1 Einleitung 1 - Cleaner Production Germany

Transcription

Abschlußbericht des FuE-Vorhabens
„Mineralogische und chemisch-physikalische Auswirkungen
der Permeation von Kohlenwasserstoffen
in Kombinationsdichtungen und -dichtwänden“
Dr. Ute Kalbe
Dr. Wolfgang Berger
Dr. Werner Müller
Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Mit Beiträgen von:
PD Dr. Josef Breu (Universität Regensburg)
Dr. Harry Kerzdörfer (Universität Regensburg)
Dr. Matthias Brune (BAM)
Dipl.-Chem. Jürgen Eckardt (BAM)
Dipl.-Ing. Renate Tatzky-Gerth (BAM)
Dipl.-Ing. Wolfgang Ache (BAM)
Dr. Jürgen Goebbels (BAM)
Das Vorhaben wurde mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und
Forschung (bmb+f) unter dem Kennzeichen 1461027 gefördert.
Projektträger: Abfallwirtschaft und Altlastensanierung im Umweltbundesamt
Berlin, April 2000
Berichtsblatt
1. ISBN oder ISSN
2. Berichtsart
Forschungsbericht
3a. Titel des Berichts
Mineralogische und chemisch-physikalische Auswirkungen der Permeation von Kohlenwasserstoffen in Kombinationsdichtungen und -dichtwänden
3b. Titel der Publikation
4a. Autoren des Berichts (Name, Vorname(n))
5. Abschlußdatum des Vorhabens
30.10.1999
Kalbe, Ute; Berger, Wolfgang; Müller, Werner
6. Veröffentlichungsdatum
31.05.2000
4b. Autoren der Publikation (Name, Vorname(n))
7. Form der Publikation
8. Durchführende Institution(en) (Name, Adresse)
9. Ber.Nr. Durchführende Insitution
Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Laboratorium IV.31, Dr. W. Berger
Laboratorium IV.32, Dr. W. Müller
Unter den Eichen 87
12205 Berlin,
10. Förderkennzeichen *)
1461027
11a. Seitenzahl Bericht
Universität Regensburg
Institut für Anorganische Chemie (Lehrstuhl Prof. Dr. K.-J. Range)
PD Dr. J. Breu
Universitätsstraße 31
93503 Regensburg
13. Fördernde Institution (Name, Adresse)
203, zzgl. 84 Seiten Anhang
11b. Seitenzahl Publikation
12. Literaturangaben
158
Bundesministerium für Bildung, Wissenschaft,
Forschung und Technologie (BMBF)
14. Tabellen
53170 Bonn
15. Abbildungen
48
114
16. Zusätzliche Angaben
17. Vorgelegt bei (Titel, Ort, Datum)
18. Kurzfassung
Zur Sicherung von Deponien und Altlasten mit dem Ziel eines langfristig wirksamen Grundwasserschutzes werden seit Mitte der 80er Jahre Kombinationsdichtungen (Verbund aus Kunststoffdichtungsbahn und mineralischer
Dichtschichten eingesetzt. Um deren Langzeitbeständigkeit auch unter extremen Bedingungen bewerten zu können, wurden Permeationsmeßzellen, welche die Verhältnisse in der Deponie nachstellen und über einen Zeitraum
von 12 Jahren mit einem Mehrkomponentengemisch konzentrierter organischer Verbindungen beaufschlagt worden waren, zerlegt und die Auswirkungen der Schadstoffpermeation auf die Abdichtungsmaterialien untersucht.
Schwerpunkte der hier vorgestellten Arbeiten waren Untersuchungen:
•
zur Auswirkung der Permeation des Gemisches an organischen Verbindungen auf die Eigenschaften der
Kunststoffdichtungsbahn,
•
zur vertikalen Verteilung der organischen Verbindungen in den mineralischen Dichtungen,
•
zu Veränderungen der mineralogischer, mikromorphologischer und bodenmechanischer Eigenschaften der
mineralischen Dichtungsmaterialien,
•
zu mikrobiellen Aktivitäten in den mineralischen Dichtungen.
Daneben wurden Stofftransportparameter bestimmt und eine Modellierung des Stofftransportes durchgeführt.
Die verschiedenen untersuchten Materialien der Kombinationsdichtungen erwiesen sich unter den extremen Bedingungen als ein stabiles und effizientes Abdichtungssystem.
19. Schlagwörter
Deponiebasisabdichtung, Kombinationsdichtung, Kunststoffdichtungsbahn, mineralische Dichtung, Dichtwand,
Permeation, organische Verbindungen, Langzeitverhalten, Schadstofftransport
20. Verlag
21. Preis
*) Auf das Förderkennzeichen des BMBF soll auch in der Veröffentlichung hingewiesen werden.
BMBF-Vordr. 3831/01.96
Document Control Sheet
1. ISBN or ISSN
2. Type of Report
Research report
3a. Report Title
Mineralogical and chemical-physical effects of hydrocarbon permeation in composite liners and cut-off walls
3b. Title of Publication
4a. Author(s) of the Report (Family Name, First Name(s))
5.End of Project
30.10.1999
Kalbe, Ute; Berger, Wolfgang; Müller, Werner
6. Publication Date
31.05.2000
4b. Author(s) of the Publication (Family Name, First Name(s))
7. Form of Publication
8. Performing Organization(s) (Name, Address)
9. Originator’s Report No.
Federal Institute for Materials Research and Testing (BAM)
Laboratory IV.31, Dr. W. Berger
Laboratory IV.32, Dr. W. Müller
Unter den Eichen 87
12205 Berlin,
10. Reference No.
1461027
11a. No. of Pages Report
University of Regensburg
Institute for Inorganic Chemistry (Chair Prof. Dr. K.-J. Range)
PD Dr. J. Breu
Universitätsstraße 31
93503 Regensburg
13. Sponsoring Agency (Name, Address)
203, plus 84 pages appendix
11b. No. of Pages Publication
12. No. of References
158
Federal Ministry for Education, Science,
Research and Technology (BMBF)
14. No. of Tables
53170 Bonn
15. No. of Figures
48
114
16. Supplementary Notes
17. Presented at (Title, Place, Date)
18. Abstract
Composite liner systems (HDPE geomembrane and compacted mineral liner) are used in Germany in landfills
and for the lining of contaminated sites according to the technical regulations. It is expected that these lining
systems provide a highly efficient and reliable technical barrier for the long-term groundwater protection. To
support these expectations and assess the performance of the liner system even under extreme conditions, various
composite liner systems were exposed to a mixture of 9 liquid hydrocarbons and their permeation behaviour was
studied in permeation cells over 12 years. The cells were now dismantled and changes in the liner materials were
carefully measured and controlled.
The following issues were pursued in the research project:
•
effect of long-term hydrocarbon permeation and immersion on the properties of the
geomembrane,
•
determination of the vertical distribution of organic contaminants in the mineral liner,
•
changes in the mineralogical, micromorphological and soil mechanical properties of the
mineral liner brought about by the contaminant mixture,
•
investigation of the influence of microbial activity on the mineral layer,
•
modelling of the pollutant transport in the composite liner system.
Neither geomembrane nor most of the tested mineral liners exhibited significant changes. Hydrocarbon permeation was proved to have been substantially suppressed by the composite liner.
19.Keywords
Landfill, basal liner, composite liner, geomembrane, mineral liner, cut-off wall, permeation, organic compounds,
long-term behaviour, contaminant transport
20. Publisher
21. Price
BMBF-Vordr. 3832/01.96
INHALTSVERZEICHNIS
Verzeichnis der Abbildungen ............................................................................................. IV-VIII
Verzeichnis der Tabellen ........................................................................................................ IX-X
Verzeichnis der wichtigsten verwendeten Abkürzungen ........................................................... XI
1
1.1
1.2
Einleitung......................................................................................................................... 1
Ausgangspunkt des Vorhabens......................................................................................... 1
Aufbau der Permeationsmeßzellen ................................................................................... 3
2
Problem- und Aufgabenstellung.................................................................................... 5
Kenntnisstandanalyse/ Theoretische Grundlagen ....................................................... 7
Kunststoffdichtungsbahn .................................................................................................. 7
Werkstoff der Kunststoffdichtungsbahn........................................................................... 7
Einwirkung von Kohlenwasserstoffen.............................................................................. 8
Beeinflussung von mineralischen Dichtungsmaterialien durch organische
Schadstoffe...................................................................................................................... 11
3.2.1 Einflüsse auf den Mineralbestand................................................................................... 11
3.2.2 Einflüsse auf bodenmechanische Eigenschaften ............................................................ 12
3.2.3 Einflüsse auf das Gefüge ................................................................................................ 13
3.2
Redoxmilieu in Kombinationsdichtungen ...................................................................... 15
3.4
Mikrobiologische Prozesse in Kombinationsdichtungen ............................................... 15
3.5
Modellierung von Stofftransportprozessen..................................................................... 17
3
3.1
3.1.1
3.1.2
3.2
4
4.1
4.1.1
4.1.2
4.1.3
4.2
4.2.1
4.2.2
4.3
4.3.1
4.3.2
4.3.3
4.3.4
4.3.5
4.4
4.4.1
4.4.2
4.5
4.5.1
4.5.2
4.5.3
4.5.4
4.5.5
Material und Methoden................................................................................................ 21
Eingesetzte Materialien................................................................................................... 21
Kunststoffdichtungsbahnen ............................................................................................ 21
Mineralische Dichtungsmaterialien ................................................................................ 23
Übersicht der geöffneten Meßzellen............................................................................... 24
Probenahme .................................................................................................................... 25
Beprobung der Kunststoffdichtungsbahn ....................................................................... 25
Beprobung der mineralischen Dichtungen ..................................................................... 28
Untersuchungsmethoden zur Analyse der Kunststoffdichtungsbahn ............................. 32
Untersuchungen der mechanischen Eigenschaften......................................................... 32
Untersuchungen zum Spannungsrißverhalten ................................................................ 32
Thermoanalytische Untersuchungen............................................................................... 32
Elektronenmikroskopische Untersuchungen .................................................................. 34
Ermittlung der Konzentration der Schadstoffe in der Kunststoffdichtungsbahn............ 34
Ermittlung der vertikalen Verteilung der Schadstoffkomponenten in den
mineralischen Dichtungen .............................................................................................. 35
Analytik der hydrophilen Schadstoffkomponenten ........................................................ 36
Analytik der hydrophoben Schadstoffkomponenten ...................................................... 36
Untersuchungsmethoden der Eigenschaften der mineralischen
Dichtungsmaterialien ...................................................................................................... 38
Bestimmung physikalischer und chemischer Stoffparameter......................................... 38
Untersuchung des Tonmineralbestandes ........................................................................ 45
Untersuchungen zum Redoxmilieu / Eisenspeziesanalysen ........................................... 48
Bodenmechanische Untersuchungsmethoden................................................................. 51
Untersuchungen des Mikro- und Makrogefüges ............................................................ 53
I
4.6
4.6.1
4.6.2
4.6.3
4.7.
Mikrobiologische Untersuchungen................................................................................. 57
Probenvorbereitung und Beimpfung der Kulturen ......................................................... 57
Untersuchung der Mikroorganismenkulturen................................................................. 59
Untersuchung des Lösungsmittelabbaus......................................................................... 60
Modellierung des Schadstofftransportes......................................................................... 62
5
5.1
5.5
5.5.1
5.5.2
5.6
Ergebnisse und Diskussion........................................................................................... 66
Auswirkungen der Permeationsversuche auf die Eigenschaften der
Kunststoffdichtungsbahn ................................................................................................ 66
Mechanische Eigenschaften............................................................................................ 66
Spannungsrißverhalten.................................................................................................... 69
Schmelzkurve und Oxidationsstabilität (thermoanalytische Untersuchungen) .............. 71
Morphologie (elektronenmikroskopische Untersuchungen) .......................................... 74
Verteilung der Komponenten des Schadstoffgemisches innerhalb der
Dichtungsmaterialien zum Probenahmezeitpunkt .......................................................... 79
Konzentration der Schadstoffe in der Kunststoffdichtungsbahn .................................... 79
Vertikale Verteilung der Schadstoffe in den mineralischen Dichtungen ....................... 80
Auswirkungen der Permeationsversuche auf die Eigenschaften der mineralischen
Dichtungen...................................................................................................................... 92
Stoffliche, physikalisch-chemische Kennwerte.............................................................. 92
Mineralbestand der mineralischen Dichtmaterialien .................................................... 104
Redoxmilieu.................................................................................................................. 116
Bodenmechanische Parameter ...................................................................................... 124
Mikro- und Makrogefüge.............................................................................................. 132
Mikrobiologische Prozesse in den mineralischen Dichtmaterialien............................. 146
Ergebnisse der Vorversuche ......................................................................................... 146
Ergebnisse der Hauptversuche...................................................................................... 147
Bewertung der Ergebnisse und Korrelation mit anderen physikalischchemischen Untersuchungsergebnissen........................................................................ 149
Permeationsmessungen an den Meßzellen ................................................................... 153
Übersicht über die Versuchsergebnisse ........................................................................ 153
Abschätzung von Permeationsraten und Induktionszeiten ........................................... 153
Ergebnisse der Modellierung des Stofftransportes ....................................................... 175
6
