WO2011117235A1 - Method for the infiltration of reactive substances for in-situ groundwater treatment - Google Patents
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Classifications
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- C02F2103/00—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
- C02F2103/06—Contaminated groundwater or leachate
Definitions
- the invention relates to a process for the infiltration of reactive substances for in situ groundwater treatment.
- the method is suitable for use in the treatment of groundwater with substances contained therein, e.g. dissolved iron and thus for in situ treatment of groundwater and for use in the treatment of groundwater with contaminants contained therein, and thus for in situ remediation of groundwater.
- groundwater treatment is understood to mean the treatment of groundwater as well as the groundwater remediation. The infiltration of the reactive substances initiates groundwater treatment.
- infiltration means the introduction of substances, in particular reactive substances, into the groundwater.
- the purpose of the reactive substances is to initiate and maintain physicochemical and / or biochemical processes in which the substances to be treated are reduced to a predetermined target value (target concentration).
- DE 10 2009 038 017.5 discloses a method for determining the microbial degradation rate of the first order in a laboratory experiment designed in close proximity to nature. In it, the natural degradation processes are simulated in several different series-connected reactors containing a soil sample. The method makes it possible to obtain a reliable prognosis of the natural substance degradation processes in groundwater. It is also possible with this method to predict which amount of reactive substances must be supplied for a desired substance degradation.
- DE 3938844 AI describes a process for the distribution of reactive substances in a groundwater stream for the purification of groundwater.
- the aim of the method disclosed therein is pulsed to enter one or more substances in the groundwater area and to mix this with the natural groundwater quickly and evenly using the hydrodynamic dispersion so that after a flow of 100 m already homogeneous mixture is visible.
- the amount of reactive substances, such as ethanol, is calculated before infiltration. The calculation is carried out solely taking into account the physicochemical and / or biochemical processes in the groundwater with reference to the usable porosity, which is also referred to as hydraulically effective porosity or mobile porosity. In this case, any side reactions are not taken into account.
- EP 1169271 B1 discloses a process for the in situ treatment of tert-butyl methyl ether (MTBE) or tert-butyl alcohol-containing (TBA) groundwater.
- MTBE tert-butyl methyl ether
- TBA tert-butyl alcohol-containing
- a microbial culture growing under aerobic conditions is infiltrated into the groundwater, which is capable of decomposing MTBE and / or TBA.
- an oxygen-containing gas is introduced in pulsed injections into the groundwater to ensure the growth of microorganisms.
- the amount of oxygen to be infiltrated is controlled on the basis of in situ oxygen measurements, whereby the calculation of a respective minimum volume of oxygen per injection takes place solely on the basis of the total volume consideration of the substrate to be treated.
- the final concentration of the infiltrated reactive substances in the treated groundwater is unpredictable.
- the observance of a limit concentration of the reactive substances in the treated groundwater is an essential aspect of groundwater treatment. It is therefore not possible to exclude groundwater contamination by reactive substances used for in situ treatment in previous methods.
- the object is achieved by a method for infiltration of reactive substances for in situ groundwater treatment within a reaction zone of a porous aquifer whose pore volume from a pore volume fraction (mobile porosity or usable porosity, also referred to herein as “hydraulically effective porosity”) and a no or only slightly traversed pore volume fraction (immobile porosity, also referred to herein as “hydraulically low effective porosity”) composed.
- mobile porosity or usable porosity also referred to herein as "hydraulically effective porosity”
- immobile porosity also referred to herein as “hydraulically low effective porosity”
- the infiltration of the reactive substances takes place via infiltration devices, as known from the prior art.
- the infiltration is carried out in a regime of at least one conditioning phase and then at least one management phase.
- the conditioning phase for the initial enrichment of the reactive substances within the entire pore volume of the aquifer to a previously defined final concentration and for the initial reduction of substances to be treated groundwater to a previously defined target concentration.
- the management phase serves to maintain the final state of the conditioning phase.
- the calculation of the amount of reactive substance to be infiltrated within the conditioning phase takes place under consideration
- the calculation of the amount of reactive substances to be infiltrated in the management phase takes place taking into account: the diffusive and flow-related mass transfer processes in the groundwater between the hydraulically active and hydraulically low porosity of the aquifer and the consumption of the reactive substances in the groundwater treatment of the inflowing groundwater.
- the infiltration of the reactive substances takes place in the following steps:
- conditioning phase infiltration of the reactive substances in at least the calculated amount of substance for the conditioning phase
- management phase
- the invention is based on the observation of the inventors that the previously observed excess consumption of reactive substances in the infiltration compared to the planning not only from the consumption in side reactions, such as pyrite oxidation, resulted.
- the additional consumption is mainly due to the accumulation of reactive substances in the areas of the aquifer that are not or only slightly flowed through.
- the infiltrated reactive substances diffuse from the pore fraction of the aquifer flowing through into the pore fraction which is not or only slightly perfused and are therefore initially no longer available for physicochemical or biochemical processes in the hydraulically effective pore volume. In previous planning, the actual reaction space was therefore not in line with the planned one.
- the calculation of the amount of material to be infiltrated takes place according to the invention, taking into account the diffusive mass transfer within the groundwater in the hydraulically effective and low effective portion of the pore volume.
- the aim of the method according to the invention is to consider the diffusive mass transfer processes on the one hand during the planning and at the same time to use for an improvement of the in situ groundwater treatment (especially with regard to an improved mixture of the infiltrated reactive substances with the substances to be treated present in the groundwater).
- the hydraulically low effective porosity n st (or hydraulically low effective pore fraction, hydraulically low effective pore volume fraction, immobile porosity) refers to the proportion of the pore volume of the aquifer, which is filled with water, which does not or only with a very small share in the groundwater flow participates. In the proportion of hydraulically low effective porosity, the mass transfer takes place almost exclusively due to the diffusion, the flow-related mass transfer is negligible in it.
- the hydraulically effective porosity is a basic parameter for the calculation of the pore water velocity. In average aquifers with low nonuniformities, the hydraulically effective porosity is at least 80% of the total pore volume. In aquifers with increased non-uniformity, the hydraulically effective porosity is less than 80% of the total pore volume.
- the hydraulically effective porosity is not like the overall porosity a soil-typical parameter (depending on soil type and storage density), but is additionally dependent on the acting hydraulic conditions, especially the groundwater flow velocity. With increased groundwater flow velocity, the proportion of hydraulically effective porosity decreases.
- the hydraulically low effective porosity is strongly dependent on the composition of the aquifer.
- the hydraulically low effective porosity n st
- the hydraulically low effective porosity is 10% -20% of the total porosity (0.1 n ⁇ n st ⁇ 0.2 n).
- the hydraulically low effective porosity is higher, so that n st > 0.2 n.
- the composition of the porosity of the groundwater region to be treated, and thus the hydraulically effective and hydraulically low effective porosity, is determined prior to carrying out the groundwater treatment process according to the invention in a known manner. At the beginning of the process according to the invention, these parameters are thus known.
- the proportion of the hydraulically low effective pore fraction is determined by Tracer troe.
- a method for determining the hydraulically low effective pore fraction is disclosed in DD 218 681 AI.
- the consideration of the aforementioned mass transfer and material conversion processes in the Calculation of the amount of substance of the reactive substances to be infiltrated has the advantage that the method can be planned with regard to the use of reactive substances. Furthermore, the method according to the invention avoids contamination of the groundwater with the infiltrated reactive substances occurring outside of a previously defined reaction zone within which the groundwater treatment takes place.
- the method according to the invention is based on the approach that the reactive substances are first distributed within a so-called conditioning phase (also referred to herein as conditioning) in the total pore volume, ie both in the hydraulically effective and the hydraulically low effective pore volume.
- conditioning phase also referred to herein as conditioning
- the distribution of reactive substances in the hydraulically low effective pore volume fraction is also referred to herein as enrichment of the reactive substances in the hydraulically low effective pore volume.
- the reaction space comprises the porous aquifer, the pore volume of which is composed of a hydraulically effective (n 0 ) and a hydraulically low porosity fraction (n st ).
- the pore volume of an aquifer is the total volume of the aquifer minus the volume of the rock body. The pore volume is thus that volume which is filled within the aquifer with groundwater.
- the materials of reactive substances to be infiltrated are calculated before the actual groundwater treatment.
- the amount of reactive substances to be infiltrated results for the conditioning phase from the following requirements:
- the target concentration of the substances to be treated is the permissible limit for the respective substance.
- both the convective and the diffusive mass transport within the groundwater are considered in the hydraulically effective and hydraulically low effective pore volume.
- the amount of substance required for the processes named under items 2 and 3 is determined prior to the start of the process according to the invention in a known manner by determining the physicochemical and / or biochemical parameters.
- a method and a device according to DE 10 2009 038 017.5 are used to determine the amount of substance for consumption in the groundwater treatment and in further side reactions.
- the reactive substances are distributed both in the hydraulically active and in the hydraulically low effective pore volume fraction of the reaction space and react there with the substances to be treated as well as with the other substances contained, such as pyrite.
- the aim of the conditioning phase is to achieve a previously defined final concentration of the reactive substances within the groundwater in the reaction zone. At the same time, this means that at the end of the conditioning phase side reactions in which reactive substances are consumed are almost complete and thus negligible. At the conclusion of the conditioning phase, the reactive substances are therefore present at the end of the reaction zone of length L R at most in the previously defined final concentration. It is obvious to the person skilled in the art that in the infiltration of reactive substances in liquid form, the previously defined final concentration is less than the concentration of the reactive substances in the infiltrate.
- the reactive substances are present at a maximum of the previously defined final concentration.
- the substances to be treated are present at a maximum of the previously defined target concentration.
- the substances to be treated are present hydraulically effective pore volume in maximum of the previously defined target concentration before, reactive substances are present in both the hydraulically effective and in the hydraulically low effective pore volume fraction of the reaction chamber in a maximum of the previously defined final concentration.
- the groundwater treatment takes place within a longitudinally limited reaction zone in an aquifer.
- the reaction zone (or reaction space) is understood to mean the volume of the aquifer, which, taking into account the pore water velocity and the reaction time from the infiltration site, is necessary in order to treat the groundwater until a target concentration of substances to be treated is reached.
- the kinetics of the mass transfer and conversion processes taking place in the groundwater are determined.
- the width and thickness of the reaction space depend on the groundwater area to be treated.
- the substances to be treated are present in a maximum of the previously defined target concentration (preferably the permissible limit value for the particular substance to be treated).
- the length of the reaction space L R is the horizontal distance from the location of infiltration to the end of the reaction space. It is defined by the relationship shown in equation (1):
- Both the pore water velocity and the necessary reaction time are environmental fixed parameters, which result from the nature of the aquifer and the concentration of substances to be treated in the groundwater.
- the determination of the pore water velocity and of the mass transfer and conversion processes in the groundwater area to be treated are carried out before the beginning of the process according to the invention in a known manner, preferably by in situ Tracer or ex situ investigations taken soil and groundwater samples on a laboratory scale, determined.
- the concentration of the reactive substances is at most the previously defined final concentration.
- a substance concentration which is lower than the maximum permissible concentration for the reactive substances is selected as the final concentration.
- the need for the mass of reactive substances to be infiltrated during conditioning (K) is preferably derived from the following relationship:
- the concentration of the reactive substances at the end of the reaction space of length L R can advantageously be influenced by the selection of the material mass of the infiltrate (Sp V ) necessary for the enrichment of the pore water and preferably results from the following equation (3):
- the concentration of reactive species to be infiltrated into the reaction space is preferably calculated using equations (2), (3) and (4) from equation (5). It is taken into account that the infiltration of the added substances can only take place via the hydraulically effective pore volume fraction no:
- Equation (5) applies to the case that at the beginning of the conditioning phase no reactive substances to be infiltrated are contained in the reaction space. However, if reactive substances are already present in the groundwater and their concentration has to be taken into account, the concentration of the reactive substances in the groundwater shall be calculated accordingly in equation (5).
- the conditioning phase is repeated in a method according to the invention. This is carried out in particular in the case where the enrichment of the hydraulically low effective pore volume with reactive substances and / or the side reactions within the reaction zone are not completed at the end of a conditioning phase. This is the case, in particular, when the kinetics of the side reactions taking place in the reaction space do not permit completion of the side reactions in the context of a conditioning phase.
- a repetition of the conditioning is preferably carried out in the case when the final concentration of the reactive substances at the end of the reaction space of length L R , which is actually present after the infiltration of the previously calculated amount of substance, is more than 20% less than the previously defined final concentration.
- the reactive substances used in the conditioning phase were enriched in the hydraulically low effective pore volume fraction.
- the management phase covers two phases of operation: the suspension of the infiltration of the reactive substances followed by a re-infiltration of reactive substances (intermittent infiltration of reactive substances).
- the management phase is preferably repeated at least once.
- untreated groundwater By suspending the infiltration of reactive substances, untreated groundwater initially flows into the reaction space. In the process, the substances contained in the inflowing groundwater become too treated substances with the reactive substances in situ, which were enriched as part of the conditioning within the reaction zone.
- the suspension of the infiltration of the reactive substances takes place only so long that no untreated groundwater emerges from the reaction space and that preferably not all of the amount of reactive substances contained in the hydraulically effective and hydraulically low effective pore volume is consumed by the groundwater treatment.
- the concentration of the substances to be treated at the end of the reaction zone of length L R does not exceed a previously defined target concentration for the management phase.
- the concentration of reactive substances at the end of the reaction zone of length L R does not exceed a previously defined final concentration for the management phase. This is preferably identical to the final concentration for the conditioning phase.
- the amount of infiltrated material is preferably as high as is necessary in order to convert the substances to be treated contained in the after-flowed groundwater.
- the reactive substances contained in the hydraulically low effective pore volume should also be used for the implementation of the substances to be treated (herein also "managed").
- untreated groundwater flows into the reaction space.
- the untreated groundwater can be introduced into the reaction space exclusively via the hydraulically effective pore volume fraction.
- the following mass transfer processes are triggered by the subsequent flow of the untreated groundwater:
- the mass transfers in the first phase of the management phase are therefore exactly the reverse of the mass transfer processes of the conditioning.
- the time for which the infiltration of the reactive substances is suspended (herein also: post-flow time) preferably calculated before the beginning of the method according to the invention.
- post-flow time the time for which the infiltration of the reactive substances is suspended.
- the length fraction at which the untreated groundwater flows into the reaction space is described by a reduction factor r B. This is determined before the beginning of the method according to the invention.
- the reduction factor r B is 0.5 maximum. This means that in the first phase of the management phase, only untreated groundwater enters the reaction space until, based on the hydraulically active pore content, a maximum of 50% of the reaction space length is filled with untreated groundwater.
- the concentration of the substances to be treated contained in the inflowing groundwater and the material conversion processes with the reactive substances are particularly preferably taken into account.
- the reduction factor is preferably determined in such a way that a lower amount of substance to be treated is contained in the groundwater which has flowed through the length fraction than can be reacted with the entire amount of reactive substance contained in the hydraulically low effective pore volume.
- the stoichiometry of the material conversion processes as well as the minimum concentration of the reactive substances contained in the hydraulically low pore volume have to be taken into account, at which the groundwater treatment can take place.
- the reduction factor is to be set so that the reactive amount of substance is always so large that the material conversion processes can still take place.
- post-flow time corresponds to the time of exposure of the infiltration
- the reduction factor r B is preferably calculated from the following relationship: / (Cy * no) (8) where f s is the factor for the stoichiometric conversion (indicates the ratio of the amount of substance to be treated to the amount of substance of reactive substances)
- the need for the mass of reactive substances to be infiltrated during the management phase is preferably derived from the following relationship:
- SPV B mass of reactive substances for the enrichment of the reactive substances in the downstream groundwater
- the concentration of reactive substances at the end of the reaction space of length L R can be regulated by the method according to the invention.
- the process according to the invention is preferably carried out in such a way that the final concentration of the reactive substances is kept constant during the management phase.
- the amount of groundwater which has flowed during the first part of the management phase is calculable and is preferably calculated using the following equation:
- the filter velocity according to Darcy (Vf) is to be determined before carrying out the method according to the invention.
- the concentration Co, i, B of the reactive substances flowing out of the reaction space during the management phase is not calculated taking into account the total pore volume of the reaction space, but only taking into account the pore volume of the reaction space exchanged within the first operating phase of the respective management phase ,
- the concentration of reactive substances to be infiltrated during the management phase is calculated using equations (2a), (3a) and (4a) from equation (5a). It is taken into account that the infiltration of the reactive substances can only take place via the hydraulically effective pore volume, which was exchanged during the inflow of the groundwater to be treated into the reaction space, PV R, B :
- PV R B volume of post-flow untreated groundwater, Cy ; B concentration of reactive substances to be infiltrated during the management phase.
- reactive substances are infiltrated into a groundwater area.
- the infiltration of the reactive substances is carried out using known infiltration devices, in particular wells or groundwater measuring points.
- both infiltration devices which allow a horizontal infiltration, as well as infiltration devices for vertical infiltration are used.
- Infiltration wells for vertical infiltration are particularly preferably used in a method according to the invention.
- substances present in the groundwater are treated by the infiltration of reactive substances which are suitable for the conversion or decomposition of these substances.
- the reactive substances are then subjected to physicochemical and / or biochemical processes involved in the conversion or decomposition of the substances to be treated contained in the groundwater.
- substances to be treated in groundwater include both substances of geogenic origin (in particular iron and / or manganese) and pollutants (in particular organic pollutants).
- reactive substances depends on the type and nature of the substances to be treated in the groundwater.
- Preferred reactive substances are nutrients, electron acceptors and / or trace elements.
- the person skilled in the art knows which reactive substances promote the desired substance conversion processes, which lead to the reduction of the substances to be treated contained in the groundwater. Therefore, those skilled in the art will be able to make a selection of suitable reactive substances for groundwater treatment.
- nitrate is infiltrated as a reactive substance for the treatment of BTEX-containing groundwater.
- preliminary tests are carried out for the identification of suitable reactive substances, which simulate the treatment of the intended groundwater area on a laboratory scale.
- suitable reactive substances which simulate the treatment of the intended groundwater area on a laboratory scale.
- Appropriate experimental facilities are known from the prior art.
- identification suitable reactive substances preferably a method and a device according to DE 10 2009 038 017.5 used.
- the infiltration of the different reactive substances takes place simultaneously or at different times.
- the conversion of the individual substances necessarily takes place at different reaction rates.
