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Schwermetalle in kontaminierten Feststoffen
Die vorliegende Arbeit gibt einen Ăberblick ĂŒber das chemische Verhalten von Schwermetallen und die Wechselwirkungen, die zwischen kontaminierten Feststoffen und ihrer Umgebung unter natĂŒrlichen VerhĂ€ltnissen bzw. den gegebenen Ablagerungsbedingungen stattfinden. Sie gliedert sich in vier Abschnitte. ZunĂ€chst wird auf die Herkunft, die Verwendung und den Eintrag einiger toxischer Metalle (Blei, Quecksilber, Cadmium, Chrom, Nickel, Arsen) unter besonderer BerĂŒcksichtigung der dabei vorkommenden und gebildeten chemischen Formen (Spezies) eingegangen. Der anschlieĂende theoretische Teil beschĂ€ftigt sich mit den grundlegenden chemischen Reaktionsmechanismen und Wechselwirkungen zwischen Feststoffen und Lösung. Es werden die Bindungsformen fĂŒr Schwermetalle in Abfallstoffen, Böden und insbesondere in aquatischen Systemen behandelt sowie physikalische und chemische Verfahren zur phasenspezifischen Metallbestimmung in Feststoffen vorgestellt. Weitere Kapitel behandeln die Feststoff/Lösungs-Wechselwirkungen unter ausfĂŒhrlicher Betrachtung der heterogenen Sorptionsprozesse an natĂŒrlichen Materialien sowie die Umwandlungs- und Mobilisationsprozesse, welche die BioverfĂŒgbarkeit und das Transportverhalten in der Umwelt entscheidend prĂ€gen.
Im dritten Teil folgen methodische AnsĂ€tze zur Bewertung der UmweltvertrĂ€glichkeit kontaminierter Feststoffe. Es werden verschiedene biologisch/chemische Testmethoden zur Entwicklung von SedimentqualitĂ€tskriterien behandelt und anschlieĂend am Beispiel schwermetallkontaminierter MassenabfĂ€lle unterschiedliche Auslaugtestverfahren beschrieben, die nach der Ablagerung oder Deponierung eine spezifische Bewertung ermöglichen, wobei auch hier besonderer Wert auf realistische Bedingungen und tatsĂ€chlich stattfindende Prozesse gelegt wurde. AuĂerdem wird ein eigens entwickeltes Mehrkammersystem vorgestellt, das die Untersuchung von TransportvorgĂ€ngen an konkurrierenden Feststoffphasen bei Ănderung der chemischen Bedingungen, wie z.B. pH-Wert, Redoxpotential oder IonenstĂ€rke ermöglicht.
Der abschlieĂende Teil der Arbeit beschĂ€ftigt sich mit Behandlungsverfahren fĂŒr schwermetallkontaminierte MassenabfĂ€lle. Insbesondere am Beispiel von Baggergutmaterialien, die in den HĂ€fen und Ăstuarien der groĂen FlĂŒsse - vor allem in der norddeutschen Region - groĂe Probleme aufwerfen, werden angewandte und geplante Verfahrenspraktiken diskutiert. Es werden neue, teilweise selbst entwicklelte Lösungsmöglichkeiten zur Behandlung der schadstoffbelasteten Sedimente vorgestellt (chemische und bakterielle Laugung, Immobilisierungstechniken), deren Anwendung ohne die zuvor behandelten Grundlagen nicht möglich gewesen wĂ€re
Schwermetalle in kontaminierten Feststoffen: An der Quelle ansetzen (Teil 2)
Im zweiten Teil seiner Serie entwickelt [der Autor] Bewertungskriterien fĂŒr Schwermetall-Kontaminationen
Potentially bioavailable phosphorus in sediments of the Weser Estuary
Forms of phosphorus in sediments, suspended matter and dredged material of the Weser Estuary were studied. Highest concentrations, are shown by the nonapatite inorganic phosphate fraction, which is considered to be the most reactive and preferred "available" P component. Apatite phosphate is negligible and organic phosphorus plays only a secondary role. The latter P form is closely associated with the organic carbon contents of the samples
Verfahren zur Entfernung von Schwermetallen aus Baggerschlick - Stand der Untersuchungen, offene Fragen, Probleme der Umsetzung
Schwermetalle lassen sich mit Auslaugungsverfahren aus dem Schlick entfernen. Unter diesen Möglichkeiten ist die Behandlung mit SÀuren derzeit am besten untersucht. Bei pH-Werten kleiner 2 werden die meisten Schwermetalle freigesetzt.
Ein Verfahren zur Auslaugung von Neckarbaggergut mit SalzsĂ€ure wurde bereits vorgestellt (...). In unserer Arbeitsgruppe wurden Untersuchungen zur Entgiftung von Baggerschlamm aus dem Hamburger Hafen mit Hilfe eines kombinierten Verfahrens von chemischer und bakterieller Laugung durchgefĂŒhrt. Bei dieser Methode kann die SĂ€urezugabe deutlich vermindert werden.
Die Hauptproblematik der Auslaugungsverfahren dĂŒrfte wohl in den ungeheuren Mengen an Schlick liegen, die jĂ€hrlich im Hamburger Hafen anfallen und zu bewĂ€ltigen sind. Weitere offene Fragen sind die Aufbereitung der sauren Extraktionslösungen, die Wiedergewinnung oder Unterbringung der Schwermetallextrakte, die Art der Zusammensetzung sowie die umweltgerechte Beseitigung der entstehenden AbwĂ€sser und die Verwertung oder Unterbringung der behandelten Bodenmassen
Bacterial leaching of heavy metals in dredged mud : optimization of the procedure in laboratory scale
Schwermetalle in kontaminierten BaggerschlĂ€mmen lassen sich durch SĂ€ure teilweise entfernen. Ein besonders wirtschaftliches Verfahren ist die Produktion der SĂ€ure und die Auslaugung der Metalle mit Hilfe von Thiobakterien. Erste Untersuchungen an Hamburger Hafenschlick haben gezeigt, daĂ eine bakterielle Laugung prinzipiell möglich ist. In der vorliegenden Arbeit wurden die Verfahrensbedingungen fĂŒr die Suspensionslaugung optimiert. Dabei wurde sowohl der EinfluĂ der Feststoffkonzentration und des Anfangs-pH-Wertes als auch die Zugabe von Schwefel- und Eisenverbindungen untersucht. Gute Ergebnisse wurden mit Anfangs-pH-Werten zwischen 3 und 4 erzielt. Die Zugabe von Eisensulfat plus Schwefel wirkte sich gĂŒnstig auf den pH-Wert-Verlauf aus. Das Verfahren ist nicht fĂŒr groĂe Schlickmengen geeignet; eine effektive Anwendung lieĂe sich allerdings bei besonders hochkontaminierten Teilmengen vorstellen.Heavy metals can be partly leached from contaminated dredged sludges by acid. An economic procedure is the production of acid and leaching of metals by thiobacteria. First experiments with dredged mud from the Hamburg Harbour have shown that in principle bacterial leaching is possible. In the current study the conditions for suspension leaching were optimized. The influence of solid concentration and pH value as well as the addition of sulphur and iron compounds were examined. Good results were achieved with initial pH values between 3 and 4. Additon of iron sulphate and sulphur influenced pH development positively. The procedure is not applicable for large amounts of sludge but an effective treatment may be possible for small amounts of highly contaminated dredged sludge
Schwebstoffuntersuchungen unter chemischen Aspekten
Die Belastung von Sedimenten mit Schadstoffen kann sehr unterschiedliche Ursachen haben. (...) Schadstoffe werden ĂŒber die Luft durch nasse bzw. trockene Desposition in die GewĂ€sser eingetragen. OberflĂ€chenabschwemmungen von Böden, insbesondere auch von landwirtschaftlich genutzten FlĂ€chen, sind eine wichtige Komponente der sogenannten diffusen Quellen.
Diesen gegenĂŒber stehen die punktförmigen Quellen, d.h. EintrĂ€ge aus Industriebetrieben, kommunalen Quellen, DeponiesickerwĂ€ssrn, BaggergutspĂŒlfeldern und -verklappungsgebieten und aus Bergwerkshalden, die vor allem lokal eine sehr bedeutende Art des Eintrags von Schewrmetallen verursachen. Im Oberlauf der FlĂŒsse fallen die belasteten Sedimente in Stauseen, RĂŒckhaltebecken und Staustufen an. Hafengebiete sind besonders vielfĂ€ltig von der Sedimentproblematik betroffen. Zum einen liegen die Ursachen in der traditionellen Art der Abfallbeseitigung aus der Schiffsindustrie, den Anlegern und durch SchiffsabfĂ€lle und zum anderen in den zunehmenden BaggeraktivitĂ€ten, da immer tiefere Schiffahrtsrinnen gefordert werden. SchlieĂlich spielt auch die verstĂ€rkte Nutzung der KĂŒstenbereiche, z.B. durch die Ăl- und Gasgewinnung, eine nicht unbedeutende Rolle bei der Kontamination von Sedimenten. Diese sehr unterschiedlichen Herkunftsarten von kontaminierten Sedimenten deuten bereits darauf hin, daĂ es sehr schwer sein wird, generelle QualitĂ€tskriterien fĂŒr die Bereiche zu erstellen
Schwermetalle in kontaminierten Feststoffen
Die vorliegende Arbeit gibt einen Ăberblick ĂŒber das chemische Verhalten von Schwermetallen und die Wechselwirkungen, die zwischen kontaminierten Feststoffen und ihrer Umgebung unter natĂŒrlichen VerhĂ€ltnissen bzw. den gegebenen Ablagerungsbedingungen stattfinden. Sie gliedert sich in vier Abschnitte. ZunĂ€chst wird auf die Herkunft, die Verwendung und den Eintrag einiger toxischer Metalle (Blei, Quecksilber, Cadmium, Chrom, Nickel, Arsen) unter besonderer BerĂŒcksichtigung der dabei vorkommenden und gebildeten chemischen Formen (Spezies) eingegangen. Der anschlieĂende theoretische Teil beschĂ€ftigt sich mit den grundlegenden chemischen Reaktionsmechanismen und Wechselwirkungen zwischen Feststoffen und Lösung. Es werden die Bindungsformen fĂŒr Schwermetalle in Abfallstoffen, Böden und insbesondere in aquatischen Systemen behandelt sowie physikalische und chemische Verfahren zur phasenspezifischen Metallbestimmung in Feststoffen vorgestellt. Weitere Kapitel behandeln die Feststoff/Lösungs-Wechselwirkungen unter ausfĂŒhrlicher Betrachtung der heterogenen Sorptionsprozesse an natĂŒrlichen Materialien sowie die Umwandlungs- und Mobilisationsprozesse, welche die BioverfĂŒgbarkeit und das Transportverhalten in der Umwelt entscheidend prĂ€gen.
Im dritten Teil folgen methodische AnsĂ€tze zur Bewertung der UmweltvertrĂ€glichkeit kontaminierter Feststoffe. Es werden verschiedene biologisch/chemische Testmethoden zur Entwicklung von SedimentqualitĂ€tskriterien behandelt und anschlieĂend am Beispiel schwermetallkontaminierter MassenabfĂ€lle unterschiedliche Auslaugtestverfahren beschrieben, die nach der Ablagerung oder Deponierung eine spezifische Bewertung ermöglichen, wobei auch hier besonderer Wert auf realistische Bedingungen und tatsĂ€chlich stattfindende Prozesse gelegt wurde. AuĂerdem wird ein eigens entwickeltes Mehrkammersystem vorgestellt, das die Untersuchung von TransportvorgĂ€ngen an konkurrierenden Feststoffphasen bei Ănderung der chemischen Bedingungen, wie z.B. pH-Wert, Redoxpotential oder IonenstĂ€rke ermöglicht.
Der abschlieĂende Teil der Arbeit beschĂ€ftigt sich mit Behandlungsverfahren fĂŒr schwermetallkontaminierte MassenabfĂ€lle. Insbesondere am Beispiel von Baggergutmaterialien, die in den HĂ€fen und Ăstuarien der groĂen FlĂŒsse - vor allem in der norddeutschen Region - groĂe Probleme aufwerfen, werden angewandte und geplante Verfahrenspraktiken diskutiert. Es werden neue, teilweise selbst entwicklelte Lösungsmöglichkeiten zur Behandlung der schadstoffbelasteten Sedimente vorgestellt (chemische und bakterielle Laugung, Immobilisierungstechniken), deren Anwendung ohne die zuvor behandelten Grundlagen nicht möglich gewesen wĂ€re
Grundlagen der Erfassung, Bewertung und Sanierung schwermetallbelasteter Standorte
Die Altlastenproblematik ist seit Anfang der 80er Jahre aufgrund spektakulĂ€rer SchadensfĂ€lle und des sich mittlerweilen abzeichnenden Umfangs zu einem der bedeutendsten umweltpolitischen Thema in den Industriestaaten geworden. In der Bundesrepublik Deutschland sind nach Angaben des Umweltbundesamtes etwa 150.000 Altlasten erfaĂt, davon ca. 52.000 in den neuen LĂ€ndern. Alleine in Hamburg ist die Zahl dieser VerdachtsflĂ€chen inzwischen auf ca. 2.000 (davon 140 sanierungsedĂŒrftig) angewachsen.
