Bioremediation (1): Mikrob. Grundlagen

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1 Bioremediation Bioremediation (1): Mikrobiol. Grundlagen Bioremediation (2): Techn. Grundlagen Case studies (Klausur) Notwendige Grundlagen: Prozesse und Tools - Grundkurs 1: Redox-Chemie - Grundkurs 2: Prozeßbeschreibung mit part. DGLs 1

2 Literatur: F.H. Chapelle Groundwater-Microbiology and Geochemistry Bioremediation (1): Mikrob. Grundlagen zentrale Fragen: - Warum funktioniert insitu-bioremediation quasi überall? - Welche Rolle spielen dabei organische Schadstoffe? 2

3 Bioremediation: A Bugs Life! Mikroorganismen.but don t (Bakterien) forget sind die the Hauptakteure plants bei BIOREMEDIATION: ubiquitäres Vorkommen! 3

4 Innovative Reactive Barrier Technologies for Regionally Contaminated Aquifers - Sessile Bakterienkolonien - nahe Hauptstrombahnen - wandern zum ED + EA-Gradienten 4

5 Bacterial colonization of the subsurface at the test site (SAFBIT 1/97 and 2/97) Depth [m] Quarternary aquifer Lignite seam Tertiary aquifer Cfu (g -1 sediment) Aerobic bacteria (R2A agar) Anaerobic bacteria (TSI agar) Obwohl Sauerstoff (EA) nicht vorhanden, kann aeroben Abbauweg genutzt werden! Wichtig für Sauerstoff-Injektion 5

6 Perchlorate - Degrading Bacteria 6

7 Bioremediation: A Bugs Life! Redox-Prozesse Energiequellen! Energie-.but und don t Stoffwechselprozesse forget the plants von Mikroorganismen: Woher kommt Energie? 7

8 Energiegewinn durch Elektronentransfer vom Elektronendonator zum Elektronenakzeptor Beispiel: Biological Perchlorate Degradation Biomass + CO 2 ED: Plus-Pol EA: Minus-Pol e - Substrate (C-Quelle) Elektronendonatoren, z.b. alle organischen Schadstoffe (BTEX) Cl - + O 2 ClO 4 - NO 3 - Elektronenakzeptoren O 2 8

9 Start: Exkursion: für 3.6. Bioremediation: Prozesse und Tools - Grundkurs 1: Redox-Chemie 9

10 Course plan 1. Overview Introduction Definitions 2. NAPL-1: Fundamentals, Phase-Partitioning 3. Contaminant Hydrogeology 4. Contaminants, Processes, Time scales 5. NAPL-2: Migration and Distribution 6. Pump and Treat (1) 7. Pump and Treat (2) 8. Bioremediation (1) Bioremediation (2) Reactive Walls Natural Attenuation Soil Vapor Extraction Case Studies / Reactive Transport Modeling 17.6.!!! Klausur: am Fr, den 24. Juni Uhr!!! 10

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12 Redox-Prozesse Energiequellen Grundkurs 1: Redox-Chemie 1. Redoxprozesse? 2. Oxidation und Reduktion? 3. Bestimme Elektronendonator -akzeptor mit Hilfe des Partialladungskonzeptes! 12

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14 Denitrification Perchlorate Reduction Klausur: Anwenden des PLK für alle Redox-Paare: EA?, ED? Energiegewinn durch Elektronentransfer vom Elektronendonator zum Elektronenakzeptor C 6 H 6 Electron Donor O 2 H 2 O NO 3 ClO 4 SO 4 CO 2 N 2 Cl - H 2 S CH Redox (millivolts) 0 14

15 Strom = Elektronentransport vom Elektronendonator (ED) zum Elektronenakzeptor (EA) Redox-Potenzial-Differenz bestimmt den Strom, d.h. wie schnell ein org. Schadstoff (ED) abgebaut wird notwendig für mikrobiellen Abbau: Minus-Pol (EA) Limitierender Faktor: Fehlen des EA s (z.b. Sauerstoff) 15

16 Redox-Zonierung in einem reinen, unkontaminierten Aquifer Recharge? mv? mv? mv? mv? mv Redoxpotential nimmt ab! 16

17 Denitrification Perchlorate Reduction Energiegewinn durch Elektronentransfer vom Elektronendonator zum Elektronenakzeptor Electron Donor O 2 H 2 O NO 3 ClO 4 SO 4 CO 2 N 2 Cl - H 2 S CH Redox (millivolts) 17

