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unilogo Universität Stuttgart
Institut für Wasserbau - IWS

Selected Topics and International Network Lectures

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Dienstag
27.01.2004
16:00 Uhr
PD Dr. Mario Schirmer (Umweltforschungszentrum Leipzig, Abteilung Hydrogeologie)

Modellierung des biologischen Abbaus unter Feldbedingungen mittels laborativ gewonnener Monod-Kinetik-Parameter

Natürliche Selbstreinigungsprozesse (Natural Attenuation) im Grundwasserleiter können eine kostengünstige Sanierungsalternative darstellen. Allerdings hängt die Effizienz dieser Sanierungsstrategie im Wesentlichen von den mikrobiologischen Abbauprozessen ab. Intensive Forschungen über die letzten Jahrzehnte haben viele neue Erkenntnisse in Bezug auf die ablaufenden biologischen Prozesse, wie Substratabbau, Elektronenakzeptorverbrauch, mikrobiologische Kinetik und mikrobielles Wachstum, gebracht. Um Natural Attenuation als Sanierungsstrategie einzusetzen, ist es unbedingt notwendig die komplexen Wechselwirkungen der einzelnen Prozesse zu verstehen.

Die größte Unsicherheit bei der Einschätzung der biologischen Abbauprozesse im Feld liegen in der Regel in der Bestimmung der kinetischen Abbauparameter. Oft werden vereinfachte Kinetiken nullter und erster Ordnung angewandt, um das Verhalten von Schadstofffahnen vorauszusagen. Weil aber diese Herangehensweise weder die mikrobiellen Prozesse, noch die Konzentrationen der Elektronenakzeptoren in Betracht zieht, sind die Langzeitvorhersagen oft fehlerhaft. Auf der anderen Seite schließt die Monodkinetik Substrat- und Elektronen- akzeptorenkonzentrationen in die Betrachtung ein und berücksichtigt des weiteren das mikrobielle Wachstum. Deshalb sollte diese Herangehensweise realistischere Ergebnisse bei der Voraussage des Langzeitverhaltens von Schadstofffahnen liefern. Da aber das Laborexperiment ist der einzige Weg, um genaue Monodkinetikparameter zu bestimmen, muß zuers t gezeigt werden, daß die im Labor gewonnenen Parameter auch für die Modellierung im Feldmaßstab angewandt werden können. Und dabei kann die numerische Modellierung ein ausgezeichnetes Hilfsmittel sein, um die verschiedenen Beobachtungsebenen zu verknüpfen.

Es wird eine neue Methode vorgestellt, mit welcher Monodparameter für die BTEX- (Benzen, Toluen, Ethylbenzen und die Xylene) Komponenten aus Laborexperimenten bestimmt werden können. Die vorgestellte Methode der relativen kleinsten Fehlerquadrate berücksichtigt das mikrobielle Wachstum und überkommt das Problem der Nicht-Eindeutigkeit der Ergebnisse durch die Berücksichtigung mehrerer Anfangskonzentrationen des Substrates. Bei Anwendung der im Labor ermittelten kinetischen Abbau- und Sorptionsparameter, zusammen mit den ebenfalls bekannten hydraulischen Daten, wurde ein Experiment simuliert, welches eine gelöste Benzinschadstofffahne unter Feldbedingungen untersucht hat. Die Resultate des Experiments stimmen mit den Resultaten der numerischen Simulation sehr gut überein, obwohl keine Kalibrierung vorgenommen wurde. Die Sensitivitätsanalyse hat gezeigt, daß die Fließverhältnisse, die Elektronenakzeptoren und die Monodparameter die entscheidenden Faktoren beim Schadstoffabbauprozeß unter Feldbedingungen sind. Unter den getroffenen Annahmen kann gesagt werden, daß für das simulierte Feldexperiment, die im Labor gewonnenen kinetischen Abbauparameter für die Simulation der Feldabbauprozessen geeignet sind.