Das Projekt "Feste Wärmequellen im Grundwasser - F & E SERDP - USA" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Institut für Wasserbau durchgeführt. Aufbauend auf den Erkenntnissen im F&E Projekt THERIS und dem erfolgreichen Einsatz dieses thermischen In-situ-Sanierungsverfahrens in der Praxis bei der Sanierung der ungesättigten Bodenzone, wurden durch das SERDP-Projekt die Grundlagen geschaffen für den Einsatz Fester Wärmequellen (elektrisch betrieben Heizelemente) zur thermischen Sanierung der gesättigten Bodenzone (Grundwasserleiter). Hierzu wurden Experimente auf kleiner und technischer Skala (u.a. Küvetten- und Großbehälterexperimente) aber auch begleitende numerischer Simulationen (durch den Projektpartner aus USA) durchgeführt, die u.a. zu einem guten Verständnis der Prozesse führten. Für die Untersuchungen im Technikumsmaßstab wurden zwei VEGAS-Großbehälter in Anlehnung an frühere Untersuchungen (THERIS) mit einer ungesättigten und gesättigten Bodenzone aufgebaut. Der Aufbau realisierte einen zweischichtigen, gespannten, mitteldurch-lässigen Aquifer (kf 10-6 bis 10-5 m/s), der von einer gut durchlässigen ungesättigten Zone überlagert wurde. Für die Sanierungsuntersuchungen wurden definierte Schadstoffquellen von Tetrachlorethen (PCE) eingebracht. Durch die Untersuchungen wurden die Sanierungsrandbedingungen und -möglichkeiten quantifiziert. Es wurde gezeigt, dass mit festen Wärmequellen eine gesättigte, gering durchlässige Schicht (Aquitard) effizient gereinigt werden kann, wenn der infolge der Erwärmung in situ erzeugte Dampfraum so gestaltet wird, dass der Schadstoffherd von außen nach innen aufgeheizt wird und dieser Bereich von der Bodenluftabsaugung erfasst wird. Zudem sollte ein besonderes Augenmerk auf eine angemessen hohe Energiedichte, z.B. mind. 8 kW je m3 behandelten Bodens gelegt werden. Je zügiger die Erwärmung erfolgt, umso gesicherter erfolgt der gasförmige Schadstofftransport. Befindet sich der Schadensherd allerdings vor der Dampffront, kann es zu einer unerwünschten Verfrachtung der auskondensierenden, flüssigen Schadstoffe durch die Kumulation des kondensierten Schadstoffs an der Dampffront kommen. Die organische Phase wird dann von der Dampffront verdrängt, anstatt den Schadstoff zu verdampfen. Über die Bodenluftabsaugung kann dann nicht mehr zwangsläufig eine effiziente Reinigung gewährleistet werden. Allerdings wurde dieser Effekt unter den Randbedingungen im technischen Maßstab nur in geringem Maße beobachtet. Bei Feldanwendungen ist zudem zu beachten, dass der thermisch zu sanierende Bereich deutlich größer ist und Effekte am Rand des Sanierungsbereichs daher einen geringeren Einfluss auf den gesamten Sanierungserfolg haben. Wichtig sind daher die Planung der Randlage der Heizelemente und die zügige Erwärmung des Bereichs außerhalb der eigentlichen Schadensquelle. Insgesamt zeigten die Untersuchungen, dass ein Einsatz fester Wärmequellen zur Quellensanierung in der gesättigten Zone vielversprechend sein kann.
Das Projekt "In-Situ-Sanierung eines BTEX-Schadens im Grundwasser auf dem Gelaende eines ehemaligen Gaswerkstandortes" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bochum, Fakultät XVII für Geowissenschaften, Institut für Geologie, Mineralogie und Geophysik, Lehrstuhl Geologie 3 Angewandte Geologie durchgeführt. Durch den Betrieb und kriegsbedingte Zerstoerungen gelangten BTEX-Aromaten (z.B. Benzol, Tuluol, Ethylbenzol und Xylol) im Bereich einer ehemaligen Benzolfabrik in den sandig-kiesigen Grundwasserleiter und bildeten dort eine ca. 500 m lange Belastungsfahne mit einer maximalen BTEX-Konzentration von 100 mg/l aus. Die durchgefuehrten Untersuchungen im ungesaettigten und gesaettigten Bereich des Grundwasserleiters geben Aufschluss ueber die mikrobiologischen und hydrochemischen Vorgaenge im belasteten Grundwasser. Diese Kenntnis bildet die Grundlage fuer eine geplante In-Situ-Sanierung durch Zufuhr von im Wasser geloesten Oxidationsmitteln.
