Download pdf - Bioremediation (1): Mikrobiol. Grundlagen Bioremediation ... · Grundwasserkontamination - Beispiel Bitterfeld Jessnitz Wolfen Muldenstein Rossdorf Burgkemnitz Schlaitz Altjessnitz

Bioremediation

Bioremediation (1): Mikrobiol. Grundlagen

Bioremediation (2): Techn. Grundlagen – Case studies (Klausur)

Notwendige Grundlagen: Prozesse und Tools

- Grundkurs 1: Redox-Chemie

- Grundkurs 2: Prozeßbeschreibung mit part. DGLs

1

Bioremediation (1):

Mikrob. Grundlagen

Literatur:

F.H. Chapelle

Groundwater-Microbiology and Geochemistry

zentrale Fragen:

- Warum funktioniert insitu-BIOREMEDIATION quasi überall?

- Welche Rolle spielen dabei organische Schadstoffe?

2

Bioremediation: A Bugs Life!

….but don’t forget the plants Mikroorganismen (Bakterien) sind die „Hauptakteure“

bei BIOREMEDIATION: ubiquitäres Vorkommen! 3

Innovative Reactive Barrier Technologies for Regionally Contaminated Aquifers

- Sessile Bakterienkolonien

- nahe Hauptstrombahnen

- wandern zum ED + EA-Gradienten

4

Cfu (g-1

sediment)

100 101 102 103 104 105 106

Dep

th [

m]

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

32

34

36

38

40

42

44

46

48

50

Aerobic bacteria (R2A agar)

Anaerobic bacteria (TSI agar)

Quarternary aquifer

Lignite seam

Tertiary aquifer

Bacterial colonization of the subsurface at the test site (SAFBIT 1/97 and 2/97)

Obwohl Sauerstoff (EA) nicht vorhanden,

kann aeroben Abbauweg genutzt werden!

Wichtig für Sauerstoff-Injektion 5

Perchlorate - Degrading Bacteria

6


….but don’t forget the plants Energie- und Stoffwechselprozesse von

Mikroorganismen: Woher kommt Energie?

Redox-Prozesse Energiequellen!

7

e-

Cl- + O2

Biomass + CO2 Substrate (C-Quelle)

ClO4-

NO3-

O2

Beispiel: Biological Perchlorate Degradation

Elektronendonatoren,

z.B. alle organischen

Schadstoffe (BTEX)

Elektronenakzeptoren

Energiegewinn durch Elektronentransfer

vom Elektronendonator zum Elektronenakzeptor

ED: Plus-Pol

EA: Minus-Pol

8

Bioremediation:

Prozesse und Tools


Start: 15.4.2011

Exkursion: 23.-26.5.

für 3.6.

9

Course plan

1. Overview – Introduction – Definitions

2. NAPL-1: Fundamentals, Phase-Partitioning

3. Contaminant Hydrogeology

4. Contaminants, Processes, Time scales

5. NAPL-2: Migration and Distribution

6. Pump and Treat (1)

7. Pump and Treat (2)

8. Bioremediation (1) - 15.4.11

9. Bioremediation (2) - 29.4.

10. Reactive Walls - 6.5.

11. Natural Attenuation - 13.5.

12. Soil Vapor Extraction - 20.5.

13. Case Studies - 27.5./10.6.

14. Reactive Transport Modeling 17.6.

!!! Klausur: am Fr, den 24. Juni 13.00 – 15.00 Uhr !!!

10

11

Grundkurs 1: Redox-Chemie

1. Redoxprozesse?

2. Oxidation und Reduktion ?

3. Bestimme Elektronendonator -akzeptor mit Hilfe des

Partialladungskonzeptes!

Redox-Prozesse Energiequellen

12

13

O2

H2O

Den

itrif

icati

on

Perc

hlo

rate

Red

uct

ion

ClO4 NO3 CO2 SO4

N2 H2S CH4 Cl-

+ 800 - 250

Redox (millivolts)

Electron

Donor



0

Klausur: Anwenden des PLK für alle Redox-Paare: EA?, ED?

