Bedeutung der Vor-Ort-Messung von Grundwasser- Milieukennwerten Probleme und Lösungen C. Nitsche BGD Boden- und Grundwasserlabor GmbH Tiergartenstraße 48 01219 Dresden cnitsche@bgd-gmbh.de Grundwassermonitoring und -probennahme Sächsische Landesstiftung Natur und Umwelt Akademie 29.09-01.10.2016 BGD 1
Gliederung 1. Einleitung 2. Abhängige und unabhängige Standards 3. Vorbereitung der Geräte zur Messung der Grundwasser- Milieukennwerte 4. Bewertung von transport- und lagerungsbedingten Veränderungen der Grundwasserprobe 5. Qualitätssicherung der Grundwasserprobennahme BGD 2
Einleitung Entnahme von Grundwasserproben ist im DVGW Arbeitsblatt W 112 Grundsätze der Grundwasserprobennahme aus Grundwassermessstellen (2011) bzw. dem gleichnamigen DWA-Arbeitsblatt A 909 geregelt Probennahmekriterium: Konstanz der Milieukennwerte: Sauerstoff, elektrische Leitfähigkeit, Redoxspannung, ph-wert und Temperatur ist in den genannten Regelwerken ist nicht mehr enthalten. Die Messung dieser Werte erfolgt hinsichtlich folgender Zielstellungen: zur Charakterisierung der Grundwasserprobe zum Zeitpunkt der Entnahme, um transport- und lagerungsbedingte Veränderungen vor Beginn der analytischen Untersuchungen über die Messung von ph-wert, elektrischer Leitfähigkeit und Temperatur bewerten zu können und zur Qualitätssicherung der Grundwasserprobennahme durch Plausibilitätsprüfungen der zeitlichen Verläufe der Milieukennwerte während der Abpumpphase. BGD 3
Unabhängiger und abhängiger Standard Abhängige Standards werden für die Kalibrierung der Messsysteme verwendet und müssen rückführbar sein (d.h. Angabe von Herstelldatum, Haltbarkeitsdatum und gültigem Toleranzbereich als Angabe für Messunsicherheit). Unabhängige Standards werden für die Kontrolle der Messsysteme verwendet und dürfen selbst hergestellt werden. Angaben zur Herstellung und Haltbarkeit sind der entsprechenden DIN zu entnehmen: unabhängige Standards für ph: DIN 19266 unabhängige Standards für elektrische Leitfähigkeit: DIN EN ISO 27888 unabhängiger Standard für Redox: DIN 38404-C6 BGD 4
Vorbereitung der Geräte zur Messung der Grundwasser-Milieukennwerte Die Vorbereitung der Geräte zur Messung der Grundwasser-Milieukennwerte erfolgt stets vor Beginn der Grundwasserprobennahme und beinhaltet zunächst deren Prüfung hinsichtlich der Einhaltung der Qualitätszielgrößen. Mittelwertkontrollkarten: werden durch den Bearbeiter selbst erstellt Zielwertkontrollkarten: Einhaltung der in Normen verankerten Grenzwerte BGD 5
Vorbereitung der Geräte zur Messung der Grundwasser-Milieukennwerte Mittelwertkontrollkarten werden für elektrischen Leitfähigkeit (ELF), Redoxspannung (E H ) und Sauerstoffkonzentration/ -sättigung messsystemspezifisch (Messgerät mit Elektrode) vom Mitarbeiter angelegt. ELF: Kalibrierung mit einem abhängigen Standard E H : Prüfung mit einer abhängigen Redox-Prüflösung; Soll-Ist > 15 mv Regenerierung bzw. Austausch der Elektrode O 2 : Prüfung mit sauerstoffgesättigtem Wasser 1. Durchführung von 15 Messungen 2. Berechnung von Mittelwert (Mittelwert muss nicht Sollwert des Standards sein) und Standardabweichungen 3. Herstellung der Mittellwertkontrollkarte mit folgenden Grenzen: +/- zweifache Standardabweichung = Warngrenze +/- dreifache Standardabweichung = Eingriffsgrenze BGD 6
Vorbereitung der Geräte zur Messung der Grundwasser-Milieukennwerte Darstellung einer Regelwertkarte für einen Mittelwert der elektrischen Leitfähigkeit von 1410 µs/cm mit darin eingetragenen Messwerten (ermittelt mit einem unabhängigen Standard für eine elektrische Leitfähigkeit von 1410 µs/cm und der zu prüfenden Multiparametersonde; BGD: D. Tesche) BGD 7
Vorbereitung der Geräte zur Messung der Grundwasser-Milieukennwerte Zielwertkontrollkarte Für die ph-wertmessung gelten feste Grenzen, die in der DIN EN ISO 10523: Pkt. 9.2 Kalibrieren und Justieren der Messeinrichtung enthalten sind: Die gemessenen Werte dürfen um nicht mehr als 0,03 vom jeweiligen Sollwert abweichen.. Beträgt der Soll-Wert ph 4,01 bzw. ph 6,87, so gilt: 3,98 < 4,01 < 4,04 bzw. 6,84 < 6,87 < 6,90 Eine Kalibrierung mit einem abhängigen Standard muss erfolgen, wenn: Ein Wert außerhalb der Eingriffsgrenze liegt 7 aufeinanderfolgende Werte kontinuierlich oberhalb oder kontinuierlich unterhalb des Mittelwertes liegen 7 aufeinanderfolgende Werte ansteigende bzw. abfallende Tendenz aufweisen 2 von 3 Werten außerhalb der Warngrenze liegen Periodische Veränderungen vorliegen Langzeittrends auftreten Auffällig viele Werte nahe der Warngrenze liegen BGD 8