Zusammenfassung und Schlußfolgerungen ............................................................. 182
7
7.1
7.2
7.3
7.4
Literaturverzeichnis ................................................................................................... 187
Literatur ........................................................................................................................ 187
Verwendete Normen ..................................................................................................... 198
Vorveröffentlichungen zum Vorhaben bis 4/2000 ....................................................... 201
Qualifizierungsmaßnahme innerhalb des Vorhabens ................................................... 202
8
Danksagung ................................................................................................................. 202
5.1.1
5.1.2
5.1.3
5.1.4
5.2
5.2.1
5.2.2
5.3
5.3.1
5.3.2
5.3.3
5.3.4
5.3.5
5.4
5.4.1
5.4.2
5.4.3
II
9
Anhang
Anhang A:
Literaturrecherche: Einfluß organischer Verbindungen auf
die Durchlässigkeit von mineralischen Dichtungsmaterialien ....... A1-A12
Anhang B:
Literaturrecherche: Einfluß organischer Verbindungen auf das
Gefüge von mineralischen Dichtungsmaterialien .............................B1-B4
Anhang C:
Literaturrecherche: Einfluß organischer Verbindungen auf den
Tonmineralbestand mineralischer Dichtungsmaterialien..................C1-C2
Anhang D:
Stoffliche, physikalisch-chemische Kennwerte der untersuchten
mineralischen Dichtungsmaterialien (BAM) ................................. D1-D11
Anhang E:
Schadstoffkonzentrationen in den Kunststoffdichtungsbahnen
und in den mineralischen Dichtungen............................................. E1-E33
Anhang F:
Ausgewählte Untersuchungsergebnisse zu den mineralischen
Dichtungsmaterialien im Teilprojekt Regensburg ...........................F1-F22
III
Verzeichnis der Abbildungen
(vor dem Bindestrich genannte Ziffern entsprechen den Gliederungspunkten)
Abb. 1.1 -1:
Abb. 1.2 -1:
Abb. 3.4 -1:
Abb. 4.2.1 -1:
Abb. 4.2.1 -2:
Abb. 4.2.1 -3:
Abb. 4.2.1 -4:
Abb. 4.2.2 -1:
Abb. 4.2.2 -2:
Abb. 4.2.2 -3:
Abb. 4.2.2 -4:
Abb. 4.3.3 –1:
Abb. 4.4 -1:
Abb. 4.5.5 -1:
Abb. 4.6.1 -1:
Abb. 4.7 -1:
Abb. 5.1.1 -1:
Abb. 5.1.1 -2:
Abb. 5.1.1 -3:
Abb. 5.1.1 -4:
Abb. 5.1.2 -1:
Abb. 5.1.2 -2:
Abb. 5.1.2 -3:
Abb. 5.1.3 -1:
Abb. 5.1.3 -2:
IV
Schematische Darstellung der Untersuchungsschwerpunkte des Forschungsvorhabens
Schematischer Aufbau der Meßzellen
Anaerober Abbau organischer Substanz in der mineralischen Dichtung
einer Deponiebasisabdichtung
Schnittmuster der Probenahme an der Dichtungsbahnenscheibe
Die Dichtungsbahn in Zelle T11 unmittelbar nach Öffnen und Entfernen
der Prüfflüssigkeit
Die Dichtungsbahn in Zelle T05 unmittelbar nach Öffnen und Entfernen
der Prüfflüssigkeit
Dichtungsbahn in Zelle T07 unmittelbar nach Öffnen und Entfernen der
Prüfflüssigkeit
Beispiel eines Probenahmeschemas für die mineralische Dichtung
Stechwerkzeug zur Gewinnung ungestörter Proben aus den mineralischen
Dichtungen
Restkörper einer mineralischen Dichtung nach Beprobung mit Stechwerkzeug und nach Teilung in Segmente
Schneidwerkzeug zum Horizontieren der Probenkerne
Prinzipieller Verlauf der Meßkurve bei der OIT-Messung und bei der Messung der Schmelzkurve. Gemessen wird die Differenz des Wärmestroms
zwischen zwei Öfen mit und ohne Probe einmal über der Zeit (OIT) und
über der Temperatur (Schmelzkurve)
Probenbearbeitung für gaschromatographische Untersuchungen je Probenstecher und Horizont
Prinzip der 3D- oder Cone Beam Tomographie
Schematische Darstellung der Beimpfung der Kulturen
Koordinatensystem für die Beschreibung des Stofftransportes in der Kombinationsdichtung
Spannungs-Dehnungsdiagramm der Zugversuche an Probekörper aus der
Referenzdichtungsbahn (Probe 0)
Dichtungsbahn der Zelle T01
Dichtungsbahn der Zelle T05
bei 80 °C über 8,4 Jahre warmgelagerten Dichtungsbahn
Relative Häufigkeit des Durchreißens der Proben als Funktion der Standzeit für die 0-Probe und die Proben aus den Zellen T02, T06 und T08
Relative Häufigkeit des Durchreißens der Proben als Funktion der Standzeit für das Dichtungsbahnenmaterial Vestolen A3512R
Relative Häufigkeit des Durchreißens der Proben als Funktion der Standzeit für die bei 60 °C eingelagerten Proben aus Meßzelle T03 und aus dem
Referenzmaterial
Schmelzkurven der Dichtungsbahnenproben aus den Zellen T01, T02 und
T03
Schmelzkurven der Dichtungsbahnenproben aus den Zellen T05, T06, T08
und T11
Abb. 5.1.3 -3:
Abb. 5.1.3 -4:
Abb. 5.1.4 -1:
Abb. 5.1.4 -2:
Abb. 5.1.4 -3:
Abb. 5.1.4 -4:
Abb. 5.2.2 -1:
Abb. 5.2.2 -2:
Abb. 5.2.2 -3:
Abb. 5.2.2 -4:
Abb. 5.2.2 -5:
Abb. 5.2.2 -6:
Abb. 5.2.2 -7:
Abb. 5.2.2 -8:
Abb. 5.2.2 -9:
Abb. 5.2.2 -10:
Abb. 5.2.2 -11:
Abb. 5.2.2 -12:
Abb. 5.2.2 -13:
Abb. 5.2.2 -14:
Abb. 5.2.2 -15:
Abb. 5.2.2 -16:
Abb. 5.2.2 -17:
Abb. 5.3.1 -1:
Schmelzkurven der Nullprobe und der über mehrere Jahre bei 80°C warmgelagerten Proben
Die OIT-Zeiten bei unterschiedlichen Messtemperaturen der Nullprobe,
der warmgelagerten Proben und der Probe aus der Meßzelle T01
Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme vom Bruchspiegel, der beim
Bruch einer tiefgefrorenen Dichtungsbahnenprobe 5 aus der Zelle 05 entstand
Bruch einer tiefgefrorenen Probe aus der Referenzdichtungsbahn, Probe 0,
entstand
Bruch einer tiefgefrorenen Probe aus der Referenzdichtungsbahn, Probe 0,
entstand
Bruch einer tiefgefrorenen Dichtungsbahnenprobe 5 aus der Zelle 05 entstand
Vergleich der Konzentrationsverteilung der hydrophilen und hydrophoben
Verbindungen in der mD Wilsum 7,5 cm, Meßzelle T01
Verbindungen in der mD Wilsum 15 cm, Meßzelle T02
Verbindungen in der mD Wilsum 30 cm, Meßzelle T03
Verbindungen in der mD Bastwald 7,5 cm, Meßzelle T05
Verbindungen in der mD Bastwald 15 cm, Meßzelle T06
Verbindungen in der mD Bastwald 30 cm, Meßzelle T07
Verbindungen in der mD Dom/Esch 20 cm, Meßzelle T08
Verbindungen in der mD Na-Bentonit-DWM 30 cm, Meßzelle T11
Vergleich der Konzentrationsverteilung von Methanol in allen mineralischen Dichtungen
Vergleich der Konzentrationsverteilung von Aceton in allen mineralischen
Dichtungen
Vergleich der Konzentrationsverteilung von Tetrahydrofuran in allen mineralischen Dichtungen
Vergleich der Konzentrationsverteilung von Trichlorethylen in allen mineralischen Dichtungen
Vergleich der Konzentrationsverteilung von Toluol in allen mineralischen
Dichtungen
Vergleich der Konzentrationsverteilung von Tetrachlorethylen in allen
mineralischen Dichtungen
Vergleich der Konzentrationsverteilung von Chlorbenzol in allen mineralischen Dichtungen
Vergleich der Konzentrationsverteilung von Xylol in allen mineralischen
Dichtungen
Vergleich der Konzentrationsverteilung von iso-Propanol in allen mineralischen Dichtungen
pH-Werte der Ausgangsmaterialien
V
Abb. 5.3.1 -2:
Abb. 5.3.1 -3:
Abb. 5.3.1 -4:
Abb. 5.3.2 -1:
Abb. 5.3.2 -2:
Abb. 5.3.2 -3:
Abb. 5.3.2 -4:
Abb. 5.3.2 -5:
Abb. 5.3.2 -6:
Abb. 5.3.2 -7:
Abb. 5.3.2 -8:
Abb. 5.3.2 -9:
Abb. 5.3.2 -10:
Abb. 5.3.2 -11:
Abb. 5.3.2 -12:
Abb. 5.3.2 -13
Abb. 5.3.2 -14:
Abb. 5.3.2 -15:
Abb. 5.3.3 -1:
Abb. 5.3.3 -2:
Abb. 5.3.3 -3:
Abb. 5.3.3 -4:
Abb. 5.3.3 -5:
Abb. 5.3.3 -6:
Abb. 5.3.3 -7:
Abb. 5.3.5 -1:
Abb. 5.3.5 -2:
Abb. 5.3.5 -3:
Abb. 5.3.5 -4:
VI
Horizontaler Verlauf der pH-Werte in den mD der verschiedenen Meßzellen
Inhomogenität der Elementverteilung im Ausgangsmaterial Wilsum
Vergleich der durchschnittlichen effektiven Kationenaustauschkapazitäten
der verschiedenen Wilsum-Dichtungen mit dem Ausgangsmaterial Wilsum
Übersicht über den relativen Tonmineralbestand der Ausgangsmaterialien
in der Fraktion < 2µm
Pulverdiffraktogramm des Ausgangsmaterials von Ton Wilsum
Mittlere Werte DCB-extrahierbaren Eisens der Wilsum-Dichtungen im
Vergleich zum Ausgangsmaterial
Pulverdiffraktogramme der Horizonte 1 cm, 13 cm und 16 cm in der Meßzelle T02 im Vergleich zum Ausgangsmaterial
Illit/Smectit-Quotient in der Wilsum-Dichtung der Meßzelle T02
Pulverdiffraktogramm des Ausgangsmaterials von Sand Bastwald (ohne
Montigel F-Zusatz)
Mittlere Werte DCB-extrahierbaren Eisens der Bastwald-Dichtungen im
Vergleich zum Ausgangsmaterial
Pulverdiffraktogramm des nachgestellten Ausgangsmaterials der NaBentonit-DWM
Pulverdiffraktogramm von Montigel
Pulverdiffraktogramm des Hochofenzements 35 L
Röntgendiffraktogramme verschiedener Horizonte der mD Na-BentonitDWM (T11) im Kleinwinkelbereich 2-15 °2θ
REM-Aufnahme eines Anschliffs von Ausgangsmaterial Ton Wilsum
REM-Aufnahme eines Anschliffs von Ausgangsmaterial Bastwald,
REM-Aufnahme eines Anschliffs von Ausgangsmaterial Dom-Esch
REM-Aufnahme eines Anschliffs des nachgestellten Ausgangsmaterials
der Na-Bentonit-DWM
57
Fe-Mößbauerspektrum (Raumtemperatur) des Ausgangsmaterials von
Ton Wilsum
Profile des Fe(III)/(Fe(II)-Verhältnisses (photometrisch) und des Sideritanteils (mößbauerspektroskopisch) in den Proben der mD der Meßzelle
T01 (Wilsum 7,5 cm)
Fe2O3 -Gehalt (Gew.-%) und Sideritanteil am Gesamteisen (Gew.-%, Möß
bauerspektroskopie) in der mD Wilsum 15 cm (Meßzelle T02) im Tiefenprofil
57
Fe-Mößbauerspektrum (Raumtemperatur) des Materials der mD Wilsum
30 cm (Meßzelle T03)
Profil des Fe(III)/(Fe(II)-Verhältnisses (photometrisch) in den Proben der
mD Bastwald 15 cm (Meßzelle T06
Mößbauerspektren des Hochofenzements 35 L
Eh -Wert [mV] und Sulfat-Schwefelgehalt [ppm] in der mD Na-BentonitDWM, 30 cm (Meßzelle T11) im Tiefenprofil
CT-Schnitt Ausgangsmaterial Wilsum (Querschnitt eines Probenkerns
eines Stechers aus der ÜbungsMeßzelle, ∅ 35 mm)
CT-Schnitt Ausgangsmaterial Uelsen (Querschnitt eines Teilstückes von
einem Probenkern aus einem Proctorkörper, ∅ 35 mm)
CT-Schnitt Stecher M2 aus Meßzelle T02, Wilsum 15 cm (∅ 35 mm)
CT-Scnitt der Teilstücke von Stecher M2 aus Meßzelle T03, Wilsum 30
cm (∅ 35 mm)
Abb. 5.3.5 -5:
CT-Schnitt eines Probenkerns des Ausgangsmaterials Bastwald,
(∅ 35 mm)
Abb. 5.3.5 -6:
CT-Schnitt von Stecher R2 aus Meßzelle T05, Bastwald 7,5 cm
(∅ 35 mm)
CT-Schnitt von Stecher M2 aus Meßzelle T06, Bastwald 15 cm,
(∅ 35 mm)
CT-Schnitt der Teilstücke von Stecher M2 aus Meßzelle T07, Bastwald 30
cm (∅ 35 mm)
CT-Schnitt aus einem Proctorkörper des Ausgangsmaterials Dom/Esch
ohne Montigel F-Zusatz
CT-Schnitt aus einem Proctorkörper des Ausgangsmaterials Dom/Esch mit
Montigel F-Zusatz
CT-Schnitt eines Profils aus der Meßzelle T08, Dom/Esch 20 cm
CT-Schnitt eines Teilstückes von Stecher B1 aus Meßzelle T11, NaBentonit-DWM 30 cm (∅ 35 mm)
Schnitt durch das für die Dünnschliffherstellung imprägnierte obere Teilstück aus Stecher B1, Meßzelle T11 (nach der CT-Aufnahme - links)
Luftgetrocknetes Probenstück aus Meßzelle T11
CT-Schnitte von drei Probenstücken aus Meßzelle T11 nach Durchlässigkeitsuntersuchungen
Dünnschliffbild Ausgangsmaterial Wilsum/Uelsen, natürliche Lagerung,
Ethanol/Aceton-Entwässerung, 50 x, ppl
Dünnschliffbild Ausgangsmaterial Wilsum/Uelsen, proctorverdichtet,
Ethanol/Aceton-Entwässerung, 100 x, xpl
Dünnschliffbild mD Wilsum, Meßzelle T01, gefriergetrocknet, 50 x, ppl
Dünnschliffbild mD Wilsum, Meßzelle T01, gefriergetrocknet, 100 x, xpl
Dünnschliffbild Ausgangsmaterial Bastwald, proctorverdichtet, gefriergetrocknet, 25 x, ppl
Dünnschliffbild mD Bastwald, Meßzelle T06, gefriergetrocknet, 50 x, ppl
Dünnschliffbild Ausgangsmaterial Dom/Esch, gefriergetrocknet, 25 x, ppl
Dünnschliffbild mD Dom/Esch, Meßzelle T08, gefriergetrocknet, 25 x, ppl
Dünnschliffbild mD Na-Bentonit-DWM,nachgestelltes Ausgangsmaterial,
gefriergetrocknet, 100 x, ppl
Dünnschliffbild mD Na-Bentonit-DWM, Meßzelle T11, gefriergetrocknet,
100 x, ppl
Vereinfachtes Schema zur Einordnung des reduktiven mikrobiellen Abbaustadiums (organischer Substanz) der Meßzellen T03, T07 und T11 in
die Abfolge der anaeroben Prozesse in Abhängigkeit vom Substratangebot
des Ausgangsmaterials
Permeationsdaten der Zelle T01
Räumlich-zeitliche Verteilung der Konzentration in der 30 cm dicken mineralischen Komponente einer Kombinationsdichtung bei Beaufschlagung
mit reinem Aceton
Abb. 5.3.5 -7:
Abb. 5.3.5 -8:
Abb. 5.3.5 -9:
Abb. 5.3.5 -10:
Abb. 5.3.5 -11:
Abb. 5.3.5 -12:
Abb. 5.3.5 -13:
Abb. 5.3.5 -14:
Abb. 5.3.5 -15:
Abb. 5.3.5 -16:
Abb. 5.3.5 -17:
Abb. 5.3.5 -18:
Abb. 5.3.5 -19:
Abb. 5.3.5 -20:
Abb. 5.3.5 -21:
Abb. 5.3.5 -22:
Abb. 5.3.5 -23:
Abb. 5.3.5 -24:
Abb. 5.3.5 -25:
Abb. 5.4.3 -1:
Abb. 5.5.1 -1:
Abb. 5.5.1 -2:
Abb. 5.5.1 -3:
Abb. 5.5.1 -4:
Abb. 5.5.1 -5:
Abb. 5.5.1 -6:
Abb. 5.5.1 -7:
Abb. 5.5.1 -8:
Abb. 5.6 -1:
VII
Abb. 5.6 -2:
Abb. 5.6 -3:
Abb. 5.6 -4:
Abb. 5.6 -5:
Abb. 5.6 -6:
VIII
mit reinem Trichlorethylen (k = 0 cm3/g , R = 1)
mit reinem Trichlorethylen (k = 5 cm3/g, R = 20)
Durch die Kombinationsdichtung des Modells diffundierte Masse Aceton
pro m² als Funktion der Zeit
Durch die Kombinationsdichtung des Modells diffundierte Masse Trichlorethylen pro m² als Funktion der Zeit (ohne Sorption in der mineralischen
Komponente)
Durch die Kombinationsdichtung des Modells diffundierte Masse Trichlorethylen pro m² als Funktion der Zeit (mit Sorption in der mineralischen
Komponente)
Verzeichnis der Tabellen
(vor dem Bindestrich genannte Ziffern entsprechen den Gliederungspunkten)
Tab. 1.2 -1:
Tab. 3.1.1 -1:
Tab. 3.1.2 -1:
Tab. 3.1.2 -2:
Tab. 4.1.1 -1:
Tab. 4.1.1 -2:
Tab. 4.1.3 -1:
Tab. 4.4.1 -1:
Tab.: 4.4.2 -1:
Tab.: 4.6.1 -1:
Tab. 5.1.1 -1:
Tab. 5.1.3 -1:
Tab. 5.2.1 -1:
Tab. 5.2.1-2:
Tab. 5.2.2 -1:
Tab. 5.3.1 -1:
Tab. 5.3.1 -2:
Tab. 5.3.1 -3:
Tab. 5.3.1 -4:
Tab. 5.3.1 -5:
Tab. 5.3.1 -6:
Tab. 5.3.1 -7:
Tab. 5.3.1 -8:
Tab. 5.3.1 -9:
Tab. 5.3.2 -1:
Tab. 5.3.4 -1:
Tab. 5.3.4 -2:
Tab. 5.3.4 -3
Tab. 5.3.4 -4:
Tab. 5.3.4 -5:
Tab. 5.3.4 -6:
Tab. 5.3.5 -1:
Zusammensetzung des Schadstoffgemisches
Klassifizierung und Bezeichnung von PE-Formmassen, früher nach ASTM
D 1248 - 84 bzw. heute nach ASTM D 883 – 96
Liste der Prüfflüssigkeiten für die Prüfung der Beständigkeit gegen Chemikalien
Berechnete und gemessene Löslichkeiten der Prüfflüssigkeiten in der
PEHD-Kunststoffdichtungsbahn (Müller, 1997)
Numerierung und Beschreibung der untersuchten Dichtungsbahnproben
Schmelzindizes, Dichten und Dicken der untersuchten Proben
Übersicht der geöffneten Meßzellen
Verfahrenskenndaten für die GC-Analytik der hydrophilen Schadstoffkomponenten (nach DIN 32 645)
Verfahrenskenndaten für die GC-Analytik der hydrophoben Schadstoffkomponenten (nach DIN 32 645)
Übersicht der mikrobiologisch untersuchten Proben
Mechanische Kennwerte der Proben der Kunststoffdichtungsbahnen
Thermoanalytische Kennwerte (Schmelztemperatur, Schmelzenthalpie,
OIT-Werte) und Zeitraum zwischen Messung und Probenentnahme
Konzentration der Komponenten der Prüfflüssigkeit in der Dichtungsbahn
zum Zeitpunkt der Entnahme
Konzentration des insgesamten Prüfmittelgemisches bestimmt durch Massenänderung bei Rücktrocknung und Summation der in der gaschromatographischen Analyse bestimmten Konzentrationen der Einzelkomponenten
Ergebnis der Versuche zur Lösungsvermittlung der Schadstoffkomponenten
Feuchtegehalte in den mineralischen Dichtungen
Ergebnisse verschiedener Partikelmessverfahren für das Ausgangsmaterial
Wilsum
Ergebnisse der BET-Messungen in der Meßzelle T03 (BAM)
Ergebnisse der BET-Messungen in der Meßzelle T07 (BAM)
Ergebnisse der N2-Sorptionsmessungen in der Meßzelle T11 (BAM)
Relative Austauschkapazitäten RAK (%) in den Wilsum-Dichtungen im
Hinblick auf die Selektivität der Kationenbelegung
Relative Austauschkapazitäten RAK (%) in den Bastwald-Dichtungen im
Hinblick auf die Selektivität der Kationenbelegung.