C6H6

14

„Strom“ = Elektronentransport vom Elektronendonator (ED)

zum Elektronenakzeptor (EA)

Redox-Potenzial-Differenz bestimmt den „Strom“, d.h. wie

schnell ein org. Schadstoff (ED) abgebaut wird

notwendig für mikrobiellen Abbau: Minus-Pol (EA)

Limitierender Faktor: Fehlen des EA‘s (z.B. Sauerstoff)

15

Redox-Zonierung in einem reinen, unkontaminierten Aquifer

Recharge

Redoxpotential nimmt ab!

? mV

? mV

? mV ? mV

? mV

16

O2

H2O

Den

itrif

icati

on

Perc

hlo

rate

Red

uct

ion

ClO4 NO3 CO2 SO4

N2 H2S CH4 Cl-

+ 800 - 250

Redox (millivolts)

Electron

Donor



17

Energiegewinn durch reduktive Dechlorierung:

PCE + H2 TCE + Cl- + H+

EA, ED ?

18

19

Redox-Zonierung in einem kontaminierten Aquifer

Redoxpotential nimmt ab!

? mV ? mV

? mV

Welches Redox-Potential (Spannung) messen

Redox-Elektroden? 20

Aerobe und anaerobe

Abbauwege

EA = Sauerstoff aerober Abbauweg (max. Energiegewinn)

EA = Nitrat u.a. anaerober Abbauweg

21


….but don’t forget the plants Aerobe und anaerobe Abbauwege für

typische organische Schadstoffe 22

Strukturformeln

wichtiger org. Schadstoffe

= Elektronendonatoren

Skript

23

Schadstoffhäufigkeit im Abstrom von Schadensfällen

60 50 40 30 20 10 0 0 10 20 30 40 50 60

TCE

PCE

Dichlorethen (trans)

Trichlormethan

Dichlorethen (1,1)

Dichlormethan

Trichlorethan (1,1,1)

Dichlorethan (1,1)

Dichlorethan (1,2)

Phenol

Aceton

Toluol

Diethylhexylphthalat

Benzol

VinylchloridDeutschland USA

TCE

PCE

Dichlorethen (cis)

Benzol

Vinylchlorid

Trichlormethan

Trichlorethan (1,1,1)

Xylol

Dichlorethen (trans)

Toluol

Ethylbenzol

Dichlormethan

Dichlorbenzol

Chlorbenzol

Tetrachlormethan

Schadensfälle / % nach G. Teutsch, P. Grathwohl, 1997

24

Grundwasserkontamination - Beispiel Bitterfeld

Jessnitz

Wolfen

Muldenstein

RossdorfBurgkemnitz

Schlaitz

Altjessnitz

Raguhn

KledewitzThurland

Reuben

Thalheim

Sandersdorf

B100

B184

> 1000 µg/L AOX

300 - 1000 µg/L AOX

60-300 µg/L AOX

20 - 60 µg/L AOX

10 - 20 µg/L AOX

Bitterfeld

Biedersdorf

Mühlbeck

Pouch

A 9

5 km

Dichloromethan

1,1-Dichlorethen

cis-Dichlorethen

trans-Dichlorethen

Trichlormethan

1,1-Dichlorethan

1,2-Dichlorethan

1,1,1-Trichlorethan

1,1,2-Trichlorethan

Tetrachlormethan

Trichlorethen

Tetrachlorethen

1,1,1,2-Tetrachlorethan

1,1,2,2-Tetrachlorethan

Pentachlorethan

Hexachlorethan

Vinylchlorid

Benzen

Toluen

Chlorbenzen

1,2-Dichlorbenzen

1,3-Dichlorbenzen

1,4-Dichlorbenzen

25 km2 mit einem geschätzten Volumen von mehr als

200 Mio m3 kontaminiertem Grundwasser

1,2,3-Trichlorbenzen




2-Chlorphenol

3-Chlorphenol

4-Chlorphenol

2,3-Dichlorphenol

2,4-Dichlorphenol

2,5-Dichlorphenol

2,6-Dichlorphenol

3,4-Dichlorphenol

3,5-Dichlorphenol

2,3,4-Trichlorphenol




2,3,4,5-Tetrachlorphenol

2,4,5,6-Tetrachlorphenol

Pentachlorphenol

4-Chlor-3-methylphenol

1-Chlor-3-methylphenol Sanierungsforschung

in regional kontaminierten

Aquiferen

25

26

Aerober Abbauweg von Benzen zu Catechol Ringspaltung

27

Aerober Abbauweg von Chlorbenzen

28

Möglicher aerober Abbauweg

von MTBE

29

Aerober Abbauweg;

massenstöchiometrischer Faktor fO2= mo2/mTCE

30

31

Abbauwege höher-

chlorierter KWs

32


….but don’t forget the plants Höher-chlorierte Kohlenwasserstoffe

sind häufig persistent gegenüber aeroben Abbau

HCH, PCE

Case study: Auensee-Leipzig

33

TCE PCE TCA


Exkursion!

