Entwicklung und Anwendung eines Verfahrens zur Erkundung und zum Monitoring mit LCKW kontaminierter Standorte mittels Beprobung von Pflanzen

Development and application of a method for investigation and monitoring of CVOC contaminated sites by taking samples from plants

  • Um Pflanzenproben zur Erkundung und zum Monitoring leichtflüchtiger chlorierter Kohlenwasserstoffe (LCKW) auf kontaminierten Standorten nutzbar zu machen, wurde ein innovatives Analysenverfahren entwickelt. Als Probenahmemethode kam dabei vornehmlich die Entnahme von Baumkernen mit Zuwachsbohrern zum Einsatz. Die Baumkernproben wurden im Labor mittels Festphasenmikroextraktion aus dem Gasraum analysiert (Headspace Solid-Phase-Microextraction – HS-SPME). Mit dieser Analysenmethode wurden auch andUm Pflanzenproben zur Erkundung und zum Monitoring leichtflüchtiger chlorierter Kohlenwasserstoffe (LCKW) auf kontaminierten Standorten nutzbar zu machen, wurde ein innovatives Analysenverfahren entwickelt. Als Probenahmemethode kam dabei vornehmlich die Entnahme von Baumkernen mit Zuwachsbohrern zum Einsatz. Die Baumkernproben wurden im Labor mittels Festphasenmikroextraktion aus dem Gasraum analysiert (Headspace Solid-Phase-Microextraction – HS-SPME). Mit dieser Analysenmethode wurden auch andere Pflanzenteile und Birkenwasser untersucht, um alternative Probenahmemethoden zu prüfen und das Verhalten von LCKW, insbesondere von cis-1,2-Dichlorethen (cDCE) und Trichlorethen (TCE), besser zu verstehen. Zudem wurde eine Analysenmethode entwickelt, bei der Thermodesorptionsröhrchen mit CarboxenTM bestückt wurden, um die Analyten aus den Baumkernen mittels eines Trägergases möglichst vollständig zu extrahieren. Mit dem neu entwickelten Verfahren der Baumkernanalyse mittels HS-SPME wurden an drei Standorten (Krampnitz, Neuruppin und Hamburg) flächenhafte Untersuchungen zur Charakterisierung der LCKW-Verteilung im Grundwasser bzw. im Porenwasser der ungesättigten Bodenzone (Phytoscreening) durchgeführt. Weitere flächenhafte Standortuntersuchungen erfolgten im Vorfeld mit einer abweichenden Probenahmemethode, unter anderem auch an Schilf. Anhand der Untersuchungen konnte die Eignung des Phytoscreenings zur Erkundung und zum Monitoring für TCE, cDCE, Tetrachlorethen (Perchlorethen, PCE), trans-1,2-Dichlorethen (tDCE) und 1,2-Dichlorethan (1,2DCA) belegt werden. Aufgrund der vielfältigen Einflussfaktoren bei der Aufnahme, der Verlagerung und dem Verhalten von LCKW in Pflanzen und damit auf die gemessenen Belastungen ist lediglich eine semiquantitative Bewertung der Ergebnisse eines Phytoscreenings mit Baumkernen sinnvoll. Einzelwerte sind nur in einer vergleichsweise großen Schwankungsbreite reproduzierbar, haben aber eine untergeordnete Bedeutung. Das eigentliche Ergebnis der Untersuchungen, die räumliche Verteilung der Schadstoffe, leitet sich aus dem Verhältnis der Einzelwerte zueinander ab. Als Grund für systematische, radiale Richtungsabhängigkeiten der LCKW-Belas-tungen auf einer Höhe um den Stamm herum wurde zudem die Abhängigkeit von der Anstromrichtung kontaminierten Grundwassers bzw. von der Lage gegenüber dem Schadenszentrum eingehender untersucht. Der überwiegende Anteil der Ergebnisse spricht gegen diese Abhängigkeit. Zudem werden die Radialprofile als zeitlich nicht stabil eingeschätzt. Weiterhin konnte dargestellt werden, dass die Probenahme lediglich aus einer Richtung am Baum im Rahmen eines Phytoscreenings ausreichend repräsentative Ergebnisse liefert. Beprobungen aus einer festgelegten Richtung rechtfertigen sich anhand der ermittelten Daten nicht. Als wesentlicher Einflussfaktor ist vielmehr die Verfügbarkeit von Regenwasser zu berücksichtigen. Ein weiterer wichtiger Aspekt ist, die Rahmenbedingungen für die vergleichsrelevanten Proben so weit wie möglich zu vereinheitlichen. Die erhobenen Daten sind auf einer DVD dokumentiert, die der gedruckten Version beiliegt. Wegen der Dateigröße und erforderlicher Zusatzprogramme werden sie nicht online angeboten.show moreshow less