- the length of the reaction space with the length L R is calculated in this case with the reaction time t R of the substance which reacts slowest (ie for the substance in which the time to reach the target concentration of the substances to be treated at the end of the reaction chamber highest is).
- individual reaction zones are contained within the entire reaction space for the faster-reacting substances, which are each characterized by the location of the beginning of the material transformation of the respective substance and its end.
- the reaction space consists of several reaction zones and it will be the beginning of a new reaction zone preferably further reactive substances infiltrated. This is preferably done with a time delay with the infiltration of the reactive substances at the beginning of the (entire) reaction space.
- the infiltration of the amount of reactive substances required for the groundwater treatment is carried out either by a solids addition (ie as a mass flow) and / or by infiltration of an aqueous solution of the reactive substances (ie in a volume flow impressed on the groundwater flow).
- the knowledge of location-related parameters is necessary. These include the Darcy filter speed, the porosity of the aquifer, the proportion of hydraulically effective and low effective pore volume, the pore water velocity, the concentration of the substances to be treated, the degradation or reaction rates of the substances to be treated by reactive substances, the consumption more reactive Substances in side reactions and others. These parameters are location-dependent and are determined prior to carrying out a method according to the invention in a known manner. Pore water velocity and hydraulically effective and hydraulically low effective pore volume fraction are preferably determined from the results of tracer experiments in the groundwater area to be treated. Total pore volume fraction and the reaction time, which is required for the treatment of groundwater to below the permissible value, are preferably determined in ex situ preliminary experiments, particularly preferably on a laboratory scale.
- the method according to the invention is carried out in combination with a hydraulically active measure.
- a particularly preferred hydraulic measure is the pump-and-treat method.
- a forced, almost constant alignment of the groundwater flow which is thus largely independent of the groundwater recharge occurs.
- the spatial effect and balancing of the method according to the invention is improved.
- the dosage of the reactive substances can be effected both via the withdrawn and subsequently infiltrated groundwater and via additional infiltration wells.
- the method according to the invention enables a reliable calculation of the reactive substances to be used, the delimitation or definition of the reaction space and thus the balancing ability of an in situ groundwater treatment and the avoidance of contamination of the groundwater area following the reaction space with reactive substances.
- the side reactions are completed so far that they no longer have to be taken into account. Furthermore, the reactive substances are distributed in the hydraulically effective and hydraulically low effective pore volume and enriched in it, so that in the management phase only the substances contained in the inflowing groundwater need to be treated. This makes it possible to optimize the amount of reactive substance to be used during groundwater treatment.
- a further advantage of the method according to the invention is that, by taking into account all mass transfer and conversion processes, the final concentration of the reactive substances at the end of the reaction space of length L R can be reliably calculated beforehand, thus avoiding contamination of the groundwater outside the reaction zone with reactive substances becomes.
- the controlled, calculated addition of the reactive substances makes it possible to ensure that a predefined maximum permissible concentration of reactive substances leaving the reaction space is not exceeded.
- Fig. 1 Schematic representation of the mass transfer processes in conditioning and management. Shown in each case is the reaction space for the groundwater treatment, which is divided into the hydraulically effective pore volume fraction (n 0 ) and the hydraulically effective pore volume fraction (n st ). (AC) mass transfer in the conditioning phase.
- ZBS concentration of substances to be treated
- RS reactive substances
- FIG. 2 Schematic representation of a reaction space of an in situ remediation of a contaminated with BTEX groundwater area by infiltration of nitrate in vertical section.
- IE infiltration level
- KE ... control level
- RZ ... reaction zone
- t R reaction time for natural groundwater flow
- BTEX ... benzene
- toluene ethylbenzene
- xylene xylene
- Exemplary Embodiment 1 Mass transfer processes within the reaction space of a process according to the invention
- the starting point is the thermodynamic equilibrium existing between n 0 and n st before the conditioning phase in the groundwater area to be treated, with the result that in both porosity fractions the same concentration of the substances to be treated is present in the groundwater (FIG. 1A).
- the conditioning phase is ended when approximately the practically achievable state in n 0 and n st shown in FIG. 1 C has been reached:
- the substance concentration of the reactive substances is the previously defined target value
- the substance or pollutant concentration is equal to or less than the target value permissible for the respective substance to be treated
- the concentration of substances to be treated is equal to or less than the target value permitted for the particular substance to be treated
- Reactive substances are distributed in both the hydraulically effective and in the hydraulically low effective pore volume fraction of the reaction space, ie that an enrichment of the reactive substances in the hydraulically low effective pore volume was carried out. It is practically not possible to distribute the reactive substances completely homogeneously in the hydraulically low effective pore volume fraction.
- At least one management phase follows. With the occurring afterflow of the groundwater within the first operating phase of the management and the associated subsequent flow of the substances contained in the groundwater to be treated, the mass transfer between no and n st shown in FIG. 1D begins:
- the afterflow of the untreated groundwater is interrupted in the second operating phase of the management with the re-infiltration of reactive substances (Fig. IE).
- Fig. IE reactive substances
- Exemplary embodiment 2 In situ remediation of a groundwater area contaminated with BTEX by infiltration of nitrate (calculation of the amount of material to be infiltrated) In a groundwater area contaminated with BTEX an in-situ groundwater remediation should take place.
- the process parameters required for carrying out the in situ remediation process according to the invention the following preliminary tests were carried out:
- the BTEX is being reduced to the remediation target of 30% of the groundwater contamination with the addition of nitrate (NO 3 ) over a period of about 15 days.
- NO 3 nitrate
- the nitrate addition is calculated only for the reaction zone (RZ).
- the total volume of the RZ is 2.7 m 3 , resulting in the following parameters or characteristic values:
- Nitrate consumption determined by:
- nitrate output concentration from the 1st RZ of approx. 200 mg / L was specified.
- the nitrate input concentration is as follows: (C 0 , i * PV R + S Z R, K + S B , K) / (V R * n 0 ) (5)
- C K (0 , 2 g / L * 1026 L + 400 g + 238 g) / (2700 L * 0.13)
- C K 2.4 g / L
- the infiltration volume corresponds to the hydraulically effective pore volume (V R * no), wherein the infiltration volume flow is preferably calculated with a geohydraulic model so that the predetermined area of the reaction space is detected.
- the determination of the infiltration-effective area is directly related to the application of equation (1).
- r B f s * (C 0, rC min) * n st / (C I; i * n 0)
- r B 0, 2 * (200 mg / L-150 mg / L) * 0.25 / (46 mg / L * 0.13)
- r B 0.4
- V BTEX , I Area of l .RZ * Filtering speed according to Darcy (Vf) * Postflow time (ti)
- V BTEX , I 0.74 m 2 * 0.023 m / d * 6 d
- the nitrate is infiltrated into the RZ, whereby the nitrate level set in the RZ during the conditioning phase should continue to apply.
- Equation (5a) gives the nitrate concentration to be infiltrated, which must be supplied during a management phase:
- the infiltration volume preferably corresponds to the pore volume in the reaction space, which was exchanged during the management phase by the substances in the reaction space located in the groundwater inflow of the reaction space (PV R, B ), the infiltration volume flow preferably being calculated with a geohydraulic model such that the predetermined area the reaction space is detected.
- the determination of the infiltration-effective area is directly related to the application of equation (1).
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Abstract
The invention relates to a method for the infiltration of reactive substances for in‑situ groundwater treatment within a reaction zone of a porous aquifer, the porosity of which is composed of hydraulically active porosity and hydraulically low active porosity. The infiltration by the reactive substances occurs in at least one conditioning phase and then at least one operating phase. The amount of the substances to be infiltrated in the conditioning phase is determined in consideration of the diffusive and flow-determined substance-exchange processes in the groundwater between hydraulically active porosity and hydraulically low active porosity, the consumption of the reactive substances during the groundwater treatment and the consumption of the reactive substances in side reactions in the groundwater. The amount of the substances to be infiltrated in the operating phase is determined in consideration of the diffusive and flow-determined substance-exchange processes in the groundwater between hydraulically active porosity and hydraulically low active porosity and the consumption of the reactive substances during the treatment of groundwater flowed after. During infiltration, in the conditioning phase, at least the amount of reactive substances determined for the conditioning phase is infiltrated. In the operating phase, infiltration is at first suspended so that untreated groundwater flows into the reaction zone. Reactive substances are then infiltrated in at least the amount determined for the operating phase.
Description
Verfahren zur Infiltration von reaktiven Stoffen zur in situ Grundwasserbehandlung Process for infiltrating reactive substances for in situ groundwater treatment
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Infiltration von reaktiven Stoffen zur in situ Grundwasserbehandlung. Das Verfahren eignet sich zur Anwendung bei der Behandlung von Grundwasser mit darin enthaltenen Stoffen, wie z.B. gelöstem Eisen und damit zur in situ Aufbereitung von Grundwasser und zur Anwendung bei der Behandlung von Grundwasser mit darin enthaltenen Kontaminanten, und damit zur in situ Sanierung von Grundwasser. The invention relates to a process for the infiltration of reactive substances for in situ groundwater treatment. The method is suitable for use in the treatment of groundwater with substances contained therein, e.g. dissolved iron and thus for in situ treatment of groundwater and for use in the treatment of groundwater with contaminants contained therein, and thus for in situ remediation of groundwater.
Wenn Grundwasser kontaminiert ist oder geogen bedingt erhöhte Konzentrationen an Stoffen enthält, gibt es die Möglichkeit einer in situ Grundwasserbehandlung über die Infiltration reaktiver Stoffe ins Grundwasser. Ziel einer derartigen Behandlung ist die Verringerung der Stoff- bzw. Schadstoffkonzentration im Grundwasser und damit die in situ Grundwasseraufbereitung bzw. die in situ Grundwassersanierung. Daher wird im Sinne der Erfindung unter dem Begriff „Grundwasserbehandlung" die Grundwasseraufbereitung ebenso wie die Grundwassersanierung verstanden. Durch die Infiltration der reaktiven Stoffe wird die Grundwasserbehandlung gestartet. If groundwater is contaminated or contains geogenic elevated concentrations of substances, there is the possibility of in situ groundwater treatment via the infiltration of reactive substances into groundwater. The aim of such a treatment is the reduction of the concentration of substances or pollutants in the groundwater and thus the in situ groundwater treatment or the in situ groundwater remediation. Therefore, for the purposes of the invention, the term "groundwater treatment" is understood to mean the treatment of groundwater as well as the groundwater remediation.The infiltration of the reactive substances initiates groundwater treatment.
Unter Infiltration wird im Sinne der Erfindung das Eintragen von Stoffen, insbesondere reaktiven Stoffen, in das Grundwasser verstanden. Die reaktiven Stoffe bezwecken dabei die Auslösung und Aufrechterhaltung von physikochemischen und/oder biochemischen Prozessen, bei denen eine Verringerung der zu behandelnden Stoffe bis auf einen vorgegebenen Zielwert (Zielkonzentration) erfolgt. For the purposes of the invention, infiltration means the introduction of substances, in particular reactive substances, into the groundwater. The purpose of the reactive substances is to initiate and maintain physicochemical and / or biochemical processes in which the substances to be treated are reduced to a predetermined target value (target concentration).
Die Bestimmung der physikochemischen bzw. biochemischen Prozessparameter in einem Grundwasserbereich erfolgt in bekannter Weise in Laborversuchen. Dadurch ist es möglich, zu ermitteln, welche Menge reaktiver Stoffe für eine in situ Grundwasserbehandlung verbraucht wird. Die DE 10 2009 038 017.5 offenbart ein Verfahren zur Bestimmung der mikrobiellen Abbaurate 1. Ordnung in einem naturnah gestalteten Laborversuch. Darin werden in mehreren unterschiedlichen in Reihe geschalteten Reaktoren, die eine Bodenprobe enthalten, die natürlichen Abbauprozesse simuliert. Mit dem Verfahren ist es möglich, eine belastbare Prognose der natürlichen Stoffabbauprozesse im Grundwasser zu erhalten. Es ist mit diesem Verfahren ebenfalls möglich, zu prognostizieren, welche Menge reaktiver Stoffe für einen gewünschten Stoffabbau zugeführt werden muss. The determination of the physicochemical or biochemical process parameters in a groundwater area is carried out in a known manner in laboratory experiments. This makes it possible to determine what amount of reactive substances is consumed for in situ groundwater treatment. DE 10 2009 038 017.5 discloses a method for determining the microbial degradation rate of the first order in a laboratory experiment designed in close proximity to nature. In it, the natural degradation processes are simulated in several different series-connected reactors containing a soil sample. The method makes it possible to obtain a reliable prognosis of the natural substance degradation processes in groundwater. It is also possible with this method to predict which amount of reactive substances must be supplied for a desired substance degradation.
In DE 3938844 AI wird ein Verfahren zur Verteilung von reaktiven Stoffen in einem Grundwasserstrom zur Reinigung des Grundwassers beschrieben. Ziel des darin offenbarten Verfahrens ist es, einen oder mehrere Stoffe in den Grundwasserbereich gepulst einzutragen und diesen mit dem natürlichen Grundwasser schnell und gleichmäßig unter Nutzung der hydrodynamischen Dispersion so zu vermischen, dass nach einem Fließweg von 100 m bereits eine
homogene Mischung sichtbar ist. Die Menge an reaktiven Stoffen, wie Ethanol, wird vor der Infiltration berechnet. Die Berechnung erfolgt dabei allein unter Berücksichtigung der physikochemischen oder/ und biochemischen Prozesse im Grundwasser bezogen auf die nutzbare Porosität, die auch als hydraulisch wirksame Porosität oder mobile Porosität bezeichnet wird. Dabei werden eventuelle Nebenreaktionen nicht berücksichtigt. DE 3938844 AI describes a process for the distribution of reactive substances in a groundwater stream for the purification of groundwater. The aim of the method disclosed therein is pulsed to enter one or more substances in the groundwater area and to mix this with the natural groundwater quickly and evenly using the hydrodynamic dispersion so that after a flow of 100 m already homogeneous mixture is visible. The amount of reactive substances, such as ethanol, is calculated before infiltration. The calculation is carried out solely taking into account the physicochemical and / or biochemical processes in the groundwater with reference to the usable porosity, which is also referred to as hydraulically effective porosity or mobile porosity. In this case, any side reactions are not taken into account.
EP 1169271 Bl offenbart ein Verfahren zur in situ Behandlung von tert-Butylmethylether (MTBE) bzw. tert-Butylalkohol-haltigem (TBA) Grundwasser. Dabei wird eine unter aeroben Bedingungen wachsende Mikrobenkultur in das Grundwasser infiltriert, die zum Abbau von MTBE und/oder TBA befähig ist. Des Weiteren wird ein sauerstoffhaltiges Gas in gepulsten Injektionen in das Grundwasser eingeleitet, um das Wachstum der Mikroorganismen sicherzustellen. Die Menge der zu infiltrierenden Menge an Sauerstoff wird dabei auf der Grundlage von in situ Sauerstoffmessungen gesteuert, wobei die Berechnung eines jeweiligen Mindestvolumens an Sauerstoff je Injektion allein auf der Grundlage der Gesamtvolumenbetrachtung des zu behandelnden Untergrundes erfolgt. EP 1169271 B1 discloses a process for the in situ treatment of tert-butyl methyl ether (MTBE) or tert-butyl alcohol-containing (TBA) groundwater. In the process, a microbial culture growing under aerobic conditions is infiltrated into the groundwater, which is capable of decomposing MTBE and / or TBA. Furthermore, an oxygen-containing gas is introduced in pulsed injections into the groundwater to ensure the growth of microorganisms. The amount of oxygen to be infiltrated is controlled on the basis of in situ oxygen measurements, whereby the calculation of a respective minimum volume of oxygen per injection takes place solely on the basis of the total volume consideration of the substrate to be treated.
Die aus DE 3938844 AI und EP 1169271 Bl bekannten Verfahren haben ebenso wie weitere bekannte Verfahren die folgenden Nachteile: The processes known from DE 3938844 A1 and EP 1169271 B1, as well as other known processes, have the following disadvantages:
Die Stoffmenge an reaktiven Stoffen, die für die in situ Grundwasserbehandlung benötigt wird, wird bei Planungen unterschätzt. Es müssen in der Praxis wesentlich größere reaktive Stoffmengen infiltriert werden, als in der Planung ausgewiesen wurden. Häufig wird dieser Mehrverbrauch an reaktiven Stoffen durch Nebenreaktionen, wie beispielsweise die Pyritoxidation begründet. The amount of reactive substances required for in situ groundwater treatment is underestimated during planning. In practice, significantly larger amounts of reactive substances must be infiltrated than have been reported in the planning. Often, this increased consumption of reactive substances is due to side reactions, such as pyrite oxidation.
Eine zuverlässige Planung der zu infiltrierenden Stoffmenge an reaktiven Stoffen ist nicht möglich. Reliable planning of the amount of reactive substances to be infiltrated is not possible.
Eine räumliche Begrenzung einer Reaktionszone der in situ Grundwasserbehandlung, in der die Stoffumwandlungen vollzogen werden, ist nicht möglich. A spatial limitation of a reaction zone of the in situ groundwater treatment, in which the substance conversions are completed, is not possible.
Dadurch ist die Endkonzentration der infiltrierten reaktiven Stoffe im behandelten Grundwasser nicht vorhersagbar. Gerade die Einhaltung einer Grenzkonzentration der reaktiven Stoffe im behandelten Grundwasser ist ein wesentlicher Aspekt der Grundwasserbehandlung. Es ist daher nicht möglich, eine Verunreinigung des Grundwassers durch reaktive Stoffe, die zur in situ Behandlung eingesetzt wurden, bei bisherigen Verfahren auszuschließen. Thus, the final concentration of the infiltrated reactive substances in the treated groundwater is unpredictable. The observance of a limit concentration of the reactive substances in the treated groundwater is an essential aspect of groundwater treatment. It is therefore not possible to exclude groundwater contamination by reactive substances used for in situ treatment in previous methods.
