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Im Mittelpunkt des Teilprojektes der FSU JENA steht die anwendungsorientierte Forschung zur Bereitstellung von biologisch induzierten Sanierungsmethoden für eine minimal-invasive Remediation. Dabei werden Prozesse der NAIENA in Modellexperimenten entwickelt und am Standort des ehemaligen Gaswerks Eisenach als proof-of-principle eine Anwendung gestützt auf minimal-invasive Horizontalbohrungen erprobt. Die Ergebnisse werden an einem zweiten Standort verifiziert. Die Ergebnisse werden die Partner in die Lage versetzen, realistische und erprobte Handlungsanleitung für die Anwendung von REMINVAS in der Sanierungspraxis bei der Revitalisierung von ökologisch belasteten Standorten zu erstellen. Die uneingeschränkte Publizierbarkeit erlaubt die Verwertung nach der Förderphase auch außerhalb des Projekts. Gleichzeitig wird durch die Einbindung des wissenschaftlichen Nachwuchses die Kompetenz auf dem Gebiet der minimal-invasiven Sanierungsstrategien aufgebaut und in der universitären Lehre weitergegeben. Die für das Forschungsprogramm notwendigen Teilschritte liegen insbesondere in der Identifizierung der benötigten Mikroorgansimen und die Definition der erforderlichen Nährstoffzugabe bzw. Zugabe von Elektronenakzeptoren zur Optimierung von Abbauwegen direkt im Untergrund, ohne dass die Fläche komplett beräumt oder oberflächlich zugänglich sein muss. Dies ist eine Herausforderung, die bisher nicht realisiert wurde. Dabei werden einerseits Sauerstoff für den Abbau der meisten PAKs und BTEX, andererseits Nitrat als KNO3 oder NaNO3 für den Abbau von Ethylbenzol, Toluol und Xylol eingesetzt werden. Es ist also darauf zu achten, dass je nach Standort eine an das Substrat, Porengrößen, Redoxverhältnisse im Aquifer und Schadstoffgemisch Vorgehensweise gewählt wird. Dies ist nicht mit einer standardisierten Vorgehensweise durch käufliche bakterielle Konsortien einer einzigen Lösungsstrategie für alle Anwendungen erreichbar. Daraus lassen sich aus mikrobiologischer Sicht schlüssig viele Fehlschläge in Sanierungsversuchen erklären. Das hier vorgeschlagene Vorgehen zielt darauf ab, bereits an das Schadstoffgemisch und die vorliegenden Bedingungen angepasste Mikroben zu isolieren und dann in kontrollierbaren Verhältnissen zuzuführen. Aus Laborversuchen können die optimalen Bedingungen für die Zugabe von Nährstoffen ermittelt werden.
Ziel ist die Entwicklung neuer Programmmodule zur numerischen Modellierung mikrobieller und chemischer Reaktionen, um die das vorhandene Transportmodell Rockflow erweitert wird. Die Arbeitsschwerpunkte liegen zum einen im Aufbau einer Internetdatenbank. Dazu werden geochemische Aquiferdaten erhoben und mit Hilfe eines chemischen Modells auf ihre Qualität und Eignung für die Datenbank überprüft. Weiterhin sollen die entwickelten Programmmodule und die Datenbank zur Bewertung von Erkundungs-, Sanierungs- und Monitoringstrategien genutzt werden. Dazu werden im numerischen Modell künstliche 'virtuelle Aquifere' entworfen, die von ihrem Aufbau einem realen Aquifer so ähnlich wie möglich sind. Ein Schadensfall kann somit im virtuellen Aquifer untersucht werden. Im Gegensatz zum realen Aquifer lässt sich das Messergebnis mit der tatsächlichen Konzentrationsverteilung im virtuellen Aquifer vergleichen, was die Bewertung des Beprobungssystems und der Beprobungsstrategie ermöglicht. Die mit Hilfe des Modells ermittelten Strategien zur Erkundung und Beprobung von Schadstofffahnen sind auf reale Schadensfälle übertragbar.
