AQUIFERSIMULATION
VOM BOHRPROFIL ZUM KONTROLLIERTEN UNTERGRUNDMODELL

Großmaßstäbliche Aquifersimulation

Die großmaßstäbliche Aquifersimulation ergänzt mikrobiologische Laborversuche um eine standortspezifische Planung und verlässliche Optimierung vor der kostenintensiven Umsetzung im Feldmaßstab.

Als Bindeglied zwischen Labor- und Feldanwendung macht das physikalische Modell Injektion, Stofftransport und biologisch-chemische Sanierungsreaktionen direkt beobachtbar. Dies verringert geologische Unsicherheiten signifikant und erleichtert die präzise technische Umsetzung im Feld.

Die im Modellversuch gewonnenen Daten liefern eine fundierte Entscheidungsgrundlage für Brunnenabstände, Filterstrecken, Injektionsabfolgen, Konzentration und Volumen der Sanierungsmittel sowie das notwendige Injektionsdruckregime und die messtechnische Überwachungsstrategie.

Konzeptioneller Großversuchsstand (2D/3D-Aquarienmodell) Technisches Konzept & Skalierungsvalidierung
Konzeptionelle Darstellung eines großmaßstäblichen Aquiferversuchsstands mit maßstabsgetreuem Schichtenaufbau, Modellbrunnen und Verteilung der Sanierungsmittel

Konzeptionelle Darstellung eines großmaßstäblichen Aquiferversuchsstands: Maßstabsgetreuer Schichtenaufbau nach realen Bohrprofilen, maßstäbliche Modellbrunnen, kontrolliertes hydraulisches Fließgefälle sowie räumlich-zeitliche Verteilung der In-situ-Sanierungsmittel.

So funktioniert das physikalische Modell

Großmaßstäbliche Aquifersimulationen – in der Fachpraxis auch als Aquarienversuche bezeichnet – bilden ausgewählte hydrogeologische Standortmerkmale in einer vollständig kontrollierten, transparent beobachtbaren Umgebung ab.

Der Versuchsstand wird direkt mit standorteigenem Boden- und Grundwassermaterial befüllt. Bei der Probennahme, Behandlung und dem schichtenweisen Einbau bleiben die relevanten physikalischen, chemischen und mikrobiologischen Eigenschaften so weit wie praktisch möglich im Naturzustand erhalten.

Anhand detaillierter Bohrprofile und Schichtenverzeichnisse wird der Untergrund in einem definierten Maßstab präzise nachgebaut. Das Modell bildet Schichtenfolge, relative Mächtigkeit, Korngrößenverteilung und Materialzusammensetzung sowie hochdurchlässige Horizonte, geringdurchlässige Schluff- und Tonlinsen sowie potenzielle bevorzugte Fließwege (Preferential Flow Paths) realitätsnah ab. So entsteht ein standortbezogenes, physisches Abbild des realen Grundwasserleiters – statt eines simplifizierten, beliebigen Sandkastens.

Was sich mit dem großmaßstäblichen Modell abbilden lässt

Lithologie Geologie & Boden
Schichtenaufbau & Heterogenitäten

Boden und Grundwasser vom Standort werden entsprechend der interpretierten Schichtenfolge angeordnet. Relevante Heterogenitäten werden gezielt nachgestellt.

✓ Ermittlung von Durchlässigkeitskontrasten (kf-Werte), Porosität und Gehalt an organischem Kohlenstoff (TOC / foc) auf Transport und Rückhalt der Sanierungsreagenzien.
Injektion Brunnendesign & Pegel
Modellbrunnen & Injektionsregime

Die Modellbrunnen werden im exakten Maßstab gefertigt. Durchmesser, Position, Filterstrecken und Einbautiefen entsprechen dem geplanten Feld-Engineering.

✓ Testen von Injektionsdrücken und Durchflüssen für Elektronendonatoren (ONEplus, carbONE), Sauerstoffspender (BIOx), mikrobielle Kulturen und kolloidale Aktivkohle (microMAX).
Hydraulik Strömung & Pegel
Strömungsdynamik & Pegelwechsel

Über das Modell wird ein definiertes hydraulisches Gefälle präzise gesteuert. Fließgeschwindigkeiten, Strömungsrichtungen und Aufenthaltszeiten werden simuliert.

✓ Prüfung steigender und fallender Grundwasserstände (Smear Zone, saisonale Schwankungen) und deren Auswirkung auf Schadstoffmobilisierung und Kontaktzeit in der Reaktionszone.
Kinetik Transport & Abbau
Verteilung, Persistenz & Reaktion

Inline-Sensoren und Probenahmestutzen in vertikaler und horizontaler Staffelung erfassen die Ausbreitung der Wirkstofffront im zeitlichen Verlauf.

✓ Exakte Quantifizierung von Einflussradius (ROI), Durchbruchskurven, Verdünnungseffekten, Sorptionsverhalten, Konzentrationswiederanstieg (Rebound) und Dauer reaktiver Bedingungen.

Kontinuierliches Monitoring während der Simulation

Um verlässliche Kenngrößen für Behörden und Genehmigungsanträge zu ermitteln, wird der Versuchsstand mit modernster Messsensorik ausgestattet:

Überwachungsbereich Typische Parameter Relevanz für die Feldumsetzung
Geochemie pH-Wert, Redoxpotenzial (ORP), gelöster Sauerstoff (DO), Temperatur und elektrische Leitfähigkeit Nachweis stabiler anaerober oder aerober Milieubedingungen zur maximalen Stimulation der Zielmikroben.
Hydraulik Grundwasserstand, hydraulisches Gefälle, Durchflussrate, Injektionsdruck und berechnete Fließgeschwindigkeit Vermeidung hydraulischen Frackings, Dimensionierung von Injektionspumpen und Bestimmung realistischer Verweilzeiten.
Wirkung & Abbau Schadstoffe und Transformationsprodukte, Tracerverlauf, Verbrauch von Elektronendonatoren/-akzeptoren, mikrobielle Aktivität und ausgewählte funktionelle Gene Validierung vollständiger Abbauketten (z.B. Dechlorierung ohne schädliche Metabolitenakkumulation) und Reichweitenabsicherung.
Risikominimierung & Planungssicherheit

Wann ist eine großmaßstäbliche Aquifersimulation unverzichtbar?

Besonders bei komplexen geologischen Schichtenverhältnissen, geringmächtigen oder stark heterogenen Grundwasserleitern sowie anspruchsvollen Schadenslagen (wie CKW-DNAPLs, PFAS-Fahnen oder Mischkontaminationen) liefert das Modell unschätzbare Kostenvorteile. Durch die Vorab-Optimierung im Technikum werden Fehlbohrungen, hydraulische Kurzschlüsse und Fehldosierungen im Feld verlässlich ausgeschlossen.

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