Weiterhin ist es nicht nur aus Kostengründen vorteilhaft, die Menge der zugeführten reaktiven Stoffe so gering wie möglich zu halten und diesen während der Grundwasserbehandlung zu einem möglichst großen Anteil umzusetzen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein hinsichtlich des Einsatzes reaktiver Stoffe besser planbares Verfahren zur in situ Grundwasserbehandlung bereitzustellen. Es ist ferner Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, bei dem eine in situ Grundwasserbehandlung innerhalb eines abgeschlossenen Reaktionsraumes stattfindet und bei dem eine Verunreinigung des Grundwassers außerhalb des Reaktionsraumes mit reaktiven Stoffen vermieden wird. Furthermore, it is advantageous not only for cost reasons, to keep the amount of reactive substances supplied as low as possible and to implement this during the groundwater treatment to the largest possible extent. It is the object of the invention to provide a method for in situ groundwater treatment which can be better planned with regard to the use of reactive substances. It is a further object of the invention to provide a method in which an in situ groundwater treatment takes place within a closed reaction space and in which contamination of the groundwater outside the reaction space with reactive substances is avoided.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Infiltration von reaktiven Stoffen zur in situ Grundwasserbehandlung innerhalb einer Reaktionszone eines porösen Grundwasserleiters, dessen Porenvolumen sich aus einem durchströmten Porenvolumenanteil (mobile Porosität oder nutzbare Porosität, hierin auch als„hydraulisch wirksame Porosität" bezeichnet) und einem nicht oder nur gering durchströmten Porenvolumenanteil (immobile Porosität, hierin auch als„hydraulisch gering wirksame Porosität" bezeichnet), zusammensetzt. The object is achieved by a method for infiltration of reactive substances for in situ groundwater treatment within a reaction zone of a porous aquifer whose pore volume from a pore volume fraction (mobile porosity or usable porosity, also referred to herein as "hydraulically effective porosity") and a no or only slightly traversed pore volume fraction (immobile porosity, also referred to herein as "hydraulically low effective porosity") composed.
Erfindungsgemäß erfolgt die Infiltration der reaktiven Stoffe über Infiltrationsvorrichtungen, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Infiltration in einem Regime aus mindestens einer Konditionierungsphase und anschließend mindestens einer Bewirtschaftungsphase durchgeführt. Dabei dient die Konditionierungsphase zur initialen Anreicherung der reaktiven Stoffe innerhalb des gesamten Porenvolumens des Grundwasserleiters auf eine zuvor definierte Endkonzentration und zur initialen Reduktion von zu behandelnden Stoffen des Grundwassers auf eine zuvor definierte Zielkonzentration. Die Bewirtschaftungsphase dient zur Aufrechterhaltung des Endzustandes der Konditionierungsphase. According to the invention, the infiltration of the reactive substances takes place via infiltration devices, as known from the prior art. According to the method of the invention, the infiltration is carried out in a regime of at least one conditioning phase and then at least one management phase. The conditioning phase for the initial enrichment of the reactive substances within the entire pore volume of the aquifer to a previously defined final concentration and for the initial reduction of substances to be treated groundwater to a previously defined target concentration. The management phase serves to maintain the final state of the conditioning phase.
Erfindungsgemäß erfolgt dazu die Berechnung der innerhalb der Konditionierungsphase zu infiltrierenden Stoffmenge an reaktiven Stoffen unter Berücksichtigung In accordance with the invention, the calculation of the amount of reactive substance to be infiltrated within the conditioning phase takes place under consideration
der diffusiven und strömungsbedingten Stoffaustauschprozesse im Grundwasser zwischen der hydraulisch wirksamen und hydraulisch gering wirksamen Porosität des Grundwasserleiters, des Verbrauchs der reaktiven Stoffe bei der Grundwasserbehandlung und des Verbrauchs der reaktiven Stoffe in Nebenreaktionen im Grundwasser. the diffusive and flow-related mass transfer processes in the groundwater between the hydraulically active and hydraulically low porosity of the aquifer, the consumption of reactive substances in groundwater treatment and the consumption of reactive substances in side reactions in groundwater.
Die Berechnung der in der Bewirtschaftungsphase zu infiltrierenden Stoffmenge reaktiver Stoffe erfolgt erfindungsgemäß unter Berücksichtigung: der diffusiven und strömungsbedingten Stoffaustauschprozesse im Grundwasser zwischen der hydraulisch wirksamen und hydraulisch gering wirksamen Porosität des Grundwasserleiters und des Verbrauchs der reaktiven Stoffe bei der Grundwasserbehandlung des nachgeströmten Grundwassers. According to the invention, the calculation of the amount of reactive substances to be infiltrated in the management phase takes place taking into account: the diffusive and flow-related mass transfer processes in the groundwater between the hydraulically active and hydraulically low porosity of the aquifer and the consumption of the reactive substances in the groundwater treatment of the inflowing groundwater.
Bei der Berechnung der in der Bewirtschaftungsphase zu infiltrierenden Stoffmenge reaktiver Stoffe
werden Nebenreaktionen nicht berücksichtigt. When calculating the amount of reactive substances to be infiltrated in the management phase Side reactions are not considered.
Die Ermittlung der für die Berechnung notwendigen Parameter erfolgt für den zu behandelnden Grundwasserbereich in bekannter Weise mit Hilfe von Tracerversuchen (insbesondere für die folgenden Parameter: hydraulisch wirksame und hydraulisch gering wirksame Porosität und Dispersivität) und/oder (vorzugsweise naturnahen) Versuchen im Labormaßstab (physikochemische oder/ und biochemische Parameter). The determination of the parameters necessary for the calculation takes place for the groundwater area to be treated in a known manner by means of tracer tests (in particular for the following parameters: hydraulically effective and hydraulically low effective porosity and dispersivity) and / or (preferably near-natural) laboratory scale experiments (physicochemical or / and biochemical parameters).
Erfindungsgemäß erfolgt die Infiltration der reaktiven Stoffe in folgenden Schritten: According to the invention, the infiltration of the reactive substances takes place in the following steps:
a) Konditionierungsphase: Infiltration der reaktiven Stoffe in mindestens der errechneten Stoffmenge für die Konditionierungsphase, b) Bewirtschaftungsphase: a) conditioning phase: infiltration of the reactive substances in at least the calculated amount of substance for the conditioning phase, b) management phase:
Aussetzen der Infiltration der reaktiven Stoffe, so dass unbehandeltes Grundwasser in die Reaktionszone nachströmt, Suspend the infiltration of the reactive substances so that untreated groundwater flows into the reaction zone,
Infiltration reaktiver Stoffe in mindestens der errechneten Stoffmenge für die B ewirtschaftungsphase . Infiltration of reactive substances in at least the calculated amount of substance for the treatment phase.
Die Erfindung basiert auf der Beobachtung der Erfinder, dass der bisher festgestellte Mehrverbrauch an reaktiven Stoffen bei der Infiltration im Vergleich zur Planung nicht nur aus dem Verbrauch in Nebenreaktionen, wie beispielsweise der Pyritoxidation, resultierte. Der Mehrverbrauch entsteht vor allem aus der Anreicherung der reaktiven Stoffe in den nicht oder nur gering durchströmten Bereichen des Grundwasserleiters. So diffundieren die infiltrierten reaktiven Stoffe aus dem durchströmten Porenanteil des Grundwasserleiters in den nicht oder nur gering durchströmten Porenanteil und sind daher für physikochemische oder biochemische Prozesse im hydraulisch wirksamen Porenvolumen zunächst nicht mehr verfügbar. Bei bisherigen Planungen stimmte somit der tatsächliche Reaktionsraum nicht mit dem geplanten überein. The invention is based on the observation of the inventors that the previously observed excess consumption of reactive substances in the infiltration compared to the planning not only from the consumption in side reactions, such as pyrite oxidation, resulted. The additional consumption is mainly due to the accumulation of reactive substances in the areas of the aquifer that are not or only slightly flowed through. Thus, the infiltrated reactive substances diffuse from the pore fraction of the aquifer flowing through into the pore fraction which is not or only slightly perfused and are therefore initially no longer available for physicochemical or biochemical processes in the hydraulically effective pore volume. In previous planning, the actual reaction space was therefore not in line with the planned one.
Daher erfolgt die Berechnung der zu infiltrierenden Stoffmenge erfindungsgemäß unter Einbeziehung des diffusiven Stoffaustauschs innerhalb des Grundwassers im hydraulisch wirksamen und gering wirksamen Anteil des Porenvolumens. Ziel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, die diffusiven Stoffaustauschvorgänge einerseits bei der Planung zu berücksichtigen und gleichzeitig für eine Verbesserung der in situ Grundwasserbehandlung (v.a. hinsichtlich einer verbesserten Mischung der infiltrierten reaktiven Stoffe mit den im Grundwasser befindlichen zu behandelnden Stoffen) zu nutzen. Therefore, the calculation of the amount of material to be infiltrated takes place according to the invention, taking into account the diffusive mass transfer within the groundwater in the hydraulically effective and low effective portion of the pore volume. The aim of the method according to the invention is to consider the diffusive mass transfer processes on the one hand during the planning and at the same time to use for an improvement of the in situ groundwater treatment (especially with regard to an improved mixture of the infiltrated reactive substances with the substances to be treated present in the groundwater).
Zudem sollte vermieden werden, dass außerhalb der zuvor definierten Reaktionszone, innerhalb welcher die Grundwasserbehandlung stattfindet, eine Verunreinigung des Grundwassers mit den infiltrierten reaktiven Stoffen auftritt.
Es ist bekannt, dass nicht alle Poren eines Grundwasserbereiches vom Grundwasser durchströmt werden. Ein strömungsbedingter Stofftransport findet lediglich in dem durchströmten Porenanteil statt, welcher daher auch als hydraulisch wirksamer Porenanteil n0 (oder hydraulisch wirksamer Porenvolumenanteil, durchströmte Porosität, mobile Porosität) bezeichnet wird. Die hydraulisch gering wirksame Porosität nst (oder hydraulisch gering wirksamer Porenanteil, hydraulisch gering wirksamer Porenvolumenanteil, immobile Porosität) bezeichnet den Anteil des Porenvolumens des Grundwasserleiters, der mit Wasser gefüllt ist, welches nicht bzw. nur mit einem sehr geringen Anteil am Grundwasserfluss teilnimmt. Im Anteil der hydraulisch gering wirksamen Porosität findet der Stofftransport fast ausschließlich aufgrund der Diffusion statt, der strömungsbedingte Stofftransport ist darin vernachlässigbar gering. In addition, it should be avoided that pollution of the groundwater with the infiltrated reactive substances occurs outside the previously defined reaction zone within which the groundwater treatment takes place. It is known that not all pores of a groundwater area are flowed through by the groundwater. A flow-related mass transfer takes place only in the flow-through pore fraction, which is therefore also referred to as hydraulically effective pore fraction n 0 (or hydraulically effective pore volume fraction, porosity, mobile porosity). The hydraulically low effective porosity n st (or hydraulically low effective pore fraction, hydraulically low effective pore volume fraction, immobile porosity) refers to the proportion of the pore volume of the aquifer, which is filled with water, which does not or only with a very small share in the groundwater flow participates. In the proportion of hydraulically low effective porosity, the mass transfer takes place almost exclusively due to the diffusion, the flow-related mass transfer is negligible in it.
Der gesamte Porenanteil (n) eines Grundwasserleiters setzt sich bei einer vorhandenen Grundwasserströmung somit aus dem hydraulisch wirksamen (n0) und dem hydraulisch gering wirksamen Porenanteil (nst) zusammen (n = no + nst). Die hydraulisch wirksame Porosität ist ein Basisparameter für die Berechnung der Porenwassergeschwindigkeit. In durchschnittlichen Grundwasserleitern mit geringen Ungleichförmigkeiten beträgt die hydraulisch wirksame Porosität mindestens 80 % des gesamten Porenvolumens. In Grundwasserleitern mit einer erhöhten Ungleichförmigkeit beträgt die hydraulisch wirksame Porosität weniger als 80 % des gesamten Porenvolumens. Die hydraulisch wirksame Porosität ist nicht wie die Gesamtporosität ein bodentypischer Parameter (je nach Bodenart und Lagerungsdichte), sondern ist zusätzlich von den wirkenden hydraulischen Bedingungen, vor allem der Grundwasserströmungsgeschwindigkeit abhängig. Bei erhöhter Grundwasserströmungsgeschwindigkeit verringert sich der Anteil der hydraulisch wirksamen Porosität. The total pore content (s) of an aquifer is therefore composed of the hydraulically effective (n 0 ) and the hydraulically low effective pore fraction (n st ) in the case of an existing groundwater flow (n = no + n st ). The hydraulically effective porosity is a basic parameter for the calculation of the pore water velocity. In average aquifers with low nonuniformities, the hydraulically effective porosity is at least 80% of the total pore volume. In aquifers with increased non-uniformity, the hydraulically effective porosity is less than 80% of the total pore volume. The hydraulically effective porosity is not like the overall porosity a soil-typical parameter (depending on soil type and storage density), but is additionally dependent on the acting hydraulic conditions, especially the groundwater flow velocity. With increased groundwater flow velocity, the proportion of hydraulically effective porosity decreases.
Die hydraulisch gering wirksame Porosität ist stark von der Zusammensetzung des Grundwasserleiters abhängig. Bei Grundwasserleitern mit geringer Ungleichförmigkeit (homogene Zusammensetzung) konnte nachgewiesen werden, dass die hydraulisch gering wirksame Porosität (nst) 10% - 20% der Gesamtporosität beträgt (0,1 n < nst < 0,2 n). Bei Grundwasserleitern mit einer erhöhten bis großen Ungleichförmigkeit (erhöht inhomogene bis stark inhomogene Zusammensetzung) ist die hydraulisch gering wirksame Porosität höher, so dass nst > 0,2 n ist. The hydraulically low effective porosity is strongly dependent on the composition of the aquifer. In the case of aquifers with low nonuniformity (homogeneous composition), it could be demonstrated that the hydraulically low effective porosity (n st ) is 10% -20% of the total porosity (0.1 n <n st <0.2 n). In aquifers with an increased to large non-uniformity (increased inhomogeneous to highly inhomogeneous composition), the hydraulically low effective porosity is higher, so that n st > 0.2 n.
Die Zusammensetzung der Porosität des zu behandelnden Grundwasserbereichs, und damit die hydraulisch wirksame und hydraulisch gering wirksame Porosität, wird vor der Durchführung des erfindungsgemäßen Grundwasserbehandlungsverfahrens in bekannter Weise ermittelt. Zu Beginn des erfindungsgemäßen Verfahrens sind diese Parameter somit bekannt. Vorzugsweise wird der Anteil des hydraulisch gering wirksamen Porenanteils durch Tracerversuche ermittelt. Ein Verfahren zur Ermittlung des hydraulisch gering wirksamen Porenanteils ist in der DD 218 681 AI offenbart. The composition of the porosity of the groundwater region to be treated, and thus the hydraulically effective and hydraulically low effective porosity, is determined prior to carrying out the groundwater treatment process according to the invention in a known manner. At the beginning of the process according to the invention, these parameters are thus known. Preferably, the proportion of the hydraulically low effective pore fraction is determined by Tracerversuche. A method for determining the hydraulically low effective pore fraction is disclosed in DD 218 681 AI.
Die Berücksichtigung der vorgenannten Stoffaustausch- und Stoffumwandlungsprozesse bei der
Berechnung der Stoffmenge der zu infiltrierenden reaktiven Stoffe hat den Vorteil, dass das Verfahren hinsichtlich des Einsatzes an reaktiven Stoffen planbar ist. Weiterhin wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren vermieden, dass außerhalb einer zuvor definierten Reaktionszone, innerhalb der die Grundwasserbehandlung stattfindet, eine Verunreinigung des Grundwassers mit den infiltrierten reaktiven Stoffen auftritt. The consideration of the aforementioned mass transfer and material conversion processes in the Calculation of the amount of substance of the reactive substances to be infiltrated has the advantage that the method can be planned with regard to the use of reactive substances. Furthermore, the method according to the invention avoids contamination of the groundwater with the infiltrated reactive substances occurring outside of a previously defined reaction zone within which the groundwater treatment takes place.
Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf dem Ansatz, dass die reaktiven Stoffe zunächst innerhalb einer sogenannten Konditionierungsphase (hierin auch als Konditionierung bezeichnet) im gesamten Porenvolumen, also sowohl im hydraulisch wirksamen als auch dem hydraulisch gering wirksamen Porenvolumen, verteilt werden. Dabei wird die Verteilung der reaktiven Stoffe innerhalb eines abgegrenzten Bereichs des Grundwasserleiters, der sogenannten Reaktionszone (oder auch Reaktionsraum), betrachtet. Die Verteilung von reaktiven Stoffen im hydraulisch gering wirksamen Porenvolumenanteil wird hierin auch als Anreicherung der reaktiven Stoffe im hydraulisch gering wirksamen Porenvolumen bezeichnet. The method according to the invention is based on the approach that the reactive substances are first distributed within a so-called conditioning phase (also referred to herein as conditioning) in the total pore volume, ie both in the hydraulically effective and the hydraulically low effective pore volume. The distribution of the reactive substances within a delimited area of the aquifer, the so-called reaction zone (or reaction space), is considered. The distribution of reactive substances in the hydraulically low effective pore volume fraction is also referred to herein as enrichment of the reactive substances in the hydraulically low effective pore volume.
Der Reaktionsraum umfasst dabei den porösen Grundwasserleiter, dessen Porenvolumen aus einem hydraulisch wirksamen (n0) und einem hydraulisch gering wirksamen Porositätsanteil (nst) zusammengesetzt ist. Das Porenvolumen eines Grundwasserleiters ist das Gesamtvolumen des Grundwasserleiters abzüglich des Volumens des Gesteinskörpers. Das Porenvolumen ist somit jenes Volumen, welches innerhalb des Grundwasserleiters mit Grundwasser ausgefüllt ist. The reaction space comprises the porous aquifer, the pore volume of which is composed of a hydraulically effective (n 0 ) and a hydraulically low porosity fraction (n st ). The pore volume of an aquifer is the total volume of the aquifer minus the volume of the rock body. The pore volume is thus that volume which is filled within the aquifer with groundwater.
Im erfindungsgemäßen Verfahren wird die zu infiltrierende Stoffenge reaktiver Stoffe vor der eigentlichen Grundwasserbehandlung berechnet. Die zu infiltrierende Menge der reaktiven Stoffe ergibt sich für die Konditionierungsphase aus folgendem Bedarf: In the process according to the invention, the materials of reactive substances to be infiltrated are calculated before the actual groundwater treatment. The amount of reactive substances to be infiltrated results for the conditioning phase from the following requirements:
1. Die Stoffmenge, die notwendig ist, um das gesamte Porenvolumen, welches zu Beginn der Grundwasserbehandlung frei von reaktiven Stoffen ist, mit reaktiven Stoffen anzureichern. 1. The amount of substance necessary to enrich the entire pore volume, which at the beginning of the groundwater treatment is free of reactive substances, with reactive substances.
