radionuklide im grund- und tiefenwasser transaqua, … · 2 hydrochemical & microbial...
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RADIONUKLIDE IM GRUND- UND TIEFENWASSER TRANSAQUA, 25.-27.11.2014
G. Büchel Institut für Geowissenschaften Friedrich-Schiller-Universität Jena
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2
Hydrochemical & microbial
characterization of radionuclide-
rich groundwater
Geochemical & mineralogical investigation of rock material
Rock-Bacteria-
Interactions
Transfer von Radionukliden: Gestein > Wasser
K. Burow
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3
Mikrobiologische Moderation?
K. Burow
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Radon in Grundwasser-Aqiferen
Actinon Thoronn
K. Burow
Radon
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Wasserverbrauch in Deutschland
Quelle: Umweltbundesamt
L/Einwohner am Tag in 2007 Deutschland: 122 NRW: 135 Thüringen: 87
5
Gesamtverbrauch (a): 3.562.400.000 m³ Vgl.: Starnberger See 3.000.000.000 m³
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70 % der Trinkwasserversorgung aus Grundwasser
6
1,8 %
Verbrauch aller Einwohner Deutschland (a)
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7
R. Erhardt 2014
Morassina, prinzipieller Aufbau
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8
R. Erhardt 2014
Morassina, Eingang zum Humboldt-Verbruch
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Probenahme
welche Fragestellung habe ich an die Probe partikulärer Anteil (z.B. Kolloide) gelöster Anteil gasförmiger Anteil mikrobielle Aktivität
→ angepasste Konservierung der Probe
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Analytik
Proben-vorbereitung
Probenahme
Fehlerquellen 10
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Fehler?
Fehlerquelle bei Probenahme am größten Nehme ich die „richtige“ Probe? Eventuell mehrere Grundwasserstockwerke Verfilterung der Messstelle in der korrekten Teufe? Kontaminationen durch Messstellenausbau Kontamination durch Probenahmegefäße Reaktionen mit der Atmosphäre (Ausfällungen, Ausgasungen) Biologische Aktivitäten
Fehler nicht korrigierbar!
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Hydraulisches Kriterium
Abpumpen des Standwassers Mind. 3-facher Austausch des
Standwasservolumens Volumen V eines Zylinders
𝑽𝑽 = 𝝅𝝅 𝒓𝒓𝟐𝟐 𝒉𝒉 r= Innenradius des Messstellenrohres h = Höhe des Wasservolumens
Messung des Grundwasserspiegels mittels Lichtlot
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Pumpbrunnen
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Schematisierte Entwicklung der vor Ort gemessenen Parameter beim Klarpumpen einer Messstelle (LANGGUTH & VOIGT 2004)
Beschaffenheitskriterium
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Beschaffenheitskriterium
Durchflussmesszelle mit Messgeräten und Elektroden zur Bestimmung der Physikochemie
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Vor-Ort-Parameter
pH (sauer, neutral, basisch) Kalibrierung notwendig
Temperatur (Grundwasser: ca. 9°C)
elektrische Leitfähigkeit (Gesamtlösungsinhalt)
Sauerstoffkonzentration [mg/l] Kalibrierung notwendig
Redoxpotential [mV]
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Vor-Ort-Parameter
pH (sauer, neutral, basisch)
Temperatur (Grundwasser: ca. 9°C)
elektrische Leitfähigkeit (Gesamtlösungsinhalt)
Sauerstoffkonzentration [mg/l]
Redoxpotential [mV]
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Quelle: Deutscher Wetterdienst 2011
Jahresmitteltemperatur 18
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Vor-Ort-Parameter
pH (sauer, neutral, basisch)
Kalibrierung notwendig
Temperatur (Grundwasser: ca. 9°C)
elektrische Leitfähigkeit (Gesamtlösungsinhalt)
Sauerstoffkonzentration [mg/l] Kalibrierung nötig
Redoxpotential [mV]
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Elektrische Leitfähigkeit in µS/cm korreliert mit Gesamtlösungsinhalt in mg/L
0,725 x el. Lf (µS/cm) ≈ Gesamtlösungsinhalt (mg/L) (Hölting/Coldeway)
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Vor-Ort-Parameter
pH (sauer, neutral, basisch)
Kalibrierung notwendig
Temperatur (Grundwasser: ca. 9°C)
elektrische Leitfähigkeit (Gesamtlösungsinhalt)
Sauerstoffkonzentration [mg/l] Kalibrierung nötig
Redoxpotential [mV]
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Vor-Ort-Parameter
Sauerstoffkonzentration [mg/l] Max. Sättigung ca. 10 mg/l (bei 15 °C, 1013,24 mbar) von p T u. Konz. an gelösten Stoffen abhängig Kalibrierung nötig
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O2-Sensor
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Vor-Ort-Parameter
