Sickerwasserinfiltration bei Deponien für unvorbehandelten Siedlungsabfall

Vorbemerkung

Voraussetzung für mikrobiologische Abbauprozesse sind:

  • Mindestwassergehalt: Bereits unter 45 % - 50 % WG im Abfall stellt sich eine deutliche Abnahme der Gasentwicklung ein (s. Abbildung).
  • Wasserbewegung: Zur Zusammenführung von Nährstoffen und Mikroorganismen sowie zum Abtransport hemmend wirkender Abbauprodukte.

GWG  gebildetes Gasvolumen bei dem eingestellten Wassergehalt,

Ge  gebildetes Gasvolumen bei optimalem Wassergehalt

aus: Welling, M.: Einfluss der Oberflächenabdichtung auf die biologischen Gasbildungsprozesse in Siedlungsabfalldeponien, Dissertation Universität Potsdam, 1998

Deponien trocknen nach dem Aufbringen einer Oberflächenabdichtung von oben aus. Bereits kurz nach Abdichtung kann es dadurch zu einem drastischen Einbruch der Deponiegasentstehung kommen. Daraus ergeben sich folgende Forderungen:

  • Trockene Deponien müssen befeuchtet werden
  • Wasser bzw. Sickerwasser sind kontrolliert unter der Oberflächenabdichtung zu infiltrieren

Anzustreben ist eine Kreislaufführung des Sickerwassers. Die Verwendung von Frischwasser oder Brauchwasser würde zusätzliches Sickerwasser erzeugen. Zudem unterstützen die organischen Sickerwasserbestandteile die Gasbildung.

Nutzen

  • Beschleunigung der Umsetzungsprozesse 
    => - Früherer Zeitpunkt, ab dem Deponiegas nicht mehr aktiv erfasst werden muss.
         - Früheres Ende der Nachsorge
  • Vergleichmäßigung des Deponiegasanfalls 
    => Erhöhung der Verwertungsrate
  • Vergleichmäßigung der Sickerwasserqualität.

Planung

Bei der Planung einer Sickerwasserinfiltration sind folgende Punkte relevant:

  • Hydraulische Bemessung der bestehende Systeme zur Sickerwassererfassung,
  • Erstellen einer Wasserhaushaltsbilanz.
  • Ermittlung der Durchlässigkeit des Deponiekörpers durch Untersuchung an der Deponie vor der abschließenden Auslegung der Infiltrationselemente und Verifizierung der Wasserhaushaltsbilanz.
  • Bei der Auslegung ist zu beachten, dass Wasser sich im Deponiekörper etwa um den Faktor 3 bis 5 besser horizontal als vertikal verteilt.

Bei der Planung sind folgende Fragen zu klären:

  • Welches System stellt für den Standort das optimale System zur möglichst umfassenden und gleichmäßigen Befeuchtung des Deponiekörpers dar?
  • Welche räumliche Verdichtung des Infiltrationssystems ist unter Kosten-Nutzen-Aspekten optimal?
  • Wie lassen sich Inkrustierungen der Infiltrationselemente vermeiden?
  • Welcher horizontale und / oder vertikale Abstand ist zu Bauwerken (Deponieentgasung, steile Böschungen) einzuhalten?
  • Wie lassen sich die Infiltrationselemente in die Oberflächenabdichtung in der Weise integrieren, dass die neuesten und damit zumeist obersten Deponiekörperschichten von der homogenen Infiltration erfasst werden?
  • Mit welchen Bewässerungsmengen und in welchem Bewässerungsrhythmus soll infiltriert werden?
  • Wie werden Deponiegasaustritte an Durchdringungen der Oberflächenabdichtung verhindert?
  • Welche Möglichkeiten der Inspektion und Reinigung sind möglich?

Standortabhängige Auswahlkriterien des geeignetsten Infiltrationssystems sind:

  • Gefällesituation,
  • Abfallmächtigkeit,
  • Abfallzusammensetzung,
  • Einbautechnik,
  • Abfalldurchlässigkeit,
  • Zugänglichkeit (z. B. sind wasserundurchlässige Zwischenschichten vorhanden).
  • Infiltrationsmedium bzw. dessen Qualität.

Infiltrationssysteme können punktförmig, linienförmig oder flächig ausgeführt werden. In der folgenden Tabelle sind die Systeme gegenübergestellt.

Punktuelle Infiltration

Linienförmige Infiltration

Flächige Infiltration

Typen:
Lanzen, Brunnen, Sickergruben und -löcher oder Sickerschächte

In der Regel nicht geeignet sind stillgelegte Gasbrunnen.

Zu bevorzugen bei mächtigen und kleinflächig ausgebildeten Abfallkörpern

Typen:
Kiesgefüllte Rigolen mit oder ohne teilgelochte Rohre. Ein Gefälle darf nur insoweit vorhanden sein, das ein homogenes Befüllen unterstützt wird. Erforderlich ist ein Ausbau der Rigolenenden in der Weise, dass dort das bei der Wasserbefüllung verdrängte Gas in den Deponiekörper entweichen kann.

