Forschungs- und Simulationsanlagen

Inhaltsverzeichnis

 

Die Flie?- und Stillgew?sser-Simulationsanlage (FSA)

Die Flie?- und Stillgew?sser-Simulationsanlage auf dem Versuchsfeld des Umweltbundesamtes in Berlin-Marienfelde ist eine technisch anspruchsvolle und gro?e Versuchseinrichtung, die über 16 Flie?rinnen mit einer Gesamtflie?strecke von 1,6 km, 16 Teiche sowie über ein circa fünf Kilometer langes Rohrleitungsnetz mit über 60 Pumpen und 360 Schieberventilen einschlie?lich der dazugeh?rigen Messtechnik verfügt. In dieser Anlage lassen sich flie?ende, stehende und durchstr?mte Gew?sser – von B?chen und Flüssen über Teiche und Seen bis hin zu Flussseen – mit den darin befindlichen aquatischen Lebensgemeinschaften nachbilden. Die ⁠FSA⁠ z?hlt zu den gro?en Modell-?kosystemen (Mesokosmen), die Bindeglieder zwischen den vereinfachten und leicht zu kontrollierenden Laborversuchen und Freilandexperimenten (Feldstudien) darstellen.

 

Die Simulationsanlage für Uferfiltration und Langsamsandfilter (SIMULAF)

Die Anlage zur SIMulation von Ufer- und LAngsamsandFiltration (SIMULAF) dient zur Untersuchung der naturnahen Trinkwasseraufbereitung. Hier k?nnen die Rückhalte- und Abbauvorg?nge von Schadstoffen und Schadorganismen einer aeroben (sauerstoffhaltigen) Untergrundpassage in den oberen mit Wasser ges?ttigten Schichten untersucht werden.

Basis der SIMULAF ist der ca. 3500 m3 fassende Speicherteich, der eine L?nge von fast 90 m und eine Tiefe bis zu ca. 2,3 m hat. Sein Füllwasser entstammt dem ⁠UBA⁠-eigenen Wasserwerk, und mit zunehmender Aufenthaltszeit im Speicherteich nimmt es immer mehr Eigenschaften eines Wassers aus einem Oberfl?chengew?sser an. An seinem ca. 50 m breiten n?rdlichen Ende befindet sich eine Uferfiltrationsstrecke aus einem künstlichen, sandig bis kiesigen Grundwasserleiter. In Abst?nden von etwa 15 m und 35 m nehmen zwei Sickergalerien (Drainagen) in 3,5 m Tiefe das Uferfiltrat auf (je ca.10 m3/h). Von dort führen Abflussleitungen in einen 4 m tiefen Keller eines Me?hauses, in dem Proben entnommen und Messsungen durchgeführt werden k?nnen. Vom Speicherteich führen offene Betonkan?le zu 4 Langsamsandfiltern mit Filterfl?chen von je 80 m2. Das Filtrat (je 0,5 bis 6 m3/h) wird ebenfalls in den Kellerraum geleitet, wo die Abl?ufe beprobt werden k?nnen.

Sind keine Schadstoffe enthalten, wird das Wasser in den Speicherteich zurück gef?rdert. Anderenfalls wird es aufbereitet oder direkt ins Abwasser geleitet. Der Wasserverlust wird durch Betriebswasser aus dem Wasserwerk vor Ort ausgeglichen. In einem der beiden Langsamsandfilterbecken befindet sich die sogenannte ?Enclosure-Anlage“. Sie besteht aus 3 wasserges?ttigten Sands?ulen von 1,5 m L?nge. Randbedingungen wie Flie?geschwindigkeit, Wasserh?rte und DOC-Konzentrationen k?nnen vor dem Versuch festgelegt werden. In einem Messschrank k?nnen hydrochemische Parameter wie pH, Leitf?higkeit, Redoxpotential und Sauerstoffgehalt des S?ulenablaufs online erfasst werden. Eine Beprobung des S?ulenfiltrats ist in 30, 50 und 90 cm m?glich. Die Anlage bietet somit die M?glichkeit, den Schadstoffverbleib in Abh?ngigkeit einer kurzen Flie?strecke zu verfolgen.

