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unilogo Universität Stuttgart
Institut für Wasser- und Umweltsystemmodellierung - IWS

Forschung: Versuchseinrichtung zur Grundwasser- und Altlastensanierung (VEGAS)

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Sanierung von mit Kohlenwasserstoffen verschmutzten Aquiferen mittels Alkoholspülung (Alcohol-Flooding)
Projektleiter:Jürgen Braun, Ph.D.
Stellvertreter:Dr.-Ing. Hans-Peter Koschitzky, AD
Wissenschaftliche Mitarbeiter:Cornelis Hofstee, Ph.D.
Dipl.-Ing.(FH) Oliver Trötschler
Projektdauer:1.4.1997 - 31.12.1998
Finanzierung:Projekt Wasser Abfall Boden (PWAB)
Kommentar:

Dieses Projekt gehört zum Forschungsschwerpunkt:
In-Situ Sanierungstechnologien

Publikationen: Link

Zusammenfassung:

Die Ergebnisse dieses Projektes zeigen, dass sowohl in eindimensionalen Säulen als auch in großskaligen Rinnenexperimenten möglich ist, LNAPL-Verunreinigungen mittels einer Alkoholspülung zu beseitigen. Für diesen Einsatz wurde sowohl die Frage des zu verwendenden Alkohols beantwortet, als auch die Trennung der entnommenen Schadstoff-Alkohol-Wasser-Mischung erfolgreich durchgeführt. Da bei einem solchen Einsatz lediglich die Grenzflächenspannung zu verringern war, um die LNAPL-Phase zu mobilisieren, kann die Entscheidung ber eine Feldanwendung nach rein ökonomischen Gesichtspunkten getroffen werden. Der Vorteil der Alkoholspülung ist, ähnlich wie beim Tensideinsatz, eine entscheidende Verringerung der Sanierungszeit. Was die Entscheidung zwischen Alkoholen und Tensideinsatz betrifft, so ist beim Alkoholeinsatz die Trennung und das Recycling des Lösungsmittels gelöst und der Einsatz von Alkohole birgt nicht die Gefahr von Porenverstopfungen. Sollten nach einer Alkoholspülung Alkoholrückstände im Aquifer verbleiben, so bietet dies keine Gefahr, da die Alkohole biologisch abbaubar sind.

Nach Ansicht der Projektbearbeiter sind somit die Prinzipien der Alkoholspülung zur Sanierung von LNAPL-Schadensfällen hinreichend untersucht und weitere Untersuchungen sind zum derzeitigen Zeitpunkt nicht notwendig.

Anders verhält es sich bei der Anwendung bei DNAPL-Schadensfällen. Es konnte nachgewiesen werden, dass es möglich ist, einen hydrophoben „Swelling-Alkohol“ unter Einsatz eines weiteren, hydrophilen Alkohols als Co-Solvent in der wässrigen Phase zum Schadensherd zu transportieren, ohne dass sich eine Phasentrennung der Sanierungslösung einstellt. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass durch die prozeßbedingte Verringerung der Dichte des DNAPL (induziert durch Partitionierung des“Swelling-Alcohols“ in das DNAPL) in Kombination mit einer aufwärts gerichteten Strömung eine sichere und hydraulisch kontrollierte Mobilisierung und Entfernung des chlorierten Kohlenwasserstoffs möglich ist. Die benötigte kritische Pumprate, mit der die kontrollierte Mobilisierung des DNAPL erreicht wurde, betrug 1,0 bis 1,3 m/d f ür TCE-Verunreinigungen im Mittelsand. Aus der Corey-Gleichung geht hervor, dass sich diese Geschwindigkeit für feinere Böden und weniger schwere DNAPL noch verringern lässt.

Die zweidimensionalen Versuche haben gezeigt, dass das Sanierungskonzept der Alkoholspülung sowohl für kontinuierliche TCE-Pools als auch für TCE-Verunreinigungen in residualer Sättigung unter Einsatz weniger Porenvolumen angewendet werden kann. Auch in diesem Strömungsbereich war es möglich, eine Reduzierung der DNAPL-Dichte und eine kontrollierte (aufwärts gerichtete) Mobilisierung der TCE-Verunreinigung zu erreichen. Im dreidimensionalen Strömungsbereich der großen Rinne stellten sich zu Beginn Randläufigkeiten ein. Aber auch hier war es dann möglich, einen Großteil des DNAPL zu beseitigen. Dazu waren jedoch wegen der ungünstigen Strömungsbedingungen zu viele Porenvolumen und auch eine zusätzliche längere Wasserspülung notwendig. Da dieses Ergebnis nicht zufriedenstellend war, finden derzeit auf Kosten des Instituts weitere Tracerversuche in der großen Rinne statt, um das Strömungsfeld genauer zu bestimmen. Im Anschluss daran ist eine weitere TCE-Injektion und eine zweite Alkoholspülung geplant.

Trotz der sehr guten Ergebnisse der Experimente sind noch einige Fragen zu beantworten, bevor diese Technologie erfolgreich im Feld eingesetzt werden kann. Der in den Versuchen verwandte „Swelling-Alcohol“ (Hexanol) ist relativ teuer. Deshalb sollen verschiedene billigere Alkohole oder auch andere LNAPL auf ihre „Swelling-Eigenschaften“ getestet werden. Weitere Versuche zur Entwicklung eines hydraulisches Systems sind geplant, welches die Herstellung der für eine erfolgreiche Sanierung notwendigen Strömungsbedingungen ermöglichen soll. Dies ist auch zur Beantwortung der Frage der kostengünstigen Feldanwendung notwendig. Während die getesteten Horizontalbrunnen die genaue Einstellung eines vertikalen Strömungsfeldes erlauben, sind sie unter Umständen für die Feldanwendung zu teuer. Deshalb sollen in einem geplanten Gemeinschaftsprojekt mit der Universität Karlsruhe die Horizontalbrunnen durch modifizierte Grundwasserzirkulationsbrunnen (GZB) ersetzt werden. Dazu sind Experimente in einem der großen VEGAS-Versuchsbehälter vorgesehen. Gleichzeitig werden bereits Gespräche über eine mögliche Pilotstudie im Feld geführt.

Weitere Forschungsarbeiten sind im Bereich der numerischen Modellierung geplant. Das numerische Modell „STOMP“ soll in enger Zusammenarbeit mit dem Pacific Northwest National Laboratory" in Richland, Washington, USA, so weiterentwickelt werden, dass damit Feldeinsätze von Alkohol-Flooding simuliert werden können. Ein erster Schritt in diese Richtung ist die Untersuchung der Dichte und Viskositätsveränderungen als Folge der Alkoholkonzentration.

Eine detaillierte Projektbeschreibung finden Sie hier.