18 Energiegewinn durch reduktive Dechlorierung: PCE + H 2 TCE + Cl - + H + EA, ED? 18

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20 Redox-Zonierung in einem kontaminierten Aquifer? mv? mv? mv Redoxpotential nimmt ab! Welches Redox-Potential (Spannung) messen Redox-Elektroden? 20

21 Aerobe und anaerobe Abbauwege EA = Sauerstoff aerober Abbauweg (max. Energiegewinn) EA = Nitrat u.a. anaerober Abbauweg 21

22 Bioremediation: A Bugs Life!.but don t forget the plants Aerobe und anaerobe Abbauwege für typische organische Schadstoffe 22

23 Skript Strukturformeln wichtiger org. Schadstoffe = Elektronendonatoren 23

24 Schadstoffhäufigkeit im Abstrom von Schadensfällen PCE TCE TCE PCE Dichlorethen (cis) Benzol Vinylchlorid Trichlormethan Trichlorethan (1,1,1) Xylol Dichlorethen (trans) Toluol Ethylbenzol Dichlormethan Dichlorbenzol Dichlorethen (trans) Trichlormethan Dichlorethen (1,1) Dichlormethan Trichlorethan (1,1,1) Dichlorethan (1,1) Dichlorethan (1,2) Phenol Aceton Toluol Diethylhexylphthalat Deutschland Chlorbenzol Tetrachlormethan Benzol Vinylchlorid USA Schadensfälle / % nach G. Teutsch, P. Grathwohl,

25 Grundwasserkontamination - Beispiel Bitterfeld Dichloromethan 1,1-Dichlorethen cis-dichlorethen trans-dichlorethen Trichlormethan 1,1-Dichlorethan 1,2-Dichlorethan 1,1,1-Trichlorethan 1,1,2-Trichlorethan Tetrachlormethan Trichlorethen Tetrachlorethen 1,1,1,2-Tetrachlorethan 1,1,2,2-Tetrachlorethan Pentachlorethan Hexachlorethan Vinylchlorid Benzen Toluen Chlorbenzen 1,2-Dichlorbenzen 1,3-Dichlorbenzen 1,4-Dichlorbenzen A 9 Thurland Reuben Thalheim B100 Sanierungsforschung in regional kontaminierten Aquiferen B184 Raguhn Sandersdorf Kledewitz Jessnitz Wolfen Altjessnitz Rossdorf Muldenstein Bitterfeld 5 km Burgkemnitz Schlaitz Biedersdorf Mühlbeck Pouch > 1000 µg/l AOX µg/l AOX µg/l AOX µg/l AOX µg/l AOX 1,2,3-Trichlorbenzen 1,2,4-Trichlorbenzen 1,2,5-Trichlorbenzen 1,3,5-Trichlorbenzen 2-Chlorphenol 3-Chlorphenol 4-Chlorphenol 2,3-Dichlorphenol 2,4-Dichlorphenol 2,5-Dichlorphenol 2,6-Dichlorphenol 3,4-Dichlorphenol 3,5-Dichlorphenol 2,3,4-Trichlorphenol 2,3,5-Trichlorphenol 2,3,6-Trichlorphenol 2,4,6-Trichlorphenol 2,3,4,5-Tetrachlorphenol 2,4,5,6-Tetrachlorphenol Pentachlorphenol 4-Chlor-3-methylphenol 1-Chlor-3-methylphenol 25 km 2 mit einem geschätzten Volumen von mehr als 200 Mio m 3 kontaminiertem Grundwasser 25

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27 Aerober Abbauweg von Benzen zu Catechol Ringspaltung 27

28 Aerober Abbauweg von Chlorbenzen 28

29 Möglicher aerober Abbauweg von MTBE 29

30 Aerober Abbauweg; massenstöchiometrischer Faktor f O2 = m o2 /m TCE 30

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32 Abbauwege höherchlorierter KWs 32

33 Case study: Auensee-Leipzig Bioremediation: A Bugs Life! HCH, PCE Höher-chlorierte Kohlenwasserstoffe sind häufig.but persistent don t gegenüber forget aeroben the plants Abbau 33

