Dokument als PDF herunterladen - AAV NRW

WESSLING Beratende Ingenieure
Diplom-Geologe Gundolf Voigt
Gezielte Mobilisierung von LHKW
durch Infiltration von Tensiden ins
Grundwasser
Titel
auf einem Altstandort in NRW
AAV Altlastensanierungs- und
Altlastenaufbereitungsverband NRW,
Hattingen, 6. Dezember 2007

Untertitel
Tensidinfiltration in einen
Grundwasserleiter nach dem
STL*-Verfahren bei
LHKW-Schaden
ehem. Textilreinigung
Bewertung der Ergebnisse
nach
zwei Infiltrations-Phasen
*Surface-Tension-Lowering

•Lage Schadenszentrum
•Mitten in Wohnbebauung
Schadenszentrum
Lageplan
Ems
Rheine

Gärten
Lageplan
Straße
Gebäude der ehem. Reinigung
Schadenszentrum

Standortverhältnisse der
ehem. chemischen Reinigung

Schadenshistorie
� Textil-Reinigungsbetrieb bis Anfang der 1980ger Jahre
� Danach Umbau der Betriebshalle zu 5 Reihenhäusern
� 1989 Auftreten von LHKW in der Raumluft der Häuser
Räumung der Häuser

� 1993 Bodenluftabsaugung mit 20 BL-Pegeln
� 1996 Start der Grundwassersanierung
Phasen der Schadensanierung
LHKW-Konzentrationen Zentrum Grundwasser > 100 mg/l
LHKW-Konzentrationen i.d. Fahne bis 50 mg/l
Sanierungserfolg Bodenluft: 2.000 kg PCE in 2 Jahren

34,00
34,50
33,74
33,50
33,70
34,86
33,64
33,62
33,72
33,44
Sbr 3
32,66
Sbr 2
Sbr 1
85°
75° 75°
32,29
34,50
33,0
33,32
33,35
32,90
33,32
33,43
33,66
34,00
33,27
33,45
33,26
32,50
32,97
33,20
33,50
32,93
32,00
31,50
33,05
33,05
31,00
31,76
31,70
32,95
Schadenszentrum
Grundwassersituation
33,0
31,69
30,50
31,55
30,93
32,50
30,00
32,00
29,50
(30,37)
29,00
28,50
31,50
31,00
28,00
28,49
30,00 29,50
30,50
29,00
28,00
28,50
27,76
EMS
Legende:
35,52
36,02
Sbr 3
Grundwasserpegel
Grundwasserstand in m NN
Grundwassergleiche
Schrägbrunnen Sbr 1- Sbr 3
Reaktive Wand

Quartär
(Feinsande)
8 – 9 m
Schadenszentrum
Kreide (Tonmergel stark geklüftet)
Erkundet bis 25 m
Geologisches Profil
freier Grundwasserspiegel
Ems

Kreideoberfläche
Schadenszentrum
Schadenszentrum
GW-Fließrichtung
3D-Ansicht Kreideoberfläche
freier Grundwasserspiegel
Ems

LHKW-
Grundwasserkonzentrationen
1996
Zusammensetzung:
-98% PCE
- Rest: TRI u. CIS
-VC: n.n.
100 – 1.000 µg/l
1.000 – 10.000 µg/l
10.000 – 50.000 µg/l
50.000 – >100.000µg/l
2,7
1,4
< 0,5
2
16081
Schadstoffverteilung 1996
3981,1
Sbr 3 8409,2
Sbr 2 29025,5
Sbr 1 6704
85°
63
131,1
75° 75°
50,5
13012,7 3505,4
1,5
7,7
4,6
523,6
(492,3)
315,6
520,4
(53,4)
2,7
978
82,9
1507
7,7
273,7
7428,9
Schadenszentrum
?
755,6
2329,8
240,6
2331,9
1212,5
1969,5
3,3
2,1
Legende:
CKW - Gehalt in µg/l
Sbr 3
100 - 1000
1000 - 10000
210,1
10000 - 100000
Grundwasserpegel
Ems
1,4
Schrägbrunnen Sbr 1- Sbr 3
Reaktive Wand

