Transport polycyclischer aromatischer Kohlenwasserstoffe (PAK) bei der Untergrundpassage: Einfluss organischer und anorganischer mobiler Festphasen auf die Mobilität von PAK
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Dortmund
Institut für Wasserforschung
2003
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| adam_text | Titel: Transport polycyclischer aromatischer Kohlenwasserstoffe (PAK) bei der Untergrundpassage
Autor: Schulte-Ebbert, Ulrich
Jahr: 2003
Inhaltsverzeichnis
Seite
Zusammenfassung ........................................................................................................ I
Inhaltsverzeichnis .......................................................................................................... V
1 Einführung ........................................................................................................ 1
1.1 Veranlassung .......................................................................................... 1
1.2 Zielsetzung und Arbeitsprogramm .......................................................... 3
2 Methoden .......................................................................................................... 6
2.1 Grundwasserprobennahme .................................................................... 6
2.1.1 Langzeitbeprobung ..................................................................... 6
2.1.2 Schockbeprobung ....................................................................... 7
2.2 Partikeleigenschaften ............................................................................. 7
2.2.1 Oberflächenladung ..................................................................... 7
2.2.1 Partikelkonzentration/Größenverteilung ..................................... 7
2.2.3 Mikroskopie ................................................................................ 8
2.3 Chemische Parameter ........................................................................... 8
2.3.1 PAK ............................................................................................ 8
2.3.1.1 HPLC-Analytik ............................................................. 8
2.3.1.2 Fluoreszenz-Detektion ................................................ 9
2.3.2 Allgemeine hydrochemische Parameter ..................................... 9
2.3.3 Chemische Parameter der festen Phase .................................... 10
2.4 Korngrößenverteilungen ......................................................................... 12
2.5 Erzeugung anorganischer Partikel im Labor .......................................... 12
2.6 Gewinnung von partikulärem Material .................................................... 13
2.6.1 Präzipitate aus älteren Messstellen ............................................ 13
2.6.2 Partikel-Anreicherung durch Zentrifugation ................................ 13
2.6.3 Partikel-Anreicherung durch Filtration ........................................ 14
2.6.4 Gewinnung von Aquifermaterial ................................................. 15
2.7 Einrichtung von Grundwassermessstellen ............................................. 17
3 Charakterisierung der Untersuchungsgebiete Hengsen und Oderbruch 19
3.1 Untersuchungsgebiet Insel Hengsen ...................................................... 19
3.2 Untersuchungsgebiet Oderbruch ............................................................ 24
4 Partikel in Grundwassersystemen .................................................................. 29
4.1 Definition, Herkunft und Bedeutung von Partikeln im Grundwasser ..........29
4.2 Charakterisierung von grundwasserbürtigen Partikeln aus Transsekte I
Insel Hengsen ......................................................................................... 31
4.2.1 Optische Charakterisierung ......................................................... 31
4.2.2 Chemisch-physikalische Charakterisierung ................................. 34
4.3 Geochemische Modellbetrachtungen der Lösungs- und Fällungsvorgänge
in Transsekte I Insel Hengsen ................................................................. 39
4.3.1 Gleichgewichtsbetrachtungen und Speziesverteilungen in
Transsekte I ................................................................................. 40
4.3.2 Redoxreaktionen und Gleichgewichte mit Mineralien in
Transsekte I ................................................................................. 42
4.3.3 Abgleich mit Ergebnissen aus Feldmessungen ........................... 47
V
4.4 Mobile und immobile Festphasen in Transsekte I Insel Hengsen ............ 48
Versuche zur Sorption von PAK an Partikeln ................................................ 51
5.1 Auswahl der eingesetzten Partikel und PAK ............................................ 51
5.2 Versuchsaufbau und-durchführung ......................................................... 52
5.3 Sorption von PAK an Modellsubstanzen .................................................. 54
5.4 Vergleich der Sorptionseigenschaften unter Einbeziehung der
spezifischen Oberfläche der Feststoffe .................................................... 60
5.5 Kinetik der PAK-Sorption ......................................................................... 64
5.6 Vergleich der eingesetzten Huminsäuren mit systembürtigen
Huminsäuren ........................................................................................... 66
5.7 Einfluss von Huminsäuren auf die Oberflächenbeschaffenheit
der untersuchten Modellsubstanzen ........................................................ 67
5.8 Zusammenfassung der Ergebnisse ......................................................... 71
PAK-Transport in Grundwassersystemen unterschiedlichen Maßstabs ... 73
6.1 Labor-Säulenversuche zum Transport von PAK und mobiler
Festphasen .............................................................................................. 73
6.1.1 Aufbau der Versuchsanlage ......................................................... 73
6.1.2 Bestimmung hydraulischer Charakteristika / Tracerversuche ...... 75
6.1.3 Transportversuche mit Polystyrolpartikeln ................................... 77
6.1.3.1 Versuchsprogramm .................................................... 77
6.1.3.2 Ergebnisse ................................................................. 78
6.1.4 Untersuchung des PAK Transports in Säulen .............................. 82
6.1.4.1 Versuchsprogramm .................................................... 82
6.1.4.2 Ergebnisse ................................................................. 83
6.2 Versuche zum Transport von PAK und mobilen Festphasen im halb-
technischen Maßstab ............................................................................... 90
6.2.1 Aufbau und Betrieb der Versuchsanlagen ................................... 91
6.2.2 Versuchsprogramm ...................................................................... 93
6.2.3 Bestimmung der hydraulischen Charakteristika / Tracer-
versuche ....................................................................................... 94
6.2.4 PAK/Partikel-Mobilisierungsversuche .......................................... 95
6.2.5 Versuche zum Transportverhalten mobiler Modellfestphasen 96
6.2.6 Versuche zum Transport von PAK ............................................... 97
6.3 PAK-Konzentrationen in den „natürlichen Systemen Hengsen und
Oderbruch ................................................................................................104
6.3.1 Ermittlung der Basis-PAK-Partikel-Frachten ( Langzeit-
beprobung) ...................................................................................104
6.3.2 Partikel/P AK-Mobilisierungsversuche (Schockbeprobung) ..........108
Modellierung des PAK- und Partikel-Transports ...........................................118
7.1 Modellierung des Partikeltransports mit einfachen Modellansätzen ........118
7.2 Modellierung des ? AK-Transports mit einfachen Modellansätzen ...........122
7.2.1 Berücksichtigung einer mobilen Festphase ..................................122
7.2.2 Multi-Retardierungs-Ansatz ..........................................................124
8 Schlussfolgerungen, Ausblick und offenen Fragen ......................................131
8.1 Die Rolle von Partikeln beim PAK-Transport ...........................................131
8.2 Modellierung und Maßstabseffekte ..........................................................133
8.3 Problemfeld Probennahme .......................................................................134
8.4 Übertragbarkeit auf andere Stoffgruppen .................................................136
8.5 Übertragbarkeit auf andere Systeme .......................................................141
Verzeichnis der Abbildungen ...........................................................................................143
Verzeichnis der Tabellen .................................................................................................148
Verzeichnis der verwendeten Abkürzungen und Symbole ..............................................149
Literatur ...........................................................................................................................151
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