Simulation des Transports organischer Schadstoffe mittels reaktiver Fluoreszenztracer

Michael Sinreich1, Daniel Hunkeler2
1 Bundesamt für Umwelt BAFU, Abteilung Hydrologie, Schweiz
2 Zentrum für Hydrogeologie und Geothermie CHYN, Universität Neuchâtel, Schweiz

O 8.4 in Isotopen- und Tracermethoden in der Hydrogeologie

15.04.2016, 15:00-15:15, Audimax A, Geb. 30.95

Fluoreszenztracer sind ein gängiges Mittel für die Untersuchung des Stofftransports im Untergrund. Allerdings werden dabei in den seltensten Fällen die tatsächlichen Stoffeigenschaften vermeintlich konservativer Tracer berücksichtigt. So kann es mitunter zu Fehlannahmen bei der Modellierung des Stofftransports kommen, wenn etwa Sorptionsprozesse nicht als solche erkannt und differenziert sind. Andererseits kann man sich das Manko nicht-konservativer Tracer zunutze machen, indem diese bewusst zur Simulation des Verhaltens reaktiver Schadstoffe herangezogen werden.

Für einen solchen Ansatz muss das Verhalten der eingesetzten Markierstoffe gut charakterisiert und mit dem des jeweiligen Schadstoffes abgeglichen werden. Dies geschieht mittels Laborversuchen unter Verwendung der relevanten Festphase. Der getestete Tracer kann dann im Gelände als Ersatz für einen spezifischen organischen Schadstoff fungieren. Die Ergebnisse eines Tracerversuchs liefern wiederum die nötigen Informationen, um im Rückschluss eine effektive Retardation des Schadstoffes im Untergrund zu modellieren.

Im vorliegenden Fall wurden verschiedene Fluoreszenztracer mit diversen Pflanzenschutzmitteln und Kohlenwasserstoffen verglichen. Dabei kamen v.a. solche Schadstoffe zum Einsatz, bei denen davon auszugehen ist, dass sie aufgrund ihrer nur mässigen Sorption mitunter bis ins Grundwasser verfrachtet werden. Nach einem ersten Screening auf Basis von Schüttelversuchen wurden ausgewählte Stoffe im Säulenversuch getestet und deren Retardationsfaktoren berechnet. In beiden Fällen wurde Aquifermaterial des Untersuchungsgebietes verwendet.

Die Retardation im Grundwasserleiter selbst wurde dann mittels Dipol-Tracerversuch auf lokaler Skala bestimmt. Untersucht wurde ein Lockergesteins-Grundwasserleiter im Schweizer Mittelland. Mehrere Fluoreszenztracer kamen zum Einsatz (u.a. Uranin, Rhodamin WT, Amidorhodamin G), welche simultan ins Grundwasser eingegeben und bei natürlichem Gradienten über eine Fliessstrecke von 5 m in einem zweiten Piezometer beprobt wurden. Analog zum Säulenversuch zeigte sich – bei vergleichbarer dominanter Fliessgeschwindigkeit von etwa 0.2 m/h – ein signifikant verzögerter Durchbruch der Fluoreszenztracer in Bezug auf den Referenztracer Bromid.

Anhand des Pflanzenschutzmittels Chloridazon kann beispielhaft aufgezeigt werden, wie auf diese Weise die Retardation als Folge der Wechselwirkung mit dem Aquifermaterial modelliert und quantifiziert werden kann. Dies geschieht in situ unter ungestörten Bedingungen, ohne dass die Schadstoffe für das Experiment eingebracht werden müssen – was sich im Hinblick auf den Gewässerschutz in der Regel auch verbietet. Auch können diese Ergebnisse auf andere, grösserskalige Markierversuche im selben Grundwasserleiter übertragen werden. Dieser Ansatz ermöglicht ein besseres Verständnis vom Transport spezifischer organischer Schadstoffe, für den gerade hinsichtlich Retardation innerhalb des Grundwasserleiters noch Wissensbedarf besteht.



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