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    Die Quellstärke in der Sickerwasserprognose : Möglichkeiten und Grenzen von Labor- und Freilanduntersuchungen
    (2010) Mackenberg, Sylvia; Metzger, Jörg W. (Prof. Dr. rer. nat. habil.)
    Den Umgang mit kontaminierten Böden und Standorten im Rahmen des Boden- und Grundwasserschutzes regeln in Deutschland das Bundes-Bodenschutzgesetz und die Bundes-Bodenschutz- und Altlastenverordnung (BBodSchV). Die Durchführung einer Sickerwasserprognose dient der Gefährdungsabschätzung einer Grundwasserkontamination durch Bodenbelastungen. Gemäß der BBodSchV umfasst sie Untersuchungen zur Mobilisierbarkeit von Stoffen durch das Bodensickerwasser sowie eine Transportbetrachtung der gelösten Stoffe bis zum Ort der Beurteilung, die Grenze zwischen der ungesättigten und der gesättigten Bodenzone. Neben dieser bundesweit geltenden Verordnung existieren landesinterne Regelungen sowie Verfahrensvorschläge in der Baustoffbranche zum Umgang mit Baustoff und Recyclingprodukten. Allen Fragestellungen gemein ist die Abschätzung der im Sickerwasser gelösten Stoffkomponenten sowie ihrer Konzentrationen nach dem Passieren eines kontaminierten Materials, was als Quellstärke bezeichnet wird. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, Aussagen über die Vergleichbarkeit der in diesen Testverfahren erzielbaren Ergebnisse abzuleiten. Weiterhin stand die potenzielle Übertragbarkeit von Ergebnissen, die in Laborversuchen zur Bestimmung der Quellstärke im Rahmen einer Sickerwasserprognose ermittelt werden, auf reale Verhältnisse im Fokus der Untersuchungen. Basierend auf einer Beurteilung der Praxisrelevanz der einzelnen Laborverfahren sollte abschließend ein Verfahrensvorschlag zur Bestimmung der Quellstärke erarbeitet werden: In Batchversuchen wurden der Einfluss des Wasser-Feststoffverhältnisses (WFV) auf die qualitative und quantitative stoffliche Zusammensetzung des Eluats sowie die potenzielle Mobilisierbarkeit von Schadstoffe untersucht. Die Erhöhung des WFV bei anorganischen Stoffkomponenten führte in der Regel zu einer Verringerung der Stoffkonzentration. Im Gegensatz dazu wurden bei Materialien, die mit polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAK) kontaminiert waren, unabhängig vom jeweiligen WFV immer konstante PAK-Konzentrationen gemessen. Vergleichbare Ergebnisse wurden in Laborsäulenversuchen bei voller Wassersättigung erzielt. Aufgetragen über das WFV nehmen die Konzentrationen der meisten anorganischen Stoffkomponenten bei stationären Versuchsbedingungen mit zunehmender Versuchsdauer ab. Die PAK-Konzentrationen wiesen konstante Werte auf. Im Rahmen der Untersuchungen zum Einfluss der Schichthöhe wurde die absolute Kontaktzeit zwischen dem Eluat und dem Untersuchungsmaterial (Aufenthaltsdauer des Eluats in der Säule) variiert. Bei gleichem WFV entstanden keine Konzentrationsunterschiede aufgrund einer größeren Schichthöhe. Auch die Verringerung der Flussrate und damit eine Erhöhung der spezifischen Kontaktzeit (direkter Kontakt zwischen Eluat und Bodenmatrix pro Wegstrecke) führte bei anorganischen Schadstoffen nur in wenigen Fällen zu einer Konzentrationsänderung. Für PAK wurden unterschiedliche Ergebnisse in Abhängigkeit des pH-Werts erzielt. Bei einem pH-Wert von 8 wurde eine Konzentrationsabnahme um mehrere Größenordnungen registriert, bei einem pH-Wert von 12 zeigte sich keine Änderung der Konzentration. Diese Unterschiede wurden auf mikrobiologische Aktivität bei einem pH-Wert von 8 zurückgeführt, die in einem basischen Milieu weitestgehend unterbunden wird. Um die Übertragbarkeit der Ergebnisse von Laboruntersuchungen auf Feldsituationen beurteilen zu können, wurden Versuche mit Laborlysimetern und Freilandsäulen unter Teilsättigung durchgeführt. Für PAK führen Laborversuche häufig zu einer Überschätzung des Gefährdungspotenzials, da ein biologischer Abbau bei vollständiger Wassersättigung stark gehemmt wird. Die im Labor ermittelten Konzentrationen anorganischer Stoffkomponenten stimmten größenordnungsmäßig mit den Konzentrationen der Freilandversuche überein. Infolge natürlich wechselnder Niederschläge und Temperaturschwankungen wichen die im Freiland gemessenen Konzentrationen bei gleichem WFV immer wieder von den Konzentrationen der Laborversuche unter stationären Bedingungen ab. Basierend auf den Ergebnissen der Untersuchungen wurde ein Vorschlag für ein praktisches Verfahren zur Bestimmung der Quellstärke ausgearbeitet, der die Aspekte Wirtschaftlichkeit und Praktikabilität der Durchführung, insbesondere im Hinblick auf eine akzeptable Versuchsdauer, vereint. Das stufenweise Vorgehen unterscheidet zwischen Materialien die mit anorganischen Schadstoffen bzw. Materialien die mit PAK belastet sind. Zu Beginn der Quellstärkebestimmung von Materialien mit anorganischen Schadstoffen stehen einfache Batchversuche. In Abhängigkeit der daraus erzielbaren Ergebnisse folgen gegebenenfalls Laborsäulenuntersuchungen mit variierbaren Fließbedingungen. Die Quellstärke PAK-haltiger Materialien wird in Abhängigkeit ihres jeweiligen pH-Werts ebenfalls anhand einfacher Batchversuche oder anhand von aufwändigeren Laborsäulenuntersuchungen mit einer Wasserteilsättigung der eingebauten Materialschicht ermittelt.