Pump & Treat (1) zur Grundwassersanierung

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Brigitte Gerhardt
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1 Pump and Treat (1)

Pump & Treat (1) zur Grundwassersanierung Pump & Treat (Ex-situ-Technologie) - kontaminiertes Grundwasser wird durch Pumpen gehoben und ex situ behandelt - große Flexibilität hinsichtlich der

2 Pump & Treat (1) zur Grundwassersanierung Pump & Treat (Ex-situ-Technologie) - kontaminiertes Grundwasser wird durch Pumpen gehoben und ex situ behandelt - große Flexibilität hinsichtlich der anzuwendenden Behandlungsverfahren - erheblicher Energie- und Installationsaufwand - kritisch sind in Phase vorliegende und im Aquifermaterial sorbierte Schadstoffe Abstromreinigung keine Quellensanierung Nach dem Pump & Treat Prinzip arbeitet heute die Mehrzahl der in Nordamerika und Europa befindlichen Grundwasserreinigungsanlagen.

Pump & Treat (2) zur Grundwassersanierung Soil flushing (Kreislaufverfahren) Spülung des Aquifers mit Tensiden, Mikroemulsionen oder Kosolvenzien mit dem Ziel der Schadstoffmobilisierung und

3 Pump & Treat (2) zur Grundwassersanierung Soil flushing (Kreislaufverfahren) Spülung des Aquifers mit Tensiden, Mikroemulsionen oder Kosolvenzien mit dem Ziel der Schadstoffmobilisierung und Extraktion Kreislaufprinzip beim Einbringen von Adsorbenzien (Aktivkohle, Huminstoffe) und Reagenzien bzw. Katalysatoren Transportproblem! Regenerierung für Quellensanierung durchaus interessant, aber kostenintensiv

4 Standort-, Schadstoff-, Quellen- und Prozesscharakterisierung Eine umfassende Standortcharakterisierung, d.h. eine Abschätzung des Typs, der Ausdehnung und der Quellencharakterisierung zusammen mit einer Arbeitshypothese zur Schadstoffquelle, ist eine wichtige Voraussetzung, um 1. die Anwendbarkeit von P&T nachzuweisen und 2. realistische Sanierungsziele zu erreichen.

5 Verständnis Prozeßskalen Lösungsprozesse Schadstofffahnen

6 Prozeßskalen Wenn man Prozesse beschreibt, muß man die räumliche und zeitliche Skala angeben!

7 Standort-Skala Bohrkern-Skala Poren-Skala 2 Typen von Lösungsprozessen? Sub-Poren-Skala

8 Verständnis Prozeßskalen Lösungsprozesse Schadstofffahnen

9 Lösungsprozesse

11 konvektions-kontrolllierte Auflösung diffusions-kontrollierte Auflösung ÜA: Welcher Prozess dauert länger?

Löslichkeit von organischen Schadstoffen Verteilungsgleichgewicht Festphase-Wasserphase Henry sches Gesetz C ads, i Kd, i Cw, i Verteilungsgleichgewicht NAPL-Wasserphase Raolt sche Gesetz für

12 Löslichkeit von organischen Schadstoffen Verteilungsgleichgewicht Festphase-Wasserphase Henry sches Gesetz C ads, i Kd, i Cw, i Verteilungsgleichgewicht NAPL-Wasserphase Raolt sche Gesetz für NAPL-Mischphase z.b. DNAPL = PCE, TCE, DCE LNAPL = BTEX C max, NAPL w, i X i S i S i C max w, i Wie hängt S i = C max w,i mit C w,i zusammen? Wie ist Molenbruch X i definiert? siehe V2: Prozesse! Warum ist C max,napl w,i < C max w,i? Diskutiere für LNAPL = BTEX! Tabelle 1

13 Skript Tabelle 1: Anwendung des Raolt schen Gesetzes für LNAPL = BTEX X mass i X i C max w,i C max,napl w,i

14 Verständnis Prozeßskalen Lösungsprozesse Schadstofffahnen

15 Wie entstehen Schadstofffahnen?

17 Welche Prozesse sind für die Bildung von Schadstofffahnen (contaminant plumes) im Grundwasser verantwortlich? 1. Schadstoffe werden in gelöster Form in den Aquifer (Grundwasser, gesättigte Zone) eingebracht t = 0 t = t 1 t = t 2 Szenario: impulsartige Quelle

18 2. Schadstoffe werden durch Auflösung einer residualen NAPL-Phase im Boden (ungesättigte Zone) mit dem Sickerwasser in das Grundwasser eingebracht t = 0 t = t 1 t = t 2 Szenario: wiederholte pulsartige Quelle

19 3. Auflösung einer residualen LNAPL-Phase im Grundwasser t = 0 t = t 1 t = t 2 Szenario kontinuierliche Quelle

20 4. Auflösung einer DNAPL-Phase im Grundwasser Szenario: kontinuierliche Quelle

21 Verständnis Prozeßskalen Lösungsprozesse Schadstofffahnen

22 P&T: Problematik (1)

23 Capture zone -Konzept

24 bekannt: Pump and Treat als hydraulisches Sicherungsmassnahme Capture Zone (= Einfangzone) A) Capture Zone B) Isohypsen-Plan Wichtig: Steady-State zwischen einfliessenden und abgepumpten GW! Auf welchen Bahnen werden Benzen-Teilchen transportiert? Gegeben ist der Isohypsen-Plan (Linien mit gleichem hydraulischen Potenzial).

