3D-Modellierung des Fließverhaltens von Teeröl zur Simulation und Optimierung von Sanierungsverfahren am Beispiel eines ehem. Imprägnierwerks in Norddeutschland

Rausch, Tobias; Azzam, Rafiq (Thesis advisor); Neukum, Christoph (Thesis advisor)

Aachen : RWTH Aachen University (2021, 2022)
Doktorarbeit

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2021

Kurzfassung

Die Geschichte der Industrialisierung ist untrennbar mit der Umweltbelastung durch Teerprodukte verbunden, welche zu hochgradig persistenten Grundwasserkontaminationen mit polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen und NSO-Heterozyklen führen. Als typischer DNAPL besitzt Teeröl im Untergrund ein erhebliches vertikales Migrationsvermögen und sammelt sich in langfristig stabilen Phasenpools auf gering durchlässigen geologischen Einheiten. Da sich alternative innovative Sanierungsverfahren in der Praxis bis dato nicht haben etablieren können und ein Bodenaushub bei tiefen Schadensherden teuer und aufwendig ist, wird oft auf eine Kombination aus Phasenextraktion durch Entnahmebrunnen mit anschließendem natürlichen Abbau gesetzt. Detaillierte praxisbezogene Veröffentlichungen zu diesem Vorgehen sind rar und Sanierungsmaßnahmen oftmals von einem "trial-and-error"-Ansatz geprägt und die beteiligten Akteure sehen sich mit schwer planbaren Sanierungsvorhaben konfrontiert. In der vorliegenden Arbeit wird daher ein numerisches 3D-Modelle auf praxisrelevantem Maßstab erstellt, welches die Teerölextraktion aus einem großen Phasenpool in 25 - 30 m Tiefe am Standort eines ehemaligen Schwellentränkwerks in Norddeutschland nachbildet. Die Kalibration und Parametrisierung des Modelles erfolgt an Hand von Pumpversuchen und expliziter Schwerphasenfördertests. Der Zweiphasen-Darcyfluss wir dabei vollständig gekoppelt berechnet; Die Sättigungs-Permeabilitäts-Beziehung folgt dem empirischen Brooks-Corey-Gesetz. Die Simulation eines Sanierungsszenario über 10 Jahre zeigt, dass die gewählte Modellierung einerseits herausfordernd hinsichtlich numerischer Stabilität und Rechenzeit ist, andererseits aber wertvolle Ergebnisse sowohl zur Prognose bzw. Bewertung der geplanten Maßnahme als auch für künftige Sanierungskonzepte an vergleichbaren Standorten liefert und zudem ein großes Potenzial für die Optimierung hydraulisch unterstützter Teerölextraktion auf dem Praxismaßstab bietet.

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