Teilprojekt 1: Numerik und Software-Entwicklung für die Prozessmodellierung, internetgestütztes Informationssystem, Erkundung, Datenanlyse und Modellierung . In dem vorgeschlagenen Vorhaben soll ein computer- und internetgestütztes Simulations- und Informationssystems zum Entwurf und zur Bewertung von Erkundungs-, Sanierungs- und Monitoringstrategien im Hinblick auf das NA-Potential (NAP) kontaminierter Böden und Grundwasserleiter sowie das NAP unterstützende Maßnahmen entwickelt werden. Vorgesehen sind drei Arbeitspakete Erstens sollen Berechnungswerkzeuge zur Prozessbeschreibung weiterentwickelt, verknüpft und bereitgestellt werden. In einem fachbezogenen Informationssystem soll zweitens eine Internetdatenbank zum Thema Natural Attenuation/Enhanced Natural Attenuation aufgebaut werden. Drittens geht es um die Anwendung der in den ersten beiden Arbeitspaketen entwickelten Simulations- und Informationssysteme auf virtuelle und ausgewählte reale Schadensfälle. Der Begriff Virtueller Aquifer steht hier als Synonym für die Untersuchung von Aquiferprototypen und Schadstoffgruppen nach realem Vorbild, die an Aquifer-Analogstudien angelehnt sind. Ein wesentlicher Aspekt des Vorhabens ist der universelle Charakter der methodischen Entwicklung ohne Beschränkung auf spezielle Standortstudien aber mit einem hohen Verallgemeinerungsgrad.
Am Standort LEUNA wird ein Referenztestfeld zur Untersuchung beschleunigter natürlicher Schadstoff-Rückhalte- und Abbauvorgänge (Enhanced Natural Attenuation (ENA)) für den Benzininhaltsstoff MTBE eingerichtet. Der Standort Leuna wurde aufgrund seines guten Erkundungsgrades und der starken Kontamination an Mineralölkohlenwasserstoffen einschließlich MTBE ausgewählt. Im Vordergrund des Verbundprojektes stehen die Fragen der praktischen Implementierung des 'ENA'-Konzepts, für welches Empfehlungen erarbeitet werden sollen. Im Projekt wird untersucht, inwieweit natürliche Abbauprozesse die Selbstreinigung von Grundwasserleitern bei schwer abbaubaren Substanzen unterstützen können und welche effektiven Eingriffe notwendig sind, um einen hinreichenden Schutz des Grundwassers zu gewährleisten. Durch die gezielte Zudosierung von z.B. Elektronenakzeptoren, Nährlösungen, Katalysatoren, aber auch Mikroorganismen in neu zu konzipierende Konditionierungseinheiten geht es darum, die natürlich ablaufenden Prozesse im Grundwasserleiter zu unterstützen und zu beschleunigen. Bei den Konditionierungseinheiten handelt es sich um eine Pilotanlage, die im wesentlichen eine hydraulisch passive Fassung des kontaminierten Grundwassers, einen mikrobiologischen Abbau der Schadstoffe durch die Zugabe bzw. Behandlung mittels reaktiver Substanzen und eine anschließende unterstromige Infiltration des konditionierten Wassers erlaubt. Dabei wird der unterstromige Grundwasserleiter als Reaktionsraum genutzt. Im beantragten Projekt wird MTBE als schwer abbaubare Modellsubstanz genutzt, jedoch sind die Ansätze zur Problemlösung auch auf andere Substanzen und somit andere Schadensfälle, wo der ENA-Ansatz möglich ist, anwendbar. Da in Deutschland kaum umweltrelevante Daten zum möglichen Ausmaß an MTBE-Kontaminationen existieren, werden im Projekt auch MTBE-Verunreinigungen untersucht und es werden geeignete Modelle entwickelt, die Auskünfte zum MTBE-Transport in und zwischen den einzelnen Umweltkompartimenten geben. Die mikrobiologischen Teilprojekte sind in zwei Projektphasen konzipiert. In der einführenden Laborphase werden mikrobiologische Tests durchgeführt, um die grundlegenden Abbaubedingungen zu simulieren. In der darauffolgenden Pilotphase werden die Ergebnisse auf das Feld übertragen und in den Konditionierungseinheiten getestet und optimiert. Diese Phase wird von weiteren Laboruntersuchungen begleitet. Ein Teilprojekt beschäftigt sich mit Laboruntersuchungen zum chemischen Abbau von MTBE. Biogeochemische und hydraulische Untersuchungen am Standort werden in den weiteren Teilprojekten des Verbundes durchgeführt und durch prozessbezogene Detailmodellierungen unterstützt. Alle Teilprojekte werden einen Beitrag bei der Erstellung des Leitfadens leisten.
