Show
Ignore:
Timestamp:
10/26/12 11:09:53 (12 years ago)
Author:
phil
Message:

--

Files:

Legend:

Unmodified
Added
Removed
Modified
Copied
Moved

  • diplomarbeit/Kapitel_4.tex

    r228 r229  
    127127\subsubsection{Konzentration CS$_2$} 
    128128 
    129 Abbildung \ref{pic:abgefuellt} zeigt die abgefüllten Proben vom Versuch in Feinsand bei 1\%Tensid und einer Fließrate von 1 ml. Die erste Probe (im Bild ganz links) ist klar und nicht gefärbt. Hier ist noch kein Tensid enthalten. Die nächsten Proben zeigen die charakteristische weiß bis rosa gefärbte Emulsion. Hier sind die maximalen Konzentrationen an CS$_2$ enthalten. Die stark rot gefärbten Proben enthalten bereits wieder eine geringere CS$_2$-Konzentration (für die abgebildeten Proben 26 g/L und  7 g/L), das heißt, der verwendete Farbstoff ist am Korngerüst sorbiert. Das Umschalten auf Wasser erfolgte, nachdem das Eluat keinen Farbstoff mehr enthielt, die Konzentrationen an CS$_2$ waren hier nicht mehr wesentlich erhöht (für die abgebildete Reihe max. 2 g/L). Die letzte Probe ist wieder deutlich rosa gefärbt. Hier sind die Reste enthalten, die nicht von der Tensidspülung solubilisiert werden konnten und mit einer finalen Isopropanolspülung entfernt wurden (hier 6 g/L). 
     129Abbildung \ref{pic:abgefuellt} zeigt die abgefüllten Proben vom Versuch in Feinsand bei 1\%Tensid und einer Fließrate von 1 ml. Die erste Probe (im Bild ganz links) ist klar und nicht gefärbt. Hier ist noch kein Tensid enthalten. Die nächsten Proben zeigen die charakteristische weiß bis rosa gefärbte Emulsion. Hier sind die maximalen Konzentrationen an CS$_2$ enthalten. Die stark rot gefärbten Proben enthalten bereits wieder eine geringere CS$_2$-Konzentration (für die abgebildeten Proben 26 g/L und  7 g/L), das heißt, der verwendete Farbstoff ist am Korngerüst sorbiert. Das Umschalten auf Wasser erfolgte, nachdem das Eluat keinen Farbstoff mehr enthielt, die Konzentrationen an CS$_2$ waren hier nicht mehr wesentlich erhöht (für die abgebildete Reihe max. \mbox{2 g/L}). Die letzte Probe ist wieder deutlich rosa gefärbt. Hier sind die Reste enthalten, die nicht von der Tensidspülung solubilisiert werden konnten und mit einer finalen Isopropanolspülung entfernt wurden (hier 6 g/L). 
    130130 
    131131 
    …… 
    163163Da die erste Probe bei allen Versuchen bereits nach 0,7 Porenvolumen genommen worden war, sollte der erste Messwert in etwa der Oberflächenspannung von Wasser entsprechen. Das war jedoch nicht bei allen Proben der Fall. %Da die Phase  bei auftreffen des Tensids auf den DNAPL zu quellen began,  
    164164Teilweiße war schon in den ersten Proben Tensid enthalten und damit die Oberflächenspannnung leicht reduziert.  
    165 Nach einem Porenvolumen war die Oberflächenspannung auf das Minimum von 35mN/m abgesunken und blieb dort stabil. Nach dem Nachspülen von einem Porenvolumen Wasser stieg die Oberflächenspannung wieder auf das Ausgangsniveau an. Am Verlauf der Oberflächenspannung lässt sich sehr deutlich das frühe Umschalten auf Wasser bei den Säulen im ersten Versuch erkennen (Feinsand und Mittelsand, 1 ml/min).  
     165Nach einem Porenvolumen war die Oberflächenspannung auf das Minimum von 35 mN/m abgesunken und blieb dort stabil. Nach dem Nachspülen von einem Porenvolumen Wasser stieg die Oberflächenspannung wieder auf das Ausgangsniveau an. Am Verlauf der Oberflächenspannung lässt sich sehr deutlich das frühe Umschalten auf Wasser bei den Säulen im ersten Versuch erkennen (Feinsand und Mittelsand, 1 ml/min).  
    166166Im Mittelsand steigt die Oberflächenspannung nach dem Umschalten rasch an. Im Feinsand gibt es einen langsamen ungleichmäßigen Anstieg, was für eine langsame Verdünnung des Tensids spricht. 
    167167 
    168168\subsection*{Druck} 
