Innovative Probenahme: Grundwasser · 2011-11-20 · Innovative Probenahme: Grundwasser Keine Beeinflussung des hydraulischen Strömungsfeldes Vorteile gegenüber konventionellem,

Innovative Probenahme: Grundwasser

Tagung LBEG und DBU, Hannover

imw – Innovative Messtechnik Dr. Weiss, Tübingen

Innovative Probenahme:

Grundwasser


TiefenorientierteProbenahme

PassiveProbenahme



Fragestellung: integral, volumenbasiert

Konventionelle Pumpprobe, IPV

?

Integral über das abgepumpte Volumen


Tiefenorientierte

Pumpprobe

Fragestellung: tiefenorientiert, vertikal auflösend

diskrete repräsentative Information


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



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


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



Zusammen- und Einbau

Tiefenorientierte Probenahme: neue Brunnen

1“ - Brunnen (mit Filtergaze 60µm)



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


BentonitPacker

Wasserstands-Rohr

Minidruck-Pumpe

BohrgestängeID 2 1/8 Zoll

Installation eines Multilevelbrunnens:20 m tief, 5 Probenahmehorizonte


„verlorene“ Mini-Druckpumpen


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


CMT-System (Continuous Multichannel Tubing)

Mikro-DV-Pumpe



Beispiel: 3-Kanal CMT-System, DP-Installation


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)



Beispiele: CMT-System (Mehrkanal - Brunnen)

Zeitz 2005Frankfurt, 2006

Berlin 2006Frankfurt 2006

Frankfurt 2007 Bornheim 2007Ghent, 2007Berlin 2008



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


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


Quality Well

Direct Well

Direct Well, Quality Well


aktivOberflächen- und Grundwasser

passiv

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


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)


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


Beispiel: Dialyse-Membran-Sammler

Substanzen Anionen, Kationen, Metalle

PAH (MDP)

Mn II (MDP)

Fe II (MDP)

Sulfate (MDP)http://diffusionssampler.itrcweb.org

2008



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


dosimeter average

dosimeter 1-6


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


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



Ribbon NAPL Sampler (RNS)

The red markings along the length of a Ribbon NAPL Sampler(RNS) help investigators map NAPLs at discrete depths.



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


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


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


TiefenorientierteProbenahme

PassiveProbenahme

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