Beginn GW-Sanierung im
Schadenszentrum 1996
Errichtung einer Stripanlage
und Förderung Grundwasser und Bodenluft
aus zwei Sanierungsbrunnen
P XIII
P I
Legende:
SchBr 2
P XIII
Schrägbrunnen
Sanierungsbrunnen
PXI-PXIII

Gefördertes GW
Brunnen: PI, PXIII – PXV, K1,
K2,
SBr. 1 – SBr. 3
Geförderte Bodenluft
Brunnen:
PXIII – PXV, SBr. 1 – SBr. 3
Wasserabscheider
Einleitung gereinigtes
Grundwasser
in Mischwasser-Kanal
Hochdruckseitenkanalverdichter
Doppelstripanlage
Aufbau der Sanierungsanlage
Abluft
Striptürme
Steueranlage zum
Wechsel der A-
Kohlefilter
A-Kohle
1
400 kg
A-Kohle
2
400 kg
Aktivkohlefilter
Regenerierungs
kreislauf
Gereinigte Abluft
>> Atmosphäre
Dampfdestillation
CKW-
Sammelbehälter

Legende:
Sbr 2
P XIV
Schrägbrunnen
P XV
Sanierungsbrunnen
PXIII-PXV
Sbr 3
Sbr 2
P XIII
K 1
Kreidebrunnen
Sbr 1
P XIV
Förderbrunnen ab 2004
K 2
P I

Bau der Schrägbrunnen

zur GW-Stripanlage
und BL-Reinigung
Ruhe GW-Spiegel
GW-Spiegel bei Förderung
W-Fließrichtung
Sanierungsbrunnen
PXIII-PXV
Häuser
Schrägbrunnen
1-3
Lage der LHKW-Kontamination
im Schadenszentrum
Profil Schadenszentrum
14,4 m
K2
PI
9 m
18,00 m u. GOK
Quartär
Fs, ms, u'
Kreide
Mergel, geklüftet

µg/l
50000
45000
40000
35000
30000
25000
20000
15000
10000
5000
0
LHKW-Konzentrationen
vertikale Sanierungsbrunnen
LHKW-Konzentrationen
Vertikalbrunnen
Jan 02 Jul 02 Jan 03 Jul 03 Jan 04 Jul 04 Jan 05 Jul 05 Jan 06 Jul 06 Jan 07
P XIII P XIV P XV
1. Tensidinjektion
Konzentrationen Frühjahr 2007

Konzentration [µg/l]
45000
40000
35000
30000
25000
20000
15000
10000
5000
0
01.10.2004
31.12.2004
01.04.2005
02.07.2005
01.10.2005
Summe LHKW
01.01.2006
02.04.2006
LHKW-Konzentrationen
Schrägbrunnen
Beginn 1. Tensid-Injektion Beginn 2. Tensid-Injektion
02.07.2006
02.10.2006
01.01.2007
SchrBr 1 SchrBr 2 SchrBr 3
Konzentrationen Nov. 2007
03.04.2007
03.07.2007
02.10.2007

Konzentration
Typischer Konzentrationsverlauf
„Tailing“ vielleicht
gerade erreicht
Zeit

Schadstoffeleminierung
Gesamtmasse LHKW aus Grundwasser
Seit 1996 ca.
1.500 kg
Gesamtmasse LHKW aus Bodenluft
Seit 1996 ca.
1.600 kg

Tensideinsatz
1. Bei Bodenuntersuchungen 2004 tlw. noch LHKW in
Phase (starker Geruch)
2. Nach 10 Jahren hydraulischer Sanierung noch hohe
Konzentrationen im Grundwasser
3. Andere Optimierungsmaßnahmen wegen der
Standortverhältnisse nicht möglich
4. Vorhandene Technik kann bestehen bleiben und genutzt
werden
Entscheidung für Tensideinsatz
nach STL*-Verfahren
*Surface-Tension-Lowering