34 Case study: Auensee-Leipzig Exkursion! H2-O2-Injektion Auensee lignite seam PCE TCE TCA 34

35 Case study: Auensee-Leipzig 35

36 Case study: Auensee-Leipzig 36

37 Bioremediation: Prozesse und Tools - Grundkurs 1: Redox-Chemie - Grundkurs 2: Prozeßbeschreibung mit part. DGLs 37

38 Grundkurs 2: Prozeßbeschreibung mit part. DGLs Warum? Massenbilanzierung von Bioremediation: Wieviel Schadstoff kann innerhalb eines Monats abgebaut werden? Wiederholung: Vorlesungen Prozesse (1 4): mathematische Beschreibung Grundlage für alle SS-Vorlesungen 38

39 Transport von Schadstoffen: Mathematische Beschreibung (1) 1. konvektiver Transport (Darcy Gesetz): Prozess: Wasserströmung (Konvektion) mittlere Transportgeschwindigkeit: u / w q w eff qw ( x, t) QW A k f dh dx k w w dp dx Warum Minuszeichen? Warum Filter- oder Darcy-Geschwindigkeit q w? Unterscheide effektive und totale Porosität! Tabelle 3.2. w Wasservolumenstrom Qw Vw / t 2. advektiver Transport: Prozess: Adsorption Teilchen bewegen sich langsamer als Wasser werden retardiert Phasengleichgewicht Festphase-Wasserphase: i i i i i K oc =f(k ow ) nur von organischem Schadstoff abhängig! Cads Kd Cw Kd foc Koc unabängig von poröser Matrix mit f oc Tabelle 3.4. Retardationskoeffizient: i R 1 b tot i K d R(f oc ) Tabelle 3.4. mittlere Teilchengeschwindigkeit: u u / R i w w i 39

40 Transport von Schadstoffen: Mathematische Beschreibung (2) Beachte: Komponentenindex i ist weggelassen! 3.1. diffusiver Transport (1. Ficksches Gesetz): treibende Kraft Konzentrationsgradient: Übergang von Differenz zu Differenzial: d: Teilchenstrom durch Fläche A: NT QT ( x, t) A D t C x T Teilchenstromdichte: NT CT jt ( x, t) D, w, g t A x j dct ( x, t) D, w g dx T, 3.2. diffusiver Transport (2. Ficksches Gesetz): dc dt d( j dx T T ) 10 T. C = 3 7 T. dc dt T D 2 d C dx 4. advektiver, dispersiver Transport ( diffusiver Transport im strömenden Grundwasser) : T 2 dc dt T d( j T u dx T C T ) D disp 2 d C 2 dx T u T dc dx T ut uw / R D disp = Dispersionskoeffizeint siehe Skript! 40

41 Transport von Schadstoffen: Mathematische Beschreibung (3) 4. advektiver, dispersiver Transport ( diffusiver Transport im strömenden Grundwasser) : dc dt T d( j T u dx T C T ) D disp 2 d C 2 dx T u T dc dx T u u / R, D D / R, T w disp 0 disp D disp D disp = Dispersionskoeffizeint siehe Skript! l u T Lösung für konstante Randbedingung (ÜA 22): C T C0 ut x ( x, t) Erfc g ( x, t) Exp Erfc g ( x, t) 2 D disp C T ( x 0, t) C 0 g ( x, t) 2 x D u T t disp t 41

42 Transport von Schadstoffen: Mathematische Beschreibung (4) Reaktiver Transport dc dt T D disp 2 d C dx T 2 u T dc dx T Q R u u / R, D D / R, T w disp 0 disp D disp l u T 1. Für Reaktionsrate verwenden wir Kinetik 1.Ordnung: dc dt T D disp 2 d C dx T 2 2. Steady-state-Annahme: 0 d C dx 2 T Ddisp 2 u T u T dc dx T dc dx T kc T kc T QR k C T 3. Berücksichtigen nur konvektiven Transport: u T dc dx T kc T Analytische Lösung (steady-state, 1. order, reaktiver Transport) : C T ( x) C0 exp( k x / u) C T ( x 0) C 0 42

