Abbau von Stoffspuren in natürlichen und künstlichen Systemen der Infiltration von Wasser

Natürliche und künstliche Systeme zur Infiltration von Wasser (im Englischen: Managed Aquifer Recharge) werden weltweit genutzt, um Grundwasserressourcen quantitativ oder qualitativ zu verbessern. Dies erfolgt beispielsweise bei der Uferfiltration oder künstlichen Grundwasseranreicherung zur Trinkwassergewinnung, bei der Klarwasserverregnung zur weiteren Abwasserreinigung und -nutzung oder bei der Injektion von Süßwasser als hydraulische Barriere in Salzwasserintrusionsgefährdete Grundwasserleiter. Dabei nutzt man nicht nur den mengenmäßigen Ausgleich von überbeanspruchten Grundwasserressourcen, sondern auch die Reinigungsleistung des Untergrundes für eine naturnahe und meist auch kostengünstige Wasseraufbereitung. In Berlin, wo seit über 150 Jahren Trinkwasser mittels Uferfiltration gewonnen wird, wurden in Zusammenarbeit mit den Berliner Universitäten in der Vergangenheit umfangreiche Untersuchungen zur Stoffelimination bei der Untergrundpassage durchgeführt. Diese zeigten, dass auch die Konzentrationen von organischen Spurenstoffen häufig bei der Infiltration oder weiteren Grundwasserleiterpassage zurückgehen. Eine statistische Auswertung von Beobachtungen an verschiedenen Standorten ergab, dass die Mehrheit der untersuchten Substanzen wie beispielsweise Clofibrinsäure, Diclofenac und Phenazon bevorzugt unter oxischen Bedingungen abgebaut werden oder generell eine gute Entfernung erfahren. Einige wie z.B. Carbamazipin oder Sulfamethoxazol werden vor allem unter anoxisch- bis anaeroben Bedingungen entfernt. Aus diesen Beobachtungen ergab sich die Frage, ob ein optimaler Redoxzustand bzw. eine optimal Redoxabfolge für Systeme wie Infiltrationsbecken definiert werden könnte. Erste theoretische Studien erfolgten auf der Basis verfügbarer Abbaukinetiken und unter Einbeziehung weiterer Redox-sensitiver Wasserinhaltsstoffe wie Nitrat und Eisen. Diese ergaben, dass eine Aufenthaltszeit von 30 Tagen im aeroben Milieu und 100 Tagen im anoxischen Milieu während der Untergrundpassage zu einer optimalen Entfernung Redox-sensitiver Problemstoffe führt. Jedoch können bereits 15 Tage aerobe und 2 Tage anoxische / anaerobe Untergrundaufenthalt zu einem deutlichen Rückgang dieser Stoffe führen. Generell sollte jedoch berücksichtigt werden, dass unter anoxischen bis anaeroben Bedingungen mit einer Mobilisierung geogener Spurenelemente wie Eisen und Mangan zu rechnen ist. Obwohl theoretisch eine Vielzahl an Möglichkeiten existiert, den Infiltrationsbereich, die hyporheische Zone und die Untergrundpassage im Hinblick auf eine optimierte Redoxzonierung zu modifizieren oder gar zu steuern, sind nur wenige technisch tatsächlich machbar. Weitere Untersuchungen sollen nun diejenigen Möglichkeiten identifizieren, die in die Praxis übertragbar sind und zu einer Optimierung der künstlichen und natürlichen Systeme zur Infiltration beitragen könnten.

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