TY - THES

T1 - Modellierung von Grundwasserströmung und reaktivem Stofftransport im mit PFAS kontaminierten Aquifer Westliches Leibnitzer Feld, Steiermark und Ableitung von Sanierungsvarianten

AU - Moderegger, Richard

N1 - nicht gesperrt

PY - 2024

Y1 - 2024

N2 - Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der PFAS-Belastung im Porengrundwasserleiter Westliches Leibnitzer Feld, Steiermark, welche mit hoher Wahrscheinlichkeit vom Standort der Feuerwehr- und Zivilschutzschule Steiermark in Lebring - Sankt Margarethen ausgeht. Dabei steht die Modellierung der Grundwasserströmung und des PFAS-Transports im betroffenen Gebiet im Mittelpunkt. Ein für den Untersuchungsraum bereits etabliertes Grundwassermodell zeigte Abweichungen zwischen der damals berechneten Grundwasserströmungsrichtung und der gemessenen PFAS-Schadstofffahne. Für das bestehende Grundwassermodell wurde daher der Einfluss der Modellparameter auf die Grundwasserströmung herausgearbeitet. Die Ergebnisse zeigen, dass insbesondere die Leckage der Mur im Raum Lebring sowie eine mögliche Anisotropie der Durchlässigkeit deutliche Auswirkungen auf die Grundwasserströmungsrichtung haben. Durch aus geologischer Sicht vertretbare Anpassungen lässt sich bei einer geringfügigen Erhöhung des Modellfehlers bezogen auf die Grundwasserspiegelhöhen eine deutlich bessere Übereinstimmung der Grundwasserströmungsrichtung mit der Ausbreitung der Schadstofffahne erreichen. Zudem wurde der zeitliche Rahmen bis in das Jahr 2023 erweitert. In weiterer Folge wurde der chemische Fingerabdruck der Kontamination untersucht. PFOS, PFHxS, PFPeA und PFHxA stellen die Hauptkontaminanten dar. Während die Ausbreitung von PFOS und PFHxS über die gesamte Fahnenlänge nachweisbar ist, beschränkt sich die Belastung mit PFPeA und PFHxA auf den Quellennahbereich. Mögliche Gründe sind eine Verlangsamung der Ausbreitung durch eine höhere Adsorption von PFPeA und PFHxA, oder aber eine spätere Freisetzung dieser beiden PFAS. Für die Hauptkontaminanten wurde der reaktive Stofftransport an die Grundwasserströmung gekoppelt und für verschiedene Adsorptionskoeffizienten modelliert. Die Ergebnisse erlauben die Ableitung eines standortspezifischen und von der Quellenkonzentration unabhängigen linearen Zusammenhangs zwischen der Höhe des Adsorptionskoeffizienten und der Ausbreitungsgeschwindigkeit der PFAS. Darüber hinaus zeigt das reaktive Stofftransportmodell qualitativ gute Übereinstimmungen mit der gemessenen Schadstoffausbreitung. Abschließend wurden einige mögliche Sanierungs- und Sicherungsvarianten beleuchtet und zudem für ausgewählte Methoden die Kosten anhand von Fallbeispielen eingeordnet. Auf Basis einer überschlägigen Berechnung und Modellierung können zwei mögliche Sperrbrunnenanordnungen mit den dafür nötigen Förderraten vorgestellt werden. Die Ergebnisse dieser Arbeit liefern somit einen wertvollen Beitrag zur Erstellung eines Standortmodells und unterstützen zukünftige Sanierungsambitionen.

AB - Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der PFAS-Belastung im Porengrundwasserleiter Westliches Leibnitzer Feld, Steiermark, welche mit hoher Wahrscheinlichkeit vom Standort der Feuerwehr- und Zivilschutzschule Steiermark in Lebring - Sankt Margarethen ausgeht. Dabei steht die Modellierung der Grundwasserströmung und des PFAS-Transports im betroffenen Gebiet im Mittelpunkt. Ein für den Untersuchungsraum bereits etabliertes Grundwassermodell zeigte Abweichungen zwischen der damals berechneten Grundwasserströmungsrichtung und der gemessenen PFAS-Schadstofffahne. Für das bestehende Grundwassermodell wurde daher der Einfluss der Modellparameter auf die Grundwasserströmung herausgearbeitet. Die Ergebnisse zeigen, dass insbesondere die Leckage der Mur im Raum Lebring sowie eine mögliche Anisotropie der Durchlässigkeit deutliche Auswirkungen auf die Grundwasserströmungsrichtung haben. Durch aus geologischer Sicht vertretbare Anpassungen lässt sich bei einer geringfügigen Erhöhung des Modellfehlers bezogen auf die Grundwasserspiegelhöhen eine deutlich bessere Übereinstimmung der Grundwasserströmungsrichtung mit der Ausbreitung der Schadstofffahne erreichen. Zudem wurde der zeitliche Rahmen bis in das Jahr 2023 erweitert. In weiterer Folge wurde der chemische Fingerabdruck der Kontamination untersucht. PFOS, PFHxS, PFPeA und PFHxA stellen die Hauptkontaminanten dar. Während die Ausbreitung von PFOS und PFHxS über die gesamte Fahnenlänge nachweisbar ist, beschränkt sich die Belastung mit PFPeA und PFHxA auf den Quellennahbereich. Mögliche Gründe sind eine Verlangsamung der Ausbreitung durch eine höhere Adsorption von PFPeA und PFHxA, oder aber eine spätere Freisetzung dieser beiden PFAS. Für die Hauptkontaminanten wurde der reaktive Stofftransport an die Grundwasserströmung gekoppelt und für verschiedene Adsorptionskoeffizienten modelliert. Die Ergebnisse erlauben die Ableitung eines standortspezifischen und von der Quellenkonzentration unabhängigen linearen Zusammenhangs zwischen der Höhe des Adsorptionskoeffizienten und der Ausbreitungsgeschwindigkeit der PFAS. Darüber hinaus zeigt das reaktive Stofftransportmodell qualitativ gute Übereinstimmungen mit der gemessenen Schadstoffausbreitung. Abschließend wurden einige mögliche Sanierungs- und Sicherungsvarianten beleuchtet und zudem für ausgewählte Methoden die Kosten anhand von Fallbeispielen eingeordnet. Auf Basis einer überschlägigen Berechnung und Modellierung können zwei mögliche Sperrbrunnenanordnungen mit den dafür nötigen Förderraten vorgestellt werden. Die Ergebnisse dieser Arbeit liefern somit einen wertvollen Beitrag zur Erstellung eines Standortmodells und unterstützen zukünftige Sanierungsambitionen.

KW - PFAS

KW - Feuerwehrschule Lebring

KW - Feuerlöschschäume

KW - Leibnitzer Feld

KW - Grundwassermodell

KW - Stofftransportmodell

KW - Altlastensanierung

KW - Adsorption

KW - PFAS

KW - firefighting training site Lebring

KW - AFFF

KW - Leibnitzer Feld

KW - groundwater flow model

KW - contaminant transport model

KW - site remediation

KW - adsorption

U2 - 10.34901/mul.pub.2024.062

DO - 10.34901/mul.pub.2024.062

M3 - Masterarbeit

ER -