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pH-Wertpufferung im Abstrom von Reaktionswänden

pH buffering downgradient of permeable reactive barriers

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Kurzfassung

Die Auswirkungen erhöhter pH-Werte durch den Einsatz von Reaktorkombinationen für reaktive Wände (Fe°/“Oxygen Release Compound” (ORC) und Fe°/Aktivkohle) auf die Grundwasserqualität in einem Braunkohlesand wurden anhand gekoppelter Säulenversuche untersucht. Dabei wurden pH-Werte > 9,5 im Abstrom von Fe°- und ORC-Reaktoren durch den Braunkohlesand auf niedrigere Werte gepuffert. Im Braunkohlesand bildeten sich pHFronten aus, deren Verlagerungsgeschwindigkeiten in Grundwasserfließrichtung um den Faktor 220–1.100 unter der Abstandsgeschwindigkeit des Grundwassers (0,71 bzw. 0,83 m/d) lagen. Die Menge der gepufferten Basenäquivalente in beiden Versuchen (im Mittel 52 bzw. 7,3 meq/kg Sediment) wurde durch unterschiedlich hohe Einträge von Basenäquivalenten in den Zulauflösungen gesteuert. Der größte Teil der Basenneutralisation geht auf die Deprotonierung funktioneller Gruppen auf den Oberflächen von Mineralen und Corg zurück. Andere Puffermechanismen wie Minerallösung und Pyritoxidation waren nur zeitlich begrenzt wirksam. Für den untersuchten Braunkohlesand ist im Abstrom einer Reaktionswand auch langfristig nur in einem räumlich eng begrenzten Bereich mit erhöhten pH-Werten zu rechnen, sodass diese keinen limitierenden Faktor für den möglichen Einsatz einer Reaktionswand darstellen.

Abstract

Sequenced column experiments were conducted in order to assess the impact of elevated pH caused by two possible reactive media combinations for permeable reactive barriers (Fe°/Oxygen Release Compound (ORC) and Fe°/activated carbon) on the groundwater quality in a lignite sand. In the experiments, pH values > 9,5 downgradient of Fe° and ORC reactors were buffered to lower values by the lignite sand. In the lignite sand, pH fronts formed, propagating downgradient at a velocity that was 220–1,100 times slower than the groundwater flow velocity (0.71 and 0.83 m/d, respectively). The amount of base equivalents buffered in both experiments (52 and 7.3 meq/kg sediment, respectively) depended mainly on the different amounts of base equivalents present in the inflowing solutions. The majority of the base neutralization can be explained by the deprotonation of functional groups on mineral surfaces and organic carbon. The extent of other buffering mechanisms, such as mineral dissolution and pyrite oxidation, was limited in time. For the lignite sand examined here, high pH values downgradient of permeable reactive barriers will be limited to a narrow zone, even in the long term, and high pH values will not limit the possible implementation of a permeable reactive barrier.

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Authors and Affiliations

  1. Kirchheimer Str. 1, 73274, Notzingen

    Volkmar Plagentz

  2. Institut für Geowissenschaften, Angewandte Geologie, Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, Ludewig-Meyn-Str. 10, 24118, Kiel

    Dirk Schäfer,  Ralf Köber,  Markus Ebert &  Andreas Dahmke

  3. Kieler Str. 21, 24582, Bordesholm

    Frank Dethlefsen

Authors
  1. Volkmar Plagentz
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  2. Dirk Schäfer
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  3. Ralf Köber
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  4. Markus Ebert
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  5. Andreas Dahmke
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  6. Frank Dethlefsen
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Plagentz, ., Schäfer, ., Köber, . et al. pH-Wertpufferung im Abstrom von Reaktionswänden. Grundwasser 11, 259–269 (2006). https://doi.org/10.1007/s00767-006-0155-6

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