Grundwasserchemie: praxisorientierter Leitfaden zur numerischen Modellierung von Beschaffenheit, Kontamination und Sanierung aquatischer Systeme
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| Language: | German |
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Berlin [u.a.]
Springer
2008
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| Edition: | 2. Aufl. |
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INHALTSVERZEICHNIS 1 THEORIE 1 1.1 GLEICHGEWICHTSREAKTIONEN 1 1.1.1
EINFUEHRUNG 1 1.1.2 THERMODYNAMISCHE GRUNDLAGEN 5 1.1.2.1
MASSENWIRKUNGSGESETZ 5 1.1.2.2 GIBBS'SCHE FREIE ENERGIE 7 1.1.2.3
GIBBS'SCHE PHASENREGEL 8 1.1.2.4 AKTIVITAET 9 1.1.2.5 IONENSTAERKE 9
1.1.2.6 AKTIVITAETSKOEFFIZIENTEN-BERECHNUNG 11 1.1.2.6.1.
IONENDISSOZIATIONSTHEORIE 11 1.1.2.6.2. IONENINTERAKTIONSTHEORIE 14
1.1.2.7 VERGLEICH IONENDISSOZIATIONS-IONENINTERAKTIONSTHEORIE 15 1.1.3
WECHSELWIRKUNGEN AN DER PHASENGRENZE GASFOERMIG-FLUESSIG 18 1.1.3.1
HENRY-GESETZ 18 1.1.4 WECHSELWIRKUNGEN AN DER PHASENGRENZE FEST-FLUESSIG
20 1.1.4.1 LOESUNG UND FAELLUNG 20 1.1.4.1.1. LOESLICHKEITSPRODUKT 20
1.1.4.1.2. SAETTIGUNGSINDEX 22 1.1.4.1.3. BEGRENZENDE MINERALPHASEN 24
1.1.4.2 SORPTION 26 1.1.4.2.1. HYDROPHOBE/HYDROPHILE STOFFE 27
1.1.4.2.2. IONENAUSTAUSCH 27 1.1.4.2.3. MATHEMATISCHE BESCHREIBUNG DER
SORPTION 33 1.1.5 WECHSELWIRKUNGEN IN DER FLUESSIGEN PHASE 38 1.1.5.1
KOMPLEXBILDUNG 38 1.1.5.2 REDOXPROZESSE 40 1.1.5.2.1. MESSUNG DES
REDOXPOTENTIALS 40 1.1.5.2.2. BERECHNUNG DES REDOXPOTENTIALS 41
1.1.5.2.3. DARSTELLUNG IN PRAEDOMINANZDIAGRAMMEN 45 1.1.5.2.4.
REDOXPUFFER 50 1.1.5.2.5. BEDEUTUNG VON REDOXREAKTIONEN 50 1.2
REAKTIONSKINETIK 53 1.2.1 REAKTIONSKINETIK VERSCHIEDENER CHEMISCHER
PROZESSE 53 1.2.1.1 HALBWERTSZEITEN 53 VIII INHALTSVERZEICHNIS 1.2.1.2
KINETIK DER MINERALLOESUNG 54 1.2.2 BERECHNUNG DER
REAKTIONSGESCHWINDIGKEIT 55 1.2.2.1 FOLGEREAKTIONEN 57 1.2.2.2
PARALLELREAKTIONEN 57 1.2.3 EINFLUESSE AUF DIE REAKTIONSGESCHWINDIGKEIT
57 1.2.4 EMPIRISCHE LOESUNGSANSAETZE FUER KINETISCH KONTROLLIERTE
REAKTIONEN .59 1.3 REAKTIVER STOFFTRANSPORT 62 1.3.1 EINFUEHRUNG 62 1.3.2
STROEMUNGSMODELLE 62 1.3.3 TRANSPORTMODELLE 63 1.3.3.1 BEGRIFFSDEFINITION
63 1.3.3.2 IDEALISIERTE TRANSPORT VERHAELTNISSE 64 1.3.3.3 REALE
TRANSPORRVERHAELTNISSE 66 1.3.3.3.1. AUSTAUSCH IN AQUIFEREN MIT DOPPELTER
POROSITAET 67 1.3.3.4 NUMERISCHE METHODEN DER TRANSPORTMODELLIERUNG 69
1.3.3.4.1. FINITE DIFFERENZEN/FINITE ELEMENTE METHODE 69 1.3.3.4.2.
GEKOPPELTE VERFAHREN 71 2 HYDROGEOCHEMISCHE MODELLIERUNGSPROGRAMME 75
2.1 ALLGEMEINES 75 2.1.1 LOESUNGSCODES DER PROGRAMME 75 2.1.2 PROGRAMME
AUF BASIS FREIE-BILDUNGSENTHALPIEN-VERFAHREN 78 2.1.3 PROGRAMME AUF
BASIS GLEICHGEWICHTSKONSTANTEN-VERFAHREN 78 2.1.3.1 PHREEQC 79 2.1.3.2
EQ 3/6 80 2.1.4 THERMODYNAMISCHE DATENSAETZE 82 2.1.4.1 ALLGEMEINES 82
2.1.4.2 AUFBAU THERMODYNAMISCHER DATENSAETZE 85 2.1.5 PROBLEME UND
FEHLERQUELLEN VON MODELLIERUNGEN 87 2.2 ANWENDUNG VON PHREEQC 92 2.2.1
STRUKTUR VON PHREEQC MIT GRAPHISCHER BENUTZEROBERFLAECHE 92 2.2.1.1 INPUT
94 2.2.1.2 DATABASE 103 2.2.1.3 OUTPUT 104 2.2.1.4 GRID 105 2.2.1.5
CHART 105 2.2.2 EINFUEHRUNGSBEISPIELE FUER PHREEQC-MODELLIERUNGEN 105
2.2.2.1 GLEICHGEWICHTSREAKTIONEN 105 2.2.2.1.1. BEISPIEL LA:
STANDARD-OUTPUT - MEERWASSERANALYSE 106 2.2.2.1.2. BEISPIEL LB:
GLEICHGEWICHTSREAKTION - GIPSLOESUNG 108 2.2.2.1.3. BEISPIEL LC:
GLEICHGEWICHTSREAKTION-CALCITLOESUNG MITCO 2 110 2.2.2.1.4. BEISPIEL LD:
UNSICHERHEITEN IN DER MODELLIERUNG- LJUNGSKILE 112 INHALTSVERZEICHNIS IX
2.2.2.2 EINFUEHRUNGSBEISPIELE ZUR SORPTION 115 2.2.2.3
EINFUEHRUNGSBEISPIELE ZUR KINETIK 123 2.2.2.3.1. DEFINITION VON
REAKTIONSRATEN 124 2.2.2.3.2. BASIC INNERHALB VON PHREEQC 127 2.2.2.4
EINFUHRUNGSBEISPIEL ZUR ISOTOPENFRAKTIONIERUNG 132 2.2.2.5
EINFUHRUNGSBEISPIEL ZUM REAKTIVEN STOFFTRANSPORT 136 2.2.2.5.1.
EINFACHER 1D TRANSPORT: SAEULENEXPERIMENT 136 2.2.2.5.2. 1D TRANSPORT,
VERDUENNUNG UND OBERFLAECHENKOMPLEXIERUNG IN EINEM STILLGELEGTEN
URAN-BERGWERK 140 2.2.2.5.3. 3D STOFFTRANSPORT MIT PHAST 145 3 AUFGABEN
151 3.1 GLEICHGEWICHTSREAKTIONEN 153 3.1.1 GRUNDWASSER - LITHOSPHAERE 153
3.1.1.1 STANDARD-OUTPUT BRUNNENANALYSE 153 3.1.1.2
GLEICHGEWICHTSREAKTION GIPSLOESUNG 154 3.1.1.3 UNGLEICHGEWICHTSREAKTION
GIPSLOESUNG 154 3.1.1.4 TEMPERATURABHAENGIGKEI T DER GIPSLOESUNG IN
BRUNNENWASSER 154 3.1.1.5 TEMPERATURABHAENGIGKEIT GIPSLOESUNG IN
DESTILLIERTEM WASSER. 155 3.1.1.6 CALCITLOESUNG IN ABHAENGIGKEIT VON
TEMPERATUR UND CO 2 - PARTIAL DRUCK 155 3.1.1.7 CALCITFAELLUNG UND
DOLOMITLOESUNG 155 3.1.1.8 VERGLEICH DER CALCITLOESUNG IM OFFENEN UND
GESCHLOSSENEN SYSTEM 155 3.1.1.9 PYRITVERWITTERUNG 156 3.1.2 ATMOSPHAERE
- GRUNDWASSER- LITHOSPHAERE 157 3.1.2.1 REGENWASSERINFILTRATION UNTER DEM
EINFLUSS DES BODEN-C0 2 .157 3.1.2.2 PUFFER SYSTEME IM BODEN 157
3.1.2.3 ABSCHEIDUNG AN HEISSEN SCHWEFEL-QUELLEN 157 3.1.2.4
STALAGTITBILDUNG IN KARSTHOEHLEN 158 3.1.2.5 EVAPORATION 159 3.1.3
GRUNDWASSER 160 3.1.3.1 PE-PH-DIAGRAMM FUER DAS SYSTEM EISEN 160 3.1.3.2
AENDERUNGEN IM FE-PE-PH-DIAGRAMM BEI ANWESENHEIT VON KOHLENSTOFF BZW.
SCHWEFEL 163 3.1.3.3 AENDERUNG DER URANSPEZIES IN ABHAENGIGKEIT VOM
PH-WERT 163 3.1.4 HERKUNFT DES GRUNDWASSERS 164 3.1.4.1 FOERDERUNG
FOSSILEN GRUNDWASSERS IN ARIDEN GEBIETEN 166 3.1.4.2
SALZWASSER-/SUESSWASSER-INTERFACE 167 3.1.5 ANTHROPOGENE NUTZUNG VON
GRUNDWASSER 168 3.1.5.1 PROBENAHME: CA-BESTIMMUNG DURCH TITRATION MIT
EDTA 168 3.1.5.2 KOHLENSAEURE-AGGRESSIVITAET 169 3.1.5.3
WASSERAUFBEREITUNG DURCH BELUEFTUNG - BRUNNENWASSER 169 3.1.5.4
WASSERAUFBEREITUNG DURCH BELUEFTUNG - SCHWEFELQUELLE 169
INHALTSVERZEICHNIS 3.1.5.5 VERSCHNEIDEN VON WAESSERN 170 3.1.6 SANIERUNG
VON GRUNDWASSER 171 3.1.6.1 NITRATREDUKTION MIT METHANOL 171 3.1.6.2
FE(0)-WAENDE 171 3.1.6.3 PH-ANHEBUNG MIT KALK 171 3.2 REAKTIONSKINETIK
172 3.2.1 PYRITVERWITTERUNG 172 3.2.2 QUARZ-FELDSPAT-LOESUNG 172 3.2.3
ABBAU ORGANISCHER SUBSTANZ IM GRUNDWASSERLEITER UNTER REDUKTION
REDOXSENSITIVER ELEMENTE (FE, AS, U, CU, MN, S) 173 3.2.4 TRITIUM-ABBAU
IN DER UNGESAETTIGTEN ZONE 174 3.3 REAKTIVER STOFFTRANSPORT 178 3.3.1
LYSIMETER 178 3.3.2 QUELLAUSTRITT KARSTQUELLE 178 3.3.3 VERKARSTUNG
(KORROSION EINER KLUFT) 179 3.3.4 PH-ANHEBUNG EINES SAUREN GRUBENWASSERS
