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unilogo Universität Stuttgart
Institut für Wasser- und Umweltsystemmodellierung - IWS

Forschung: Versuchseinrichtung zur Grundwasser- und Altlastensanierung (VEGAS)

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Machbarkeitsstudie zum Einsatz von chemischer Oxidation zur Sanierung von CKW-Kontaminationen (Quellensanierung)
Projektleiter:Dr.-Ing. Norbert Klaas, M.Sc., Jürgen Braun, Ph.D.
Wissenschaftliche Mitarbeiter:Dipl.-Ing.(FH) Oliver Trötschler
Dipl.-Ing. Steffen Hetzer
Projektdauer:1.10.2005 - 31.12.2006
Finanzierung:Baden-Württemberg-Programm Lebensgrundlage Umwelt und ihre Sicherung (BWPLUS)
Kommentar:

Dieses Projekt gehört zum Forschungsschwerpunkt:
In-Situ Sanierungstechnologien

Publikationen: Link

Zusammenfassung:

Im Rahmen einer Machbarkeitsstudie wurde der Einsatz von Permangant zur Oxidation von Mischkontaminationen aus Trichlorethen (TCE) und Perchlorethen (PCE) in Batchversuchen, Säulenversuchen und einem Küvettenversuch vergleichend für verschiedene Bodenarten (Schluff, Feinsand und Grobsand) untersucht. Auf die Auswirkung und den Verbrauch von Permanganat zur Oxidation des im Boden anzutreffenden natürlichen organischem Material (NOM), die Veränderungen der hydraulischen Durchlässigkeit durch die reaktionsimmanente Bildung von Braunstein, sowie deren Auswirkung auf die Reaktionsgeschwindigkeit zur Oxidation der Schadstoffe wurde besonderes Gewicht gelegt.

Je nach Bodenart werden unterschiedliche Mengen an Permangant verbraucht. Neben einem Zusammenhang mit dem TOC-Gehalt im Boden ist für bindige Böden mit einem deutlich höheren Verbrauch an Permanganat zu rechnen. Als Faustzahl kann von einem NOD [g MnO4- je g TOC] von 0,6 – 0,7 für sandige Böden, bzw. 1,8 – 2,0 für bindige Böden ausgegangen werden. Eine standortspezifische Bestimmung des NOD in Batch-Tests ist in jedem Fall erforderlich.

Die Oxidation des Bodenmaterials (Reaktion quasi-1. Ordnung) zeigt für jede Bodenart einen spezifischen geringen Anteil gut oxidierbaren und schlecht oxidierbaren Kohlenstoffs, der in Batch-Versuchen bestimmt werden kann. Die Reaktionsraten für die Oxidation des PCE liegen um einen Faktor 10 - 100 höher als für die Oxidation der Bodenmatrix. In den Säulenversuchen wurde maximal 25% der Permanganatmasse durch den Boden verbraucht, wobei die Schadstoffkonzentrationen sehr hoch waren (ca.
12 g/kg Boden) und die CKW bevorzugt oxidiert wurden.

Die hydraulische Leitfähigkeit fällt durch die Braunsteinbildung je nach Bodenart um einen Faktor 2 bis 20: je schlechter durchlässig, desto geringer ist der Rückgang. Durch Bildung der Braunsteinschicht verringert sich die Reaktionsrate und der Stoffumsatz zur Schadstoffoxidation um einen Faktor 10 – 100 je nach Art der Schadstoffverteilung (residual oder Pool). Gelösten Schadstoffe werden mit konstant hoher Reaktionsrate oxidiert. Nach Beendigung der Permanganatzugabe steigen die Schadstoffkonzentrationen im Grundwasser sofort wieder an (deutlicher Rebound-Effekt). Es wird eine intermittierende Permanganatzugabe zur Kontrolle der Sanierungsfortschritts und Steigerung des Stoffumsatzes empfohlen. Im Vergleich zu einer hydraulischen Sanierung konnte eine Verkürzung der Sanierungszeit zur Entfernung von PCE um einen Faktor 10 bestimmt werden. Die Entfernung von Schadstoffpools unter naturähnlichen Bedingungen (Grobsandschicht, Küvettenversuch) ist infolge der sich bildenden Braunsteinschicht schwierig und konnte mit nicht vollständig erzielt werden (80% TCE, 70% PCE). Bei Feldanwendungen besteht die Gefahr, dass die Schadensquelle nicht vollkommen durchströmt und oxidiert werden kann. In Folge der Dichte der infiltrierten Permanganatlösung ist mit einem Absinken des Oxidationsmittels bei Einsatz von Lösungen > 2 g/L zu rechnen.

Weitere Informationen zum Projekt finden Sie hier: