Abschlußbericht zum Forschungsvorhaben Schadstoffmobilisierung in kontaminierten Böden durch thermische In-situ-Bodenerwärmung mit Hochfrequenzenergie:
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| Main Authors: | , |
|---|---|
| Format: | Book |
| Language: | German |
| Published: |
Berlin
Umweltbundesamt
1998
|
| Edition: | Stand: 31.12.1998 |
| Subjects: | |
| Online Access: | Inhaltsverzeichnis |
| Item Description: | NT: Schadstoffmobilisierung in kontaminierten Böden durch thermische In-situ-Bodenerwärmung mit Hochfrequenzenergie. - Literaturverz. S. 285 - 294 |
| Physical Description: | VII, 294 S. Ill., graph. Darst. : 21 cm |
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INHALTSVERZEICHNIS
1.
EINLEITUNG
1
2.
THEORETISCHE
GRUNDLAGEN
DER
HOCHFREQUENZ-BODENERWAERMUNG
4
2.1.
WIRKPRINZIP
4
2.1.1.
ARBEITSWEISE
4
2.1.2.
POLARISATION
4
2.1.3.
TEMPERATURABHAENGIGKEIT
DER
RELATIVEN
DIELEKTRIZITAETSKONSTANTE
8
2.1.4.
DIELEKTRISCHE
ERWAERMUNG
10
2.1.5.
ABHAENGIGKEIT
DER
AUFHEIZRATE
VON
DER
LOKALEN
FELDSTAERKE
11
2.1.6.
FREQUENZABHAENGIGKEIT
DER
DIELEKTRISCHEN
ERWAERMUNG
12
2.1.7.
TEMPERATURABHAENGIGKEIT
DER
DIELEKTRISCHEN
ERWAERMUNG
15
2.2.
GRUNDLEGENDER
AUFBAU
VON
ANORDNUNGEN
ZUR
HF-BODENERWAERMUNG
17
2.3.
AUSLEGUNG
DES
ANPASSNETZWERKES
19
2.4.
EINFLUSSFAKTOREN
AUF
DIE
LOKALE
AUFHEIZRATE,
RELEVANTE
BODENPARAMETER
22
2.4.1.
LOKALE
ELEKTRISCHE
FELDSTAERKE
22
2.4.2.
MECHANISCHE
BODENPARAMETER
24
2.4.3.
THERMISCHE
BODENPARAMETER
25
2.4.4.
ELEKTRISCHE
BODENPARAMETER
25
2.5.
FUER
DEN
SCHADSTOFFAUSTRAG
RELEVANTE
BODENPARAMETER
27
3.
STAND
DER
TECHNIK
AUF
DEM
GEBIET
DER
HOCHFREQUENZ
29
BODENERWAERMUNG
-
ERGEBNIS
DER
LITERATURRECHERCHE
4.
AUFBAU
DER
VERSUCHS
UND
ANALYSERIANORDNUNGEN
34
4.1.
LABORANORDNUNGEN
34
4.1.1.
GESAMTAUFBAU
34
4.1.2.
ZYLINDRISCHER
VERSUCHSREAKTOR
36
4.1.3.
BODENBETT-VERSUCHSREAKTOR
37
4.2.
TECHNIKUMSANORDNUNG
38
4.2.1.
GESAMTAUFBAU
38
4.2.2.
VERSUCHSREAKTOR
40
4.3.
MESS-,
STEUER
UND
REGELTECHNIK
42
4.3.1.
TEMPERATURMESSUNG
42
4.3.1.1.
BEDEUTUNG
42
4.3.1.2.
THERMOELEMENTE
YY
42
4.3.1.3.
OPTISCHE
TEMPERATURMESSUNG
43
4.3.1.4.
THERMOKAMERA
44
4.3.2.
FEUCHTEMESSUNG
45
4.3.2.1.
MOEGLICHE
MESSVERFAHREN
45
4.3.2.2.
BESTIMMUNG
DER
RELATIVEN
FEUCHTE
AUS
DEM
45
WASSERDAMPFPARTIALDRUCK
4.3.2.3.
BESTIMMUNG
AUS
IMPEDANZ
UND
PHASENWINKEL
46
4.3.2.4.
TIME
DOMAIN
REFLECTOMETRY
(TDR)
48
4.3.3.
PROZESSSTEUERUNG
50
4.4.
VERSUCHSANALYTIK
52
4.4.1.
ALLGEMEINE
LABORANALYTIK
52
4.4.2.
ANALYTIK
VON
SCHADSTOFFEN
IM
BODEN
52
4.4.2.1.
BESTIMMUNG
VON
LEICHTFLUECHTIGEN
SCHADSTOFFEN
52
4.4.2.2.
BESTIMMUNG
VON
MITTEL
UND
SCHWERFLUECHTIGEN
SCHADSTOFFEN
53
4.4.2.3.
BESTIMMUNG
VON
PHENOLEN
53
4.4.2.4.
BESTIMMUNG
VON
PAKS
55
4.4.3.
ANALYTIK
DER
MOBILISIERTEN
SCHADSTOFFE
IN
DER
BODENLUFT
56
4.4.3.1.
ALLGEMEINE
ASPEKTE
56
4.4.3.2.
THERMODESORPTIONSSYSTEM
TDS2
57
4.4.3.3.
AUSWAHL
GEEIGNETER
ADSORBENTIEN
58
4.4.3.4.
AUSWAHL
GEEIGNETER
THERMODESORPTIONS-BEDINGUNGEN
62
4.4.3.5.
PROBENAHME
UND
QUANTIFIZIERUNG
64
4.4.4.
ANALYTIK
VON
SCHADSTOFFEN
IM
KONDENSAT
65
4.5.
ARBEITSSCHUTZTECHNISCHE
ASPEKTE
66
5.
VERFAHRENSTECHNISCHE
FRAGESTELLUNGEN
68
5.1.
REALISIERBARER
TEMPERATURBEREICH
68
5.2.
ABHAENGIGKEIT
DER
LOKALEN
AUFHEIZRATE
VON
DER
ELEKTRODENANORDNUNG
71
5.2.1.
RADIALE
ABHAENGIGKEIT
DER
AUFHEIZRATE
IM
ZYLINDRISCHEN
VERSUCHS
71
REAKTOR
5.2.2.
RADIALE
ABHAENGIGKEIT
DER
AUFHEIZRATE
BEI
DER
STABELEKTRODEN
73
ANORDNUNG
IM
BODENBETT-VERSUCHSREAKTOR
N
.
5.2.3.
LOKALE
AUFHEIZRATEN
SENKRECHT
ZU
PLATTENELEKTRODEN
IM
BODENBETT
77
VERSUCHSREAKTOR
5.2.4.
ORTSABHAENGIGKEIT
DER
AUFHEIZRATE
BEI
DER
KOMBINIERTEN
STAB
UND
80
PLATTENELEKTRODENANORDNUNG
IM
TECHNIKUTNSREAKTOR
5.3.
TIEFENPROFILE
DER
TEMPERATUR
82
5.3.1.
VERTIKALES
TEMPERATURPROFIL
IM
ZYLINDRISCHEN
LABORVERSUCHSREAKTOR
82
5.3.2.
VERTIKALES
TEMPERATURPROFIL
IM
BODENBETT-REAKTOR
MIT
SENKRECHTEN
83
STABELEKTRODEN
5.3.3.
TEMPERATURPROFIL
PARALLEL
ZU
DEN
ELEKTRODENPLATTEN
IM
BODENBETT
83
REAKTOR
5.3.4.
VERTIKALES
TEMPERATURPROFIL
IM
TECHNIKUMSREAKTOR
90
5.4.