Relative Austauschkapazitäten RAK (%) in der Dom/Esch-Dichtung im
Relative Austauschkapazitäten RAK (%) der einzelnen Kationen in der NaBentonit Dichtwandmasse, Meßzelle T11
EDX-Analysen an ausgewählten Schliffen der Ausgangsmaterialien
Dichte, Wassergehalt und Trockendichte der mineralischen Dichtungen
Vergleich von Trockendichte und spezifischer Oberfläche für Meßzelle T03
Mittelwerte der Korndichten [g/cm³] in den Meßzellen für die verschiedenen Dichtungsmaterialien
Porenanteile und Sättigungsgrade der mineralischen Abdichtungen
Konsistenzgrenzen der mineralischen Dichtungen
Durchlässigkeitsbeiwerte k10 der Abdichtungsmaterialien
Übersicht der CT-Aufnahmen zur Untersuchung des Makrogefüges
IX
Tab. 5.3.5 -2:
Tab. 5.4.1 -1:
Tab.: 5.4.2 -1:
Tab. 5.4.2 -2:
Tab. 5.4.2 -3:
Tab. 5.5.2 -1:
Tab. 5.5.2 -2:
Tab. 5.5.2 -3:
Tab. 5.5.2 -4:
Tab. 5.5.2 -5:
Tab. 5.5.2 -6:
Tab. 5.5.2 -7:
Tab. 5.5.2 -8:
Tab. 5.6 -1:
Tab. 6 -1:
Tab. 6 -2:
X
Auswertung von Rißbreiten und Flächenanteilen im Ausgangsmaterial Wilsum/Uelsen mit Hilfe der digitalen Bildverarbeitung
Ergebnisse der mikrobiologischen Vorversuche am Dichtungsmaterial der
Meßzelle T02 (Angaben in Bakterien pro g ungetrockneten Dichtungsmaterials)
Ergebnisse der mikrobiologischen Untersuchungen der Meßzelle T03,
Angaben in Bakterien pro g mineralischen Dichtmaterials (ungetrocknet)
Ergebnis der Permeationsmessungen für die Komponente Aceton
Ergebnis der Permeationsmessungen für die Komponente Methanol
Ergebnis der Permeationsmessungen für die Komponente Tetrahydrofuran
Ergebnis der Permeationsmessungen für die Komponente Trichlorethylen
Ergebnis der Permeationsmessungen für die Komponente Tetrachloretylen
Ergebnis der Permeationsmessungen für die Komponente Chlorbenzol
Ergebnis der Permeationsmessungen für die Komponente Toluol
Ergebnis der Permeationsmessungen für die Komponente Xylol
Für die numerischen Rechnungen verwendete Stoffparameter
Mittlere Konzentrationen der Summe hydrophiler und hydrophober Komponenten des Schadstoffgemisches in der KDB und in der Oberfläche der
mD
Aus den Permeationsmessungen und Modellrechnungen abgeschätzte Obergrenzen für Permeationsraten und Induktionszeiten bei unterschiedlich dicken mineralischen Komponenten in der Kombinationsdichtung und bei Beaufschlagung mit der reinen Flüssigkeit
Verzeichnis der wichtigsten verwendeten Abkürzungen
Kurzzeichen
BET
BJH
BS
CKW
CT
d
DCB
DSC
DWM
ECD
EDX
Eh-Wert
F
FAAS
FID
GC
HOZ
JCPDS
KAKeff
KAKpot
KDB
KW
LD
LLD
LM
LMD
mD
MHE
MS
n.b.
n.n.
OIT
PEHD
ppl
RAK
REM
RFA
SB
THF
TX
VOCOL
xpl
XRD
Bezeichnung
Stickstoffporosimetrie nach Brunauer, Emmet und Teller
Verfahren der Berechung der Porengrößenverteilung nach Barrett,
Joyner und Halenda
British Standard
Chlorkohlenwasserstoffe
Computertomographie
Tag
Dithionit-Citrat-Bikarbonat
Dynamisches Differenz Kalorimeter
Dichtwandmasse
Elektroneneinfangdetektor
Energie-Dispersive-Röntgenspektroskopie
Redoxpotential
Zugkraft
Flammen Atom Adsorptions Spektrometer
Flammenionisationsdetektor
Gaschromatographie
Hochofenzement
Datenbank für Röntgenpulverdiffraktion des ICDD (International
Centre for Diffraction Data)
effektive Kationenaustauschkapazität
potentielle Kationenaustauschkapazität
Kunststoffdichtungsbahn
Kohlenwasserstoffe
Low Density
Medium Density
Lösungsmittel
Linear Medium Density
mineralische Dichtung
Mehrfach-Headspace-Extraktion
Massenspektrometrie
nicht bestimmt
nicht nachweisbar
Oxidative Induction Time
Polyethylen hoher Dichte
parallele Polarisatoren
Relative Austauschkapazität
Rasterelektronenmikroskopie
Röntgenfluoreszenzanalyse
statische Belastung
Tetrahydrofuran
Triaxialzelle
Volatile Column
gekreuzte Polarisatoren
Röntgendiffraktometrie
XI
1
EINLEITUNG
U. Kalbe, W. Berger, W. Müller
1.1
Ausgangspunkt für das Vorhaben
Grundgedanke des in den 80er Jahren vom Umweltbundesamt entwickelten Multibarrierenkonzeptes (Stief, 1986) ist es, daß bei der Vermeidung von Umweltbelastungen durch Schadstoffe im Abfall nicht nur eine Barriere zur Anwendung kommen sollte, sondern eine Kombination von Schutzmaßnahmen die Sicherheit gewährleisten soll. Deponien mit schadstoffemittierenden Abfällen sollten demnach immer mit technischen Abdichtungen versehen sein.
Für einen nachhaltigen Schutz des Grundwassers vor Schadstoffen im Sickerwasser werden
Deponiebasisabdichtungen eingesetzt, wobei die Regeldichtung nach TA Abfall (1991) und
TA Siedlungsabfall (1993) die Kombinationsdichtung (Verbund aus mehrlagig eingebrachter
mineralischer Dichtung und Kunststoffdichtungsbahn) ist.
Ein wesentlicher Aspekt des Multibarrierenkonzeptes ist der langfristige Schutz der Umwelt
vor emittierenden Schadstoffen. Aus diesem Grunde kommt der Langzeitbeständigkeit der
Abdichtungsmaterialien eine besondere Bedeutung zu und ist seit einer Reihe von Jahren Gegenstand intensiver wissenschaftlicher und technischer Untersuchungen. Die Komplexität
chemischer und physikalischer Prozesse der Einwirkung von Schadstoffen auf unterschiedliche Dichtungsmaterialien, die gegenseitigen Wechselbeziehungen und die sich daraus ergebenden Veränderungen von Materialeigenschaften erschweren die Prognose der Langzeitfunktionsfähigkeit dieser Materialien.
Da die Dichtwirkung der Materialien für lange Zeiträume sichergestellt werden soll, sind experimentelle Untersuchungen erforderlich, die es ermöglichen, über zeitlich begrenzte Versuche auf die Langzeitwirkung schließen zu können.
An der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung werden seit Anfang der 80er Jahre
intensive Untersuchungen an Deponieabdichtungsmaterialien durchgeführt. In diesem Rahmen wurden seit 1986 großvolumige Meßzellen aufgebaut, um das Permeationsverhalten von
unterschiedlichen organischen Verbindungen in einer Vielzahl verschiedenartig aufgebauter
Kombinationsdichtungen zu untersuchen. Dieses Projekt wurde vom BMU zunächst über einen Zeitraum von drei Jahren gefördert (UFOPLAN Nr. 102 03 412). Gemessen und bewertet
wurden Induktionszeiten und Permeationsraten der eingesetzten organischen Verbindungen.
Die Ergebnisse sind in einem Forschungsbericht dargelegt (August et al., 1992). Die Untersuchungen wurden anschließend an der BAM über neun Jahre weitergeführt.
Damit standen mineralische Stoffe und Dichtungsbahnen zur Verfügung, die über einen Zeitraum von annähernd 12 Jahren unter definierten Laborbedingungen dem Einfluß konzentrierter organischer Verbindungen ausgesetzt waren. Die Auswirkungen der Permeation auf die
Dichtungsmaterialien wurden im Rahmen dieses vom BMBF (Projektträger AWAS Umweltbundesamt) geförderten Vorhabens von einem interdisziplinären Team, bestehend aus Mitarbeitern unterschiedlicher Laboratorien und Projektgruppen der BAM in Kooperation mit dem
Institut für Anorganische Chemie der Universität Regensburg untersucht (Abb. 1.1-1).
Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wurden insgesamt acht Meßzellen mit Kombinationsdichtungen bestehend aus Kunststoffdichtungsbahn und drei Dichtungsmaterialien, die in
den 80er Jahren im Deponiebau für Basisabdichtungen eingesetzt wurden, sowie einer Dichtwandmasse als mineralische Dichtung zerlegt und die Dichtungsmaterialien detailliert untersucht.
1
2
Abb. 1.1 -1: Schematische Darstellung der Untersuchungsschwerpunkte des Forschungsvorhabens „Mineralogische und chemisch-physikalische Auswirkungen der Permeation von Kohlenwasserstoffen in Kombinationsdichtungen und -dichtwänden“
Veränderungen
der KDB
Chemie
Physik
Oxidationsstabilität,
Morphologie,
Spannungsrißbeständigkeit
BAM
IV.32
Langzeitreaktionen
an der Grenzfläche
mD - KDB
Schadstoffverteilung in
mD und KDB
Gaschromatographie
Konzentrationsprofile
der Schadstoffe
BAM
IV.31
BAM
IV.32
Veränderungen der mineralischen Dichtung (mD)
Bodenmechanik
Mineralogie
Mikrobiologie
Keimzahlen der LMVerwerter (Anaerobtechnik),
Isolierung von Kulturen
Tonminerale,
physiko-chemische Parameter:
z.B. pH, Korngrößenverteilung,
Kationenaustauschkapazität, Redoxmilieu, Fe2+/Fe3+-Verhältnis u.a.
(ausgewählte Meßzellen)
Makro- und Mikromorphologie
BAM
BAM
IV.12/II.32
0103-I-0017
Universität
Regensburg
BAM
IV.31
Durchlässigkeit,
Konsistenzgrenzen
BAM
VII.23
1.2
Aufbau der Permeationsmeßzellen
In den Glasmeßzellen (∅ ca. 30 cm) wurden jeweils unter einer Druckplatte(zur Realisierung
des Preßverbundes) und einer 2,3 mm PEHD-Dichtungsbahn verschiedene verdichtete Böden
(Variation von Art und Mächtigkeit) eingebaut, mit einem 9-Komponenten-KW/CKWLösungsmittelgemisch beaufschlagt und so über Jahre hinweg definierten Bedingungen ausgesetzt. Dabei wurden halbjährlich die Permeationsraten der Schadstoffe in dem gegen die
mineralische Dichtung anstehenden Wasser (Grundwassersimulation) ermittelt (Abb. 1.2 -1,
August et al., 1992).
Das Schadstoffgemisch setzt sich zu je gleichen Gewichtsanteilen aus neun Komponenten
verschiedener Substanzklassen und unterschiedlicher Eigenschaften zusammen (Tab. 1.2 -1).
Glashütchen
Schadstoffgemisch
Glasdeckel
Druckplatte
Sinterplatte
2,3 mm-PEHD
Glasgefäß
mineralische
Dichtung
„Grundwasser“
(H2OBidest)
Sinterplatte
Standrohr
Grundplatte
Verdrängungskörper
(Glasplatten)
Entnahme von Wasserproben
Abb. 1.2 -1:
Schematischer Aufbau der Meßzellen (nach August et al., 1992)
3
Tab.: 1.2 -1: Zusammensetzung des Schadstoffgemisches (nach August et al., 1992)
Methanol
Alkohole
Aceton
Ketone
TetrahydroEther
furan
aliphatische
Kohlenwasserstoffe
halogenierte
Trichlorethylen
Kohlenwasserstoffe
aromatische
Toluol
Kohlenwasserstoffe
Tetrachlor- halogenierte
ethylen
Kohlenwasserstoffe
halogenierte
Chlorbenzol aromatische
Kohlenwasserstoffe
Xylol
aromatische
(IsomerenKohlenwasserstoffe
gemisch)
iso-Octan
4
Löslichkeit
in Wasser
Dichte
20°C
[g/cm3]
Dampfdruck
20°C
[mbar]
Dielektrizitätskonstante
20°C
0,79
128
33,6
0,79
233
20,7
(25°C)
0,89
200
7,6
0,01
0,69
51
1,9
1,00
1,46
77
3,4
(16°C)
0,50
0,87
29
2,4
1,62
19
2,4
(16°C)
0,49
1,11
12
5,7
0,20
0,87
8
2,27-2,57
20°C [g/l]
unbegrenzt
mischbar
unbegrenzt
mischbar
unbegrenzt
mischbar
0,15
hydrophil
Substanzklasse
hydrophob
Substanz
2
PROBLEM- UND AUFGABENSTELLUNG
U. Kalbe, W. Berger, W. Müller
Im Deponiebau und bei der Sicherung von Altlasten sind technische Dichtungssysteme eine
zentrales Sicherungselement, da sie langfristig den Austrag von Schadstoffen in die Schutzgüter (Boden, Grundwasser, Atmosphäre) verhindern sollen oder ihn selbst bei extremsten
Belastungen so verringern, daß eine geologische Barriere mit ihrem Rückhalte- und Abbauvermögen die Schadstoffbelastung verkraften kann. In Deutschland hat sich bei Deponien das
Multibarrierensystem durchgesetzt (Stief, 1986), bei dem die Kombinationsdichtung eine besondere Rolle spielt. Nach TA Abfall (1991) und TA Siedlungsabfall (1993) stellt sie die Regelabdichtung für Sonderabfalldeponien und Siedlungsabfalldeponien der Klasse II dar.
Die Funktionsfähigkeit der technischen Dichtungssysteme sollte über die sogenannte Nachsorgephase hinaus, für welche man in der Regel mehrere Jahrzehnte annimmt, gegeben sein.
Für Untersuchungen zur Langzeitbeständigkeit von Abdichtungssystemen können Laborexperimente geeignet sein, wenn sie einerseits die notwendige Praxisnähe hinsichtlich des Versuchsaufbaus aufweisen und somit eine Übertragung der Ergebnisse in den Deponiemaßstab
erlauben, andererseits aber so extreme Belastungen realisieren, daß die für eine lange Funktionsdauer notwendigen funktionellen Reserven überprüft werden können.
Von August et al. (1992) wurden Meßzellen mit unterschiedlichen Kombinationsdichtungen
aufgebaut, welche diesen Anforderungen weitestgehend entsprachen. Das simulierte "worst
case" Szenario hinsichtlich des Einsatzes eines 9-Komponenten-Gemisches konzentrierter
organischer Verbindungen und des direkt unterhalb der mineralischen Dichtschichten anstehenden "Grundwassers" sollte eine solches Extrembeanspruchung im Laborexperiment realisieren.
In dem Vorhaben von August et al. (1992) wurden Permeationsraten und Induktionszeiten
ermittelt und es wurde eine konservative Abschätzung der Sperrwirkung einer realen Kombinationsdichtung nach 4 bis 7 Jahren Versuchsdauer vorgenommen. Nach Abschluß dieser
Arbeiten war es erforderlich die Beständigkeit der Kunststoffdichtungsbahn und der mineralischen Dichtungen gegenüber dem hochkonzentrierten Gemisch an organischen Verbindungen
sowie die genauen Verhältnisse in der Grenzschicht der mineralischen Dichtung zur
Kunstoffdichtungsbahn zu klären. Nur so würde sich ein vollständiges Bild des Stofftransportes wie des Verhaltens der Kombinationsdichtung unter Extrembeanspruchung ergeben.
Mit dem BMBF-Verbundvorhaben „Weiterentwicklung von Deponieabdichtungssystemen“
(August et al., 1997) wurden die in Abdichtungssystemen eingesetzten Baumaterialien untersucht und weiterentwickelt sowie auch die Optimierung der Herstellung von Abdichtungssystemen und der Betriebsführung von Deponien in die Untersuchungen einbezogen. Auswirkungen redoxabhängiger physikalisch-chemischer und biochemischer Prozesse in mineralischen Dichtungen auf deren Langzeitverhalten vor allem bezüglich bodenmechanischer Eigenschaften wurde abgeschätzt. Kenntnisse zu Transportprozessen und zum Feuchtehaushalt
(Austrocknungsverhalten unter Temperatureinwirkung, Frostempfindlichkeit) der mineralischen Dichtung sowie zum Verhalten der einzelnen Komponenten von Abdichtungssystemen
unter möglicher mechanischer Beanspruchung wurden erweitert.
Dennoch ist auf dem Gebiet der langfristigen Alterungsbeständigkeit von Geokunststoffen
und des Langzeitverhaltens von mineralischen Dichtungen und Dichtwänden hinsichtlich der
physikalisch-chemischen, mineralogischen und mikrobiologischen Auswirkungen der Schadstoffeinwirkung Forschungsbedarf verblieben. Im allgemeinen wurden bei vorhergehenden
Forschungsarbeiten Laborexperimente mit relativ kurzer Versuchsdauer durchgeführt, so daß
eine Verallgemeinerung der Ergebnisse häufig nur in begrenztem Umfang möglich war.
Aufgabe dieses Forschungsvorhabens war es daher, die physikalischen und chemischen Auswirkungen der Permeation des Gemisches an hydrophilen und hydrophoben organischen Verbindungen auf die Eigenschaften der unterschiedlichen Dichtungskomponenten und spezifi5
sche Probleme innerhalb der Grenzschicht der mineralischen Dichtung (mD) zur PEHDDichtungsbahn (KDB) nach nunmehr 12-jähriger Laufzeit der Laborexperimente zu untersuchen. Auf der Grundlage von Untersuchungen zur Schadstoffmigration sollten die für die
Modellierung des Stofftransportes relevanten Transportparameter abgeleitet werden und der
bisher in Kurzzeitversuchen erreichte Kenntnisstand überprüft werden. Untersuchungen zur
Schadstoffmigration in Kombinationsdichtungen sollten neben den bis zur Öffnung der Meßzellen weiterzuführenden Permeationsmessungen vor allem die Ermittlung der Verteilungen
der einzelnen Schadstoffkomponenten in den unterschiedlichen Dichtungsmaterialien (teilweise bei verschiedenen Schichtdicken) beinhalten. Von Bedeutung war auch die Erfassung
möglicher Unterschiede in den Lösungsvorgängen an den Grenzflächen als wichtige Eingangsgröße für die Modellierung des Stofftransportes. Letztendlich sollte eine Bewertung der
Dichtigkeit der Kombinationsdichtung unter den gegebenen extremen Bedingungen vorgenommen werden.
Wichtigste Untersuchungsziele hinsichtlich der KDB waren die Erfassung von Veränderungen hinsichtlich der Oxidationsstabilität (OIT- Messungen, Warmlagerungen), der Morphologie (elektronenmikroskopische Untersuchungen), der mechanischen und thermoanalytischen
Kennwerte, insbesondere der Kristallinität und der Spannungsrißempfindlichkeit. Der über
lange Zeiträume relevante Alterungsmechanismus sollte bei polyolefinen Werkstoffen wie
PEHD der oxidative Abbau sein. Die Materialien sind durch Zugabe von Antioxidantien gegen durch Radikale ausgelöste Vorgänge geschützt. Das chemische Verhalten und die Migration der Antioxidantien wird durch die quellenden Medien beeinflußt. Der Gehalt und die
Wirksamkeit der Antioxidantien sollte durch Messung der OIT-Zeiten charakterisiert werden.
Gelegentlich wurden Befürchtungen geäußert, daß eine möglicherweise auftretende Nachkristallisation zu nachteiligen Veränderung in der Dichtungsbahn führen könnten. Diese Frage
sollte unter der extremen Bedingungen der Einwirkung quellender Medien geklärt werden.
Bezüglich der mD sollte die Auswirkungen der Permeation des Schadstoffgemisches auf drei
mineralische Dichtungsmaterialien unterschiedlicher mineralogischer Zusammensetzung und
Kornverteilung, wie sie Mitte der 80er Jahre als Basisabdichtungen im Deponiebau eingesetzt
wurden (Wilsum, Bastwald, Dom/Esch), sowie auf eine Dichtwandmasse untersucht werden.
Von Interesse sind die Erfassung möglicher Auswirkungen auf die mineralogische Zusammensetzung, das Kornspektrum, das Gefüge, den Chemismus und die bodenmechanischen
Eigenschaften. Hierzu wurde ein umfangreicher Methodenkomplex eingesetzt. Voraussetzung
für die Untersuchungen war die Entwicklung einer Probenahmestrategie, die allen Untersuchungsmethoden gleichermaßen gerecht wird (vor allem ungestörte Probenahme, Sauerstoffausschluß, Vermeidung von Abdampfverlusten der organischen Verbindungen).
Daneben sollte innerhalb des Teilprojektes der Universität Regensburg festgestellt werden, ob
die bei Breu (1989) und Kohler (1992) beobachtete "Reduktionsfront" in der mD direkt unterhalb der KDB auf der Grundlage eines gesicherteren Untersuchungsumfanges bestätigt werden kann und welche Konsequenzen dies für die Deponiepraxis haben könnte.
Ergänzende mikrobiologische Untersuchungen sollten Aussagen zum Auftreten von Mikroorganismenpopulationen und deren Aktivitäten beim Um- und Abbau organischer Verbindungen bzw. bei mineralspezifischen Reaktionen innerhalb der mD erbringen.
Nachdem im Vorstehenden die Untersuchungsziele genauer aufgeschlüsselt wurden, kann
abschließend und zusammenfassend die Aufgabenstellung des Vorhabens auch so charakterisiert werden, daß auf vier Fragen ein Antwort gefunden werden sollte: Funktioniert die Kombinationsdichtung auch unter dieser langwierigen, extremen Belastung wie man das theoretisch aus dem Zusammenwirken von unpolarer und polarer Dichtungskomponente sich versprochen hat? Ergeben sich dabei irgendwelche nachteiligen Veränderungen in der PEHDDichtungsbahn? Ergeben sich irgendwelche nachteiligen Veränderungen in der mineralischen
Dichtung? Müssen schließlich möglicherweise Veränderungen des gängigen Kombinationsdichtungsbaus vorgenommen werden?
6
3
KENNTNISSTANDANALYSE / THEORETISCHE GRUNDLAGEN
U. Kalbe, W. Berger, W. Müller, J. Breu, M. Brune
3.1
3.1.1
Werkstoff der Kunststoffdichtungsbahn
Polyethylen (PE) nennt man den durch die Polymerisation des Ethylen hergestellten Kunststoff. Abhängig von den physikalischen Bedingungen und dem chemischen Milieu der Polymerisation ergeben sich jedoch Polymermoleküle unterschiedlicher Struktur, die zu Werkstoffen mit unterschiedlicher Dichte und Morphologie und damit auch mit ganz unterschiedlichen
Werkstoffeigenschaften führen. PE ist daher zugleich ein Sammelbegriff für eine Palette von
Werkstoffen, denen lediglich der Grundbaustein ~CH2CH2~ der Polymerketten gemeinsam
ist.
Für Polyethylene hat sich eine aus den ASTM-Standards herkommende Klassifizierung (Tab.
3.1.1 -1) nach der Dichte eingebürgert. Die Differenzierung durch diese Nomenklatur korreliert einigermaßen mit derjenigen nach den Syntheseverfahren. Die PELD sind daher in der
Regel die im Hochdruckverfahren hergestellten, die PEHD die in der Niederdrucksynthese
hergestellten Polyethylen-Werkstoffe.
Tab. 3.1.1 -1: Klassifizierung und Bezeichnung von PE-Formmassen, früher nach ASTM
D 1248 - 84 (Standard Specification for Polyethylen Plastics Molding and Extrusion Materials) bzw. heute nach ASTM D 883 – 96 (Standard Terminology Relating to Plastics)
Dichte [g/cm³]*
HerstellungsÄltere Bezeichnung
verfahren
nach ASTM D 1248
0,910-0,925
Radikalische
Low Density
Polymerisation
(LD)
0,919-0,925
Katalytische
Polymerisation
0,926-0,940
Radikalische
Polymerisation
Medium Density
(MD)
0,926-0,940
Katalytische
Polymerisation
0,941
Katalytische
High Density
und größer
Polymerisation
(HD)
*
) am naturfarbenen, nicht pigmentierten Material gemessen
Neuere Bezeichnung
nach ASTM D 883
Low Density
(LD)
Linear Low Density
(LLD)
Medium Density
(MD)
Linear Medium Density
(LMD)
High Density
(HD)
Seit Ende der 70er Jahre werden in großem Umfang Copolymere aus Ethylen und α-Olefinen
(Buten-1, Hexen-1, Octen-1) zumeist in Verfahren der Niederdrucksynthese hergestellt. Es
entsteht ein Polymer bei dem über die lineare Polyethylenkette verteilt die Ethyl- bzw. Butylbzw. Hexylketten abzweigen. Dieser Werkstoff ähnelt in vielen positiven Eigenschaften dem
PEHD (z.B. Beständigkeit gegen Chemikalien), vermeidet jedoch die Nachteile des eigentlichen PEHD, vor allem die hohe Spannungsrißempfindlichkeit. Da die Dichte dieses Werkstoffes gering ist, fügt er sich jedoch nur schlecht in die oben genannte ältere Nomenklatur
ein. In der Literatur wurde daher die neue Bezeichnungsweise als Polyethylen-Linear Low
Density (PE-LLD) bzw. Linear Medium Density (PE-LMD) geschaffen.
7
Die für den Deponiebau geeigneten Dichtungsbahnen werden aus solchen in der Niederdrucksynthese hergestellten Polyethylenen mit einem Anteil von einigen Gew.-% an Buten- oder
Hexen- oder Octen-Copolymeren hergestellt. Die Dichten der naturfarbenen Materialien liegen bei etwa 0,932 bis 0,942 g/cm³. Es gibt Materialien mit sehr schmaler Molmassenverteilung (Mw/Mn ≈ 4) bis hin zu breit verteilten Materialien (Mw/Mn ≈ 15). Da die Dichte der mit
Ruß eingefärbten Dichtungsbahn aus diesen PE-LMD-Formmassen oberhalb von 0,940 g/m³
liegt, hat sich jedoch die Bezeichnung PEHD-Dichtungsbahnen fest eingebürgert.
Auch organische Moleküle können durch Sauerstoff oxidiert werden. Beim Polyethylen läuft
der Vorgang unter normalen Bedingungen extrem langsam an. Erst nach dieser Anlaufphase,
die einige Jahrzehnte betragen kann, kommt es dann zum sich selbst beschleunigenden oxidativen Abbau (Autoxidation). Die hohen Temperaturen der Verarbeitung können jedoch wesentlich schneller zur Oxidation führen. Für die Verarbeitung, wie für die Langzeitanwendung
werden daher dem Werkstoff Polyethylen chemische Verbindungen (Antioxidantien oder Stabilisatoren) beigemischt, die den Oxidationsvorgang verhindern. In der Regel handelt es sich
um ein Paket von Stabilisatoren: bei den hohen Verarbeitungstemperaturen wirksame Verbindungen als Verarbeitungsstabilisator und andere auch bei Anwendungstemperaturen wirksame Antioxidantien als Langzeitstabilisierung. Die Kombination unterschiedlicher Antioxidantien verstärkt auch deren Wirksamkeit. Die Menge der Komponenten beträgt etwa einige
tausend ppm, so daß also etwa 0,5 Gew.-% Antioxidantien im Werkstoff vorhanden sind.
Die schädliche Wirkung des UV-Anteils im Sonnenlicht für die Kunststoffe ist allgemein bekannt. Die Absorption der UV-Quanten an Verunreinigungen und Strukturunregelmäßigkeiten, wie Hydroperoxyde, Carbonylgruppen und Katalysatorreste kann mit hoher Quantenausbeute zur Bildung von freien Radikalen führen, die ihrerseits die Oxidation in Gang setzen.
Man spricht hier von der Photooxidation. Durch Lichtschutzmittel sollen die Werkstoffe vor
der UV-Strahlung geschützt werden.
Ein sehr wirkungsvolles Lichtschutzmittel ist fein dispergierter Ruß, der die UV-Strahlung
absorbiert. Ein Begleiteffekt besteht darin, daß der Kunststoff dabei tief schwarz eingefärbt
wird. Da dieser Effekt bei den Kunststoffdichtungsbahnen für den Erd- und Grundbau nicht
so stark ins Gewicht fällt, werden die Bahnen fast durchweg mit Ruß stabilisiert. Es handelt
sich dabei um einen in speziellen Herstellungsverfahren erzeugten, sehr feinkörnigen Ruß, mit
Primärpartikelgrößen zwischen 10 und 100 nm.
3.1.2
Einwirkung von Kohlenwasserstoffen
Aufgrund der einfachen molekularen Struktur gesättigter Kohlenwasserstoffketten ist Polyethylen außerordentlich beständig gegen alle Arten von Chemikalien. Dies gilt besonders für
die eng gefügten Polymerketten in den kristallinen Bereichen des teilkristallinen, thermoplastischen Werkstoffes.
Bei der Zulassung von PEHD-Dichtungsbahnen wird eine Prüfung der Beständigkeit gegen
flüssige Chemikalien durchgeführt. Die Proben werden über 90 Tage bei Raumtemperatur
gelagert, im Normalklima rückgetrocknet und dann die Veränderung der mechanischen
Kennwerte bestimmt. Tabelle 3.1.2 -1 zeigt die dabei eingesetzten Prüfflüssigkeiten. Bei
PEHD-Dichtungsbahnen sind im Unterschied zu fast allen anderen Dichtungsbahnen keine
Veränderungen zu beobachten.
In den amorphen Bereichen können sich unpolare organische Lösungsmittel in erheblicher
Menge lösen und diese Bereiche aufquellen. Die aus Müller et al. (1997a) entnommene Tabelle 3.1.2 -2 listet die Löslichkeiten organischer Verbindungen auf. Im gequollenen Zustand
sind die mechanischen Eigenschaften stark verändert. Der E-Modul und die Festigkeit nehmen ab. Nach der Rücktrocknung sind die Ausgangswerte jedoch wieder vorhanden. Polyethylen in unpolaren organischen Lösungsmitteln aufzulösen, ist nur bei höheren Temperatu8
ren möglich. Die Proben müssen in Lösungsmittel mit Siedetemperaturen oberhalb 80°C gekocht werden.
Konzentrierte anorganische oxidierende Säuren führen bei erhöhten Temperaturen oder längeren Lagerungszeiten zu einem Abbau der Polymerketten des amorphen Bereiches. Der Angriff erfolgt von der Oberfläche her. Solche Säuren werden daher zur Präparation von Oberflächen für morphologische Untersuchungen verwendet.
Tab. 3.1.2 -1: Liste der Prüfflüssigkeiten für die Prüfung der Beständigkeit gegen Chemikalien
Nr Stoffgruppen
1 Benzine (Otto-Kraftstoffe)
und aromatische Kohlenwasserstoffe
2
Heizöl, Dieselkraftstoffe,
Paraffinöle, Schmieröle
3
4
Amine
Alkohole
5
chlorierte aliphatische Kohlenwasserstoffe
6
aliphatische Ester und
Ketone
7
aliphatische Aldehyde
8
organische Säuren
9
anorganische Mineralsäuren
(oxidierend)
10 anorganische Laugen
11 anorganische Neutralsalzlösungen
Zusammensetzung der Prüfflüssigkeiten
40 Vol.-% 2,2,4-Trimethylpentan (iso-Octan),
30 Vol.-% Methylbenzol (Toluol),
20 Vol.-% Dimethylbenzol (Xylol),
10 Vol.-% Methylnaphthalin
35 Vol.-% Dieselkraftstoff,
35 Vol.-% Paraffinöl (C10-C20)
30 Vol.-% Schmieröl HD 30
40 %ige wäßrige Dimethylaminlösung
30 Vol.-% Methanol,
30 Vol.-% Propanol-(2) (Isopropanol),
40 Vol.-% Ethandiol-(1,2) (Glykol)
30 Vol.-% Trichlorethen,
30 Vol.-% Tetrachlorethen,
40 Vol.-% Dichlormethan
50 Vol.-% Ethansäureethylester (Ethylacetat),
50 Vol.-% 4-Methyl-pentanol-(2) (Methylisobutylketon)
37 %ige wäßrige Methanallösung (wäßrige Formaldehydlösung)
50 % Vol.-% Ethansäure (Essigsäure),
50 Vol.-% Propansäure (Propionsäure)
50 Vol.-% Schwefelsäure (95-97 %ig),
50 Vol.-% Salpetersäure (65 %ig)
60 %ige Natronlauge
gesättigte NaCl / Na2SO4-Lösung (Verhältnis 1:1)
Zum Schutz vor UV-Strahlung und den hohen Verarbeitungstemperaturen sowie zum Erreichen sehr langer Funktionsdauern werden den Polyethylen-Formmassen geringe Mengen an
Chemikalien als Antioxidantien und Lichtschutzmittel zugegeben. Darauf wurde im vorherigen Abschnitt bereits eingegangen. Es handelt sich dabei um hochmolekulare organische
Verbindungen. Bei der Lagerung einer stabilisierten Dichtungsbahn in einem organischen
Lösungsmittel kommt es daher zur Extraktion dieser Substanzen, da im Gleichgewicht die
Löslichkeit in der Polyethylen-Dichtungsbahn normalerweise geringer ist, als im niedermolekularen organischen Lösungsmittel.
9
Tab. 3.1.2 -2: Berechnete und gemessene Löslichkeiten der Prüfflüssigkeiten in der PEHDKunststoffdichtungsbahn aus (Müller et al., 1997a)
Prüfflüssigkeit
Gemessene Massenanteile
[Massenbruch]
bezogen auf den amorphen
Anteil der PEHD-Bahn
Probe 48
Probe 138
a
b
) Probe a
) Probe b
Berechnete
Massenanteile
siehe (Müller,1997a)
Wasser
0,002
0,002
Methanol
0,002a
0,002b
0,004
Aceton
0,022
0,022
0,021
Ethylmethylketon
0,039
0,037
0,032
Konz. Essigsäure
0,019
0,017
0,022
Propionsäure
0,046
0,040
0,030
Essigsäureethylester
0,048a
0,047b
0,065
Chloroform
0,305a
0,312b
0,325
Tetrachlorkohlenstoff
0,409a
0,408b
[0,222]
Trichlorethylen
0,424
0,385
0,450
Tetrachlorethylen
0,432a
0,443b
0,442
Chlorbenzol
0,220a
0,220b
0,285
Xylol
0,189a
0,194b
[0,133]
Toluol
0,182a
0,184b
[0,439]
Pentan
0,139
0,121
[0,090]
Hexan
0,144
0,124
[0,105]
Heptan
0,144
0,124
[0,113]
Octan
0,142
0,122
[0,122]
Iso-Octan
0,107a
0,104b
[0,117]
Decahydronaphthalin
0,238
0,207
[0,227]
10
3.2
Beeinflussung von mineralischen Dichtungsmaterialien durch organische Schadstoffe
Es wurde eine umfangreiche Auswertung der Literatur bezüglich der Beeinflussung von mineralischen Dichtungsmaterialien durch organische Verbindungen vorgenommen. Der Schwerpunkt wurde auf die Beeinflussung bodenmechanischer Eigenschaften, hier in erster Linie der
Durchlässigkeit, Veränderungen von Gefügemerkmalen und des Mineralbestandes gelegt. Die
Ergebnisse dieser Recherche wurden tabellarisch in Anhang A bis C zusammenfaßt und werden in den nachfolgenden Abschnitten kurz erläutert.
3.2.1
Einflüsse auf den Mineralbestand
Die Barrierewirkung mineralischer Dichtschichten wird neben dem Gefüge im wesentlichen
durch den Mineralbestand, insbesondere durch Gehalt, Größe und Eigenschaften der Tonminerale bestimmt. Die Ermittlung des Tonmineralbestandes ist für die Beurteilung des Schadstoffrückhaltevermögens von Bedeutung, während für die Durchlässigkeit deren Masseanteil
die bestimmende Kenngröße ist (Wagner et al., 1998).
Mineralische Dichtungen mit einem hohen Anteil quellfähiger Tonminerale, wie Smektite
gelten im allgemeinen als gute chemische Barriere gegenüber Schadstoffen, zeigen aber in der
Regel eine schlechtere hydraulische Barrierewirkung als Dichtungsmaterialien mit den nicht
quellfähigen Tonmineralen Illit und Kaolinit.
Neben den Tonmineralen können in den mineralischen Dichtungen Quarz, Feldspäte, Karbonate, Sulfate, Fe-, Al-, Mn-Oxide und -Hydroxide sowie verschiedenartige organische Substanz als wesentliche Gemengteile vertreten sein.
Quarz und Feldspäte üben einen vergleichsweise geringen Einfluß auf die Dichtwirkung der
Schichten aus. Karbonate können sowohl in grober (z.B. als Fossilbruchstücke) als auch in
feinverteilter (z.B. als Porenzement) Form in den Dichtmaterialien vorkommen. Ähnlich wie
die Sulfate können sie aufgrund ihrer relativ guten Löslichkeit zur Destabilisierung des Mikrogefüges beitragen und damit die Dichtungseigenschaften nicht unwesentlich beeinflussen.
Andererseits kann es aber auch unter geeigneten Bedingungen zu einer Bildung und Ausfällung neuer karbonatischer Verbindungen kommen, was zu einer Verdichtung und damit zu
einer Abnahme der Durchlässigkeit führen kann.
Daneben können durch Karbonatlösung mehr Tonmineraloberflächen zugänglich gemacht
werden, wodurch die Sorptionskapazität erhöht werden kann.
Auch das Auftreten von amorphen Sesquioxiden und organischer Substanz (Huminstoffe)
kann aufgrund deren relativ großen spezifischen Oberflächen und dem damit in Zusammenhang stehenden größeren Adsorptionsvermögen einen positiven Einfluß auf die Dichtwirkung
mineralischer Materialien ausüben.
Der Einfluß organischer Schadstoffe auf den Mineralbestand mineralischer Dichtschichten
wurde in den letzten Jahren unter anderem von Kohler (1985), Bracke et al.(1991), Schellhorn
(1993) und Behrens (1996) untersucht.
Die Ergebnisse einer Recherche zum Einfluß organischer Verbindungen auf den Tonmineralbestand sind in tabellarischer Form in Anhang C zusammengestellt.
Es zeigt sich, daß vor allem konzentrierte organische Verbindungen die Tonmineralstruktur
vor allem smektitischer Minerale angreifen können, was Einfluß auf die Durchlässigkeit von
Dichtschichten mit hohen Anteilen an quellfähigen Tonmineralen haben kann.
Die Anwesenheit von Karbonaten kann sowohl positive als auch negative Effekte hervorrufen.
11
3.2.2
Einflüsse auf bodenmechanische Eigenschaften
Zum Einfluß organischer Verbindungen auf das bodenphysikalische Verhalten toniger Dichtungsmaterialien für Deponien und Altlasten existiert eine Vielzahl von Publikationen im nationalen und internationalen Bereich. Dabei nehmen insbesondere Untersuchungen zur hydraulischen Durchlässigkeit und mechanischen Beständigkeit verschiedener Materialien im
Zusammenhang mit Durchströmungsversuchen mit reinen oder verdünnten organischen Flüssigkeiten bzw. natürlichen oder synthetischen Sickerwassergemischen einen breiten Raum
ein.
Anhang A enthält eine Zusammenstellung von Literaturdaten zum Einfluß organischer Verbindungen auf die Durchlässigkeit mineralischer Dichtungsmaterialien (Tone, Böden, Suspensionen, Dichtwandmassen). Diese Zusammenstellung basiert auf Angaben von Madsen &
Mitchell (1988), die auch bei Wienberg (1990a und 1990b) und Kohler (1992) Verwendung
fanden, und wurde durch neuere Untersuchungsergebnisse ergänzt und erweitert.
Aus den bisherigen Untersuchungen geht hervor, daß bei den Durchlässigkeitsmessungen die
Versuchsanordnung, d.h. die Auswahl des Permeametertyps, einen nicht unbedeutenden
Einfluß auf das Ergebnis ausüben kann (Daniel et al., 1985 und 1988; Madsen, 1990). Es
wurden Permeationszellen mit fester Wandung (Festbettzellen) und flexibler Wandung (Triaxialzellen) eingesetzt. Bei den Permeationszellen mit fester Wandung können die Proben zwischen zwei Filterplatten eingespannt und in Durchströmrichtung belastet werden (z.B. Ödometer, Kompressions-Durchlässigkeits-Zellen (KD-Zellen)) oder unbelastet mit freier Oberfläche bleiben. Bei den Festbettzellen besteht insbesondere, wenn keine Belastung vorhanden
ist, die Gefahr der Randumläufigkeit, wodurch sich zu hohe Durchlässigkeiten ergeben können.
Bei den Zellen mit flexibler Wandung wird die Randumläufigkeit durch Seitendruck auf die
Wandung unterdrückt. Risse und Hohlräume können durch den Seitendruck teilweise geschlossen werden, es können sich dann zu geringe Durchlässigkeiten ergeben. Bei gleichem
durchströmten Material und gleichem Schadstoffangebot zeigten die Ergebnisse der Untersuchungen mit Festbettzellen mehrfach höhere Durchlässigkeiten im Vergleich zu den Triaxialzellen (Anhang A).
Desweiteren wurde festgestellt, daß bei Einsatz reiner organischer Verbindungen die Durchlässigkeiten beträchtlich erhöht werden können, während verdünnte Lösungen von organischen Verbindungen im allgemeinen keinen Einfluß auf das Durchlässigkeitsverhalten ausüben. Bei organischen Säuren kann bei Anwesenheit von Karbonaten eine Abpufferung erfolgen, wobei es infolge von Änderungen des pH-Wertes zur Ausfällung von Salzen und damit
zu einer Abnahme der Durchlässigkeit kommen kann. Bei Fehlen von Karbonaten nimmt die
Durchlässigkeit im allgemeinen zu.
Ob die Durchlässigkeit durch eine Beaufschlagung mit organischen Substanzen überhaupt
verändert, vergrößert oder verringert wird, hängt sowohl von der organischen Substanz als
auch vom untersuchten Erdstoff ab.
Eine Zusammenfassung von Untersuchungsergebnissen zur Beständigkeit von unterschiedlichen Dichtwandmaterialien gibt Rogner (1993), wobei er für die vergleichende Bewertung
verschiedenartige Untersuchungsmethoden heranzieht.
Untersuchungsergebnisse zum Einfluß organischer Verbindungen auf die Zustandsgrenzen
(Konsistenzgrenzen nach Atterberg) mineralischer Dichtungsmaterialien wurden vergleichsweise wenig publiziert. Schröder (1992) und Zeiger (1993) beschreiben Veränderungen der
Fließ- und Ausrollgrenzen bei Kontakt natürlicher Deponiesickerwässer unterschiedlicher
12
Zusammensetzung mit verschiedenen Tonen. Günther (1995) berichtet über Veränderungen
der Fließ- und Ausrollgrenzen bei Tonen unterschiedlichen Tonmineralspektrums, die mit
wässrigen Lösungen von Tetrachlorethen, Methanol sowie Essigsäure geschüttelt wurden.
Angaben zur Beeinflussung anderer bodenmechanischer Eigenschaften mineralischer Dichtungen wie Scher- und Druckfestigkeit durch organische Flüssigkeiten finden sich u.a. bei
Acar & Seals (1984), Komodromos & Göttner (1986), Daniel et al. (1988), Günther (1995).
3.2.3
Einflüsse auf das Gefüge
Das Gefüge von tonigen und anderen mineralischen Dichtungsmaterialien wird bestimmt
durch Art, Größe, Anzahl, Form und Anordnung von Feststoffen und Hohlräumen. In Abhängigkeit von der Größenordnung erfolgt die Beschreibung von Mikro- und Makrogefüge. Im
Allgemeinen ist die Terminologie an die der Charakterisierung von Böden (Bullock et al.,
1985; Brewer, 1976; FitzPatrick, 1993) angelehnt.
Wesentliche Elemente des Mikrogefüges toniger Böden sind die Anordnung der Tonminerale,
die Verteilung von Aggregaten aus Tonmineralkristallen sowie die Porenverteilung in Beziehung zu den gefügebildenden Einheiten (Collins & McGrown, 1974). Eine Übersichtsdarstellung zur Klassifikation des Porenraumes und dessen Nachweismethoden erfolgte durch
Haus (1993).
Untersuchungen des ungestörten Mikrogefüges mit Hilfe licht- und elektronenmikroskopischer Methoden verlangen meist aufwendige Probenpräparationen. Der artefaktfreien Präparation kommt eine besondere Bedeutung zu. Einen Überblick über die Methoden der Gefügeanalyse gibt Mattiat (1998). Dabei wird auch auf die besondere Problematik bei der Dünnschliffpräparation von Tonproben hingewiesen. Dafür existieren bisher keine einheitlichen
Vorschriften. Die Anwendung einer geeigneten Trocknungsmethode stellt einen zentralen
Punkt bei der gefügeerhaltenden Präparation dar. Zur Eignung der Lufttrocknung für Tonproben bestehen gegensätzliche Ansichten (Stephan, 1969; Altemüller, 1975). Vielfach wird in
der Literatur die Gefriertrocknung als besonders geeignet herausgestellt (Werner, 1966; Stephan, 1969, Junge & Magnus, 1994). Als Vorteil gegenüber der gewöhnlichen Trocknung
wird der rasche Wasserentzug durch Sublimation angesehen, so daß kein Volumenschwund
auftritt. Andere Autoren erzielten mit Hilfe einer Verdrängung des Wassers durch geeignete
organische Lösungsmittel (meist Alkohole bzw. Ketone) gute Ergebnisse (Komodromos &
Mattiat,1989; Falke, 1995; Gran & Hansen, 1998; Murphy, 1986).
Eigene methodische Untersuchungen (s. Abschnitt 4.5.5) haben gezeigt, daß bei stärker tonigen Materialien mit relativ hohen Feuchtegehalten eine Ethanol/Aceton-Entwässerung der
Gefriertrocknung vorzuziehen ist.
Eine relativ neue Methode zur Charakterisierung des Makrogefüges von Böden und anderen
mineralischen Materialien ist die Röntgen-Computertomographie (CT).
Da es sich bei der CT um ein relativ neues Verfahren handelt, dessen Geräteentwicklung und
Anwendbarkeit aufgrund der anfallenden umfangreichen Datensätze besonders eng mit der
Entwicklung der Leistungsfähigkeit der Computertechnik in Verbindung steht, gibt es speziell
für Böden oder mineralische Deponieabdichtungsmaterialien nur sehr wenige Untersuchungen, die zumeist mit herkömmlichen medizinischen Geräten ausgeführt wurden.
Trotz geringerer Auflösung gegenüber der Lichtmikroskopie kann in vielen Anwendungsfällen durch computertomographische Aufnahmen auf die aufwendige Schliffherstellung verzichtet werden (Goebbels et al., 1995).
An der BAM wurden in den letzten Jahren mehrere Tomographen entwickelt, die sich im wesentlichen durch die verwendeten Strahlenquellen, Detektoren und die dadurch erzielbaren
13
Orts- und Dichteauflösungen unterscheiden. Sie fanden bei verschiedenen Aufgabenstellungen und Materialien Anwendung. Für die Untersuchung an mineralischen tonigen Böden und
anderen mineralischen Andichtungsmaterialien und der dabei geforderten hohen Ortsauflösung kommen vor allem die 3D-Mikrotomographie-Anlagen in Betracht (Rabe et al., 1997).
Im Zusammenhang mit allgemeinen bodenkundlichen bzw. bodenphysikalischen Fragestellungen wurden bisher relativ wenige CT- Untersuchungen des Gefüges von Böden durchgeführt. Beispielsweise konnten von Busch et al. (1998) durch die Anpassung einer Triaxialzelle
an die Abmessungen eines CT-Gerätes, in-situ-Messungen der Gefügeveränderungen bei Perkolationsversuchen an bindigen Böden und eine räumliche Zuordnung von Fließwegen als ein
Ansatz zur Beschreibung der Makroporendurchlässigkeit vorgenommen werden.
Gefügeveränderungen an Stechzylinderproben aus Vortriebsflächen mineralischer Basisabdichtungssysteme unterschiedlichen Alters wurden zur Abschätzung von Witterungseinflüssen von Wolf et al. (1996) mit Hilfe der CT durchgeführt. Dabei zeigten sich im Gefüge einer
zwei Jahre alten Abdichtung deutliche Rißbildungen infolge einer Aggregierung.
Mit dem Ziel Aussagen zur Bodenerosion zu gewinnen, wurden von Hecker et al. (1996) CTMessungen der kleinräumigen, dreidimensionalen Lagerungsdichteverteilung als Strukturmerkmal verschlämmter Bodenoberflächen an Parabraunerden mit unterschiedlichem Ausgangswassergehalt vorgenommen.
Rasiah et al. (1998) untersuchten kleinräumige, witterungsbedingte Änderungen der hydraulischen Leitfähigkeit in Böden durch die Bestimmung von Parametern wie der Porosität und
der Porenkontinuität mit Hilfe der CT.
Untersuchungen an mineralischen Dichtungsmaterialien zur Klärung der Beziehungen von
Gefügeeigenschaften, Mineralbestand und bodenmechanischem Verhalten von Deponietonen
wurden von Raabe (1984) durchgeführt. Licht- und elektronenmikroskopische Untersuchungen im Zusammenhang mit Eignungsprüfungen mineralischer Deponieabdichtungen gehen
auf Komodromos und Mattiat (1989) zurück.
Über spezielle Untersuchungen zur Beeinflussung des Gefüges toniger und anderer mineralischer Dichtungsmaterialien durch Schadstoffe, insbesondere organische Verbindungen, wurde
bisher in der Literatur vergleichsweise wenig berichtet.
Eine Zusammenstellung von Hinweisen und Untersuchungsergebnissen aus der Literatur zum
Einfluß organischer Verbindungen auf das Gefüge von mineralischen Dichtungsmaterialien
enthält Anhang B.
In der Mehrzahl der Fälle wurde kompaktiertes Probenmaterial, welches in unterschiedlich
konstruierten Durchflußzellen dem Einfluß verschiedener organischer Verbindungen ausgesetzt war, untersucht. Nur bei Einsatz konzentrierter organischer Verbindungen (Kohlenwasserstoffe, Alkohole, Ketone, organische Basen) wurden deutliche Gefügeveränderungen beobachtet, wobei es zumeist zur Ausbildung von Rissen unterschiedlicher Größenordnungen
oder zu Veränderungen des Porenraums kam. Organische Säuren bewirkten häufig die Auflösung von Bodenbestandteilen (z.B. Karbonate, Oxide), was zu Ausfällungen und damit zu
einer Verringerung des Porenraumes führen konnte.
Die beobachteten Gefügeveränderungen können in unmittelbarer Beziehung zu den Änderungen bodenphysikalischer Eigenschaften wie beispielsweise des Durchlässigkeitsverhaltens
mineralischer Dichtungsmaterialien stehen.
Zur Beeinträchtigung des Gefüges von Dichtwandmassen unter dem Einfluß organischer
Schadstoffe gibt es nur sehr wenige Hinweise aus der Literatur. Diese beziehen sich vorwiegend auf indirekte Aussagen im Zusammenhang mit Veränderungen der Durchlässigkeiten
bzw. des Ca- Anteils im Probenmaterial (Blinde (1991), Rogner (1993).
14
3.3
Redoxmilieu in Kombinationsdichtungen
Tone enthalten Eisen sowohl eingebaut in die Struktur der Tonminerale, als auch in akzessorischen Mineralen. Eisenoxide und -hydroxide bilden häufig Überzüge um die Tonminerale
oder liegen als ultrafeine Partikel vor, die physikalisch nicht abgetrennt werden können (Ericsson et al., 1984). Aufgrund seiner erhöhten Basizität ist bei Fe(II) die Tendenz, bei einem
bestimmten pH-Wert zu oligomerisieren und zu polymerisieren, geringer (Goodman, 1988);
Fe(II) ist dadurch bei vorgegebenem pH-Wert mobiler als Fe(III), so daß sich nach einer Reduktion Eisenoxidhydroxid-Verklebungen auflösen können.
In ihrer Arbeit über das Quellverhalten von Montmorilloniten beobachtete Foster (1953), daß
reduzierte Proben von Wyoming-Bentonit, erkennbar an ihrer blau-grauen Farbe, weniger
quellen als oxidierte (olivgrün). Diese Ergebnisse veranlaßten Stucki (Stucki, 1988; Stucki &
Tessier, 1991), den Einfluss der Oxidationsstufe oktaedrisch koordinierten Eisens auf chemische und physikalische Eigenschaften zu studieren. Das Quellvermögen von Tonmineralen in
Wasser wird infolge einer Reduktion von oktaedrisch koordiniertem Eisen verringert, und die
mittels Ethylenglykolmonomethylether-Absorbtion bestimmte spezifische Oberfläche (innere
Oberflächen werden miterfaßt) nimmt stark ab (Lear & Stucki, 1989). Nach einer chemischen
Reduktion struktureller Eisenionen werden Zwischenschichtkationen deutlich stärker gebunden (Chen et al., 1987; Khaled & Stucki, 1991). Pulveraufnahmen (XRD) reduzierter NaNontronit-Gele offenbaren im Vergleich zu den unbehandelten (oxidierten) Proben, daß die
Zwischenschicht weniger aufgeweitet wird (Wu et al., 1989). All diese Beobachtungen lassen
darauf schließen, daß in reduzierten Smektiten die Anziehung zwischen Basisflächen stärker
ist als in oxidierten, oder daß Zwischenschichten sogar völlig kollabieren können (Stucki &
Tessier, 1991).
Neben der chemischen kann auch eine mikrobielle Reduktion des Fe(III) erfolgen. Es können
46 bis > 90 % des strukturellen Fe(III) in Smektiten bakteriell reduziert werden. Dementsprechend dramatisch sind die Auswirkungen auf die Oberflächeneigenschaften dieser Minerale
(Kostka et al., 1999a): der Quelldruck sinkt um 40 - 44 %, die Oberfläche nimmt um 26 - 46
% ab und die Ladungsdichte nimmt entsprechend zu. Der hydrophile Charakter der Tonoberflächen wird bei der Reduktion verstärkt. Die Reduktion führt zu einer stärkeren Fläche/Fläche-Verknüpfung, wodurch auch größere Tonpartikel entstehen. Durch die Wechselwirkung mit Bakterienzellen, Zellfragmenten und organischen Ausscheidungen kann auch die
Porengrößenverteilung zu höheren Werten hin verschoben werden (Gates et al., 1998).
Redoxabhängige mineralogische und chemische Stoffumsätze in tonigen Deponiebasisabdichtungen untersuchten Echle et al. (1994) im Rahmen des Forschungsverbundvorhabens
"Weiterentwicklung von Deponieabdichtungssysteme. Der Schwerpunkt lag dabei in der Beeinflussung der Mineralphasen in den Dichtungsmaterialien durch unterschiedliche Sickerwässer bei eingestelltem negativem Redoxpotential und damit in Zusammenhang stehende
Auswirkungen auf bodenmechanische Kennwerte. Die Veränderungen waren mineralspezifisch, die Beeinflussung bodenmechanischer Eigenschaften war vergleichsweise gering.
3.4
Mikrobiologische Prozesse in Kombinationsdichtungen
Mikrobiologische Prozesse in Deponien finden sowohl im Deponiekörper als auch an der Deponiebasis unterhalb der Kunststoffdichtungsbahn einer Kombinationsdichtung statt. Wie in
Punkt 3.3. beschrieben spielt dabei neben organischer Substanz das in den natürlichen mineralischen Abdichtungsmaterialien enthaltene Eisen im Zusammenhang mit dem Auftreten von
15
Mikroorganismen eine wichtige Rolle. Mikroorganismen können Fe(III) reduzieren und somit
zu Milieuveränderungen beitragen. Auch die mikrobielle Reduktion von strukturellem Eisen
in Smektiten wird beschrieben (Stucki et al., 1987; Kohler, 1992; Breu et al., 1993).
In der mineralischen Komponente von Kombinationsdichtungen erfolgt der Abbau organischer Verbindungen ähnlich wie in einem Deponiekörper im wesentlichen unter Sauerstoffabwesenheit, anaerob. Einen Überblick über die Umsetzungsvorgänge in einer Siedlungsabfalldeponie geben Brune (1991), Brune & Ramke (1992) sowie Sleat et al. (1987). Der Prozeß
ist im Prinzip zweistufig (Abb. 3.4 -1). Im ersten Schritt werden die im frischen Abfall vorliegenden komplexen organischen Verbindungen durch fermentierende Bakterien (auch gärende
Bakterien genannt) und in einem geringeren Umfang durch eisen- und manganreduzierende
Bakterien zu niedermolekularen Alkoholen und Carbonsäuren umgesetzt. Im zweiten Schritt
mineralisieren sulfatreduzierende Bakterien und schließlich Methanbakterien die niedermolekularen organischen Verbindungen zu CO2, unter Reduktion von Sulfat zu Sulfid sowie von
Karbonat zu Methan. Dieses Schema ist etwas vereinfacht; auch Sulfatreduzierer können z. T.
komplexere organische Verbindungen wie beispielsweise Aromaten verwerten.
Komplexe organische Substanz
Organische Lösungsmittel
Eisenreduzierer
Manganreduzierer
Fermentierer
Niedermolekulare Alkohole und
Karbonat
Sulfat
Karbonsäuren
Sulfatreduzierer
Sulfid
Methanbakterien
Kohlendioxid
Methan
Abb. 3.4-1: Anaerober Abbau organischer Substanz in der mineralischen Dichtung einer Deponiebasisabdichtung
Barlaz et al. (1999) wiesen für zwei der organischen Kontaminanten, wie sie auch in diesem
Vorhaben verwendet wurden – Toluol und Aceton – mittels einer Reaktorstudie nach, daß
diese im Abfallkörper einer Siedlungsabfalldeponie zu Kohlendioxid und Methan mineralisiert wurden. Auf die betreffende Siedlungsabfalldeponie waren nicht nur Siedlungsabfälle,
sondern auch organische Sonderabfälle aufgebracht worden.
Suflita & Sewell (1991) sowie Ritter & Scarborough (1995) geben einen Überblick über die
mikrobiellen Abbauprozesse in kontaminierten Grundwasserleitern, bei denen am Anfang der
16
Abbaukette wiederum organische Kontaminanten stehen. Diese Prozesse sind denen im Deponiebereich sehr ähnlich. In zahlreichen Arbeiten wird belegt, daß fermentierende Bakterien,
Eisenreduzierer, Sulfatreduzierer und auch Methanbakterien organische Substanzen wie Aromaten und halogenierte Aliphaten und andere organische Verbindungen wie z. B. Aceton als
Energiequelle verwerten und abbauen können (Frank et al., 1998; Lovley & Lonergan, 1990;
Platen et al., 1990; Janssen & Schink, 1995; Rabus & Widdel, 1995; Wilson et al., 1986; Platen et al., 1994).
Breu et al. (1993) untersuchten in der mineralischen Dichtungskomponente einer Kombinationsdichtung das physikalisch-chemische Milieu unter besonderer Berücksichtigung der
Fe(III)/Fe(II)-Verhältnisse anhand des mineralischen Abdichtungsmaterials Hoheneggelsen.
Die Versuchsdurchführung entsprach im wesentlichen der dieses Vorhabens, jedoch nur mit
sechsjähriger Laufzeit. Es zeigte sich die Ausbildung eines reduzierenden Milieus in der mineralischen Dichtung sowie eine tiefenabhängige Veränderung der Eisengehalte gegenüber
dem Ausgangsmaterial.
Kostka et al. (1999b) konnten zeigen, daß Bakterien beim Abbau organischer Substanzen
strukturelles Fe(III) in Tonmineralen als Elektronensenken für die Atmung nutzen können.
Die bakterielle Reduktion von strukturellem Fe(III) kann in Gegenwart organischer Liganden
zur teilweisen Auflösung der Tonminerale führen.
Aus den vorgenannten Kenntnissen über die mikrobiellen Prozesse und Milieubedingungen in
Deponien, kontaminierten Grundwasserleitern und in der Kombinationsdichtung resultierte
die Wahl der Kulturbedingungen (anaerobe Kulturbedingungen) und der zu untersuchenden
Mikroorganismengruppen.
Hinsichtlich der Kultivierungsmethodik konnte auf eingehende Erfahrungen bei der Untersuchung anaerober Mikroorganismengruppen (fermentierende Bakterien, Eisenreduzierer, Manganreduzierer, Sulfatreduzierer und Methanbakterien) an der Deponiebasis zurückgegriffen
werden (Brune, 1991; Brune & Ramke, 1992). Es wurden nach Brune (1991) und Lovley &
Lonergan (1990) modifizierte Kulturmedien eingesetzt.
Die Methodik der quantitativen Erfassung von Mikroorganismen nach Kultivierung hat seit
1988 Einzug in das internationale Normenwerk gefunden (ISO 8199).
3.5
Modellierung von Stofftransportprozessen
Seit Beginn der 80er Jahre wurde eine Reihe von Untersuchungen zum Stofftransport in mineralischen Deponieabdichtungen durchgeführt. Zusammenfassende Darstellungen der Grundlagen des Stofftransportes und der Berechnung der zu erwartenden Schadstoffausbreitung mit
Hilfe von Stofftransportmodellen sind in (Schneider & Göttner, 1991; Azzam, 1992; Mann,
1993; Jessberger et al., 1995; Schneider & Wienberg, 1998) enthalten.
Der Stofftransport in Kombinationsdichtungen wird in Rowe et al. (1995), Müller et al.,
(1997a), Müller et al. (1997b), Müller (1999), Fityus et al. (1999) beschrieben. Der Darstellung in Müller et al. (1997a) folgend, werden hier die Formeln für die Permeationsrate bzw.
die Permeabilität und für die Induktionszeit bei einem diffusiven Stofftransport in der Kombinationsdichtung, die aus einer Kunststoffdichtungsbahn und einer mineralischen Dichtung
besteht, unter verschiedenen einschränkenden Bedingungen abgeleitet und dabei die relevanten Kenngrößen eingeführt.
Die Permabilität P, als Materialkennwert einer Dichtung, erhält man in dem man die nach den
Fick‘schen Gesetzen für die Diffusion erwarteten Abhängigkeiten von der Dicke d der Dichtung und vom die Diffusion antreibenden Konzentrationsunterschied ∆c aus der Permeationsrate J herausrechnet:
17
(3.5.1)
P=
J ⋅d
∆c
bzw.
J=
P ⋅ ∆c
d
Die Kunststoffdichtungsbahn hat eine porenfreie innere Struktur. Strömende, durch ein hydraulisches Gefälle angetriebene Stofftransportvorgänge sind daher bei einer intakten Bahn
auch in der darunterliegenden mineralischen Dichtung nicht möglich. Löcher in der Dichtungsbahn würden lokal zu einem konvektiven Stofftransport in der mineralischen Dichtung
führen. Dies ist bei den Versuchszellen jedoch ausgeschlossen. Es wird angenommen, daß der
der Diffusion zugängliche Porenraum der mineralischen Dichtung (n: Porenanteil) wassergesättigt ist. Vernachlässigt werden also Stofftransportvorgänge im Gasraum einer teilgesättigten mineralischen Dichtung. Ebenso werden durch Temperaturgradienten angetriebene Stoffströme nicht berücksichtigt. Es können dann nur durch die Fick'schen Gesetze beschriebene
Diffusionsvorgänge stattfinden. Im stationären Zustand soll dabei für die Sorptions- und Lösungsvorgänge in den Grenzflächen in jedem Augenblick ein Gleichgewicht vorhanden sein,
das durch Verteilungskoeffizienten beschrieben werden kann. Zunächst werden die Randbedingungen in den Grenzflächen kurz diskutiert, dann die Permeationsraten bzw. die Permeabilitäten der Einzelkomponenten angegeben und daraus dann die Permeabilität und die Induktionszeit der Kombinationsdichtung abgeleitet.
Der Konzentrationsverlauf c(x) eines diffundierenden Stoffes entlang der Dichtung im stationären Zustand teilt sich in verschiedene Bereiche auf: c0 sei die Ausgangskonzentration des
Stoffes im Sickerwasser bzw. im Prüfflüssigkeitsgemisch, cKD(x) sei der Konzentrationsverlauf in der Bahn und c MD(x) der im Boden, die Konzentration unterhalb der Dichtung sei
durch Verdünnung im Grundwasser immer Null. Es gilt also ∆c = c0. Der Konzentrationsgradient, der die Diffusion in der Kunststoffdichtungsbahn antreibt, baut sich durch
die Adsorption und Lösung von Schadstoffen in der Oberfläche der Dichtungsbahn auf. Die
Konzentrationsverhältnisse in der Grenzfläche Sickerwasser- bzw. PrüfflüssigkeitsgemischDichtungsbahn (x=0) werden durch den Verteilungskoeffizienten σ0,KD des jeweiligen Stoffes
gemäß
(3.5.2)
cKD(0) = σ0,KD c0
beschrieben. Der Verteilungskoeffizient σ0,KD gibt also an, in welchem Verhältnis die Konzentration des Stoffes im Sickerwasser bzw. im Prüfflüssigkeitsgemisch zur Konzentration in
der Oberfläche der Dichtungsbahn cKD(0) aufgrund der unterschiedlichen Löslichkeiten steht.
Bei einer auf der Dichtungsbahn anstehenden reinen Prüfflüssigkeit tritt die Löslichkeit in der
Dichtungsbahn s an die Stelle des Verteilungskoeffizienten.
Im Verbund der Dichtungsschichten, Kunststoffdichtungsbahn und mineralische Dichtung,
kommt als weitere Kenngröße für die Kombinationsdichtung der Verteilungskoeffizient
σMD,KD des Stoffes für die Grenzfläche (x = dKD, dKD: Dicke der Dichtungsbahn) von Kunststoffdichtungsbahn und mineralischer Dichtungsschicht hinzu:
(3.5.3)
cKD(dKD) = σMD,KD cMD(dKD) = σMD,KD cKD-MD.
cKD-MD ist dabei die Konzentration des Stoffes im Bodenwasser in der Grenzfläche Dichtungsbahn, mineralische Dichtung. Für wässerige Lösungen ist im einfachsten Fall σ0,KD = σMD,KD.
Dabei wird angenommen, daß ein Schadstoff sich zwischen Dichtungsbahn und Sickerwasser
ähnlich verteilt wie zwischen Dichtungsbahn und Porenwasser in der mineralischen Dichtung.
Auf dieser Annahme beruhen in der Regel Stofftransportberechnungen wie sie mit kommerziell angebotenen Programmen, z.B. POLLUTE (Rowe et al., 1998), durchgeführt werden.
18
Streng genommen wird σMD,KD jedoch von der Beschaffenheit der Grenzfläche der beiden
Dichtungskomponenten und von cKD(dKD) abhängen und daher verschieden von σ0,KD sein.
Zusätzlich wirken sich die unterschiedlichen chemischen Inhaltsstoffe von Sickerwasser und
Bodenwasser auf das Verteilungsgleichgewicht aus.
Für ein Prüfflüssigkeitsgemisch bzw. für eine anstehende reine Flüssigkeit ist natürlich σ0,KD
bzw. s gänzlich verschieden von σMD,KD. Angaben zu σ0,KD bzw. s für verschiedene organische Stoffe finden sich in (Müller et al., 1997a). Soweit die Randbedingungen für die Kombinationsdichtung.
Im nächsten Schritt werden jetzt separat die Diffusion in einer Kunststoffdichtungsbahn und
in einer mineralischen Dichtung betrachtet. Die Konzentration, mit der ein Stoff oberhalb der
Dichtungsbahn ansteht sei c, unterhalb der Dichtungsbahn sei die Konzentration Null bzw. die
Konzentration des Stoffes in einer wässerigen Lösung oberhalb der mineralischen Dichtung
sei c, unterhalb der mineralischen Dichtung sei die Konzentration ebenfalls Null.
Für die Kunststoffdichtungsbahn sind die Permeationsrate JKD und die Induktionszeit tKD bei
diffusivem Stofftransport mit einem Diffusionkoeffizienten DKD nach den bekannten
Fick‘schen Gesetzen im stationären Zustand unter der genannten Voraussetzung gegeben
durch
(3.5.4)
JKD = σ0,KD DKD c / dKD
tKD = dKD2/ 6 DKD.
Für den diffusiven Transport der Schadstoffe im Porenwasser der mineralischen Dichtung
muß die Rückwirkung der Porenraumstruktur auf die Diffusion sowie zusätzlich die adsorbierende Wirkung der "Porenwände", d.h., die in der Regel reversible Anlagerung von Schadstoffen durch chemische oder physikalische Bindung an das Material der mineralischen Dichtungsschicht, in der Diffusionsgleichung berücksichtigt werden. Die Porenraumstrukur wird
durch einen Tortuositätsfaktor Γ berücksichtigt, mit dem der Diffusionskoeffizient des Schadstoffes im Wasser D0 multipliziert wird. Die adsorbierende Wirkung des Bodens wird im einfachsten Falle durch eine lineare Gleichgewichtssorption beschrieben, d. h es gilt für den von
den Bodenpartikeln adsorbierten Massenanteil an Schadstoff sMD und die Konzentration cMD
der Schadstoffe im Bodenwasser zu jedem Zeitpunkt: sMD = k cMD, mit dem Verteilungskoeffizienten k für das System Schadstoffverteilung im Bodenwasser und Boden. Die Adsorption
führt zu einer Retardation des Stofftransports, die bei der linearen Gleichgewichtssorption
durch den Retardationskoeffizienten R = 1 + ρk/n, wobei ρ die Trockendichte und n die Porosität des mineralischen Materials ist, charakterisiert wird.
In einer mineralischen Dichtungsschicht sind die Permeationsrate JMD und die Induktionszeit
t MD dann gegeben durch
(3.5.5)
JMD = n ΓD0 c / dMD
tMD = R dMD² / 6 ΓD0.
Die Sorption in der mineralischen Schicht ist bei gleichbleibendem Schadstoffangebot ohne
Einfluß auf die sich letztlich einstellende Permeationsrate, sie hat jedoch erheblichen Einfluß
auf die Induktionszeit.
Wird die Permeabilität P als Materialkenngröße verwendet, so ist für die Kunststoffdichtungsbahn bzw. für die mineralische Dichtung
(3.5.6)
PKD = σ0,KD DKD
PMD = n ΓD0.
Die Permeabilität P bzw. die Permeationsrate J nach Formel (3.5.1), der Kombinationsdichtung mit der Dicke d=dKD+dMD kann nun aus der Stetigkeit des Stoffstromes im stationären
Zustand einfach berechnet werden. Es ist J=JKD=JMD, wobei in diesem Falle gilt:
19
J KD =
DKD (σ 0, KD c0 − c KD (d KD ))
d KD
bzw.
J MD =
nΓD0 c KD − MD
.
d MD
Daraus ergibt sich mit Hilfe der angegebenen Randbedingungen (3.5.2) und (3.5.3):
(3.5.7)
d MD
d d KD
.
=
+
P PKD  σ 0, KD 

 PMD
σ

,
MD
KD


Abschließend sei noch die zu (3.5.7) analoge Formel für die Induktionszeit des Gesamtsystems angegeben, die sich nach einer von J. C. Jaeger angegebenen Methode ebenfalls relativ
einfach berechnen läßt (in Müller et al., 1997a). Die Induktionszeit t der Kombinationsdichtung setzt sich aus den Induktionszeiten tKD und tMD und den Permeabilitäten PKD und
PMD der Komponenten wie folgt zusammen
(3.5.8)
 d

3
3d MD
d MD
 + t MD  d KD +
t KD  KD +


(σ 0,KD / σ MD ,KD )PMD
 PKD (σ 0, KD / σ MD , KD )PMD 
 PKD
t=
d KD
d MD
+
PKD (σ 0, KD / σ MD , KD )PMD



.
Die Permationsrate für die Diffusion eines Schadstoffes durch die Kombinationsdichtung
wird also nach Formel (3.5.7) und (3.5.8) bei vorgegebenen Dicken (z. B. dKD = 2,5 mm und
dMD = 0,75 m bzw. 1,50 m für die Siedlungsabfalldeponie bzw. die Sonderabfalldeponie)
durch die Diffusionskoeffizienten DKD und D0, die Verteilungskoeffizienten σ0,KD, σMD,KD
sowie durch die Erdstoffkennwerte n und Γ , hinsichtlich der Sorption noch durch ρ und k,
bestimmt. Während die Kenngrößen DKD und D0 sowie n und Γ für verschiedene Schadstoffe
und mineralische Materialien nur um etwa eine bis zwei Größenordnungen schwanken, unterscheiden sich die Verteilungskoeffizienten σ0,KD bzw. die Löslichkeiten s verschiedener
Schadstoffe in der Dichtungsbahn um sehr viele Größenordnungen. Der Verteilungskoeffizient σ0,KD bzw. die Löslichkeit s charakterisiert daher die Dichtigkeit der Kombinationsdichtung bei verschiedenen Schadstoffklassen. So ist z.B. der Verteilungskoeffizient σ0,KD für Kationen und Anionen praktisch Null, da diese sich aus der Hydrathülle in der wässerigen Lösung heraus nicht in dem apolaren Medium Polyethylen lösen können. Für den diffusiven
Stofftransport kommen daher von vornherein nur undissoziierte organische und anorganische
Moleküle in Betracht.
Da die Dicke quadratisch in die Induktionszeit eingeht, ist für eine Kombinationsdichtung
tMD >>tKD. Zusätzlich kann das Retardationsvermögen der mineralischen Dichtung die Induktionszeit erheblich vergrößern. Die Induktionszeit t des Gesamtsystems ist dann nach (3.5.8)
allein durch die Dicke der mineralischen Dichtung dMD und deren Sorptionsvermögen k bestimmt. Dies gilt nicht für spezielle dünne mineralische Dichtungslagen, wie etwa die Bentonitmatte. Diffusionsuntersuchungen und Transportberechnungen zum Schadstoffrückhaltevermögen mineralischer Dichtwandmassen wurden u.a. von Wienberg (1998) durchgeführt.
20
4
MATERIAL UND METHODEN
U. Kalbe, W. Berger, W. Müller, J. Breu, H. Kerzdörfer, M. Brune, J. Eckardt,
R. Tatzky-Gerth, W. Ache, J. Goebbels
4.1
Eingesetzte Materialien
4.1.1
Die Kombinationsdichtungen in den Versuchszellen waren mit 2,3 mm dicken PEHDDichtungsbahnen der Firma Dörken GmbH & Co. KG (Wetterstr. 58, 58313 Herdecke) aufgebaut worden. Die Bahnen waren im März 1986 geliefert worden (BAM-EingangProbennummer: 6*, Vorhaben 3125). Nach Angaben des Herstellers waren die Dichtungsbahnen aus dem Werkstoff Hostalen GM 5040 T12 der Firma Höchst AG gefertigt worden.
Diese PEHD-Formmasse wurde bis zur Produktionseinstellung 1997 vielfach für Kunststoffdichtungsbahnen in Deponieabdichtungen eingesetzt. Die Nummern und die Beschreibung
der untersuchten Proben aus dieser Dichtungsbahn sind in der folgenden Tabelle 4.1.1 -1 angegeben.
Tab. 4.1.1 -1: Numerierung und Beschreibung der untersuchten Dichtungsbahnproben
Nummer
Probe 0
Probe 0a
Probe 0b
Probe 1
Probe 2
Probe 3
Probe 5
Probe 6
Probe 7
Beschreibung
Rückstellprobe der angelieferten Bahn. Die Probe wurde in einem
dunklen Raum bei Raumtemperatur gelagert
Im Wärmschrank bei 80 °C in Luft über 6 Jahre gelagert.
Im Wärmschrank bei 80 °C in Luft über 8,4 Jahre gelagert.
Bahnenprobe aus Meßzelle T01, Entnahmedatum: 04.02.98,
Dauer der Einlagerung in der Zelle: 2977 Tage,
mineralische Dichtung: Wilsum/7,5 cm
mineralische Dichtung: Wilsum/15 cm
mineralische Dichtung: Wilsum/30 cm
mineralische Dichtung: Bastwald/7,5 cm
mineralische Dichtung: Bastwald/15 cm
mineralische Dichtung: Bastwald/30 cm
21
Fortsetzung
Tab. 4.1.1 -1: Numerierung und Beschreibung der untersuchten Dichtungsbahnproben
Nummer
Probe 8
Probe 11
Beschreibung
mineralische Dichtung: Dom/Esch/30 cm
mineralische Dichtung: Na-Bentonit-DWM/30 cm
Die Schmelzindizes und deren Verhältnis sowie die Dichten und Dicken der untersuchten
Proben zeigt die Tabelle 4.1.1 -2.
Eine Charakterisierung der Proben nach diesen typischen Spezifikationskennwerten zeigt im
Rahmen der Meßfehler keinerlei Unterschied zwischen den Rückstellproben, den warmgelagerten Proben und den Proben aus den Permeationszellen. Die im März 1986 gelieferte
Dichtungsbahn hatte damals einen Schmelzindex 190/5 von (1,30 ± 0,10) g/10min. Auch dieser Wert des Ausgangsmaterials vor 12 Jahren stimmt mit den heutigen Werten überein.
Tab. 4.1.1 -2: Schmelzindizes, Dichten und Dicken der untersuchten Proben
Probe
Schmelzindex Schmelzindex Verhältnis der
Dichte
190/5
190/21,6
Schmelzindizes
(g/10 min)
(g/10 min)
(-)
(g/cm³)
0
1,40 ± 0,01
21,2 ± 0,3
15
0,949 ± 0,001
0a
1,20 ± 0,01
19,6 ± 0,1
16
0,949 ± 0,001
0b
1
1,30 ± 0,01
21,0 ± 0,1
16
2
5
6
1,30 ± 0,01
21,2 ± 0,1
16
*
) Mittelwert aus den Einzelmessungen an Zugstäben, siehe Abschnitt 3
22
Dicke*
(mm)
2,30 ± 0,10
2,35 ± 0,10
2,19 ± 0,10
2,39 ± 0,13
2,32 ± 0,01
2,33 ± 0,03
4.1.2
Mineralische Dichtungsmaterialien
Die im Rahmen des Vorhabens zerlegten Meßzellen enthielten folgende mineralische Dichtungsmaterialien:
•
Wilsum
schluffiger, überwiegend kaolinitisch/illitischer Ton, geringe Anteile Montmorillonit,
Deponie Wilsum, Herkunft Tongrube der Ziegelei Deppe in Uelsen/Niedersachsen, Wassergehalt ca. 35-40 Gew.-%, schwach basischer pH,
nominelle Schichtdicken: 7,5 cm, 15 cm und 30 cm,
•
Bastwald
tonig schluffiger Sand, vorwiegend Illit und Kaolinit in der Tonfraktion, mit Zusatz von
1% Montigel F (zu Na-Bentonit aktivierter Ca-Bentonit, Fa. Süd-Chemie München),
Deponie Bastwald/Landkreis Vogelsberg, Vorkommen Bastwald bei Alsfeld/Hessen
Wassergehalt ca. 14 Gew.-%, schwach saurer pH,
nominelle Schichtdicken: 7,5 cm, 15 cm und 30 cm,
•
Dom/Esch
nach der Fuller-Kurve kornabgestufter Boden (stark kiesiger Grobsand) mit 2 % Zusatz
von Montigel F, Vorkommen Dom, Esch/Nordrhein-Westfalen,
Wassergehalt ca. 10 Gew.-%, neutraler bis leicht basischer pH,
nominelle Schichtdicke: 15 cm,
•
Na-Bentonit-DWM
Na-Bentonit-Zement-Suspension in Anlehnung an eine Rezeptur für eine EinphasenSchlitzwandmasse (3,45 Gew.-% Montigel F = zu Na-Bentonit aktivierter Ca-Bentonit
Fa. Südchemie, 17,29 Gew.-% HOZ 35L = Hochofenzement, 79,24 Gew.-% Wasser),
genaue Vorgehensweise beim Einbau siehe August et al. (1992), stark basischer pH,
nominelle Schichtdicke: 30 cm.