2. Die Stoffmenge, die während der Infiltration für Nebenreaktionen im Grundwasser verbraucht wird, insbesondere die Umsetzung weiterer im Reaktionsraum befindlicher Stoffe (beispielsweise die Reaktion von Pyrit oder organischen Stoffen). 2. The amount of substance consumed during infiltration for side reactions in groundwater, in particular the conversion of other substances in the reaction space (for example the reaction of pyrite or organic matter).
3. Die Stoffmenge, die für die Umsetzung der reaktiven Stoffe durch die Stoffumwandlungsprozesse der Grundwasserbehandlung (Zielreaktionen) bis auf eine zuvor definierte Zielkonzentration verbraucht wird. Bevorzugt beträgt die Zielkonzentration der zu behandelnden Stoffe den für den jeweiligen Stoff zulässigen Grenzwert. 3. The amount of substance that is consumed for the conversion of the reactive substances by the substance conversion processes of the groundwater treatment (target reactions) to a previously defined target concentration. Preferably, the target concentration of the substances to be treated is the permissible limit for the respective substance.
Dabei wird im erfindungsgemäßen Verfahren für die Ermittlung der unter Punkt 1 genannten Stoffmenge, die für die Anreicherung des Porenvolumens notwendig ist, sowohl der konvektive als auch der diffusive Stofftransport innerhalb des Grundwassers im hydraulisch wirksamen und hydraulisch gering wirksamen Porenvolumen betrachtet.
Die Stoffmenge, die für die unter Punkt 2 und 3 benannten Prozesse erforderlich ist, wird vor Beginn des erfindungsgemäßen Verfahrens in bekannter Weise durch Bestimmung der physikochemischen oder/ und biochemischen Parameter ermittelt. Vorzugsweise wird zur Bestimmung der Stoffmenge für den Verbrauch bei der Grundwasserbehandlung und in weiteren Nebenreaktionen ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß DE 10 2009 038 017.5 verwendet. In the process according to the invention, for determining the amount of substance mentioned under point 1, which is necessary for the enrichment of the pore volume, both the convective and the diffusive mass transport within the groundwater are considered in the hydraulically effective and hydraulically low effective pore volume. The amount of substance required for the processes named under items 2 and 3 is determined prior to the start of the process according to the invention in a known manner by determining the physicochemical and / or biochemical parameters. Preferably, a method and a device according to DE 10 2009 038 017.5 are used to determine the amount of substance for consumption in the groundwater treatment and in further side reactions.
Während der Konditionierung werden die reaktiven Stoffe sowohl im hydraulisch wirksamen als auch im hydraulisch gering wirksamen Porenvolumenanteil des Reaktionsraums verteilt und reagieren dort mit den zu behandelnden Stoffen sowie ebenfalls mit den weiteren enthaltenen Stoffen, wie beispielsweise Pyrit. During conditioning, the reactive substances are distributed both in the hydraulically active and in the hydraulically low effective pore volume fraction of the reaction space and react there with the substances to be treated as well as with the other substances contained, such as pyrite.
Ziel der Konditionierungsphase ist das Erreichen einer zuvor definierten Endkonzentration der reaktiven Stoffe innerhalb des Grundwassers in der Reaktionszone. Das bedeutet gleichzeitig, dass mit Abschluss der Konditionierungsphase Nebenreaktionen, in denen reaktive Stoffe verbraucht werden, nahezu abgeschlossen sind und damit vernachlässigt werden können. Mit Abschluss der Konditionierungsphase liegen die reaktiven Stoffe daher am Ende der Reaktionszone der Länge LR daher maximal in der zuvor definierten Endkonzentration vor. Dabei ist es dem Fachmann selbstverständlich, dass bei der Infiltration von reaktiven Stoffen in flüssiger Form die zuvor definierte Endkonzentration kleiner als die Konzentration der reaktiven Stoffe im Infiltrat ist. The aim of the conditioning phase is to achieve a previously defined final concentration of the reactive substances within the groundwater in the reaction zone. At the same time, this means that at the end of the conditioning phase side reactions in which reactive substances are consumed are almost complete and thus negligible. At the conclusion of the conditioning phase, the reactive substances are therefore present at the end of the reaction zone of length L R at most in the previously defined final concentration. It is obvious to the person skilled in the art that in the infiltration of reactive substances in liquid form, the previously defined final concentration is less than the concentration of the reactive substances in the infiltrate.
Während der Konditionierungsphase finden in einem erfindungsgemäßen Verfahren die folgenden Stoffaustauschprozesse statt: During the conditioning phase, the following mass transfer processes take place in a process according to the invention:
Zu Beginn der Konditionierungsphase herrscht im zu behandelnden Grundwasserbereich zwischen dem hydraulisch wirksamen Porenvolumenanteil n0 und dem hydraulisch gering wirksamen Porenvolumenanteil nst ein thermodynamisches Gleichgewicht. In beiden Porenvolumenanteilen sind daher die zu behandelnden Stoffe in derselben Konzentration enthalten (siehe Fig. 1A). At the beginning of the conditioning phase, there is a thermodynamic equilibrium in the groundwater area to be treated between the hydraulically effective pore volume fraction n 0 and the hydraulically low effective pore volume fraction n st . In both pore volume fractions, therefore, the substances to be treated are contained in the same concentration (see FIG. 1A).
Die Infiltration der reaktiven Stoffe in das Grundwasser erfolgt ausschließlich über den hydraulisch wirksamen Porenvolumenanteil n0. Aufgrund des Konzentrationsgradienten der reaktiven Stoffe im hydraulisch wirksamen und hydraulisch gering wirksamen Porenvolumen finden folgende diffusive Stoffaustauschprozesse statt: The infiltration of the reactive substances into the groundwater takes place exclusively via the hydraulically effective pore volume fraction n 0 . Due to the concentration gradient of the reactive substances in the hydraulically active and hydraulically low effective pore volume, the following diffusive mass transfer processes take place:
Diffusion der reaktiven Stoffe aus dem hydraulisch wirksamen Porenvolumenanteil in den hydraulisch gering wirksamen Porenvolumenanteil, Diffusion of the reactive substances from the hydraulically effective pore volume fraction into the hydraulically low effective pore volume fraction,
Diffusion der zu behandelnden Stoffe aus dem hydraulisch gering wirksamen Porenvolumenanteil in den hydraulisch wirksamen Porenvolumenanteil (siehe Fig. 1B). Diffusion of the substances to be treated from the hydraulically low effective pore volume fraction in the hydraulically effective pore volume fraction (see Fig. 1B).
Mit Abschluss der Konditionierung herrschen innerhalb des Reaktionsraums folgende Zustände (siehe Fig. IC):
am Ende des Reaktionsraums LR liegen die reaktiven Stoffe in maximal der zuvor definierten Endkonzentration vor, am Ende des Reaktionsraums LR liegen die zu behandelnden Stoffe in maximal der zuvor definierten Zielkonzentration vor, innerhalb des Reaktionsraums der Länge LR liegen die zu behandelnden Stoffe im hydraulisch wirksamen Porenvolumen in maximal der zuvor definierten Zielkonzentration vor, reaktive Stoffe liegen sowohl im hydraulisch wirksamen als auch im hydraulisch gering wirksamen Porenvolumenanteil des Reaktionsraums in maximal der zuvor definierten Endkonzentration vor. Upon completion of the conditioning, the following conditions prevail within the reaction space (see FIG. 1C): At the end of the reaction space L R , the reactive substances are present at a maximum of the previously defined final concentration. At the end of the reaction space L R , the substances to be treated are present at a maximum of the previously defined target concentration. Within the reaction space of length L R , the substances to be treated are present hydraulically effective pore volume in maximum of the previously defined target concentration before, reactive substances are present in both the hydraulically effective and in the hydraulically low effective pore volume fraction of the reaction chamber in a maximum of the previously defined final concentration.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren findet die Grundwasserbehandlung innerhalb einer der Länge nach begrenzten Reaktionszone in einem Grundwasserleiter statt. Unter der Reaktionszone (oder Reaktionsraum) wird das Volumen des Grundwasserleiters verstanden, welches unter Berücksichtigung der Porenwassergeschwindigkeit und der Reaktionszeit ausgehend vom Ort der Infiltration notwendig ist, um die Behandlung des Grundwassers bis zum Erreichen einer Zielkonzentration an zu behandelnden Stoffen vorzunehmen. Vor Beginn des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Kinetik der im Grundwasser stattfinden Stoffaustausch- und Umsetzungsprozesse (Anreicherung, Verbrauch durch Grundwasserbehandlung, Verbrauch in Nebenreaktionen) ermittelt. Die Breite und Mächtigkeit des Reaktionsraumes richten sich dabei nach dem zu behandelnden Grundwasserbereich. Am Ende der Reaktionszone der Länge LR liegen die zu behandelnden Stoffe in maximal der zuvor definierten Zielkonzentration (vorzugsweise der zulässige Grenzwert für den jeweiligen zu behandelnden Stoff) vor. According to the method of the invention, the groundwater treatment takes place within a longitudinally limited reaction zone in an aquifer. The reaction zone (or reaction space) is understood to mean the volume of the aquifer, which, taking into account the pore water velocity and the reaction time from the infiltration site, is necessary in order to treat the groundwater until a target concentration of substances to be treated is reached. Before the start of the process according to the invention, the kinetics of the mass transfer and conversion processes taking place in the groundwater (enrichment, consumption by groundwater treatment, consumption in side reactions) are determined. The width and thickness of the reaction space depend on the groundwater area to be treated. At the end of the reaction zone of length L R , the substances to be treated are present in a maximum of the previously defined target concentration (preferably the permissible limit value for the particular substance to be treated).
Die Länge des Reaktionsraums LR ist der horizontale Abstand vom Ort der Infiltration zum Ende des Reaktionsraums. Sie ist durch die in Gleichung (1) aufgezeigte Beziehung definiert: The length of the reaction space L R is the horizontal distance from the location of infiltration to the end of the reaction space. It is defined by the relationship shown in equation (1):
LR = va * tR (1) dabei sind L R = v a * t R (1)
va Porenwassergeschwindigkeit (identisch mit der Abstandsgeschwindigkeit) tR Reaktionszeit bis zum Erreichen der Zielkonzentration der zu behandelnden Stoffe am Ende des Reaktionsraums. v a pore water velocity (identical to the separation rate) t R Reaction time until the target concentration of the substances to be treated is reached at the end of the reaction space.
Sowohl die Porenwassergeschwindigkeit als auch die notwendige Reaktionszeit sind umgebungsbedingte feste Parameter, die sich aus der Beschaffenheit des Grundwasserleiters und der im Grundwasser enthaltenen Konzentration an zu behandelnden Stoffen ergeben. Die Ermittlung der Porenwassergeschwindigkeit und der Stoffaustausch- und Umsetzungsprozesse im zu behandelnden Grundwasserbereich werden vor Beginn des erfindungsgemäßen Verfahrens in bekannter Weise,
vorzugsweise durch in situ Tracerversuche oder ex situ Untersuchungen entnommener Boden- und Grundwasserproben im Labormaßstab, ermittelt. Both the pore water velocity and the necessary reaction time are environmental fixed parameters, which result from the nature of the aquifer and the concentration of substances to be treated in the groundwater. The determination of the pore water velocity and of the mass transfer and conversion processes in the groundwater area to be treated are carried out before the beginning of the process according to the invention in a known manner, preferably by in situ Tracer or ex situ investigations taken soil and groundwater samples on a laboratory scale, determined.
Am Ende des Reaktionsraums mit der Länge LR beträgt die Konzentration der reaktiven Stoffe höchstens die zuvor definierte Endkonzentration. Bevorzugt wird als Endkonzentration eine Stoffkonzentration ausgewählt, die niedriger als die für die reaktiven Stoffe maximal zulässige Konzentration ist. At the end of the reaction space with the length L R , the concentration of the reactive substances is at most the previously defined final concentration. Preferably, a substance concentration which is lower than the maximum permissible concentration for the reactive substances is selected as the final concentration.
Der Bedarf der während der Konditionierung (K) zu infiltrierenden Masse an reaktiven Stoffen wird bevorzugt aus folgender Beziehung abgeleitet: The need for the mass of reactive substances to be infiltrated during conditioning (K) is preferably derived from the following relationship:
SRS,K = SPV,K+SZ ,K+SB,K (2) dabei sind SRS, K = SPV, K + SZ, K + SB, K (2)
SRS,K Gesamtmasse der in der Konditionierungsphase zu infiltrierenden reaktiven Stoffe, S RS , K total mass of the reactive substances to be infiltrated in the conditioning phase,
SPV,K Masse reaktiver Stoffe für die Anreicherung der reaktiven Stoffe im gesamten Porenvolumen, S PV , K mass of reactive substances for the enrichment of the reactive substances in the entire pore volume,
SZR,K Masse reaktiver Stoffe für die Umsetzung in Nebenreaktionen im gesamten Porenvolumen, SB,K Masse reaktiver Stoffe für die Grundwasserbehandlung. S ZR , K Mass of reactive substances for the reaction in side reactions in the total pore volume, S B , K mass of reactive substances for groundwater treatment.
Die Konzentration der reaktiven Stoffe am Ende des Reaktionsraums der Länge LR kann vorteilhaft durch die Auswahl der zur Anreicherung des Porenwassers notwendigen Stoffmasse des Infiltrats (SpV) beeinflusst werden und ergibt sich bevorzugt aus folgender Gleichung (3): The concentration of the reactive substances at the end of the reaction space of length L R can advantageously be influenced by the selection of the material mass of the infiltrate (Sp V ) necessary for the enrichment of the pore water and preferably results from the following equation (3):
dabei sind are there
Co,i,K Konzentration Co,i,K der reaktiven Stoffe im Grundwasser am Ende der Reaktionszone (Endkonzentration), Co , i, K concentration Co , i, K of the reactive substances in the groundwater at the end of the reaction zone (final concentration),
PVR Porenvolumen des Grundwasserleiters im gesamten Reaktionsraum. PV R pore volume of the aquifer throughout the reaction space.
Die in den Reaktionsraum zu infiltrierende Konzentration reaktiver Stoffe wird bevorzugt unter Verwendung der Gleichungen (2), (3) und (4) aus Gleichung (5) berechnet. Dabei wird berücksichtigt, dass die Infiltration der zugegebenen Stoffe nur über den hydraulisch wirksamen Porenvolumenanteil no erfolgen kann:
The concentration of reactive species to be infiltrated into the reaction space is preferably calculated using equations (2), (3) and (4) from equation (5). It is taken into account that the infiltration of the added substances can only take place via the hydraulically effective pore volume fraction no:
unter Verwendung von
(C0,i,K* PVR+ SZR;K+SB,K)
(C0AK * P VR + SZR,K + SB,K) / (VR * n0) (5) dabei sind under the use of (C 0 , i, K * PV R + S Z R , K + S B , K) (C 0A K * PV R + S Z R, K + S B , K) / (V R * n 0 ) (5)
no hydraulisch wirksame Porosität der Reaktionszone, no hydraulically effective porosity of the reaction zone,
VR Gesamtvolumen der Reaktionszone, V R total volume of the reaction zone,
Cy;K Konzentration der reaktiven Stoffe im Infiltrat. Cy ; K Concentration of the reactive substances in the infiltrate.
Gleichung (5) gilt für den Fall, dass zu Beginn der Konditionierungsphase keine zu infiltrierenden reaktiven Stoffe im Reaktionsraum enthalten sind. Sind jedoch bereits reaktive Stoffe im Grundwasser enthalten, deren Konzentration zu berücksichtigen ist, so die Konzentration der reaktiven Stoffe im Grundwasser in Gleichung (5) entsprechend einzukalkulieren. Equation (5) applies to the case that at the beginning of the conditioning phase no reactive substances to be infiltrated are contained in the reaction space. However, if reactive substances are already present in the groundwater and their concentration has to be taken into account, the concentration of the reactive substances in the groundwater shall be calculated accordingly in equation (5).
Mit der Konzentration der reaktiven Stoffe (i), die in den Reaktionsraum im Rahmen der Konditionierungsphase strömt (Cy;K) wird ein hoher Konzentrationsgradient zwischen dem hydraulisch wirksamen und dem hydraulisch gering wirksamen Porenvolumen erzeugt, der den Stoffaustausch zwischen den beiden Porenvolumenanteilen beschleunigt. With the concentration of the reactive substances (i) flowing into the reaction space during the conditioning phase (Cy ; K ), a high concentration gradient is generated between the hydraulically effective and the hydraulically low effective pore volume, which accelerates the mass transfer between the two pore volume fractions.
Vorzugsweise wird die Konditionierungsphase in einem erfindungsgemäßen Verfahren wiederholt. Dies wird insbesondere in dem Fall durchgeführt, wenn die Anreicherung des hydraulisch gering wirksamen Porenvolumens mit reaktiven Stoffen und/oder die Nebenreaktionen innerhalb der Reaktionszone zum Ende einer Konditionierungsphase nicht abgeschlossen sind. Dies ist insbesondere der Fall, wenn die Kinetik der im Reaktionsraum stattfindenden Nebenreaktionen einen Abschluss der Nebenreaktionen im Rahmen einer Konditionierungsphase nicht erlaubt. Eine Wiederholung der Konditionierung wird vorzugsweise in dem Fall durchgeführt, wenn die Endkonzentration der reaktiven Stoffe am Ende des Reaktionsraums der Länge LR, die tatsächlich nach der Infiltration der zuvor berechneten Stoffmenge vorliegt, mehr als 20 % geringer ist, als die zuvor definierte Endkonzentration. Preferably, the conditioning phase is repeated in a method according to the invention. This is carried out in particular in the case where the enrichment of the hydraulically low effective pore volume with reactive substances and / or the side reactions within the reaction zone are not completed at the end of a conditioning phase. This is the case, in particular, when the kinetics of the side reactions taking place in the reaction space do not permit completion of the side reactions in the context of a conditioning phase. A repetition of the conditioning is preferably carried out in the case when the final concentration of the reactive substances at the end of the reaction space of length L R , which is actually present after the infiltration of the previously calculated amount of substance, is more than 20% less than the previously defined final concentration.
