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  • diplomarbeit/Ausarbeitung.tex

    r168 r169  
    1414\usepackage{rotating}%drehen von tabellen 
    1515\usepackage{chemfig}%Strukturformeln 
     16\usepackage{subfigure}%ordnet Bilder nebeneinander an 
    1617 
    1718\newcommand{\machverz}{1} % erzeuge Verzeichnisse (ToC,LoF,LoT,LoL,Idx) ? 
    …… 
    4849%\part{Säulenversuche} 
    4950 
    50 %\include{Einfuehrung_Saeulen} 
    51 %\include{Kapitel_3} 
    52 %\include{Kapitel_4} 
     51\include{Einfuehrung_Saeulen} 
     52\include{Kapitel_3} 
     53\include{Kapitel_4} 
    5354 
    5455\begin{appendix} 

  • diplomarbeit/Kapitel_2.tex

    r168 r169  
    5555\subsection{Zusammenfassung und Bewertung} 
    5656 
    57 Das optimale Solubilisierungspotential liegt bei $2 - 5 \%$ Tensid. Allerdings ist hier auch die Dichte und die Viskosität bereits stark erhöht. Durch die erhöhte Dichte kann die  vertikale Mobilisierung forciert werden. Dem entgegen wirkt zwar die hohe Viskosität, was aber seinerseits zu Problemen führen kann, da bei höheren Vikositäten das Fließverhalten verändert wird. Die Vorhersage des Verhaltens der Emulsion im Boden bei induziertem Fluss wird schlechter vorhersagbar. % genauer, mehr 
     57%wie sich eine Erhöhung der Tensidkonzentration auf das Gesamtsystem auswirkt. Es sollte eine Aussage über die Tensidkonzentration mit der besten Solubilisierungsrate  (Masse geöster DNAPL / Masse eingesetztes Tensid) gemacht werden, sowie der Anstieg der Viskosität kritisch betrachtet werden. 
     58 
     59Das optimale Solubilisierungspotential liegt den Messwerten nach bei $2 - 5 \%$ Tensid. Allerdings ist hier auch die Dichte und die Viskosität bereits stark erhöht. Durch die erhöhte Dichte kann die  vertikale Mobilisierung forciert werden. Dem entgegen wirkt zwar die hohe Viskosität, was aber seinerseits zu Problemen führen kann, da bei höheren Vikositäten das Fließverhalten verändert wird. Die Vorhersage des Verhaltens der Emulsion im Boden bei induziertem Fluss wird schlechter vorhersagbar. % genauer, mehr 
    5860 
    5961 
    …… 
    6769\section{Vergleich der bisherigen Ergebnisse} 
    6870 
    69 In Abbildung \ref{pic:batch_med} sind die Messwerte der im Rahmen der Arbeit durchgeführten Versuche dargestellt und werden verglichen mit dem Mittelwert aus allen durchgeführten Versuchen. Trotz teils hoher Streuung  der Messpunkte werden die Mittelwerte bestätigt.  
     71In Abbildung \ref{pic:batch_med} sind die Messwerte der im Rahmen der Arbeit durchgeführten Versuche dargestellt und werden verglichen mit dem Mittelwert aus allen durchgeführten Versuchen. Die getroffenen Aussagen können hier nochmal verbessert  werden, durch die größere Anzahl an betrachteten Messpunkten. Bei betrachten des Solubilisierungspotentials wird deutlich, dass die Wirksamkeit zunächst stark abnimmt. Ab einer Tensidkonzentration von einem Prozent verschlechtert sich die Wirksamkeit nur noch langsam. Die Konzentration an gelöstem CS$_2$ steigt bis zu einer Tensidkonzentration von $2,25$ \% stark an um dann konstant zu bleiben. Diese beiden Betrachtungen gemeinsam zeigen, dass mehr als zwei Prozent Tensid keinen weiteren positiven Nutzen haben. Im Gegenteil: Durch die gleichzeitig erhöhte Dichte der leichten Phase steigt die Gefahr von Mobilisierung, bei über fünf Prozent Tensid erhöht sich zudem die Viskosität stark. 
    7072 
    7173\begin{figure} 
    …… 
    7577\end{figure} 
    7678 
    77 %hab noch an den plots gebastelt aber noch nicht hier eingefügt!!! 