Zu bevorzugen für geringmächtige und großflächig ausgebildete Abfallkörper

Betrieb:
Schwallartige Flutung, um eine gleichmäßige Verteilung zu ermöglichen.

Typen:
Großflächige Infiltrationsschichten, bei geneigten Oberflächen höhengestuft angelegt.

Zu bevorzugen für geringmächtige und großflächig ausgebildete Abfallkörper

Betrieb:
Schwallartige Flutung, um eine gleichmäßige Verteilung zu ermöglichen.

Vorteile:

  • geringe Eingriffe an der Deponieoberfläche,
  • schnell herstellbar,
  • bei geringer Verlegedichte kostengünstig,
  • bei Ausfall einfach ersetzbar,
  • tieferreichend.

Vorteile:

  • größerer Wirkungsbereich,
  • geringe Gefahr eines Wasserdurchbruchs,
  • kürzere  Leitungsführungen.

Vorteile:

  • größerer Wirkungsbereich und gleichmäßigste Wasserverteilung,
  • geringe Gefahr eines Wasserdurchbruchs,
  • kürzere  Leitungsführungen.

Nachteile:

  • Einwirkbereich der Befeuchtung ist verhältnismäßig gering,
  • lange Leitungsführungen auf dem Deponiekörper,
  • höhere Gefahr eines Wasserdurchbruchs zur Deponiebasis,
  • Gefahr ungleichmäßiger Durchfeuchtung,
  • Gefahr des Verstopfens.

Nachteil:

  • größerer baulicher Aufwand für die Infiltrationselemente.

Nachteil:

  • größerer baulicher Aufwand für die Infiltrationselemente.

Bei allen Systemen sind folgende Einrichtungen erforderlich und Anforderungen einzuhalten:

  • Übergeordnete Bauwerke
    • Wasserspeicher für die schwallartige Beschickung,
    • Zuleitung zum Zwischenspeicher inkl. Pumpen,
    • Verteilerbalken und Zuleitungen zu den Infiltrationselementen,
    • Mess- und Regeltechnik,
    • Messeinrichtungen zur Betriebsoptimierung wie z. B. Wasserstandsmesspegel.
  • Sickerwasserberührte Systemteile sind korrosionsbeständig auszuführen.
  • Sollen Inkrustrationen vermieden werden, sollte das Gesamtsystem luftdicht geschlossen sein und Feststoffe entnommen werden => Kiesfilter o. ä.
  • Verlegung der Zuleitungen in Frostschutztiefe.
  • Siphons vor der Einleitung in das Infiltrationselement.

Betrieb:

Folgende Rahmenbedingungen sind zu beachten:

  • Selbst bei Deponiekörpern mit geringer vertikaler Durchlässigkeit können 300 mm/a, also durchschnittlich 0,8 mm/d infiltriert werden.
  • Die Befeuchtung muss gleichmäßig erfolgen.
  • Die tatsächlich infiltrierbare Wassermenge ergibt sich aus der durch den Abfallkörper aufnehmbaren Wassermenge und derjenigen, die die Wasserbewegung erzeugt, die für die mikrobiellen Abbauprozesse erforderlich ist.
  • Die infiltrierte Wassermenge zu Beginn der Infiltrationsmaßnahme wird höher eingestellt, um den gewünschten Wassergehalt möglichst schnell zu erreichen (bis zu etwa 1000 mm/a, entsprechend etwa 2,7 mm/d).
  • Die Infiltrationselemente sollten möglichst zu Bereichen zusammengefasst werden, die gemeinsam schwallartig beschickt werden.
  • Die Dauer der Infiltrationsmaßnahme beträgt i. d. R. mindestens 3 Jahre.
  • Werden große Kreislaufwassermengen infiltriert, ist es zu empfehlen, die Außerbetriebnahme zeitlich über mehrere Jahre zu strecken.

Beispiel:

Mittels Gasprognose kann der Effekt einer Sickerwasserinfiltration berechnet werden. In der folgenden Abbildung sind zwei Grenzvarianten der Befeuchtung dargestellt.

Siwainf_Diagrammk03

Literatur:

Rettenberger, Gerhard; Urban-Kiss, Stepanka; Schneider, Rolf: Infiltrationsverfahren zur Steuerung des Deponieverhaltens von Siedlungsabfalldeponien, Müllhandbuch, Kennzahl 4323

Schneider, Rolf: Wasserinfiltration zur Verbesserung der Gasausbeute. Vortrag bei der Tagung Deponiegas 2009 in Trier

weitere Referenzen:

Von der Ingenieurgruppe RUK wurden bzw. werden Sickerwasserinfiltrationsmaßnahmen geplant und begleitet, unter anderem: