Schwermetalle in kontaminierten Feststoffen

Die vorliegende Arbeit gibt einen Überblick über das chemische Verhalten von Schwermetallen und die Wechselwirkungen, die zwischen kontaminierten Feststoffen und ihrer Umgebung unter natürlichen Verhältnissen bzw. den gegebenen Ablagerungsbedingungen stattfinden. Sie gliedert sich in vier Abschnitte. Zunächst wird auf die Herkunft, die Verwendung und den Eintrag einiger toxischer Metalle (Blei, Quecksilber, Cadmium, Chrom, Nickel, Arsen) unter besonderer Berücksichtigung der dabei vorkommenden und gebildeten chemischen Formen (Spezies) eingegangen. Der anschließende theoretische Teil beschäftigt sich mit den grundlegenden chemischen Reaktionsmechanismen und Wechselwirkungen zwischen Feststoffen und Lösung. Es werden die Bindungsformen für 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 ausführlicher Betrachtung der heterogenen Sorptionsprozesse an natürlichen Materialien sowie die Umwandlungs- und Mobilisationsprozesse, welche die Bioverfügbarkeit und das Transportverhalten in der Umwelt entscheidend prägen. Im dritten Teil folgen methodische Ansätze zur Bewertung der Umweltverträglichkeit kontaminierter Feststoffe. Es werden verschiedene biologisch/chemische Testmethoden zur Entwicklung von Sedimentqualitätskriterien behandelt und anschließend am Beispiel schwermetallkontaminierter Massenabfälle unterschiedliche Auslaugtestverfahren beschrieben, die nach der Ablagerung oder Deponierung eine spezifische Bewertung ermöglichen, wobei auch hier besonderer Wert auf realistische Bedingungen und tatsächlich stattfindende Prozesse gelegt wurde. Außerdem wird ein eigens entwickeltes Mehrkammersystem vorgestellt, das die Untersuchung von Transportvorgängen an konkurrierenden Feststoffphasen bei Änderung der chemischen Bedingungen, wie z.B. pH-Wert, Redoxpotential oder Ionenstärke ermöglicht. Der abschließende Teil der Arbeit beschäftigt sich mit Behandlungsverfahren für schwermetallkontaminierte Massenabfälle. Insbesondere am Beispiel von Baggergutmaterialien, die in den Häfen und Ästuarien der großen Flüsse - vor allem in der norddeutschen Region - große 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 wäre

Schwermetalle in kontaminierten Feststoffen: An der Quelle ansetzen (Teil 2)

Im zweiten Teil seiner Serie entwickelt [der Autor] Bewertungskriterien für 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 Säuren derzeit am besten untersucht. Bei pH-Werten kleiner 2 werden die meisten Schwermetalle freigesetzt. Ein Verfahren zur Auslaugung von Neckarbaggergut mit Salzsäure 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 durchgeführt. Bei dieser Methode kann die Säurezugabe deutlich vermindert werden. Die Hauptproblematik der Auslaugungsverfahren dürfte wohl in den ungeheuren Mengen an Schlick liegen, die jährlich im Hamburger Hafen anfallen und zu bewältigen 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 Abwässer 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 Baggerschlämmen lassen sich durch Säure teilweise entfernen. Ein besonders wirtschaftliches Verfahren ist die Produktion der Säure und die Auslaugung der Metalle mit Hilfe von Thiobakterien. Erste Untersuchungen an Hamburger Hafenschlick haben gezeigt, daß eine bakterielle Laugung prinzipiell möglich ist. In der vorliegenden Arbeit wurden die Verfahrensbedingungen für die Suspensionslaugung optimiert. Dabei wurde sowohl der Einfluß 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 günstig auf den pH-Wert-Verlauf aus. Das Verfahren ist nicht für große Schlickmengen geeignet; eine effektive Anwendung ließe 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 über die Luft durch nasse bzw. trockene Desposition in die Gewässer eingetragen. Oberflächenabschwemmungen von Böden, insbesondere auch von landwirtschaftlich genutzten Flächen, sind eine wichtige Komponente der sogenannten diffusen Quellen. Diesen gegenüber stehen die punktförmigen Quellen, d.h. Einträge aus Industriebetrieben, kommunalen Quellen, Deponiesickerwässrn, Baggergutspülfeldern und -verklappungsgebieten und aus Bergwerkshalden, die vor allem lokal eine sehr bedeutende Art des Eintrags von Schewrmetallen verursachen. Im Oberlauf der Flüsse fallen die belasteten Sedimente in Stauseen, Rückhaltebecken und Staustufen an. Hafengebiete sind besonders vielfältig von der Sedimentproblematik betroffen. Zum einen liegen die Ursachen in der traditionellen Art der Abfallbeseitigung aus der Schiffsindustrie, den Anlegern und durch Schiffsabfälle und zum anderen in den zunehmenden Baggeraktivitäten, da immer tiefere Schiffahrtsrinnen gefordert werden. Schließlich spielt auch die verstärkte Nutzung der Küstenbereiche, z.B. durch die Öl- und Gasgewinnung, eine nicht unbedeutende Rolle bei der Kontamination von Sedimenten. Diese sehr unterschiedlichen Herkunftsarten von kontaminierten Sedimenten deuten bereits darauf hin, daß es sehr schwer sein wird, generelle Qualitätskriterien für die Bereiche zu erstellen

