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Found 18 results.

Verhalten von Schadstoffen in geologischen Systemen (Boden und Grundwasser)

Ziele: 1. Bestimmung effektiver Transportparameter wie Dispersion und hydraulische Leitfaehigkeit aus kleinskaligeren Modellen. 2. Identifikation charakteristischer Parameter zur Beschreibung von Adsorption und Desorption loeslicher Substanzen am bzw. vom Sediment. 3. Rekonstruktion von Fliesswegen und Transportgroessen aus geophysikalischen Messungen. 4. Analyse der Transportprozesse in Batch- und Saeulenversuchen (im Labor) und im Feldmassstab (Versuchsgelaende mit 72 Grundwassermessstellen). 5. Entwicklung von Softwarepaketen zur Simulation des Verhaltens von Schadstoffen in Grundwasserleitern, die sowohl fuer UNIX Umgebungen als auch fuer die Parallelrechner des Forschungszentrums verfuegbar sind. Auf Grund ihrer komplementaeren Eigenschaften kommen hierbei sowohl 'Finite Elemente (FE)' als auch 'Partide-Tracking' zum Einsatz.

Entwicklung eines Labortestverfahrens zur Bestimmung der Quellstärke (Schwerpunkt bilden die anorganischen Schadstoffe, besonders Schwermetalle) mit anschließender Transportmodellierung - Kurztitel Sickerwasserprognose

Teilprojekt 7: Sulfatdynamik im Bereich der Grundwasseroberflaeche eines bewaldeten Einzugsgebietes^Teilprojekt 3: Prognosen und Vorsorgemassnahmen für die Grundwasserbewirtschaftung zur Steuerung der Wasserguete unter besonderer Beruecksichtig von Sulfat^Teilprojekt 4: Isotopenanalytische Bewertung des Sulfathaushaltes in landwirtschaftlich genutzten Wassergewinnungsgebieten^Wasserversorgung und Sulfatbelastung des Grundwassers unter land- und forstwirtschaftlich genutzten Flaechen^Teilprojekt 2: Hydrogeochemische Untersuchungen zu S-Quellen und zur Kinetik der Umsetzungsprozesse in GWL als Grundlage einer Prognose der Sulf..^Teilprojekt 5: Boden- und nutzungsbezogene Naehrstoffbilanzen und Erarbeitung von Strategien des Landbaus zur Minderung des Sulfataustrags in Grun..^Teilprojekt 6: Lysimeter- und Feldversuche zum Sulfateintrag ins Grundwasser - eine Grundlage zur Ableitung umweltgerechter Landbewirtschaftungsm.., Teilprojekt 1: Sulfatbelastung des Grundwassers am Beispiel der Torgauer Elbaue - Moeglichkeiten der Grundwasserbewirtschaftung

In vielen Wasserfassungen in Lockergesteinsgrundwasserleitern Deutschlands ist ein deutlicher Anstieg der Sulfatkonzentration im Rohwasser zu verzeichnen. Dieser ist selten auf eine einzelne Ursache zurueckfuehrbar, sondern meist ein Ergebnis der Wirkung eines Ursachenkomplexes unter Beteiligung verschiedener Sulfatquellen. In Wassergewinnungsstandorten in der Torgauer Elbaue und in der Norddeutschen Tiefebene werden Bilanzuntersuchungen durchgefuehrt, auf deren Grundlage eine Methodik zur Prognose des Sulfatgehaltes im Grundwasser und Konzepte fuer die Grundwasserbewirtschaftung erarbeitet werden. Ziel des Vorhabens ist die Erarbeitung einer Methodik fuer ein kostenguenstiges Monitoring und fuer die Prognose der Sulfatkonzentration im Grundwasser in landwirtschaftlich genutzten Einzugsgebieten von Wasserwerken sowie die Ableitung von Bewirtschaftungsstrategien. Dies beinhaltet die Herausarbeitung von allgemeingueltigen Kriterien zur Unterscheidung der verschiedenen Sulfatquellen (direkt als Duengemittelbestandteil, indirekt ueber autotrophe Denitrifikation infolge Duengung, geogene Quellen, atmosphaerischer Eintrag, Altablagerungen u.a.) sowie die standortbezogene Quantifizierung des Eintrages. Dazu werden hydrogeochemische und isotopenchemische Untersuchungsmethoden an messtechnisch gut erschlossenen, repraesentativen, sulfatbelasteten Standorten in der saechsischen Elbaue bei Torgau und in der Norddeutschen Tiefebene bei Hamburg komplex angewandt und durch kontrollierte Batch-, Saeulen- und Lysimeterversuche untersetzt. Methoden aus verschiedenen Forschungsbereichen werden anwendungsorientiert zusammengefuehrt, unter Praxisbedingungen getestet und entsprechend weiterentwickelt. Im Ergebnis des Projektes soll ein Handbuch 'Sulfat im Grundwasser' vorliegen, welches eine Aktualisierung und Erweiterung der 1961 von MATTHESS vorgelegten Arbeit darstellt. Eine umfangreiche Ergaenzung soll insbesondere Untersuchungsmethoden, Monitoringstrategien, Massnahmen der Grundwasserbewirtschaftung sowie Fallstudien umfassen. Damit soll fuer Wasserversorger, Landwirte und Fachbehoerden eine zusammenfassende Darstellung der Kenntnisse und Untersuchungsergebnisse geschaffen werden, die eine eigenstaendige und moeglichst kostenguenstige Bewertung der Sulfatkonzentrationen am eigenen Standort unterstuetzt.