43 Warum partielle DGLs? Massenbilanzierung zur Erfolgskontrolle Case Study: Gekoppellte ED-EA-Technologie zur Sanierung eines PCE/TCE-Schadens - aktuelles Kooperationsprojekt zwischen UFZ + 2 KMU s - Wollen Schritt für Schritt Sanierungsprojekt verstehen! - Unterlagen nicht im Skript!!! 43

44 Exkursion Mai ZIM-Project: Sequential-coupled ED-EA-Technology for PCE/TCE-remediation of groundwater

45 Case Study: 2.1 Ausgangssituation: Hydrogeologische Verhältnisse 1 : cm : 100 m Naherholungsgebiet 500 m - Abbildung zeigt PCE-Quelle (ehem. Chem. Reinigung) und Isohypsen (GWL 1) - Wie führen Sie eine Risikoeinschätzung durch? - Zeitskalen? Welche Parameter benötigen Sie? 45

46 Case Study: 2.1 Ausgangssituation: Hydrogeologische Verhältnisse Geologische Struktur Quelle Rezeptor? - Abbildung zeigt: Aquifer-Aquitard-Schichtung - Charakterisieren Sie mögliche Kontaminationen (Quelle, Fahnentyp) für die geologische Schichtstruktur! (PCE/TCE) - Welche Sanierungstechnolgien sind ungeeignet und welche schlagen Sie vor? 46

47 Case study: Auensee-Leipzig Gekoppelte, sequentielle ED-EA-Technologie 1. Schritt: ED (H 2 )-Injektion 2. Schritt: EA (O 2 )-Injektion ÜA 25: Massenbilanzierung für 1. Technologieschritt 47

48 Übungsaufgabe 25: Bioremediation - Wasserstoffinjektion Dechlorierungsreaktion: PCE + H 2 TCE + HCl : (k PCE ) TCE + H 2 DCE + HCl : ( TCE ) Differentialgleichungen für Parents-Daughter-Reaction : Reine Advektion: C t PCE u R PCE C x PCE k R PCE PCE C PCE C t TCE u R TCE C x TCE R TCE TCE C TCE F k R TCE PCE C PCE Vor Mathematik: Diskussion des Feldexperiments! 48

49 Aerober Gaswandbereich Abbau cdce und VC mit Hilfe von O 2 Anaerober Gaswandbereich Abbau PCE und TCE mit Hilfe von H 2 Redoxgesteuerte hydro- dynamische Fluidzone (RHDF) Einbringung Cosubstrate, Nährstoffe, Hilfsstoffe Legende: Zirkulationsbrunnen Gasinjektionslanze Filterbereich Schematische Ausbreitung H 2 Schematische Ausbreitung O 2 In-situ Sensor Projekt: Leipzig, Friedrich Bosse Str. 71 Darstellung: Sanierungsprinzip Erstellung: Dipl.-Ing. A. Vossen Datum:

50 Ausgangssituation Schadstoffverteilung Konzentration PCE/LHKW : Bodenproben (BTU,schwarz) in mg/kg Wasserproben (CDM, weiss) in mg/l) 10 m GWM 35 50/150 Stand April /26 0.1/0.5 0/ / / /22 0.7/ /35 0.1/2.9 0/18 0/11 GWM 39 7/21 0.2/14 0.5/12 0/6.4 0/ m

51 LCKW (mmol/l) LCKW (mmol/l) LCKW (mmol/l) LCKW (mmol/l) LCKW (mmol/l) LCKW (mmol/l) Ausgangssituation Schadstoffverteilung Vergleichsmessungen UIS vs. BTU Auensee MP-A1 (16. Sept 2010) Auensee MP-A2 (16. Sept 2010) Auensee GM-A4 (16. Sept 2010) BTU UIS BTU UIS BTU UIS PCE TCE 1.2DCE 1.1DCE VC 0 PCE TCE 1.2DCE 1.1DCE VC 0 PCE TCE 1.2DCE 1.1DCE VC Auensee MP-B1 (16. Sept 2010) Auensee MP-B2 (16. Sept 2010) Auensee MP-B3 (16. Sept 2010) PCE TCE 1.2DCE 1.1DCE VC BTU UIS PCE TCE 1.2DCE 1.1DCE VC BTU UIS PCE TCE 1.2DCE 1.1DCE VC BTU UIS 51