Bei der Problematik schwermetallbelasteter Böden unterscheidet man zum einen die eher groĂrĂ€umigen Kontaminationen von landwirtschaftlichen NutzflĂ€chen durch EintrĂ€ge aus atmosphĂ€rischen NiederschlĂ€gen, DĂŒngemitteln, KlĂ€rschlĂ€mmen usw. und zum anderen die lokalen Anreicherungen in Form von Altlasten oder Altstandorten, bei denen im allgemeinen die GefĂ€hrdung des Grundwassers im Vordergrund steht. Mit diesen letztgenannten, hĂ€ufig "hochbelasteten Böden" befaĂt sich der vorliegende Beitrag.
Bei den technischen MaĂnahmen im Bereich der schwach- bis mittelkontaminierten Böden liegt der Schwerpunkt auf Anstrengungen zur Verringerung der SchadstoffeintrĂ€ge und bei Verfahren zur Verminderung des Schadstofftransfers vom Boden in Nutzpflanzen. (...)
Die Sanierung schwermetallbelasteter Standorte steckt noch in den AnfĂ€ngen. Je nach Art und AusmaĂ der Kontamination mĂŒssen Behandlungsmethoden neu entwickelt und der jeweiligen Situation angepaĂt werden. Voraussetzung fĂŒr die Entwicklung wirksamer Verfahren sind - neben der Untersuchung der Verteilung der Schadstoffe auf unterschiedliche KorngröĂen und der partikulĂ€ren Bindungsformen der Metalle - umfassende Kenntnisse der chemischen Reaktionsmechanismen und Wechselwirkungen von Schwermetallen in Böden sowie der ökologischen ZusammenhĂ€nge. Ohne diese Grundlagen sind Verbesserungen bereits existierender Verfahren und die Entwicklung neuer Methoden nicht möglich
Entwicklung von QualitĂ€tskriterien fĂŒr GewĂ€ssersedimente
FĂŒr die Berurteilung der "QualitĂ€t" eines OberflĂ€chengewĂ€ssers rĂŒckt neben der schon seit vielen Jahren intensiv untersuchten Wasserphase immer mehr auch die QualitĂ€t der Sedimente/Schwebstoffe in den Vordergrund. Angesichts der Probleme bei der Beseitigung von kontaminierten Sedimenten und den Diskussionen ĂŒber mögliche nachteilige Auswirkungen von Sediment-Umlagerungen in GewĂ€ssern gewinnt der Aspekt der Sediment-QualitĂ€t eine zunehmende Bedeutung in Behörden, die sich mit der Bewirtschaftung bzw. Reinhaltung der GewĂ€sser beschĂ€ftigen sowie bei den fĂŒr die Baggerarbeiten zustĂ€ndigen Stellen im Bund und LĂ€ndern
Sediment quality objectives and criteria development in Germany
New objectives regarding the improvement of water quality as well as problems with the resuspension and land deposition of dredged materials require a standardized assessment of sediment quality. Numerical approaches are based on the accumulation, pore water concentrations, solid/liquid partition and elution properties of contaminants; these non-biological schemes can be extended and completed by additional biological criteria. Specific biological approaches have been combined with chemical surveys (for example Sediment Quality Triad). In Germany, numerical criteria are based on the background approach. Biological criteria approaches include bioassays on sediment, porewater and elutriates; recent developments are directed towards microbial solid phase bioassays. Special emphasis is placed on the characteristics of the mineral and organic solid substrate, in particular, buffer capacity against pH-depression; these components should be classified on the basis of the carbonate and sulfide inventories
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