ERWAERMUNG
VON
ISOLIERTEN
METALLTEILEN
IM
BODEN
94
5.5.
UNTERSUCHUNG
VON
LOKALER
UEBERHITZUNG
97
5.6.
EINFLUSS
DER
FEUCHTE
AUF
DIE
HF-ERWAERMUNG
101
5.6.1.
EINFLUSS
DER
FEUCHTE
AUF
DIE
ENERGIEABSORPTION
101
5.6.2.
VERGLEICH
DER
AUFHEIZUNG
VON
TROCKENEM
UND
FEUCHTEM
SAND
103
5.6.3.
VARIATION
DER
FEUCHTE
106
5.1.
TEMPERATURSTABILISIERUNG
BEIM
SCHMELZEN
UND
VERDAMPFEN
108
5.7.1.
SCHMELZEN
VON
EIS
ALS
DESTABILISIERENDER
EFFEKT
108
5.7.2.
VERDAMPFEN
VON
WASSER
ALS
STABILISIERENDER
EFFEKT
109
5.8.
EINSATZ
VON
PERFORIERTEN
STABELEKTRODEN
112
5.9.
SPANNUNGSABFELL
IN
DEN
ELEKTRODENZULEITUNGEN
117
5.9.1.
DARSTELLUNG
DER
PROBLEMATIK
117
5.9.2.
MESSUNG
DER
TEMPERATURERHOEHUNG
DER
KUPFERZULEITUNGEN
(BODENBETT)
118
5.9.3.
MESSUNG
DER
TEMPERATURERHOEHUNG
IM
ABSCHIRMZELT
(BODENBETT)
119
5.9.4.
MESSUNG
DER
TEMPERATURERHOEHUNG
IN
DER
TECHNIKUMSANORDNUNG
-
120
6.
EXPERIMENTELLE
BESTIMMUNG
VON
RELEVANTEN
BODENPARAMETEM
124
6.1.
SPEZIFISCHE
WAERMEKAPAZITAET
124
6.1.1.
GRUNDLAGEN
UND
KALORIMETRISCHE
BESTIMMUNG
124
6.1.2.
BESTIMMUNG
DER
SPEZIFISCHEN
WAERME
MIT
DER
DIFFERENTIAL
SCANNING
125
CALORIMETRY
6.2.
SPEZIFISCHE
WAERMELEITFAEHIGKEIT
126
6.2.1.
THEORETISCHE
GRUNDLAGEN
126
III
6.2.2.
MESSVERFAHREN
129
6.2.2.1.
STATIONAERES
MESSVERFAHREN
-
129
6.2.2.2.
INSTATIONAERES
MESSVERFAHREN
129
6.2.3.
MESSAUFBAU
FUER
DIE
INSTATIONAERE
BESTIMMUNG
DER
WAERMELEITFAEHIGKEIT
133
6.2.4.
VERSUCHSDURCHFUHRUNG
134
6.2.5.
SPEZIFISCHE
WAERMELEITFAEHIGKEIT
VON
TROCKENEM
SAND
135
6.2.6.
QUALITATIVE
AUSSAGEN
ZUR
WAERMELEITFAEHIGKEIT
VON
FEUCHTEM
SAND
136
6.3.
WAERMEUEBERGANGSKOEFFIZIENTEN
136
6.3.1.
THEORETISCHE
GRUNDLAGEN
136
6.3.1.1.
MOTIVATION
136
6.3.1.2.
BESCHREIBUNG
DER
KONVEKTION
137
6.3.1.3.
BESCHREIBUNG
DER
WAERMESTRAHLUNG
137
6.3.2.
EXPERIMENTELLE
BESTIMMUNG
DES
WAERMEUEBERGANGSKOEFFIZIENTEN
138
7.
EXPERIMENTELLE
UNTERSUCHUNGEN
ZU
POTENTIELLEN
1
140
ANWENDUNGSFELDEM
7.1.