Nachdem die reaktiven Stoffe im Rahmen der Konditionierung sowohl im hydraulisch wirksamen als auch im hydraulisch gering wirksamen Porenvolumenanteil verteilt wurden, werden während der Bewirtschaftungsphase bei den Umwandlungsprozessen, die im Rahmen der erfindungsgemäßen in situ Grundwasserbehandlung stattfinden, auch die reaktiven Stoffe verbraucht, die bei der Konditionierungsphase im hydraulisch gering wirksamen Porenvolumenanteil angereichert wurden. After the reactive substances have been distributed as part of the conditioning in both the hydraulically effective and the hydraulically low effective pore volume fraction, during the management phase in the conversion processes that take place in the context of in situ groundwater treatment according to the invention, the reactive substances used in the conditioning phase were enriched in the hydraulically low effective pore volume fraction.
Die Bewirtschaftungsphase umfasst zwei Betriebsphasen: das Aussetzen der Infiltration der reaktiven Stoffe und daran anschließend eine erneute Infiltration reaktiver Stoffe (intermittierende Infiltration von reaktiven Stoffen). Die Bewirtschaftungsphase wird vorzugsweise mindestens einmal wiederholt. The management phase covers two phases of operation: the suspension of the infiltration of the reactive substances followed by a re-infiltration of reactive substances (intermittent infiltration of reactive substances). The management phase is preferably repeated at least once.
Durch das Aussetzen der Infiltration reaktiver Stoffe strömt zunächst unbehandeltes Grundwasser in den Reaktionsraum nach. Dabei werden die im zuströmenden Grundwasser enthaltenen zu
behandelnden Stoffe mit den reaktiven Stoffen in situ umgesetzt, die im Rahmen der Konditionierung innerhalb der Reaktionszone angereichert wurden. By suspending the infiltration of reactive substances, untreated groundwater initially flows into the reaction space. In the process, the substances contained in the inflowing groundwater become too treated substances with the reactive substances in situ, which were enriched as part of the conditioning within the reaction zone.
Das Aussetzen der Infiltration der reaktiven Stoffe erfolgt nur so lange, dass kein unbehandeltes Grundwasser aus dem Reaktionsraum austritt und dass vorzugsweise nicht die gesamte, im hydraulisch wirksamen und hydraulisch gering wirksamen Porenvolumen enthaltene Menge an reaktiven Stoffen durch die Grundwasserbehandlung verbraucht wird. The suspension of the infiltration of the reactive substances takes place only so long that no untreated groundwater emerges from the reaction space and that preferably not all of the amount of reactive substances contained in the hydraulically effective and hydraulically low effective pore volume is consumed by the groundwater treatment.
Die Konzentration der zu behandelnden Stoffe am Ende der Reaktionszone der Länge LR überschreitet dabei nicht eine zuvor definierte Zielkonzentration für die Bewirtschaftungsphase. Die Konzentration der reaktiven Stoffe am Ende der Reaktionszone der Länge LR überschreitet dabei nicht eine zuvor definierte Endkonzentration für die Bewirtschaftungsphase. Diese ist vorzugsweise identisch zu der Endkonzentration für die Konditionierungsphase. The concentration of the substances to be treated at the end of the reaction zone of length L R does not exceed a previously defined target concentration for the management phase. The concentration of reactive substances at the end of the reaction zone of length L R does not exceed a previously defined final concentration for the management phase. This is preferably identical to the final concentration for the conditioning phase.
Bei der erneuten Infiltration von reaktiven Stoffen im Rahmen der Bewirtschaftungsphase ist die infiltrierte Stoffmenge vorzugsweise so hoch, wie notwendig ist, um die im nachgeströmten Grundwasser enthaltenen zu behandelnden Stoffe umzusetzen. Dabei sollen die im hydraulisch gering wirksamen Porenvolumen enthaltenen reaktiven Stoffen ebenfalls zur Umsetzung der zu behandelnden Stoffe genutzt (hierin auch„bewirtschaftet") werden. In the case of re-infiltration of reactive substances during the management phase, the amount of infiltrated material is preferably as high as is necessary in order to convert the substances to be treated contained in the after-flowed groundwater. The reactive substances contained in the hydraulically low effective pore volume should also be used for the implementation of the substances to be treated (herein also "managed").
In der ersten Betriebsphase der Bewirtschaftungsphase strömt unbehandeltes Grundwasser in den Reaktionsraum. Das unbehandelte Grundwasser kann ausschließlich über den hydraulisch wirksamen Porenvolumenanteil in den Reaktionsraum eingeführt werden. Es werden durch das Nachströmen des unbehandelten Grundwassers folgende Stoffübergangsprozesse ausgelöst: In the first phase of the management phase, untreated groundwater flows into the reaction space. The untreated groundwater can be introduced into the reaction space exclusively via the hydraulically effective pore volume fraction. The following mass transfer processes are triggered by the subsequent flow of the untreated groundwater:
Diffusion der Schadstoffe aus dem hydraulisch wirksamen Porenvolumenanteil in den hydraulisch gering wirksamen Porenvolumenanteil, Diffusion of pollutants from the hydraulically effective pore volume fraction in the hydraulically low effective pore volume fraction,
Diffusion der reaktiven Stoffe aus dem hydraulisch gering wirksamen Porenvolumenanteil in den hydraulisch wirksamen Porenvolumenanteil. Diffusion of the reactive substances from the hydraulically low effective pore volume fraction in the hydraulically effective pore volume fraction.
Die Stoffübergänge in der ersten Betriebsphase der Bewirtschaftungsphase sind somit genau umgekehrt zu den Stoffübergangsprozessen der Konditionierung. The mass transfers in the first phase of the management phase are therefore exactly the reverse of the mass transfer processes of the conditioning.
Durch das Nachströmen des unbehandelten Grundwassers wird ein Teil des Reaktionsraumes mit den zu behandelnden Stoffen aufgefüllt. Diese werden durch die reaktiven Stoffe umgesetzt, die innerhalb des Reaktionsraums vorliegen. Der Zufluss des unbehandelten Grundwassers wird in der zweiten Betriebsphase der Bewirtschaftungsphase mit der erneuten Infiltration von reaktiven Stoffen unterbrochen. Dadurch werden reaktive Stoffe erneut im Grundwasser des Reaktionsraums angereichert. As a result of the afterflow of the untreated groundwater, part of the reaction space is filled with the substances to be treated. These are converted by the reactive substances that are present within the reaction space. The inflow of untreated groundwater is interrupted in the second phase of the management phase with the re-infiltration of reactive substances. As a result, reactive substances are re-enriched in the groundwater of the reaction space.
Die Zeit, für die die Infiltration der reaktiven Stoffe ausgesetzt wird (hierin auch: Nachströmzeit) wird
vorzugsweise vor Beginn des erfindungsgemäßen Verfahrens berechnet. Da in der ersten Betriebsphase der Bewirtschaftungsphase nicht der komplette Reaktionsraum mit unbehandeltem Grundwasser aufgefüllt wird, wird der Längenanteil, zu dem das unbehandelte Grundwasser in den Reaktionsraum einströmt, durch einen Minderungsfaktor rB beschrieben. Dieser wird vor Beginn des erfindungsgemäßen Verfahrens festgelegt. Vorzugsweise beträgt der Minderungsfaktor rB maximal 0,5. Dies bedeutet, dass in der ersten Betriebsphase der Bewirtschaftungsphase nur so lange unbehandeltes Grundwasser in den Reaktionsraum ein, bis bezogen auf den hydraulisch wirksamen Porenanteil maximal 50 % der Reaktionsraumlänge mit unbehandeltem Grundwasser gefüllt sind. The time for which the infiltration of the reactive substances is suspended (herein also: post-flow time) preferably calculated before the beginning of the method according to the invention. Since in the first operating phase of the management phase not the complete reaction space is filled up with untreated groundwater, the length fraction at which the untreated groundwater flows into the reaction space is described by a reduction factor r B. This is determined before the beginning of the method according to the invention. Preferably, the reduction factor r B is 0.5 maximum. This means that in the first phase of the management phase, only untreated groundwater enters the reaction space until, based on the hydraulically active pore content, a maximum of 50% of the reaction space length is filled with untreated groundwater.
Besonders bevorzugt werden bei der Festlegung des Minderungsfaktors die im nachströmenden Grundwasser enthaltene Konzentration der zu behandelnden Stoffe und die Stoffumwandlungsprozesse mit den reaktiven Stoffen berücksichtigt. Der Minderungsfaktor wird dabei vorzugsweise so festgelegt, dass im über den Längenanteil nachgeströmten Grundwasser eine geringere Stoffmenge an zu behandelnden Stoffen enthalten ist, als mit der gesamten im hydraulisch gering wirksamen Porenvolumen enthaltenen Stoffmenge an reaktiven Stoffen umgesetzt werden kann. Dazu sind die Stöchiometrie der Stoffumwandlungsprozesse sowie die Mindestkonzentration an den im hydraulisch geringen Porenvolumen enthaltenen reaktiven Stoffen zu berücksichtigen, bei der die Grundwasserbehandlung stattfinden kann. In determining the reduction factor, the concentration of the substances to be treated contained in the inflowing groundwater and the material conversion processes with the reactive substances are particularly preferably taken into account. The reduction factor is preferably determined in such a way that a lower amount of substance to be treated is contained in the groundwater which has flowed through the length fraction than can be reacted with the entire amount of reactive substance contained in the hydraulically low effective pore volume. For this purpose, the stoichiometry of the material conversion processes as well as the minimum concentration of the reactive substances contained in the hydraulically low pore volume have to be taken into account, at which the groundwater treatment can take place.
Vorzugsweise ist der Minderungsfaktor so festzulegen, dass die reaktive Stoffmenge stets so groß ist, dass die Stoffumwandlungsprozesse immer noch stattfinden können. Preferably, the reduction factor is to be set so that the reactive amount of substance is always so large that the material conversion processes can still take place.
Die Nachströmzeit wird bevorzugt mit folgender Gleichung (6) berechnet: = rB*LR/vi a (6) dabei sind The post-flow time is preferably calculated with the following equation (6): = r B * L R / v i a (6)
tI B Zeit für das Nachströmen des unbehandelten Grundwassers im Rahmen der Bewirtschaftungsphase (Nachströmzeit, entspricht der Zeit des Aussetzens der Infiltration), t IB time for the afterflow of the untreated groundwater during the management phase (post-flow time, corresponds to the time of exposure of the infiltration),
LR Länge der Reaktionszone, L R length of the reaction zone,
V; a Porenwassergeschwindigkeit, V; a pore water velocity,
Minderungsfaktor für die Bewirtschaftungsphase (<1). Reduction factor for the management phase (<1).
Der Minderungsfaktor rB wird bevorzugt aus folgendem Zusammenhang berechnet:
/ (Cy*no) (8)
dabei sind fs Faktor für den stöchiometrischen Stoffumsatz (gibt das Verhältnis der Stoffmenge zu behandelnder Stoffe zu Stoffmenge reaktiver Stoffe an) The reduction factor r B is preferably calculated from the following relationship: / (Cy * no) (8) where f s is the factor for the stoichiometric conversion (indicates the ratio of the amount of substance to be treated to the amount of substance of reactive substances)
C0 , Konzentration der reaktiven Stoffe im Grundwasser am Ende der Reaktionszone zum Ende der Konditionierungsphase oder der vorherigen Bewirtschaftungsphase, C0, concentration of reactive substances in groundwater at the end of the reaction zone at the end of the conditioning phase or the previous management phase,
Cy, Konzentration der reaktiven Stoffe im unbehandelten Grundwasser, Cy, concentration of reactive substances in untreated groundwater,
C„-„ Minimalkonzentration an reaktiven Stoffen, bei der die Grundwasserbehandlung stattfinden kann. C "-" Minimum reactive substance level at which groundwater treatment can take place.
Der Bedarf der während der Bewirtschaftungsphase zu infiltrierende Masse an reaktiven Stoffen wird bevorzugt aus folgender Beziehung abgeleitet:
The need for the mass of reactive substances to be infiltrated during the management phase is preferably derived from the following relationship:
dabei sind are there
SRS,B Gesamtmasse der in der Bewirtschaftungsphase zu infiltrierenden reaktiven Stoffe, SRS, B total mass of reactive substances to be infiltrated in the management phase,
SPV,B Masse reaktiver Stoffe für die Anreicherung der reaktiven Stoffe im nachgeströmten Grundwasser, SPV, B mass of reactive substances for the enrichment of the reactive substances in the downstream groundwater,
SB,B Masse reaktiver Stoffe für die Grundwasserbehandlung des nachgeströmten Grundwassers. S B , B Mass of reactive substances for groundwater treatment of the downstream groundwater.
Die Konzentration reaktiver Stoffe am Ende des Reaktionsraums der Länge LR kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren reguliert werden. So ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhaft möglich, die Endkonzentration bei mehrfacher Wiederholung der Bewirtschaftungsphase zu reduzieren, indem eine entsprechend geringere Menge reaktiver Stoffe infiltriert wird oder diese zu erhöhen, indem eine entsprechend größere Menge reaktiver Stoffe infiltriert wird. The concentration of reactive substances at the end of the reaction space of length L R can be regulated by the method according to the invention. Thus, with the method according to the invention, it is advantageously possible to reduce the final concentration in the case of repeated repetition of the management phase by infiltrating or increasing a correspondingly smaller amount of reactive substances by infiltrating a correspondingly larger amount of reactive substances.
Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren so durchgeführt, dass die Endkonzentration der reaktiven Stoffe, während der Bewirtschaftungsphase konstant gehalten wird. Besonders bevorzugt entspricht die Endkonzentration der reaktiven Stoffe in der Bewirtschaftungsphase der der Konditionierungsphase (Co,i,B = Co,i,i ). The process according to the invention is preferably carried out in such a way that the final concentration of the reactive substances is kept constant during the management phase. Particularly preferably, the final concentration of the reactive substances in the management phase corresponds to that of the conditioning phase (Co, i, B = Co, i, i).
Die Konzentration der reaktiven Stoffe am Ende des Reaktionsraums der Länge LR in der Bewirtschaftungsphase wird bevorzugt durch folgende Bilanz errechnet, die dann gilt, wenn die Endkonzentration der reaktiven Stoffe in der Bewirtschaftungsphase der der Konditionierungsphase entspricht (C0,i,B = C0,i,K): The concentration of the reactive substances at the end of the reaction space of length L R in the management phase is preferably calculated by the following balance which applies when the final concentration of the reactive substances in the management phase corresponds to the conditioning phase (C 0 , i, B = C 0 , i, K ):
Q B = SPV,B / PVR,B (3a)
dabei sind QB = SPV, B / PV R , B (3a) are there
Co,i,B Konzentration der reaktiven Stoffe im Grundwasser am Ende der Reaktionszone, PVR;B Volumen des nachgeströmten unbehandelten Grundwassers (s. Gl. (7)). Co, i, B Concentration of reactive substances in groundwater at the end of the reaction zone, PV R; B Volume of post-flow untreated groundwater (see equation (7)).
Das im ersten Teil der Bewirtschaftungsphase nachgeströmte Grundwasservolumen ist berechenbar, und wird vorzugsweise mit folgender Gleichung berechnet: The amount of groundwater which has flowed during the first part of the management phase is calculable and is preferably calculated using the following equation:
PVR;B = AR * vf * V (7) dabei sind PV R; B = A R * v f * V (7)
AR Fläche des Reaktionsraumes senkrecht zur Fließrichtung in m2, Vf Filtergeschwindigkeit nach Darcy, tI B Nachströmzeit in h. A R Area of the reaction space perpendicular to the flow direction in m 2 , Vf Filtering speed according to Darcy, t IB Postflow time in h.
Die Filtergeschwindigkeit nach Darcy (Vf) ist dabei vor der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu bestimmen. The filter velocity according to Darcy (Vf) is to be determined before carrying out the method according to the invention.
Die aus dem Reaktionsraum im Rahmen der Bewirtschaftungsphase ausströmende Konzentration Co,i,B der reaktiven Stoffe wird dabei abweichend von der Konditionierungsphase nicht unter Berücksichtigung des gesamten Porenvolumens des Reaktionsraums, sondern nur unter Berücksichtigung des innerhalb der ersten Betriebsphase der jeweiligen Bewirtschaftungsphase ausgetauschten Porenvolumens des Reaktionsraums berechnet. Deviating from the conditioning phase, the concentration Co, i, B of the reactive substances flowing out of the reaction space during the management phase is not calculated taking into account the total pore volume of the reaction space, but only taking into account the pore volume of the reaction space exchanged within the first operating phase of the respective management phase ,
Die im Rahmen der Bewirtschaftungsphase zu infiltrierende Konzentration reaktiver Stoffe ergibt sich unter Verwendung der Gleichungen (2a), (3a) und (4a) aus Gleichung (5a). Dabei wird berücksichtigt, dass die Infiltration der reaktiven Stoffe nur über das hydraulisch wirksame Porenvolumen, welches während des Zustromes des zu behandelnden Grundwassers in den Reaktionsraum ausgetauscht wurde, PVR;B, erfolgen kann: The concentration of reactive substances to be infiltrated during the management phase is calculated using equations (2a), (3a) and (4a) from equation (5a). It is taken into account that the infiltration of the reactive substances can only take place via the hydraulically effective pore volume, which was exchanged during the inflow of the groundwater to be treated into the reaction space, PV R, B :
Die Berechnung der Menge reaktiver Stoffe, die während der Bewirtschaftungsphase infiltriert wird, geschieht vorzugweise gemäß Gleichung (5a):
The calculation of the amount of reactive substances infiltrated during the management phase is preferably carried out according to equation (5a):
unter Verwendung von (2a) ■=> Cy;B * PVR;B = SPV,B + SB,B unter Verwendung von (3 a) ■=> Cy;B = Co,i,B + SB,B/PVR;B (5 a) mit using (2a) ■ => Cy ; B * PV R; B = S PV , B + S B , B using (3 a) ■ => Cy ; B = Co, i, B + S B , B / PV R; B (5 a) with
PVR;B Volumen des nachgeströmten unbehandelten Grundwassers,
Cy;B zu infiltrierende Konzentration der reaktiven Stoffe in der Bewirtschaftungsphase. PV R; B volume of post-flow untreated groundwater, Cy ; B concentration of reactive substances to be infiltrated during the management phase.