Limitierende Faktoren bei der Desorption organischer Schadstoffe (LCKW) aus dem Boden durch Sicker- und Grundwasser

Ziel des Forschungsvorhabens war die Untersuchung des Elutionsverhaltens organischer Schadstoffe an verschiedenen Bodenmaterialien mittels Saeulenversuchen, um Rueckschluesse auf die Desorptionsdynamik, deren limitierende Faktoren und auf den zeitlichen Ablauf des Stoffaustrages ziehen zu koennen. Grundwassergefaehrdungen gehen meist von kontaminiertem Erdreich aus. Entsprechende Risikoabschaetzungen setzen daher das Verstaendnis der Prozesse voraus, die beim Schadstofftransport vom kontaminierten Boden zum Schutzgut Grundwasser wirksam sind. Die zwar seit langem beobachtete, aber oft unterschaetzte Persistenz organischer Schadstoffe im Boden hat ihre Ursache in der sehr langsam ablaufenden Desorption bzw. deren Kinetik. Ziel war es daher, qualitativ und quantitativ die Prozesse zu verstehen, die fuer die Desorption organischer Schadstoffe - als Modellsubstanz wurde TCE verwendet - in der gesaettigten Zone verantwortlich sind. Im Gegensatz zu anderen Arbeiten, die schwerpunktmaessig die Wirkung hydraulischer Kenngroessen (kf Wert, Dispersivitaet) auf den Schadstoffaustrag betrachten, wurde hier auf den Einfluss gesteinsspezifischer Parameter besonderer Wert gelegt. Neben dem Gehalt an organischer Substanz, der bekanntlich massgeblichen Einfluss auf die Sorptions- und Desorptionsraten hat, wurde zusaetzlich die Lithologie, der Kalkgehalt sowie die Intrapartikelporositaet und die Porengroessenverteilung mit in Betracht gezogen. Ausserdem wurde exemplarisch die Temperaturabhaengigkeit der Desorptionskinetik untersucht. Saemtliche Versuche wurden an Sanden durchgefuehrt, die durch weite Verbreitung und unterschiedliche geologische Herkunft charakterisiert sind. Zur moeglichst praezisen Bestimmung der Desorptionsraten und Massenbilanzen wurden Saeulen- und Batchversuche kombiniert. Bei Elutionsbeginn waren die Verteilungsgewichte eingestellt. Die Ergebnisse zeigen den ueblichen Verlauf - ein anfaenglich starkes Abfallen der Schadstoffkonzentration im eluierten Wasser, gefolgt von einem lang anhaltenden 'tailing' ein Effekt der durch die Diffusion limitierten Nichtgleichsgewichtsdesorption. Der Einfluss der gesteinsspezifischen Parameter ist klar erkennbar. Da im allgemeinen eine vollstaendige Desorption erreicht wurde, kann bis zu einem gewissen Grad auf das Langzeitdesorptionsverhalten geschlossen werden. Weiterhin erscheint die Existenz irreversibler Sorptionsplaetze als unwahrscheinlich. Die Elutionskurven wurden anschliessend mit Hilfe eines einfachen kugelsymmetrischen Diffusionsmodelles gefittet. Ueberwiegend fand sich eine recht gute Uebereinstimmung von gemessenen und berechneten Kurven. Allerdings zeigte sich, dass Annahmen hinsichtlich der homogenen Verteilung der Porengroessen sowie des Sorbenten im Korn die wahren Sachverhalte stark vereinfachen. Trotzdem stellt das Diffusionsmodell auch in dieser einfachen Form ein gutes Werkzeug zur halbquantitativen Bestimmung von Desorptionsraten und den entsprechenden Zeitraeumen dar.

