Diplomarbeit - OPUS Bayreuth - Universität Bayreuth

3.3. TRANSPORT VON PAK
zesse gilt, daß zwar einige Voraussetzungen für ihren Ablauf erfüllt sein können, aber ihr
Ablauf kinetisch gehemmt sein kann.
Für die Desorption von BaPYR von verschiedenen Bodenhorizonten ermittelte Raber
[1996] in Schüttelversuchen schnelle Freisetzungsisothermen: 90 % der Gleichgewichtskonzentration
wurden nach wenigen Stunden erreicht, die Gleichgewichtskonzentration stellte
sich nach einem Tag ein (wobei Gleichgewicht hier bedeuten kann, daß nur noch eine sehr
kleine Rate desorbiert). In diesem Fall ist die Freisetzung ratenlimitiert.
Wie viele andere Stoffe adsorbieren PAK auf Oberflächen von Oxiden und Tonmineralen
oder an organischer Substanz. Leichtle [1997] fand für Quarzsand, Goethit-beschichteten
Quarzsand und Montmorillonit vollkommen reversible, nichtlineare Sorptionsisothermen
von ANT und PYR sowie Hinweise auf reversible Sorption für PER. In Böden reichern
sich PAK in der Schluff- und Tonfraktion an, außerdem bedingt durch ihre Affinität zu
organischer Substanz in Bodenhorizonten mit hohem Gehalt an organischem Kohlenstoff
(Corg) [Wilcke, 2000].
3.3.5 Emission aus kontaminierten Böden
Da es sehr viele mit PAK kontaminierte Flächen und Materialien gibt, stellt sich die Frage,
ob die Schadstoffe fest an das Bodenmaterial gebunden sind oder ob und unter welchen Bedingungen
sie verlagert werden können. Strömt Wasser durch einen PAK-belasteten Boden
(z.B. Niederschlag), kann es zur Emission von PAK durch Lösung, Desorption, Ionentausch
und Co-Transport kommen. PAK-haltiges Sickerwasser kann vom Ort der Freisetzung
durch unterliegende Bodenschichten transportiert werden und ins Grundwasser gelangen.
Dieser Weg wird in der BBodSchV [1999] auch als „Wirkungspfad Boden-Grundwasser“ bezeichnet.
Zur Beurteilung einer Gefährdung des Grundwassers durch Altlasten ist es nötig,
das Ausmaß der Emission von PAK zu kennen. Bei genauer Kenntnis des Freisetzungsprozesses
läßt sich ein Quellterm q angeben, der die volumenbezogene Emissionsrate von
PAK enthält. Der Quellterm kann sich aus Funktionen für einzelne Prozesse (Desorption,
Lösung etc.) zusammensetzen und läßt sich statt auf Volumen auch auf die Trockenmasse
beziehen, die Dimension von q ist dann [M M −1 T −1 ]. Bei Einbeziehung biologischer
Prozesse oder chemischer Reaktionen kann in den Quellterm auch eine Produktionsrate
einfließen. Die im Quellterm zusammengefaßten Prozesse können von Faktoren wie Temperatur
(z.B. Sorptionsisothermen), Druck, Ionenstärke (Lösung), dem Wassergehalt und
der Zeit (bei Ratenlimitierung) abhängig sein. Auf Grundlage der Advektions-Dispersions-
Gleichung (ADE, Gl.3.3, aus Holzbecher [1996]) läßt sich theoretisch der Transport modellieren
und zu erwartende Konzentrationen an beliebigen Orten berechnen.
RϕS ∂c
∂t
= ∇D ∇ c − v∇c + q (3.3)
R: Retardationskoeffizient [−]; ϕ: Porosität [−]; S: Sättigungsgrad [−], bei Sättigung ist S = 1;
c: Konzentration im Fluid [M M −1 ]; t: Zeit [T ]; D: Dispersionstensor [L 2 T −1 ]; v: Porenwassergeschwindigkeit
[L T −1 ]; q: Quellterm [M M −1 T −1 ]
Zur Untersuchung der Freisetzung kamen bisher überwiegend Schüttelversuche (Batch-
Experimente) zum Einsatz, die lediglich die Ermittlung einer Gleichgewichtskonzentration
bzw. eines Verteilungskoeffizienten von Schadstoffen zwischen Boden und Wasser unter
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