    169169 
    170 Tenside können im Boden zu einer Verminderung der hydraulischen Durchlässigkeit des Bodens führen \citep{Lee.2001, LUBW.2001}).  
     170Tenside können im Boden zu einer Verminderung der hydraulischen Durchlässigkeit des Bodens führen \citep{Lee.2001, LUBW.2001}.  
    171171und damit einen Anstieg des Druckes verursachen. Letztlich kommt es zu schnell durchströmten, sich aufweitenden Fließwegen sowie zu nicht durchströmten, ruhenden Bereichen im Aquifer. Beides führt zu einer Verschlechterung der Sanierungssituation. Eine Veränderung des Druckes führt damit auch zu einer Verschiebung des Kräftegleichgewichts zwischen haltenden und treibenden Kräften, so dass es gebietsweise zu Mobilisierung des DNAPLs kommen kann. 
    172172 
    …… 
    174174Bezugsgröße muss der Differenzdruck sein, der sich bei Wasserspülung mit gleicher Fließgeschwindigkeit vor der Sanierung einstellt. Über diesen lässt sich die Ausgangspermeabilität der Säule bestimmen. %Das sollt ich vielleicht noch ausprobieren, hab ich da Druckwerte für Wasser??? Nein, für Col10 nur Wasser nach Sanierung... 
    175175Für die beiden letzten Versuche sind Druckverlauf und daraus errechnete Permeabilität in den Abbildungen \ref{pic:pd10} und \ref{pic:pd12} grafisch dargestellt.   
    176 Zu Beginn der Sanierung kommt es zunächst zu einem deutlichen Anstieg des Druckes. Der Druck fällt jedoch schnell wieder ab mit  dem Austrag der weißen Emulsion aus der Säule, da die Viskosität der nachlaufenden Tensidlösung gegenüber Wasser nicht relevant erhöht ist. Die Permeabilität steigt entsprechend über den Sanierungsverlauf an. Der gemessene Differenzdruck bei Säule 46 (siehe Abbildung \ref{pic:pd10} blieb über die gesamte Sanierungsdauer konstant. Hier liegt ein Messfehler vor, vermutlich verursacht durch Luftblasen in den Druckleitungen, sodass eine sinnvolle Auswertung nicht möglich ist. 
    177  
    178  
    179 \begin{figure} 
    180 \centering 
    181 \includegraphics[scale=1]{k_neu_10}%{col10_pd} 
     176Zu Beginn der Sanierung kommt es zunächst zu einem deutlichen Anstieg des Druckes. Der Druck fällt jedoch schnell wieder ab mit  dem Austrag der weißen Emulsion aus der Säule, da die Viskosität der nachlaufenden Tensidlösung gegenüber Wasser nicht relevant erhöht ist. Die Permeabilität steigt entsprechend über den Sanierungsverlauf an. Der gemessene Differenzdruck bei Säule 46 (siehe Abbildung \ref{pic:pd10}) blieb über die gesamte Sanierungsdauer konstant. Hier liegt ein Messfehler vor, vermutlich verursacht durch Luftblasen in den Druckleitungen, sodass eine sinnvolle Auswertung nicht möglich ist. 
     177 
     178 
     179\begin{figure} 
     180\centering 
     181\includegraphics[scale=1]{k_neu_10} 
    182182\caption{Verlauf von Differenzdruck und Permeabilität während der Sanierung der Säulen 43 bis 45} 
    183183\label{pic:pd10} 
    …… 
    186186\begin{figure} 
    187187\centering 
    188 \includegraphics[scale=1]{k_neu_12}%{col12_pd} 
     188\includegraphics[scale=1]{k_neu_12} 
    189189\caption{Verlauf von Differenzdruck und Permeabilität während der Sanierung der Säulen 51 bis 54} 
    190190\label{pic:pd12} 
    …… 
    201201 
    202202Die Berechnung wie in  \citet{Childs.2004}  verwendet, ist eine auf den dort verwendeten Sand und den DNAPL PCE angepasste, nichtlineare Regression, wie in \citet{Pennell.1996} beschrieben.  
    203 Der hier  verwendete Sand ähnelt zwar dem von \citet{Childs.2004} vervendeten, jedoch werden zwei völlig unterschiedliche DNAPls DNAPLs untersucht. %Obwohl zumindest der hier verwendete Sand dem von Childs verwendeten ähnelt, ist die   
