Constructed Wetlands in Flussauen zum Schutz vor oberfl\u00e4chennahem CKW kontaminiertem GrundwasserInsbesondere an Gro\u00dfstandorten der chemischen Industrie, wie z. B. in Bitterfeld oder auch an anderen europ\u00e4ischen Standorten, f\u00fchrt die Grundwasserflie\u00dfrichtung oder deren Ver\u00e4nderung dazu, dass ein gro\u00dffl\u00e4chiger Eintritt des oberfl\u00e4chennahen, anaeroben kontaminierten Grundwassers in nahe gelegene Flu\u00dfauen mit der entsprechenden Umweltsch\u00e4digung zu erwarten ist. Grundwasserkontaminationen durch chlorierte Kohlenwasserstoffe (CKW) stellen aufgrund ihrer Ausdehnung, der Toxizit\u00e4t und Persistenz von CKW weltweit ein Umweltproblem dar, f\u00fcr das es zurzeit keine \u00f6konomisch sinnvollen Sanierungsans\u00e4tze gibt. Im anaeroben Milieu der meisten Grundwasserleiter wird die mikrobielle Mineralisierung von Schadstoffen verz\u00f6gert oder unm\u00f6glich gemacht, da die meisten CKW zur vollst\u00e4ndigen Mineralisierung auch aerobe Abbauschritte verlangen. Sich ausbildende aerobe Verh\u00e4ltnisse beim \u00dcbertritt des kontaminierten Grundwassers in die Flu\u00dfauen beg\u00fcnstigen den vollst\u00e4ndigen Abbau von CKW. Durch den Einsatz von “constructed wetlands” bietet sich hier eine innovative, technologisch einfache Option zum Schutz gef\u00e4hrdeter Flussgebiete. In der Wurzelzone (Rhizosph\u00e4re) von Sumpfpflanzen (Helophyten) in Auengebieten kommt es zum verst\u00e4rkten biologischen Abbau von Kontaminanten durch Stimulation des mikrobiellen Wachstums mittels Eintrag von N\u00e4hrstoffen, Substraten und Sauerstoff. Letzterer bewirkt die Ausbildung wechselnder oxischer Zonen an der Wurzeloberfl\u00e4che und anaerober Zonen in wurzelfernen Bereichen, wodurch das Abbaupotential des Systems besonders f\u00fcr hoch chlorierte Substanzen erh\u00f6ht wird. Verschiedene Milieubedingungen (aerob\/anaerob) – gleichzeitig im selben System oder in sequentieller zeitlicher Abfolge – stellen vor allem zur Behandlung von W\u00e4ssern, welche sowohl hoch chlorierte als auch niedrig chlorierte Kontaminanten enthalten, einen innovativen Ansatz dar. Zur effektiven Nutzung dieses Konzepts ist die Identifizierung der das Schadstoffverhalten beeinflussenden Prozesse und Umweltfaktoren im “black-box”-System eines “constructed wetland” notwendig. Daher sind die wesentlichen Ziele des Promotionsvorhabens die Analyse und der Nachweis der vorherrschenden mikrobiellen Abbauwege verschiedener CKW in der Rhizosph\u00e4re, des Einflusses biotischer Prozesse unter Beteiligung der Helophyten (Metabolisierung, Akkumulation) und der physikalischen und pflanzlichen Volatilisierung von CKW sowie der f\u00fcr diese Prozesse bedeutenden Umweltparameter. Darauf aufbauend soll die Entwicklung speziell angepasster Verfahrenstechniken besonders zur Behandlung von W\u00e4ssern, die hoch chlorierte Komponenten, niedrig chlorierte Komponenten oder beides enthalten, in Modell- und Pilotsystemen umgesetzt werden. Die Anpassung des Designs und der Betriebsweise eines “technischen” Auensystems ist ein bislang in Freiland-Pflanzenkl\u00e4rsystemen nicht angewendetes neuartiges Konzept.Die Identifizierung und Quantifizierung von Einflussfaktoren auf das Verhalten der CKW in den Systemen wird anhand von Untersuchungen physikalisch-chemischer und biologischer Parameter und des mikrobiellen Abbaupotentials in gradientenfreien Wurzelraumreaktoren,in