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Optimierung der Probenahme unter besonderer Berücksichtigung des Mobilitätsverhaltens von polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen in fünf typischen ostbrandenburgischen Bodenprofilen

Optimization of sampling, with particular attention to the mobility behaviour of PAHs in 5 typical soils Ostbrandenburg

  • Für eine Konzeption boden- und grundwasserverträglicher Folgenutzung von Altlastenstandorten werden Kenntnisse über Mechanismen und Einflussfaktoren für die Freisetzung akkumulierter Substanzen und deren Transport benötigt. Die vorliegende Arbeit hatte das Ziel, einen Beitrag über Einflussfaktoren, die die Mobilität der polyzyklischen Aromaten im Boden steuern, zu liefern. Unter Nutzung und Zusammenführung bisheriger Erkenntnisse aus der Vor-Ort-Analytik wurde ein Beprobungsschemata entwickelt, welches das räumlich variable Verlagerungsverhalten der PAK in verschiedenen Böden Brandenburgs rationell beschreibt. Unter natürlichen Witterungsbedingungen wurden aufgeschlossene Bodenprofile horizontweise beprobt und das Verlagerungsverhalten von PAK in Abhängigkeit von Bodenparametern untersucht. An den feldgemischten Bodenproben wurden neben der PAK-Analytik folgende physiko-chemische Einflussfaktoren auf eine PAK-Mobilisierung ermittelt: Hydrosedimentation und röntgenografische Untersuchungen zur Bewertung von Feinstfraktionen imFür eine Konzeption boden- und grundwasserverträglicher Folgenutzung von Altlastenstandorten werden Kenntnisse über Mechanismen und Einflussfaktoren für die Freisetzung akkumulierter Substanzen und deren Transport benötigt. Die vorliegende Arbeit hatte das Ziel, einen Beitrag über Einflussfaktoren, die die Mobilität der polyzyklischen Aromaten im Boden steuern, zu liefern. Unter Nutzung und Zusammenführung bisheriger Erkenntnisse aus der Vor-Ort-Analytik wurde ein Beprobungsschemata entwickelt, welches das räumlich variable Verlagerungsverhalten der PAK in verschiedenen Böden Brandenburgs rationell beschreibt. Unter natürlichen Witterungsbedingungen wurden aufgeschlossene Bodenprofile horizontweise beprobt und das Verlagerungsverhalten von PAK in Abhängigkeit von Bodenparametern untersucht. An den feldgemischten Bodenproben wurden neben der PAK-Analytik folgende physiko-chemische Einflussfaktoren auf eine PAK-Mobilisierung ermittelt: Hydrosedimentation und röntgenografische Untersuchungen zur Bewertung von Feinstfraktionen im Bodenmaterial; Kornverteilungen mittels Siebanalysen zur Ermittlung der kf -Werte für die Bewertung von Durchlässigkeit und Sorptionsfähigkeit der untersuchten Böden; Wassergehalt, Glühverlust und organischer Kohlenstoffgehalt; pH-Werte, elektrische Leitfähigkeit und Karbonatgehalte. Sehr hohe PAK-Gehalte in der Gley-Braunerde wie am Standort Erkner, im Humuspodsol wie in Beeskow sowie in der vergleyten Rostbraunerde wie in Berlin-Britz ziehen eine Hemmung des Stoffabbaus nach sich. In diesen Böden bestehen günstige Voraussetzungen für eine hohe Freisetzung organischen Materials. Bei schluffreicher Ausprägung der Matrix kann eine Sorption begünstigt werden. Die PAK-Gehalt/Glühverlust-Korrelationen der jeweiligen ortstypischen Leitböden mit deutlich abweichenden Messwerten deuten auf besonders belastete Böden bzw. anthropogene Matrices. Die als bedeutsam erkannten Eigenschaften der organischen Substanz treten in ihrem Einfluss auf die Höhe der PAK-Tiefenverlagerung dann deutlich in Erscheinung, wenn die untersuchten Standorte geringe Unterschiede in solchen substrat-bedingten Bodeneigenschaften aufweisen, die für Adsorptionsvorgänge und für die Fließbedingungen der Bodenlösung maßgeblich sind. Anderenfalls (Acker-Auengley wie in Bad Freienwalde) sind es vor allem diese substratbedingten Eigenschaften, die letztlich die stattfindende Freisetzung bestimmen. Es konnte gezeigt und bestätigt werden, dass hohe Ton und Schluffgehalte, hohe Gehalte an pedogenen, wenig kristallinen Eisenoxiden (Gley-Braunerde in Erkner), hohe Gehalte an austauschbarem Ca2+ und Mg2+ durch Adsorptions- und