The rhizosphere, the soil under the direct influence of active plant roots, differs in many aspects from the bulk soil due to root, microbial and fungal activities. Most mechanistic rhizosphere research has been undertaken in microcosms, often in the absence of soil. The understanding of mechanistic processes in the rhizosphere soil is therefore highly fragmented. The use of micro-techniques for the collection of soil solution enables non-destructive in situ observation of soil solution chemistry at high spatial and temporal resolution. Micro suction cups were used successfully in conjunction with rhizoboxes that allow observing the development of root systems through a transparent front plate and allow a localized sampling of soil solution. Suction cups cannot only be used to extract solution from soils but also to inject small amounts of solution. Single-well injection-withdrawal tests, called 'push-pull' tests, have been used since many years for the quantitative determination of a wide rang of aquifer physical, biological and chemical characteristics. In a push-pull test a prepared solution containing one or more solutes and a non-reactive tracer is injected into the aquifer using an existing well; the test solution/ groundwater mixture is then extracted from the same location. Similar to investigations of subsurface microbial activity in aquifers, the scientific community agrees that in situ techniques are needed for rhizosphere research. This project aims to combine micro-suction cups with the push-pull test to create a miniaturized system that will be applicable to study reactions in the rhizosphere. It also aims for the first time to apply a push-pull test to investigate soil solution under unsaturated conditions. These micro-push-pull tests will allow us to get not only concentrations of solutes in the rhizosphere but to study in situ reactions in the rhizosphere at defined distances from the root. This project is based on the combined expertise on rhizosphere sampling and reactions in the Soil Protection Group and the expertise of the Soil Biology group on aquifer push-pull tests and the in situ investigation of microbial activity. The new micro push-pull test is expected to yield new in situ information not only of concentrations in solution but especially of reaction and exudation rates under conditions as undisturbed as possible.
Im Rahmen vieler Berg- und Tiefbauvorhaben, die im Tagebau und in offenen Baugruben realisiert werden, müssen Gebirgsschichten zunächst entwässert werden, um die Abbaggerung, den Transport der Massen und die Verkippung zu ermöglichen. Diese Entwässerung erfolgt heute vorwiegend über Vertikalfilterbrunnen. Da besonders in geringmächtigen Grundwasserleitern die durch einen Einzelbrunnen lösbare Wassermenge begrenzt ist und Vertikalfilterbrunnen mit einer Flächeninanspruchnahme direkt über dem Ort der Wasserfassung einhergehen, finden die Möglichkeiten der horizontalen Entwässerung unter Nutzung der verlaufsgesteuerten Horizontalbohrtechnik ein steigendes Interesse. Es besteht ein hohes Potential, durch den Einsatz weniger verlaufsgesteuerter Horizontalfilterbrunnen die Entwässerungsleistung vieler Vertikalfilterbrunnen zu erreichen, einhergehend mit wesentlichen Reduzierungen im Material- und Energieeinsatz, Flächenverbrauch sowie einer Schonung der Grundwasserressourcen. Daher beschäftigte sich bereits die erste Projektphase mit Fragen der Anströmung zu verlaufsgesteuerten Filterbrunnen. Aufbauend auf diesen Ergebnissen werden in der zweiten Projektphase Fragen der hydraulischen Wirkung der Elemente geklärt, Betrachtungen zur Umweltrelevanz sowie zur wirtschaftlichen Vorteilhaftigkeit untersucht und die Übertragung der Ergebnisse auf den Betriebsmaßstab betrachtet. Durch numerische Modellierungen und Technikumsversuche wird die Bedeutung der Berücksichtigung der Zweiphasenströmung (Luft-Wasser) im Vorhaben überprüft. In Abhängigkeit vom Resultat werden die Erkenntnisse für die Nutzung in einem auf der Einphasenströmung basierenden Modellsystem von praktischer Relevanz beispielhaft aufbereitet und umgesetzt. Ebenfalls werden die Möglichkeiten, die sich bei Entwässerungsszenarien mit mehreren Grundwasserleitern aus Kombinationen von vertikalen Sickerbrunnen und verlaufsgesteuerten Horizontalfilterbrunnen ergeben, untersucht. Die Praxisrelevanz des untersuchten Verfahrens soll mit einem im Betriebsmaßstab durchzuführenden Feldversuch belegt werden. Die Versuche werden durch numerische Modellierungen begleitet und modellgestützt durchgeführt. Die diesbezüglichen Untersuchungen sind gleichzeitig Bestandteil der generellen Arbeiten an der Herausstellung der wirtschaftlichen und umweltbezogenen verfahrensimmanenten Effekte.
