Ausgewählte Ergebnisse aus dem BMBF-Projekt ‚ SiWaP ’

1. Ausgewählte Ergebnisse aus dem BMBF-Projekt ‚SiWaP’ Darstellung der wesentlichen Ergebnisse der Lysimeter- und Laboruntersuchungen zum ‚Quellterm’ und ‚Transportterm’

2. Zweigeteiltes Konzept ‚SiWaP’ Susset, 2004

3. Quellterm-Lysimeterbefunde Freilandlysimeter des Landesumweltamtes Nordrhein-Westfalen Ø 1,4 m, F 1,54 m² Füllkies Untersuchungs-materialien Filtersand Filterkies 1,5 m Lochblech (Loch- = 5 mm) Sickerwasserauslass über Edelstahl-Wellschlauch Sickerwassertrichter Susset, 2003

4. 12000 0,6 L 5 RCL 0/32 L 1 HMVA 0/10 10000 0,5 L 9 RM RCL 0/4 L 8 RM HMVA 0/4 8000 L 22 RCL 0/32 0,4 L 16 HMVA 0/32 Hintergrund (L17 Kies) Kupfer [mg/l] Chlorid [mg/l] 6000 0,3 4000 0,2 2000 0,1 0,014 250 (LAWA, 2004) (LAWA, 2004) 0 0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 WF [L/kg] WF [l/kg] 0,2 L 5 RCL 0/32 0,18 L 9 RM RCL 0/4 0,16 L 22 RCL 0/32 0,14 0,12 Hintergrund (L17 Kies) Molybdän [mg/l] 0,1 0,08 0,06 0,04 0,035 (LAWA 2004) 0,02 0 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 WF [l/kg] Abklingverhalten von Salzen und mobilen Metallen bzw. deren mobilen Anteile Quellterm: “Endliche Quellen” Hausmüllverbrennungsaschen Bauschutte/Baustoffe Bauschutte/ Baustoffe Susset, 2006

5. Quellterm: “Quasi unendliche Quellen“ PAK und hochsorptive Metalle bzw. deren schwer mobilisierbare Anteile 0,035 L 5 RCL 0/32 0,03 L 9 RM RCL 0/4 0,025 L 22 RCL 0/32 0,02 Antimon [mg/l] 0,015 0,01 0,005 0,005 0,005 (LAWA, 2004) 0 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 WF [l/kg] Bauschutt Hausmüllverbrennungsaschen Bauschutte/Baustoffe Susset, 2006

6. filtration dry soil sample; 1L deion. water; zentrifugation shaker (Polycarbonatfilter; 100g (< 10FNU) 5µm) 24h analyse Elution im “Gleichgewicht“ (z.B. nach DIN EN 12457-1 bzw. -4) Labormethoden zur SiWaP: “Schütteltests” • “Vereinzelung“ der Körner (erhöhte Kontaktflächen) • erhöhte Wasser/Feststoffverhältnisse 10:1 bzw. 2:1 versus 1:5 “im Feld“ • Artefakte durch Zentrifugation, Filtersorption, Suspension • nur ein Konzentrationswert; keine Vorhersage der Langzeitfreisetzung Grathwohl & Susset, 2003

7. “Durchlaufen” von Gleichgewichts- bzw. Ungleichgewichtszuständen Labormethoden zur SiWaP: Säulenversuche • Trübung/Emulsionen: nur zu Beginn, dann Werte wie In-situ • Separationsschritt (Zentrifugation, Filtration) entfällt, da Eigenfiltrationsprozess • Langzeitprognose durch Verfolgung der Konzentrationsentwicklung im Eluat • Übertragung der Konzentrationen auf In-situ-Bedingungen: • - bei Gleichgewicht (GG) direkt (“worst case“) • - bei Ungleichgewicht (UG) durch Umrechnung max. Frachten (analog Trogversuch) Grathwohl & Susset, 2003

8. zu geringe Eluat- Mengen bei MBSE! Reproduzierbarkeit und Einsetzbarkeit von Laborelutionsmethoden Absolute normierte Abweichungen der Eluatkonzentrationen bei Doppel- und Vierfach- bestimmungen, material- und stoffübergreifend arithmetisch gemittelt (3 Baustoffe, 2 Alt- lastenböden, 3 Hausmüllverbrennungsaschen,1 Hochofenstückschlacke) zu geringe Eluatmengen für “normierbare“ PAK-Analytik Susset, 2006

9. Qualitatives Modell zur Übertragbarkeitvon Eluatkonzentrationen Erreichung der Gleichgewichts- bzw. Maximalkonzentration im Wasser 1 bei hohen Kd-Werten und “quasi unendlichem Schadstoffreservoir“ oder max. Löslichkeiten von Salzen (hohe Sorptionskapazität des Materials und/oder hohe Sorptivität des Stoffes, z. B. PAK, z. T. Metalle; großes Reservoir leichtlöslicher Salze ) Quotienten C10:1/C2:1 C10:1/Cw,GG C2:1/Cw,GG “Verdünnung“ 0,5 bei niedrigen Kd-Werten und “endlichem Schadstoffreservoir“ Auswaschung gut wasserlöslicher Stoffe (z.B Cl, Na,, z. T. Metalle) Kd>> 100 L Kg-1 für hydrophobe organische Stoffe (Modelle nach Grathwohl, 1998) niedrige mittlere hohe Stoffverteilung Feststoff/Wasser: Kd = Cs/ Cw,GG [L kg-1] “Wasserlöslichkeit“ “Sorptivität“ Susset, 2004

