Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Ziel ist die Entwicklung eines laborativen Testprogrammes zur optimalen Bewertung und Planung einer In-Situ-Bodensanierung von immobilen organischen Kontaminationen (z.B. Teerkontaminationen in Gas-werksb\u00f6den) mit Hilfe elektrochemischer Verfahren. Dazu geh\u00f6rt die Schaffung von Entscheidungskriterien, die eine Prognose der Sanierungsaussichten f\u00fcr die unterschiedlichsten Standorte und Kontaminationen erm\u00f6glichen. Die elektrochemischen Verfahren k\u00f6nnen damit gezielt (ggf. in Kombination mit anderen Sanierungsmethoden) eingesetzt werden, wodurch sich Kosten in erheblichem Ma\u00dfe einsparen lassen.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenUnter Nutzung spezieller, laborativer Mehrkanal-Messpl\u00e4tze zur Steuerung des Stromregimes wurden gezielt kontaminierte, unterschiedliche Modellb\u00f6den neben teerkontaminierten Gaswerksb\u00f6den mit verschiedenen Stromregimes und Zellkonfigurationen zum Zwecke der Optimierung der Einflu\u00dfparameter untersucht. Es erfolgte eine Variation der verschiedensten Parameter in Dauerversuchen: Gleichstrom – Wechselstrom; Stromst\u00e4rke; Dauer eines Zyklus (Polarisation\/ Pause\/Polarisation); Polarisation mit und ohne Pause; Art der zugesetzten Mikroleiter; Zusammen-setzung der B\u00f6den (Kornverteilung, Corg-Gehalt); Art und Umfang der Kontamination; mit \/ ohne Durchstr\u00f6mung; mit \/ ohne Begasung durch Luftsauerstoff; Zusammensetzung der L\u00f6sung, Elektrodenmaterial. Die Laufzeiten der einzelnen Versuche betrugen in der Regel 60 Tage, wobei ein Parallelansatz nach 30 Tagen analysiert wurde. Die quantitative Analyse erfolgte bei Einkomponenten-Kontaminationen mittels Fluoreszenzanalyse, bei den Gaswerksb\u00f6den mittels GC-MS nach Kaltextraktion mit Cyclohexan; die qualitative Analyse (auf Nebenprodukte) erfolgte in jedem Fall mit GC-MS. Daneben wurden biologische Parameter zur Charakterisierung der B\u00f6den untersucht: Gesamtzellzahl und die Enzymaktivit\u00e4ten INT (Dehydro-genasenaktivit\u00e4t) und FDA (Esterasenaktivit\u00e4t). Anhand von Untersuchungen der komplexen Leitf\u00e4higkeit (DGFZ e.V.) reiner und Anthracen-kontaminierter Bodenproben soll gepr\u00fcft werden, inwieweit mit einer komplexen Leitf\u00e4higkeitsanalyse die Beurteilung der elektrochemischen Sanierbarkeit eines Standortes m\u00f6glich ist.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Mit den im Rahmen des Projektes installierten und entwickelten laborativen Versuchsanlagen und Untersuchungsmethoden ist es m\u00f6glich, einen elektrochemisch induzierten Stoffumsatz immobiler organischer Schadstoffe nachzuweisen bzw. auszuschlie\u00dfen. Es wurde ein Ablaufplan entwickelt, nach dem solche laborativen Voruntersuchungen durchzuf\u00fchren sind sowie Empfehlungen zur Probenahme und -transport ausgesprochen.
\nEin elektrochemisch induzierter Stoffumsatz polyzyklischer aromatischer Kohlenwasserstoffe (PAK) im Boden zwischen den Elektroden ist an das gleichzeitige Vorliegen von leitf\u00e4higen Partikeln (Mikroleiter) und von Redoxsystemen gekn\u00fcpft. Die prinzipiell notwendigen Mikroleiter sind in unbekannten, nat\u00fcrlichen Lockergesteinen mittels anerkannter, hochaufl\u00f6sender komplexer elektrischer Leitf\u00e4higkeitsmessungen nachweisbar, jedoch nicht quantifizierbar. Die Redoxsysteme, z.B. Fe(II)\/Fe(III) oder O2\/H2O2, k\u00f6nnen dem zu behandelnden Bodenbereich auch zugef\u00fchrt werden.
\nDer wahrscheinliche Mechanismus des Stoffumsatzes an der untersuchten Stoffgruppe (PAK) ist der indirekte Umsatz durch reaktive Species, die durch das elektrische Feld an den Mikroleitern gebildet werden. Die hohen Zersetzungsspannungen der untersuchten Gruppe organischer Verbindungen und die in w\u00e4\u00dfriger L\u00f6sung zu erwartenden hohen \u00dcberspannungen lassen dagegen einen direkten Umsatz als ausgeschlossen erscheinen.
\nAm Modellsystem Sand\/Graphit unter Zusatz von Eisenionen im str\u00f6menden Fluid (dynamische Versuchsf\u00fchrung) konnte gezeigt werden, dass der im Labor zugesetzte Schadstoff (Anthracen als Vertreter der PAK) bei Stromfluss innerhalb von 60 Tagen zu etwa 50 % abgebaut wird. Als Umsatzprodukt des Anthracens konnte mittels GC\/MS Anthrachinon nachgewiesen werden. Anthrachinon selbst ist bei Stromfluss nicht stabil und wird weiter umgesetzt. Der diskutierte Mechanismus – elektrochemische Reaktion des Sauerstoffs zu Wasserstoffperoxid, Bildung von OH-Radikalen durch Reaktion mit Eisenionen mit nachfolgender radikalischer Oxidation des Anthracens – konnte durch die Ergebnisse spezieller elektrochemischer Untersuchungen gest\u00fctzt werden.
\nAllerdings musste ein Stagnieren des Umsatzes von Anthracen festgestellt werden. Als Ursache hierf\u00fcr kommt die nachgewiesene Teilblockade der Mikroleiteroberfl\u00e4chen infrage. Spezielle elektrochemische Untersuchungen beweisen, dass eine Optimierung des Verfahrens n\u00f6tig und m\u00f6glich ist.
\nAn Gaswerksb\u00f6den konnten keine vergleichbaren Ergebnisse erreicht werden, d.h. mit einem elektrochemisch induzierten Umsatz allein ist derzeit eine Sanierung von Teerkontaminationen nicht m\u00f6glich.
\nZur Untersuchung des Einflusses des elektrischen Feldes auf Mikroorganismen wurde ein weitestgehend homogenes, unkontaminiertes Flusssediment anstelle des Gaswerksbodens eingesetzt. In zahlreichen S\u00e4ulenversuchen konnte weder ein hemmender noch ein f\u00f6rdernder Einfluss der unterschiedlichen elektrischen Felder auf verschiedene Enzymaktivit\u00e4ten (Esterasen, Glukosidasen, Aminopeptidasen) sowie auf die Biomasse festgestellt werden. Lediglich extreme pH-Wert-Ver\u00e4nderungen, z.B. bei Gleichstrom ohne Wechsel der Polarisation, f\u00fchrten zu einer Verminderung der Esterasenaktivit\u00e4t.
\nDie Entwicklung eines geeigneten Verfahrens in Kombination mit dem elektrochemisch induzierten Stoffumsatz und eine \u00dcbertragung der an den PAK erhaltenen Ergebnisse und Schlussfolgerungen auf andere schwer wasserl\u00f6sliche organische Verbindungen muss zuk\u00fcnftigen laborativen Untersuchungen vorbehalten bleiben.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
\u00b7 Organisation eines Workshops (zusammen mit dem LfUG veranstaltet) Elektrochemie und Sanierung kontaminierter B\u00f6den, Grundwasserzentrum Dresden 05.06.98, zwei Vortr\u00e4ge, Tagungsband im Druck
\nVortr\u00e4ge:
\n\u00b7 Electrochemical Induced Reaction in Soils – A New Approach to the in-situ Remediation of Contaminated Soils?, 48.ISE-Tagung, 31.08.-05.09.97, Paris, Vol. II, 749-750
\n\u00b7 Symposium Heavy Metals in the Environment and Electromigration Applied to Soil Remediation, 07.-09.07.99, Technical University of Denmark, Lyngby
\nPoster:
\nEntwicklung eines Verfahrens zur elektrochemischen Sanierung kontaminierter B\u00f6den – Untersuchungen zum elektrochemischen Umsatz immobiler organischer Stoffe im Laborma\u00dfstab, DBU-Tagung, Dresden, 05.07.99<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Aus den Ergebnissen der Projektbearbeitung kann geschlossen werden, da\u00df das Anlegen eines elektrischen Feldes f\u00fcr den beschriebenen Fall einer In-Situ-Sanierung von polyzyklschen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAK) allein nicht ausreichend ist, um kosteng\u00fcnstig in vertretbaren Zeitr\u00e4umen sanieren zu k\u00f6nnen. Aussichtsreicher erscheinen in diesem Fall Verfahrenskombinationen, vor allem mit elektrokinetischen, chemischen und\/oder biologischen Verfahren.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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