Modellierung des langfristigen Schadstoffaustrags aus mehrphasigen DNAPL-Pools

Svenja Steding1, Wilfried Schneider2
1 Fluidsystemmodellierung, Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ
2 Institut für Wasserressourcen und Wasserversorgung, Technische Universität Hamburg

14.11 in Young Hydrogeologists Forum

25.03.2020, 17:45-18:00, Telemann-Saal

Pools aus DNAPL (nicht mit wasser mischbare Flüssigkeiten) gehören zu den häufigsten Ursachen für
Grundwasserkontaminationen und ihre Langlebigkeit wurde von vielen Autoren untersucht
(Khachikian and Harmon, 2000; Lee and Chrysikopoulos, 2005). Aufgrund sehr langsamer
Lösungsgeschwindigkeiten sowie der sogenannten Matrixdiffusion (Seyedabbasi et al., 2012) werden
häufig auch nach über 100 Jahren noch Konzentrationen oberhalb der Trinkwassernormen angetroffen.
Obwohl Untersuchungen bereits gezeigt haben, dass die Phasen eines DNAPL-Pools sich in ihrer
Wasserlöslichkeit gegenseitig beeinflussen (Grathwohl et al, 2002), werden diese Interaktionen von
bisherigen Modellen in der Regel vernachlässigt (Carey, 2015; Seyedabbasi et al., 2012). Die
Berechnung des Schadstoffaustrags aus mehrphasigen DNAPL-Pools erfolgt demnach bislang unter der
Annahme zeitlich konstanter Löslichkeiten.


In diesem Beitrag wird ein neues Modell vorgestellt, welches die Löslichkeit der DNAPL-Phasen als
zeitlich variabel behandelt. Grundlage ist das Raoult’sche Gesetz, wonach die Löslichkeit einer Phase
von deren Molanteil – und damit von der Poolzusammensetzung – abhängt. Ist diese bekannt, kann der
Schadstoffaustrag einer jeden Phase infolge Advektion, Dispersion und Diffusion bestimmt werden.
Die Transportprozesse wiederum verändern die Poolzusammensetzung und damit auch die Löslichkeit
der Phasen, was bei der Berechnung der Langlebigkeit eines DNAPL-Pools berücksichtigt werden
muss. In dem Modell erfolgt daher eine zeitliche Diskretisierung, sodass Veränderungen der
Löslichkeiten sowie der Schadstofffrachten simuliert werden können.


Mithilfe des neu entwickelten, semianalytische Berechnungstools wurde beispielhaft der
Lösungsprozess eines DNAPL-Pools mit vier Phasen modelliert. Die Ergebnisse zeigen, dass die
Schadstofffrachten oft deutlich geringer ausfallen als Studien an einphasigen Pools implizieren und
dass diese über die Zeit sowohl abnehmen als auch zunehmen können. Eine Vernachlässigung des
Raoult’schen Gesetzes erweist sich in Bezug auf Risikobewertungen als unsicher, da die Langlebigkeit
der DNAPL-Pools dann teils deutlich unterschätzt wird. Darüber hinaus zeigen die Ergebnisse, dass
Nebenbestandteile mit sehr geringer Löslichkeit einen starken Einfluss auf den Lösungsprozess der
Hauptbestandteile haben können und nicht einfach vernachlässigt werden dürfen.




Carey, G. (2015): NAPL Depletion Model (NDM) for estimating natural and enhanced attentuation timeframes.Version 1.00 Users guide.
- http://www.porewater.com/refs/ndm/Carey_2015_NDM_ShortCourse.pdf.


Grathwohl, P. & Eberhardt, C. (2002): Time scales of organic contaminant dissolution from complex source zones. Coal tar pools vs. blobs. - Journal of Contaminant Hydrology 59, 45-66.

Khachikian, C. & Harmon, T.C. (2000): Nonaqueous phase liquid dissolution in porous media: current state of knowledge and research needs. - Transp. Porous Media 38, 3 –28.


Lee, K.Y. & Chrysikopoulos, C.V. (2005): Dissolution of a multicomponent DNAPL pool in an experimental aquifer.  - Journal of Hazardous Materials B128, 218–226.


Seyedabbasi, A. & Newell, C. & Adamson, D. & Sale, T. (2012): Relative contribution of DNAPL dissolution and matrix diffusion to the long-term persistence of chlorinated solvent source zones - Journal of Contaminant Hydrology 134-135. 69-81.



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