pH (sauer, neutral, basisch) Kalibrierung notwendig
Temperatur (Grundwasser: ca. 9°C)
elektrische Leitfähigkeit (Gesamtlösungsinhalt)
Sauerstoffkonzentration [mg/l] Kalibrierung nötig
Redoxpotential [mV]
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Redoxpotential Eh zeigt oxidierende oder reduzierende Verhältnisse im Wasser an
Zusammenhang mit Sauerstoffgehalt Je niedriger O2-Konzentration, je geringer Eh
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Redoxpotential
UH = UG + UB UH = Redoxspannung der
Standardwasserstoffelektrode UG = gemessene Spannung mit der
Platinelektrode UB = Standardspannung der eingesetzten
Bezugselektrode, zu entnehmen aus Tab.1 Tabelle 1 – Standardspannungen der
Bezugselektrode
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Entnahme aus Brunnen
Sterilisieren der Entnahmestelle für mikrobiologische Untersuchungen Abflammen der Entnahmestelle Entkeimen mit Alkohol (70% Isopropanol, DIN EN
ISO 19458) s. Vortrag Prof. Kothe
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Probenvorbehandlung
Filtration 0,4/0,45 µm (gelöste Fracht) 0,2 µm (Sterilfiltration)
Material der Probe/Fragestellung anpassen
Sollen Partikel analysiert werden? Stabilität des Filtermaterials z.B. gegenüber sauren Wässern
Glasfasern Poylcarbonat Polyacetat PTFE
www.fishersci.com
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Probenkonservierung
Luftzutritt weitgehend vermeiden (keine Fällung oxidierter Spezies, z.B. Fe3+) Flaschen dicht Verschließen Flaschen komplett Befüllen
Mikrobielle Aktivität minimieren kühl und dunkel lagern evtl. Einfrieren Formaldehyd-Zusatz
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Probenvorbehandlung
Analyt Probemenge / ml
Filtration Ansäuern
HCO3-/NH4+ 500 – 1000 - -
Anionen 15 - 50 + -
Kationen 15 - 50 + +
DOC 50 - 100 + -
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Aufgabe: Wasserprobenahme
Ihre Firma (kleines hydrogeologisches Ingenieurbüro) beauftragt Sie mit der Suche nach Grundwasser.
Leider ist die Auftragslage schlecht und Ihr Arbeitgeber kann kein Geld für Bohrungen zur Verfügung stellen.
Leider können Sie nur maximal drei Dinge mit ins Gelände nehmen, damit Ihre Kollegen auch noch Ausrüstung in der Firma haben.
Was nehmen Sie mit?
business-on.de D. Merten
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Ein Dienstfahrzeug, Einen Satz Hydrogeologischer Karten, Ein GPS, Einen Kompass, Ein Messgerät inkl. Sonde zur Bestimmung des pH-Wertes
mit integriertem Temperaturfühler, Ein Messgerät inkl. Sonde zur Bestimmung des
Redoxpotentials, Ein Messgerät inkl. Sonde zur Bestimmung der Sauerstoff-
Konzentration und Ein Messgerät inkl. Sonde zur Bestimmung der elektrischen
Leitfähigkeit incl. integriertem Temperaturfühler.
Santown.wordpress.com
Die Firma verfügt über:
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Pumpversuch, Einzugstrichter, Skin-Effekt
Messung des GW-Spiegels während eines PV neben dem Brunnen (falls möglich)
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Auswertung - Leistungsversuch 33
• Messung der Förderrate Q, Absenkung sn zum Zeitpunkt tn
• Einstellung des stationären Zustands Erhöhung der Förderraten
Langguth & Voigt 1980 33
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Unterschiedliche Grundwasserleiter
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Verschiedene Zuflussbereiche 35
Kluft im Rhyolith, Karlshaller Bäderquelle
Klüfte im Mittleren Buntsandstein
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Randbedingungen Probenahme
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AUFGABE 2 BEISPIEL BAD KREUZNACH
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42
Caliber-Log: Die Bohrlochrandausbrüche treten vor allem an Schichtgrenzen unterschiedlicher Gesteine und im Bereich von Klüften und Störungen auf. Hier interpretieren wir sie als Brüche (Klüfte und Störungen).
Aufgabe Trinkwasserbohrung Kreuznach-Planig
Frage 1 Temperatur-Logs: Was bedeutet es, wenn bei abgestellter Pumpe (Förderleistung = 0) bzw. bei laufender Pumpe (Förderleistung = 36 m3/h) die Temperatur im Bohrlochwasser mit der Tiefe ansteigt, bzw. konstant bleibt? Was bedeuten die Knicke im den Kurvenverläufen? Beachten Sie auch den Temperaturgradienten (Zunahme T mit der Tiefe).
Frage 2 Flowmeter-Log: Berechnen Sie den Zufluss bzw. den Abfluss im Bereich der hydraulisch wirksamen Bohrlochrandausbrüche für den Fall ohne Förderung (a) und für den Fall mit Förderung (b). Was bedeutet es, dass zwischen 100 und 124 m Tiefe die Nullfahrtkurve eine Fahrgeschwindigkeitsverminderung aufweist.