Das Projekt "Teilprojekt 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von RWTH Aachen University, Uniklinik, Forschungszentrum für Elektro-Magnetische Umweltverträglichkeit, Institut für Hygiene und Umweltmedizin durchgeführt. Risk AGuA. Das Forschungsverbundvorhaben RiskAGuA beinhaltet vier Teilprojekte, in denen jeweils mindestens zwei verschiedene Fachdisziplinen aus den drei beteiligten Universitäten interdisziplinär zusammenarbeiten. Arbeitsschwerpunkte: - Screening-Programm zur Bestimmung des Ausmaßes der Ausbringung und der Persistenz von Veterinärpharmaka, pathogenen Mikroorganismen und deren Resistenzen über die Gülleverwertung und die Verteilung in den Umweltkompartimenten Boden, Grund- und Oberflächenwässer - Analyse von natürlichen Ausbreitungsbarrieren (Boden, Grund- und Oberflächengewässer). - Schaffung künstlicher Barrieren wie Biogas-, weitergehende Abwasser- und Abfallanlagen, die neben Energiegewinnung eine weitergehende Rückhaltung und Abtrennung von wassergefährdenden Stoffen sowie ein Nährstoffrecycling ermöglichen. - Etablierung, Weiterentwicklung und Optimierung dezentraler biotechnologischer Verfahren, welche die aus Gülleverwertung (direkte Ausbringung, Biogasproduktion; Ausbringung, weitergehende Behandlung; Ausbringung) stammende Belastung von Boden, Grund- und Oberflächenwasser mit Makroschadstoffen, veterinärpharmakologischen Spurenstoffen und pathogenen Mikroorganismen verringern. - Modellierungen der Grundwasserströmungs- und Stofftransportprozesse in der ungesättigten und gesättigten Bodenzone sollen die Wirkzusammenhänge zwischen Emission und Folgen für den Wasserkreislauf aufzeigen. - Ableitung von Risikomanagement/Handlungsdirektiven sowie deren Vermittlung an die Agrarwirtschaft.
Das Projekt "Entwicklung eines Simulationstools zur Prognose der Ausbreitung und des Abbaus von Schadstoffen in der gesättigten und der vadosen Zone" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Erlangen-Nürnberg, Institut für Verfahrenstechnik, Lehrstuhl für Umweltverfahrenstechnik und Recycling durchgeführt. Ziel ist dabei unter anderem, eine Datenbasis für die Modellierung des Schadstoffabbaus und der Schadstoffausbreitung zu schaffen, die in ein sechstes Teilprojekt einfließt. Dieses wird von Mitarbeitern der Professoren Knabner und Rüde bearbeitet und befasst sich standortübergreifend mit der mathematischen Modellierung von Transport-, Rückhalte- und Abbauprozessen mittels moderner und effizienter Verfahren. Für die numerische Simulation wird ein Prognoseinstrument entwickelt, das belastbare Risikoeinschätzungen liefern soll. Aufgrund der anspruchsvollen Struktur der Probleme - Systeme von gekoppelten, nichtlinearen partiellen Differentialgleichungen - werden auch Techniken der Höchstleistungssimulation eingebracht. An jedem untersuchten Standort soll das Verständnis der im Untergrund ablaufenden Prozesse so vertieft werden, dass nicht nur der momentane Zustand beschrieben werden kann, sondern auch langfristige Prognosen möglich sind. Angesichts von rund 13300 altlastverdächtigen Flächen in Bayern ist es von großer volkswirtschaftlicher Bedeutung, neben der Entwicklung von kostengünstigen und praxisorientierten Technologien zur Altlastensanierung die natürlichen Selbstreinigungskräfte der Umwelt zu nutzen. Um angemessen handeln zu können, brauchen Behörden und andere Entscheidungsträger eine zuverlässige Antwort auf die Frage: Wie groß ist das natürliche Potenzial eines Altlastenstandortes, sich selbst zu reinigen?