Laboruntersuchungen zum Transport ausgewaehlter organischer Chemikalien in der ungesaettigten Bodenzone und deren Modellierung

Ziele: - Einfluss stationaerer und instationaerer (dynamischer) Fliessvorgaenge auf das Transportverhalten von Herbiziden ermitteln; - besondere Beruecksichtung findet die Bodenstruktur. Ergebnisse: - unter instationaerem Flussregime (resp. Starkregen) werden Stoffe rascher (bezogen auf kumulierten Abfluss) und unabhaengig von ihrer Sortierbarkeit verlagert; - in Einzelkorn-gelagerten Boeden ist dieses Verhalten weniger stark ausgepraegt.

Variabilitaet von stofftransportbestimmenden Bodenkennwerten im Feld

Bestimmung der Zufallsverteilung verschiedener Stofftransportparameter anhand von Saeulenversuchen. Auswertung gemessener Durchbruchskurven mit der Momenten-Methode und mit deterministischen Modellansaetzen. Berechnung der Feld-Durchbruchskurve aus den Einzelmessungen. Auswertung der Feld-Durchbruchskurve mit stochastischen Modellansaetzen.

Wirkung von Schwermetallen im Regenabfluss von Verkehrsflaechen bei der Versickerung ueber poroese Deckbelaege im Graduiertenkolleg 'Verbesserung des Wasserkreislaufs urbaner Gebiete zum Schutz von Boden und Grundwasser'

Poroese Flaechenbelaege im urbanen Bereich bieten die Moeglichkeit der Retention und der Vesickerung von Regenwasser ohne zusaetzlichen Flaechenbedarf. Der im Gegensatz zu Dach- und Hofflaechen hoehere Verschmutzungsgrad von Regenabfluessen von Verkehrsflaechen stellt bei der Versickerung eine Gefahr fuer Boden und Grundwasser dar. Die Reinigungsleistung von poroesen Verkehrsflaechenaufbauten ist weitgehend unbekannt. Ziel des Projektes ist es, den Rueckhalt und die Mobilisierung von Schwermetallen bei der Versickerung ueber poroese Belaege zu quantifizieren und den Einfluss auf die Schutzgueter Boden und Grundwasser abzuschaetzen. Mit Hilfe von Saeulenversuchen und Versuchen im halbtechnischen Massstab werden Modellrechnungen durchgefuehrt, die das Langzeitverhalten der Schwermetalle prognostizieren, um Empfehlungen fuer die Konstruktion und den Aufbau poroeser Flaechenbelaege zu geben.

Kinetik von Redoxvorgaengen ausgewaehlter Redoxpaare (As/III)/As(V), Cr(III)/Cr(VI) und ihrer Sorption unter kontrollierten geochemischen Randbedingungen in Grundwasserleitern

Das Transportverhalten von Chrom im Aquifer wird durch das vorherrschende Redoxmilieu gesteuert, da sich die stabilen Chromspezies Cr(III) und Cr(VI) in ihrer Loeslichkeit, dem Sorptionsverhalten und dem Redoxverhalten signifikant unterscheiden. Das toxische sechswertige Chrom ist unter oxischen Verhaeltnissen im neutralen pH-Bereich von Aquiferen die mobilere Spezies. Cr(VI) ist jedoch auch ein Oxidationsmittel, so dass potentielle Redoxreaktionen zur Beschreibung der Mobilitaet in anoxischen Aquiferen beruecksichtigt werden muessen. Ziel der Arbeit war die Untersuchung der Veraenderung des Redoxmilieus im Aquifer und des Chromattransportes unter verschiedenen geochemischen Randbedingungen im Grundwasser. Zur Abbildung naturnaher Verhaeltnisse wurden die Untersuchungen in Laborsaeulenversuchen durchgefuehrt. Im Rahmen der Arbeit war es darueberhinaus notwendig, eine Extraktionsmethode zur Bestimmung von sorbiertem Cr(VI) sowie eine speziesspezifische Analysenmethode zur Bestimmmung von geloestem Cr(III) und Cr(VI) zu entwickeln. Der Schwerpunkt der Untersuchung des sorptionslimitierten Transports in oxischen Systemen lag auf der Modellierung des Transports. Mit zwei unterschiedlichen eindimensionalen Modellen mit ratenlimitierter Sorption, in denen eine Sorptionskinetik erster bzw. zweiter Ordnung implementiert ist, wurden die Durchgangskurven aus verschiedenen Saeulenversuchen mit Cr(III) und Cr(VI)-Tracern simuliert.