einer Freilandpilotanlage und in einem mesoskaligen Modell-System unter Variation der Betriebsparameter wie Wassereinstauh\u00f6he, Retentionszeit und Verf\u00fcgbarkeit von Elektronenakzeptoren und -donoren durchgef\u00fchrt. Die mikrobielle Metabolisierung der CKW wird durch Kohlenstoffisotopenfraktionierung untersucht. Die Eliminierung von Monochlorbenzen (MCB) und Perchlorethen (PCE) im Wurzelraumreaktor wurde bereits in getrennten Systemen unter oxischen Bedingungen untersucht. Im oxischen System wurde ca. 99% des MCB eliminiert, jedoch nur 50% des PCE. Die reduktive Dechlorierung, der einzige bekannte mikroielle Abbaumechanismus zur Transformation von PCE zu TCE, konnte nicht nachgewiesen werden. Der trotzdem aus dem System eliminierte Anteil an PCE wurde vermutlich volatilisiert; dieser Eliminierungsweg wird in einem Experiment mit geschlossenem Luftraum untersucht werden. Um das Redoxpotential in den Modellreaktoren zu erniedrigen und gleichzeitig Elektronendonoren f\u00fcr die reduktive Dechlorierung von PCE zur Verf\u00fcgung zu stellen, wurden Versuche mit der Zudosierung einer zus\u00e4tzlichen leicht abbaubaren C-Quelle (Acetat) durchgef\u00fchrt. Tats\u00e4chlich verschlechterte sich dadurch die Effizienz des Systems beim MCB-Abbau, vermutlich aufgrund der geringeren Sauerstoffverf\u00fcgbarkeit. Die reduktive Dechlorierung von PCE konnte bisher trotz der Acetataddition nicht beobachtet werden. Um geeignete Mikroorganismen in das System einzubringen, wird momentan mit der Animpfung der Reaktoren mit Material aus der Bitterfelder Anlage gearbeitet.Die Freiland-Pilotanlage wird zur Zeit mit MCB-kontaminiertem Grundwasser und dem zus\u00e4tzlich zugef\u00fcgten Schadstoff PCE betrieben. Die simultane Eliminierung beider Schadstoffe konnte bereits gezeigt werden. Ein gro\u00dfangelegter Versuch zum Sauerstoffeintrag und dem Sauerstoffverbrauch im Zusammenhang mit der Oxidation der CKW wird momentan noch durchgef\u00fchrt. Zu diesem Zweck werden neuartige hochaufl\u00f6sende in situ Sauerstoffoptoden und Passivsammler zur vereinfachten CKW-Messung in der Anlage getestet. Weiterhin wird im Moment mit der Zudosierung von Stickstoff gearbeitet, um ein optimaleres Pflanzenwachstum zu erreichen und m\u00f6glicherweise den Zusammenhang zwischen Pflanzenaktivit\u00e4t und CKW-Eliminierung aufzuzeigen.In den mesoskaligen Modell-Systemen wurde die Datenerhebung zur kontinuierlichen Betriebsweise bereits abgeschlossen; das System zeigt dauerhafte hohe Effizienz bei der MCB-Eliminierung. Die MCB-Emissionen werden dort zur Zeit noch erfasst. Ein Versuch zur weiteren Effizienzsteigerung durch intermittierende Wasserst\u00e4nde und der Einfluss dieser Betriebsweise auf die Volatilisierung soll sich anschliessen. Durch das regelm\u00e4\u00dfige Absenken des Wasserspiegels soll eine verbesserte Sauerstoffverf\u00fcgbarkeit erreicht werden.Als bisher nicht untersuchter, potentiell relevanter Eliminierungsweg f\u00fcr chlorierte Schadstoffe in Constructed Wetlands wird nun zus\u00e4tzlich auch die abiotische reduktive Dechlorierung mittels nat\u00fcrlich vorkommender Eisen- und Schwefelminerale untersucht. Die Gelegenheit, diesen Aspekt n\u00e4her zu betrachtet, bot sich in Form eines Forschungspraktikums beim US Geological Survey in Baltimore\/USA.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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