     79%bei den med muss das  Excell nochmal kontrolliert werden (V3 fehlt) 
     80%x-Achsenbeschriftung! 
    7881 
    7982 
     83 

  • diplomarbeit/Kapitel_3.tex

    r155 r169  
    99\section{(Mess-)technik und Aufbau} 
    1010 
     11 
     12Der Versuchsaufbau bestand aus vier mit Sand gepackten Glassäulen, vier Druckaufnehmern (Simatic Sitrans PDS, Siemens, Karlsruhe), vier Membranpumpen (Stepdos FEM 03, KNF Neuberger, Freiburg), Vorratsflaschen für Wasser bzw. Spüllösung (2L, Braunglas) Waagen für die Vorratsflaschen, Gassäcken (Keflar) mit Argon für den Druckausgleich in den Flaschen, einem Vorratsgefäß für das CS$_2$ (Edelstahl), Zu- und Ausleitungen (PFA oder Edelstahl) verschiedenen Ventilen und einem Autosampler. 
     13 
    1114%Hier muss eine Skizze vom Säulenstand und den Verbindungen zu den Pumpen und Gefäßen rein 
    1215%Beschreibung der Pumpen (Stepdos FEM 03, KNF Neubergegr, Freiburg), Druckaufnehmer (Simatic ??, Siemens), Ventile (Dreiwegeventile PTFE, Bohlender GmbH, Waltersberg)(Ballventile??, Edelstahl, Swagelog Typ SS41GXS2, Swagelog, Solon, OH, USA), Schläuche (1/16", 4mm, PFA), Edelstahlleitungen (1/8" AISI316 high-grade steel capilaries, Innendurchmesser 2mm, Cs-Chromatographie, Langerwehe) 
    …… 
    1417 
    1518\subsection{Säulen} 
    16  
    17 %hier soll ein Photo und eine Exeltabelle zur beschreibung hin 
    18 Die verwendeten Glassäulen hatten einen Innendurchmesser von xx und waren xx lang. Die Verwendung von Glas als Säulenmaterial ermöglicht die optische Überwachung der Strömung. Eigenschaften wie z.B. Fingering und Mobilisation können gut beobachtet und photografisch dokumentiert werden. 
    19 Das weitere Säulenzubehör ist in Abbildung % Foto Säule  
     19\label{S"aulen} 
     20 
     21Die verwendeten Glassäulen hatten einen Innendurchmesser von $4$ cm und waren $50$ cm lang. Die Verwendung von Glas als Säulenmaterial ermöglicht die optische Überwachung der Strömung. Eigenschaften wie z.B. Fingering und Mobilisation können gut beobachtet und photografisch dokumentiert werden. 
     22Das weitere Säulenzubehör ist in Abbildung \ref{S"aule} 
    2023vollständig zu sehen und in Tabelle \ref{tab:S"aulenzubehör} aufgeführt. 
    2124 
    …… 
    4851\end{table} 
    4952 
     53\begin{figure} 
     54\includegraphics[width=\textwidth]{Material} 
     55\caption{S"aulenzubehör} 
     56\label{pic:S"aule} 
     57\end{figure} 
     58 
    5059%Einzelteile beschreiben und ihre Funktion  
    51 %Beschreiben wie man die Säule zusammenbaut 
    52  
    53 Zunächst wurde der Untere Teil an die Säule angbaut. Eine Ringscheibe (c) und ein mit O-Ring (h) ausgestatteter Dichtring (d) wurden über die Säule geschoben. Der innere O-Ring (f) der für die Dichtigkeit zwischen Abdeckung (e) und Säulenrand sorgt, wurde so in die Vertiefung der Abdeckung eingelegt, dass er auch beim umdrehen nicht mehr heraussprang. Die Abdeckung wurde dann auf die umgedrehte Säule aufgelegt und der O-Ring (g), der für die Dichtigkeit zwischen Abdeckung nd Deckplatte (b) sorgt, in die vorgesehene Vertiefung gelegt. Die Dechplatte (b) wurde aufgesetzt und alle komponennten mit drei Schrauben (i) und Muttern fest miteinander verbunden. Auf die überstehenden Schraubenenden wurden die Füße (s) geschraubt und die Säule auf diese gestellt. Auf dem Säulenboden wurde nun zuerst eine Lochplatte und dann ein Netz, bzw für Feinsand eine direkt mit einem feinen Netz umwickelte Lochplatte platziert. Die Säulen wurden mit einem temporären Schutz am oberen Glasrand ausgestattet und mit Sand gepackt, siehe Abschnitt  \ref{subsec:packen}. 