Eine potentielle Maßnahme zur Reduzierung der Konzentrationen von Treibhausgasen in der Atmosphäre ist die Speicherung von Kohlendioxid (CO2), abgetrennt aus Kraftwerksabgasen, in geologischen Formationen. Das CO2 soll jahrhundertelang im Untergrund gespeichert bleiben. Bei den Bedingungen, die in solchen Formationen herrschen, ist CO2 in der Regel leichter als Wasser. Daher besteht die Gefahr, dass das gespeicherte CO2 durch undichte Stellen in den Deckschichten entweicht. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Modellierung des Abdichtens einer beschädigten oder geklüfteten Deckschicht in der Nähe des Injektionsbrunnens in einer CO2 Lagerstätte, wobei das Abdichten mit Hilfe von Biofilmen erfolgen soll. Dazu wird ein Konzept zur Modellierung der Anreicherung von Biomasse in einem porösen Medium auf der Darcy-Skala entwickelt. Das Konzept muss die Vermehrung der Bakterien, deren Ablagerung am Feststoff, Austragung der festsitzenden Biomasse und die damit einhergehenden Veränderungen der hydraulischen Eigenschaften des porösen Mediums berücksichtigen. Das entwickelte Modell könnte aber z.B. auch Anwendung finden bei der biologischen Altlastensanierung.
Overexploitation of aquifers and depletion of groundwater quality is becoming more and more important worldwide. Artificial recharge can help to avoid these problems. Worldwide injection wells are used to infiltrate surface water into aquifers. The main problem using this technique is clogging of the well screen, filter and the nearby aquifer which results into a decrease of hydraulic conductivity of the aquifer. Clogging is mainly caused by physical deposition of fine particles at the aquifer matrix, by geochemical reactions, air entrapment and growth of biofilms. The pore volume is reduced by these processes and therefore the hydraulic conductivity of the aquifer. A possibility for redevelopment of the aquifer is back-washing which allows rising the hydraulic conductivity again. More or less each process has been investigated experimentally but the interactions of all processes are rarely addressed. A numerical model is necessary to analyse all the different effects causing clogging. The model will allow taking precautions in terms of quality of infiltration water and how to redevelop already clogged wells as important criteria for the selection of appropriate measures for groundwater recharge. Keywords: artificial recharge, clogging processes
Auf dem Gelände des ehemaligen Hydrierwerks Zeitz wurde im Rahmen des Forschungsvorhabens SAFIRA II eine thermische Pilotsanierung durchgeführt mit dem Ziel, die Auswirkung einer teilweisen Sanierung des Schadensherds ( Partial Source Removal ) auf die Schadstoffemission zu untersuchen. Die Leitung des Pilotversuchs oblag dem Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH, UFZ, Department Grundwassersanierung. Ziel der von VEGAS, Universität Stuttgart durchgeführten thermische Pilotsanierung war eine Reduzierung der Schadstoffmasse und Bodenluftkonzentration um mehr als 95% durch Überschreiten einer mittleren Temperatur von 75°C im Sanierungsfeld (ca. 1500 m3 Boden). Hierfür war das Erzielen einer thermischen Reichweite von mehr als 2,5 m Radius (um die einzelnen Injektionsbrunnen) in der gesättigten Zone Voraussetzung. Insgesamt konnten aus dem Pilotfeld über 7800 kg Benzol innerhalb von 6 Monaten entfernt werden. Die Pilotsanierung wurde in verschiedenen Betriebsphasen durchgeführt. Während der kalten Bodenluftabsaugungs- und Air-Sparging-Phase