Reaktive Modellierung des Abbaus und Transports organischer Mikroverunreinigungen bei der Uferfiltration in Abhängigkeit von saisonalen Temperaturschwankungen und Redoxzonierung

Isolde Barkow1, Sascha E. Oswald1, Matthias Munz1
1 Universität Potsdam, Umweltwissenschaften und Geographie

12.2 in Reaktive Stofftransportmodellierung

28.03.2020, 09:15-09:30, Telemann-Saal

Das Vorkommen von Mikroverunreinigungen in Gewässern stellt eine Herausforderung für die Trinkwassergewinnung dar. Uferfiltrationen zeichnen sich durch eine hohe Reinigungsleistung aus und können für Wasserwerke ein geeignetes Verfahren zur Qualitätssteigerung des Rohwassers sein. Dabei helfen Mikroorganismen, unter Einfluss von Temperatur und Nährstoffvorkommen, ins Grundwasser (GW) eingetragene organische Stoffe abzubauen, was zu charakteristischen Redoxzonen im GW führt. Eine dafür allgemeingültige Bestimmung der Abbauraten unter Einbeziehung von Wassertemperatur und saisonalen Effekten ist jedoch immer noch selten.

In dieser Arbeit wurde für ein Transekt am Nedlitzer Durchstich (Potsdam) ein vertikales 2D-Modell mittels MODFLOW und PHT3D unter der Benutzeroberfläche ORTI3D erstellt, um das zeitliche und räumliche Verhalten von Temperatur, Redoxparametern sowie von Acesulfam, Carbamazepin, Diclofenac, Phenazon, Sulfamethoxazol und Valsartan während der Uferfiltration zu untersuchen. Das Transekt reicht über 160 m vom Nedlitzer Durchstich bis zu einem Förderbrunnen des am Untersuchungsgebiet angrenzenden Wasserwerks. Dazu erfolgten innerhalb von 2 Jahren monatliche Messungen zu Wasserständen, Temperatur und chemischen Parametern. Um zukünftig Abbauraten besser vergleichen zu können, wird in dieser Arbeit ein normierter Temperaturfaktor vorgestellt, der den verminderten Abbau bei geringeren GW-Temperaturen in den Fokus setzt. Im Modell wurden die hydraulischen Leitfähigkeiten, Verteilungskoeffizienten, die nötigen Abbaukonstanten sowie die Wirkung des Temperaturfaktors kalibriert.

Die reaktive Stofftransportmodellierung konnte erfolgreich im kalibrierten Modell dargestellt werden. Eine Redoxzonierung stellt sich für die Uferfiltration ein, wobei ineinander übergehende Bereiche existieren. Darauf baute der Abbau der Mikroverunreinigungen auf. Außer Acesulfam und Sulfamethoxazol werden alle betrachteten Schadstoffe im Transekt größtenteils abgebaut. Für den am Kanal angrenzenden GW-Leiter zeigt sich ein erhöhter Abbau von Phenazon und Diclofenac. Im Winter, bei niedrigeren GW-Temperaturen, breitet sich die Stofffahne weiter im Aquifer aus. Für Sulfamethoxazol findet der Abbau hauptsächlich nur unter anaeroben Bedingungen im tieferen GW-Leiter statt, jedoch stärker unter höheren Temperaturen.

Die Monod-Kinetik mit der maximalen Abbaurate sowie der Temperaturfaktor stellten sich als wesentliche Parameter für den Stoffumsatz heraus. Die maximale Abbaurate zeigte sich abhängig von den Parametern des Temperaturfaktors. Die Dynamik im Modell wurde mit dem normierten Temperaturfaktor besser wiedergegeben als ohne. Zudem zeigte sich eine bessere Übereinstimmung bei variierenden als bei konstanten Temperaturen. Die Arbeit zeigt, dass die Modellierung des Wärmetransports und die Einbeziehung der Wassertemperatur im Stofftransportmodell erfolgen sollten, um saisonale Einflüsse widerzuspiegeln.



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