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6 Zusammenfassung und
Schlussfolgerungen
In dieser Arbeit wurden 16 veschiedene
Abfallmaterialien, darunter auch drei Referenzmaterialien
von der BAM, in Bezug auf ihr
PAK-Desorptionsverhalten in Wasser untersucht.
Mit der ASE (Accelerated Solvent
Extractor) war es möglich, in kurzer Zeit an
derselben Materialprobe die Gleichgewichtskonzentration
im Wasser sowie die Konzentration
im Feststoff zu bestimmen. Die ermittelten
Gleichgewichtskonzentrationen weichen
gegenüber den ermittelten Werten aus
den Säulenversuchen und Schütteltests um
maximal Faktor 2,5 ab. Daher eignet sich der
ASE-Schnellelutionstest um eine vernünftige
Abschätzung der maximal zu erwartenden
Konzentration im Wasser aus den “Quelltermmaterialien“
zu erhalten. Da die untersuchten
Abfallmaterialien deutlich stärker sorbieren als
natürliche Böden und Sedimente, liegen die
Gleichgewichtskonzentrationen deutlich unter
den nach dem KOC-Prinzip abgeschätzten
Werten.
Die in dreifacher Ausfertigung durchgeführten
Säulenversuche zeigten alle sehr gut
reproduzierbare Ergebnisse, auch laborübergreifend.
Wichtig in diesem Zusammenhang ist
eine sehr gute Materialhomogenisierung, um
repräsentative Proben zu erhalten. Alle Elutionskurven
zeigten zu Beginn Gleichgewichtsbedingungen
und gingen dann in Abhängigkeit
von den Material- und Schadstoffeigenschaften
ins Nichtgleichgewicht über. Insbesondere
teer- und bitumenhaltige Materialien wie
Bauschutt und Straßenasphalte zeigten
vorzugsweise Schadstoffaustrag unter Gleichgewichtsbedingungen,
wohingegen die
sorptiven Hausmüllverbrennungsaschen aufgrund
diffusionslimitierter Desorptionskinetik
schneller ins Nichtgleichgewicht übergingen.
Mit dem numerischen Modell SMART
(Streamtube Model for Advective and Reactive
Transport) war es möglich, den PAK-Austrag
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aus einem Bauschutt über 230 Tage vorherzusagen,
wobei die modellierten mit den
gemessenen Konzentrationen quantitativ sehr
gut übereinstimmten. Für Materialien mit residualer
Phase mussten in SMART Gleichgewichtsanteile
eingeführt werden, da im Modell
die Desorptionskinetik mit Intrapartikeldiffusionsprozessen
berechnet und somit keine
Lösungsprozesse berücksichtigt werden. Kritische
Eingabeparameter für die SMART-Modellierung
sind die effektive Intrapartikelporosität
und der Archie-Koeffizient (berücksichtigt
die Tortuosität der Poren). Beide
sind messtechnisch nur sehr schwer zu erfassen
und können daher meist nur abgeschätzt
werden. Sie wirken sich jedoch sehr sensitiv
auf die Modellierergebnisse aus.
Mit der ASE wurden für alle Materialien die
Gleichgewichtskonzentrationen bei verschiedenen
Temperaturen bestimmt. Je höher die
Temperatur, umso höher waren die ermittelten
Gleichgewichtskonzentrationen. Mittels einer
Van´t-Hoff-Gleichung konnten mit einer
einfachen Regression die Desorptionsenthalpien
für die einzelnen PAK bestimmt werden.
Die ermittelten Desorptionsenthalpien für
Phenanthren lagen für alle untersuchten Materialien
zwischen -31 kJ mol -1 und -66 kJ mol -1 .
Die ermittelten Enthalpien für die einzelnen
PAK korrelieren gut mit KOW-Werten und Löslichkeitsenthalpien.
Je hydrophober die PAK,
umso höher die Desorptionsenthalpien. Die
Höhe der Desorptionsenthalpie wiederum
hängt davon ab, ob „Partitioning“ (Absorption)
oder „pore filling“ (Adsorption) der dominierende
Sorptionsprozeß ist. Der Vorteil dieser
Elutionsmethode bei erhöhten Temperaturen
ist, dass sich ermittelte PAK-Konzentrationen
mittels eines Van´t-Hoff-Plots auf niedrigere
Temperaturen, wie z. B. Grundwassertemperaturen,
extrapolieren lassen. Es können auch
Gleichgewichtskonzentrationen im Eluat unterhalb
der Nachweisgrenze abgeschätzt werden.
Wichtige Randbedingungen zur Bestimmung
der Desorptionsenthalpie über die Regression
der Gleichgewichtskonzentrationen sind: hohe