Sanierung von mit Kohlenwasserstoffen verschmutzten Aquiferen mittels Alkoholspülung (Alcohol-Flooding)

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, eineentscheidende Verringerung der Sanierungszeit. Was die Entscheidung zwischen Alkoholenund Tensideinsatz betrifft, so ist beim Alkoholeinsatz die Trennung und das Recycling desLösungsmittels gelöst und der Einsatz von Alkohole birgt nicht die Gefahr vonPorenverstopfungen. Sollten nach einer Alkoholspülung Alkoholrückstände im Aquiferverbleiben, so bietet dies keine Gefahr, da die Alkohole biologisch abbaubar sind.

Nach Ansicht der Projektbearbeiter sind somit die Prinzipien der Alkoholspülung zur Sanierung vonLNAPL-Schadensfällen hinreichend untersucht und weitere Untersuchungen sind zumderzeitigen Zeitpunkt nicht notwendig.

Anders verhält es sich bei der Anwendung bei DNAPL-Schadensfällen. Es konntenachgewiesen werden, dass es möglich ist, einen hydrophoben ,,Swelling-Alkohol" unterEinsatz eines weiteren, hydrophilen Alkohols als Co-Solvent in der wässrigen Phase zumSchadensherd zu transportieren, ohne dass sich eine Phasentrennung der Sanierungslösungeinstellt. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass durch die prozeßbedingte Verringerung derDichte des DNAPL (induziert durch Partitionierung des"Swelling-Alcohols" in das DNAPL) inKombination mit einer aufwärts gerichteten Strömung eine sichere und hydraulisch kontrollierteMobilisierung und Entfernung des chlorierten Kohlenwasserstoffs möglich ist. Die benötigtekritische Pumprate, mit der die kontrollierte Mobilisierung des DNAPL erreicht wurde, betrug1,0 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 wenigerschwere DNAPL noch verringern lässt.

Die zweidimensionalen Versuche haben gezeigt, dass das Sanierungskonzept derAlkoholspülung sowohl für kontinuierliche TCE-Pools als auch für TCE-Verunreinigungen inresidualer Sättigung unter Einsatz weniger Porenvolumen angewendet werden kann. Auch indiesem Strömungsbereich war es möglich, eine Reduzierung der DNAPL-Dichte und einekontrollierte (aufwärts gerichtete) Mobilisierung der TCE-Verunreinigung zu erreichen. Imdreidimensionalen Strömungsbereich der großen Rinne stellten sich zu BeginnRandläufigkeiten ein. Aber auch hier war es dann möglich, einen Großteil des DNAPL zubeseitigen. Dazu waren jedoch wegen der ungünstigen Strömungsbedingungen zu vielePorenvolumen und auch eine zusätzliche längere Wasserspülung notwendig. Da dieses Ergebnis nicht zufriedenstellend war, finden derzeit auf Kosten des Instituts weitereTracerversuche in der großen Rinne statt, um das Strömungsfeld genauer zu bestimmen. ImAnschluss 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 Versuchenverwandte ,,Swelling-Alcohol" (Hexanol) ist relativ teuer. Deshalb sollen verschiedene billigereAlkohole oder auch andere LNAPL auf ihre ,,Swelling-Eigenschaften" getestet werden. WeitereVersuche zur Entwicklung eines hydraulisches Systems sind geplant, welches die Herstellungder 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 vertikalenStrömungsfeldes erlauben, sind sie unter Umständen für die Feldanwendung zu teuer.Deshalb sollen in einem geplanten Gemeinschaftsprojekt mit der Universität Karlsruhe dieHorizontalbrunnen 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. Dasnumerische Modell ,,STOMP" soll in enger Zusammenarbeit mit dem Pacific NorthwestNational Laboratory" in Richland, Washington, USA, so weiterentwickelt werden, dass damitFeldeinsätze von Alkohol-Flooding simuliert werden können. Ein erster Schritt in dieseRichtung ist die Untersuchung der Dichte und Viskositätsveränderungen als Folge derAlkoholkonzentration.

Eine detaillierte Projektbeschreibung finden Sie hier.

Braun, Jürgen

Koschitzky, Hans-Peter

Hofstee, Cornelis
Trötschler, Oliver

VEGAS

Von: 01.04.1997

Bis: 31.12.1998

Projekt Wasser Abfall Boden (PWAB)