über Rangierverteiler kann Wasser zwischen der SIMULAF und der Flie?- und Stillgew?sser-Simulationsanlage (⁠FSA⁠) ausgetauscht werden – in beiden Richtungen. Die gesamte Anlage ist nach unten durch eine Tondichtung und eine darunterliegende Sicherheitsdrainage gegen das Grundwasser abgeschottet.
Die Anlage bietet somit eine ?Brücke” zwischen Laborexperiment und Freilandbeobachtungen. Sie hat sich in mehreren Forschungsprojekten als wertvoll zur Validierung der Ergebnisse aus dem Labor erwiesen.

Seit 1999 wird die Anlage im Rahmen von Drittmittelprojekten und in Kooperation mit externen Forschungsstellen für unterschiedlichste Experimente genutzt. Arbeitsschwerpunkte waren dabei Untersuchungen zur Wirksamkeit von Eliminationsverfahren für

Enclosure-Anlage

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  1. Aufsicht Enclosure-S?ulen
  2. Die Enclosure-Anlage in der Simulationsanlage für Ufer- und Langsamsandfiltration (SIMULAF)
 

Lysimeteranlage

Die Lysimeter bilden die Bodenpassage ab, d.h. den mit Wasser unges?ttigten Bereich. Die Anlage umfasst 18 Lysimeter mit einer L?nge von 1,5 bis 2 m, die mit verschiedenen gewachsenen Bodentypen (ungest?rt, d.h. mit natürlich entstandenem Porensystem) gefüllt sind. Wasser- und (Schad-)Stoffflüsse k?nnen quantifiziert und somit die Belastung des darunter liegenden Grundwassers abgesch?tzt werden.

In einem aktuellen Forschungsprojekt werden die Freisetzung des Biozids ?Mecoprop‘ aus Dachbahnen und Fassadenanstrichen und sein Rückhalt im Boden untersucht.

Die Anlage steht auch Gastwissenschaftlern zur Verfügung. Die Arbeitsgruppe Bodenphysik der Technischen Universit?t Berlin nutzt zur Zeit einige Lysimeter für ihre wissenschaftlichen Fragestellungen.

Rasenfl?che mit rund umz?unten Fl?chen.
Die Lysimeteranlage des Umweltbundesamtes am Standort Berlin-Marienfelde
Quelle: Quelle: Sondra Klitzke / UBA
 

Wasserwerk

Das Wasserwerk bereitet das Wasser für die Experimente auf dem Versuchsfeld zu Trinkwasserqualit?t auf. Die max. F?rdermenge betr?gt 60 m3/h.


Aus 50 m Tiefe k?nne drei Tiefbrunnen jeweils 60 m3/h Grundwasser f?rdern. Im Wasserwerk erfolgt die mikrobiologische Enteisenung und Entmanganung in geschlossenen Kiesfiltern. Die hierzu erforderliche Belüftung erfolgt durch eine geregelte Druckbelüftung vor den jeweiligen Filtern.

 

Umkehrosmose-Anlage

Die Umkehr-Osmose (UO)-Anlage kann pro Stunde bis zu 1,5 m3 Wasser aufbereiten. Es besteht die M?glichkeit, durch Mischen von UO-Wasser mit Betriebswasser, Mischw?sser unterschiedlicher Leitf?higkeiten zu erhalten. Auch k?nnen Mineral- oder Huminstoffe gezielt zugesetzt werden, um für Experimente auf dem Versuchsfeld eine definierte Wasserqualit?t zu erzeugen.

 

Bodens?ulen

Die Bodens?ulen simulieren eine Untergrundpassage im mit Wasser ges?ttigten Bereich auf einer Strecke von bis zu 30 m, wie sie z.B. nach einer Uferfiltration stattfindet. Hierzu sind 6 Bodens?ulen mit einer H?he von jeweils 5 m in Reihe geschaltet.

