Upload
others
View
3
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Innovative Probenahme: Grundwasser
Tagung LBEG und DBU, Hannover
imw – Innovative Messtechnik Dr. Weiss, Tübingen
Innovative Probenahme:
Grundwasser
Innovative Probenahme: Grundwasser
TiefenorientierteProbenahme
PassiveProbenahme
Innovative Probenahme: Grundwasser
Innovative Probenahme: Grundwasser
Fragestellung: integral, volumenbasiert
Konventionelle Pumpprobe, IPV
?
Integral über das abgepumpte Volumen
Innovative Probenahme: Grundwasser
Tiefenorientierte
Pumpprobe
Fragestellung: tiefenorientiert, vertikal auflösend
diskrete repräsentative Information
Innovative Probenahme: Grundwasser
Tiefenorientierte Probenahme: bestehende Brunnen
Multilevel-Schlauchpacker
Mobiles oder halb-stationäres Packersystem in Brunnen größer 2 Zoll
Modulare Bauweise: verschiedene Durchmesser, Längen und Anzahl der Probenahmeports
In konventionellen Brunnen durch gleichzeitige Beprobung der verschiedenen Horizonte einsetzbar
Probennahme mit Minidruckpumpen oder Peristaltikpumpen
Doppelwandige, nicht elastische Membran
Minidruckpumpe
Pumpenfilter
Brunnenfilter
Kiesschüttung
Probennahmeschläuche
Innovative Probenahme: Grundwasser
Tiefenorientierte Probenahme: bestehende Brunnen
Multilevel-Scheibenpacker
Leicht transportables und flexibles Probenahmesystem
Mobiler und halbstationärer Einbau in 2“ - 6“ Brunnen
Modularer Aufbau: Position und Anzahl der Probennahme- und Abdichtungshorizonte frei wählbar
Tiefenhorizontierte Beprobung durch gleichzeitigen Betrieb der Pumpen; Trennstromlinien
Innovative Probenahme: Grundwasser
0 2 4 6 8 10 12[µg/l]
VC
0 2 4 6 8 10[µg/l]
5,5
6,5
7,5
8,5
9,5
10,5
11,5
12,5
13,5
m u GOK Per
Doppel-Packer
Scheiben-Packer
Schlauch-Packer
KORA, Karlsruhe-Ost/Killisfeld
Wickert,F.,Müller,A.,Schäfer,W.&Tiehm,A.: Altlastenforum,1,2006
Vergleich: Konventioneller Doppelpackermit Scheiben- und Schlauchpacker
Tiefenorientierte Probenahme: bestehende Brunnen
Innovative Probenahme: Grundwasser
Zusammen- und Einbau
Tiefenorientierte Probenahme: neue Brunnen
1“ - Brunnen (mit Filtergaze 60µm)
Innovative Probenahme: Grundwasser
Tiefenorientierte Probenahme: neue Brunnen
Mini-Druckpumpen1“ - Doppelpackersystem
Pneumatic Controller- Pump- Packer- Compressed Nitrogen
Groundwater Sampling Unit- flow-through chamber- VOC Measuring
Inflatable Packer
Inflatable Packer
Pump
0 0.02 0.04 0.06
rel. intensity
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
depth
[ mD
HH
N]
MIP 1DELCD-Log
1.94
3.23
10.4
23.6
54.8
49.5
tot. LCKW [mg/L]
Kö Ydepth-discretwater sampling
Innovative Probenahme: Grundwasser
BentonitPacker
Wasserstands-Rohr
Minidruck-Pumpe
BohrgestängeID 2 1/8 Zoll
Installation eines Multilevelbrunnens:20 m tief, 5 Probenahmehorizonte
Tiefenorientierte Probenahme: neue Brunnen
„verlorene“ Mini-Druckpumpen
Innovative Probenahme: Grundwasser
Probennahme-öffnungKanal 1
Edelstahlfilter& vorgefertigterKiesfilter
Tonsperre
1
12
2
3
3Kiesfilter
Strömungslinienbei Beprobung
3-Kanal
7-Kanal
1
2
3
4
5
6
71
2
3
2 cm
Tiefenorientierte Probenahme: neue Brunnen
CMT-System (Continuous Multichannel Tubing)
Mikro-DV-Pumpe
Innovative Probenahme: Grundwasser
Tiefenorientierte Probenahme: neue Brunnen
Beispiel: 3-Kanal CMT-System, DP-Installation