Ausfällungs-prozesse zur Verrin-gerung der Freisetzung von organischem Material beitragen. Es wird in den PAK-kontaminierten Böden trotz ihrer nur geringen Wasserlöslichkeit unter Mitwirkung der organischen Substanz teilweise in großen Mengen PAK mobilisiert. Die Möglichkeit einer an den organischen Kohlenstoff gekoppelten Tiefenverlagerung bis in das Grundwasser wurde in der reliktischen Gley-Braunerde in Erkner deutlich. Vergleyte Rostbraunerden des Standortes Berlin-Britz zeigen eine durch hohe Durchlässigkeiten und gelöstes organisches Material begünstigte Verlagerung der PAK aus dem Oberboden mit dem Sickerwasser. Die Qualität der organischen Masse (Zersetzungsgrad) spielt neben ihrer Menge eine wesentliche Rolle für die Schadstoffmobilisierung. Untersuchungen zum Einfluss des löslichen organischen Materials auf die Mobilisierung und Tiefenverlagerung von Schadstoffen müssen deshalb mit der standorttypischen gelösten organischen Substanz durchgeführt werden, da berücksichtigt werden muss, dass infolge veränderter Umweltbedingungen auch zu Veränderungen an der organischen Substanz kommt, die wiederum für die Schadstoffmobilisierung von entscheidender Bedeutung sein können. Die statistische Auswertung des umfangreichen Datenmaterials zeigte, dass Wassergehalt und pH nur einen geringen Einfluss auf die PAK-Konzentration haben. Verbesserte Bestimmtheitsmaße werden erzielt, wenn zusätzlich kf, TOC und Glühverlust in die Korrelationen einbezogen werden. Liegt eine größere, statistisch relevante Anzahl von Messwerten eines Bodentyps vor, so werden die theoretisch zu erwartenden Beziehungen zwischen den Gehalt an organischer Substanz und dem PAK-Gehalt in der Korrelation deutlich sichtbar. Für eine weiterführende Klärung direkter Abhängigkeiten zwischen Extraktionsverhalten von PAK und spezifischen Matrixeigenschaften sind Bodenproben mit definierten Korngrößen und Wassergehalten gezielt mit PAK zu kontaminieren und anschließend zu extrahieren.show moreshow less
  • For the conception of a compatible groundwater and soil reuse of contaminated sites the knowledge of mechanisms and influencing factors are needed for the release of accumulated substances and their transport. The available study had the goal of providing a contribution over influencing factors, which steer the mobility of polycyclic aromatics in soils. Under the use and the unification of past realisations from on-site analytics a sampling plan was developed, to rationally describe the spatially variable transport be-haviour of the PAH in different soils. Under natural weather conditions productive soil profiles horizon-wise, were sampled and the misalignment behaviour (path behaviour) of PAH in addiction of soil parameters was examined. In the field-mixed soil samples apart from PAH analytics the following physiochemical influencing factors were analysed on a PAH mobilisation: Hydraulic sedimentation and radiographic investigations for the evaluation of fine fractions in the soil material; grain size distributions by means of sieveFor the conception of a compatible groundwater and soil reuse of contaminated sites the knowledge of mechanisms and influencing factors are needed for the release of accumulated substances and their transport. The available study had the goal of providing a contribution over influencing factors, which steer the mobility of polycyclic aromatics in soils. Under the use and the unification of past realisations from on-site analytics a sampling plan was developed, to rationally describe the spatially variable transport be-haviour of the PAH in different soils. Under natural weather conditions productive soil profiles horizon-wise, were sampled and the misalignment behaviour (path behaviour) of PAH in addiction of soil parameters was examined. In the field-mixed soil samples apart from PAH analytics the following physiochemical influencing factors were analysed on a PAH mobilisation: Hydraulic sedimentation and radiographic investigations for the evaluation of fine fractions in the soil material; grain size