nach Installation des Sanierungsfeldes wurden ca. 59% der insgesamt entfernten Schadstoffmasse ausgetragen. Der Anteil der anschließenden thermischen Sanierung der gesättigten und ungesättigten Zone lag bei 2.823 kg (41%). Die angestrebten mittleren Temperaturen in der ungesättigten und gesättigten Zone konnten mit annähernd 90°C deutlich überschritten werden. Die Dampfausbreitung in der gesättigten Zone übertraf mit über 5 m radiale Reichweite die auf Grund konservativer Berechnungen erwartete Ausbreitung von ca. 2 - 2,5 m. Die Konzentrationen in der extrahierten Bodenluft zu Beginn der Maßnahme lagen bei ca. 60 g/m3, während der Abkühlphase waren sie kleiner 200 mg/m3. Über eine Bodenluftbeprobung während der Abkühlphase konnte eine Sanierungseffizienz von über 99% nachgewiesen werden. Die über Gleichgewichtsberechnungen ermittelte Restbelastung lag bei 0,16 mg Benzol je kg Boden. Diese konnte im Rahmen einer Bodenbeprobung nach dessen Abkühlung mit einem Benzolgehalt von 0,1 mg/kg Boden in der ungesättigten Bodenzone verifiziert werden. Im Bereich der gesättigten Zone lag die Restbelastung bei 2,2 mg/kg Boden. Die Schadstoffkonzentrationen im Grundwasser konnten während der Anwendung um 75% reduziert werden. Basierend auf der Pilotanwendung wurden spezifische Sanierungskosten im Bereich von 80 EUR/to Boden für ein Bodenvolumen von 14.000 m3, bzw. 95 EUR/to Boden für ein Volumen von 8.000 m3 ermittelt.
Im Rahmen des Vorhabens soll eine transportable Versuchsanlage entwickelt und eingesetzt werden, in der das Verhalten von Grundwasser bei seiner Nutzung als Medium fuer die Hochtemperaturwaermespeicherung im Aquifer untersucht wird. Mit der Versuchsanlage soll der Aufwaerm- und Abkuehlvorgang des Wassers an potentiellen Standorten zur Waermespeicherung im Untergrund insitu durchgefuehrt und beobachtet werden. Dabei gilt es, die Reaktionen des Wassers zu erfassen, die nicht durch eine Analyse einer Wasserprobe vorausgesagt werden koennen. Im einzelnen geht es um folgende Reaktionen a) Belagsbildung (Verkalkung) in Waermeaustauschern b) Aenderung der Korrosivitaet gegenueber potentiellen Materialien c) Versinterung der Schluckbrunnen Durch eine systematische Untersuchung verschiedener Standorte werden vor dem Hintergrund der geologischen Gegebenheiten Erfolgsaussichten fuer Hochtemperaturwaermespeicher abgeschaetzt. Darueber hinaus soll ein standardisiertes Verfahren entwickelt werden, mit dem sichere Voraussagen ueber gegebenenfalls notwendige Wasserbehandlungsmethoden oder die ggf. einzugrenzenden Temperaturbereiche ermoeglicht werden.
Fuer die bisher erprobten Methoden zur Entfernung von Nitrat aus Trinkwasser sind besondere Aufbereitungsanlagen erforderlich. Es ist aber moeglich, eine biologisch/mikrobielle Nitratreduktion bereits im Untergrund herbeizufuehren, wenn organ. Kohlenstoff dort vorhanden ist. Die Stadtw. Bocholt betreiben z.Zt. versuchsweise die weitergehende Aufbereitung von Abwasser als industrielles Brauchwasser. Dieses Brauchwasser hat einen Rest-TOC-Gehalt von ca. 10 mg/l und soll mit nitratreichem Grundwasser und/oder methanreichem Erdgas in den Untergrund eingeleitet werden. Die unterirdische Aufbereitung von nitratreichem Grundwasser bei Zufuehrung organ. Kohlenstoffs soll als Alternative zu den bekannten biologischen und physikalischen Aufbereitungsmethoden erprobt werden. Das Mischwasser soll ueber Schluckbrunnen in das Grundwasser geleitet werden. Durch Beobachtungsbrunnen soll der Nitratabbau kontrolliert werden.
