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unilogo Universität Stuttgart
Institut für Wasser- und Umweltsystemmodellierung - IWS

Forschung: Versuchseinrichtung zur Grundwasser- und Altlastensanierung (VEGAS)

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Untersuchung und Quantifizierung der Stationarität von PAK Fahnen im Grundwasser
Projektleiter:PD Dr.-Ing. Baldur Barczewski, Dr.-Ing. Norbert Klaas, M.Sc.
Wissenschaftliche Mitarbeiter:Dr.-Ing. Ralf Wege
Projektdauer:1.12.1999 - 30.6.2004
Finanzierung:Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
Kommentar:

Dieses Projekt gehört zum Forschungsschwerpunkt:
Messtechnik und Erkundung

Publikationen: Link

Zusammenfassung:

An einem kontaminierten Standort wirken der Schadstoffausbreitung im Aquifer natürliche Rückhalte- und Abbauprozesse entgegen, die unter günstigen Randbedingungen zu einem Stagnieren oder Schrumpfen der Schadstofffahne im Abstrom des Schadensherdes führen. Sollen derartige Prozesse bei der Altlastenbearbeitung berücksichtigt werden, setzt dies nach gegenwärtigem Kenntnisstand detaillierte Untersuchungen zu standortspezifischen Gegebenheiten voraus. Vor diesem Hintergrund wurden im Rahmen dieser Arbeit Untersuchungs- und Überwachungsmethoden zu verschiedenen Parametern ausgearbeitet, die für eine ganzheitliche Beurteilung des Selbstreinigungspotentials am Beispiel eines gaswerkstypischen Schadenfalls genutzt werden können.

Im Rahmen des Projektes wurde für die Bestimmung der hydrogeologischen Situation (longitudinale Dispersivität, Abstandsgeschwindigkeit und vertikale Dispersionseffekte) an einem Modellstandort ein Multilevelmultitracerversuch mit drei Tracerfarbstoffen (Uranin, Sulforhodamin B und Natriumnaphthionat) durchgeführt. Um den finanziellen und personellen Aufwand eines solchen Versuches zu verringern, wurde eine Fluorometermesszelle gebaut, mit der sich die drei fluoreszierenden Tracerfarbstoffe selektiv nebeneinander im Grundwasser vor Ort erfassen lassen. Neben der automatischen Bestimmung der Tracerfarbstoffe am Modellstandort erfolgte zusätzlich die Ermittlung der Fluoreszenzintensitäten an ausgewählten Proben konventionell mit einem Filterfluorometer im Labor.

Ferner wurde eine neue Untersuchungsmethode konzipiert, mit der sich die unterschiedlich gut verfügbaren, sedimentgebundenen PAK-Anteile des Feldstandortes charakterisieren lassen. Aufbauend auf einer Extraktionssequenz wurden die zunehmend schwerer verfügbaren PAK von den leichter verfügbaren PAK getrennt und die dabei eluierten PAK-Anteile unterschiedlichen Verfügbarkeitsklassen zugeteilt. Die durchgeführten Extraktionen am kiesig-sandigen Material vom Modellstandort zeigten eindeutig, dass trotz des gealterten, real kontaminierten Materials, die Sorption der einzelnen PAK schwächer ausfiel als erwartet und der wesentliche PAK-Massenanteil gut verfügbar war. Der Befund einer guten Verfügbarkeit konnte durch Langzeitdesorptionsversuche mit Hilfe einer neu konzipierten Infinite-Sink-Extraktionstechnik untermauert werden. Um die Übertragbarkeit sowohl der Extraktionssequenz als auch die der Infinite-Sink-Extraktion auf andere Böden zu prüfen, wurden beide Verfahren auf einen mit PAK kontaminierten Boden mit einem hohen organischen Kohlenstoffanteil angewendet.

Die Gültigkeit der aus der sequentiellen Extraktion abgeleiteten PAK-Verfügbarkeit für den Modellstandort konnte durch die Boden- und Grundwasseruntersuchungen bestätigt werden. Im Gegensatz zu der ausgedehnten PAK-Schadstofffahne des Grundwassers konnten im Sediment nur im direkten Randbereich des Phasenkörpers nennenswerte PAK-Gehalte nachgewiesen werden. In Bereichen, in denen PAK-Schadstoffkonzentrationen von einigen hundert μg/l im Grundwasser bestimmt wurden, lagen die PAK-Gehalte im Sediment im Bereich der analytischen Nachweisgrenze. Ein relevanter Beitrag der hohen PAK-Gehalte im Grundwasser durch Kolloide konnte anhand der Ergebnisse aus den LIBD- und ESEM- Messungen ausgeschlossen werden. Somit stand die am Modellstandort analytisch bestimmte PAK-Schadstoffverteilung zwischen Feststoff und Grundwasser deutlich im Widerspruch zu einem theoretischen Ansatz, nach dem – auf Basis einer empirischen Korrelation zwischen Kow und Koc – der überwiegende Anteil der PAK auf dem Sediment sorbiert hätte vorliegen müssen.

Auffällig war die im Grundwasserleiter auftretende starke örtliche Konzentrationsabnahme der untersuchten Schadstoffe (PAK, BTXE und CKW), die auf mikrobiologische Abbauprozesse hindeutete. Im Fall der ebenfalls am Standort vorliegenden CKW konnte dabei anhand der Abbaufolge PCE → TRI → DCE → VC ein für reduktive Dechlorierungsprozesse typisches Konzentrationsmuster entlang der Schadstoffachse festgestellt werden.

Für den qualitativen Nachweis mikrobiologischer Abbauprozesse am Modellstandort wurden im Rahmen des Projektes schließlich zwei weitere, voneinander unabhängige Kenngrößen untersucht. Zum einen wurde ein nasschemisches Extraktionsverfahren zur Bestimmung der Fe(III)/(II)-Verteilung im Sediment ausgearbeitet, mit dem Bereiche einer verstärkten Eisenreduktion identifiziert und Aussagen zur Eisenverfügbarkeit getroffen werden konnten. Zum anderen konnten durch stationär eingebaute Temperaturmessfühler Aquiferzonen mit erhöhten Temperaturen identifiziert werden, die auf eine verstärkte mikrobiologische Aktivität schließen lassen. So traten die höchsten Temperaturen in den Tiefenbereichen auf, in denen auch die höchsten Schadstoffkonzentrationen vorlagen.

Detailiertere Angaben zu diesem Projekt entnehmen Sie bitte der Dissertation "Untersuchungs- und Überwachungsmethoden für die Beurteilung natürlicher Selbstreinigungsprozesse im Grundwasser".