Das Projekt "Teil B: Solubilisierung und kontrollierte Mobilisierung von CKW" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Institut für Wasserbau durchgeführt. Ziel dieses Projektes ist es, eine innovative In-situ-Sanierungstechnologie zu entwickeln, um CKWs effizient aus der gesättigten Bodenzone zu entfernen. Durch gezielte Injektion mittels eines Grundwasserzirkulationsbrunnens (GZB) soll ein Alkoholcocktail in den Boden injiziert werden und den kontaminierten Bereich durchströmen, so dass der Schadstoff durch Solubilisierung und kontrollierte Mobilisierung anschließend aus dem Grundwasserleiter entfernt werden kann. Das Institut für Hydromechanik der Universität Karlsruhe (IfH) beschäftigt sich dabei mit der 'Hydraulischen Steuerung der gezielten Alkoholinjektionen' mittels eines Grundwasserzirkulationsbrunnens. Am Institut für Wasserbau der Universität Stuttgart wird die 'Solubilisierung und kontrollierte Mobilisierung von CKW' untersucht. Basierend auf verschiedenskaligen Versuchen und mit Unterstützung numerischer Simulationen soll eine effiziente Sanierungstechnologie entwickelt werden. In Batch- und Säulenversuchen wurde ein geeigneter Alkholcocktail ausgewählt und sein Verhalten im Boden und sowie in Bezug auf den Schadstoff untersucht. Rinnen- und großskalige Behälterversuche dienten dazu das hydraulische System während der Alkoholspülung weiter zu erforschen, um die Sanierungsdauer abzuschätzen zu können. Die verschiedenskaligen Versuche dieten zudem der Weiterentwicklung von Partitioning Tracer Tests (PTT) zur Detektion von DNAPL Schadensherden. Die aus den Versuchen gewonnen Daten wurden zur Weiterentwicklung des numerischen Modells MUFTE (Multiphase Flow, Transport and Energy Model - Unstructured Grid) verwendet. Dabei wurden Gleichungen für die relevanten Einflussparameter des 2-Phasen / 4- Komponenten-Gemisches abgeleitet (Dichte-, Viskositätsänderung, Phasenübergänge und Änderung der Grenzflächenspannung), die in das numerische Modell implementiert wurden. Ferner wurde einem Großversuch im VEGAS-Blockmodell (Länge: 9 m, Breite: 6 m, Höhe: 4,5 m) durchgeführt. Hierbei wurden in einem Bereich von ca. 1,5 m * 0,7 m* 0,9 m (L*B*H) 15,36 kg (= 9,5 l) PCE eingebracht. Bei einer Porosität von 0,33 ergab dies eine mittlere Schadstoffsättigung von 3% des Porenraums. Durch den Schadensherd wurde ein Grundwasserzirkulationsbrunnen (GZB) gerammt. Über diesen GZB wurde zunächst ein Alkoholcocktail, bestehend aus 54% 2-Propanol, 23% Wasser und 23% 1-Hexanol, mit einer Pumprate von 540 l/h über 8 Stunden zugegeben. Anschließend wurde eine Wasser / Propanol Mischung mit einer Pumprate von 330 l/h über 6 Stunden zugegeben, bevor 12 Stunden lang mit der selben Pumprate Wasser in das Blockmodell injiziert wurde. Die Versuchsdauer betrug insgesamt 26 Stunden. Durch diese Alkoholspülung konnte der Schadstoff PCE innerhalb kurzer Zeit sicher und effizient aus dem künstlichen Aquifer entfernt werden. Der nächste Schritt ist die Übertragung der gewonnen Kenntnisse auf einen realen Schadensfall (Pilotprojekt).
