Treatment of groundwater contaminated with benzene, MTBE, and ammonium by constructed wetlands

Abstract

In the present thesis, different pilot-scale horizontal subsurface-flow CW types (gravel CWs with different filter composition and a hydroponic plant root mat) have been tested for their potential to remediate groundwater contaminated with benzene, the gasoline additive methyl tert-butyl ether (MTBE), and ammonium at a field site. The performance evaluation comprised (i) the determination of contaminant specific removal efficiency based on season-dependent concentration decline, (ii) the investigation of the fate of the volatile organic compounds in the different CW types during summer and winter time based on a mass balance approach taking into account the main removal pathways volatilization, plant uptake and microbial degradation, and (iii) the hydraulic characterization of the CWs with regard to wetland type and operational mode.

In der vorliegenden Dissertation wurden verschiedene horizontal unterhalb der Oberfläche durchflossene CWs (bepflanzte Kiesfilter mit unterschiedlichen Filteradditiven und ein hydroponisches Versuchssystem, eine sogenannte hydroponische Wurzelmatte) im Pilotmaßstab und unter Feldbedingungen auf ihr Potential untersucht, mit Benzol, dem Benzinzusatzstoff Methyl tert-butyl Ether (MTBE) und Ammonium kontaminiertes Grundwasser zu reinigen. Die Leistungsbewertung umfasste folgende Schwerunkte: (i) die Bestimmung schadstoffspezifischer Reinigungsleistung basierend auf der erreichten Konzentrationsverringerung, (ii) die Untersuchung der Verteilung der flüchtigen organischen Schadstoffe (engl. volatile organic compounds, VOCs) im System Grundwasser-Boden-Pflanze-Atmosphäre basierend auf der Erstellung von Massenbilanzen, wobei die Prozesse Volatilisierung, Pflanzenaufnahme und mikrobieller Schadstoffabbau als die Haupt-Eliminierungspfade berücksichtigt wurden, und (iii) die hydraulische Charakterisierung der verschiedenen constructed wetlands, auch im Hinblick auf ihre Betriebsweise.