Innovative Probenahme: Grundwasser
Port 1
Port 2
Port 3
1
2
3
Tiefenorientierte Probenahme: neue BrunnenCMT-System - vorgefertigt
3-Kanal-CMT Einbau mit vorgefertigten Sandfiltern
und Dichtstrecken (Bentonitdübel)
Innovative Probenahme: Grundwasser
Tiefenorientierte Probenahme: neue Brunnen
Beispiele: CMT-System (Mehrkanal - Brunnen)
Zeitz 2005Frankfurt, 2006
Berlin 2006Frankfurt 2006
Frankfurt 2007 Bornheim 2007Ghent, 2007Berlin 2008
Innovative Probenahme: Grundwasser
Tiefenorientierte Probenahme: neue Brunnen
CMT-System - Ergebnis
m u
GO
K
0
5
10
15
20
25
30
35
0 30 60 90 120
Σ LCKW[µg/l]
0
5
10
15
20
25
30
35
0 2 4 6 8 10
Σ BTEX[mg/l]
0
5
10
15
20
25
30
35
0 30 60 90 120
Σ LCKW[µg/l]
m u
GO
K
0
5
10
15
20
25
30
35
0,0 0,3 0,5 0,8 1,00,25 0,75
Σ BTEX[mg/l]
10,50
Fahnenzentrum Fahnenrand/-ende
Innovative Probenahme: Grundwasser
Tubing with bentonite collars
Sand catcher
Filter section
Tubing 10 x 12/13 mm
Spacer tubing: Prevent upper sand catcher from sliding upwith tie rib
In between lower and upper sand catcher: Optional sand catchers in homogeneous soils. Obligatory if clay layersand sand layers do alternate.
Sand catcher
Filter section of DirectWell
Obligatory sand-bentonite catcher will prevent back fillmaterial from falling down
Spacer tubing 16 x 20 mm
Tiefenorientierte Probenahme: neue Brunnen
Quality Well
Direct Well
Direct Well, Quality Well
Innovative Probenahme: Grundwasser
aktivOberflächen- und Grundwasser
passiv
Passive Probenahmetechnologien
Innovative Probenahme: Grundwasser
Passive Probenahmetechnologien
Beispiel: PDBS (Polyethylen-Diffusions-Beutel-Sammler)
Substanzen
Leichtflüchtige, organische Substanzen: BTEX, CKW
Bauart
PE-Schlauch, Ø: 3-5 cm x L: 30-50 cm, gefüllt mit deion. Wasser (ca. 300 ml)
Sammelzeit
Gleichgewicht nach mind. 14 Tagen
Analytik
Direkte Wasseranalyse
wird seit 2001 in USA als Standardverfahren eingesetzt
http://diffusionssampler.itrcweb.org
Innovative Probenahme: Grundwasser
Tiefenhorizontierte Probenahme in 6 Tiefen, Flughafen
6 Mini-Druckpumpen und 6 PDBS über 2 Wochen
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600
33,5
30
25
22,5
20
6,5
Minidruckpumpen
PDBS
Tie
fe m
uG
OK
Benzol [µg/l]
0 5 10 15 20 25 30 35 40
TCE [µg/l]
Minidruckpumpen
PDBS
Beispiel: PDBS (Polyethylen-Diffusions-Beutel-Sammler)
Innovative Probenahme: Grundwasser
43
44
45
46
47
48
49
0,01 0,10 1,00 10,00 100,00
Concentration [µg/l bzw. mg/l]
De
pth
[m u
. P
OK
]
Mn II (DMS)
Fe II (DMS)
Sulfate (DMS)
Foto
Redoxband
Passive Probenahmetechnologien
Beispiel: Dialyse-Membran-Sammler
Substanzen Anionen, Kationen, Metalle
PAH (MDP)
Mn II (MDP)
Fe II (MDP)
Sulfate (MDP)http://diffusionssampler.itrcweb.org
2008
Innovative Probenahme: Grundwasser
Passive Probenahmetechnologien
Beispiel: Keramik-Dosimeter / Toximeter
Substanzen PAK, BTEX, CKW
Bauart
Keramikrohr:
Sammelzeit Wochen - Monate
Analytik Flüssigextraktion
L 4,5 cm, Wandstärke 1,5mm, AD 1 cm, Porengröße 5 nm, Porenvol. 30,5%
Sammelphase: IRA-Amberlite 743: PAKDowex O.p. L-493: BTEX, CKW
Deckel: PTFE/Teflon
Ergebnis Mittlere Konzentration im Kontaktwasser
Innovative Probenahme: Grundwasser
dosimeter average
dosimeter 1-6
Passive Probenahmetechnologien
Naphthalin well A
0
10
20
30
40
50
60
70
0 20 40 60 80 100time [d]
wa
ter
co
nc.