Schwermetalle in kontaminierten Feststoffen

Die vorliegende Arbeit gibt einen Überblick über das chemische Verhalten von Schwermetallen und die Wechselwirkungen, die zwischen kontaminierten Feststoffen und ihrer Umgebung unter natürlichen Verhältnissen bzw. den gegebenen Ablagerungsbedingungen stattfinden. Sie gliedert sich in vier Abschnitte. Zunächst wird auf die Herkunft, die Verwendung und den Eintrag einiger toxischer Metalle (Blei, Quecksilber, Cadmium, Chrom, Nickel, Arsen) unter besonderer Berücksichtigung der dabei vorkommenden und gebildeten chemischen Formen (Spezies) eingegangen. Der anschließende theoretische Teil beschäftigt sich mit den grundlegenden chemischen Reaktionsmechanismen und Wechselwirkungen zwischen Feststoffen und Lösung. Es werden die Bindungsformen für 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 ausführlicher Betrachtung der heterogenen Sorptionsprozesse an natürlichen Materialien sowie die Umwandlungs- und Mobilisationsprozesse, welche die Bioverfügbarkeit und das Transportverhalten in der Umwelt entscheidend prägen. Im dritten Teil folgen methodische Ansätze zur Bewertung der Umweltverträglichkeit kontaminierter Feststoffe. Es werden verschiedene biologisch/chemische Testmethoden zur Entwicklung von Sedimentqualitätskriterien behandelt und anschließend am Beispiel schwermetallkontaminierter Massenabfälle unterschiedliche Auslaugtestverfahren beschrieben, die nach der Ablagerung oder Deponierung eine spezifische Bewertung ermöglichen, wobei auch hier besonderer Wert auf realistische Bedingungen und tatsächlich stattfindende Prozesse gelegt wurde. Außerdem wird ein eigens entwickeltes Mehrkammersystem vorgestellt, das die Untersuchung von Transportvorgängen an konkurrierenden Feststoffphasen bei Änderung der chemischen Bedingungen, wie z.B. pH-Wert, Redoxpotential oder Ionenstärke ermöglicht. Der abschließende Teil der Arbeit beschäftigt sich mit Behandlungsverfahren für schwermetallkontaminierte Massenabfälle. Insbesondere am Beispiel von Baggergutmaterialien, die in den Häfen und Ästuarien der großen Flüsse - vor allem in der norddeutschen Region - große 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 wäre

Grundlagen der Erfassung, Bewertung und Sanierung schwermetallbelasteter Standorte

Die Altlastenproblematik ist seit Anfang der 80er Jahre aufgrund spektakulärer Schadensfälle 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 erfaßt, davon ca. 52.000 in den neuen Ländern. Alleine in Hamburg ist die Zahl dieser Verdachtsflächen inzwischen auf ca. 2.000 (davon 140 sanierungsedürftig) angewachsen. Bei der Problematik schwermetallbelasteter Böden unterscheidet man zum einen die eher großräumigen Kontaminationen von landwirtschaftlichen Nutzflächen durch Einträge aus atmosphärischen Niederschlägen, Düngemitteln, Klärschlämmen usw. und zum anderen die lokalen Anreicherungen in Form von Altlasten oder Altstandorten, bei denen im allgemeinen die Gefährdung des Grundwassers im Vordergrund steht. Mit diesen letztgenannten, häufig "hochbelasteten Böden" befaßt sich der vorliegende Beitrag. Bei den technischen Maßnahmen im Bereich der schwach- bis mittelkontaminierten Böden liegt der Schwerpunkt auf Anstrengungen zur Verringerung der Schadstoffeinträge und bei Verfahren zur Verminderung des Schadstofftransfers vom Boden in Nutzpflanzen. (...) Die Sanierung schwermetallbelasteter Standorte steckt noch in den Anfängen. Je nach Art und Ausmaß der Kontamination müssen Behandlungsmethoden neu entwickelt und der jeweiligen Situation angepaßt werden. Voraussetzung für die Entwicklung wirksamer Verfahren sind - neben der Untersuchung der Verteilung der Schadstoffe auf unterschiedliche Korngrößen und der partikulären Bindungsformen der Metalle - umfassende Kenntnisse der chemischen Reaktionsmechanismen und Wechselwirkungen von Schwermetallen in Böden sowie der ökologischen Zusammenhänge. Ohne diese Grundlagen sind Verbesserungen bereits existierender Verfahren und die Entwicklung neuer Methoden nicht möglich

Entwicklung von Qualitätskriterien für Gewässersedimente

Für die Berurteilung der "Qualität" eines Oberflächengewässers rückt neben der schon seit vielen Jahren intensiv untersuchten Wasserphase immer mehr auch die Qualität der Sedimente/Schwebstoffe in den Vordergrund. Angesichts der Probleme bei der Beseitigung von kontaminierten Sedimenten und den Diskussionen über mögliche nachteilige Auswirkungen von Sediment-Umlagerungen in Gewässern gewinnt der Aspekt der Sediment-Qualität eine zunehmende Bedeutung in Behörden, die sich mit der Bewirtschaftung bzw. Reinhaltung der Gewässer beschäftigen sowie bei den für die Baggerarbeiten zuständigen Stellen im Bund und Ländern

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