     60 
     61Zunächst wurde der Untere Teil an die Säule angbaut. Eine Ringscheibe (c) und ein mit O-Ring (h) ausgestatteter Dichtring (d) wurden über die Säule geschoben. Der innere O-Ring (f) der für die Dichtigkeit zwischen Abdeckung (e) und Säulenrand sorgt, wurde so in die Vertiefung der Abdeckung eingelegt, dass er auch beim umdrehen nicht mehr heraussprang. Die Abdeckung wurde dann auf die umgedrehte Säule aufgelegt und der O-Ring (g), der für die Dichtigkeit zwischen Abdeckung nd Deckplatte (b) sorgt, in die vorgesehene Vertiefung gelegt. Die Dechplatte (b) wurde aufgesetzt und alle komponennten mit drei Schrauben (i) und Muttern fest miteinander verbunden. Auf die überstehenden Schraubenenden wurden die Füße (s) geschraubt und die Säule auf diese gestellt. Auf dem Säulenboden wurde nun zuerst eine Lochplatte und dann ein Netz, bzw für Feinsand eine direkt mit einem feinen Netz umwickelte Lochplatte platziert. Die Säulen wurden mit einem temporären Schutz am oberen Glasrand ausgestattet und mit Sand gepackt, siehe Abschnitt  \ref{subsubsec:packen}. 
    5462 
    5563Die Höhe der Sandfüllung wurde mit einem Abstandshalter überprüft und gegebenenfalls durch vorsichtiges entfernen oder zugeben von Sand mittels einem Löffel ausgeglichen. Auf den Sand wurde wiederum ein Netz und eine Lochscheibe gelegt. Die Lochscheibe war mittels Draht mit der Feder (o) verbunden. Um die Feder herum bzw in deren Mitte wurden die Abstandshalter (p und q) plaziert. Ringscheibe (c), Dichtring (d), Abdeckung (e) und O-Ringe wurden wie im Bodenteil verbaut und verschraubt. Boden und Kopf der Säule wurden mit den Gewindestangen (j) verbunden. Alle Muttern (r) wurden mit $9 kN/m$ angezogen. 
    …… 
    5765\subsubsection{Poröses Medium} 
    5866 
    59 Es wurden zwei Sande der Firma Dorfner als poröses Medium verwendet. Diese wurden vor dem Einbau noch weiter aufbereitet.  Um Feinanteile die durch den Transport entstehen können, sowie gröbere Anteile und sonstige Verunreinigungen zu entfernen wurde der Sand gesiebt, gewaschen und getrocknet.  
     67Es wurden zwei Sande der Firma Dorfner als poröse Medien verwendet. Diese wurden vor dem Einbau noch weiter aufbereitet.  Um Feinanteile die durch den Transport entstehen können, sowie gröbere Anteile und sonstige Verunreinigungen zu entfernen wurde der Sand gesiebt, gewaschen und getrocknet.  
    6068Der Mittelsand (Dorfner Dorsilit No.$8$) wurde mit Sieben der Maschenweite xxx sowie yyy gesiebt. Für den Feinsand  
    6169(Dorfner GEBA) wurden Siebe der Maschanweite zzz und aaa verwendet.  
    …… 
    6674\label{packen} 
    6775 
    68 Für das Packen der Säulen wurde eine spezielle Fallrohrvorrichtung benutzt, welche ein gleichmäßiges verrießeln des Sandes  
     76Für das Packen der Säulen wurde eine Fallrohrvorrichtung benutzt, welche ein gleichmäßiges verrießeln des Sandes  
    6977gewährleisten sollte. Die Vorrichtung besteht aus drei Teilen: Einem Füllrohr, das durch einen Metallspatel nach unten  
    7078verschlossen werden kann, dem eigentlichen Fallrohr und einem Stutzen mit dem es auf die Säulen aufgesetzt wird. 