25 Aufgabe: Dimensionierung einer P&T-Sanierungsmaßnahme A) Lage des Pumpbrunnes (X,Y) und B) Pumpleistung Q P = Q/Ti Pumpbrunnen mit Pumprate Q Was heißt Dimensionierung? 1. Einfangbreite P = Y-Koordinate, 2. X-Koordinate und 3.Pumpleistung in Abhängigkeit der hydraulischen Eigenschaften des Aquifers, der Geometrie der Schadstofffahne und Testfeldes bestimmen! Wollen einfache Dimensionierung durchführen!

26 Formeln zur Berechnung der Capture-Zone-Grenzlinie Einfangsbreite = P P = Q/Ti Wenn man Pumprate Q B = P T i wählt, dann wird Wasservolumen innerhalb der neutralen Kurve (Grenzlinie) abgepumpt! Implizite, tranzendente Glg. für neutrale Kurve ÜA 24 (EXCEL) 1 2 T i Q B y 1 arctan y x

27 Dimensionierung einer single-well P&T: A) Lage des Pumpbrunnes (X,Y) und B) Pumpleistung Q 0. Prozeßverständnis (Heft 2, S. 13) 1. Einfangbreite P = Y-Koordinate 2. X-Koordinate und 3. Pumpleistung (ÜA 24) In Abhängigkeit der hydraulischen Eigenschaften des Aquifers, der Geometrie der Schadstofffahne und Testfeldes bestimmen! Wollen einfache Dimensionierung durchführen!

28 Dimensionierung einer single-well P&T: A) Lage des Pumpbrunnes (X,Y) und B) Pumpleistung Q 0. Prozeßverständnis 1. Einfangbreite P = Y-Koordinate (Heft 1, S. 90) 2. X-Koordinate und 3. Pumpleistung (ÜA 24) In Abhängigkeit der hydraulischen Eigenschaften des Aquifers, der Geometrie der Schadstofffahne und Testfeldes bestimmen! Wollen einfache Dimensionierung durchführen!

29 Dimensionierung einer single-well P&T: A) Lage des Pumpbrunnes (X,Y) und B) Pumpleistung Q 0. Prozeßverständnis 1. Einfangbreite P = Y-Koordinate 2. X-Koordinate und mathematische Beschreibung (Heft 2, S. 12) 3. Pumpleistung (ÜA 24) In Abhängigkeit der hydraulischen Eigenschaften des Aquifers, der Geometrie der Schadstofffahne und Testfeldes bestimmen! Wollen einfache Dimensionierung durchführen!

30 P&T-Seminar Dimensionierung einer single-well P&T: A) Lage des Pumpbrunnes (X,Y) und B) Pumpleistung Q 0. Prozeßverständnis 1. Einfangbreite P = Y-Koordinate 2. X-Koordinate und 3. Pumpleistung (ÜA 24), (Heft 2, 13), Demo-EXCEL file In Abhängigkeit der hydraulischen Eigenschaften des Aquifers, der Geometrie der Schadstofffahne und Testfeldes bestimmen! Wollen einfache Dimensionierung durchführen!

31 Bedingungen: x s 2 y g x g 100m 50m Demo-EXCEL file

32 Übungsaufgaben 1. Lsg der impliziten Glg (EXCEL: Iteration) 2. Lsg der expliziten x-glg

33 1. Lsg der impliziten Glg (EXCEL: Iteration)

34 Stop here! Nice weekend!

35 Diagramme für Multi-Brunnen-P&T Wähle Breite P Bestimme Pumprate Q B der einzelnen Brunnen für Aquiferparameter B u (Beachte u = q!) ÜA 29!

36 29

37 Dimensionierung einer Multi-well P&T: A) optimale Lage der Pumpbrunnen (X,Y) B) Pumpleistung Q In Abhängigkeit der hydraulischen Eigenschaften des Aquifers, der Geometrie der Schadstofffahne und Testfeldes bestimmen! ÜA 29: Dimensionierung 4-Brunnen-Gallerie!

38 Dimensionierung einer Multi-well P&T:

39 Dimensionierung einer Multi-well P&T: Neutral Curve: Optimal distance between 2 wells: Scheitelpunkt Xs: dy/dx = 0 ÜA 29 an Tafel vorrechnen!

40 Problem: Heterogenität Für alle in situ Sanierungsmethoden stellt heterogener Aquifer ein Herausforderung dar!

41 Heterogenität am Safira-Standort Zeitz

42 Pump and Treat Simulation: Heterogener Aquifer A) Capture Zone 100m B) Isohypsen-Plan 100m

43 Bevor Sie P&T anwenden können, müssen Sie sich an den Ablaufplan einer Sanierung erinnern!

44 verschiedene PHASEN einer Sanierung 1. Phase: Bestandsaufnahme Historie des Schadens (Verursacher?) Schadstoffe, Quelle? 2. Phase: Untersuchungsphase Sanierungsziele, nationale + europäische Gesetze vorangegangene Untersuchungen Welche zusätzlichen Untersuchungen (Kosten!) sind notwendig? Detaillierte Untersuchungen, chem. Analysen Risikoanalyse: Schutzgüter?

45 ÜA: Lokalisierung einer TCE-Schadensquelle

46 Wichtig: Grundwasserströmungsrichtung Hydraulisches Dreieck

47 TCE-Schadensfall: - 3 Pegel beprobt NW SAFZeitz01/98 SAFZeitz02/98 N SAFZeitz03/98 W O Frage: Wo vermuten Sie dietce-quelle?

48 TCE wird entlang bevorzugter Strohmbahnen (Kies) transportiert! 2. Schicht

49 Sanierungsziel: < 10mg/l TCE Abnahme der Konzentration im Pumpbrunnen nach 50 Tagen Frage: Ist Sanierungsziel erreicht?

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