Auf dem Areal eines aluminiumverarbeitenden Betriebes liegt eine Kontamination des obersten Grundwasserleiters mit Natronlauge vor. Über einen längeren Zeitraum sind mehrere hundert Tonnen NaOH in das Grundwasser gelangt. Durch die ausgetretene NaOH ist das Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht (KKG) im Grundwasser eminent gestört. Schon bei geringen Änderungen der hydraulischen und hydrochemischen Randbedingungen kommt es zu massiven Ausfällungen von Carbonaten und Aluminiumhydroxiden. Um eine Ausbreitung der NaOH an der reliefierten Basis des Aquifers zu verhindern, wurde die Kontamination mit einer pump-and-treat-Technik saniert. Infolge der starken Carbonat- und Gibbsitausfällungen war die Standzeit der Brunnenbauwerke, Pumpen und Leitungen allerdings nur im Bereich von Tagen. Eine nachhaltige und effektive Sanierung des Grundwasserschadens war notwendig, um Beeinflussungen abstromig gelegener Grundwasserentnahmen des intensiv genutzten Aquifers zu verhindern. Das Konzept zur Sicherung und Sanierung der gesättigten Zone des NaOH-Schadens beinhaltet die Wiederherstellung des KKG durch die Injektion von Säure (kohlenstoffdioxidangereichertes Wasser). Durch Labor-, Technikums- und Feldversuche mit begleitender hydraulischer und hydrochemischer Modellierung konnten die Grundlagen für spezielle Injektionstechniken von Kohlensäure in den Aquifer erprobt und erfolgreich im Feldmaßstab umgesetzt werden. Dabei waren neben technischen Herausforderungen die Anforderungen der BBodSchV in Bezug auf die potentielle Freisetzung von Schwermetallen in den Grundwasserabstrom infolge der Säureinjektionen zu beachten. Tiefenaufgelöste hydrochemische Untersuchungen belegen eine dichteinduzierte Ausbreitung der NaOH an der Basis des quartären Aquifers. Eine Stratifizierung der Kontamination konnte nachgewiesen werden. Die Vermischung mit dem überströmenden Grundwasser ist weitestgehend diffusionslimitiert. Eine transmissivitätsgewichtete Mobilisierbarkeit der NaOH ist durch speziell entwickelte pH/Q-gesteuerte Pumpversuche belegt. In Laborversuchen konnte die Kinetik der Kolloid- und Präzipitatbildungen untersucht werden. Diese ist nicht linear. Aufbauend auf diesen Erkenntnissen wurde ein gezielter Einsatz von Kohlensäure zur Verhinderung der initialen Bildung von Hydrokolloiden entwickelt. Ein Rückgang der NaOH-Kontamination ist für den Feldmaßstab belegt. Die weitgehende Sicherung der Brunnenbauwerke ist nachgewiesen.
Translated abstract:
A shallow pore aquifer in the subsurface of an aluminium-processing industrial site is contaminated by a caustic soda spill (NaOH). Hundreds of tons of NaOH leaked into the quaternary upper aquifer during a long period of time. This caused a disturbance of carbonate equilibrium in groundwater. Little changes concerning the hydraulic or hydrochemical boundary conditions cause immense carbonate and aluminium hydroxide precipitation. To stop further spreading of the contaminant plume, the contamination was treated by a pump-and-tread technique. The massive precipitation caused breakdown of pumps, wells and pipelines within days. Due to an intensively exploitation of the aquifer sustainable and effective clean-up and safeguarding was required. The concept of safeguarding and clean-up in the saturated zone of the contaminated aquifer comprises the restoration of the carbonate equilibrium by acid injections (carbon dioxide enriched groundwater). Fundamental knowledge on adaptive injection techniques was derived from subsequent theoretical, laboratory, pilot-scale and field investigations. Accompanying hydraulic and hydrochemical modelling supported the investigations and consecutive implementation in field scale. Special focus was set on technical defiances and a potential discharge of heavy metals. Depth-integrated hydrochemical investigations showed a density-driven spreading of NaOH at the basement of the aquifer. The contamination is stratified. Mixture of NaOH and groundwater is limited by diffusion. Newly developed pH/Q-controlled pumping tests show that the mobilization of the caustic soda spill is controlled by transmissivity. In laboratory experiments kinetics of colloidal precipitation were investigated and found non linear. These conclusions led to a selective carbon dioxide injection in the surrounding of pumped wells. The decline of the spill is proven. An extensive safeguarding of wells, pumps and pipelines is shown.
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Universitätsbibliothek der Technischen Universität München
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