lignite seam

Auensee

H2-O2-Injektion

34


35


36

Bioremediation:

Prozesse und Tools


- Grundkurs 2: Prozeßbeschreibung mit part. DGLs

37

Grundkurs 2:

Prozeßbeschreibung mit part. DGLs

Warum?

Massenbilanzierung von Bioremediation:

Wieviel Schadstoff kann innerhalb eines Monats abgebaut werden?

Wiederholung: Vorlesungen Prozesse (1 – 4): mathematische Beschreibung

Grundlage für alle SS-Vorlesungen

38

39

Transport von Schadstoffen:

Mathematische Beschreibung (1)

1. konvektiver Transport (Darcy Gesetz): dx

dpk

dx

dhk

A

Qtxq w

w

wf

WW ),(

Warum Minuszeichen?

Warum Filter- oder Darcy-Geschwindigkeit qw? mittlere Transportgeschwindigkeit:

effww qu /

mittlere Teilchengeschwindigkeit: i

w

i

w Ruu /

Prozess: Wasserströmung (Konvektion)

tVQ ww /

Wasservolumenstrom

Unterscheide effektive und totale Porosität !

Tabelle 3.2.

2. advektiver Transport:

Prozess: Adsorption Teilchen bewegen sich langsamer als Wasser werden „retardiert“

Phasengleichgewicht „Festphase-Wasserphase:

i

w

i

d

i

ads CKC i

ococ

i

d KfKKoc=f(Kow) – nur von organischem Schadstoff abhängig!

unabängig von poröser Matrix mit foc

Tabelle 3.4.

i

tot

bi

dKR 1 Retardationskoeffizient: R(foc) Tabelle 3.4.

40



3.1. diffusiver Transport (1. Ficksches Gesetz):

x

CDA

t

NtxQ TT

T ),(

treibende Kraft Konzentrationsgradient:

Teilchenstrom durch Fläche A: Teilchenstromdichte:

gwx

CD

At

Ntxj TT

T ,,),(

Übergang von Differenz zu Differenzial: d:

gwdx

dCDtxj T

T ,,),( dx

jd

dt

dC TT )(7 T. 10 T.

C = 3

2

2

dx

CdD

dt

dC TT

Ddisp = Dispersionskoeffizeint

siehe Skript!

4. advektiver, dispersiver Transport („diffusiver“ Transport im strömenden Grundwasser) :

dx

dCu

dx

CdD

dx

Cujd

dt

dC TT

Tdisp

TTTT

2

2)(Ruu wT /

Beachte: Komponentenindex ‚i‘ ist weggelassen!

3.2. diffusiver Transport (2. Ficksches Gesetz):

41



Ddisp = Dispersionskoeffizeint

siehe Skript!

4. advektiver, dispersiver Transport („diffusiver“ Transport im strömenden Grundwasser) :

dx

dCu

dx

CdD

dx

Cujd

dt

dC TT

Tdisp

TTTT

2

2)(TldispdispdispwT uDRDDRuu ,/,/ 0

Lösung für konstante Randbedingung (ÜA 22):

),(),(2

),( 0 txgErfcD

xuExptxgErfc

CtxC

disp

TT

tD

tuxtxg

disp

T

2),(

0),0( CtxCT

42



Reaktiver Transport

RT

TT

dispT Q

dx

dCu

dx

CdD

dt

dC2

2

TldispdispdispwT uDRDDRuu ,/,/ 0

2. Steady-state-Annahme:

0)0( CxCT

TR CkQ1. Für Reaktionsrate verwenden wir Kinetik 1.Ordnung:

TT

TT

dispT kC

dx

dCu

dx

CdD

dt

dC2

2

TT

TT

disp kCdx

dCu

dx

CdD

2

2

0

3. Berücksichtigen nur konvektiven Transport:

TT

T kCdx

dCu

Analytische Lösung (steady-state, 1. order, reaktiver Transport) :

)/exp()( 0 uxkCxCT

Case Study:

Gekoppellte ED-EA-Technologie zur

Sanierung eines PCE/TCE-Schadens

- aktuelles Kooperationsprojekt zwischen UFZ + 2 KMU‘s

- Wollen Schritt für Schritt Sanierungsprojekt verstehen!

