Durchführung eines Einbohrloch-Markierungsversuches mit Deuteriumoxid und Uranin am Standort des Ökologischen Großprojektes Hydrierwerk Zeitz

Martin Binder1, Klotzsch Stephan1, Falk Händel1, Diana Burghardt1, Gunnar Laudel2, Peter Dietrich3, Rudolf Liedl1
1 Technische Universität Dresden, Institut für Grundwasserwirtschaft
2 GICON Sanierungsmanagement GmbH
3 Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung Leipzig, Department Monitoring- und Erkundungstechnologien

P 8.10 in Isotopen- und Tracermethoden in der Hydrogeologie

Als Teil umfangreicher Erkundungsarbeiten im Rahmen des Forschungs- und Entwicklungsprojektes KOPOXI (GICON et al. 2013-2015) zur Planung einer reaktiven Oxidationsmittelemissionswand in Kombination mit zusätzlichen Injektionspunkten wurde im März 2015 ein Markierungsversuch mit Deuteriumoxid und Uranin am Standort des Ökologischen Großprojektes Hydrierwerk Zeitz realisiert. Ziel des Versuches war die Ermittlung von Parametern, welche für eine modellgestützte Prognose der Sanierungsmaßnahme benötigt wurden.

Basierend auf den Informationen voriger Versuche am Standort wurde ein kombinierter Infiltrations-/Förderbrunnentest mit zwischengeschalteter Driftphase als adäquates Verfahren zur Parameterermittlung ausgewählt. Die Durchführung dieses auch als Push-Pull-Test bekannten Einbohrlochverfahrens erfolgte an einer 2“-Grundwasserbeobachtungsmessstelle, welche im Abstrombereich der geplanten, reaktiven Wand mittels Sonic-Drill-Technologie errichtet und im Bereich des dortigen, oberen Grundwasserleiters verfiltert wurde.

Im Vorfeld des Tracerversuches wurde zunächst Grundwasser mit einer Unterwassermotorpumpe (Grundfos MP1) gefördert, in Wassertanks zwischengespeichert und anschließend mit Deuteriumoxid („Schweres Wasser“) sowie Uranin versetzt. Die Kombination des klassischen Tracers Uranin mit einer Deuterierung des Wassers wurde hierbei mit dem Ziel einer gegenseitigen Verifizierung der Durchbruchskurven eingesetzt. Die Wiedereingabe des markierten Wassers in der etwa einstündigen Push-Phase erfolgte über den gesamten verfilterten Bereich der Grundwassermessstelle. Dieser Eingabephase wiederum folgte eine mehrstündige Drift-Phase unter natürlichen Fließbedingungen. In der finalen Pull-Phase wurde das zehnfache Volumen an Grundwasser (in Relation zum ursprünglichen Eingabevolumen) gefördert, wobei zu ausgewählten Zeitpunkten Probennahmen des geförderten Wassers erfolgten. Die Uraninkonzentration in den Proben wurde mittels Spektralfluorimetrie gemessen; die Bestimmung der Isotopensignatur bezüglich Wasserstoff erfolgte für ausgewählte Proben durch Isotopenverhältnis-Massenspektroskopie. Abschließend wurden die Durchbruchskurven mithilfe eines kleinräumigen Transportmodells nachgebildet, um daraus Informationen u.a. zur Porenraumverteilung abzuleiten. Informationen zur vertikalen Variabilität der hydraulischen Leitfähigkeit (u.a. Flowmeter-Messungen in der Messstelle) wurden hierbei berücksichtigt.

Die hohe Übereinstimmung der zeitlichen Verläufe der im geförderten Wasser ermittelten Uraninkonzentrationen und Stabilisotopensignaturen (siehe Abbildung) weist auf ein konservatives Transportverhalten beider Komponenten hin. Dies ermöglichte die direkte Verwendung der Daten im Rahmen der Parameterermittlung; hierbei konnten realistische und belastbare Werte für die Porenraumverteilung (mobile Porosität, immobile Porosität, Massentransferkoeffizient) abgeleitet werden.  

 

Durchbruchskurven von Deuteriumoxid und Uranin während des Push-Pull-Markierungsversuches
Durchbruchskurven von Deuteriumoxid und Uranin während des Push-Pull-Markierungsversuches



GICON, UFZ, CAU (2013 - 2015) : „Entwicklung eines In-Situ-Grundwassersanierungsverfahrens zur Unterstützung natürlicher Schadstoffminderungsprozesse in der Schadstofffahne durch Kombination einer permanenten Oxidationsmittel-Emissions-Wand mit einer Oxidationsmittel-Injektion - KOPOXI“, Zeitraum 2013 – 2015, gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages