Labor-Säulenversuche zur Untersuchung von Clogging-Effekten im Grundwasserleiter—Einfluss von physikalischen An- und Ablagerungen, Gasblasen und biologischer Aktivität

Kurzfassung

Bei der direkten Infiltration von Oberflächenwasser in tiefer liegende Grundwasserleiter mithilfe von ASR-Brunnen (Aquifer Storage Recovery Well), durch die Wasser sowohl infiltriert als auch später wieder abgepumpt werden kann, entsteht das Problem, dass sich die Filterschichten und auch der Grundwasserleiter selbst im Laufe der Zeit zusetzen, wodurch die Infiltrationsleistung der Anlage abnimmt. Die Ursachen der Verstopfung sind im Wesentlichen physikalische An- und Ablagerung von Bodenpartikeln an der Aquifermatrix, geochemische Reaktionen, Gasblasenentwicklung und das Wachstum eines Biofilms. Als Folge der Prozesse wird der durchflossene Hohlraum und damit auch die Durchlässigkeit des Aquifers reduziert. Dieses wurde anhand von Laborversuchen an Bodensäulen untersucht. Des Weiteren wurde untersucht in wieweit die Durchlässigkeit durch Rückspülungen wieder verbessert werden kann. Die Versuchsergebnisse zeigten, dass bei der Infiltration von unbehandeltem Oberflächenwasser das biologische Wachstum den größten Einfluss auf die Durchlässigkeiten im Grundwasserleiter hat. An- und Ablagerungen von Partikeln haben demgegenüber nur einen relativ geringen Einfluss. Die Ablagerungen von Partikeln konnten durch Rückspülungen teilweise wieder entfernt werden. Dieses funktioniert nicht oder nur unter Einsatz großer Pumpenleistung bei Bildung eines Biofilmes. Die Luftblasenentwicklung im Grundwasserleiter ist nur in seltenen Fällen entscheidend, weil auch eine Rücklösung vom gasförmigen Zustand in den gelösten Zustand möglich ist, sodass bei längeren Infiltrationspausen die Gasblasen, die zuvor eingetragen wurden, wieder aufgelöst werden können.

Abstract

Artificial recharge of surface water into deep aquifers using ASR-wells (Aquifer Storage Recovery) which allow infiltration and pumping with the same well encounters the problem of clogging at the filter and nearby aquifer material. This results in a decrease of infiltration capacity.

The clogging effect is mainly caused by physical deposition of fine particles in the aquifer matrix, by geochemical reactions, air entrapment and growth of biofilms. The active pore volume is reduced by these processes and therefore the conductivity of the aquifer. A second aspect of the experiments was the investigation of the possibility of the redevelopment of the hydraulic conductivity by back-washing with clean water.

The results of the experiments show that the biological clogging process causes the largest reduction of the conductivity when using untreated surface water for infiltration. The influence of the deposition of particles, however, is relatively small.

The deposition of particles could be reversed partly by backwashing periods. A biofilm could only be removed employing large abstraction rates. Bubbles in the aquifer are not very important because they can dissolve especially during longer infiltration breaks.