Kolloidale Aktivkohle zur In-situ-GrundwassersanierungGrundwasser stellt f\u00fcr den Menschen sowie f\u00fcr die gesamte belebte Umwelt eine essenzielle Ressource dar. In Deutschland werden rund 70 % der bereitgestellten Trinkwassermenge aus Grundwasser gewonnen. Obwohl vorsorgender Grundwasserschutz eine hohe Priorit\u00e4t besitzt, k\u00f6nnen vorhandene Grundwassersch\u00e4den nicht ungeschehen gemacht und, realistisch betrachtet, die Entstehung zuk\u00fcnftiger Belastungen nicht ausgeschlossen werden. Die bisher am h\u00e4ufigsten angewendete Technologie zur Behandlung von Grundwasserkontaminationen, die Hebung und oberirdische Behandlung des Grundwassers (sogen. Pump&Treat-Verfahren), hat einen hohen technischen Stand erreicht, erweist sich jedoch in den meisten F\u00e4llen als langwierig und kostenintensiv. Als Alternative zu den etablierten Pump&Treat-Verfahren sind in den 90er Jahren passive Verfahren, z.B. ?Reaktive W\u00e4nde?, vorgeschlagen und erprobt worden. Unbestrittenen Vorteilen stehen jedoch auch bestimmte Nachteile gegen\u00fcber: Neben hohen Investitionskosten f\u00fcr die Errichtung der notwendigen unterirdischen Bauwerke treten in der Praxis h\u00e4ufig hydraulische Probleme auf. In den bekannten Verfahrensans\u00e4tzen zur Grundwasserreinigung wird granulierte Aktivkohle als Adsorbersch\u00fcttung in Reaktoren oder durchstr\u00f6mten Reinigungsw\u00e4nden eingesetzt. Im Rahmen des hier beschriebenen Projektes soll ein neues Verfahrenskonzept zur Errichtung einer Sorptionsbarriere durch Einsp\u00fclung und Immobilisierung von kolloidaler Aktivkohle in-situ im Aquifer entwickelt werden. Grundlage daf\u00fcr sind Kenntnisse \u00fcber das Transportverhalten von Aktivkohlekolloiden im Aquifer und M\u00f6glichkeiten, dieses zu beschreiben bzw. zu modellieren. Aktivkohle ist das mit Abstand bedeutendste Sorbens des technischen Umweltschutzes. Aktivkohle zeigt hervorragende Sorptionseigenschaften gegen\u00fcber einem breiten Spektrum an organischen Verbindungen und ist aus \u00f6kologischer Sicht als unbedenklich einzustufen. Dies ist eine wesentliche Vorrausetzung f\u00fcr die Genehmigungsf\u00e4higkeit eines in-situ Einsatzes von Aktivkohle im Aquifer. Entsprechend der klassischen Kolloidfiltrationstheorie sind die Transportstrecken von Kolloiden in den meisten Aquiferen bei den \u00fcblichen Grundwasserflie\u00dfgeschwindigkeiten auf einen Bereich zwischen 100 und 101 m beschr\u00e4nkt. Dies gilt selbst f\u00fcr Kolloide, f\u00fcr die starke absto\u00dfende elektrostatische Wechselwirkungen zwischen den Kolloid- und Sedimentoberfl\u00e4chen zu erwarten sind. Aus der Literatur ist bekannt, dass die Mobilit\u00e4t von nat\u00fcrlichen Kolloiden im Aquifer u.a. von der Partikelgr\u00f6\u00dfe und der Dichte der Partikel, der Ionenst\u00e4rke und dem pH-Wert des Grundwassers, der Netto-Oberfl\u00e4chenladung des Kolloids und der Mineralkornoberfl\u00e4che sowie der Flie\u00dfgeschwindigkeit abh\u00e4ngig ist. Da f\u00fcr den Aufbau einer Aktivkohlebarriere eine gewisse Reichweite der Aktivkohlekolloide im Aquifer notwendig ist, m\u00fcssen Bedingungen gefunden werden, unter denen die Aktivkohlekolloide eine hohe Mobilit\u00e4t aufweisen. Mit Hilfe von S\u00e4ulenversuchen konnte gezeigt werden, dass die Aktivkohlekolloide unter Verwendung von basischen Flie\u00dfmitteln (pH ? 