Date post: | 12-May-2018 |
Category: |
Documents |
Upload: | duongkhanh |
View: | 216 times |
Download: | 1 times |
Mikrobieller In-situ-Abbau von LCKW: Managing the Challenges
Dr. Thomas Held
6. ÖVA Technologieworkshop: Mikrobiologische In-situ-Sanierungsverfahren / ENA, 23. April 2015, Tulln
Biologischer Abbau (Redoxreaktion)
Mineralisierung
Corg + Eox + H2O CO2 + Ered + H2O + Biomasse
Corg = Elektronendonator (z.B. nicht-chlorierter Schadstoff oder Melasse)
Eox = Elektronenakzeptor
Ered = „Verbrauchter“ (reduzierter) Elektronenakzeptor
MKW, AKW, PAK,
niederchlorierte LCKW, DOC…
Höherchlorierte LCKW,
Chloraromaten, ..
Terminale Elektronenakzeptoren (DOC-Zehrer)
Fett = Analysierte Substanzen
Terminale Elektronenakzeptoren Prozess
TEAox TEAred
O2 H2O Aerobe Atmung
NO3- N2 Denitrifikation
Mn(IV) Mn(II) Manganreduktion
Fe(III) Fe(II) Eisenreduktion
SO42-
S2-
Sulfatreduktion
CO2 CH4 Methanogenese
Biogeochemisches Baseline Monitoring
Feld-Parameter: gel. Sauerstoff, elektrische
Leitfähigkeit, Redoxpotential, pH-Wert und
Temperatur
Schadstoffe
Redoxindikatoren (O2, Nitrat, Mn-II, Fe-II,
Sulfat, Sulfid, Methan, DOC)
Abbauendprodukte: Ethen, Ethan
Information über Aufwand, das vorhandene
Milieu in das für die Sanierung erforderliche
Milieu zu ändern
Injektionsregime
Rinj = 15 Tage Rinj = 5 Tage
Ct = Coe-lt
l = „Zehrungsrate“
Gru
nd
was
serm
igra
tionsz
eit
[d]
Vollflächige DOC-Versorgung
Reaktionsraum: 100 d
Rebound
PCE DNAPL Case Study - IW-7
-400 -200 0 200 400 600 800 1000
Meth
an
e (
mg
/L)
0
5
10
15
TO
C (
mg
/L)
0
2000
4000
6000
Methane
TOC
pH
4
5
6
7
8
pH
4
5
6
7
8
pH lower limit
TOC breakthrough level
Elapsed Time (days)
-400 -200 0 200 400 600 800 1000
Co
ncen
trati
on
(u
mo
l/L
)
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
PCE
TCE
cis-DCE
VC
Ethene
Ethane
PCE solubility limit
160 mg/L PCE
Zeit [d]
Ko
nze
ntr
ati
on
[µ
mo
l/L
]
Sorption (Aquifer Matrix) Intrinsisch
Organic Carbon Fraction (foc)
0.000 0.002 0.004 0.006 0.008 0.010
Pe
rce
nt
So
rbe
d
0
20
40
60
80
100
Koc = 265 (PCE)
Koc = 36 (cis-1,2-DCE)
Koc = 94 (TCE)
Koc = 19 (vinyl chloride)
bla
nkin
g
Koc = 1,191 (Naphthalene)
So
rbie
rter
An
teil
[%
]
Anteil Organik (fOC) [-]
Transformation
Biotenside
Lösungsvermittler (Alkohole, Fettsäuren )
Mobilisierung =
Zunahme der
Bioverfügbarkeit
(Beschleunigung
der Sanierung)
Eckpunkte des Sanierungsdesigns
Vollflächige Versorgung mit TOC/DOC
Mindestreaktionsraum: ≥ 100 d
(Erfahrungswert)
Zielkriterium: Methanogenese
Zielkriterium: Bildung von Ethen und Ethan
Keine signifikante pH-Wert-Absenkung im
Bereich der Injektion
Abbaurate
0
50
100
150
200
250
300
PCE TCE cDCE tDCE VC Ethen Ethan
01.10.2010
Nullbepro bung
0
2
4
6
8
PCE TCE cDCE tDCE VC Ethen Ethan
01.10.2010
Nullbepro bung
Ko
nze
ntr
ati
on
[µ
mo
l/L
]
M 3
M 6
März 120 µmol/L
Okt. 360 µmol/L
März 9,2 µmol/L
Okt. 10,5 µmol/L
Summe C2
528 µg/L LCKW
The Challenges
Konkurrierende Nebenreaktionen
Thermodynamik (cDCE-Stopp)
Produktphasen (NAPL) (Pools, Blobs,
Ganglia)
Heterogenität
DOC-Versorgung / Mischung / Verdrängung