Heterozyklische Kohlenwasserstoffe sind toxische und z.T. kanzerogene Verbindungen, die relativ persistent gegenüber einem biologischen Abbau sind und wegen ihrer hohen Mobilität lange Schadstofffahnen im Grundwasser bilden. Feldbeobachtungen zeigen, dass natürliche Abbau- und Rückhalteprozesse bei den Heterozyklen für eine 'Sanierung' nicht ausreichen, so dass bei vielen Standorten eine Stimulation des Bioabbaus notwendig sein wird (Enhanced Natural Attenuation). Dazu soll ein Injektionsverfahren entwickelt werden, das eine optimale Vermischung von Elektronenakzeptoren mit dem Grundwasser erlaubt. Die Mischprozesse sollen im Detail in VEGAS anhand eines bereits existierenden Rinnenexperimentes detailliert untersucht und numerisch simuliert werden. Die Quantifizierung des Selbstreinigungspotentials für Heterozyklen soll in der vom Gaswerk Gaisburg ausgehenden Schadstofffahne erfolgen. Dazu muss zunächst die Analytik für Heterozyklen optimiert werden. Das Projekt soll, wenn sich die Injektionstechnik im Demonstrationsprojekt in VEGAS bewährt, in einer 2. anschließenden Phase unter Einbeziehung von Behörden und Standortbetreibern im Feld eingesetzt und weiter optimiert werden.
Am Standort LEUNA soll ein Referenztestfeld zur Untersuchung beschleunigter natürlicher Schadstoff-Rückhalte- und Abbauvorgänge (Enhanced Natural Attenuation) für die refraktäre Substanz MTBE eingerichtet werden. Im Vordergrund stehen die Fragen der praktischen Implementierung des 'Enhanced-Natural-Attenuation'-Konzepts, für welches Empfehlungen erarbeitet werden sollen. Im Projekt wird untersucht, inwieweit natürliche Abbauprozesse die Selbstreinigung von Grundwasserleitern bei refraktären Substanzen unterstützen können und welche effektiven Eingriffe notwendig sind, um einen hinreichenden Schutz des Grundwassers zu gewährleisten. Durch die gezielte Zudosierung von Stoffen geht es darum, die natürlich ablaufenden Prozesse im Grundwasserleiter zu unterstützen und zu beschleunigen. Dabei wird der Grundwasserleiter als Reaktionsraum genutzt. Im beantragten Projekt wird MTBE gewissermaßen als refraktäre Modellsubstanz genutzt, jedoch sind die Ansätze zur Problemlösung auch auf andere refraktäre Substanzen und somit andere Schadensfälle, wo der Enhanced-Natural-Attenuation-Ansatz möglich ist, anwendbar.
