Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-2458
Main Title: Vorhersage der Stationarität einer BTEX-Schadstofffahne im Geländemaßstab – Innovative Verfahren für die Bestimmung von Monitored Natural Attenuation als Sanierungsalternative
Translated Title: Prediction of the stationarity of a BTEX plume – Application of innovative methods for the determination of Monitored Natural Attenuation as an alternative remediation technique
Author(s): Radny, Dirk
Advisor(s): Scheytt, Traugott
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät VI - Planen Bauen Umwelt
Type: Doctoral Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: Im November 1997 kam es im Bahnhofbereich der Stadt Elsterwerda (Brandenburg) zu einer Tankzughavarie, bei der circa 470 t unverbleites Normalbenzin mit den Hauptkontaminanten Benzol, Toluol, Ethylbenzol und Xylol (BTEX) und Mineralölkohlenwasserstoffe in den quartären Untergrund eingetragen wurden. Durch aktive Sanierungsmaßnahmen konnten etwa 260 t an Schadstoffen entfernt werden. Die Sanierungsmaßnahmen verloren im Laufe der Zeit jedoch deutlich an Effizienz und die Verhältnismäßigkeit der aktiven Sanierung in Bezug auf die Sanierungskosten war nicht mehr gegeben. Somit stellte sich die Frage, ob Natural Attenuation (NA) bzw. Monitored Natural Attenuation (MNA) als mögliche Sanierungsalternative zur aktiven Sanierung am Standort Elsterwerda möglich ist. Zur Identifizierung und Quantifizierung der Schadstoffminderungsprozesse im Feldmaßstab erfolgte im April 2006 die befristete Unterbrechung der aktiven Sanierung. Erst mit der Einstellung einer natürlichen Grundwasserströmung sowie der Ausbildung einer Schadstofffahne bestand die Möglichkeit der Bestimmung der transport- und abbaurelevanten Standortparameter, welche als Grundlage für eine Prognose zum Einsatz von MNA als Sanierungsalternative benötigt wurden. Die Ermittlung und Quantifizierung der räumlichen Entwicklung der BTEX-Schadstofffahne sowie der am Standort Elsterwerda wirkenden NA-Prozesse erfolgte unter Anwendung innovativer und hochauflösender Aufschluss- und Beprobungsmethoden. So wurden im Zuge zweier Direct-Push-Kampagnen über 60 tiefenorientierte Grundwasserproben genommen sowie eine Grundwassermessstelle vom Typ Continuous Multichannel Tubing im direkten Abstrom des Eintragsbereiches installiert. Die vertikale Lage des Eintragsbereiches, die Abgrenzung zwischen Eintragsbereich und Schadstofffahne als auch die sich in Abstromrichtung in tiefere Bereiche verlagernde Schadstofffahne konnten mit den hochauflösenden Verfahren in einer Genauigkeit aufgelöst werden, wie es mit dem herkömmlichen Monitoringnetz nicht möglich gewesen wäre. Neben den tiefenorientierten aktiven Beprobungsverfahren wurden auch passive Grundwasserbeprobungen mit Keramikdosimetern durchgeführt, durch die theoretisch eine mittlere Schadstoffkonzentration ermittelt werden kann. Nur in wenigen Fällen der passiven Beprobung wurde der theoretisch zu erzielende Mittelwert zwischen zwei aktiven Beprobungskampagnen erreicht, so dass insgesamt der Einsatz von Keramikdosimetern weniger der Ermittlung von mittleren Konzentrationen im Beprobungszeitraum diente, sondern vielmehr der technischen Überprüfung der Anbindung einer Grundwassermessstelle an den Grundwasserleiter. In Bezug auf den mikrobiellen Abbau der BTEX am Standort ergab die Auswertung auf Grundlage einer Bilanzierung der Elektronenakzeptoren und -donatoren eine Abbaurate 1. Ordnung von 0,0013 d -1 für die BTEX-Stoffgruppe. In Ergänzung zur Auswertung der Grundwasseranalysen zeigten des Weiteren Batchversuche mit Standortmaterial, dass am Standort autochthone Mikroorganismen vorhanden sind, die die BTEX abbauen. Die Prognose der zukünftigen Entwicklung der Standortkontamination erfolgte im Zuge einer Strömungs- und Transportmodellierung. Es wurden insgesamt vier Szenarien simuliert, wobei in den jeweiligen Szenarien die Abbaurate und die Sorptionsrate variiert wurden. Die seit Beginn der befristeten Sanierungsunterbrechung zu beobachtende Fahnenentwicklung konnte gut innerhalb der Szenarien nachvollzogen werden, bei denen die im Feldmaßstab ermittelte Abbaurate und zusätzlich Sorptionprozesse berücksichtigt wurden. Nach aktuellem Kenntnisstand und basierend auf den Geländeuntersuchungen sowie der Modellierung beträgt die maximale Ausbreitung der Schadstofffahne etwa 75 bis 148 m und der Zustand der quasi-stationären Fahnenausbildung wird zwischen 2014 und 2030 erreicht. Die Schadstoffausbreitung am Standort Elsterwerda ist aufgrund des effektiven mikrobiellen Kohlenwasserstoffabbaus räumlich und zeitlich limitiert. Trotz der sich aktuell noch ausdehnenden Schadstofffahne kann aus den Untersuchungen abgeleitet werden, dass MNA als Sanierungsalternative zu einer aktiven Sanierung am Standort Elsterwerda umsetzbar wäre.