- Unterlagen nicht im Skript !!!

Warum partielle DGLs?

Massenbilanzierung zur Erfolgskontrolle

43

44

ZIM-Project:

Sequential-coupled ED-EA-Technology

for PCE/TCE-remediation of groundwater

Exkursion Mai 2011

Case Study: 2.1 Ausgangssituation: Hydrogeologische Verhältnisse

- Abbildung zeigt PCE-Quelle (ehem. Chem. Reinigung) und Isohypsen (GWL 1)

- Wie führen Sie eine Risikoeinschätzung durch ?

- Zeitskalen? Welche Parameter benötigen Sie?

Naherholungsgebiet

500 m

1 : 10000

1 cm : 100 m

45


Geologische Struktur

- Abbildung zeigt: Aquifer-Aquitard-Schichtung

- Charakterisieren Sie mögliche Kontaminationen (Quelle, Fahnentyp) für die

geologische Schichtstruktur! (PCE/TCE)

- Welche Sanierungstechnolgien sind ungeeignet und welche schlagen Sie vor?

?

Quelle Rezeptor

46


Gekoppelte, sequentielle ED-EA-Technologie

1. Schritt: ED (H2)-Injektion 2. Schritt: EA (O2)-Injektion

ÜA 25: Massenbilanzierung für 1. Technologieschritt 47

Übungsaufgabe 25: Bioremediation - Wasserstoffinjektion

Dechlorierungsreaktion: PCE + H2 TCE + HCl : (kPCE)

TCE + H2 DCE + HCl : ( TCE)

Differentialgleichungen für „Parents-Daughter-Reaction“:

PCE

PCE

PCEPCE

PCE

PCE CR

k

x

C

R

u

t

C

PCE

TCE

PCETCE

TCE

TCETCE

TCE

TCE CR

kFC

Rx

C

R

u

t

C

Reine Advektion:

Vor Mathematik: Diskussion des Feldexperiments! 48

Darstellung:

Legende:

Sanierungsprinzip

08.01.2009

Zirkulationsbrunnen

Gasinjektionslanze

Filterbereich

Schematische

Ausbreitung H2

Schematische

Ausbreitung O2

In-situ Sensor

Redoxgesteuerte

hydro- dynamische

Fluidzone (RHDF)

Anaerober

Gaswand-

bereich

Aerober

Gaswand-

bereich

Abbau PCE und TCE

mit Hilfe von H2

Abbau cDCE und VC

mit Hilfe von O2

Einbringung Co-

substrate, Nährstoffe,

Hilfsstoffe

Projekt:

Leipzig, Friedrich

Bosse Str. 71

Erstellung:

Dipl.-Ing. A. Vossen

Datum:

49

50

Konzentration PCE/LHKW : Bodenproben (BTU,schwarz) in mg/kg

Wasserproben (CDM, weiss) in mg/L)

7/21

GWM 39

18/26 0.1/0.5

0.8/1.9 1.1/4.5 0.7/1.7

100 m

10 m

4.9/35

0/1.5

0.3/22

0.1/2.9

0/18 0/11

0.5/12

0/0.27

0/6.4

0.2/14

GWM 35

50/150

Stand April 2010

Ausgangssituation Schadstoffverteilung

51

Ausgangssituation Schadstoffverteilung

Vergleichsmessungen UIS vs. BTU 15.09.2010

Auensee MP-A1 (16. Sept 2010)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

PCE TCE 1.2DCE 1.1DCE VC

LC

KW

(m

mo

l/l)

BTU

UIS

Auensee MP-A2 (16. Sept 2010)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

PCE TCE 1.2DCE 1.1DCE VCLC

KW

(m

mo

l/l)

BTU

UIS

Auensee GM-A4 (16. Sept 2010)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220


LC

KW

(m

mo

l/l)