Im erfindungsgemäßen Verfahren werden reaktive Stoffe in einen Grundwasserbereich infiltriert. Die Infiltration der reaktiven Stoffe wird dabei mithilfe von bekannten Infiltrationsvorrichtungen, insbesondere Brunnen oder Grundwassermessstellen, durchgeführt. Im erfindungsgemäßen Verfahren werden sowohl Infiltrationsvorrichtungen, die eine horizontale Infiltration ermöglichen, als auch Infiltrationsvorrichtungen zur Vertikalinfiltration eingesetzt. Besonders bevorzugt finden Infiltrationsbrunnen zur Vertikalinfiltration in einem erfindungsgemäßen Verfahren Verwendung. In the process according to the invention, reactive substances are infiltrated into a groundwater area. The infiltration of the reactive substances is carried out using known infiltration devices, in particular wells or groundwater measuring points. In the method according to the invention both infiltration devices, which allow a horizontal infiltration, as well as infiltration devices for vertical infiltration are used. Infiltration wells for vertical infiltration are particularly preferably used in a method according to the invention.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden im Grundwasser befindliche Stoffe (hierin: „zu behandelnde Stoffe") durch die Infiltration von reaktiven Stoffen, die zur Umsetzung oder zum Abbau dieser Stoffe geeignet sind, behandelt. Die reaktiven Stoffe sind dann an physikochemischen und/oder biochemischen Prozessen beteiligt, die zur Umwandlung oder zum Abbau der im Grundwasser enthaltenen zu behandelnden Stoffe führen. Resultat der Grundwasserbehandlung mit einem erfindungsgemäßen Verfahren ist: According to the method of the invention, substances present in the groundwater (herein "substances to be treated") are treated by the infiltration of reactive substances which are suitable for the conversion or decomposition of these substances The reactive substances are then subjected to physicochemical and / or biochemical processes involved in the conversion or decomposition of the substances to be treated contained in the groundwater The result of groundwater treatment with a method according to the invention is:
- die Reduktion der Konzentration der zu behandelnden Stoffe auf einen Zielkonzentration, die vorzugsweise gleich oder kleiner ist, als der maximal zulässige Grenzwert für den jeweiligen Stoff und the reduction of the concentration of the substances to be treated to a target concentration which is preferably equal to or less than the maximum permissible limit for the substance concerned and
- die Vermeidung einer Verunreinigung des dem Reaktionsraum nachfolgenden Grundwasserbereiches mit reaktiven Stoffen. - The prevention of contamination of the reaction space following groundwater area with reactive substances.
Im Grundwasser zu behandelnde Stoffe im Sinne der Erfindung umfassen sowohl Stoffe geogenen Ursprungs (insbesondere Eisen und/oder Mangan), als auch Schadstoffe (insbesondere organische Schadstoffe). Within the meaning of the invention, substances to be treated in groundwater include both substances of geogenic origin (in particular iron and / or manganese) and pollutants (in particular organic pollutants).
Die Auswahl der reaktiven Stoffe erfolgt nach Art und Beschaffenheit der zu behandelnden Stoffe im Grundwasser. Bevorzugte reaktive Stoffe sind Nährstoffe, Elektronenakzeptoren und/oder Spurenelemente. Dem Fachmann ist bekannt, welche reaktiven Stoffe die gewünschten Stoffumwandlungsprozesse fördern, die zur Reduzierung der im Grundwasser enthaltenen, zu behandelnden Stoffe führen. Daher ist der Fachmann in der Lage, eine Auswahl geeigneter reaktiver Stoffe für die Grundwasserbehandlung zu treffen. In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur Behandlung von BTEX-haltigem Grundwasser Nitrat als reaktiver Stoff infiltriert. The choice of reactive substances depends on the type and nature of the substances to be treated in the groundwater. Preferred reactive substances are nutrients, electron acceptors and / or trace elements. The person skilled in the art knows which reactive substances promote the desired substance conversion processes, which lead to the reduction of the substances to be treated contained in the groundwater. Therefore, those skilled in the art will be able to make a selection of suitable reactive substances for groundwater treatment. In a preferred embodiment of the method according to the invention nitrate is infiltrated as a reactive substance for the treatment of BTEX-containing groundwater.
Vorzugsweise werden zur Identifikation geeigneter reaktiver Stoffe Vorversuche durchgeführt, die die Behandlung des vorgesehenen Grundwasserbereiches im Labormaßstab simulieren. Dafür geeignete Versuchseinrichtungen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Für die in situ Sanierung von Grundwasserbereichen, die mit organischen Stoffen kontaminiert sind, wird zur Identifikation
geeigneter reaktiver Stoffe vorzugsweise ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß DE 10 2009 038 017.5 verwendet. Preferably, preliminary tests are carried out for the identification of suitable reactive substances, which simulate the treatment of the intended groundwater area on a laboratory scale. Appropriate experimental facilities are known from the prior art. For the in situ remediation of groundwater contaminated with organic matter is used for identification suitable reactive substances preferably a method and a device according to DE 10 2009 038 017.5 used.
Bevorzugt werden zur in situ Grundwasserbehandlung in einem erfindungsgemäßen Verfahren mehrere unterschiedliche reaktive Stoffe infiltriert. Dabei erfolgt die Infiltration der unterschiedlichen reaktiven Stoffe gleichzeitig oder zeitlich versetzt. Preferably, several different reactive substances are infiltrated for in situ groundwater treatment in a process according to the invention. In this case, the infiltration of the different reactive substances takes place simultaneously or at different times.
Werden mehrere unterschiedliche Stoffe durch die in situ Grundwasserbehandlung in einem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt, erfolgt die Umsetzung der einzelnen Stoffe notwendigerweise mit unterschiedlichen Reaktionsgeschwindigkeiten. Die Länge des Reaktionsraums mit der Länge LR wird in diesem Fall mit der Reaktionszeit tR desjenigen Stoffs berechnet, der am langsamsten reagiert (also für den Stoff bei dem die Zeit bis zum Erreichen der Zielkonzentration der zu behandelnden Stoffe am Ende des Reaktionsraums am höchsten ist). Daraus resultiert, dass innerhalb des gesamten Reaktionsraums für die schneller reagierenden Stoffe einzelne Reaktionszonen enthalten sind, die jeweils durch den Ort des Beginns der Stoffumwandlung des jeweiligen Stoffs und deren Ende charakterisiert sind. If several different substances are treated by the in situ groundwater treatment in a process according to the invention, the conversion of the individual substances necessarily takes place at different reaction rates. The length of the reaction space with the length L R is calculated in this case with the reaction time t R of the substance which reacts slowest (ie for the substance in which the time to reach the target concentration of the substances to be treated at the end of the reaction chamber highest is). As a result, individual reaction zones are contained within the entire reaction space for the faster-reacting substances, which are each characterized by the location of the beginning of the material transformation of the respective substance and its end.
Für den Fall, dass mehrere Stoffe, die unterschiedliche Reaktionsbedingungen erfordern, im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens behandelt werden (insbesondere den Wechsel von aeroben zu anaeroben Bedingungen), so besteht der Reaktionsraum aus mehreren Reaktionszonen und es werden zum Beginn einer neuen Reaktionszone vorzugsweise weitere reaktive Stoffe infiltriert. Dies geschieht vorzugsweise zeitlich versetzt mit der Infiltration der reaktiven Stoffe am Beginn des (gesamten) Reaktionsraums . In the event that several substances that require different reaction conditions are treated in the context of a method according to the invention (in particular the change from aerobic to anaerobic conditions), the reaction space consists of several reaction zones and it will be the beginning of a new reaction zone preferably further reactive substances infiltrated. This is preferably done with a time delay with the infiltration of the reactive substances at the beginning of the (entire) reaction space.
Die Infiltration der für die Grundwasserbehandlung erforderlichen Menge reaktiver Stoffe erfolgt entweder durch eine Feststoffzugabe (also als Massestrom) und/oder durch Infiltration einer wässrigen Lösung der reaktiven Stoffe (also in einem auf die Grundwasserströmung aufgeprägten Volumenstrom) erfolgen. The infiltration of the amount of reactive substances required for the groundwater treatment is carried out either by a solids addition (ie as a mass flow) and / or by infiltration of an aqueous solution of the reactive substances (ie in a volume flow impressed on the groundwater flow).
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es erwünscht, zur Erzielung eines intensiven diffusiven Stoffübergangs zwischen hydraulisch wirksamen und hydraulisch gering wirksamen Porenvolumen einen hohen Konzentrationsgradienten im Grundwasser zwischen den beiden vorgenannten Porenvolumenanteilen zu erzielen. Dazu werden im Rahmen der Konditionierungsphase reaktive Stoffe mit dem Ziel der Anreicherung im hydraulisch wirksamen und ebenso im hydraulisch gering wirksamen Porenvolumen infiltriert. Die Menge der infiltrierten reaktiven Stoffe im Rahmen der Konditionierungsphase ist daher mindestens um die Stoffmenge im Vergleich zur Bewirtschaftungsphase höher, die für die Umsetzung der reaktiven Stoffe in Nebenreaktionen verbraucht wird. With the method according to the invention, it is desirable to achieve a high concentration gradient in the groundwater between the two aforementioned pore volume fractions to achieve an intensive diffusive mass transfer between hydraulically effective and hydraulically low effective pore volume. For this purpose, as part of the conditioning phase reactive substances are infiltrated with the aim of enrichment in hydraulically effective and also in the hydraulically low effective pore volume. The amount of infiltrated reactive substances during the conditioning phase is therefore higher, at least by the amount of substance compared to the management phase, which is consumed for the reaction of the reactive substances in side reactions.
Für die Berechnung der zu infiltrierenden Stoffmenge in der Konditionierungsphase und
Bewirtschaftungsphase in einem erfindungsgemäßen Verfahren ist die Kenntnis standortbezogener Parameter notwendig. Dazu zählen die die Filtergeschwindigkeit nach Darcy, die Porosität des Grundwasserleiters, der Anteil des hydraulisch wirksamen und gering wirksamen Porenvolumens, die Porenwassergeschwindigkeit, die Konzentration der zu behandelnden Stoffe, die Abbau- bzw. Reaktionsraten der zu behandelnden Stoffe durch reaktive Stoffe, der Verbrauch reaktiver Stoffe in Nebenreaktionen und weitere. Diese Parameter sind standortabhängig und werden vor der Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in bekannter Weise ermittelt. Porenwassergeschwindigkeit sowie hydraulisch wirksamer und hydraulisch gering wirksamer Porenvolumenanteil werden vorzugsweise aus den Ergebnissen von Tracerversuchen im zu behandelnden Grundwasserbereich bestimmt. Gesamtporenvolumenanteil und die Reaktionszeit, die für die Behandlung des Grundwassers bis unter den zulässigen Wert benötigt wird, werden vorzugsweise in ex situ Vorversuchen, besonders bevorzugt im Labormaßstab, bestimmt. For the calculation of the amount of substance to be infiltrated in the conditioning phase and Management phase in a method according to the invention, the knowledge of location-related parameters is necessary. These include the Darcy filter speed, the porosity of the aquifer, the proportion of hydraulically effective and low effective pore volume, the pore water velocity, the concentration of the substances to be treated, the degradation or reaction rates of the substances to be treated by reactive substances, the consumption more reactive Substances in side reactions and others. These parameters are location-dependent and are determined prior to carrying out a method according to the invention in a known manner. Pore water velocity and hydraulically effective and hydraulically low effective pore volume fraction are preferably determined from the results of tracer experiments in the groundwater area to be treated. Total pore volume fraction and the reaction time, which is required for the treatment of groundwater to below the permissible value, are preferably determined in ex situ preliminary experiments, particularly preferably on a laboratory scale.
Charakteristisch für das erfindungsgemäße Verfahren ist es, dass sowohl diffusive als auch konvektionsbedingte Stofftransportprozesse ebenso wie der Verbrauch reaktiver Stoffe in (nicht zur Grundwasserbehandlung zählenden) Nebenreaktionen berücksichtigt werden. Nur die Berücksichtigung der Gesamtheit dieser Stoffübergangs- und Umwandlungsprozesse ermöglicht eine verbesserte Kalkulation der einzusetzenden reaktiven Stoffe, die Abgrenzung des Reaktionsraumes sowie die Vermeidung einer Verunreinigung des dem Reaktionsraum nachfolgenden Grundwasserbereiches mit reaktiven Stoffen. It is characteristic of the method according to the invention that both diffusive as well as convection-dependent mass transport processes as well as the consumption of reactive substances in (not counting the groundwater treatment) side reactions are taken into account. Only the consideration of the totality of these mass transfer and conversion processes enables an improved calculation of the reactive substances to be used, the delimitation of the reaction space and the avoidance of contamination of the groundwater area following the reaction space with reactive substances.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung wird das erfindungsgemäße Verfahren in Kombination mit einer hydraulisch aktiven Maßnahme durchgeführt. Eine besonders bevorzugte hydraulische Maßnahme ist das Pump-and-Treat Verfahren. Dabei erfolgt eine erzwungene, nahezu konstante Ausrichtung der Grundwasserströmung, die damit weitestgehend unabhängig von der Grundwasserneubildung ist. Dadurch wird die Raumwirkung und Bilanzierbarkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens verbessert. Die Dosierung der reaktiven Stoffe kann dabei im erfindungsgemäßen Verfahren sowohl über das entnommene und nachfolgend infiltrierte Grundwasser als auch über zusätzliche Infiltrationsbrunnen erfolgen. In a preferred embodiment of the invention, the method according to the invention is carried out in combination with a hydraulically active measure. A particularly preferred hydraulic measure is the pump-and-treat method. In this case, a forced, almost constant alignment of the groundwater flow, which is thus largely independent of the groundwater recharge occurs. As a result, the spatial effect and balancing of the method according to the invention is improved. In the process according to the invention, the dosage of the reactive substances can be effected both via the withdrawn and subsequently infiltrated groundwater and via additional infiltration wells.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht im Vergleich zum Stand der Technik eine belastbare Kalkulation der einzusetzenden reaktiven Stoffe, die Abgrenzung bzw. Festlegung des Reaktionsraumes und somit die Bilanzierbarkeit einer in situ Grundwasserbehandlung sowie die Vermeidung einer Verunreinigung des dem Reaktionsraum nachfolgenden Grundwasserbereiches mit reaktiven Stoffen. Compared with the prior art, the method according to the invention enables a reliable calculation of the reactive substances to be used, the delimitation or definition of the reaction space and thus the balancing ability of an in situ groundwater treatment and the avoidance of contamination of the groundwater area following the reaction space with reactive substances.
Durch die Berücksichtigung der Anreicherung der reaktiven Stoffe im hydraulisch gering wirksamen Porenvolumen und die Umsetzung von weiteren (nicht zu behandelnden) Stoffen in Nebenreaktionen, bei denen die reaktiven Stoffe verbraucht werden, ist die im Rahmen der Konditionierungsphase zu
infiltrierende Menge reaktiver Stoffe kalkulierbar. Durch die Kenntnis der Reaktionskinetik ist der Reaktionsraum abgrenzbar und im Zusammenhang mit dem Kalkulationsergebnis des Verbrauchs an reaktiven Stoffen die Grundwasserbehandlung bilanzierbar. By considering the enrichment of the reactive substances in the hydraulically low effective pore volume and the conversion of other (not to be treated) substances in side reactions, in which the reactive substances are consumed, which is in the context of the conditioning phase to infiltrating amount of reactive substances calculable. By knowing the reaction kinetics, the reaction space can be delimited and, in connection with the calculation result of the consumption of reactive substances, the groundwater treatment can be balanced.
Mit dem Abschluss der Konditionierungsphase sind die Nebenreaktionen soweit abgeschlossen, dass diese nachfolgend nicht mehr berücksichtigt werden müssen. Weiterhin sind die reaktiven Stoffe im hydraulisch wirksamen und im hydraulisch gering wirksamen Porenvolumen verteilt und darin angereichert, so dass im Rahmen der Bewirtschaftungsphase nur noch die im nachströmenden Grundwasser enthaltenen Stoffe behandelt werden müssen. Damit ist es möglich, die im Rahmen der Grundwasserbehandlung einzusetzende Menge reaktiver Stoff zu optimieren. With the completion of the conditioning phase, the side reactions are completed so far that they no longer have to be taken into account. Furthermore, the reactive substances are distributed in the hydraulically effective and hydraulically low effective pore volume and enriched in it, so that in the management phase only the substances contained in the inflowing groundwater need to be treated. This makes it possible to optimize the amount of reactive substance to be used during groundwater treatment.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, dass durch die Berücksichtigung aller Stoffübergangs- und Umwandlungsprozesse die Endkonzentration der reaktiven Stoffe am Ende des Reaktionsraums der Länge LR zuvor zuverlässig kalkuliert werden kann, und somit eine Verunreinigung des Grundwassers außerhalb der Reaktionszone mit reaktiven Stoffen vermieden wird. Durch die kontrollierte, kalkulierte Zugabe der reaktiven Stoffe ist es möglich, sicherzustellen, dass eine vorgegebene maximal zulässige Konzentration an reaktiven Stoffen, die den Reaktionsraum verlassen, nicht überschritten wird. A further advantage of the method according to the invention is that, by taking into account all mass transfer and conversion processes, the final concentration of the reactive substances at the end of the reaction space of length L R can be reliably calculated beforehand, thus avoiding contamination of the groundwater outside the reaction zone with reactive substances becomes. The controlled, calculated addition of the reactive substances makes it possible to ensure that a predefined maximum permissible concentration of reactive substances leaving the reaction space is not exceeded.
Anhand folgender Figuren und Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden, ohne die Erfindung auf diese zu beschränken. Reference to the following figures and embodiments, the invention will be explained in more detail, without limiting the invention to these.
Fig. 1 Schematische Darstellung der Stoffaustauschprozesse in Konditionierung und Bewirtschaftung. Dargestellt ist jeweils der Reaktionsraum für die Grundwasserbehandlung, welcher in den hydraulisch wirksame Porenvolumenanteil (n0) und den hydraulisch gering wirksamen Porenvolumenanteil (nst) unterteilt ist. (A-C) Stoffübergang in der Konditionierungsphase. Zu Beginn der Grundwasserbehandlung ist die Konzentration an zu behandelnden Stoffen (ZBS, schwarz gekennzeichnet) in nst und no gleich (A). Die Infiltration von reaktiven Stoffen (RS, weiß gekennzeichnet) erfolgt über den hydraulisch wirksamen Porenvolumenanteil no, woraus diffusionsbedingte Stoffübergänge in das hydraulisch gering wirksame Porenvolumen resultieren (B). Mit Abschluss der Konditionierung sind reaktive Stoffe im hydraulisch wirksamen und im hydraulisch gering wirksamen Porenvolumen verteilt (C). (D-E) Stoffübergang in einer Bewirtschaftungsphase. Durch nachströmendes unbehandeltes Grundwasser im ersten Teil der Bewirtschaftungsphase gelangen unbehandelte ZBS in den Reaktionsraum (D). Im zweiten Teil der Bewirtschaftungsphase werden reaktive Stoffe infiltriert (E). Während der Bewirtschaftungsphase verlassen keine unbehandelten ZBS den Reaktionsraum.