A railway accident in Elsterwerda (Brandenburg, Germany) in 1997 led to a spill of about 470 t of unleaded fuel and to a contamination of the quaternary aquifer with benzene, toluene, ethylbenzene and xylene (BTEX) and petroleum-derived hydrocarbons. Active remediation yielded a recovery of contaminant of about 260 t. Due to very low recovery rates of soluted conatminants by pump & treat, laboratory studies estimated the site-specific potential for natural attenuation of BTEX as alternative treatment technique. In April 2006, the pumping activity was stopped at the field site. The aim of the shut-down of the pump & treat measurements was to determine sorption and biodegradation rates under natural conditions of an evolving a contamination plume. Only the shut-down of pump & treat gave the possibility of determining the relevant transport and degradation parameters, which are needed for the prediction of Monitored Naturak Attenuation (MNA) as an alternative remediation technique. To evaluate the spatial development of the BTEX plume and the affecting NA processes, innovative and depth-oriented exploration and sampling methods were applied. Two direct-push-campaigns were conducted and over 60 depth-oriented groundwater samples were obtained. Aditionally, one Continuous Multichannel Tubing was installed downstream of the source area. With these techniques, it was possible to determine the vertical and horizontal location of the source zone, the boundary between source zone and the BTEX plume and the spatial dimension of the developing BTEX plume. In addition to the depth-oriented active sampling, passive sampling with ceramic dosimeters was conducted. Theoretically, the result of such a time-integrated passive sampling should be an average concentration between two active sampling events. The comparison of active and passive sampling results adduced 2 groups: (1) The result of passive sampling was an average concentration of active sampling; (2) The result of passive sampling was much higher or lower of the result of active sampling. The main reason for this is, that passive sampling with ceramic dosimters is highly dependent on the connection between observation well and aquifer. Hence, ceramic dosimeters at Elsterwerda could be used to determine average concentrations in some wells. However, far more information was acquired about the technical and hydraulic condition of the observation wells. The analysis of the field investigations showed, that the intrinsic biodegradation of the dissolved hydrocarbons is very effective. The first-order decay rate for the BTEX of 0.0013 d-1 was determined by balancing the electron acceptors and electron donators. The conducted batch tests with site-material verified the existence of autochthonal microorganisms which are degrading the dissolved BTEX. The prediction of the future development of the BTEX plume was performed using flow and transport modelling with the software FEFLOW 5.4. Four scenarios were simulated. The scenarios differ in the implemented decay rate and the sorption rate. The actual development of the BTEX plume is comprehensible in the scenarios regarding the decay rate, which was determined at field scale, and sorption processes. Based on the current knowledge and on the results of the simulation, the maximum length of the plume is between 75 to 148 m. Quasi steady state conditions for the plume will be achieved between 2014 and 2030. At the Elsterwerda site, the spread of the BTEX plume is limited spatially as well as temporally by the effective biodegradation. Although the current BTEX plume is propagating, the conducted investigations show that MNA is feasible as alternative remediation technique.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-26471
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/2755
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-2458
Exam Date: 16-Apr-2010
Issue Date: 7-May-2010
Date Available: 7-May-2010
DDC Class: 550 Geowissenschaften
Subject(s): BTEX
Direct Push
Modellierung
Natural Attenuation
Passive Probennahme
BTEX
Direct push
Modelling
Natural Attenuation
Passive sampling
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