Verontreinigingstransport in grondwater

Verontreinigingstransport beschrijft hoe opgeloste en niet-mengbare verontreinigende stoffen zich verplaatsen en verspreiden in grondwater door advectie, dispersie, en chemische en biologische processen.

Definition

Verontreinigingstransport in grondwater is de beweging en het lot van opgeloste of niet-mengbare verontreinigende stoffen in de ondergrond, beheerst door advectie met het stromende water, hydrodynamische dispersie, en chemische en biologische reacties die ze vertragen of transformeren.

Scope

Dit onderwerp behandelt het fysieke transport van opgeloste stoffen door advectie en dispersie, de vertraging en afbraak van verontreinigende stoffen door sorptie en reactie, het gedrag van niet-waterige fasevloeistoffen, en de basis voor het voorspellen van pluimen en sanering. Het past grondwaterstroming toe op de beweging van opgeloste en niet-mengbare verontreinigende stoffen.

Core questions

• Hoe bepalen advectie en dispersie de beweging van een verontreinigingspluim?
• Hoe vertragen en verzwakken sorptie en afbraak verontreinigende stoffen?
• Hoe gedragen niet-waterige fasevloeistoffen zich anders dan opgeloste stoffen?
• Hoe worden pluimen voorspeld en aquifers gesaneerd?

Key concepts

• Advectie en kwelsnelheid
• Hydrodynamische dispersie en diffusie
• Advectie-dispersievergelijking
• Sorptie en retardatiefactor
• Biodegradatie en natuurlijke verzwakking
• Niet-waterige fasevloeistoffen (NAPL's)

Key theories

Advectie-dispersievergelijking

Opgelost-stoffentransport wordt gemodelleerd door advectie bij de gemiddelde grondwatersnelheid te combineren met hydrodynamische dispersie en diffusie, wat resulteert in de advectie-dispersievergelijking die voorspelt hoe pluimen zich in de loop van de tijd verspreiden.

Vertraging en verzwakking

Sorptie aan aquifer-vaste stoffen vertraagt reactieve verontreinigende stoffen ten opzichte van het water, terwijl biodegradatie en andere reacties ze verzwakken, processen die centraal staan bij het voorspellen van de pluimlengte en bij natuurlijke en technische sanering.

Mechanisms

Een opgeloste verontreinigende stof wordt meegevoerd door de gemiddelde grondwaterstroming (advectie) terwijl deze zich verspreidt door mechanische dispersie, aangezien stroompaden variëren door het poriënnetwerk, en moleculaire diffusie. Reactieve verontreinigende stoffen verdelen zich over aquifer-vaste stoffen door sorptie, wat ze vertraagt ten opzichte van het water (retardatie), en kunnen worden getransformeerd door chemische of microbiële reacties; niet-mengbare vloeistoffen vormen afzonderlijke fasen die fungeren als langetermijnbronnen.

Clinical relevance

Inzicht in verontreinigingstransport is essentieel voor het beoordelen van risico's voor drinkwatervoorzieningen, het afbakenen en voorspellen van verontreinigingspluimen van lekkages, stortplaatsen en landbouw, het ontwerpen van monitoringsnetwerken en saneringssystemen, en het evalueren van natuurlijke verzwakking als saneringsstrategie.

History

De theorie van verontreinigingstransport putte uit het advectie-dispersiekader dat in de jaren zeventig door Bear en anderen werd geformaliseerd; de toenemende bezorgdheid over grondwaterverontreiniging vanaf de jaren zeventig maakte verontreinigingshydrogeologie tot een belangrijk vakgebied, uitgebreid tot sorptie, biodegradatie en het complexe gedrag van dichte en lichte niet-waterige fasevloeistoffen.

Debates

Schaalafhankelijkheid van dispersiviteit

Veldgemeten dispersiviteit neemt doorgaans toe met de observatieschaal vanwege aquiferheterogeniteit, wat aanleiding geeft tot discussie over de vraag of de klassieke advectie-dispersievergelijking met constante dispersiviteit het transport op veldschaal adequaat weergeeft.

Key figures

• Jacob Bear
• John A. Cherry
• C. W. Fetter

Seminal works

• freeze1979
• bear1979
• fetter1999

Frequently asked questions

Waarom verspreidt een verontreinigingspluim zich naarmate deze beweegt?

Naast het meevoeren door de gemiddelde stroming, verspreidt de verontreinigende stof zich doordat water vele kronkelige paden met verschillende snelheden door de poriën volgt (mechanische dispersie) en door moleculaire diffusie, zodat de pluim in omvang toeneemt en de concentraties stroomafwaarts verdunnen.

Wat is een NAPL?

Een niet-waterige fasevloeistof is een verontreinigende stof zoals olie of een gechloreerd oplosmiddel dat niet gemakkelijk met water mengt; NAPL's bewegen als een afzonderlijke fase en kunnen tientallen jaren aanhouden, langzaam oplossen en fungeren als langetermijnbronnen van grondwaterverontreiniging.