BTU

UIS

Auensee MP-B1 (16. Sept 2010)

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450


LC

KW

(m

mo

l/l)

BTU

UIS


0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220


LC

KW

(m

mo

l/l)

BTU

UIS


0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220


LC

KW

(m

mo

l/l)

BTU

UIS

52

SF6-Tracer Injektion 19.11.2010

Probenahmepunkte

GW

Injektion an GAS-A2

Wichtig: man muss Wasserstoff

so injizieren, dass er

PCE-TCE-Schadstoffstrom erreicht

SF6-Gastracer

H2-SF6-Mischgas wird injiziert

Bioremediation – Reaktive Gaswand

53

Datum Datum Datum Datum Datum Datum

18.11.2010 19.11.2010 22.11.2010 26.11.2010 30.11.2010 13.12.2010

Probenamestelle SF 6 SF 6 SF 6 SF 6 SF 6 SF 6

ng/l µg/l µg/l µg/l µg/l µg/l

MP-A1 5-6m 3.82 31.75 122.66 0.77

MP-A1 7-8m 0.00 4.28 8.05 3.56 0.74

MP-A2 5-6m 2.13 1143.31 319.88 249.79 484.85

MP-A2 7-8m 0.00 9.98 969.51 314.38 192.51 125.15

MP-B1 0.00 19.66 5.95 38.10 3.08

MP-B2 5m 1.03 348.81 403.23 33.62

MP-B2 6-8m 0.00 3.59 1.87 348.81 165.93 33.36

MP-B3 4-5m 3.68 130.80 167.18 160.09

MP-B3 6-7m 0.00 5.15 136.47 313.66 87.51

GM-A1 4.38 5.51 2.74 2.77

GM-A2 3.74 414.39 137.21 54.66

GM-A3 6.73 90.88 66.05 35.33 4.66

GM-A4 0.00 1869.80 1642.59 60.47 94.99 25.76

GM-A5 32.02 >5000 464.92 304.08 320.67

SF6-Tracer Probenahme SF6

SF6-Tracer 19.11.2010

0.00

100.00

200.00

300.00

400.00

500.00

600.00

700.00

800.00

900.00

1000.00

18

.11

.10

20

.11

.10

22

.11

.10

24

.11

.10

26

.11

.10

28

.11

.10

30

.11

.10

02

.12

.10

04

.12

.10

06

.12

.10

08

.12

.10

10

.12

.10

12

.12

.10

14

.12

.10

Datum

SF

6 [

µg

/l]

MP-A1 5-6m

MP-A1 7-8m

MP-A2 5-6m

MP-A2 7-8m

MP-B1

MP-B2 5m

MP-B2 6-8m

MP-B3 4-5m

MP-B3 6-7m

GM-A1

GM-A2

GM-A3

GM-A4

GM-A5

54

SF6 [µg/L]; Injektion an GAS-A2; Zeit: 0 Tage nach Injektion

GW

5

5

3

4

2

9

6 32

4 3

1869

55


GW

1

2

31

8

1143

969

91 >5000

5 414

1642

4

5

20

Was stimmt hier nicht?

Erklärung?

56


GW

349

349

123

4

319

314

66 465

3 137

60

130

136

6

Was stimmt hier nicht?

Erklärung?

57


GW

403

165

249

192

35 304

95

167

313

38

NO

N

SW

58


GW

33

33

1

1

485

125

5 320

3 55

26

160

87

3

59

SF6-Tracer: Wichtige Schlussfolgerungen

1. Schadstofftransport:

bestätigt NO-SW aus Topologie der Aquiferbasis (Peak-Durchlauf)

mittlere Gelöstgas-Geschwindigkkeit von 0.08 m/h = 2 m/d

in Gasphase bis ROI > 1 m/d; ab ROI als Gelöstgas mit GW 1 m/d

ROI bei gewählten Injektionsbedingungen < 5 m

60

SF6-Tracer: Wichtige Schlussfolgerungen

Lösungskinetik:

nach 24 Tagen wird noch SF6 gemessen (GM-A5, MP-A2)

SF6 wird aus residualen, im ROI-getrappten Gasphasen nachgeliefert

Tracerkurven zeigen langes Tailing (Indikator für Nachlieferung!)