Das Projekt "Effective soil parameters for seepage and flow processes with nonaquous phase liquids" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Institut für Wasser- und Umweltsystemmodellierung durchgeführt. Ziel des beantragten Projektes ist die Entwicklung von vereinfachten Modellen zur Beschreibung von Strömungsprozessen mehrerer nichtmischbarer Fluide in trockenen, teilgesättigten oder gesättigten heterogenen porösen Medien. Solche Modelle werden für die Schadensabschätzung und Sanierung von kontaminierten Böden und Grundwasserleitern gebraucht. Eine explizite Modellierung der räumlich heterogenen Bodenparameterverteilung ist in der Regel nicht möglich, zum einen, da die Verteilung im Detail nicht bekannt ist, zum anderen aus rechentechnischen Gründne. Um den Strömungsprozess vereinfacht darzustellen, wird der Fliessprozess als einer in einem äquivalenten homogenen Medium beschrieben, wobei die Auswirkungen der Heterogenitäten in s.g. effektiven Bodenparametern, die dem äquivalenten homogenen Medium zugeordnet werden, erfasst werden. Der Vergleich von existierenden äquivalenten homogenen Modellen mit Feld- und Laborexperimenten zeigt meist keine gute Übereinstimmung. Für Anwendungsfälle mit kontaminierten Böden werden solche Modelle jedoch benötigt. Im beantragten Projekt möchten wir zur Überbrückung dieser Diskrepanz beitragen. Wir möchten uns auf die Versickerung von verschiedenen Fluiden in einem trockenen und teilweise mit Wasser gesättigten Boden konzentrieren und anschliessend Verdrängungsprozesse von nicht mischbaren Fluiden untersuchen. Wegen der Komplexität solcher Mehrphasen-Fliessrozesse soll das Problem mit verschiedenen Methoden untersucht werden. Zum einen sollen effektive Parameter analytisch berechnet werden, wobei Gebrauch von einem stochastischen Ansatz zur Beschreibung der Heterogenität der Bodenparameter gemacht werden soll. Die getroffenen Vereinfachungen als auch die äquivalten homogenen Modelle sollen anhand von numerischen Simulationen geprüft und auf ihre Plausibilität hin getestet werden. Anhand von Experimenten sollen stochastisch Eigenschaften der Bodenparameter getestet und quantifiziert werden, die dann in den analytischen und numerischen Modellen verwendet werden sollen.
Das Projekt "Raum-Zeit Dynamik von Wasserspeicherung,-mischung und -Freisetzung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Freiburg, Institut für Geo- und Umweltnaturwissenschaften, Professur für Hydrologie durchgeführt. Wasserspeicherung, -mischung und -freisetzung zählen zu den Kernfunktionen von Einzugsgebieten. Noch immer ist wenig über den Zusammenhang zwischen Wasserspeicher-Dynamik (räumlich, zeitlich) und Einzugsgebiets-Prozessen bekannt. Dazu werden Daten der ungesättigten und gesättigten Zone von 46 Cluster-Standorten im Attert-Einzugsgebiet in Luxemburg ausgewertet. Zusammen mit bodenphysikalischen Daten und Informationen über Makroporen und Fließpfade (Farbtracer), wird versucht Aussagen über Infiltrationsprozesse zu treffen. Diese sollen in Abhängigkeit der Vorfeuchte und der Niederschlagsintensität charakterisiert und diese Ergebnisse mit einer bodenhydrologischen Kartierung verglichen werden. Mit dem Modell RoGeR (runoff generation research model) werden die hydrologischen Charakteristiken und Abflussbildungsprozesse der Standorte untersucht und die Ergebnisse genutzt, um fehlende relevante Prozesse und Parameter des Systems zu erkennen.