Fig. 2 Schematische Darstellung eines Reaktionsraums einer in situ Sanierung eines mit BTEX verunreinigten Grundwasserbereichs durch Infiltration von Nitrat im Vertikalschnitt. Dabei sind IE ... Infiltrationsebene, KE ... Kontrollebene, RZ ... Reaktionszone, tR ... Reaktionszeit bei natürlicher Grundwasserströmung, BTEX ... Benzol, Toluol, Ethylbenzol und Xylol. Fig. 1 Schematic representation of the mass transfer processes in conditioning and management. Shown in each case is the reaction space for the groundwater treatment, which is divided into the hydraulically effective pore volume fraction (n 0 ) and the hydraulically effective pore volume fraction (n st ). (AC) mass transfer in the conditioning phase. At the beginning of groundwater treatment, the concentration of substances to be treated (ZBS, marked black) in n st and no is the same (A). The infiltration of reactive substances (RS, marked white) takes place via the hydraulically effective pore volume fraction no, resulting in diffusion-related mass transfer into the hydraulically low effective pore volume (B). Upon completion of the conditioning, reactive substances are distributed in the hydraulically effective and in the hydraulically low effective pore volume (C). (EN) mass transfer during a management phase. As a result of untreated, untreated groundwater in the first part of the management phase, untreated ZBS enter the reaction space (D). In the second part of the management phase, reactive substances are infiltrated (E). During the management phase, no untreated ZBS leave the reaction space. Fig. 2 Schematic representation of a reaction space of an in situ remediation of a contaminated with BTEX groundwater area by infiltration of nitrate in vertical section. IE ... infiltration level, KE ... control level, RZ ... reaction zone, t R ... reaction time for natural groundwater flow, BTEX ... benzene, toluene, ethylbenzene and xylene.
Ausführungsbeispiel 1: Stoffaustauschprozesse innerhalb des Reaktionsraums eines erfindungsgemäßen Verfahrens Exemplary Embodiment 1: Mass transfer processes within the reaction space of a process according to the invention
Ausgangspunkt ist das vor der Konditionierungsphase im zu behandelnden Grundwasserbereich zwischen n0 und nst bestehende thermodynamische Gleichgewicht, woraus resultiert, dass in beiden Porositätsanteilen die gleiche Konzentration an den zu behandelnden Stoffen im Grundwasser vorhanden ist (Fig. 1A). The starting point is the thermodynamic equilibrium existing between n 0 and n st before the conditioning phase in the groundwater area to be treated, with the result that in both porosity fractions the same concentration of the substances to be treated is present in the groundwater (FIG. 1A).
Nach der Infiltration der reaktiven Stoffe in den Grundwasserbereich, die ausschließlich über den hydraulisch wirksamen Porositätsanteil no stattfindet, ergibt sich aufgrund der bestehenden Gradienten zwischen no und nst der in Fig. 1B dargestellte Stoffaustausch: After the infiltration of the reactive substances into the groundwater area, which takes place exclusively via the hydraulically effective porosity fraction no, the mass transfer shown in FIG. 1B results due to the existing gradients between no and n st :
Diffusion der reaktiven Stoffe aus dem hydraulisch wirksamen Porenvolumenanteil in den hydraulisch gering wirksamen Porenvolumenanteil, Diffusion of the reactive substances from the hydraulically effective pore volume fraction into the hydraulically low effective pore volume fraction,
Diffusion der zu behandelnden Stoffe aus dem hydraulisch gering wirksamen Porenvolumenanteil in den hydraulisch wirksamen Porenvolumenanteil. Diffusion of the substances to be treated from the hydraulically low effective pore volume fraction in the hydraulically effective pore volume fraction.
Aufgrund des Stoffaustauschs werden vorteilhaft gleichzeitig eine Vermischung der zu behandelnden Stoffe mit den reaktiven Stoffen innerhalb des Reaktionsraums gewährleistet und dadurch optimale Bedingungen für die Stoffumwandlungsprozesse gegeben. Due to the mass transfer, mixing of the substances to be treated with the reactive substances within the reaction space is advantageously ensured at the same time, thereby providing optimal conditions for the material conversion processes.
Durch die ausgelösten Stoffumwandlungsprozesse werden reaktive Stoffe sowohl im hydraulisch wirksamen als auch im hydraulisch gering wirksamen Porenvolumenanteil verbraucht und dadurch die im Grundwasser enthaltenen zu behandelnden Stoffe umgesetzt und abgebaut. Durch die in Fig. 1B dargestellten Prozesse zwischen n0 und nst wird gleichzeitig eine optimale Vermischung der reaktiven Stoffe (RS) und der zu behandelnden Stoffe (ZBS) innerhalb des Reaktionsraumes erzielt. As a result of the initiated material conversion processes, reactive substances are consumed in both the hydraulically active and the hydraulically low effective pore volume fraction, thereby converting and degrading the substances contained in the groundwater. The processes between n 0 and n st shown in FIG. 1B simultaneously achieve optimum mixing of the reactive substances (RS) and the substances (ZBS) to be treated within the reaction space.
Die Konditionierungsphase wird beendet, wenn in etwa der in Fig. 1 C dargestellte praktisch erzielbare Zustand in n0 und nst erreicht wurde: The conditioning phase is ended when approximately the practically achievable state in n 0 and n st shown in FIG. 1 C has been reached:
am Ende des Reaktionsraums beträgt die Stoffkonzentration der reaktiven Stoffe der zuvor definierte Zielwert,
am Ende des Reaktionsraums ist die Stoff- bzw. Schadstoffkonzentration gleich oder kleiner als der für den jeweiligen zu behandelnden Stoff zulässige Zielwert, im gesamten hydraulisch wirksamen Porenvolumen ist die Konzentration an zu behandelnden Stoffen gleich oder kleiner als der für den jeweiligen zu behandelnden Stoff zulässige Zielwert, reaktive Stoffe sind sowohl im hydraulisch wirksamen als auch im hydraulisch gering wirksamen Porenvolumenanteil des Reaktionsraums verteilt, d.h. dass eine Anreicherung der reaktiven Stoffe im hydraulisch gering wirksamen Porenvolumen erfolgte. Dabei ist es praktisch nicht möglich, die reaktiven Stoffe vollständig homogen im hydraulisch gering wirksamen Porenvolumenanteil zu verteilen. at the end of the reaction space, the substance concentration of the reactive substances is the previously defined target value, At the end of the reaction space, the substance or pollutant concentration is equal to or less than the target value permissible for the respective substance to be treated; in the total hydraulically effective pore volume, the concentration of substances to be treated is equal to or less than the target value permitted for the particular substance to be treated , Reactive substances are distributed in both the hydraulically effective and in the hydraulically low effective pore volume fraction of the reaction space, ie that an enrichment of the reactive substances in the hydraulically low effective pore volume was carried out. It is practically not possible to distribute the reactive substances completely homogeneously in the hydraulically low effective pore volume fraction.
Im Anschluss an die Konditionierungsphase (bzw. Konditionierungsphasen bei deren Wiederholung) schließt sich mindestens eine Bewirtschaftungsphase an. Mit der stattfindenden Nachströmung des Grundwassers innerhalb der ersten Betriebsphase der Bewirtschaftung und dem damit verbundenen Nachströmen der im Grundwasser enthaltenen zu behandelnden Stoffe beginnt der in Fig. 1D dargestellte Stoffaustausch zwischen no und nst: Following the conditioning phase (or conditioning phases when repeating it), at least one management phase follows. With the occurring afterflow of the groundwater within the first operating phase of the management and the associated subsequent flow of the substances contained in the groundwater to be treated, the mass transfer between no and n st shown in FIG. 1D begins:
Diffusion der Schadstoffe aus dem hydraulisch wirksamen Porenvolumenanteil in den hydraulisch gering wirksamen Porenvolumenanteil, Diffusion of pollutants from the hydraulically effective pore volume fraction in the hydraulically low effective pore volume fraction,
Diffusion der reaktiven Stoffe aus dem hydraulisch gering wirksamen Porenvolumenanteil in den hydraulisch wirksamen Porenvolumenanteil. Diffusion of the reactive substances from the hydraulically low effective pore volume fraction in the hydraulically effective pore volume fraction.
Durch den diffusionsbedingen Stoffaustausch wird gleichzeitig wird eine gute Vermischung von RS und ZBS innerhalb des Reaktionsraumes erzielt. Due to the diffusion-related mass transfer at the same time a good mixing of RS and ZBS is achieved within the reaction space.
In der ersten Betriebsphase der Bewirtschaftung wird nur ein Teil des Reaktionsraumes mit den zu behandelnden Stoffen bzw. Kontaminanten aufgefüllt. Dadurch wird vermieden, dass die im Reaktionsraum angereicherten reaktiven Stoffe vollständig verbraucht werden und dass nicht umgesetzte zu behandelnde Stoffe den Reaktionsraum verlassen (Fig. 1D). In the first operational phase of the management, only part of the reaction space is filled up with the substances or contaminants to be treated. This avoids that the reactive substances enriched in the reaction space are completely consumed and that unreacted substances to be treated leave the reaction space (FIG. 1D).
Das Nachströmen des unbehandelten Grundwassers wird in der zweiten Betriebsphase der Bewirtschaftung mit der erneuten Infiltration von reaktiven Stoffen unterbrochen (Fig. IE). Es wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhaft immer nur so viel reaktive Stoffmenge in den Reaktionsraum infiltriert, wie tatsächlich für die Grundwasserbehandlung benötigt wird. Es wird vermieden, dass unbehandelte ZBS den Reaktionsraum verlassen (Fig. IE). The afterflow of the untreated groundwater is interrupted in the second operating phase of the management with the re-infiltration of reactive substances (Fig. IE). With the method according to the invention, it is advantageous to infiltrate into the reaction space only as much reactive amount of substance as is actually required for the groundwater treatment. It is avoided that untreated ZBS leave the reaction space (FIG. IE).
Ausführungsbeispiel 2: In situ Sanierung eines mit BTEX verunreinigten Grundwasserbereichs durch Infiltration von Nitrat (Berechnung der zu infiltrierenden Stoffmenge)
In einem mit BTEX kontaminierten Grundwasserbereich soll eine in situ Grundwassersanierung erfolgen. Um die für die Durchführung des erfindungsgemäßen in situ Sanierungsverfahrens erforderlichen Prozessparameter zu ermitteln, wurden die folgenden Vorversuche durchgeführt: Exemplary embodiment 2: In situ remediation of a groundwater area contaminated with BTEX by infiltration of nitrate (calculation of the amount of material to be infiltrated) In a groundwater area contaminated with BTEX an in-situ groundwater remediation should take place. In order to determine the process parameters required for carrying out the in situ remediation process according to the invention, the following preliminary tests were carried out:
Laborversuche mit Hilfe eines Verfahrens gemäß der deutschen Patentanmeldung DE 10 2009 038 017.5„Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung von mikrobiellen Abbauraten 1. Ordnung in porösen Medien des Boden- und Grundwasserbereichs" und Laboratory tests by means of a method according to the German patent application DE 10 2009 038 017.5 "Method and device for determining microbial degradation rates of the first order in porous media of the soil and groundwater area" and
ein Tracerversuch mit Uranin zur Ermittlung von va, n0, nst; Dispersivität und des realen Grundwasserfließweges. a tracer test with uranine to determine v a , n 0 , n st; Dispersivity and the real groundwater flow path.
Dadurch wurden die folgenden Ergebnisse und Parameter ermittelt: This identified the following results and parameters:
Der Abbau der BTEX erfolgt auf den Sanierungszielwert von 30 % der Grundwasserkontamination unter Zugabe von Nitrat (NO3) in einem Zeitraum von ca. 15 Tagen. Während dieser Reaktionszeit werden vor allem o-Xylol, m, p-Xylol und Ethylbenzol mikrobiell abgebaut. The BTEX is being reduced to the remediation target of 30% of the groundwater contamination with the addition of nitrate (NO 3 ) over a period of about 15 days. During this reaction time, especially o-xylene, m, p-xylene and ethylbenzene are microbially degraded.
tR,N03 = 15 d tR, N03 = 15 d
Vf = 0,023 m/d (Filtergeschwindigkeit nach Darcy) va = 0,178 m/d no = 0,13 nst = 0,25 Vf = 0.023 m / d (Darcy filter speed) v a = 0.178 m / d no = 0.13 n st = 0.25
n = 0,38 n = 0.38
Entsprechend der aus den Ergebnissen der Laborversuche ermittelten Abbaufunktion 1. Ordnung erfolgte unter Anwendung von Gleichung (1) die Bemessung der Länge des Reaktionsraumes, welcher durch sogenannte Kontrollebenen begrenzt ist (siehe Fig. 2). Die verwendeten Abkürzungen sind analog zu denen in Fig. 2 verwendet. According to the decomposition function of the 1st order determined from the results of the laboratory experiments, the dimensioning of the length of the reaction space, which is limited by so-called control planes, was carried out using equation (1) (see FIG. 2). The abbreviations used are analogous to those used in FIG.
Die Abstände ergeben sich entsprechend Gleichung (1) zu: The distances result according to equation (1):
IE - 1. KE: LR = va * tR: LR = 0,178 m/d*15d = 2,7 m IE - 1. KE: L R = v a * t R : L R = 0.178 m / d * 15 d = 2.7 m
Um eine Zwischenkontrolle entsprechend der im Labor ermittelten Abbaufunktion 1. Ordnung zu ermöglichen, wurde eine weitere Kontrollebene (2.KE) angeordnet. In order to allow an intermediate control according to the first-order degradation function determined in the laboratory, another control plane (2.KE) was arranged.
Die Berechnung der Nitratzugabe erfolgt nur für die Reaktionszone (RZ). Das Gesamtvolumen der RZ beträgt 2,7 m3, woraus sich folgende Parameter bzw. Kennwerte ergeben: The nitrate addition is calculated only for the reaction zone (RZ). The total volume of the RZ is 2.7 m 3 , resulting in the following parameters or characteristic values:
PVR = VR* n PVR =2700 L * 0,38 PVR = 1026 L PV R = V R * n PV R = 2700 L * 0.38 PV R = 1026 L
Für die in der RZ stattfindenden Pyritoxidation wurde für die Konditionierungsphase ein
Nitratverbrauch ermittelt von: For the pyrite oxidation taking place in the RZ, the conditioning phase was used Nitrate consumption determined by:
5Z ,K " 400 5Z, K " 400
Für den in der l .RZ stattfindenden mikrobiellen BTEX- Abbau wurde für die Konditionierungsphase ein Nitratverbrauch ermittelt von: For the microbial degradation of BTEX occurring in the ICC, a nitrate consumption was determined for the conditioning phase of:
SB,K = 238 g S B, K = 238 g
Vorgegeben war eine Nitrat-Outputkonzentration aus der 1. RZ von ca. 200 mg/L. Unter Anwendung der Gleichung (5) ergibt sich die Nitratinputkonzentration wie folgt: (C0,i * P VR + SZR,K + SB,K) / (VR * n0) (5) C K = (0,2 g/L* 1026 L+400 g+238 g) / (2700 L * 0,13) C K = 2,4 g/L A nitrate output concentration from the 1st RZ of approx. 200 mg / L was specified. Using equation (5), the nitrate input concentration is as follows: (C 0 , i * PV R + S Z R, K + S B , K) / (V R * n 0 ) (5) C K = (0 , 2 g / L * 1026 L + 400 g + 238 g) / (2700 L * 0.13) C K = 2.4 g / L
Damit sind im Rahmen der Konditionierungsphase 351 L Wasser mit einer Nitratkonzentration von 2,4 g/L in die l .RZ zu infiltrieren. Das Infiltrationsvolumen entspricht dem hydraulisch wirksamen Porenvolumen (VR * no), wobei der Infiltrationsvolumenstrom vorzugsweise mit einem geohydraulischen Modell so berechnet wird, dass die vorgegebene Fläche des Reaktionsraumes erfasst wird. Vorzugsweise erfolgt die Ermittlung der infiltrationswirksamen Fläche im unmittelbaren Zusammenhang mit der Anwendung der Gleichung (1). Thus, during the conditioning phase, 351 L of water with a nitrate concentration of 2.4 g / L are to be infiltrated into the 1RZ. The infiltration volume corresponds to the hydraulically effective pore volume (V R * no), wherein the infiltration volume flow is preferably calculated with a geohydraulic model so that the predetermined area of the reaction space is detected. Preferably, the determination of the infiltration-effective area is directly related to the application of equation (1).
Bei der anschließenden Bewirtschaftungsphase wurde der in Gleichung (6) einzusetzende Minderungsfaktor rB wie folgt berechnet: rB=fs*(C0,rCmin)*nst/ (CI;i*n0) rB=0,2*(200 mg/L-150 mg/L)*0,25 / (46 mg/L*0,13) rB=0,4 In the subsequent management phase to be used reduction factor r B was in equation (6) is calculated as follows: r B = f s * (C 0, rC min) * n st / (C I; i * n 0) r B = 0, 2 * (200 mg / L-150 mg / L) * 0.25 / (46 mg / L * 0.13) r B = 0.4
Damit ergibt sich die Zeit für das Nachströmen der zu behandelnden Stoffe bzw. Kontaminanten bezogen auf die 1. Reaktionszone (1. RZ) mit der natürlich wirkenden Porenwassergeschwmdigkeit gemäß Gleichung (6) zu: = rB*LR/ va (6) tI;B = 0,4*2,7 m / 0,178 m/d = 6 d This results in the time for the subsequent flow of the substances or contaminants to be treated, based on the first reaction zone (1st RZ) with the naturally acting pore water viscosity according to equation (6) to: = r B * L R / v a (6) t I; B = 0.4 * 2.7 m / 0.178 m / d = 6 d
Bei einer Fläche von 0,74 m2 fließt in dieser Zeit in die RZ ein mit BTEX kontaminiertes Grundwasservolumen VBTEX;i):
VBTEX,I = Fläche der l .RZ * Filtergeschwindigkeit nach Darcy (Vf) * Nachströmzeit (ti) VBTEX,I= 0,74 m2 * 0,023 m/d * 6 d VBTEX,I= 0,l m3 = 100 L At an area of 0.74 m 2 , a groundwater volume V BTEX contaminated with BTEX flows into the RZ during this time ; i): V BTEX , I = Area of l .RZ * Filtering speed according to Darcy (Vf) * Postflow time (ti) V BTEX , I = 0.74 m 2 * 0.023 m / d * 6 d V B TEX, I = 0, lm 3 = 100 l
Anschließend erfolgt die Infiltration des Nitrates in die RZ, wobei das im Rahmen der Konditionierungsphase eingestellte Nitratniveau in der RZ weiterhin gelten soll. Subsequently, the nitrate is infiltrated into the RZ, whereby the nitrate level set in the RZ during the conditioning phase should continue to apply.