Im Projekt METLEN werden dem Grundwasser am Referenztestfeld Leuna über Konditionierungsbauwerken Elektronenakzeptoren, -donatoren, Nährlösungen, Katalysatoren und Mikroorganismen zudosiert, um den natürlichen Abbau von MTBE anzuregen. Entsprechend des 'Enhanced Natural Attenuation' Konzepts wird der Grundwasserleiter im Abstrom der Bauwerke als Reaktionsraum verwendet. Zur Beurteilung der im Abstrom der Konditionierungsbauwerke ablaufenden Reaktionen ist eine hydrochemische, petrografische und mineralogische Charakterisierung des Reaktionsraums Aquifer erforderlich. Ziel ist die Quantifizierung des mikrobiellen Abbaus von MTBE und anderer organischer Kontaminanten im Abstrom und die Unterscheidung des mikrobiellen Abbaus von anderen Prozessen wie Absorption und Vermischung. Für die langfristige Funktionsweise des Sanierungskonzepts müssen auch Sekundärprozesse betrachtet werden, wie chemische Reaktionen, die bei Einleitung des chemisch veränderten Wassers in den Grundwasserleiter ablaufen. Die Wechselwirkungen zwischen Gestein und Grundwasser, wie z.B. die Fällung von Mineralen und das damit möglicherweise verbundene Verstopfen des Porenraumes, werden im Referenztestfelde und in Säulenversuchen untersucht. Die Auswertung der Laborversuche und der Feldmessungen wird durch Rechnungen mit geochemischen Gleichgewichtsmodellen unterstützt.
Natürliche Abbau- und Rückhalteprozesse bei Heterozyklischen Kohlenwasserstoffen sind für eine 'Sanierung' oft nicht ausreichend, so dass bei vielen Standorten eine Stimulation des Bioabbaus notwendig sein wird ('Enhanced Natural Attenuation'). Ziel dieses Projektes ist es, Analyseverfahren für Heterozyklen zu optimieren, das Selbstreinigungspotential in-situ zu quantifizieren und Möglichkeiten zur gezielten Stimulation des mikrobiellen Abbaus zu untersuchen. Parallel dazu werden Verfahren entwickelt, die es erlauben, zur Stimulation des Bioabbaus geeignete Lösungen so in den Untergrund zu injizieren, dass eine optimale Vermischung mit der Schadstofffahne gewährleistet wird. Am TZW ist folgende Arbeitsplanung vorgesehen: Batchexperimente zur Quantifizierung der natürlichen Abbauprozesse von Heterozyklen unter aeroben und anaeroben Bedingungen, Säulenexperimente zur gezielten Stimulierung des biologischen Heterozyklenabbaus, VEGAS-Experiment gemeinsam mit der Uni Tübingen und Uni Stuttgart. Es wird erwartet, dass durch dieses Vorhaben bisher kaum beachtete, aber z.T. kanzerogene Stoffe im kontaminierten Grundwasser mit verhältnismäßig geringen Kosten behandelt werden können.
Heterozyklische Kohlenwasserstoffe sind toxische und zum Teil kanzerogene Verbindungen, die bei Teerölkontaminationen des Untergrundes im Grundwasser auftreten, derzeit aber noch nicht routinemäßig untersucht werden. Die bisherigen Felddaten deuten auf eine Persistenz bei gleichzeitig hoher Mobilität hin, so dass lange Schadstofffahnen im Grundwasser entstehen. Im Rahmen dieses Projektes, das Bestandteil des BMBF-Förderschwerpunktes KORA ist, wird der mikrobielle Abbau von heterozyklischen Kohlenwasserstoffen unter verschiedenen Redoxbedingungen, wie sie in der Abstromfahne von Altlasten in der Praxis auftreten, untersucht. Da die natürlichen Abbau- und Rückhalteprozesse für eine Elimination oft nicht ausreichen, soll der mikrobiologische Abbau gezielt intensiviert werden. Das Konzept sieht vor, die Stimulierbarkeit des Abbaus durch Sauerstoff und Nährstoffdosierung zu prüfen sowie ein effizientes in-situ-Injektionsverfahren zu entwickeln. Der Abbau wird anhand definierter Schadstoffgemische und in Mikrokosmen mit kontaminiertem Grundwasser von Altlastenstandorten beurteilt.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 12 |
| Land | 1 |
| Wissenschaft | 5 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 12 |
| Text | 1 |
| License | Count |
|---|---|
| Geschlossen | 1 |
| Offen | 12 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 13 |
| Englisch | 3 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Keine | 7 |
| Webseite | 6 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 13 |
| Lebewesen und Lebensräume | 13 |
| Luft | 13 |
| Mensch und Umwelt | 13 |
| Wasser | 13 |
| Weitere | 13 |