[µg
/L]
conventional water samples triplicate
[Martin et al. 2003, ES&T 37, 1360]
Beispiel: Keramik-Dosimeter
conventional water samples average
Innovative Probenahme: Grundwasser
Die IDEE:Dosimeter + lösemittelfreies Bioassay
Wirbeltierzellen wachsen auf
Sorbenz und reagieren auf
Schadstoffe
Keramik-Toximeter
Beispiel: 1-Jahresstudie in PAK-kontaminiertem Grundwasser
ChemieChemieFokus auf 16 PrioritFokus auf 16 Prioritäätsts--PAKsPAKs
BiologieBiologieFokus auf SchadstoffFokus auf Schadstoff--induzierte Enzyminduktioninduzierte Enzyminduktion
Bopp, S.K., MacLachlan, M.S.,
Schirmer, K. Passive sampler
for combined chemical and
biological long-term
monitoring of groundwater –
the Ceramic Toximeter.
Environmental Science &
Technology. Available online
Sept. 01/2007;
http://dx.doi.org/10.1021/es07
0807s
Innovative Probenahme: Grundwasser
Passive Probenahmetechnologien
Ribbon NAPL Sampler (RNS)
The red markings along the length of a Ribbon NAPL Sampler(RNS) help investigators map NAPLs at discrete depths.
Innovative Probenahme: Grundwasser
Passive Probenahmetechnologien
Passiv Flux Meter Technology
Annable et al., ES&T, 2005
Hatfield et al., Journal of Contaminant Hydrology, 2004
Sorbent with Tracers(activated carbon)
Viton Washers(minimize vertical flow)
Tube for flow bypass
q MR
< 1
MC q
q
Displaced resident tracers for groundwater flux
Captured contaminants for contaminant fluxes
Innovative Probenahme: Grundwasser
Keine Beeinflussung des hydraulischen Strömungsfeldes
Vorteile gegenüber konventionellem, aktivem Monitoring
Keine elektrische Energie, schweres und umfangreiches Gerät nötig
Keine Filtration nötig
Entsorgung kontaminierten Wassers entfällt
Keine Tiefenlimitierung
Kaum - keine Verluste leichtflüchtiger Schadstoffe durch Probennahme (Saugpumpen)
Aufwand für Sammeln, Transport, Kühlung und Lagerung gering
Keine Sorptionsverluste an Förderschläuchenund Probennahmegefäßen
Gefahr von Verschleppungen spielt keine Rolle
Innovative Probenahme: Grundwasser
Sammelrate z.T. abhängig von Temperatur und Fließgeschwindigkeit
Einfluss von Biodegradation, Bildung von Biofilmen z.T. noch unbekannt
Nachteile
Vorteil – Zeitintegrierende Sammler
Detektierbarkeit durch Anreicherung
Konzentration
Zeit
??
?
?
?
aktive/konventionelle ProbeEinzelanalyse
passive ProbeMittelwert
Zeitliche Mittelung von Konzentrationsschwankungen