180 3.3.5 IN-SITU LEACHING 181 3.3.6 3D STOFFTRANSPORT - URAN UND ARSEN
KONTAMINATIONSFAHNC 183 4 LOESUNGEN 185 4.1 GLEICHGEWICHTSREAKTIONEN 185
4.1.1 GRUNDWASSER- LITHOSPHAERE 185 4.1.1.1 STANDARD-OUTPUT
BRUNNENANALYSE 185 4.1.1.2 GLEICHGEWICHTSREAKTION GIPSLOESUNG 187 4.1.1.3
UNGLEICHGEWICHTSREAKTION GIPSLOESUNG 188 4.1.1.4 TEMPERATURABHAENGIGKEIT
DER GIPSLOESUNG IN BRUNNENWASSER 188 4.1.1.5 TEMPERATURABHAENGIGKEIT
GIPSLOESUNG IN DESTILLIERTEM WASSER. 189 4.1.1.6 CALCITLOESUNG IN
ABHAENGIGKEIT VON TEMPERATUR UND CO 2 - PARTIALDRUCK 189 4.1.1.7
CALCITFAELLUNG UND DOLOMITLOESUNG 190 4.1.1.8 VERGLEICH DER CALCITLOESUNG
IM OFFENEN UND GESCHLOSSENEN SYSTEM 191 4.1.1.9 PYRITVERWITTERUNG 192
4.1.2 ATMOSPHAERE - GRUNDWASSER - LITHOSPHAERE 194 4.1.2.1
REGENWASSERINFILTRATION UNTER DEM EINFLUSS DES BODEN-CO 2 .194
4.1.2.2 PUFFERSYSTEME IM BODEN 194 4.1.2.3 ABSCHEIDUNG AN HEISSEN
SCHWEFEL-QUELLEN 194 4.1.2.4 STALAGITBILDUNG IN KARSTHOEHLEN 195 4.1.2.5
EVAPORATION 196 4.1.3 GRUNDWASSER 197 4.1.3.1 PE-PH-DIAGRAMM FUER DAS
SYSTEM EISEN 197 4.1.3.2 AENDERUNGEN IM FE-PE-PH-DIAGRAMM BEI ANWESENHEIT
VON KOHLENSTOFF BZW. SCHWEFEL 197 4.1.3.3 AENDERUNG DER URANSPEZIES IN
ABHAENGIGKEIT VOM PH-WERT 200 INHALTSVERZEICHNIS XI 4.1.4 HERKUNFT DES
GRUNDWASSERS 201 4.1.4.1 FOERDERUNG FOSSILEN GRUNDWASSERS IN ARIDEN
GEBIETEN 201 4.1.4.2 SALZWASSER-/SUESSWASSER-INTERFACE 202 4.1.5
ANTHROPOGENE NUTZUNG VON GRUNDWASSER 203 4.1.5.1 PROBENAHME:
CA-TITRATION MIT EDTA 203 4.1.5.2 KOHLENSAEURE-AGGRESSIVITAET 204 4.1.5.3
WASSERAUFBEREITUNG DURCH BELUEFTUNG - BRUNNENWASSER 204 4.1.5.4
WASSERAUFBEREITUNG DURCH BELUEFTUNG - SCHWEFELQUELLE 204 4.1.5.5
VERSCHNEIDEN VON WAESSERN 206 4.1.6 SANIERUNG VON GRUNDWASSER 207 4.3.6.1
NITRATREDUKTION MIT METHANOL 207 4.1.6.2 FE-WAENDE. 208 4.1.6.3
PH-ANHEBUNG MIT KALK 209 4.2 REAKTIONSKINETIK , 210 4.2.1
PYRITVERWITTERUNG 210 4.2.2 QUARZ-FELDSPAT-LOESUNG 212 4.2.3 ABBAU
ORGANISCHER SUBSTANZ IM GRUNDWASSERLEITER UNTER REDUKTION
REDOXSENSITIVER ELEMENTE (FE, AS, U, CU, MN, S) 214 4.2.4 TRITIUM-ABBAU
IN DER UNGESAETTIGTEN ZONE 217 4.3 REAKTIVER STOFFTRANSPORT 218 4.3.1
LYSIMETER 218 4.3.2 QUELLAUSTRITT KARSTQUELLE 219 4.3.3 VERKARSTUNG
(KORROSION EINER KLUFT) 220 4.3.4 PH-ANHEBUNG EINES SAUREN GRUBENWASSERS
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