     203Der hier  verwendete Sand ähnelt zwar dem von \citet{Childs.2004} vervendeten, jedoch werden zwei völlig unterschiedliche DNAPls untersucht. %Obwohl zumindest der hier verwendete Sand dem von Childs verwendeten ähnelt, ist die   
    204204Allgemein ist die Übertragung solcher auf nichtlinerarer Regression basierender Modelle auf andere Systeme schwierig, da ihre Lösung nicht immer eindeutig ist und außerdem gute Ausgangswerte benötigt werden.  
    205205 
    …… 
    208208 
    209209Die Versuche zeigten, dass es möglich ist mit einer sehr niedrigen Tensidkonzentration von 1\%, einen Großteil des residual vorliegenden CS$_2$ aus der Säule zu entfernen. Im Feinsand wurden hier etwas bessere Erfolge erzielt als im Mittelsand, was am höheren Gradienten liegen dürfte. Die analytisch bestimmte Wiederfindung lag im Feinsand durchschnittlich bei 80\%, im Mittelsand bei durchschnittlich 70\%. Auch der Austrag erfolgte im Feinsand schneller. So wurde hier nach zwei Porenvolumina 80\% des Gesamtaustrags erreicht, bei Mittelsand waren dagegen drei bis vier Porenvolumina nötig. 
    210 Erstaunlich war die im Vergleich zu den Batchtests deutlich erhöhte Solubilisierungsrate. Bei einer Tensidkonzentration von 1\% wurden in den Batchtest nur CS$_2$-Konzentrationen von weniger als 50g/L erreicht, in den Säulenversuchen lagen die Konzentrationen bei 200g/L und mehr. Da mit der anfänglich eigesetzen Tensidkonzentration von 2\% vergleichbare Werte erreicht wurden, lässt sich sagen, dass die Tensidkonzentration hier keinen großen Einfluss ausübt. Relevant ist dagegen die Art des verwendeten Sandes und die Fließrate. Im Mittelsand war eine Verbesserung der Solubilisierung durch die niedrigere Fließrate möglich. Eine gleichzeitige Erhöhung des Mobilisierungsrisikos konnte dabei nicht festgestellt werden. Dieses wurde vorrangig verursacht durch Inhomogenitäten im Sand. Die genauen Hintergründe, die zur Entstehung von vertikaler Mobilisierung führen sind weiter zu untersuchen und die kritische Fließrate bei der eine Wiederauflösung nicht mehr möglich ist, ist zu ermitteln. Dies ist besonders für Feinsand interessant, da hier auch bei einer Fließrate von 0,5 ml/min noch keine Mobilisierung beobachtet werden konnte. Ebenso weitere Einflussgrößen, wie Grenzflächenspannung und Vikosität. Diese Parameter können in einer Trapping Number zusammengefasst werden, um die Berechnung des Mobilisierungsrisikos zu ermöglichen. 
    211  
    212  
    213  
    214  
     210Erstaunlich war die im Vergleich zu den Batchtests deutlich erhöhte Solubilisierungsrate. Bei einer Tensidkonzentration von 1\% wurden in den Batchtest nur CS$_2$-Konzentrationen von weniger als 50 g/L erreicht, in den Säulenversuchen lagen die Konzentrationen bei 200 g/L und mehr. Da mit der anfänglich eigesetzen Tensidkonzentration von 2\% vergleichbare Werte erreicht wurden, lässt sich sagen, dass die Tensidkonzentration hier keinen großen Einfluss ausübt. Relevant ist dagegen die Art des verwendeten Sandes und die Fließrate. Im Mittelsand war eine Verbesserung der Solubilisierung durch die niedrigere Fließrate möglich. Eine gleichzeitige Erhöhung des Mobilisierungsrisikos konnte dabei nicht festgestellt werden. Dieses wurde vorrangig verursacht durch Inhomogenitäten im Sand. Die genauen Hintergründe, die zur Entstehung von vertikaler Mobilisierung führen sind weiter zu untersuchen und die kritische Fließrate bei der eine Wiederauflösung nicht mehr möglich ist, ist zu ermitteln. Dies ist besonders für Feinsand interessant, da hier auch bei einer Fließrate von 0,5 ml/min noch keine Mobilisierung beobachtet werden konnte. Ebenso weitere Einflussgrößen, wie Grenzflächenspannung und Vikosität. Diese Parameter können in einer Trapping Number zusammengefasst werden, um die Berechnung des Mobilisierungsrisikos zu ermöglichen. 
     211 
     212 
     213 
     214