Vorbereitungen Tensideinsatz
1. Bestimmung des passenden Tensids im Labor mit
Standort-Grundwasser
2. Test des ausgewählten Tensids an der Stripanlage
(Schaumaktivität)
3. Start der Tensid-Injektion Anfang Juni 2006 durch i2s*
(1. Injektionsphase)
*i2s = in-situ-systems GmbH, Greifswald

GW-Fließrichtung
Legende:
Sbr 2
P XIV
Schrägbrunnen
Sanierungsbrunnen
PXIII-PXV
P XV
Sbr 3 Sbr 2
P XIII
K 1
Kreidebrunnen
Sbr 1
P XIV
1. Infiltrationsphase 2006
K 2
P I
Infiltration in:
• 3 Schrägbrunnen
• 3 Vertikalbrunnen

Infiltrationsmechanismus 1. Anwendung

1. Tensideinsatz
Daten der 1. Infiltrationsphase
1. Infiltration in 6 Sanierungsbrunnen über 5 Tage
2. Infiltrationsmenge 28 m³ 0,25 – 1 %tige Lösung
3. Förderung nach Dispersion der Tensidlösung aus
den Schrägbrunnen

50.000
40.000
30.000
LHKW [µg/l]
20.000
10.000
0
1. Mobilisierung
= stark
Konzentration vor Beginn
Ergebnisse der 1. Infiltrationsphase
cis Tri Per
kein VC gemessen!
Weitere Mobilisierungen
= Konzentrationen höher, jedoch geringe Förderrate
SchrBr2
Beginn Normalbetrieb Sept. 2006
= erneute Mobilisationsphase

1. Infiltration langsamer als erwartet
Störungen 1. Tensideinsatz
Störungen und Schwierigkeiten
1. Tensideinsatz
2. Entwicklung mikrobieller Aktivitäten in den
Fördereinrichtungen (Brunnen, Stripanlage)
3. Verringerung der Brunnen-Förderleistungen
(Regenerierung der Brunnen mit H 2O 2 notwendig)
4. Kleinere Fracht als erwartet

Bakterienflocken aus Brunnen

Entscheidung 2. Tensideinsatz
Entscheidung für 2. Tensideinsatz
1. Konzentration im Schrägbrunnen 2 kaum
geringer als vor der 1. Infiltration
2. Noch LHKW in der ungesättigten Phase,
da Bodenluftkonzentration weiterhin hoch

Voruntersuchungen 2. Tensideinsatz
Ziel: Verringerung der mikrobiologischen Aktivität
1. Änderung der Tensidzusammensetzung
2. Mikrokosmentests zur Untersuchung des
Einflusses des pH-Wertes auf die Mikrobiologie
3. Vergleich altes und neues Tensid
Hemmung mikrobiologische Aktivität
erst ab pH-Werten >11

GW-Fließrichtung
Legende:
Sbr 2
P XIV
Schrägbrunnen
Sanierungsbrunnen
PXIII-PXV
P XV
Sbr 3 Sbr 2
P XIII
K 1
Kreidebrunnen
Sbr 1
P XIV
2. Infiltrationsphase 2007
K 2
P I
Infiltration in:
2 Schrägbrunnen +
2 GWM
Entnahme:
•1 Schrägbrunnen

2. Tensideinsatz
Daten der 2. Infiltrationsphase
1. Infiltration in 2 Schrägbrunnen und 2 GWM
über 12 Tage
2. Infiltrationsmenge 69 m³ 0,2 %tige Lösung auch in die
ungesättigte Bodenzone
3. Förderung nach Dispersion der Tensidlösung aus dem
Schrägbrunnen 2
4. pH-Wert in Infiltrationsbrunnen > 11

