Original paper

Die Bedeutung des Gasaustausches in der Grundluft für die Selbstreinigungsvorgänge in verunreinigten Grundwässern

[The relevance of the gas exchange in the ground air to the self-cleaning (purification) processes in contaminated groundwaters]

Golwer, Arthur; Matthess, Georg

Kurzfassung

Organische Grundwasserverunreinigungen werden in hohem Maße biochemisch zu Kohlendioxid und Wasser abgebaut, wobei zunächst kompliziertere organische Zwischenprodukte auftreten können. Der für diesen Abbau erforderliche Sauerstoff steht in freier gelöster und. in chemisch gebundener Form (in Nitraten und Sulfaten) zur Verfügung. Ausschließlich chemisch gebundener Sauerstoff ist in solchen Grundwässem vorhanden, in denen unter natürlichen oder durch die Verunreinigungen veränderten Verhältnissen der freie gelöste Sauerstoff restlos aufgezehrt wurde. Der Sauerstoff der Grundluft, die im Austausch mit der Atmosphäre steht, wird im Sicker- und Grundwasser gelöst. Der ursprüngliche Sauerstoffgehalt bzw. die Sauerstoffzufuhr bestimmt die Abbaugeschwindigkeit der organischen Verschmutzung und damit die Ausdehnung der verunreinigten Grundwasserzone sowie vorwiegend die Redoxverhältnisse im Grundwasser. Neben Kohlendioxid treten flüchtige primäre Verunreinigungen und - auf den anaeroben Bereich beschränkt - als flüchtige Abbauprodukte Methan, Schwefelwasserstoff, Ammonium und elementarer Stickstoff auf, die z. T. in die Grundluft entweichen. Mengenmäßig bedeutungsvoll ist dieses Entweichen für das Kohlendioxid. Genaue Messungen der vertikalen CO2-Verteilung in Grundwasser und Grundluft ermöglichen eine physikalisch-mathematische Beschreibung des Vorganges und eine Abschätzung der Abbaurate. Für den Abbau von Grundwasserverunreinigungen werden solche Deckschichten als günstig angesehen, aus denen flüchtige Abbauprodukte verhältnismäßig ungehindert entweichen können und in die atmosphärischer Sauerstoff leicht eindringen kann. Derartige Deckschichten sind Böden und Gesteine mit hohem nutzbaren Hohlraumgehalt und hoher Durchlässigkeit.

Abstract

Organic groundwater contaminants are decomposed biochemically largely to carbon dioxide and water, when to begin with complex intermediate organic products may appear. The oxygen necessary for this decomposition is available in free dissolved or in chemically-bound form (in nitrates and sulphates). Exclusively chemically-bound oxygen is present in groundwaters in which, either under natural or polluted conditions, the free dissolved oxygen has been completely consumed. The oxygen of the ground air, which is in exchange with the atmosphere, dissolves in percolating waters and groundwater. The initial oxygen content and the rate of oxygen supply determine the speed of decomposition of the organic pollutant and in addition the extent of the zone of contaminated groundwater. Similarly these are the main factors determining redox conditions in groundwater. Besides carbon dioxide, appear volatile primary pollutants, and, restricted to the anaerobic zone, volatile products such as methane, hydrogen sulphide, ammonia and elementary nitrogen, which in part escape into the ground air. Significant in terms of quantity is the escape of carbon dioxide. Exact measurements of the vertical distribution of carbon dioxide in groundwater and ground air make possible a physico-mathematical description of the process and an estimation of the rate of decomposition. Considered favourable to the breakdown of groundwater contaminants are overlying layers from which volatile breakdown products can escape relatively unhindered and into which atmospheric oxygen can easily penetrate. Such layers include soils and rocks with high effective porosity and high permeability.

Keywords

VerunreinigungGrundwasserWiederherstellungAustauschGasC. O