52 SF6-Tracer Injektion GW Wichtig: man muss Wasserstoff so injizieren, dass er PCE-TCE-Schadstoffstrom erreicht SF 6 -Gastracer H 2 -SF 6 -Mischgas wird injiziert Bioremediation Reaktive Gaswand Injektion an GAS-A2 52 Probenahmepunkte

53 SF6 [µg/l] SF6-Tracer Probenahme SF6 Datum Datum Datum Datum Datum Datum Probenamestelle SF 6 SF 6 SF 6 SF 6 SF 6 SF 6 ng/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l MP-A1 5-6m MP-A1 7-8m MP-A2 5-6m MP-A2 7-8m MP-B MP-B2 5m MP-B2 6-8m MP-B3 4-5m MP-B3 6-7m GM-A GM-A GM-A GM-A GM-A > SF6-Tracer MP-A1 5-6m MP-A1 7-8m MP-A2 5-6m MP-A2 7-8m MP-B1 MP-B2 5m MP-B2 6-8m MP-B3 4-5m MP-B3 6-7m GM-A1 GM-A2 GM-A3 GM-A4 GM-A5 Datum 53

54 SF6 [µg/l]; Injektion an GAS-A2; Zeit: 0 Tage nach Injektion GW

55 SF6 [µg/l]; Injektion an GAS-A2; Zeit: 3 Tage nach Injektion > GW Was stimmt hier nicht? Erklärung?

56 SF6 [µg/l]; Injektion an GAS-A2; Zeit: 7 Tage nach Injektion GW Was stimmt hier nicht? Erklärung?

57 SF6 [µg/l]; Injektion an GAS-A2; SW Zeit: 11 Tage nach Injektion 38 N GW 57 NO

58 SF6 [µg/l]; Injektion an GAS-A2; Zeit: 24 Tage nach Injektion GW

59 SF6-Tracer: Wichtige Schlussfolgerungen 1. Schadstofftransport: bestätigt NO-SW aus Topologie der Aquiferbasis (Peak-Durchlauf) mittlere Gelöstgas-Geschwindigkkeit von 0.08 m/h = 2 m/d in Gasphase bis ROI > 1 m/d; ab ROI als Gelöstgas mit GW 1 m/d ROI bei gewählten Injektionsbedingungen < 5 m 59

60 SF6-Tracer: Wichtige Schlussfolgerungen Lösungskinetik: nach 24 Tagen wird noch SF6 gemessen (GM-A5, MP-A2) SF6 wird aus residualen, im ROI-getrappten Gasphasen nachgeliefert Tracerkurven zeigen langes Tailing (Indikator für Nachlieferung!) Beachte: Konzentrationsgradient geringer als bei reaktiven Gas (O2, H2) interessantes Phänomen: Konzentrationen entgegen GW-Strömung (MP-A1) nehmen z.t. zu! Erklärung: Diffusive/Dispersive Vermischung aus residualen, getrappten Gasphasen braucht mehrere Tage (> 7d) zur vollständigen Auflösung. Stetig sinkende, dennoch signifikante Gel.-Gas Konzentrationen : als Folge inhomogener Gasverteilung im Boden noch längere Zeiträume Gas nachgelöst Was lernen wir für H 2 -Injektionsversuch? 60 Prozeßverständnis ableiten! 60

61 Modellsimulationen RT3D-Nahfeld Numerisches Model: GMS-MODFLOW-RT3D (V14) RT3D-Reactive Multispecies Transport in 3-Dimensional Groundwater Systems Module 5: Double Monod Model: D: Donator (H 2 ) A: Akzeptor (PCE) X: mobile Bakterien System Nichtlinearer DGls 61

62 Modellsimulationen RT3D-Nahfeld: Heterogenes Kf-Feld NO GW SW 62

63 Isohypsen - GW-Strombahnen Schrittweite Pfeile 10d 63

64 Lage: 3 Injektionslanzen Modellsimulationen RT3D-Nahfeld Sensorfeld 64

65 Simulation + Dimensionierung des Feldversuches: Sequentielle H2-Injektion an 3 Lanzen PCE [mg/l] t = 0d vor Injektion 65

66 Simulation + Dimensionierung des Feldversuches: Sequentielle H2-Injektion an 3 Lanzen PCE [mg/l] t = 1d nach Injektion 1 66

