Kolloidale Aktivkohle zur In-situ-GrundwassersanierungGrundwasser stellt f\u00c3\u00bcr den Menschen sowie f\u00c3\u00bcr 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\u00c3\u00a4t besitzt, k\u00c3\u00b6nnen vorhandene Grundwassersch\u00c3\u00a4den nicht ungeschehen gemacht und, realistisch betrachtet, die Entstehung zuk\u00c3\u00bcnftiger Belastungen nicht ausgeschlossen werden. Die bisher am h\u00c3\u00a4ufigsten 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\u00c3\u00a4llen als langwierig und kostenintensiv. Als Alternative zu den etablierten Pump&Treat-Verfahren sind in den 90er Jahren passive Verfahren, z.B. ?Reaktive W\u00c3\u00a4nde?, vorgeschlagen und erprobt worden. Unbestrittenen Vorteilen stehen jedoch auch bestimmte Nachteile gegen\u00c3\u00bcber: Neben hohen Investitionskosten f\u00c3\u00bcr die Errichtung der notwendigen unterirdischen Bauwerke treten in der Praxis h\u00c3\u00a4ufig hydraulische Probleme auf. In den bekannten Verfahrensans\u00c3\u00a4tzen zur Grundwasserreinigung wird granulierte Aktivkohle als Adsorbersch\u00c3\u00bcttung in Reaktoren oder durchstr\u00c3\u00b6mten Reinigungsw\u00c3\u00a4nden eingesetzt. Im Rahmen des hier beschriebenen Projektes soll ein neues Verfahrenskonzept zur Errichtung einer Sorptionsbarriere durch Einsp\u00c3\u00bclung und Immobilisierung von kolloidaler Aktivkohle in-situ im Aquifer entwickelt werden. Grundlage daf\u00c3\u00bcr sind Kenntnisse \u00c3\u00bcber das Transportverhalten von Aktivkohlekolloiden im Aquifer und M\u00c3\u00b6glichkeiten, dieses zu beschreiben bzw. zu modellieren. Aktivkohle ist das mit Abstand bedeutendste Sorbens des technischen Umweltschutzes. Aktivkohle zeigt hervorragende Sorptionseigenschaften gegen\u00c3\u00bcber einem breiten Spektrum an organischen Verbindungen und ist aus \u00c3\u00b6kologischer Sicht als unbedenklich einzustufen. Dies ist eine wesentliche Vorrausetzung f\u00c3\u00bcr die Genehmigungsf\u00c3\u00a4higkeit eines in-situ Einsatzes von Aktivkohle im Aquifer. Entsprechend der klassischen Kolloidfiltrationstheorie sind die Transportstrecken von Kolloiden in den meisten Aquiferen bei den \u00c3\u00bcblichen Grundwasserflie\u00c3\u0178geschwindigkeiten auf einen Bereich zwischen 100 und 101 m beschr\u00c3\u00a4nkt. Dies gilt selbst f\u00c3\u00bcr Kolloide, f\u00c3\u00bcr die starke absto\u00c3\u0178ende elektrostatische Wechselwirkungen zwischen den Kolloid- und Sedimentoberfl\u00c3\u00a4chen zu erwarten sind. Aus der Literatur ist bekannt, dass die Mobilit\u00c3\u00a4t von nat\u00c3\u00bcrlichen Kolloiden im Aquifer u.a. von der Partikelgr\u00c3\u00b6\u00c3\u0178e und der Dichte der Partikel, der Ionenst\u00c3\u00a4rke und dem pH-Wert des Grundwassers, der Netto-Oberfl\u00c3\u00a4chenladung des Kolloids und der Mineralkornoberfl\u00c3\u00a4che sowie der Flie\u00c3\u0178geschwindigkeit abh\u00c3\u00a4ngig ist. Da f\u00c3\u00bcr den Aufbau einer Aktivkohlebarriere eine gewisse Reichweite der Aktivkohlekolloide im Aquifer notwendig ist, m\u00c3\u00bcssen Bedingungen gefunden werden, unter denen die Aktivkohlekolloide eine hohe Mobilit\u00c3\u00a4t aufweisen. Mit Hilfe von S\u00c3\u00a4ulenversuchen konnte gezeigt werden, dass die Aktivkohlekolloide unter Verwendung von basischen Flie\u00c3\u0178mitteln (pH ? 