  • To utilize plant samples for the characterization of contaminant distribution in the subsurface of extended areas, a novel, innovative analytical technique for the enrichment of chlorinated volatile organic compounds (CVOC) was developed. The extraction of tree cores with an increment corer served as the primary sampling method. The CVOC were subsequently analyzed via solid-phase microextraction from headspace (HS-SPME). To validate alternative sampling methods as well as for spatial delineationTo utilize plant samples for the characterization of contaminant distribution in the subsurface of extended areas, a novel, innovative analytical technique for the enrichment of chlorinated volatile organic compounds (CVOC) was developed. The extraction of tree cores with an increment corer served as the primary sampling method. The CVOC were subsequently analyzed via solid-phase microextraction from headspace (HS-SPME). To validate alternative sampling methods as well as for spatial delineation and monitoring of subsurface contaminants, which mainly were trichloroethene (TCE) and cis-1,2-dichloroethene (cDCE), this analytical method was also applied to different tree parts and birch sap. Furthermore, an analytical method using thermodesorption tubes filled with CarboxenTM was developed for complete extraction of the analytes from the tree cores by means of a carrier gas. Extensive investigations to examine contaminants in groundwater and pore water of the unsaturated zone (Phytoscreening) were successfully carried out at three sites (Krampnitz, Neuruppin and Hamburg) using this newly developed method with HS-SPME of tree cores. Additional site investigations had been performed previously using other sampling methods, including reed samples. The use of phytoscreening was verified as being suitable for the contaminants TCE, cDCE, perchloroethene (PCE), trans-1,2-tichloroethene (tDCE) and 1,2-dichloroethane (1,2DCA). Due to the wide range of factors influencing uptake, deposition and fate of CVOC in plants, and consequently on the measured concentrations, a semiquantitative evaluation of phytoscreening with tree cores considered appropriate. Individual concentrations can only be reproduced over a comparatively large range and thus play a minor role. The actual results of the investigations and the spatial distribution of the pollutants are derived from the relationship of the individual values with each other. As potential cause for systematic, radial directional dependencies of CVOC concen-trations observed around the trunk at a fixed height, the inflow direction of contaminated groundwater or the location relative to the contamination source, respectively, were further investigated. The majority of the results did not support this relationship. Moreover, the radial profiles seemed to be unsteady over time. As could be shown, sampling of one direction at the tree leads to adequate results for the application of phytoscreening. Sampling from one fixed direction is not decisive, considering the results presented here. However, it is crucial to consider the rainwater availability as a major factor. Another important aspect is to standardize the determination parameters for related samples as much as possible. The data collected are documented on a DVD that accompanies the printed version. Because the file size and required additional programs, they are not offered online.show moreshow less

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Metadaten
Author: Olaf Holm
URN:urn:nbn:de:kobv:83-opus-33709
ISBN:978-3-89720-563-5
Series (Serial Number):ITU-Schriftenreihe. Schriftenreihe des Instituts für Technischen Umweltschutz (17)
Advisor:Prof. Dr. Wolfgang Rotard
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of Publication (online):2011/12/23
Publishing Institution:Technische Universität Berlin
Granting Institution:Technische Universität Berlin, Fakultät III - Prozesswissenschaften
Date of final exam:2011/10/21
Release Date:2011/12/23
Tag:Baumkernprobenahme; Festphasenmikroextraktion; Phytoscreening; Trichlorethen; cis-Dichlorethen
Phytoscreening; Solid-Phase-Microextraction; Tree Core Sampling; Trichloroethene; cis-dichloroethene
Institutes:Institut für Technischen Umweltschutz
Dewey Decimal Classification:620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Licence (German):License LogoDeutsches Urheberrecht mit Print on Demand (u.a. für Dissertationen empfohlen)