Quantitative Beschreibung des Transports von polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAK) und Tensiden in porösen Medien

Abstract

Auf der Suche nach wirksamen und kostengünstigen In-situ-Technologien zur Sanierung von Altlasten ist in der jüngeren Vergangenheit die Verwendung von Tensiden zur Transportvermittlung, aber auch zur Immobilisierung im Grundwasser gelöster Schadstoffe, insbesondere PAK, in den Blickpunkt des Interesses gerückt. Um das Potential von Tensiden bei der Sanierung von PAK-Kontaminationen abschätzen zu können, muß ein abgesichertes Bild der für den gekoppelten Transport von PAK und Tensiden relevanten Prozesse entworfen und in geeigneter Form in ein mathematisches Modell umgesetzt werden. Hierzu wurde im Rahmen dieser Arbeit mit dem Simulationsmodell SMART (Streamtube Model for Advective and Reactive Transport) durch ein auf die experimentellen Untersuchungen von DANZER (1998) abgestimmtes Vorgehen ein reines Prognosemodell (Vorwärtsmodell) entwickelt, das nur diejenigen Prozesse berücksichtigt, die im Rahmen von Laborexperimenten identifiziert und quantifiziert werden konnten und das ausschließlich meßbare Parameter verwendet. Zur Beschreibung des reaktiven Stofftransports wurde der Lagrange'sche Ansatz von DAGAN & CVETKOVIC (1996) adaptiert und erweitert. Der Grundgedanke des Ansatzes ist die entkoppelte Betrachtung von konservativem und reaktivem Transport. Das Verfahren ist sowohl für die Simulation kleinskaliger Laborexperimente als auch für Berechnungen im Feldmaßstab geeignet. Der reaktive Transport wird in Form einer sogenannten Reaktionsfunktion beschrieben, die über eine eindimensionale Betrachtung einzelner Stromröhren bestimmt werden kann. Durch Modellsimulationen verschiedener Laborexperimente (DANZER, 1998) mit Phenanthren und dem nicht-ionischen Tensid Terrasurf G50 wurde das konzeptionelle Modell der für den Transport von PAK und Tensiden relevanten Prozesse überprüft und erweitert. Im Hinblick auf die Feldanwendung wird der PAK-Transport in Anwesenheit von Tensiden im Abstrom eines Schadensherdes an zwei Fallbeispielen diskutiert.

In view of the large number of sites with contamination sources which often has been deeply penetrated into the aquifer there is a urgent need for efficient and economical in-situ remediation technologies. In this context, the use of surfactants either to immobilize or solubilize PAH dissolved in groundwater became a point of interest. In order to estimate the potential of surfactants to enhance an in-situ remediation one has to gain further insight in the processes and interactions associated with the coupled transport of PAH and surfactants and to develop an appropriate transport model capable of predicting the transport of PAH and surfactants. To this end, the simulation tool SMART (Streamtube Model for Advective and Reactive Transport) has been developed. Based on a close co-operation with laboratory investigations (DANZER, 1998) during model development only those processes that could be identified within the lab experiments have been implemented in the model. Furthermore process-oriented descriptions were used in order to guarantee that only measurable parameters are needed as input. The transport model is based on a Lagrangianapproach of DAGAN & CVETKOVIC (1996), which has been adapted and expanded. The method allows for a separate treatment of conservative transport and reactive processes. It can be applied to problems at laboratory-scale as well as at field-scale. For the description of conservative transport existing models may be used. Reactive transport is described by a so-called reaction function which can be determined by simulating onedimensional advective-reactive transport along single streamtubes. In order to evaluate the conceptual model of processes relevant to the transport of PAH and surfactants, simulations of several laboratory experiments (DANZER, 1998) has been conducted. Field-scale transport of PAH and surfactants is discussed with two case-studies.