10) und in Gegenwart von geringen Ionenst\u00c3\u00a4rken potentiell mobil sind. Beim \u00c3\u0153bergang zu realit\u00c3\u00a4tsn\u00c3\u00a4heren Bedingungen, d.h. m\u00c3\u00a4\u00c3\u0178igen Ionenst\u00c3\u00a4rken und neutralem pH-Wert des Flie\u00c3\u0178mittels, weisen die Aktivkohlesuspensionen keine gen\u00c3\u00bcgende Stabilit\u00c3\u00a4t auf bzw. werden die Aktivkohlekolloide bevorzugt immobilisiert. Die Einstellung der erforderlichen Bedingungen f\u00c3\u00bcr eine hohe Mobilit\u00c3\u00a4t der nativen Aktivkohlekolloide in einem Grundwasserleiter ist infolge der z.T. hohen Pufferkapazit\u00c3\u00a4t von Grundwasser technisch schwer realisierbar. Ebenso gestaltet sich eine totale Absenkung der Ionenst\u00c3\u00a4rke auf nahezu null als schwierig. Die Injektion der Aktivkohlekolloide sollte deshalb unter realit\u00c3\u00a4tsnahen Bedingungen erfolgen. Weitere wichtige Steuerungsparameter der Kolloidmobilit\u00c3\u00a4t im Aquifer sind die Netto-Oberfl\u00c3\u00a4chenladung der Aktivkohlekolloide und des Mineralkorns. Unter Grundwasserbedingungen sind die Suspensionen der nativen Aktivkohlekolloide instabil. Im relevanten pH-Wert-Bereich weisen die Mineralkornoberfl\u00c3\u00a4chen eine negative Oberfl\u00c3\u00a4chenladung auf. Die Anlagerung von Kolloiden an eine Mineralkornoberfl\u00c3\u00a4che wird unter unvorteilhaften chemischen Bedingungen durch die elektrostatische Absto\u00c3\u0178ung bestimmt. Eine Erh\u00c3\u00b6hung der Netto-Oberfl\u00c3\u00a4chenladung der Aktivkohlekolloide im neutralen pH-Wert-Bereich m\u00c3\u00bcsste sich also positiv auf die Stabilit\u00c3\u00a4t der Aktivkohlesuspensionen und auf die Mobilit\u00c3\u00a4t der Kolloide auswirken. Die Agglomeration von Kolloidsuspensionen kann durch sterische und elektrostatische Stabilisierung verhindert werden. Es wurden drei Konzepte zur Erh\u00c3\u00b6hung der Oberfl\u00c3\u00a4chenladung der Aktivkohlekolloide verfolgt: 1.\tdie oxidative Vorbehandlung der Aktivkohle, 2.\tdie Impr\u00c3\u00a4gnierung der Aktivkohle mit anionischen Tensiden und 3.\tder Zusatz von kohlest\u00c3\u00a4mmigen Humins\u00c3\u00a4uren. Alle Versuche, die Stabilit\u00c3\u00a4t der Aktivkohlesuspensionen und die Mobilit\u00c3\u00a4t der Aktivkohlekolloide im neutralen pH-Wert-Bereich und bei geringen Ionenst\u00c3\u00a4rken zu erh\u00c3\u00b6hen, f\u00c3\u00bchrten zum gew\u00c3\u00bcnschten Ergebnis. Die Ergebnisse zeigten, dass die Oberfl\u00c3\u00a4chenchemie der Aktivkohlekolloide als ein Mittel zur Transportsteuerung betrachtet werden kann. Als optimale Methode ist die Beladung der Aktivkohle mit den kohlest\u00c3\u00a4mmigen Humins\u00c3\u00a4uren einzusch\u00c3\u00a4tzen. Es konnte gezeigt werden, dass eine gezielte Steuerung der Ablagerung der Aktivkohlekolloide in Gegenwart von Humins\u00c3\u00a4ure unter Aquiferbedingungen m\u00c3\u00b6glich ist. D.h. Modellsands\u00c3\u00a4ulen wurden gleichm\u00c3\u00a4\u00c3\u0178ig \u00c3\u00bcber die gesamte S\u00c3\u00a4ulenl\u00c3\u00a4nge mit kolloidaler Aktivkohle beladen. Gegen\u00c3\u00bcber anionischen Tensiden besitzen Humins\u00c3\u00a4uren au\u00c3\u0178erdem den Vorteil, dass sie nat\u00c3\u00bcrliche, nicht toxische Zusatzstoffe darstellen und damit f\u00c3\u00bcr einen praktischen Einsatz besser geeignet sind. Die Genehmigungsf\u00c3\u00a4higkeit eines in-situ Verfahrens auf der Basis von Aktivkohle und Humins\u00c3\u00a4uren sollte aus umweltrechtlicher Sicht keine Probleme darstellen. Dar\u00c3\u00bcber hinaus sind Humins\u00c3\u00a4uren auch in gro\u00c3\u0178en Mengen technisch gut verf\u00c3\u00bcgbar. Die Kosten f\u00c3\u00bcr die ben\u00c3\u00b6tigten Mengen Humins\u00c3\u00a4ure w\u00c3\u00bcrden die Kosten f\u00c3\u00bcr die Aktivkohlesuspensionen wahrscheinlich nicht signifikant erh\u00c3\u00b6hen. Um das Konzept der Sorptionsbarriere in Richtung einer Reaktionsbarriere auszubauen, wird der Ansatz verfolgt, die Aktivkohle als Tr\u00c3\u00a4ger f\u00c3\u00bcr Reaktivit\u00c3\u00a4t, z.B. durch Aufbringen von Fe(0) auf die Aktivkohleoberfl\u00c3\u00a4che, 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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