10) und in Gegenwart von geringen Ionenst\u00e4rken potentiell mobil sind. Beim \u00dcbergang zu realit\u00e4tsn\u00e4heren Bedingungen, d.h. m\u00e4\u00dfigen Ionenst\u00e4rken und neutralem pH-Wert des Flie\u00dfmittels, weisen die Aktivkohlesuspensionen keine gen\u00fcgende Stabilit\u00e4t auf bzw. werden die Aktivkohlekolloide bevorzugt immobilisiert. Die Einstellung der erforderlichen Bedingungen f\u00fcr eine hohe Mobilit\u00e4t der nativen Aktivkohlekolloide in einem Grundwasserleiter ist infolge der z.T. hohen Pufferkapazit\u00e4t von Grundwasser technisch schwer realisierbar. Ebenso gestaltet sich eine totale Absenkung der Ionenst\u00e4rke auf nahezu null als schwierig. Die Injektion der Aktivkohlekolloide sollte deshalb unter realit\u00e4tsnahen Bedingungen erfolgen. Weitere wichtige Steuerungsparameter der Kolloidmobilit\u00e4t im Aquifer sind die Netto-Oberfl\u00e4chenladung der Aktivkohlekolloide und des Mineralkorns. Unter Grundwasserbedingungen sind die Suspensionen der nativen Aktivkohlekolloide instabil. Im relevanten pH-Wert-Bereich weisen die Mineralkornoberfl\u00e4chen eine negative Oberfl\u00e4chenladung auf. Die Anlagerung von Kolloiden an eine Mineralkornoberfl\u00e4che wird unter unvorteilhaften chemischen Bedingungen durch die elektrostatische Absto\u00dfung bestimmt. Eine Erh\u00f6hung der Netto-Oberfl\u00e4chenladung der Aktivkohlekolloide im neutralen pH-Wert-Bereich m\u00fcsste sich also positiv auf die Stabilit\u00e4t der Aktivkohlesuspensionen und auf die Mobilit\u00e4t der Kolloide auswirken. Die Agglomeration von Kolloidsuspensionen kann durch sterische und elektrostatische Stabilisierung verhindert werden. Es wurden drei Konzepte zur Erh\u00f6hung der Oberfl\u00e4chenladung der Aktivkohlekolloide verfolgt: 1.\tdie oxidative Vorbehandlung der Aktivkohle, 2.\tdie Impr\u00e4gnierung der Aktivkohle mit anionischen Tensiden und 3.\tder Zusatz von kohlest\u00e4mmigen Humins\u00e4uren. Alle Versuche, die Stabilit\u00e4t der Aktivkohlesuspensionen und die Mobilit\u00e4t der Aktivkohlekolloide im neutralen pH-Wert-Bereich und bei geringen Ionenst\u00e4rken zu erh\u00f6hen, f\u00fchrten zum gew\u00fcnschten Ergebnis. Die Ergebnisse zeigten, dass die Oberfl\u00e4chenchemie der Aktivkohlekolloide als ein Mittel zur Transportsteuerung betrachtet werden kann. Als optimale Methode ist die Beladung der Aktivkohle mit den kohlest\u00e4mmigen Humins\u00e4uren einzusch\u00e4tzen. Es konnte gezeigt werden, dass eine gezielte Steuerung der Ablagerung der Aktivkohlekolloide in Gegenwart von Humins\u00e4ure unter Aquiferbedingungen m\u00f6glich ist. D.h. Modellsands\u00e4ulen wurden gleichm\u00e4\u00dfig \u00fcber die gesamte S\u00e4ulenl\u00e4nge mit kolloidaler Aktivkohle beladen. Gegen\u00fcber anionischen Tensiden besitzen Humins\u00e4uren au\u00dferdem den Vorteil, dass sie nat\u00fcrliche, nicht toxische Zusatzstoffe darstellen und damit f\u00fcr einen praktischen Einsatz besser geeignet sind. Die Genehmigungsf\u00e4higkeit eines in-situ Verfahrens auf der Basis von Aktivkohle und Humins\u00e4uren sollte aus umweltrechtlicher Sicht keine Probleme darstellen. Dar\u00fcber hinaus sind Humins\u00e4uren auch in gro\u00dfen Mengen technisch gut verf\u00fcgbar. Die Kosten f\u00fcr die ben\u00f6tigten Mengen Humins\u00e4ure w\u00fcrden die Kosten f\u00fcr die Aktivkohlesuspensionen wahrscheinlich nicht signifikant erh\u00f6hen. Um das Konzept der Sorptionsbarriere in Richtung einer Reaktionsbarriere auszubauen, wird der Ansatz verfolgt, die Aktivkohle als Tr\u00e4ger f\u00fcr Reaktivit\u00e4t, z.B. durch Aufbringen von Fe(0) auf die Aktivkohleoberfl\u00e4che, zu benutzen. Das Fe\/C-System verbindet somit die hervorragenden Adsorptionseigenschaften von Aktivkohle und die reduzierende Wirkung von Eisen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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