Ansätze zur Erweiterung des Anwendungsspektrums reaktiver Wände : Optimierung von Kombinationsreaktionswänden und Nutzung schadstoffabbauender Prozesse im abstromigen Aquifer

X 1. Einleitung . 1 1.1. Reaktionswände zur Sanierung von Grundwasserkontaminationen.2 1.2. Untersuchte Fragestellungen . 4 1.2.1. Abbau komplexer Mischkontaminationen durch Kombinationsreaktionswände . 4 1.2.2. Reaktionen im Abstrom von Reaktionswänden . 6 1.3. Gliederung der Arbeit . 9 2. Remediation of ground water containing chlorinated and brominated hydrocarbons, benzene and chromate by sequential treatment using ZVI and GAC.10 2.1. Abstract . 10 2.2. Introduction and objective . 10 2.3. Material and methods.12 2.3.1. Experimental.12 2.3.2. Analytical . 15 2.4. Results and discussion.16 2.4.1. pH and concentrations of inorganic water constituents . 16 2.4.2. Contaminant degradation in contact with ZVI . 18 2.4.3. Contaminant sorption in contact with GAC.24 2.5. Conclusions.26 3. pH-Wertpufferung im Abstrom von Reaktionswänden. 27 3.1. Kurzfassung . 27 3.2. Abstract . 27 Inhaltsverzeichnis III 3.3. Einleitung.28 3.4. Material und Methoden.31 3.5. Ergebnisse und Diskussion . 35 3.5.1. pH-Wertverschiebung.35 3.5.2. Basenneutralisation und Hydroxidneutralisation.38 3.5.3. pH-Puffermechanismen.40 3.6. Schlussfolgerungen.44 4. CKW-Abbaupotential im Abstrom von Fe -Reaktionswänden 0 . 46 4.1. Kurzfassung . 46 4.2. Abstract . 46 4.3. Einleitung.47 4.4. Material und Methoden.49 4.4.1. Versuchsaufbau.49 4.4.2. Beprobung und Analytik.53 4.4.3. Berechnung der Retardation erhöhter pH-Werte.53 4.4.4. Festphasenuntersuchungen . 54 4.5. Ergebnisse und Diskussion . 54 4.5.1. Sedimentcharakterisierung . 54 4.5.2. Redoxmilieu im Aquifermaterial . 54 4.5.3. Entwicklung des pH-Werts im Aquifermaterial.55 4.5. 4. Schadstoffabbau im Aquifermaterial.57 4.5. 5. Bestimmung von Raten für die PCE-Konzentrationsabnahme.61 4.6. Schlussfolgerungen.63 5. Zusammenfassung und Fazit . 65 5.1. Optimierung von Kombinationsreaktionswänden . 65 5.2. Nutzung schadstoffabbauender Prozesse im Abstrom von Reaktionswänden. 66 5.2.1. Ausbreitung erhöhter pH-Werte im Abstrom reaktiver Wände . 66 5.2.2. Schadstoffabbau im Abstrom einer Fe -Reaktionswand 0 . 67 5.3. Schlussfolgerungen.68 6. Literatur.69 Abbildungsverzeichnis IV Abbildungsverzeichnis Abbildung 1-1: Funktionsprinzip von vollflächig durchströmter Reaktionswand (links) und „Funnel and gate“-Reaktionswand (rechts) (POWELL et al. 1998). 2 Abbildung 1-2: Verwendete reaktive Materialien bei Feldanwendungen von 47 Reaktionswänden (EBERT (2004) nach EPA (2002)). 3 Figure 2-1: Experiment setup. 13 Figure 2-2: pH profiles and concentration profiles of Ca, Mg, Fe, Si, TIC, sulfate, nitrate, ammonium, and dissolved hydrogen in the column containing ZVI during the sampling events after 15 d (-□-), 29 d (-◊-), 40 d (-∆-), 47 d (-×-), 54 d (-+-) and 61 d (-○-) running time. Note limited concentration scale range for sulfate. 17 Figure 2-3: Concentration profiles of halogenated methanes in the column containing ZVI during the sampling events after 15 d (-□-), 29 d (-◊-), 40 d (-∆-), 47 d (-×-), 54 d (-+-) and 61d (-○-) running time. Note shorter residence time scale for brominated methanes. 19 Figure 2-4: Concentration profiles of chlorinated ethylenes in the column containing ZVI during the sampling events after 15 d (-□-), 29 d (-◊-), 40 d (-∆-), 47 d (-×-), 54 d (-+-) and 61 d (-○-) running time; cis-1,2 DCE and trans-1,2-DCE were not detected throughout the experiment. 20 Figure 2-5: Concentration profiles of 1,1,2-TCA, 1,2-DCA, 1,2-DCP, MCB, benzene and Cr in the column containing ZVI during the sampling events after 15 d (-□-), 29 d (-◊-), 40 d (-∆-), 47 d (-×-), 54 d (-+-) and 61 d (-○-) running time. Note shorter residence time scale for Cr. 22 Figure 2-6: Development of half-lifes for the degradation of TCM, 1,1,2-TCA, 1,2-DCP, PCE, TCE, 1,1-DCE and VC through contact with ZVI over experiment running time (expressed as exchanged pore volumes in the ZVI). 23 Figure 2-7: DCM concentrations in the inflow (left) and outflow (right) of the column containing GAC.25 Figure 2-8: Sum of TCM, VC, 1,2-DCA, 1,1,2-TCA, 1,2-DCP, benzene, and MCB concentrations in the inflow (left) and outflow (right) of the column containing GAC.25 Abbildung 3-1: Versuchsaufbau: FORC (links) und FAK (rechts). 32 Abbildung 3-2: pH-Werte entlang der Fließstrecke im Abstromkompartiment (Braunkohlesand) im System FORC im Versuchsverlauf. 36 Abbildungsverzeichnis V Abbildung 3-3: pH-Werte entlang der Fließstrecke im Abstromkompartiment (Braunkohlesand) im System FAK im Versuchsverlauf. 36 Abbildung 3-4: Wanderungsgeschwindigkeit (v ) verschiedener pH-Niveaus in den Systemen FORC (höherer Baseneintrag) und FAK (geringerer Baseneintrag). BT