Objective: The use of geothermal energy to heat a health resort complex. The present total requirements of the existing heating plant is 14,500 Mwh, of which geothermal energy will meet +- 86 per cent. Project design suggests primary energy savings of 900 TOE/y with a corresponding payback of 10-20 years. General Information: The main target is the Karstic limestone (Malm) lying at 1,600-1,800 m with a 70 m3/h flow rate at 70 deg C. If the Malm strata is not sufficiently productive a layer of Muschelkalk at 2,300-2,500 m of 30 m3/h flow rate at 80-85 deg C will become the main target. An injection well is planned to maintain aquifer pressure. The geothermal station will be comprised of storage tank, heat exchanger and heat pump (at 20 deg C). District heating return line temperature has to be reduced to 90 deg C maximum. The production well was drilled to a final depth of 2,322 m between February and August 1985 and due to the loss of a pipe during a pumping test in the Malm limestone, sidetracking became necessary. The pumping test showed a productivity index of 0,15 m3/h/kg/cm2 after acidizing. Due to impermeability in the formation the well was deepened to 2,197 M (shell limestone Muschelkalk). A 7' liner was cemented from 1,490 to 2,197 m. The shell limestone was sunk with a 6' bit and tested through a 5' slotted liner. The Muschelkalk formation's productivity index appears to be 10 times lower than that of the Malm formation. As a result the well was cemented to 750 m and the upper molasse developed by perforation. In-flow sections are from 452-574 m producing 26 m3/h of saline water at 31 deg C with a corresponding draw down of 44 m (Ip = 5.9 m3/h/kg/cm2). Achievements: The project is unsuccessful since the lack of permeability in both reservoirs is insufficient for production. However, from the experience gained in the drilling of several oil exploration wells in the area, resulting mud losses have led to the conclusion that the limestone may be productive in certain areas. The aquifer present in the upper Molasse is of good transmissivity and a well completed with screens and gravel pack will produce 100 m3/h with an economical draw down.
Das hier beantragte Teilvorhaben ist zu sehen in Verbindung mit den gleichzeitig gestellten Antraegen der Technischen Hochschule Darmstadt - Institut fuer Wasserversorgung, Abwasserbeseitigung und Stadtbauwesen - und der Hessischen Landesanstalt fuer Umwelt, Wiesbaden. (s. graphische Darstellung Anlage 1 und 2 zu 1090). In Abstimmung mit den vom Institut fuer WAR durchgefuehrten Reinigungsmassnahmen des Siedlungsabwassers soll das Verhalten des Wassers bei der Infiltration untersucht werden. Nebeneinander werden drei offene Sickerbecken, ein Sickergraben und ein Schluckbrunnen benutzt. Dabei ist zu untersuchen, welches Infiltrationsverfahren unter den gegebenen oertlichen Bedingungen, in Abhaengigkeit von der Jahreszeit und in Abhaengigkeit von den Aufbereitungsmassnahmen, den besten Erfolg bringt.
Fuer die bisher konzipierten Methoden zur Entfernung von Nitrat aus Trinkwasser sind besondere Aufbereitungsanlagen erforderlich. Es ist aber auch moeglich, eine biologische Nitratreduktion bereits im Untergrund herbeizufuehren, wenn organischer Kohlenstoff dort vorhanden ist. Die Ausnutzung unterirdischen Kohlenstoffs soll daher als Alternative zu den bekannten biologischen und physikalischen Methoden erprobt werden. Die Stadtwerke Bocholt betreiben z.Zt. versuchsweise die weitergehende Aufbereitung von Abwasser zu industriellem Brauchwasser. Letzteres hat einen Rest-TOC-Gehalt von ca. 10mg/l. Nitratreiches Grundwasser soll mit diesem Brauchwasser und/oder methanreichem Erdgas ueber Schluckbrunnen in den Untergrund eingeleitet werden. Durch Beobachtungsbrunnen sollen der Nitratabbau und das Verhalten von Mikroorganismen sowie von organischen und anorganischen Substanzen kontrolliert werden.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 15 |
| Europa | 2 |
| Wissenschaft | 8 |
| Zivilgesellschaft | 1 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 15 |
| License | Count |
|---|---|
| Offen | 15 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 11 |
| Englisch | 5 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Keine | 13 |
| Webseite | 2 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 15 |
| Lebewesen und Lebensräume | 15 |
| Luft | 8 |
| Mensch und Umwelt | 15 |
| Wasser | 15 |
| Weitere | 15 |