die Luftstrippung erreicht in der Regel hohe Reinigungswirkungsgrade und kann Schadstoffe bis zur Nachweisgrenze aus Wasser entfernen. Dadurch wird eine effektive Sanierung kontaminierter Wässer gewährleistet.

Flexibilität bei der Installation

Besonders Horizontalstripanlagen bieten eine hohe Flexibilität bei der Installation. Sie können problemlos in Containern oder Rächten untergebracht werden, sind optisch unauffällig und erfordern kein spezielles Fundament oder Abspannungen.

Einfache Wartung

Durch den Verzicht auf Füllkörperschüttungen bei Horizontalstripanlagen entfällt aufwändige Wartungsarbeit. Auch bei Füllkörperkolonnen sind die Wartungsarbeiten im Vergleich zu anderen Verfahren relativ einfach durchzuführen.

Wirtschaftlichkeit

Die Luftstrippung ist in vielen Fällen wirtschaftlich besonders attraktiv, da sie als etabliertes Verfahren mit geringeren Betriebskosten im Vergleich zu anderen Sanierungstechniken aufwarten kann. Insbesondere die Vakuumstrippung kann bei bestimmten Schadstoffen erhebliche Einsparungen bei den Betriebskosten ermöglichen.

Praktische Umsetzung in der Sanierung

Planungsphase

Bei der Planung einer Luftstrippungsanlage sind mehrere Faktoren zu berücksichtigen. Die Anlagen werden individuell an die gegebenen Anforderungen angepasst, insbesondere an die Eintrittskonzentration der Verunreinigungen in der Flüssigphase und die geforderte Austrittskonzentration (Reinwassergrenzwerte).

Betrieb und Überwachung

Während des Betriebs ist eine kontinuierliche Überwachung der Anlageneffizienz wichtig. Dazu gehören Messungen der Schadstoffkonzentration vor und nach der Behandlung sowie die Überwachung des Strippgasdurchflusses und anderer relevanter Parameter.

Abluftreinigung

Die bei der Strippung anfallende Abluft, die nun die Schadstoffe in konzentrierter Form enthält, muss in der Regel gereinigt werden. Die Reinigung erfolgt in den meisten Anwendungsfällen durch Adsorption an Aktivkohle. Je nach Schadstoffkonzentration und -art können auch andere Abluftreinigungsverfahren zum Einsatz kommen.

Anpassung an unterschiedliche Schadstoffbelastungen

Die Kapazität einer Strippanlage richtet sich nach dem zu reinigenden Volumenstrom und der Höhe der Schadstoffbelastung. Bei großen Schadstoffbelastungen können zwei Anlagen hintereinander geschaltet werden (zweistufige Anlagen). Die Anlagen können sowohl übereinander als auch nebeneinander aufgestellt werden.

Besondere Anwendungsfälle

Trinkwasseraufbereitung

Ein wichtiger Anwendungsbereich der Luftstrippung ist die Entsäuerung von Trinkwasser. Dabei wird die Konzentration des im Wasser gelösten Kohlenstoffdioxids vermindert. Dies dient dazu, den Übergang unerwünschter Stoffe aus den Trinkwasserleitungen in das Trinkwasser zu verhindern, nachfolgende Aufbereitungsprozesse zu verbessern oder Anlagenbestteile vor verstärkter Korrosion zu schützen.

Grundwassersanierung

Bei der Sanierung von Grundwasserschäden werden Strippanlagen häufig im "pump and treat"-Verfahren eingesetzt. Das belastete Wasser wird aus einem Brunnen entnommen und zum Kopf der Strippanlage gepumpt. Nach der Behandlung wird das gereinigte Wasser wieder in den Grundwasserleiter zurückgeführt oder an die Oberfläche abgeleitet.

Sanierung von Altlasten

Bei der Sanierung von Altlasten, insbesondere auf ehemaligen Industrie- und Gewerbegebieten, ist die Behandlung kontaminierten Grundwassers oft ein zentraler Bestandteil der Sanierungsmaßnahmen. Hier kommt der Luftstrippung aufgrund ihrer Effizienz und Wirtschaftlichkeit besondere Bedeutung zu.

Fazit

Die Luftstrippung hat sich als etabliertes und zuverlässiges Verfahren zur Sanierung von kontaminiertem Wasser im Baubereich bewährt. Durch den physikalischen Prozess der Desorption können verschiedene Schadstoffklassen effektiv aus Wasser entfernt werden. Die verschiedenen Bauformen von Strippanlagen – Füllkörperkolonnen, Horizontalstripanlagen und Vakuumstripanlagen – ermöglichen eine flexible Anpassung an unterschiedliche Anforderungen und Einsatzbedingungen.

Die Vorteile des Verfahrens liegen in seinem hohen Reinigungswirkungsgrad, der Flexibilität bei der Installation, der einfachen Wartung und seiner Wirtschaftlichkeit. Besonders im Kontext von Bauprojekten auf kontaminierten Standorten oder bei der Sanierung von Altlasten bietet die Luftstrippung eine effektive Lösung zur Behandlung kontaminierten Wassers.

Für die Planung und den Einsatz von Luftstrippanlagen ist eine sorgfältige Anpassung an die spezifischen Anforderungen und Schadstoffprofile entscheidend. Durch die individuelle Auslegung der Anlagen kann eine effektive und wirtschaftliche Sanierung gewährleistet werden, die einen wesentlichen Beitrag zur Dekontamination von Standorten und zur Sicherung der Wasserqualität leistet.