Hydrogeochemische Modellierung kinetisch angetriebener Reaktionssysteme
Ableitung der Reaktivität von organisch gebundenem Kohlenstoff in redoxzonierten Grundwasserleitern
In vielen Wassergewinnungsgebieten wird die chemische Beschaffenheit der Grund- und Rohwässer entscheidend durch die Reaktion von organisch gebundenem Kohlenstoff (OC) mit den im Grundwasser gelösten Oxidationsmitteln, Nitrat und Sulfat beeinflusst. Die Redoxreaktionen zwischen dem Reduktionsmittel OC und den Oxidationsmitteln folgen zwar thermodynamischen Gesetzmäßigkeiten, sind aber kinetisch gehemmt. Um die Entwicklung der Grund- und Rohwasserqualität mithilfe eines reaktiven Stofftransportmodells berechnen zu können, muss die Reaktionskinetik des organisch gebundenen Kohlenstoffs berücksichtigt werden.
Am Beispiel des Wassergewinnungsgebietes Forstwald (Krefeld) wird praxisnah gezeigt, wie die Reaktionskinetik von OC aus routinemäßig durch den Wasserversorger erhobenen Daten zur Grundwasserbeschaffenheit abgeleitet und in ein reaktives Stofftransportmodell (PhreeqC) implementiert werden kann. Die chemisch-thermodynamisch basierte Berechnung der Verteilung aquatischer Spezies im Gleichgewicht mit Mineral- und Gasphasen wird mit einer doppelten Michaelis-Menten-Kinetik für den oxidativen Abbau feststoffgebundener organischer Kohlenstoffverbindungen gekoppelt. Anhand von Messwerten zur räumlich-zeitlichen Entwicklung der Grundwasserbeschaffenheit wird der Ansatz auf Plausibilität geprüft.