Abschaetzung der Emissionen aus Altablagerungen beim Grundwasserwiederanstieg infolge der Flutung von Tagebauen im Raum Hoyerswerda/Weisswasser anhand von Untersuchungen zur Schadstofffreisetzung und Bewertung des Transportverhaltens

In der Region zwischen Hoyerswerda und Weisswasser gibt es viele Altlasten, die bisher oberhalb des Grundwasserspiegels lagen. Mit der Einstellung des Braunkohlebergbaus und der schrittweisen Reduzierung der Wasserhaltung kommt es zu einem Grundwasserwiederanstieg. Es ist wuenschenswert, die Emissionen der Altlasten bereits abschaetzen zu koennen bevor das Grundwasser bis in die Altlasten angestiegen ist. Deshalb wurde am IGW ein Elutionsverfahren entwickelt, das insbesondere den sauren pH-Werten des ansteigenden Grundwassers gerecht wird. Die Eignung des Verfahrens fuer die Untersuchung dieser speziellen Altlasten soll anhand beispielhaft ausgewaehlter Altlasten ueberprueft werden. Um den Verbleib von Schadstoffen im Abstrom einer Altlast bei der Migration durch einen Grundwasserleiter oder Abraumkippenmaterial zu erforschen, werden Schuettel- und Saeulenversuche durchgefuehrt. Die Ergebnisse werden bei der Bewertung vergleichbarer Altablagerungen im Tagebaubereich helfen. Die Untersuchungen koennen ausserdem als Basis fuer den Aufbau von Transportmodellen dienen und ermoeglichen es, die Gefaehrdung fuer das Grundwasser der Region durch Altlasten abzuschaetzen.

Förderinitiative: Umwelt als knappes Gut^Untersuchung zur Verbesserung der Bioverfuegbarkeit von polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAH) und oekotoxikologische Bewertung biotechnologisch sanierter Boeden mit hohen PAH-Konzentrationen (Projektphase I), Untersuchungen zur Beschleunigung des mikrobiellen Abbaus von polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAH) in Boeden mit hoher PAH-Kontamination durch Coffein unter Praxisbedingungen

In einem frueheren Forschungsvorhaben des Biochemischen Instituts fuer Umweltcarcinogene konnte festgestellt werden, dass der PAK-Abbau durch den Pilz Mucor circinelloides unter Laborbedingungen erheblich gesteigert werden kann, wenn dem kontaminierten Boden der PAK-Komplexbildner Coffein hinzugefuegt wird. Innerhalb dieses Forschungsvorhabens sollten im Labormassstab die Randbedingungen fuer einen weitergehenden Abbau der PAK ermittelt sowie die Uebertragbarkeit des Verfahrens in die Praxis durch Versuche im halbtechnischen Massstab durch das Leichtweiss Institut fuer Wasserbau ueberprueft werden. Im Labormassstab wurden verschiedene fuer den mikrobiologischen Abbau wichtige Parameter wie z.B. Sauerstoffversorgung, Naehrstoffversorgung des Pilzes mit unterschiedlichen Naehrmedien, Einfluss des pH-Wertes im Boden untersucht und fuer die halbtechnischen Versuche optimiert. Die Uebertragung der Laborergebnisse in den halbtechnischen Massstab erfolgte durch in-situ-Infiltration mit Saeulenversuchen, durch dynamische Bodenbehandlung in einer Mischeranordnung sowie durch Mietenversuche. Eine vollstaendige Entfernung der PAK-Kontamination durch mikrobiologischen Abbau konnte nicht erreicht werden. In dem vorangegangenen Projekt (A2) hat Professor Grimmer erstmals festgestellt, dass der mikrobielle Abbau von polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffen durch Zugabe von PAK-Komplexbildnern wie z.B. Coffein um einige Zehnerpotenzen verbessert werden kann. In einem interdisziplinaeren Verbundvorhaben sollen darauf aufbauend fuer verschiedene Bodenarten geeignete Sanierungsverfahren entwickelt, ihre Effektivitaet geprueft und eine oekonomische und oekologische Bewertung im Vergleich zu herkoemmlichen Verfahren wie Bodenwaesche und thermische Behandlung durchgefuehrt werden. Ein umfangreicher Abschlussbericht liegt vor.

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