    …… 
    7785 
    7886Die Dichte der Sandpackung (Rohdichte $\rho$) wurde durch Wiegen der kompletten Säulen vor und nach dem Packen und dem berechneten Volumen des Sandes ermittelt.  
    79 %hier am besten noch die Tabelle mit den Konstanten und die Rechenformel 
    8087Die Porosität n ergibt sich als: $n=1-\frac{\rho}{\rho_0}$. Wobei $\rho_0$ die Reindichte von Quarzsand ist. 
    8188Zur Berchnung wurden folgende Konstanten angenommen: 
    …… 
    8794$d_S"aule$&$0,04$&m\\ \hline 
    8895$l_S"aule$&$0,5$&m\\ \hline 
    89 Abdeckung&??&??\\ \hline 
    90 Lochplatte und Netz&??&??\\ \hline 
    91 Platzhalter&??&??\\ \hline 
     96Abdeckung&??1??\\ \hline 
     97Lochplatte und Netz&0,3&??\\ \hline 
     98Platzhalter&1,2&??\\ \hline 
    9299\end{tabular} 
    93100\caption{Konstanten der Säule} 
    94101\end{table} 
    95102 
     103 
    96104Die fertig gepackten Säulen wurden einer Dichtigkeitskontrolle unterzogen. Dazu wurden der obere Ausslass verschlossen und die Säule von unten mit einer Stickstoffleitung verbunden. Es wurde ein Druck von $200 mbar$ angelegt und fünf Minuten gewartet, um diesen Druck in der Säule zu gewährleisten. Dann wurde ein Lecksuchspray auf alle kritischen Stellen aufgebracht und beobachtet ob sich Blasen bildeten. 
    97105 
    …… 
    111119\subsubsection{Schadstoffsättigung} 
    112120 
    113 %hier braucht man dann spätestens wieder ein Bild von dem Aufbau mit CS2 gefäß 
    114 Zunächst musste das Vorratsgefäß mit Schadstoff befüllt werden. %Bild 
     121\begin{figure} 
     122\includegraphics[width=\textwidth]{Vorratsflasche} 
     123\caption{Bef"ullen der Vorratsflasche} 
     124\label{pic:Vorratsflasche} 
     125\end{figure} 
     126 
     127Zunächst musste das Vorratsgefäß mit Schadstoff befüllt werden. 
    115128Dazu wurde eine auf einem Brett fest montierte gasdichte Glasspritze ($10 ml$, Hamilton) über ein Dreiwegeventil (PTFE, Marke)  
    116 mit der Transportflasche, welche mit neuem angefärbtem DNAPL gefüllt war, und dem Vorratsgefäß verbunden. Die Verbindungsschläuche aus 
    117 *Material* wurden gespült, durch ansaugen von Flüssigkeit aus dem Vorratsgefäß und ausdrücken in die  
     129mit der Transportflasche, welche mit neuem angefärbtem DNAPL gefüllt war, und dem Vorratsgefäß verbunden. Die Verbindungsschläuche %aus Material? 
     130 wurden gespült, durch ansaugen von Flüssigkeit aus dem Vorratsgefäß und ausdrücken in die  
    118131Transportflasche. Sobald die Leitungen blasenfrei waren, wurde das Ventil so geschalten, dass ein direkter Durchfluss von der Transportflasche zum Vorratsgefäß gegeben war. Über einem 
    119132Stickstoffanschluss wurde Druck auf die  Transportflasche gegeben und die Flüssigkeit in das Vorratsgefäß überführt. Über den 
    …… 
    141154\subsection{Probenahmegefäße} 
    142155 
    143 Zur Probenahme wurden Glasflaschen in unterschiedlichen Größen, von $40 ml$ bis $1L$, verwendet. Die Flaschen wurden mit Schaubkappen (TT, Omnifit??, bzw Eigenbau) mit PTFE-Dichtung und zwei integrierten konischer Durchführungen verschlossen. %Bild Deckel 
     156Zur Probenahme wurden Glasflaschen in unterschiedlichen Größen, von $40 ml$ bis $1L$, verwendet. Die Flaschen wurden mit Schaubkappen (T-Serie, Omnifit, bzw Eigenbau) mit PTFE-Dichtung und zwei integrierten konischer Durchführungen verschlossen. %Bild Deckel 
    144157Durch die Durchführungen konnten die Flaschen mittels Schläuchen an den Auslauf der Säulen angeschlossen werden. Um die Verdampfungsverluste gering zu halten, aber eine Druckaufbau zu verhindern, wurde die zweite Durchführung mit einer gekürzten Nadel verschlossen. Die gefüllten Flaschen wurden bis zur weiteren Untersuchung des Eluats mit PTFE-Stopfen verschlossen. 