Beachte: Konzentrationsgradient geringer als bei reaktiven Gas (O2, H2)

interessantes Phänomen: Konzentrationen entgegen GW-Strömung (MP-A1)

nehmen z.T. zu!

Erklärung: Diffusive/Dispersive Vermischung aus residualen, getrappten Gasphasen

braucht mehrere Tage (> 7d) zur vollständigen Auflösung.

Stetig sinkende, dennoch signifikante Gel.-Gas Konzentrationen :

als Folge inhomogener Gasverteilung im Boden noch längere Zeiträume Gas nachgelöst

Was lernen wir für H2-Injektionsversuch?

Prozeßverständnis ableiten!

60

61

Modellsimulationen RT3D-Nahfeld

Numerisches Model: GMS-MODFLOW-RT3D (V14) RT3D-Reactive Multispecies Transport in 3-Dimensional Groundwater Systems

Module 5: Double Monod Model:

D: Donator (H2)

A: Akzeptor (PCE)

X: mobile Bakterien

System

Nichtlinearer

DGls

62

Modellsimulationen RT3D-Nahfeld: Heterogenes Kf-Feld

GW

NO

SW

63

Schrittweite Pfeile 10d

Isohypsen - GW-Strombahnen

64

Modellsimulationen RT3D-Nahfeld

Sensorfeld

Lage: 3 Injektionslanzen

65

Simulation + Dimensionierung des

Feldversuches: Sequentielle H2-Injektion an 3 Lanzen

t = 0d vor Injektion

PCE [mg/L]

66

t = 1d nach Injektion 1

PCE [mg/L]



67


PCE [mg/L]



68


PCE [mg/L]



69


PCE [mg/L]



70


PCE [mg/L]



71

t = 1d nach Injektion

H2 [mg/L]



72


H2 [mg/L]



73


H2 [mg/L]



74


H2 [mg/L]



75


H2 [mg/L]



76

t = 20d nach Injektion1

H2 [mg/L]



77


H2 [mg/L]



78


H2 [mg/L]



79

Fazit

• empfohlenes Injektionsregime:

1. alle 10 Tage 3 m³ Ar-H2-Gemisch mit niedriger Injektionsrate in alle 3

Gaslanzen (Gas-A1, Gas-A2, Gas-A3) injizieren

2. Die Injektion sollte 3 mal durchgeführt werden, d.h. über einen Monat

3-stufige Wasserstoffinjektion wurde im März durchgeführt

Sanierungserfolg ?

Übungsaufgabe 25: Bioremediation - Wasserstoffinjektion

Dechlorierungsreaktion: PCE + H2 TCE + HCl : (kPCE)

TCE + H2 DCE + HCl : ( TCE)

Differentialgleichungen für „Parents-Daughter-Reaction“:

PCE

PCE

PCEPCE

PCE

PCE CR

k

x

C

R

u

t

C

PCE

TCE

PCETCE

TCE

TCETCE

TCE

TCE CR

kFC

Rx

C

R

u

t

C

Reine Advektion:

80

Steady-state-Lösung:

C(x,t) – Konzentration (mg/l), kPCE , TCE – Abbauratenkonstanten (1/Tag),

u – Abstandsgeschwindigkeit (m/Tag)

EXCEL-file: steady-state (siehe ÜA25 Bioremediation!)

xu

kxCxC PCE

PCEPCE exp)0()(

xu

xu

k

k

xCkFxC TCEPCE

PCETCE

PCEPCETCE expexp

)0()(

Keine Zeitabhängigkeit!

xu

kxCtkFxC PCE

PCEPCETCE exp)0()(

PCETCE k

PCETCE k

Lösung ist uns bekannt!

81

Nächste Vorlesung: 29.4.

*

Heft 2, S.10 82

83

Bioremediation (2):

Techn. Grundlagen –

- Case Studies

84

Übersicht: in-situ Bioremediation (= BR)

1. Techn.-gesteuerte BR 2. Ausnutzen von intrins.

Prozessen

3. Phyotoremediation

= Engin. BR

= Enhanced BR = Intrinsic BR

= Monitored Natural

Attenuation (NA)

Vorlesung: NA Injektion von EA‘s, ED‘s +

Nährstoffen

Flüssigphasen-

Injektion

Gasphasen-

Injektion

Injektion über

Festphasen

O2, H2 in gelöster Form

H2O2-Injektion,

Injectionsbrunnen

Bioventing (unges. Zone)

Biosparging (ges. Zone)

O2, H2 im gasförmigen Zustand

Über Injectionsbrunnen

Reaktive Wände

ORC‘s, HRC‘s

85

In situ - Bioremediation:

Technische Realisierungen

ÜA 26: Ausführliche Diskussion einer

BR-Technologie (Klausuraufgabe!)

