RADIONUKLIDE IM GRUND- UND TIEFENWASSER TRANSAQUA, 25.-27.11.2014

G. Büchel Institut für Geowissenschaften Friedrich-Schiller-Universität Jena

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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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Mikrobiologische Moderation?

K. Burow

Radon in Grundwasser-Aqiferen

Actinon Thoronn

K. Burow

Radon

Wasserverbrauch in Deutschland

Quelle: Umweltbundesamt

L/Einwohner am Tag in 2007 Deutschland: 122 NRW: 135 Thüringen: 87

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Gesamtverbrauch (a): 3.562.400.000 m³ Vgl.: Starnberger See 3.000.000.000 m³

70 % der Trinkwasserversorgung aus Grundwasser

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1,8 %

Verbrauch aller Einwohner Deutschland (a)

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R. Erhardt 2014

Morassina, prinzipieller Aufbau

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R. Erhardt 2014

Morassina, Eingang zum Humboldt-Verbruch

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

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

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

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)

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

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

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

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)

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

Verschiedene Zuflussbereiche 35

Kluft im Rhyolith, Karlshaller Bäderquelle

Klüfte im Mittleren Buntsandstein

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Randbedingungen Probenahme

AUFGABE 2 BEISPIEL BAD KREUZNACH

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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.