    145158 
    146159\subsection{Ventile} 
    147160 
    148 Vor den Pumpen und vor den Säulen waren Drei-Wege-Ventile (??) verbaut. Über die Ventile vor den Pumpen konnte zum einen Blasenfreiheit des Fluids vor den Pumpen hergestellt werden. Zum anderen erwieden sie sich auch als Hilfreich bei der Wartung der Pumpen. Die vor den Säulen verbauten Ventile hatten die Aufgabe den Fluss zwischen Zulauf zu den Säulen und freiem Ausfluss, zum Spülen der Leitungen, zu lenken, bzw. dienten dem Umschalten zwischen Aufwärts- und Abwärtsströmung in der Säule. 
    149  
    150 In den Bereichen des Versuchsaufbaus die mit dem Kontaminant in Berührung kamen, waren Umschaltventile (Edelstahl, Swagelog) verbaut. Hier wurde der FLuss zwischen DNAPL-Verteiler und direktem Zulauf, sowie Ausfluss nach unten aus der Säule bzw Aufwärtsströmung geschaltet. Bzw der Ausfluss nach oben aus der Säule bei Aufwärtsströmung bzw der Zulauf von oben.%Bilder! man da versteht man ja nur Haltepunkt 
    151  
    152 Hinter den Säulen wurden Nadelventile (??) eingebaut um für einen kontrollierten Druckabfall nach der Säule zu sorgen.  
     161 
     162\begin{figure} 
     163\subfigure[Dreiwegeventile zur Steuerung des Zulaufs] 
     164{\includegraphics[width=0.49\textwidth]{dreiwege}} 
     165\subfigure[Umschaltventile und Verteiler] 
     166{\includegraphics[width=0.49\textwidth]{umschalt}} 
     167\caption{Ventile zur Steuerung des Flusses in den Säulen} 
     168\label{pic:Ventile} 
     169\end{figure} 
     170 
     171Vor den Pumpen und vor den Säulen waren Drei-Wege-Ventile (??) verbaut. Über die Ventile vor den Pumpen konnte zum einen Blasenfreiheit des Fluids vor den Pumpen hergestellt werden. Zum anderen erwiesen sie sich auch als hilfreich bei der Wartung der Pumpen. Die vor den Säulen verbauten Ventile hatten die Aufgabe den Fluss zwischen Zulauf zu den Säulen und freiem Ausfluss, zum Spülen der Leitungen, zu lenken, bzw. dienten dem Umschalten zwischen Aufwärts- und Abwärtsströmung in der Säule. Die Anordnung ist in Abbildung \ref{pic:dreiwege} zu sehen. 
     172 
     173In den Bereichen des Versuchsaufbaus die mit dem Kontaminant in Berührung kamen, waren Umschaltventile (Edelstahl, Swagelog) verbaut. Hier wurde der FLuss zwischen DNAPL-Verteiler und direktem Zulauf, sowie Ausfluss nach unten aus der Säule bzw Aufwärtsströmung geschaltet. Bzw der Ausfluss nach oben aus der Säule bei Aufwärtsströmung bzw der Zulauf von oben. 
     174 
     175Hinter den Säulen wurden Nadelventile %(??)  
     176eingebaut um für einen kontrollierten Druckabfall nach der Säule zu sorgen und so kavitation und damit ausgasen zu verhindern. 
    153177 
    154178Um ein Tauschen der Flaschen ohne unterbrechung des Flusses zu ermöglichen, wurden am Umschaltventile (Edelstahl, Swagelog) verbaut. Dadurch konnten jeweils zwei Flaschen an einen Kanal angeschlossen und manuell zwischen beiden umgeschaltet werden. 