Auf der Grundlage der Laborversuche wurde ermittelt: Based on the laboratory tests it was determined:
SRS;B = 0,2 g/L * 100 L + 133 g SRS;B: 153 g N03 S RS; B = 0.2 g / L * 100 L + 133 g S RS; B : 153 g N0 3
Aus Gleichung (5a) ergibt sich dabei die zu infiltrierende Nitratkonzentration, die während einer Bewirtschaftungsphase zugeführt werden muss: Equation (5a) gives the nitrate concentration to be infiltrated, which must be supplied during a management phase:
Cy,B = CO,I,B + (SB,B/PVR;B) (5a)Cy, B = CO, I, B + (SB, B / PV R, B ) (5a)
C B = 0,2 g/L + (133 g / 100 L) C B = 0.2 g / L + (133 g / 100 L)
C B = l,53 g/L C B = 1, 53 g / L
Damit sind im Rahmen der ersten Bewirtschaftungsphase 100 L Wasser mit einer Nitratkonzentration von 1,53 g/L in die RZ zu infiltrieren. Das Infiltrationsvolumen entspricht vorzugsweise dem Porenvolumen im Reaktionsraum, das während der Bewirtschaftungsphase durch den im Grundwasserzustrom des Reaktionsraumes befindlichen zu behandelnden Stoffe im Reaktionsraum ausgetauscht wurde (PVR;B), wobei der Infiltrationsvolumenstrom vorzugsweise mit einem geohydraulischen Modell so berechnet wird, dass die vorgegebene Fläche des Reaktionsraumes erfasst wird. Vorzugsweise erfolgt die Ermittlung der infiltrationswirksamen Fläche im unmittelbaren Zusammenhang mit der Anwendung der Gleichung (1). Thus, during the first management phase, 100 L of water with a nitrate concentration of 1.53 g / L are to be infiltrated into the RZ. The infiltration volume preferably corresponds to the pore volume in the reaction space, which was exchanged during the management phase by the substances in the reaction space located in the groundwater inflow of the reaction space (PV R, B ), the infiltration volume flow preferably being calculated with a geohydraulic model such that the predetermined area the reaction space is detected. Preferably, the determination of the infiltration-effective area is directly related to the application of equation (1).
Anschließend erfolgt die Wiederholung der Bewirtschaftungsphase.
Abkürzungsverzeichnis Subsequently, the management phase is repeated. List of abbreviations
Fläche des Reaktionsraumes senkrecht zur Fließrichtung in m Benzol und Toluol Area of the reaction space perpendicular to the flow direction in m benzene and toluene
Benzol, Toluol, Ethylbenzol und Xylol Benzene, toluene, ethylbenzene and xylene
Konzentration der reaktiven Stoffe im Infiltrat (Konditionierung) Concentration of the reactive substances in the infiltrate (conditioning)
Konzentration Co,i,K der reaktiven Stoffe im Grundwasser am Ende der Reaktionszone (Endkonzentration) Concentration Co, i, K of the reactive substances in the groundwater at the end of the reaction zone (final concentration)
Konzentration der reaktiven Stoffe im Infiltrat (Bewirtschaftung) Concentration of the reactive substances in the infiltrate (management)
Konzentration der reaktiven Stoffe im Grundwasser am Ende der Reaktionszone (Bewirtschaftungsphase) Concentration of reactive substances in groundwater at the end of the reaction zone (management phase)
Minimalkonzentration an reaktiven Stoffen, bei der die Minimum concentration of reactive substances at which the
Grundwasserbehandlung stattfinden kann Groundwater treatment can take place
Infiltrationsebene infiltration level
Kontrollebene control plane
Länge des Reaktionsraumes Length of the reaction space
Gesamtporosität der Reaktionszone Total porosity of the reaction zone
hydraulisch wirksame Porosität hydraulically effective porosity
hydraulisch gering wirksame Porosität hydraulically low effective porosity
Volumen des nachgeströmten unbehandelten Grundwassers Volume of post-flow untreated groundwater
Porenvolumen des Grundwasserleiters im gesamten Reaktionsraum reaktive Stoffe Pore volume of the aquifer in the entire reaction space reactive substances
Reaktionszone reaction zone
Gesamtmasse der in der Konditionierungsphase zu infiltrierenden reaktiven Stoffe Total mass of reactive substances to be infiltrated in the conditioning phase
Masse reaktiver Stoffe für die Anreicherung der reaktiven Stoffe im gesamten Porenvolumen (Konditionierung) Mass of reactive substances for the enrichment of the reactive substances in the total pore volume (conditioning)
Masse reaktiver Stoffe für die Umsetzung in Nebenreaktionen im gesamten Porenvolumen (Konditionierung) Mass of reactive substances for the reaction in side reactions in the total pore volume (conditioning)
Masse reaktiver Stoffe für die Grundwasserbehandlung (=Umsetzung zu behandelnder Stoffe mit reaktiven Stoffen) Mass of reactive substances for groundwater treatment (= reaction of substances to be treated with reactive substances)
Gesamtmasse der in der Bewirtschaftungsphase zu infiltrierenden reaktiven Stoffe Total mass of reactive substances to be infiltrated in the management phase
Masse reaktiver Stoffe für die Anreicherung der reaktiven Stoffe im nachgeströmten Grundwasser Mass of reactive substances for the accumulation of reactive substances in the downstream groundwater
Masse reaktiver Stoffe für die Grundwasserbehandlung des nachgeströmten
Grandwassers Mass of reactive substances for groundwater treatment of the after-stream Grand water
Sanierungszielwert (zu erreichende Endkonzentration von BTEX) Rehabilitation target value (final concentration of BTEX to be achieved)
Nachströmzeit flow time
Reaktionszeit, die für die Behandlung des Grandwassers bis unter den zulässigen Wert bei natürlicher Grandwasserströmung benötigt wird Reaction time needed for treatment of the Grand Water to below the permissible value for natural Grand Water Flow
Porenwassergeschwindigkeit Pore water velocity
Gesamtvolumen der Reaktionszone Total volume of the reaction zone
zu behandelnde Stoffe bzw. Kontaminanten
substances or contaminants to be treated
Claims
1. Verfahren zur Infiltration von reaktiven Stoffen zur in situ Grundwasserbehandlung innerhalb einer Reaktionszone eines porösen Grundwasserleiters, dessen Porosität sich aus einer hydraulisch wirksamen und einer hydraulisch gering wirksamen Porosität zusammensetzt, bei dem die Infiltration der reaktiven Stoffe über Infiltrationsvorrichtungen erfolgt, wobei die Infiltration in einem Regime aus mindestens einer Konditionierungsphase und anschließend mindestens einer Bewirtschaftungsphase erfolgt, wobei zunächst die Stoffmenge der in der Konditionierungsphase zu infiltrierenden Stoffe unter Berücksichtigung der diffusiven und strömungsbedingten Stoffaustauschprozesse im Grundwasser zwischen der hydraulisch wirksamen und hydraulisch gering wirksamen Porosität des Grundwasserleiters, des Verbrauchs der reaktiven Stoffe bei der Grundwasserbehandlung und des Verbrauchs der reaktiven Stoffe in Nebenreaktionen im Grundwasser und die Stoffmenge der in der Bewirtschaftungsphase zu infiltrierenden Stoffe unter B erücksichtigung der diffusiven und strömungsbedingten Stoffaustauschprozesse im Grundwasser zwischen der hydraulisch wirksamen und hydraulisch gering wirksamen Porosität des Grundwasserleiters und 1. A process for the infiltration of reactive substances for in situ groundwater treatment within a reaction zone of a porous aquifer, whose porosity is composed of a hydraulically active and a hydraulically low effective porosity, in which the infiltration of the reactive substances via infiltration devices, wherein the infiltration in one Regime from at least one conditioning phase and then at least one management phase takes place, initially the amount of substances to be infiltrated in the conditioning phase substances taking into account the diffusive and flow-related mass transfer processes in the groundwater between the hydraulically active and hydraulically low porosity of the aquifer, the consumption of reactive substances the groundwater treatment and consumption of reactive substances in side reactions in groundwater and the quantity of substances infi during the management phase Taking into account the diffusive and flow-induced mass transfer processes in the groundwater between the hydraulically active and hydraulically weak porosity of the aquifer and
des Verbrauchs der reaktiven Stoffe bei der Grundwasserbehandlung des nachgeströmten Grundwassers ermittelt werden und die Infiltration der reaktiven Stoffe in folgenden Schritten erfolgt: a) Konditionierungsphase: Infiltration der reaktiven Stoffe in mindestens der ermittelten Stoffmenge für die Konditionierungsphase, b) Bewirtschaftungsphase: the consumption of reactive substances in the groundwater treatment of the post-streamed groundwater and the infiltration of the reactive substances in the following steps: a) conditioning phase: infiltration of the reactive substances in at least the determined amount of substance for the conditioning phase, b) management phase:
Aussetzen der Infiltration der reaktiven Stoffe, so dass unbehandeltes Grundwasser in die Reaktionszone nachströmt, Suspend the infiltration of the reactive substances so that untreated groundwater flows into the reaction zone,
Infiltration reaktiver Stoffe in mindestens der ermittelten Stoffmenge für die Bewirtschaftungsphase. Infiltration of reactive substances in at least the determined amount of substance for the management phase.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei sich die Gesamtmasse der in der Konditionierungsphase zu infiltrierenden reaktiven Stoffe aus der Summe der jeweiligen Teilmassen für den Verbrauch der reaktiven Stoffe zur Anreicherung der reaktiven Stoffe innerhalb der Reaktionszone durch diffusions- und strömungsbedingten Stoffübergang, den Verbrauch der reaktiven Stoffe zur Behandlung des Grundwassers innerhalb der Reaktionszone und den Verbrauch der reaktiven Stoffe für Nebenreaktionen innerhalb des Grundwassers der Reaktionszone, die Gesamtmasse der in der Bewirtschaftungsphase zu infiltrierenden reaktiven Stoffe aus der Summe der jeweiligen Teilmassen für den Verbrauch der reaktiven Stoffe zur Anreicherung der reaktiven Stoffe innerhalb des in die Reaktionszone nachgeströmten Grundwassers durch diffusions- und strömungsbedingten Stoffübergang, und den Verbrauch der reaktiven Stoffe zur Behandlung des in die Reaktionszone nachgeströmten Grundwassers, und die Zeit für das Aussetzen der Infiltration in der Bewirtschaftungsphase aus dem Verhältnis des Produkts aus der horizontalen Ausdehnung der Reaktionszone und einem zuvor bestimmten Längenanteil, der angibt, zu welchem Anteil der horizontalen Ausdehnung das nachströmende Grundwasser in die Reaktionszone eindringen soll, mit der Porenwassergeschwindigkeit innerhalb der Reaktionszone ergibt. 2. The method of claim 1, wherein the total mass of the reactive substances to be infiltrated in the conditioning phase from the sum of the respective masses for the consumption of the reactive substances for enrichment of the reactive substances within the reaction zone by diffusion and flow mass transfer, the consumption of reactive substances for the treatment of groundwater within the reaction zone and the consumption of reactive substances for side reactions within the groundwater of the reaction zone, the total mass of reactive substances to be infiltrated in the management phase from the sum of the respective sub-masses for the consumption of the reactive substances to enrich the reactive substances within the groundwater that has flowed into the reaction zone by diffusion and flow-related mass transfer, and the consumption of the reactive substances to treat the groundwater that has flowed into the reaction zone, and the time to suspend infiltration in the management phase e from the ratio of the product of the horizontal extent of the reaction zone and a predetermined length fraction, which indicates to what proportion of the horizontal extent the inflowing groundwater is to penetrate into the reaction zone, with the pore water velocity within the reaction zone.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Konditionierungsphase wiederholt wird. 3. The method according to any one of the preceding claims, wherein the conditioning phase is repeated.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bewirtschaftungsphase mindestens einmal wiederholt wird. 4. The method according to any one of the preceding claims, wherein the management phase is repeated at least once.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mehrere unterschiedliche reaktive Stoffe gleichzeitig oder zeitlich versetzt infiltriert werden. 5. The method according to any one of the preceding claims, wherein a plurality of different reactive substances are infiltrated simultaneously or at different times.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die reaktiven Stoffe in Form einer wässrigen Lösung infiltriert werden. 6. The method according to any one of the preceding claims, wherein the reactive substances are infiltrated in the form of an aqueous solution.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, wobei die reaktiven Stoffe als Feststoff infiltriert werden. 7. The method of claim 1 to 5, wherein the reactive substances are infiltrated as a solid.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung des Volumens und der Konzentration der in der Konditionierungsphase zu infiltrierenden reaktiven Stoffe mit folgenden Gleichungen vorgenommen wird: 8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the calculation of the volume and the concentration of the reactive substances to be infiltrated in the conditioning phase is carried out with the following equations:
Gesamtmasse SRS,K der in der Konditionierungsphase zu infiltrierenden reaktiven Stoffe: Total mass S RS , K of the reactive substances to be infiltrated in the conditioning phase:
SRS,K = SPV,K+SZR,K+SB,K (2) mit SpV,K · · · Massenanteil für die Anreicherung der reaktiven Stoffe im gesamten Porenvolumen, SZR,K · · · Massenanteil für die Umsetzung in Nebenreaktionen im gesamten Porenvolumen, SB,K · · · Massenanteil für die Grundwasserbehandlung, unter Verwendung der Gleichungen (3) und (4) SRS, K = SPV, K + SZR, K + SB, K (2) with Sp V , K · · · mass fraction for the enrichment of the reactive substances in the total pore volume, S ZR , K · · · mass fraction for the reaction in side reactions all in one Pore volume, S B , K · · · mass fraction for groundwater treatment, using equations (3) and (4)
Konzentration Co,i,K der reaktiven Stoffe im Grundwasser am Ende der Reaktionszone Co,i,K = (S S,K-SZ ,K-SB,K)/ P R (3) mit PVR .. . Porenvolumen des Grundwasserleiters im gesamten Reaktionsraum, zu infiltrierende Konzentration Cy;K der reaktiven Stoffe Concentration Co, i, K of the reactive substances in the groundwater at the end of the reaction zone Co, i, K = (SS, K-SZ, K-SB, K) / PR (3) with PV R ... Pore volume of the aquifer in the entire reaction space, to be infiltrated concentration Cy ; K of the reactive substances
CUK = SRS,K / (VR*no) (4) mit n0 .. . hydraulisch wirksamer Porenvolumenanteil am Gesamtvolumen der Reaktionszone, VR .. . Gesamtvolumen der Reaktionszone. C UK = S RS , K / (V R * no) (4) with n 0 ... hydraulically effective pore volume fraction of the total volume of the reaction zone, V R ... Total volume of the reaction zone.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung des Volumens und der Konzentration der in der Bewirtschaftungsphase zu infiltrierenden reaktiven Stoffe mit folgenden Gleichungen vorgenommen wird: 9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the calculation of the volume and the concentration of the reactive substances to be infiltrated in the management phase is carried out with the following equations:
Gesamtmasse SRS,B der in der Bewirtschaftungsphase zu infiltrierenden reaktiven Stoffe: Total mass SRS, B of the reactive substances to be infiltrated in the management phase:
mit SpV,B · · · Massenanteil für die Anreicherung der reaktiven Stoffe im nachgeströmten Grundwasser, SB,B · · · Massenanteil für die Grundwasserbehandlung des nachgeströmten Grundwassers, with Sp V , B · · · mass fraction for the enrichment of the reactive substances in the downstream groundwater, S B , B · · · mass fraction for the groundwater treatment of the after-flowed groundwater,
Konzentration Co,i,B der reaktiven Stoffe im Grundwasser am Ende der Reaktionszone Concentration Co, i, B of the reactive substances in the groundwater at the end of the reaction zone
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei Co,i,B = Co,i,K ist. 10. The method of claim 8 or 9, wherein Co, i, B = Co, i, K is.
1 1. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeit tI B des Aussetzens der Infiltration reaktiver Stoffe in der Bewirtschaftungsphase anhand der folgenden Gleichung (6) berechnet wird: = rB*LR/ va (6) mit LR .. . Länge der Reaktionszone, va .. . Porenwassergeschwindigkeit, rB .. . Minderungsfaktor für die Bewirtschaftungsphase, mit rB < 1 , wobei der Minderungsfaktor rB anhand der folgenden Gleichung berechnet wird: 1 1. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the time t IB of the exposure of the infiltration of reactive substances in the management phase is calculated using the following equation (6): = r B * L R / v a (6) L R ... Length of the reaction zone, v a ... Pore water velocity, r B ... Reduction factor for the management phase, with r B <1, wherein the reduction factor r B is calculated using the following equation:
mit fs ...Faktor für den stöchiometrischen Stoffumsatz, Co,i ... Konzentration der reaktiven Stoffe im Grundwasser am Ende der Reaktionszone zum Ende der Konditionierungsphase oder der vorherigen Bewirtschaftungsphase in mg/L, Cy ... Konzentration der reaktiven Stoffe im unbehandelten Grundwasser, Cm;n. ... Minimalkonzentration an reaktiven Stoffen, bei der die Grundwasserbehandlung stattfinden kann. with f s ... factor for the stoichiometric conversion, Co, i ... Concentration of the reactive substances in the groundwater at the end of the reaction zone at the end of the conditioning phase or the previous management phase in mg / L, Cy ... Concentration of the reactive substances in the untreated groundwater, C m ; n. ... minimum concentration of reactive substances at which groundwater treatment can take place.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Konditionierungsphase und Bewirtschaftungsphase in Kombination mit einer hydraulisch aktiven Maßnahme, insbesondere pump and treat, erfolgt. 12. The method according to any one of the preceding claims, wherein the conditioning phase and management phase in combination with a hydraulically active measure, in particular pump and treat, takes place.
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