Das Projekt "Langfristige Entwicklung der Stickstoffvorräte in den Waldböden Baden-Württembergs" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forstliche Versuchs- und Forschungsanstalt Baden-Württemberg durchgeführt. Die 2. Bundesweite Bodenzustandserfassung (BZE)g im Wald hat gezeigt, dass die Stickstoffvorräte im Boden in den vergangenen ca.1 5 Jahren seit der ersten Erhebung im Landesmittel um ca. 68 kg N/ha*a (Humusauflage und Mineralboden bis 30cm) abgenommen haben. Die Ursachen für diesen starken Rückgang, der weit über dem bundesweiten Durchschnitt liegt, können auf der Datengrundlage der BZE nicht hinreichend geklärt werden. Es ist zu vermuten, dass Temperaturanstieg und Waldumbau zu einer erhöhten Mineralisierung organischer N-Verbindungen geführt haben. Die stark rückläufigen N-Vorräte können im Wesentlichen auf die folgenden N-Senken zurückgeführt werden: (1) Fixierung in der (Holz)Biomasse, (2) Austrag mit dem Bodensickerwasser, (3) Austrag gasförmiger N-Verbindungen. Vor dem Hintergrund der aktuellen Diskussionen um eine Novellierung der Critical Loads für Stickstoff ist es wichtig zu verstehen, inwieweit (N-gesättigte) Böden über den Sickerwasseraustrag zur N-Bilanz von Grund- und Oberflächenwasser beitragen. Auf den Intensivmonitoringflächen der Abteilung Boden und Umwelt liegen umfangreiche Messdaten vor, auf deren Basis die Ursachen für den N-Vorratsabbau untersucht werden können. Hier sollen langjährigen Messreihen der Bodenwasserkonzentrationen, der Bodenluftzusammensetzung und des Baumwachstums verwendet werden, um mittels gekoppelter Modellierung von Wasser- und N-Kreislauf die Transportbilanzen für Stickstoff Richtung Biomassefixierung, Entgasung und Sickerwasseraustrag zu quantifizieren.
Das Projekt "Verfahrensentwicklung und modellhafte Sanierung eines LHKW-Schadens mittels mikrobiologischer in situ-Technik" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von BioSoil Deutschland GmbH durchgeführt. Ziel: Durch BioSoil wurde ein Verfahren für die anaerobe Dehalogenierung von LHKW entwickelt. Das Verfahren ist international patentrechtlich geschützt. Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurde die Leistungsfähigkeit des Verfahrens unter besonderen Bedingungen an einem Standort demonstriert. Es handelt sich um das Chemikalienlager eines ehemaligen Garnisonsgeländes in Halle/Saale. Der Boden und das Grundwasser sind mit dem Schadstoff Trichlorethen kontaminiert. Beschreibung: Das Verfahren von BioSoil nutzt die natürlichen mikrobiellen Mechanismen zum Abbau von leichtflüchtigen chlorierten Kohlenwasserstoffen (LHKW). Durch einen gesteuerten Ablauf mikrobieller Vorgänge, dem Prozess der reduktiven Dehalogenierung, erfolgt die Dekontamination im Grundwasser in-situ. Die gesättigte Bodenzone wird damit in einen Bioreaktor umgewandelt. Die reduktive Dehalogenierung von leichtflüchtigen chlorierten Kohlenwasserstoffen (LHKW) verläuft über zwei Stufen bevorzugt unter sulfatreduzierenden Bedingungen nach dem folgenden Reaktionsschema (Abb.1): Tetrachlorethen (PER) und Trichlorethen (TRI) werden über die erste Stufe zu cis-Dichlorethen (cisDCE) umgesetzt. In der zweiten Stufe wird cisDCE über Vinylchlorid (VC) zu Ethen/Ethan umgewandelt. Für den Abbau von PER und TRI zu Ethen/Ethan wird unter sulfatreduzierenden Bedingungen ein Substrat von den abbauenden Mikroorganismen benötigt. Das Substrat liefert den Elektronendonor, der für eine reduktive Dehalogenierung notwendig ist. Durch BioSoil wurde für das beschriebene Reaktionsschema ein hochwirksames Substrat entwickelt. Die Maßnahme zur Schaffung der erforderlichen Bedingungen für die Dehalogenierung von LHKW setzt die gezielte Zugabe dieses