Mit den Bodens?ulen k?nnen z.B. unterschiedlichste im Wasser vorkommende Substanzen auf deren Abbaubarkeit unter aeroben und anaeroben Bedingungen untersucht werden. Die maximale Aufenthaltszeit der Substanzen richtet sich nach der eingestellten Durchflu?geschwindigkeit; z.B. kann eine Passage 1 – 3 Monate dauern.

 

Desinfektionsteststand

Um das Risiko der übertragung von Krankheitserregern durch das Trinkwasser zu minimieren, müssen Desinfektionsmittel für die Trinkwasserdesinfektion ausreichend wirksam sein. Am Desinfektionsmittelteststand k?nnen die Wirksamkeit von Wirkstoffen und Desinfektionsverfahren untersucht werden. Damit liefert der Teststand grundlegende Daten für Entscheidungen zur Zulassungs neuer Wirkstoffe und Verfahren für die Desinfektion von Trinkwasser.

Um die Kontaktzeit zwischen Wasser und Desinfektionsmittel pr?zise definieren zu k?nnen, arbeitet der Teststand im Durchfluss. Durch eine 140 m lange PVC-U-Rohrleitung flie?t kontinuierlich Testwasser mit einem Volumenstrom von 400 Litern pro Stunde. An verschiedenen Stellen der Rohrleitung sind Ausl?sse, d.h. Probenahmeh?hne, angebracht, aus denen kontinuierlich ein geringer Volumenstrom abflie?t.

Zu Beginn der Rohrstrecke werden Testorganismen sowie das zu untersuchende? Desinfektionsmittel dosiert. An den verschiedenen Probenahmeh?hnen k?nnen Proben genommen werden, die sich in der Kontaktzeit zwischen den Testorganismen (Viren und Bakterien)? und dem Desinfektionsmittel unterscheiden. Je schneller die Testorganismen abget?tet werden, desto h?her ist die Wirksamkeit des Wirkstoffs.

Im Zu- und Ablauf werden die physikalisch-chemischen Parameter Druck, Durchfluss, Temperatur, ⁠pH-Wert⁠, Redoxpotential, Leitf?higkeit kontinuierlich gemessen und gespeichert. Eine kontinuierliche Messung der Chlor/Chlordioxid-Konzentration kann wechselseitig im Zu- oder Ablauf erfolgen.

Das Testwasser wird in einem Vorratstank mit einem Fassungsvolumen von 20 m3 gemischt und gespeichert. Es stehen unterschiedliche W?sser zur Verfügung: Grundwasser (Rohwasser aus Tiefbrunnen), Betriebswasser (Grundwasser nach der Aufbereitung im ⁠UBA⁠-Wasserwerk), Wasser aus der Umkehrosmose und Berliner Trinkwasser. Das Testwasser kann auch aus beliebigen Mischungen der genannten W?sser bestehen, und durch Zugabe von chemischen Zus?tzen k?nnen eine Vielzahl von künstlichen Normw?ssern hergestellt werden. Der pH-Wert wird durch Zugabe von Natriumhydroxid oder Salzs?ure eingestellt.

Der Aufbau simuliert die Abl?ufe einer Desinfektion in Verteilungsnetzen und Wasserwerken der ?ffentlichen Trinkwasserversorgung realit?tsnah (sog. phase 2 step 2-Testsystem). Untersuchungen an dieser Anlage sind damit aussagekr?ftiger als die eher verbreiteten station?ren Versuchsans?tze (Batch-Versuche). Zudem k?nnen auch sehr kurze (unter einer Minute) Einwirkzeiten von Stoffen und Verfahren im kontinuierlichen Einsatz untersucht werden.

Teststand für Desinfektionsmittel. Im Vordergrund rechts elektronische Schalt- und Steuereinheiten, im Hintergrund links w?rmeisolierte Wasserrohre der Teststrecke.
Der UBA-Desinfektionsmittelteststand am Standort Marienfelde
Quelle: Andreas Grunert / UBA