    …… 
    163187 
    164188\section{Versuchsdurchführung} 
    165 %Tabelle mit Bedingungen der einzelnen Säulenversuche (Versuch Nr, Säulennummer, sand, porosität, Porenvolumen, init sat, Fließrate (gesetzt, tatsächlich), PV cum tensid, PV cum Wasser, PD (min, max), rem rate) 
     189 
     190Vorbereitend wurden alle Leitungen gründlich mit Wasser gespült, um restliche Lösungen alter Versuche zu entfernen und Blasenfreiheit herzustellen. Erst dann konnten die Säulen eingebaut und wie in Abschnitt \ref{S"aulen} beschrieben aufgesättigt werden. 
     191Sobald die Säulen Wassergesättigt waren, konnten die Druckaufnehmer kalibriert werden. Dazu wurde die obere und untere Druckleitung zwischen einem Druckaufnehmer und Piezometer geöffnet. Als erstes wurde der Druck zwischen beiden Leitungen  ausgeglichen. Dazu wurde eine Brücke, die über je ein Dreiwegeventil an die Leitungen angeschlossen war, geöffnet.  Dann wurde ein unterer und ein oberer Referenzpunkt gesetzt. Dazu wurde die Brücke wieder geöffnet und der Wasserspiegel in einem Piezometerrohr abgesenkt, wodurch er im anderen erhöht wurde. Die drei Kalibriepunkte wurden mittels HART-Modem auf den Rechner übertragen. Dort erfolgte die eigentliche Kalibrierung der Druckaufnehmer über Simatic PDM. %Die vorgenommenen Einstellungen wurden zudem in die Verwaltung von Nextview übernommen, da dort der Druckverlauf aufgezeichent wurde. 
     192 
     193Die Residual gesättigten Säulen 
     194 
    166195 
    167196\begin{sidewaystable} 
    …… 
    224253Für Einzelne Proben wurde die Viskosität bestimmt. Diese wurde mit einem Ubbelohde-Vikosimeter dreifach gemessen. Da die Viskosität im Versuchsverlauf schnell  wieder abnahm und die Messung sehr Zeitaufwändig war, wurde sie nur an den Proben durchgeführt, für die die maximale Viskosität zu erwarten war. 
    225254 
    226 Der Relativdruck in der Säule wurde mit Druckaufnehmenr (Sitrans-P DS$3$, Siemens, Karlsruhe) gemessen. Diese wurden über T-Stücke (Swagelog) an die Zu- und Ausleitung der Säulen angeschlossen. Dadurch konnnten die Druckunterschiede in der Säule bei Änderung des Fluids dargestellt werden. Die Kalibrierung der Sensoren erfolgte über Piezometer. Simatic PDM. HART. 
     255Der Relativdruck in der Säule wurde mit Druckaufnehmenr (Sitrans-P DS$3$, Siemens, Karlsruhe) gemessen. Diese wurden über T-Stücke (Swagelog) an die Zu- und Ausleitung der Säulen angeschlossen. Dadurch konnnten die Druckunterschiede in der Säule bei Änderung des Fluids dargestellt werden. %Die Kalibrierung der Sensoren erfolgte über Piezometer. Simatic PDM. HART. 

  • diplomarbeit/Kapitel_4.tex

    r155 r169  
    55\section{Phasenverhalten in der S"aule} 
    66 
     7%Inhomogenitäten und Luft in der Säule, auswirkungen 
     8%Einzelbilder von der Mobilisierungsgeschichte  
     9%Fingering? Bilder? 
     10%Stark angefärbtes CDS 
     11%Verhalten Tensid: Quellen, klarer nachlauf, umschalten auf wasser, umschalten auf IPA 
     12 
    713\section{Auswertung der Messungen} 
    814 
    915\subsection{Druck} 
    1016 
    11  
     17%Kolmation, siehe LUBW_Kehl 
    1218 
    1319\subsection{Dichte} 
    …… 
    2329 
    2430Die Trapping Number beschreibt das Kräftegleichgewicht zwischen Kapillarkräften, die den NAPL in den Porenräumen festhalten, und den viskosen und Gravitationskräften, die den Weitertransport fördern. 
    25 Sie ist wie folgtin Gleichung \ref{eqn:trapping number} definiert: 
     31Sie ist wie folgt in Gleichung \ref{eqn:trapping number} definiert: 
    2632 
    2733\begin{equation}