86

Luftinjektion zur Stimulierung des

aeroben Abbaus

Vorlesung: Reaktive Wände Gaswand

87

Welche Prozesse ? Charakterisieren Sie Injektion! 88

Kombinierte Technologien:

Nährstoffinjektion

+ Biosparging

+ Bodenluftabsaugung (SVE)

89

Welche Prozesse ? Charakterisieren Sie Injektion! 90

H2O2-Injektion zur Stimulierung

des aeroben Abbaus

91

Welche Prozesse ? Charakterisieren Sie Injektion!

Abbildung 1

92


Reaktor A

Reaktor B

MCB: hohe Konzentrationen

oberhalb der Kohle

P&T

Sequentieller und paralleler Betrieb

93

MCB - Monochlorobenzene


0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

1,1

1,2

01.12.99 01.02.00 01.04.00 01.06.00 01.08.00 01.10.00 01.12.00 01.02.01

[MC

B](

ou

t/[M

CB

](in

)

Reactor A Reactor B

Start NO3-- Dosage

Start H2O2-Dosage

End H2O2-Dosage

to reactor A

NO3 H2O2

Wichtige Informationen

für eine Feldanwendung:

Flüssigphaseninjektion

Welche Prozesse ? Welche Elektronenakzeptoren ?

UFZ: Degradation of chlorobenzene by autochtonous bacteria

94

Welche Prozesse für Reaktor A) und Reaktor B)?

1. Aerob, anerob ?

2. Stöchiometrische Reaktionsgleichung, massenstöchiometrischer Faktor

3. ED, EA ?

4. Kinetik?

5. Wie lang ist die stationäre MCB-Fahne?

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

1,1

1,2

01.12.99 01.02.00 01.04.00 01.06.00 01.08.00 01.10.00 01.12.00 01.02.01

[MC

B](

ou

t/[M

CB

](in

)

Reactor A Reactor B

Start NO3-- Dosage

Start H2O2-Dosage

End H2O2-Dosage

to reactor A

H2O2 NO3

95

Case Study:

Gekoppellte ED-EA-Technologie zur

Sanierung eines PCE/TCE-Schadens

- aktuelles Kooperationsprojekt zwischen UFZ + 2 KMU‘s

- Wollen Schritt für Schritt Sanierungsprojekt verstehen!

- Unterlagen nicht im Skript !!!

96

Case Study: 1. Erarbeitung eines Sanierungsprojektes,

Projektunterlagen

97


- Abbildung zeigt PCE-Quelle (ehem. Chem. Reinigung) und Isohypsen (GWL 1)

- Wie führen Sie eine Risikoeinschätzung durch ?

- Zeitskalen? Welche Parameter benötigen Sie?

Naherholungsgebiet

500 m

1 : 10000

1 cm : 100 m

98


Geologische Struktur

- Abbildung zeigt: Aquifer-Aquitard-Schichtung

- Charakterisieren Sie mögliche Kontaminationen (Quelle, Fahnentyp) für die

geologische Schichtstruktur! (PCE/TCE)

- Welche Sanierungstechnolgien sind ungeeignet und welche schlagen Sie vor?

?

Quelle Rezeptor

99

Case Study: 1. Erarbeitung eines Sanierungsprojektes,

Projektunterlagen

100

Case Study: 2.2. LHKW-Kontaminationsuntersuchungen Grundwasser

?

Quelle Rezeptor

Schadstoffszenario: Infiltration von DNAPL, kontinuierliche Quelle: Kohleflöz,

Vermutlich DNAPL-Pool an Aquiferbasis (Aquitard: Rupelton)

101

Oberer GWL Unterer GWL

CPCEmax = 155 mg/L!

Was vermuten Sie für CPCE > 100 mg/L?

102

103

104

Wenn Zeit, Diskussion ÜA 25!

105