Freisetzung und Transport von polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen aus / in kontaminiertem Bodenmaterial:Säulenversuche und Lysimeterstudie

Release and Transport of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons out of /in Contaminated Soil Material: Column Experiments and Lysimeter Studies

Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) stellen ein besonderes Risiko für Mensch und Umwelt dar. Auf zahlreichen Flächen, vor allem ehemaligen Industriestandorten wie Gas- und Teerwerken, finden sich mit PAK kontaminierte Böden. Mit Hilfe von Säulen- und Lysimeterversuchen wird in dieser Arbeit der Einfluß der Temperatur sowie Fließgeschwindigkeit und Ionenstärke der Perkolationslösung auf die Freisetzung und den Transport von PAK unter wassergesättigten Bedingungen untersucht. UntersPolyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) stellen ein besonderes Risiko für Mensch und Umwelt dar. Auf zahlreichen Flächen, vor allem ehemaligen Industriestandorten wie Gas- und Teerwerken, finden sich mit PAK kontaminierte Böden. Mit Hilfe von Säulen- und Lysimeterversuchen wird in dieser Arbeit der Einfluß der Temperatur sowie Fließgeschwindigkeit und Ionenstärke der Perkolationslösung auf die Freisetzung und den Transport von PAK unter wassergesättigten Bedingungen untersucht. Untersuchungsmaterial ist ein sandig-lehmiger Schluff, der mit Mineralöl und PAK belastet ist. In ihrem grundsätzlichen Aufbau entsprechen die Säulenversuche den Anforderungen der Vornorm prEN 14405 [CEN, 2002] und den Entwürfen DIN V 19736:2001-11 [DIN, 2001] sowie ISO/TC190WG6 [ISO, 2001]. Säulenexperimente wurden bei 15 und 25 °C mit zwei unterschiedlichen Fließgeschwindigkeiten und Flußunterbrechungen zur Identifizierung ratenlimierter Freisetzung durchgeführt. Um den Einfluß der Ionenstärke zu prüfen, wurde mit NaClO4-Lösung (0,02 mol/L, stellvertretend für eine Bodenlösung) und entsalztem Wasser (nach den Vorschriften der Normenentwürfe bzw. stellvertretend für Regenwasser) perkoliert. Die Lysimeterstudie stand unter natürlichem Temperaturregime des Versuchsortes Bayreuth. Von sonstigen atmosphärischen Einflüssen abgeschirmt, wurde das Lysimeter mit den gleichen Perkolationslösungen, die für die Säulenversuche Verwendung fanden, künstlich beregnet. Als bedeutsam für PAK-Transport und -Freisetzung erwies sich die Temperaturerhöhung um 10 °C. Bei hohen Fließgeschwindigkeiten stiegen die Konzentration im Eluat und die Quellstärke toxischer und cancerogener PAK um bis zu 500 % an. Damit erweist sich die in den Normentwürfen festgelegte Temperaturspanne für Säulenexperimente als zu groß. Noch weit stärker wirkt sich der Wechsel der Perkolationslösungen aus. Perkolation mit entsalztem Wasser führte bei hohen Fließgeschwindigkeiten, wie sie etwa bei Starkregenereignissen zu erwarten sind, zu einem Anstieg der Kolloidfreisetzung und der Eluatkonzentration und Quellstärke aller betrachteten PAK. Hervorzuheben ist hier die Zunahme von cancerogenem und für Wasserorganismen hochtoxischem BaPYR und Bbjk-FLA um den Faktor 400 bei hoher Fließgeschwindigkeit. Generell scheint sich mit höherer Fließgeschwindigkeit auch die Quellstärke zu erhöhen. Ergebnisse des Lysimeterversuches und der Säulenexperimente sprechen dafür, daß sich unter den gewählten experimentellen Bedingungen der PAK-Austrag fast ausschließlich auf Kolloide bzw. Partikel mit einem Durchmesser größer 0,7 Mikrometer beschränkt und DOC als Lösungsvermittler eine geringe Rolle spielt. Ratenlimitierte Freisetzung konnte in den Säulenexperimenten für DOC, nicht jedoch für PAK nachgewiesen werden.show moreshow less
Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) represent a notable risk for man and environment. PAH contaminated soils are often found on former industrial sites, mainly those which housed gasworks or tar plants. In the present study, the effects of temperature, flow velocity and ionic strength on the release of PAHs were investigated by column experiments under saturated flow and by lysimeter studies. The PAH and oil polluted substrate used for the experiments was characterized as sandy-loamy silt. SPolycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) represent a notable risk for man and environment. PAH contaminated soils are often found on former industrial sites, mainly those which housed gasworks or tar plants. In the present study, the effects of temperature, flow velocity and ionic strength on the release of PAHs were investigated by column experiments under saturated flow and by lysimeter studies. The PAH and oil polluted substrate used for the experiments was characterized as sandy-loamy silt. Soil column experiments were conducted according to prEN 14405 [CEN, 2002], DIN V 19736:2001-11 [DIN, 2001] and ISO/TC190WG6 [ISO, 2001]. Column experiments were run with two different flow velocities at 15 and 25 °C and flow was interrupted to identify rate limited release of PAHs. To investigate the influence of ionic strength on PAH release, a solution of 0.02 mol/L NaClO4 and de-ionized water (according to DIN-standard) were used. Thereby the NaClO4 solution and de-ionized water served as model for soil water and meteoric water, respectively. Lysimeter studies were conducted in Bayreuth under a natural temperature regime. Lysimeters were insulated from other atmospheric effects. Solutions for percolation were the same as in the soil column experiments. A significant effect on PAH release was detected when rising temperature by 10°C. High flow velocities caused an increase in the PAH emission rate and the concentration of toxic and carcinogenic PAHs in the eluate by a factor of five. Therefore the proposed range of temperature in the above-mentioned norm concepts is unreasonable. Even more concern raised the enormous increase in PAH and colloid release under conditions of high flow velocity in combination with de-ionized water, which are representative for intense rainfall and should thus be considered in prediction scenarios. Especially concentrations and release rates of BaPYR und Bbjk-FLA, which are carcinogenic and highly toxic to aquatic organisms, increased by a factor of four hundred. Generally, high flow velocity seemed to enhance the PAH release rate. Results of the lysimeter studies indicated that under the chosen conditions PAH release was mainly bound to colloids or particles with a diameter greater than 0.7 micrometre. The effect of DOC as a solubilizer for PAH was of minor importance. Rate limited release in column experiments was detected for DOC only, but not for PAH.show moreshow less

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Metadaten
Institutes:Geowissenschaften
Author: Florian Storck
Year of Completion:2004
SWD-Keyword:Boden; Grundwasser; Lysimeter; Niederschlag; Polycyclische Aromaten
Tag:Altlasten; DIN; PAK; Sickerwasserprognose; Säulenversuch
Column; Leachate; Lysimeter; PAH; Soil
Dewey Decimal Classification:550 Geowissenschaften
RVK - Regensburg Classification:Allgemeine
URN:urn:nbn:de:bvb:703-opus4-4161
Document Type:Master's Thesis
Language:German
Date of Publication (online):26.09.2008