Behandlung von Drainageabwässern aus dem Tunnelbau

Abstract

Im Zuge der Trassengestaltung eines Straßentunnelprojekts, wird das Ausbruchsmaterial für die Modellierung des Geländes vor Ort verwendet. Um bei Niederschlagsereignissen eine Eluation der Schadstoffe aus der Geländemodellierung in die Umwelt zu vermeiden, muss das anfallende Niederschlagswasser über ein geeignetes Drainagesystem gesammelt und behandelt werden, bevor es in den nächsten Vorfluter abgeleitet wird. Für die Behandlung des hauptsächlich mit Stickstoffverbindungen (Ammonium-N, Nitrit-N) und Trübstoffen belasteten Drainageabwassers, wurde im UVP-Verfahren eine erweiterte Reinigungsanlage inkl. Voruntersuchungen im Labormaßstab vorgeschrieben. Für die Entfernung von Ammoniumstickstoff wurde das Verfahren des Ionenaustauschs bzw. Adsorption mittels Zeolith, eingesetzt in Druckfiltern gewählt. Zur Ermittlung der Adsorptions-Eigenschaften des in Frage kommenden natürlichen Zeolith-Materials und zur Verifikation der Reinigungsleistung im Filterbetrieb, wurden Laborversuche zum Adsorptionsverhalten unterschiedliche Zeolithe durchgeführt. Dabei ergaben sich Beladungshöhen von ca. 9-14 mg N H4 − N/g für die natürlichen Zeolithe und ca. 20-39 mg N H4 − N/g für ein modifiziertes Granulat. Die Isotherme nach Freundlich und Langmuir beschreiben die Daten zufriedenstellend, die Berechnung für die maximale Beladungshöhe nach Langmuir werden jedoch als zu hoch interpretiert und weisen auf eine unzureichende Streuung der Daten für die gegebenen Randbedingungen hin. Die Standzeit, bis zum Erreichen der vollständigen Ammonium-Aufnahmekapazität der natürlichen Zeolith-Granulate, lag im Schnitt bei sieben Tagen. Ein eindeutiger Zusammenhang zwischen Durchflussgeschwindikgeit, Standzeit des Filters und Einfluss auf die Beladungshöhe konnte nicht festgestellt werden. Im Zuge der Recherche und Versuchsdurchführungen dieser Arbeit, konnte die Eignung von Zeolith zur Entfernung von Ammonium-Stickstoff aus wässrigen Lösungen bestätigt und Kenntnisse für den Betrieb der geplanten Reinigungsanlage gewonnen werden.

For a planned highway extension the construction of tunnel structures requires excavation by means of blasting. Due to the usage of explosives, blasting vapors occur, whereby chemicals such as nitrite and ammonium can be deposited on the excavated material. The excavation-material is furher used for modeling the terrain on site. To prevent leaching of pollutants from the terrain modeling into the environment during precipitation events, the drainage water has to be collected and treated by a suitable drainage system, before being discharged into the nearest receiving waterbody. For the treatment of the drainage sewage, which is mainly polluted with nitrogen compounds (ammonia, nitrite) and turbidity substances, an extended treatment plant including preliminary laboratory-scale tests was prescribed in the Environmental Impact Assessment (EIA). For the removal of ammonium-nitrogen, the process of ion exchange or adsorption with zeolite, used in pressure filters, was selected. To determine the adsorption properties of the natural zeolite material under consideration and the purification performance in filter operation, four laboratory tests were carried out in the course of this thesis. The natural zeolites reached an adsorption capacity from ca. 9-14 mg NH4 − N/g and the modified granulated form a loading of ca. 20-39 mg N H4 − N/g. The Freundlich and Langmuir- Isotherms provided a satisfactory fit for the data, but the maximum-loading according to Langmuir can be interpreted as too high and therefore leads to the conclusion of a lack of data scattering for the setup. A definite correlation between flow rate, filter-durability and influence on the amount of loading, could not be established. In the course of the research and experimental work of this thesis, the aptitude of zeolite for the removal of ammonium nitrogen from aqueous solutions could be confirmed and knowledge, for the operation of the planned treatment plant could be gained.