Konkurrierende Nebenreaktionen
Aktuell ist des Redoxmilieu gering reduziert
Hohe Konzentrationen an biogenem Fe-III
konserviert Eisenreduktion
(Beispiel: > 400 mg/L Fe-II)
Lösung: Slurry-Batchversuche im Labor
Eventuell andere Sanierungsverfahren besser
geeignet (ISCO)
Thermodynamik
„cDCE stall“
Voraussetzung: geeignete
Bakterien sind in
ausreichender Anzahl
vorhanden
Transformation von cDCE
erfordert relativ geringe
DOC-Konzentrationen
Verteilung von LCKW-Phasen im Grundwasserleiter (Tankexperiment)
Z [
m]
X [m]
DNAPL
„„Pooling„„ -Effekte infolge der gering durchlässigen Sandlinsen
Schichteffekte im homogenen Sand infolge von kleinskaligen Heterogenitäten Versuchseinrichtung zur Grundwasser- und Altlastensanierung
Quelle: H. Sheta
Phasenmigration (LNAPL)
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0 20 40 60 80 100 120
Tie
fe [
m u
. GO
K]
Relative Konzentration [%]
PCE
TCE
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
1 10 100 1.000 10.000 100.000
Tie
fe [
m u
. GO
K]
Konzentration [mg/kg TM]
LCKW
PCE
TCE
DELCD [V]
Quelle: BSU, Hamburg
Rel. Konzentration [%] Konzentration [mg/kg TM]
Oil-Red-O
Partitioning Tracer Test
Laborversuch (Linerprobe)
Push-Pull-Feldversuch (GWM)
(1 m Filterstrecke, 500 L Tracer-Lösung)
Empfindlichkeit der Methode gering bei
20-cm-Ganglien
2-Propanol 800 mg/L
Butanol 800 mg/L
Hexanol 800 mg/L
Heptanol 350 mg/L
2-Ethyl-1-hexanol 100 mg/L
2,4-Dimethyl-3-pentanol 1000 mg/L
konservativ
partitionierend
x
z
a
pv
satz,p
V
LD2
zerfcC)L(C
„Ausbluten“ hochbelasteter Bereiche Fracht (Worst-Case-Ansatz)
Lp = 40 m
Lp = 10 m
Daten: BSU, Hamburg
DNAPL-Sanierung
Abbau erhöht Konzentrationsgradient
Mobilisierung der LCKW durch Organik ist
bekannt (Transformation, Lösungsvermittler,
Biotenside)
Phase verändert ihre Zusammensetzung
(Partitionierung von cDCE und VC)
Bis zu 16-fach schnellere Auflösung
Zeitbedarf für natürliche Auflösung ca. 70
Jahre (Standort X) („Grathwohl-Gleichungen“,
NSZD = Natural Source Zone Depletion)
Verringert auf 4,5 Jahre (Best Case)
Optimal: Substrat mit Depot-Effekt
(Speiseölemulsionen)
Transport und Schadstoffminderung
Ste
igen
de K
on
zen
trati
on
gelö
ste
r S
ch
ad
sto
ffe
Massenzentrum
Quellenebene
Fahneneinhüllende
Quelle: Payne, F.C., Quinnan, J.A., Potter, S.T. (2008) Remediation Hydraulics. CRC Press, Boca Raton, FL, USA
Gereifte Fahne
Frühes Stadium der Fahnenentwicklung
Nach der Entfernung der Quelle
IRZ-Konzept
0 1 2 3 4 5 6
Migrationszeit (Jahre) Reaktive Zonen
Desorptions-
zone
1 1 2
Desorptions-
zone
KOC = 265 L/kg
fOC = 0,001
VA = 1 m/d
Entfernung [m]
Ko
nzen
trati
on
gelö
ste
r S
ch
ad
sto
ffe
Automatisierte Infiltration
Sehr schneller Anstieg des Rückdrucks
→ Adaptierte Biozönose, Ausgasung von Methan
→ Ethanol, Methanol oder pH 10
Drei Elemente der Sanierungsstrategie
3.5
6.7
10.4
1.2
0 1
1
3.5
6.7
10
.4
1.2
Inve
rse
Dis
tance
Meth
ode
“Adaptive Design”
Managing the Challenge
Monitoring
Redoxindikatoren, DOC, TOC, LCKW + Endprodukte
Prozessmonitoring (ggf. Schöpfproben) Erfolgsmonitoring (LCKW)