AUFTAUEN
VON
BOEDEN
140
7.2.
UNTERSTUETZUNG
DER
MIKROBIELLEN
BODENSANIERUNG
142
7.2.1.
MOTIVATION
142
7.2.2.
MIKROBIELLER'ABBAU
VON
PHENOL
144
7.2.2.1.
VERSUCHSDURCHFUEHRUNG
144
7.2.2.2.
PHENOLABBAU
BEI
KONTINUIERLICHEM
ENERGIEEINTRAG
145
7.2.2.3.
PHENOLABBAU
BEI
IMPULSBETRIEB
DES
HF-GENERATORS
146
7.2.3.
BESTIMMUNG
DER
MIKROBIELLEN
AKTIVITAET
IN
NATUERLICHEN
SYSTEMEN
147
7.2.3.1.
VERFUEGBARE
METHODEN
147
7.2.3.2.
DIMETHYLSULFOXID-REDUKTION
148
7.2.3.3.
VERSUCHSAUFBAU
ZUR
DMSO-AKTIVITAETSBESTIMMUNG
149
7.2.3.4.
EXPERIMENTE
ZUR
AKTIVITAETSBESTIMMUNG
IN
FLUESSIGKULTUREN
150
7.2.3.5.
EXPERIMENTE
ZUR
AKTIVITAETSBESTIMMUNG
IN
BODENPROBEN
152
7.2.4.
BESTIMMUNG
DER
ADAPTATIONSFAEHIGKEIT
VON
THERMOPHILEN
MIKRO
153
ORGANISMEN
7.3.
THERMISCHE
UNTERSTUETZUNG
DER
BODENLUFTABSAUGUNG
157
7.3.1.
VORTEILE
DER
METHODE
GEGENUEBER
KONVENTIONELLEN
ERWAERMUNGS
157
METHODEN
7.3.2.
VORUNTERSUCHUNGEN
157
7.3.2.1.
VORUNTERSUCHUNGEN
AN
UNKONTAMINIERTEN
BODENPROBEN
157
7.
3.2.2.
THERMODESORPTION
AUSGEWAEHLTER
SCHADSTOFFE
VON
HUMINSAEURE
UND
159
VON
MODELLBOEDEN
7.3.3.
MESSUNG
VON
SORPTIONSISOTHERMEN
AN
BOEDEN
162
7.3.3.1.
PROBLEMATIK
UND
ZIELSTELLUNG
162
RV
73.3.2.
MESSVERFAHREN
162
7.
3.3.3.
MESSSYSTEM
164
73.3.4.
EXPERIMENTELLE
ERGEBNISSE
168
7.3.4.
DESORPTION
VON
TOLUOL
AUS
HUMINSAEURE
171
73.4.1.
GLEICHGEWICHTSMESSUNGEN
171
73.4.2.
KINETIK
DER
DESORPTION
172
7.
3.4.3.
SCHLUSSFOLGERUNGEN
176
7.3.5.
LABOREXPERIMENTE
ZUR
THENNODESORPTION
VON
MINERALOEL-KOHLEN
176
WASSERSTOFFEN
AUS
EINER
BODENPROBE
73.5.1.
PROBENCHARAKTERISIERUNG
,
176
7.
3.5.2.
THERMODESORPTIONSVERSUCHE
IM
KOHLENSTOFFANALYSATOR
C-MAT
177
7.
3.5.3.
APPARATUR UND
VERSUCHSREGIME
FUER
DIE
KOPPLUNG
VON
178
THERMODESORPTION
UND
MASSENSPEKTROSKOPIE
(TD-MS)
73.5.4.
ERGEBNISSE
DER
TD-MS-VERSUCHE
180
7.
3.5.5.
INTERPRETATION
UNTER
EINBEZIEHUNG
VON
UNTERSUCHUNGEN
AN
DER
189
ANORGANISCHEN
BODENMATRIX
7.3.6.
UNTERSUCHUNGEN
ZUM
EINFLUSS
DER
TRAEGERGASFEUCHTE
AUF
DIE
192
DESORPTION
VON
SCHADSTOFFEN
AUS
EINEM
KONTAMINIERTEN
ORIGINALBODEN
73.6.1.
EXPERIMENTELLER
TEIL
192
7.
3.6.2.
EXPERIMENTELLE
RESULTATE
194
7.4.
REAKTIVE
FESTLEGUNG
VON
SCHADSTOFFEN
AN
DER
BODENMATRIX
200
7.4.1.
EXPERIMENTELLES
200
7.4.2.
UNTERSUCHUNGEN
AN
SAND
UND
QUARZSAND
ALS
MODELLBOEDEN
202
7.4.3.
VERGLEICH
DER
REAKTIVEN
FESTLEGUNG
BEI
HF-ERWAERMUNG
UND
204
KONVENTIONELLER
ERWAERMUNG
7.4.4.
KONZENTRATIONSABHAENGIGKEIT
DER
REAKTIVEN
FESTLEGUNG
205
7.4.5.
VARIATION
DER
VERSUCHSDURCHFILHRUNG
(EINFLUSS
VON
DRUCK
UND
207
GASATMOSPHAERE)
7.4.6.
TOC-BESTIMMUNG
DER
FESTGELEGTEN
ANTEILE
210
7.4.7.
ZUSAMMENFASSUNG
DER
UNTERSUCHUNGEN
ZUR
MIT
HF-ERWAERMUNG
211
INITIIERTEN
REAKTIVEN
FESTLEGUNG
7.4.8.
14
C-TRACEREXPERIMENTE
ZU
DESORPTION
UND
FESTLEGUNG
212
8.
REINIGUNG
VON
KONTAMINIERTEN
BOEDEN
216
8.1.
UNTERSUCHUNGEN
IM
LABORMASSSTAB
216
8.1.1.
ALLGEMEINE
VERSUCHSDURCHFUEHRUNG
216
8.1.2.
UNTERSUCHUNGEN
MIT
GESPIKTEM
SAND
216
8.1.2.1.
EXPERIMENTELLES
216
8.1.2.2.
ERGEBNISSE
DER
UNTERSUCHUNGEN
MIT
GESPIKTEM
SAND
218
8.1.3.
VERSUCHE
MIT
KONTAMINIERTEM
ORIGINALBODEN
222
8.13.1.
CHARAKTERISIERUNG
DES
EINGESETZTEN
BODENS
222
V
8.1.3.2.
DESORPTIONSUNTERSUCHUNGEN
MIT
KONTAMINIERTEN
ORIGINAL
223
BODENPROBEN
8.1.3.3.
SCHADSTOFFBILANZIERUNG
227
8.1.3.4.
EINFLUSS
EINER
ZUDOSIERUNG
VON
WASSERDAMPF
229
8.2.
UNTERSUCHUNGEN
IM
TECHNIKUMSMASSSTAB
234
8.2.1.
ALLGEMEINE
VERSUCHSDURCHFILHRUNG
BEI
DER
REINIGUNG
VON
234
KONTAMINIERTEM
ORIGINALBODEN
8.2.2.
CHARAKTERISIERUNG
DES
EINGESETZTEN
BODENS
235
8.2.3.
TEMPERATURVERLAUF
UND
WASSERDESORPTION
237
8.2.4.
VERLAUF
DER
SCHADSTOFFDESORPTION
WAEHREND
DES
VERSUCHES
242
8.2.5.
ERMITTLUNG
DER
SCHADSTOFF-RESTKONZENTRATIONEN
NACH DEM
VERSUCH
244
8.2.5.1.
RESTKONZENTRATION
DER
HAUPTKOMPONENTEN
244
8.2.5.2.
DESORPTION
VON
PAKS
251
8.2.5.3.
DESORPTION
VON
PHENOLEN
252
8.2.6.
SCHADSTOFFBILANZIERUNG
252
8.2.7.
ZUSAMMENFASSUNG
UND
BEWERTUNG
DES
REINIGUNGSERGEBNISSES
255
8.3.
REKULTIVIERUNG
VON
BEHANDELTEM
BODEN
257
8.3.1.
WACHSTUMSTESTS
GEMAESS
ISO/DIS-NORM
11269-2
YY
257
8.3.2.
BEPFLANZUNG
EINES
GEREINIGTEN
ORIGINALBODENS
258
9.
ENERGETISCHE
EFFIZIENZ
DES
VERFAHRENS
260
9.1.
DEFINITION
260
9.2.
PRIMAERSEITIGER
WIRKUNGSGRAD
261
9.3.
SEKUNDAERSEITIGERWIRKUNGSGRAD
262
9.3.1.
GRUNDLAGEN
DER
BERECHNUNG
262
9.3.2.
QUANTIFIZIERUNG
DER
EINZELNEN
ANTEILE
FIIR
DIE
ERWAERMUNG
VON
263
FEUCHTEM
BODEN
9.3.2.I.
ERWAERMUNG
DES
(TROCKENEN)
BODENMATERIALS
263
9.3.2.2.
ERWAERMUNG
DES
IM
BODEN
ENTHALTENEN
WASSERS
264
9.3.2.3.
SCHMELZEN
VON
EIS
266
9.3.2.4.
VERDAMPFUNG
DES
WASSERS
266
9.3.2.5.
ERWAERMUNG
DER
LUFT
'
267
9.3.3.
SCHEINBARER
WIRKUNGSGRAD
AUF
DER
BASIS
VON
GESAMTBILANZEN
268
9.3.4.
TATSAECHLICHER
WIRKUNGSGRAD
UNTER
ADIABATISCHEN
BEDINGUNGEN
269
9.4.
SEKUNDAERSEITIGE
ENERGIEBILANZEN
VON
VERSUCHEN
ZUR
HF-HEIZUNG
269
9.4.1.
UNTERSUCHUNGEN
AM
ZYLINDRISCHEN
LABORREAKTOR
'
269
9.4.2.
UNTERSUCHUNGEN
IM
BODENBETT-VERSUCHSREAKTOR
(PLATTENANORDNUNG)
270
9.4.2.1.
VERSUCHSBEDINGUNGEN
UND
SCHEINBARER
WIRKUNGSGRAD
270
VI
9.4.2.2.
BESTIMMUNG
DES
EFFEKTIVEN
WIRKUNGSGRADES
270
9.4.3.
UNTERSUCHUNGEN
AN
DER
TECHNIKUMSAPPARATUR
272
9.4.3.1.
BILANZIERUNG
DES
VERSUCHES
ZUR
REINIGUNG
EINES
KONTAMINIERTEN
272
ORIGINALBODENS
9.4.3.2.
BILANZIERUNG
DES
VERSUCHES
ZUR
AUFHEIZUNG
VON
TROCKENEM
SAND
275
9.4.3.3.
BILANZIERUNG
DES
VERSUCHES
ZUR
AUFHEIZUNG
VON
FEUCHTEM
SAND
276
ABSAUGUNG
UEBER
DIE
OBERFLAECHE
9.4.3.4.
BILANZIERUNG
DES
VERSUCHES
ZUR
A
UFHEIZUNG
VON
FEUCHTEM
SAND
-
279
ABSAUGUNG
UEBER
PERFORIERTE
ELEKTRODEN
9.4.3.5.
ZUSAMMENFASSUNG
DER
RESULTATE
AN
DER
TECHNIKUMSAPPARATUR
279
10.
ZUSAMMENFASSUNG
UND
AUSBLICK
280
LITERATURVERZEICHNIS
285
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