67 Simulation + Dimensionierung des Feldversuches: Sequentielle H2-Injektion an 3 Lanzen PCE [mg/l] t = 2d nach Injektion 1 67

68 Simulation + Dimensionierung des Feldversuches: Sequentielle H2-Injektion an 3 Lanzen PCE [mg/l] t = 4d nach Injektion 1 68

69 Simulation + Dimensionierung des Feldversuches: Sequentielle H2-Injektion an 3 Lanzen PCE [mg/l] t = 6d nach Injektion 1 69

70 Simulation + Dimensionierung des Feldversuches: Sequentielle H2-Injektion an 3 Lanzen PCE [mg/l] t = 8d nach Injektion 1 70

71 Simulation + Dimensionierung des Feldversuches: Sequentielle H2-Injektion an 3 Lanzen H 2 [mg/l] t = 1d nach Injektion 71

72 Simulation + Dimensionierung des Feldversuches: Sequentielle H2-Injektion an 3 Lanzen H 2 [mg/l] t = 2d nach Injektion 72

73 Simulation + Dimensionierung des Feldversuches: Sequentielle H2-Injektion an 3 Lanzen H 2 [mg/l] t = 5d nach Injektion 73

74 Simulation + Dimensionierung des Feldversuches: Sequentielle H2-Injektion an 3 Lanzen H 2 [mg/l] t = 10d nach Injektion 74

75 Simulation + Dimensionierung des Feldversuches: Sequentielle H2-Injektion an 3 Lanzen H 2 [mg/l] t = 11d nach Injektion 1 75

76 Simulation + Dimensionierung des Feldversuches: Sequentielle H2-Injektion an 3 Lanzen H 2 [mg/l] t = 20d nach Injektion1 76

77 Simulation + Dimensionierung des Feldversuches: Sequentielle H2-Injektion an 3 Lanzen H 2 [mg/l] t = 21d nach Injektion 1 77

78 Simulation + Dimensionierung des Feldversuches: Sequentielle H2-Injektion an 3 Lanzen H 2 [mg/l] t = 30d nach Injektion 1 78

79 Fazit empfohlenes Injektionsregime: 1. alle 10 Tage 3 m³ Ar-H2-Gemisch mit niedriger Injektionsrate in alle 3 Gaslanzen (Gas-A1, Gas-A2, Gas-A3) injizieren 2. Die Injektion sollte 3 mal durchgeführt werden, d.h. über einen Monat 3-stufige Wasserstoffinjektion wurde im März durchgeführt Sanierungserfolg? 79

80 Übungsaufgabe 25: Bioremediation - Wasserstoffinjektion Dechlorierungsreaktion: PCE + H 2 TCE + HCl : (k PCE ) TCE + H 2 DCE + HCl : ( TCE ) Differentialgleichungen für Parents-Daughter-Reaction : Reine Advektion: C t PCE u R PCE C x PCE k R PCE PCE C PCE C t TCE u R TCE C x TCE R TCE TCE C TCE F k R TCE PCE C PCE 80

81 Steady-state-Lösung: Keine Zeitabhängigkeit! C PCE ( x) C PCE ( x 0) exp k u PCE x Lösung ist uns bekannt! C TCE ( x) F k PCE TCE C PCE k ( x PCE 0) exp k u PCE x exp TCE u x TCE k PCE C TCE ( x) F k PCE t C PCE ( x 0) exp k u PCE x TCE k PCE C(x,t) Konzentration (mg/l), k PCE, TCE Abbauratenkonstanten (1/Tag), u Abstandsgeschwindigkeit (m/tag) EXCEL-file: steady-state (siehe ÜA25 Bioremediation!) 81

82 Nächste Vorlesung: * Heft 2, S.10 82

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84 Bioremediation (2): Techn. Grundlagen - Case Studies 84

85 Übersicht: in-situ Bioremediation (= BR) 1. Techn.-gesteuerte BR 2. Ausnutzen von intrins. Prozessen = Engin. BR = Enhanced BR = Intrinsic BR = Monitored Natural Attenuation (NA) 3. Phyotoremediation Injektion von EA s, ED s + Nährstoffen Vorlesung: NA Flüssigphasen- Injektion O 2, H 2 in gelöster Form H 2 O 2 -Injektion, Injectionsbrunnen Gasphasen- Injektion Bioventing (unges. Zone) Biosparging (ges. Zone) O 2, H 2 im gasförmigen Zustand Über Injectionsbrunnen Injektion über Festphasen Reaktive Wände ORC s, HRC s 85

