Motivation
Zunehmende Versorgungsengpässe mit sauberem Trinkwasser in vielen Regionen der Erde rücken Sanierungsmaßnahmen von heterogen aufgebauten Grundwasserleitern in den Fokus einer nachhaltigen Wasserwirtschaft. Die dort in kleinräumigen mikro- bis nanoskaligen Porenstrukturen fixierten Schadstoffe können durch konventionelle Technologien nur in sehr langen Zeiträumen reduziert werden. Durch den Einsatz von Grundwasserzirkulationsbrunnen (Zirkulation zwischen zwei Filterstrecken) können bereits wichtige Verbesserungen erzielt werden. Dazu muss das komplexe Zusammenspiel von Grundwasserströmung, gebundenen wasserverunreinigenden Stoffen (Kontaminanten) und der überlagerten Rezirkulation des Grundwassers bei einer Sanierungsmaßnahme erfasst werden. Für die Installation und den Betrieb von Grundwasserzirkulationsbrunnen sind Modellvorhersagen des möglichen Sanierungserfolges von großer Bedeutung. Bei optimierter Betriebsweise kann die Sanierung erheblich verkürzt und somit kosteneffizienter ausgeführt werden.
Ziele und Vorgehen
Im Projekt PoroSan geht es deshalb um die Modellierung von Grundwasserströmungen bei der chemischen Dekontamination von Grundwasser mittels Grundwasserzirkulationsbrunnen. Das Ziel ist, ein Lösungsverfahren für die Vorhersage der Abbauraten von Schadstoffen in Abhängigkeit von Betriebsszenarien bei Grundwassersanierungsprojekten zu entwickeln. Dazu soll ein existierendes Werkzeug zur Strömungsmodellierung erweitert werden, um den Betrieb von Grundwasserzirkulationsbrunnen auslegen und verbessern zu können. Anders als bei typischen Verfahren der Grundwasserreinigung (Pump & Treat), bei denen man das Wasser nach oben pumpt und behandelt, aber das gereinigte Wasser nicht direkt wieder dem Grundwasser zuführt, sieht dieses Verfahren vor, dass das Grundwasser rezirkuliert und daher keine Grundwasserentnahme erfolgt. Die Rezirkulation wirkt daher wie eine unterirdische „Waschmaschine“, wobei man für den Reinigungseffekt je nach Kontaminant umweltfreundliche Substanzen ins Grundwasser einbringt.
Innovationen und Perspektiven
Die Sedimentstruktur besteht aus geologisch unterschiedlichen Schichten, die nur zum Teil als guter Wasserleiter dienen. Dazu bedarf es einer Modellierungstechnik, die das unterschiedliche Strömungsverhalten abbildet. Dafür werden Stoffübergangskoeffizienten in modellierten porösen Strukturen berechnet. Zur Validierung der entwickelten Verfahren sind Versuche im Labormaßstab und im Feldtest durch den assoziierten Partner, einen Anbieter hochwertiger Brunnenausbautechnik, geplant.