Untersuchungen zum Strömungsverhalten und zur Lösungskinetik von Gasen im Mehrphasensystem “Aquifer”

Kurzfassung

Die in situ -Sanierung von KW-belasteten Aquiferen durch Direktinjektion reaktiver Gase basiert auf heterogenen Lösungsreaktionen zwischen Komponenten der Gas- und Wasserphase und auf dem Vermögen des Aquifers, Gase im Porenraum zu speichern (∼ 10 % des Porenraumes).

Es werden die Grundgleichungen eines neuen kinetischen Modells (variable-volume-Modell) und die Ergebnisse der Säulenexperimente mit einem Ein-Komponenten-Gas zur Auflösungskinetik einer residualen Gasphase vorgestellt.

Anhand von großskaligen Gasinjektionsexperimenten wird ein konsistentes Bild über die Entwicklung des gasdurchströmten Kapillarnetzwerkes entwickelt: Der Vergleich aus gemessenem und nach dem Ein-Kugel-Modell abgeschätzten Kapillardruck zeigt, dass die Entwicklung des Kapillarnetzwerkes von Korngerüstumordnungen begleitet sein muss, da sonst die geringen Kapillardrücke nicht erklärbar sind. Die experimentell nachgewiesene Linearität zwischen Volumenstrom und dynamischem Gasvolumen bedeutet, dass eine Erhöhung des Volumenstromes eine Ausweitung des Kapillarnetzwerkes bewirkt.

Abstract

In situ remediation techniques like oxygen sparging, air sparging or bio sparging are based on mass transfer reactions between multi-component phases and use the ability of the aquifer to capture gas phases of significant amount (∼ 10 % of the pore space).

The governing equations of a new kinetic model (variable-volume model), and the results of column experiments on dissolution kinetics of a residual gas phase (one-component gas) are presented.

A consistent picture of the vertical gas flow, of the stability and extension of the capillary network used by the gas flow is derived from large-scale lab experiments on gas injection: The comparison between the measured capillary pressure and the calculated one due to the pore size distribution, which was derived from sieve analysis (single-sphere-model), shows that the formation of the capillary network is accompanied by particle rearrangement. Otherwise the small measured capillary pressure are not explainable.

The linearity between the gas flux and the dynamical gas phase volume proven by experiments means that an increase in the flux leads to an extension of the capillary network.