86 In situ - Bioremediation: Technische Realisierungen ÜA 26: Ausführliche Diskussion einer BR-Technologie (Klausuraufgabe!) 86

87 Luftinjektion zur Stimulierung des aeroben Abbaus Vorlesung: Reaktive Wände Gaswand 87

88 Welche Prozesse? Charakterisieren Sie Injektion! 88

89 Kombinierte Technologien: Nährstoffinjektion + Biosparging + Bodenluftabsaugung (SVE) 89

90 Welche Prozesse? Charakterisieren Sie Injektion! 90

91 H 2 O 2 -Injektion zur Stimulierung des aeroben Abbaus 91

92 Abbildung 1 Welche Prozesse? Charakterisieren Sie Injektion! 92

93 Innovative Reactive Barrier Technologies for Regionally Contaminated Aquifers Reaktor B Sequentieller und paralleler Betrieb Reaktor A MCB: hohe Konzentrationen oberhalb der Kohle P&T 93

94 [MCB](out/[MCB](in) Innovative Reactive Barrier Technologies for Regionally Contaminated Aquifers UFZ: Degradation of chlorobenzene by autochtonous bacteria 1,2 Welche Prozesse? Welche Elektronenakzeptoren? 1,1 Start NO Dosage Start H 2 O 2 -Dosage 1 0,9 End H 2 O 2 -Dosage to reactor A 0,8 0,7 0,6 Wichtige Informationen für eine Feldanwendung: Flüssigphaseninjektion 0,5 H2O2 Reactor A NO3 Reactor B 0, MCB Monochlorobenzene 94

95 [MCB](out/[MCB](in) Welche Prozesse für Reaktor A) und Reaktor B)? 1. Aerob, anerob? 2. Stöchiometrische Reaktionsgleichung, massenstöchiometrischer Faktor 3. ED, EA? 4. Kinetik? 5. Wie lang ist die stationäre MCB-Fahne? 1,2 1,1 Start NO Dosage Start H 2 O 2 -Dosage 1 0,9 End H 2 O 2 -Dosage to reactor A 0,8 0,7 0,6 0,5 H2O2 Reactor A NO3 Reactor B 0,

96 Case Study: Gekoppellte ED-EA-Technologie zur Sanierung eines PCE/TCE-Schadens - aktuelles Kooperationsprojekt zwischen UFZ + 2 KMU s - Wollen Schritt für Schritt Sanierungsprojekt verstehen! - Unterlagen nicht im Skript!!! 96

97 Case Study: 1. Erarbeitung eines Sanierungsprojektes, Projektunterlagen 97

98 Case Study: 2.1 Ausgangssituation: Hydrogeologische Verhältnisse 1 : cm : 100 m Naherholungsgebiet 500 m - Abbildung zeigt PCE-Quelle (ehem. Chem. Reinigung) und Isohypsen (GWL 1) - Wie führen Sie eine Risikoeinschätzung durch? - Zeitskalen? Welche Parameter benötigen Sie? 98

99 Case Study: 2.1 Ausgangssituation: Hydrogeologische Verhältnisse Geologische Struktur Quelle Rezeptor? - Abbildung zeigt: Aquifer-Aquitard-Schichtung - Charakterisieren Sie mögliche Kontaminationen (Quelle, Fahnentyp) für die geologische Schichtstruktur! (PCE/TCE) - Welche Sanierungstechnolgien sind ungeeignet und welche schlagen Sie vor? 99

100 Case Study: 1. Erarbeitung eines Sanierungsprojektes, Projektunterlagen 100

101 Case Study: 2.2. LHKW-Kontaminationsuntersuchungen Grundwasser Rezeptor Quelle? Schadstoffszenario: Infiltration von DNAPL, kontinuierliche Quelle: Kohleflöz, Vermutlich DNAPL-Pool an Aquiferbasis (Aquitard: Rupelton) 101

102 Oberer GWL Unterer GWL C PCE max = 155 mg/l! Was vermuten Sie für C PCE > 100 mg/l? 102

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105 Wenn Zeit, Diskussion ÜA 25! 105