distributions by means of sieve analysis for the determination of kf-values for the evaluation of permeability and absorption ability of the examined soils; water content, loss in ignition and organic carbon content; pH values, electrical conductivity and carbonate contents. Very high PAH contents in the Gleyic Arenosols as at the location Erkner, in the Mollic Podzol as in Beeskow as well as in the Gleyic Rust Arenosols as in Berlin Britz involve an inhibition of the material decomposition. In these soils favourable condi-tions for a high release of organic material exist. With silt-rich development/shaping of the matrix absorption can be favoured. The PAH content/annealing loss-correlations of the respective local typical benchmark soils with clearly deviating measured values point to particularly loaded soils and/or anthropogenic matrix. As important recognized characteristics the organic substances clearly step in their influence on the height of the PAH depth reallocation into feature, if the examined locations exhibit small differences in such substrate conditioned soil characteristics, which are relevant for absorption processes and for the flow conditions of the soil solution. Otherwise (Mollic Gleysols from flood plain deposits as in Bad Freienwalde) there is, above all these substrate conditioned characteristics, which determine in the long run the occurred disposal. That high clay/tone and silt contents, high content of pedogenic, little crystalline ferric oxides (Gleyic Arenosols in Erkner), high contents of exchangeable Ca2+ and Mg2+ could be shown and confirmed by adsorption and precipitation processes contribute to the decrease of the release of organic material. The possibility of a depth reallocation into the groundwater, coupled to organic carbon, became clear in the relict Gleyic Arenosols as in Erkner. Gleyic Rust Arenosols of the location Berlin Britz show one by high permeabilities and solved organic material favoured reallocation of the PAH from the surface soil with the leachate. The quality of the organic mass (decomposition degree) plays a substantial role for the pollutant mobilization apart from its quantity. Investigations of the influence of the soluble organic material on the mobilization and depth reallocation of pollutants must be accomplished therefore with the location-typical solved organic substance, considered that due to changed environmental condition also changes in the organic substance comes, which can be again for the pollutant mobilization of crucial importance. The statistical evaluation of the extensive data showed that water content and pH only have a minor influence on the PAH concentrations. Improved certainty mass are obtained, if additionally kf, TOC and Annealing loss into the correlations are included. If a larger, statistically relevant number of measured values of a type of soil are pre-sent, then those theoretically expecting relations between the content of organic substance and the PAH content in the correlation become clearly visible. For a resuming clarifying of direct dependence between extraction behaviour on PAH and specific matrix characteristics soil samples with defined grain size and water contents are to be contaminated purposefully with PAH and extracted afterwards.show moreshow less

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Metadaten
Author: Ronald Obst
URN:urn:nbn:de:kobv:co1-opus-9562
Referee / Advisor:Prof. Dr. Albrecht Gnauck
Document Type:Doctoral thesis
Language:German
Year of Completion:2009
Date of final exam:2009/06/23
Release Date:2009/09/07
Tag:Bodenprofile; Korrelationen; PAK-Mobilität; Probenahmeoptimierung; Transportverhalten
Correlations; Optimization of sampling; PAH mobility; Soil profiles; Spatially variable transport
GND Keyword:Brandenburg <Ost>; Bodenprofil; Polycyclische Aromaten; Transport; Probenahme
Institution name at the time of publication:Fakultät für Umweltwissenschaften und Verfahrenstechnik (eBTU) / LS Ökosysteme und Umweltinformatik
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