Geohydromodellierung

Reactions in Porous Media

Das wesentliche Ziel der DFG Forschergruppe "Reactions in Porous Media" ist die Untersuchung und Analyse von massentransferlimitierten reaktiven Prozessen im Grundwasser auf unterschiedlichen räumlichen und zeitlichen Skalen, wie z.B. die Lösung nichtwässriger flüssiger Phasen (non-aqueous phase liquids, NAPL) über NAPL-WasserKontaktflächen oder mikrobiell induzierte und durch transversale Mischungsprozesse von Reaktionspartnern am Fahnenrand limitierte Abbauprozesse organischer Schadstofffahnen.

Im Fokus des Teilprojekts der CAU Kiel stand dabei die numerische unterstützte Evaluierung von Durchfluss-Tankexperimenten konservativer und reaktiver Tracer in künstlichen Sandaquiferen im Labormaßstab zur Ermittlung transversaler Dispersivitäten. Dabei wurden mit Hilfe des OpenGeoSys Codes (OGS) hochaufgelöste numerische Simulationen synthetischer Tankexperimente, durchgeführt, bei denen alle Parameter (Porosität, hydraulische Leitfähigkeit, longitudinale und transversale Dispersivitäten, etc.) a priori bekannt sind, um häufig verwendete Ansätze zur Parameterbestimmung zu testen und zu bewerten. Sensitivitätsstudien wurden mit Hilfe des numerischen Modells durchgeführt, um das experimentelle Setup von Labor-Tankexperimenten zu optimieren, die anschließend in Zusammenarbeit mit dem Zentrum für Angewandte Geowissenschaften (Eberhard Karls Universität Tübingen) durchgeführt wurden, um den Transport und das Quervermischunsgverhalten konservativer Tracer in homogenen und heterogenen porösen Medien bei unterschiedlichen Fließgeschwindigkeiten zu untersuchen.

Weiterhin wurden im Rahmen des Teilprojekts der CAU Kiel modellbasierte Auswertungen und Interpretationen von reaktiven Transportexperimenten zum mikrobiellen Abbau aromatischer Kohlenwasserstoffe vorgenommen, die am Deutschen Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt (Helmholtz Zentrum München) durchgeführt wurden. Hierzu wurde der OGS Code um die Isotopenfraktionierung beim mikrobiellen Stoffwechsel als neuem Reaktionsprozess und eine MPI-Parallelisierung des OGS-Reaktionskernels erweitert, um die Recheneffizienz des Codes für reaktive Transportsimulationen zu erhöhen. Numerische Modellierung wurde als Werkzeug zur Auswertung eines transienten 75 Tage langen Experiments zum dispersionslimitierten aeroben / anaeroben Abbau von Toluol und Deuterium-markiertem Ethylbenzol durch miteinander konkurrierende aerobe und anaerobe (denitrifizierende) Mikroorganismen angewendet. Die Reproduktion der gemessen Toluol- und Ethylbenzolkonzentrationen sowie der Isotopenfraktionierungsmuster durch das numerische Modell ermöglichte ein besseres Verständnis der räumlich-zeitlichen Schwerpunkte der aeroben und anaeroben Abbauaktivitäten und –kinetiken der beiden in Konkurrenz stehenden Bakterienstränge.

Projektpartner:

  • Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
  • Eberhard Karls Universität Tübingen
  • Helmholtz Zentrum München

Projektlaufzeit:

Juli 2008 – Juni 2011

Förderung:

Diese Arbeit ist eine Kooperation in der Forschergruppe ‘‘Reactions in Porous Media’’ (FOR 525/2) gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft.

Projektwebsite:

http://gepris.dfg.de/gepris/projekt/5470602

 

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