Substrats im kontaminierten Abschnitt im Grundwasser voraus. Dafür ist die Installation von Infiltrations- und Entnahmefiltern erforderlich. Die Systemfilter werden oberirdisch an Förderpumpen angeschlossenen und über eine Sanierungsanlage betrieben. Das reinfiltrierte Grundwasser wird als Transportmedium für die zugeführten Hilfsstoffe genutzt. Geologie des Projektgeländes: Über stauenden Verwitterungsschichten bildet sich ein niederschlagsabhängiger Horizont (mit Hangwasser) mit demnach unregelmäßiger und gering ergiebiger Wasserführung. Der Horizont besteht aus einem mäßig bis nahezu undurchlässigem tonigen Schluff. Im Labor wurden Durchlässigkeiten bis zu 10-8m/s ermittelt. Ergebnisse: Bei Pumpversuchen wurden im Schadenszentrum vor Beginn der Sanierungsmaßnahme maximal 120.000 myg/l TRI im Grundwasser analysiert. Im Verlauf des ersten Sanierungsjahres wurde im Schnitt für TRI 60.000 myg/l gemessen. Im zweiten Sanierungsjahr fielen die Werte für Trichlorethen auf ca. 10.000 myg/l. In der Zusammensetzung der LHKW konnte eine fortschreitende Metabolisierung nachgewiesen werden. Bereits im Verlauf des ersten Sanierungsjahres hatte cis-DCE einen Anteil von ca. 50 Prozent an der Summe LHKW, dieser erhöhte sich im zweiten Jahr auf ca. 90 bis 100 Prozent. usw.
Das Projekt "Dynamik reaktiver und inerter Gase in Bodenluft und Grundwasser im Kontext der Bestimmung von Edelgastemperaturen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Heidelberg, Institut für Umweltphysik durchgeführt. Im Grundwasser gelöste (Edel)gase sind bewährte Tracer zur Datierung sowie zur Rekonstruktion von Klimabedingungen in der Vergangenheit. Edelgasstudien der letzten Jahre haben gezeigt, dass ein besseres Verständnis der die Gasgehalte bestimmenden Prozesse bei der Grundwasserneubildung notwendig ist - insbesondere in Hinblick auf die Nutzung von Edelgasen im Grundwasser in der Paläoklimaforschung. In dieser Studie soll daher unter verschiedenen hydrogeologischen und klimatischen Bedingungen die Bedeutung reaktiver Gasprozesse im Untergrund empirisch sowie mit Hilfe von Modellanalysen untersucht werden. Zur Ableitung möglichst allgemeingültiger Rückschlüsse umfasst das Projekt die Einrichtung und anschließende Beprobung von insgesamt 4 verschiedenen Messstellen. Ein detailliertes Verständnis der Wechselwirkung zwischen ungesättigter und gesättigter Bodenzone erfordert die Erhebung eines breiten Spektrums physikalischer und chemischer Parameter. Zwei der Messstellen sollen der Langzeituntersuchung der Gaszusammensetzung von Bodenluft und Grundwasser dienen. Eine weitere Messstelle soll vor allem die Erforschung des bislang noch kaum systematisch untersuchten Phänomens der Grundwasserentgasung ermöglichen. Die vierte Messstelle soll schließlich in einer tropischen Klimaregion eingerichtet werden, um den Einfluss erhöhter Niederschlagsmengen und biologischer Aktivität im Boden zu untersuchen. Die systematisch gesammelten Daten sollen in erster Linie eine Bewertung der Anwendbarkeit sowie gegebenenfalls eine Erweiterung der derzeit diskutierten Modelle für Edelgasgehalte im Grundwasser ermöglichen. Diese Modelle sind von grundlegender Bedeutung für die Methode der Edelgasthermometrie, aber auch wichtig für die Anwendung von Gastracern zur Grundwasserdatierung. Über dieses Anwendungsgebiet hinaus sind die Ergebnisse dieser Studie von Bedeutung für ein besseres Verständnis der für Gase relevanten biogeochemischen und physikalischen Prozesse im Untergrund. Hiermit spricht die Studie ein breites Forschungsgebiet mit praktischer Relevanz an, insbesondere im Hinblick auf Gasreaktionen und -transport an kontaminierten Standorten und bei Sanierungsmaßnahmen.