10. Salze Übertragbarkeit (ÜT) Säule/Freiland (F)-Lysimeter (Sickerwasser) Fall I: Direkte Übertragung: “Messung“ der Sickerwasserkonzentration für viele relevante Stoffe bei bekannten W/F möglich Susset, 2006

11. Salze Übertragbarkeit (ÜT) Säule/Freiland (F)-Lysimeter (Sickerwasser) Fall I: Direkte Übertragung: “Messung“ der Sickerwasserkonzentration für viele relevante Stoffe bei bekannten W/F möglich Susset, 2006

12. ÜT Säule/F-Lysimeter (Sickerwasser) Fall I: Direkte Übertragung: “Messung“ der Sickerwasserkonzentration für viele relevante Stoffe bei bekannten W/F möglich mobile Metalle bzw. mobile Anteile (z. B. DOC-komplexiert) Susset, 2006

13. ÜT Säule/F-Lysimeter (Sickerwasser) Fall II: Maximalkonzentration: “Messung“ maximal erreichbarer Sickerwasser-konzentration - Konzentrationsgang im Säulenversuch ist “Einhüllende“ PAK Susset, 2006

14. ÜT Säule/F-Lysimeter (Sickerwasser) Fall II: Maximalkonzentration: “Messung“ maximal erreichbarer Sickerwasser-konzentration - Konzentrationsgang im Säulenversuch ist “Einhüllende“ PAK Susset, 2006

15. ÜT Säule/F-Lysimeter (Sickerwasser) Sommermonate 2003 2004 2005 Fall III: Systematisch abweichende Werte: Unterschiedliche Milieurandbedingungen mit praxisnahen Elutionsversuchen nicht abzubilden! Sulfat Susset, 2006

16. ÜT Säule/F-Lysimeter (Sickerwasser) Fall III: Systematisch abweichende Werte: Anfänglich – aber nur kurzfristig - erhöhte DOC-/Metall-Mobilisierung bei Elutionsversuchen Susset, 2006

17. Lysimeter: 1 Jahr Säulenversuch:3Tage • 3 Jahre • 7 Tage • 15 Jahre • 32 Tage C10:1/C2:1 1/5 Bewertung von LaborversuchsergebnissenZeitskalen bei der Auswaschung von Chloridaus einer 50 cm-Schicht Hausmüllverbrennungsasche Susset, 2006

18. Transportprognose, Zentralprojekte: Lysimeter FZ Jülich (RM über Lößmonolithen), GSF München (RM über Sand), Transportvarianten des LUA NRW (RC-Baustoff 0/10 über Löß- bzw. Sandmonolithen) Abbildung aus Vereecken et al. (2003)

19. „Quellterm/Transportterm“ Chlorid und Sulfat WF: Wasser-/Feststoffverhältnis = (Sickerwasserneubildungsrate * Zeit) / (Mächtigkeit * Trockendichte) Susset, 2006

20. „Quellterm/Transportterm“ S 15 EPA PAK Susset, 2006

21. „Quellterm/Transportterm“ Kupfer und Vanadium Susset, 2006

22. Deckschicht Quarzsand (gS) Quelle RM Bauschutt A sandiger Schluff Transport- schicht (händischer Aufbau) B Mittelsande bis 25 cm bis 60 cm C Mittelsande abgestufter Sandfilter bis 200 cm Kupfer-Mobilisierung aus Quelle und Verlagerung in Transportzone? Tiefenprofil nach 3 Jahren in Quelle (RM Bauschutt) und Transportzone (1,2 m Sand, Großlysimeter der GSF München) Kupfer-Gehalt im KW-Aufschluss [mg/kgTS] Tiefe [cm] Anfangsgehalt RM Bauschutt 29 ± 27 mg/kg (n=6) (n=3) Natürlicher Gehalt Transportschicht 3,7 ± 1,9 mg/kg (n=3) Daten: GSF-Bericht 01/06, D. Klotz, GSF München Susset, 2006

23. Deckschicht Quarzsand (gS) Quelle RM Bauschutt A sandiger Schluff Transport- schicht (händischer Aufbau) B Mittelsande bis 25 cm bis 60 cm C Mittelsande abgestufter Sandfilter bis 200 cm Nickel-Mobilisierung aus Quelle und Verlagerung in Transportzone? Tiefenprofil nach 3 Jahren in Quelle (RM Hausmüllverbrennungsasche) und Transportzone (1,2 m Sand, Großlysimeter der GSF München) Nickel-Gehalt im KW-Aufschluss [mg/kgTS] Tiefe [cm] Anfangsgehalt RM MV 68 ± 12,5 mg/kg (n=6) (n=3) Natürlicher Gehalt Transportschicht 15 ± 10 mg/kg (n=3) Daten: GSF-Bericht 01/06, D. Klotz, GSF München Susset, 2006