Infiltrationsmechanismus 2. Anwendung
Tracerdurchbruch nach 12 Tagen

35,0
34,5
34,0
33,5
33,0
32,5
32,0
31,5
31,0
30,5
30,0
Grundwasserstand [m
NN]
Oberflächenspannung in SchrBr 2
18.4 20.4 22.4 24.4 26.4 28.4 30.4 2.5 4.5 6.5 8.5 10.5 12.5 14.5 16.5 18.5 20.5 22.5
GWS
Oberflächenspannung
Oberflächenspannung
[mN/m]
79,0
78,5
78,0
77,5
77,0
76,5
76,0
75,5
75,0
74,5
74,0

ungesättigte Zone
gesättigte Zone
Infiltrationsmechanismus
Infiltrationsmodell
ungesättigte/gesättigte Zone
Tensidlösung
V a
Verdünnung gem. Q(V a)
Infiltration Tensid gut
Schadstofftransport
langsam
Schadstofftransport
schneller
GW-Entnahme
Kapillarsaum

36
34
32
30
28
26
24
22
20
April 18 2007
16
14
12
Grundwasserstand [m NN]
und LHKW [mg/l]
20.000 µg/l
1. kurze Mobilisation
Konzentrationsverlauf 2. Anwendung
2. länger anhaltende Mobilisation
Mobilisate aus ungesättigter Zone
ergänzen gesättigte Zone
18.4 2.5 16.5 30.5 13.6 27.6 11.7 25.7 8.8 22.8 5.9 19.9
GWS
LHKW (Summe)
Förderleistung SchBr 2
Förderleistung [m³/h]
1,2
Nov. 2007
13.000 µg/l
1,1
1,0
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0,0

. Infiltration
Beginn Normalbetrieb Okt. 2006
= erneute Mobilisationsphase
geringe Förderrate
Ergebnisse der 1. + 2. Infiltrationsphase
Realzeitdiagramm
Vergleich 1. + 2. Infiltrationsphase
1. Mobilisierung
= stark
2. Infiltration
SchrBr2
Beginn Normalbetrieb Jul. 2007
= erneute Mobilisationsphase
! !
Nov. 2007
13.000 µg/l

Gemeinsamkeiten bestehen in:
Gemeinsamkeiten 1. + 2. Infiltration
• in einem primären (unmittelbar an die Tensidinjektion folgenden) und
einem sekundären (ca. 1 - 3 Monate später liegenden)
Konzentrationsmaximum von Tetrachlorethen
• der zeitlichen Aufeinanderfolge von Tetrachlorethen (erstes Maximum)
und seines Abbauproduktes cis-DCE (zweites Maximum).

Unterschiede sind erkennbar :
Unterschiede 1. + 2. Infiltration
• im Konzentrationsverhältnis der jeweils erreichten primären und
sekundären Konzentrationsmaxima
• spätes Bodenluftmaximum in der 1. Anwendung
• kein Bodenluftmaximum in der 2. Anwendung
(von September bis November 07 keine Bodenluftabsaugung wegen eines
technischen Defektes>> Maximum später??)

Derzeitige Situation
� Bei Pumpenstart nach ca. 4-wöchigem Anlagen-Stillstand
wird kein Rebound-Effekt beobachtet
alle Schrägbrunnen etwa gleiche Konzentration
� Bodenluftkonzentrationen liegen nach einer Woche Betrieb
deutlich unter den Konzentrationen vor Beginn der 2.
Infiltration (150 mg/m³ - < 50 mg/m³)

Weitere Vorgehensweise
� vorerst Normalbetrieb erreichen und mit früherem
Konzentrationsbild vergleichen
� später alternierende Pumpbetrieb;
unterstützt Diffusion der LHKW aus der ungesättigten Zone

• Mobilisierung von LHKW wurde erreicht
Fazit
• jedoch keine erhöhten Schadstofffrachten erzielt
• durch zweimaligen Tensideinsatz wahrscheinlich
etwas Zeit gespart
• Kosten einer Anwendung entsprachen
den Jahres-Betriebskosten (ca. 60.000 €,
inkl. Brunnenregenerierung)
• hydraulische Eigenschaften des Aquifers
für STL-Verfahren eher ungünstig = k f -Wert (< 1x10 -5 m/s)
• 5 - 10fach besserer k f -Wert (1x10 -4 m/s) wäre ideal;
Verweilzeiten von Tensid dann kürzer
dadurch geringere „bakteriologische Aktivitäten“