Vorbereitung der Geräte zur Messung der Grundwasser-Milieukennwerte Darstellung einer Zielwertkarte für den ph-wert 4,01 mit darin eingetragenen Messwerten (ermittelt mit einem unabhängigen Standard ph 4,01 und der zu prüfenden Multiparametersonde; BGD: D. Tesche) BGD 9
Vorbereitung der Geräte zur Messung der Grundwasser-Milieukennwerte BGD 10
Bewertung von transport- und lagerungsbedingten Veränderungen der Grundwasserprobe Vor Beginn der analytischen Untersuchungen Messung von ph-wert, elektrischer Leitfähigkeit und Temperatur. Eine Grundwasserprobe wird im Sinne der oben benannten Kriterien als unverändert bezeichnet, wenn folgende Kriterien eingehalten werden: elektrische Leitfähigkeit Vor-Ort - elektrische Leitfähigkeit Labor 10% ph-wert Vor-Ort ph-wert Labor 0,5 Temperatur Labor Temperatur Vor-Ort BGD 11
Qualitätssicherung der Grundwasserprobennahme Plausibilitätsprüfungen zeitlichen Verläufe der Milieukennwerte während der Abpumpphase. Dabei gelten folgende Korrelationsbeziehungen: Redoxspannungen < -100 mv bei tiefen GWM: Sauerstoffkonzentration = 0 mg/l Redoxspannungen < -100 mv bei flachen GWM: Sauerstoffkonzentration 0 mg/l bis ca. 2 mg/l Folgende Probleme sind häufige Ursachen für nicht plausible Milieukennwerte: Redoxspannungen < -100 mv bei tiefen GWM: Sauerstoffkonzentration > 0 mg/l: turbulente Strömung in der Durchflusszelle max. Durchfluss: ca. 2 L/min BGD 12
Qualitätssicherung der Grundwasserprobennahme Plausibilitätsprüfungen zeitlichen Verläufe der Milieukennwerte während der Abpumpphase. Dabei gelten folgende Korrelationsbeziehungen: Stark schwankende Messwerte: Ausgasung von gelösten Gasen (vor allem CO 2 ) mit temporärer Anlagerung an den Elektroden Entfernen der Gasblasen durch kurzes Schütteln der Elektroden BGD 13
Sauerstoffkonzentration in mg/l Redoxspannung in mv (U G) Qualitätssicherung der Grundwasserprobennahme Bei Redoxspannungen < -100 mv: nach abfallendem Sauerstoffgehalt erfolgt eine Zunahme der Sauerstoffkonzentration Ursachen: ansteigender Sauerstoffgehalt ist zurückzuführen auf: undichte Rohrverbindungen im Vollrohrbereich der GWM undichte Rohrverbindungen in der Steigleitung der Grundwasserprobenahmepumpe, wodurch sauerstoffhaltiges Wasser der Pumpe aus dem Vollrohrbereich zuströmt zu stark abgesenkter Grundwasserspiegel in der Grundwassermessstelle, wodurch sauerstoffhaltiges Wasser aus dem Vollrohrbereich der Pumpe zuströmt (zu geringe Einbautiefe der GW-Pumpe). Die Einbautiefe sollte stets 1m unter der maximalen Grundwasserabsenkung in der Grundwassermessstelle betragen. Bei geringen Redoxspannungen versagt die Sauerstoffsonde 2,5 2 1,5 1 0,5 0-120 -130-140 -150-160 0 10 20 30 40 Abpumpzeit in min O2-WTW O2-LDO Redox BGD 14
Qualitätssicherung der Grundwasserprobennahme Prüfung der Qualitätssicherungskriterien DVGW Arbeitsblatt W 112 (2011): empfohlene digitale Aufzeichnung der Probennahmedaten (Wasserspiegelabsenkung in der GWM, Förderleistung der Probennahmepumpe, ph-wert, elektrische Leitfähigkeit, Redoxspannung, Sauerstoffkonzentration/ -gehalt und Temperatur) im Echtzeitbetrieb sowie deren arbeitstägliche Auswertung durch den Auftraggeber bzw. eines von ihm für die Qualitätssicherung beauftragten Dritten praktisch bewährt. BGD 15
Aus- und Weiterbildung Labor- und Feldmethoden zur Quantifizierung von Strömungs- und Stofftransportprozessen in der Nachsorge von Kohlegewinnungsund -veredlungsstandorten: Probennehmerkurs: Montanhydrologisches Monitoring (MHM) 16./17.03.2017, Voraussetzung für die Teilnahme am MHM der LMBV; analog DGFZ/ BGD-PN-Lehrgang Lehrgang: Quantifizierung von NA- und ENA-Parametern im Laborbereich 11. KW 2017 Lehrgang: Hydrogeologische Parametermittlung im Labor- und Feldbereich 11. KW 2017 BGD 16
Danke für die Aufmerksamkeit! BGD 17