Permeationsmeßzellen der einzelnen mineralischen Dichtungsmaterialien ohne Schadstoffbeaufschlagung (Blindversuche) standen nicht zur Verfügung. Die vorhandenen Reste der Ausgangsproben wurden von ihrer Entnahme aus dem Vorkommen (1985/86) bis zur Untersuchung im Rahmen dieses Vorhabens in Fässern gelagert und waren dadurch anderen milieubedingten Veränderungen ausgesetzt als die Dichtungen in den Meßzellen. Während die Materialien in der Lagerstätte mit dem Stoffhaushalt der Umgebung im geochemischen Gleichgewicht standen, unterlagen sie bei der Lagerung in den Fässern lediglich einer Einwirkung
durch die Atmosphäre, d.h. einem aeroben Milieu. Das über Jahre hinweg an Luft gelagerte
Dichtungsmaterial Wilsum war dadurch zum einen stark versauert und enthielt zudem gelbe
mineralische Ausblühungen, die röntgenographisch als Jarosit KFe3(SO4)2(OH)6 identifiziert
werden konnten, einem Oxidationsprodukt des in diesem Material vorhandenen Pyrits. Vergleicht man beim Ton Wilsum das heute photometrisch gemessene Fe(III)/Fe(II)-Verhältnis
von 10,31 ± 4,97 mit dem von Breu (1989) bestimmten Wert von 3,61 ± 0,29, so ist dies ein
Indiz dafür, daß das Ausgangsmaterial noch nicht im Gleichgewicht mit der Atmosphäre
stand und bis heute weiterreagiert haben könnte.
Eine Recherche ergab, daß das Ausgangsmaterial Wilsum aus der Tongrube der Ziegelei
Deppe in Uelsen stammte. Aus dieser Grube wurde den Bearbeitern 1998 freundlicherweise
frisches Probenmaterial zur Verfügung gestellt, so daß mit Ausnahme der RFA-Messung alle
23
Untersuchungen an diesem "Ausgangsmaterial" durchgeführt werden konnten. An diesem
Material konnte gezeigt werden, daß Pyrit in Form von sporadisch auftretenden Konkretionen
vorlag. Die Oxidation dieser Pyrit-Knöllchen war bei Lagerung an Luft (abgeschlossenes
Plastik-Faß) bereits nach einem halben Jaht sehr deutlich fortgeschritten.
Zu den Materialien Bastwald und Dom/Esch war teilweise (Universität Regensburg) bei der
Untersuchung des Ausgangsmaterials im Gegensatz zur eingebauten Dichtung kein Bentonit
Montigel F zugesetzt worden.
Eine Ausgangsprobe zur Natrium-Bentonit-DWM wurde im Rahmen dieses Vorhabens nachgestellt. Dafür wurde analog der Originalrezeptur (3,45 Gew.-% Montigel F; 17,29 Gew.-%
HOZ 35L; 79,24 Gew.-% Wasser (August et al., 1992)) in Regensburg eine frische Suspension angesetzt und abgedeckt über einen Zeitraum von 6 Monaten stehen gelassen. Einige Untersuchungen wurden auch direkt an den Ausgangskomponenten durchgeführt.
Von der mineralischen Dichtung Dom/Esch wurde – abgesehen von einer Naßsiebung der
Gesamtfraktion – ausschließlich die von Kies (2-63 mm) naß abgesiebte Fraktion < 2 mm
untersucht, da mögliche Veränderungen ausschließlich in der Ton-, Schluff- oder Sandfraktion erwartet wurden.
Bei einer Gegenüberstellung der Ergebnisse für das Ausgangsmaterial und das ausgebaute
Dichtungsmaterial müssen diese Umstände berücksichtigt werden.
4.1.3
Übersicht der geöffneten Meßzellen
Die folgende Tabelle enthält eine Übersicht der wichtigsten Daten für die im Verlauf des
Vorhabens zerlegten Meßzellen.
Tab. 4.1.3 -1: Übersicht der geöffneten Meßzellen
Mineralische Dichtung
Schichtdicke
Schichttatsächlich
dicke
nominell
Meßwerte1)
∅ [cm]
[cm]
[cm]
7,5 cm
7,6 bis 9,1
8,4
Material
T01 11.09.1986 3) 04.02.1998
Wilsum
T02
11.09.1986
12.03.1998
Wilsum
15 cm
14,3 bis 15,5
15,0
T03
11.09.1986
05.11.1998
Wilsum
30 cm
31,3 bis 33,0
32,1
Bastwald
7,5 cm
7,7 bis 8,7
8,2
Bastwald
15 cm
18,9 bis 19,6
19,2
Bastwald
30 cm
29,9 bis 32,0
31,0
T05 11.09.1986 3) 08.01.1998
2,3 mm PEHD
Beginn
MeßDatum der
PermeationsKDB
zelle
Beprobung
versuche
T06
6/1986 2)
26.03.1998
T07
11.09.1986
11.03.1999
T08
6/1986 2) 3)
20.05.1998
Dom/Esch
15 cm
19,5 bis 20,0
19,8
14.01.1999
Na-BentonitZementSuspension
30 cm
31,3 bis 32,5
32,1
T11
1)
30.01.1987
vermessen beim Ausbau der Meßzellen (Schichtdicken schwanken aufgrund der Schräglage der Sinterplatte
unterhalb der mD)
2)
Meßzelle erhielt am 11.09.1986 eine neue Kunststoffdichtungsbahn und Sinterbronze
3)
Meßzelle wurde im Dezember 1989 geöffnet und mit einer neuen Kunststoffdichtungsbahn versehen
(s. August et al., 1992)
24
4.2
Probenahme
Zunächst mußte eine Probenahmetechnik und -strategie entwickelt werden, welche die Anforderungen der unterschiedlichen Untersuchungsarten (Kunststofftechnik, Mikrobiologie, Bodenmechanik, Chemie und Mikromorphologie) gleichermaßen berücksichtigt. Von den Materialien Wilsum und Bastwald wurde je eine Übungsmeßzelle aufgebaut, an denen die Vorgehensweise der Beprobung getestet werden konnte.
Nach Entnahme des simulierten Grundwassers, Absaugung des Lösungsmittelgemisches über
das Glashütchen und Entfernung des Standrohres sowie der Befüll- und Entnahmearmatur
(Abb. 1.2 -1) wurde die Meßzelle in das Labor für die Probenahme transportiert. Markierungen zur Festlegung von Orientierungspunkten (analog Himmelsrichtungen) wurden am Glasgefäß angebracht. Nach Abheben des Deckels wurden die auf der Kunststoffdichtungsbahn
aufliegenden Platten (Druckplatte, Lochplatte und Sinterbronze) vorsichtig entfernt. Anschließend wurde die Kunststoffdichtungsbahn abgezogen, die sich bei den meisten Meßzellen zu wölben begann. Insbesondere bei den Meßzellen mit dem mineralischen Dichtungsmaterial Bastwald war auch ein Austreten von Flüssigkeit am Rand der mineralischen Dichtung zu verzeichnen.
Die Beprobung aller Meßzellen wurde durch Videoaufnahmen dokumentiert.
4.2.1
Beprobung der Kunststoffdichtungsbahn
Eine ausführliche Beschreibung der Maßnahmen und Abläufe beim Öffnen der Zellen findet
sich an anderer Stelle. Die Dichtungsbahnenscheibe wurde sofort nach dem Abnehmen von
der Oberfläche der mineralischen Dichtung in Aluminiumfolie eingepackt. Mit einer Schlagschere wurden unmittelbar anschließend die Scheiben nach einem vorgegebenen Schnittmuster in einzelne Teile zerschnitten. Abbildung 4.2.1 -1 zeigt dieses Schnittmuster. Der Bereich
1 wurde für die Untersuchung der Schadstoffgehalte verwendet, der Bereich 2 für die thermoanalytischen Messungen und der Bereich 3 für die mechanischen Untersuchungen und für die
Herstellung der Proben zur Prüfung der Spannungsrißbeständigkeit. Ein Teil der Probenstücke
(Bereich 2 und 3) wurde im Klimaraum (Normklima 23/50 nach DIN 50014) gelagert, die
restlichen Probenstücke (Bereich 1) sofort in flüssigem Stickstoff eingetaucht und dort aufbewahrt.
Beim Öffnen der Meßzellen und der Abnahme der Kunststoffdichtungsbahn wurden im einzelnen folgende Beobachtungen gemacht: Bei den Zellen T03, T08 und T11 (Abbildung
4.2.1 -2) lag die Dichtungsbahn glatt auf der Oberfläche der mineralischen Dichtung. Bei
Meßzelle T02 befand sich in der Mitte eine kleine Vertiefung. Bei den Zellen T01 und T05
(Abbildung 4.2.1 -3) hatte sich entlang des Dichtringes eine sichelförmige Aufwölbung in der
Dichtungsbahn ausgebildet. Bei T06 und T07 (Abbildung 4.2.1 -4) hatte das mineralische
Dichtungsmaterial die Dichtungsbahn hochgeschoben. Die Aufwölbung der Dichtungsbahn
folgte also der Aufwölbung der mineralischen Dichtung.
25
1
3
1
3
2
1
Abb. 4.2.1 -1: Schnittmuster der Probenahme an der Dichtungsbahnenscheibe. Die Ziffern
sind im Text erläutert.
Abb. 2.1 -2: Die Dichtungsbahn in Meßzelle T11 unmittelbar nach Öffnen und Entfernen der
Prüfflüssigkeit
26
Abb. 4.2.1 -3: Die Dichtungsbahn in Meßzelle T05 unmittelbar nach Öffnen und Entfernen
der Prüfflüssigkeit. Am rechten Rand entlang des weißen Dichtungsringes, der vor dem Öffnen um die Zelle gelegt worden war, ist die sichelförmige Aufwölbung zu erkennen.
Abb. 4.2.1 -4: Dichtungsbahn in Meßzelle T07 unmittelbar nach Öffnen und Entfernen der
Prüfflüssigkeit. Am Rand entlang des weißen Dichtungsringes, der vor dem Öffnen um die
Zelle gelegt worden war, ist die Aufwölbung durch darunterliegendes mineralisches Material
zu erkennen.
27
4.2.2
Beprobung der mineralischen Dichtungen
Sofort nach dem Entfernen der Kunststoffdichtungsbahn wurde die Oberfläche der mineralischen Dichtung mit Argon begast, um den Kontakt der Proben mit Luftsauerstoff zu minimieren, so daß das anaerobe Milieu für mikrobiologische Untersuchungen aufrechterhalten und
eine rasche Rückoxidation reduzierten Eisens verhindert werden konnte.
Anschließend wurde mit Hilfe einer Schablone die Anordnung der Probeentnahme (Abb.
4.2.2.-1) auf die Oberfläche der mineralischen Dichtung übertragen. Als Hilfestellung für die
orientierte Probenahme wurde dabei ein Orientierungspunkt N festgelegt und die Segmente
analog zu Himmelsrichtungen bezeichnet (Abb. 4.2.2 -1).
Zuerst wurden jeweils drei über die Fläche verteilte, mit einem Spatel entnommene Oberflächenproben für die gaschromatographische Analytik der Grenzschicht zur Kunststoffdichtungsbahn direkt in Headspacegläser überführt (Position C01, C02, C03 in Abb. 4.2.2 -1) und
zwei Proben für die Analyse des Feuchtegehaltes der Oberfläche der mineralischen Dichtung
(Position W1, W2 in Abb. 4.2.2 -1) gewonnen (mit Ausnahme der zuerst beprobten Meßzelle
T05). Dann wurden mit einem Stechwerkzeug (Abb. 4.2.2 -2) bis zu 12 Probenkerne aus der
mineralischen Dichtung ausgestochen (Kreise in Abb. 4.2.2 -1). Der Restkörper wurde aus
dem Glasbehälter herausgedrückt und mit einem Draht in Segmente zerschnitten
(Abb. 4.2.2 - 3).
Abb. 4.2.2 -1: Beispiel eines Probenahmeschemas für die mineralische Dichtung
(Die einzelnen Positionen sind im Text erklärt.)
28
Begonnen wurde bei den Meßzellen, die Gegenstand der mikrobiologischen Untersuchungen
waren (T02, T03, T07, T11), jeweils mit einem Stecher (Position B1 in Abb. 4.2.2 -1), der
sofort in eine selbstgefertigte, Argon-gespülte Glove-Box überführt wurde. Dort wurde der
Kern aus dem Werkzeug herausgelöst und jeweils ein ca. 5 cm Horizont aus dem oberen,
mittleren und unteren Teil mit einem sterilen Draht herausgeschnitten. Diese Horizontproben
wurden in gasdichten Behältnissen untergebracht, in einen Argon-gefüllten Exsikkator überführt und in das mikrobiologische Labor transportiert.
Bei der weiteren Probenahme wurde das Stechen der Proben für die gaschromatographischen
Messungen (Position C1, C2, C3 in Abb. 4.2.2 -1) und der Milieuuntersuchungen (Position
M3 und M4 in Abb. 4.2.2 -1) bevorzugt. Der Stecher für die mößbauerspektroskopischen
Untersuchungen wurde dabei in der unmittelbaren Umgebung des Stechers für die Mikrobiologie untergebracht.
Die verwendeten Stechwerkzeuge dienten vor allem auch der Gewinnung ungestörter Proben
aus der mineralischen Dichtung. Diese wurden von der Fa. UGT Müncheberg angefertigt (∅
ca. 35 mm, Länge 350 mm, Edelstahl) und in Längsrichtung klappbar gearbeitet, so daß die
Probenkerne zumeist leicht entnommen werden konnten (Abb. 4.2.2 -2).
Abb. 4.2.2 -2: Stechwerkzeug zur Gewinnung ungestörter Proben aus den mineralischen
Dichtungen
Da es bei Vorversuchen je nach Material und Mächtigkeit der mineralischen Schicht zu teilweise sehr großen Stauchungen der Probenkerne kam, wurde die Schneide der Stechwerkzeuge an der BAM umgearbeitet. Der Durchmesser der Schneide wurde im Vergleich zum Schaft
etwa um 1,5 mm verringert, so daß die Haftreibung des Probenkerns im Schaft vermindert
wurde. An der Universität Regensburg wurden darüber hinaus zwei verbesserte Werkzeuge
angefertigt. Zur Vergütung der Oberfläche wurden zusätzlich die Innen- und Außenflächen
mehrfach mit Sprühteflon (Kontaflon 85, Fa. Kontakt Chemie, Iffezheim) beschichtet und
auspoliert. Trotz dieser Maßnahmen war das Stechen von Proben mit mehr als 20 cm Kernlänge bei dem vorgegebenen Querschnitt des Stechwerkzeuges teilweise problematisch. Vor
allem bei dem ausgeprägt plastischen, schluffigen Ton Wilsum traten beim Stechen der Proben Stauchungen auf. Andererseits wurden durch den entstehenden Unterdruck beim Ziehen
des Werkzeuges die Proben teilweise auch gestreckt. Daher wurde ab der Probenahme an
Meßzelle T06 (s. Tab. 4.1.3 -1) der zylindrische Dichtungskörper wie in Abb. 4.2.2 -1 nicht
über die gesamte Fläche verteilt beprobt, so daß nach dem Herausdrücken aus der Glaszelle
einige der Segmente zusätzlich als ungestörte Proben für die weitere Bearbeitung gewonnen
werden konnten (Abb. 4.2.2 -3).
29
Abb. 4.2.2 -3: Restkörper einer mineralischen Dichtung nach Beprobung mit Stechwerkzeug
und nach Teilung in Segmente
Bei den mineralischen Dichtungen ab 15 cm Schichtdicke wurden die Stecher mit maschineller Unterstützung (hydraulische Presse, Vortrieb max. 5 mm/s) ausgestochen und vor dem
Ziehen etwas abgeschert.
Die Horizontierung der Probenkerne in 2 cm – Abschnitte wurde in einem selbst gefertigten
Werkzeug (Abb. 4.2.2-4) mit Hilfe eines Drahtbügels vorgenommen. An den Proben für die
Gefügeuntersuchungen wurde die Orientierung im Profil gekennzeichnet.
Abb. 4.2.2-4: Schneidwerkzeug zum Horizontieren der Probenkerne
Im Fall des Ausbaus der Meßzelle T08 mit der Erdstoffdichtung Dom/Esch war die Verfahrensweise des Stechens von Proben aufgrund des hohen Grobkornanteils (ca. 50 % Kies) nicht
geeignet. Die mineralische Dichtung wurde im Glasbehälter belassen, bei -85 °C eingefroren
und nach den Entfernen des Glasbehälters im gefrorenen Zustand mit Hilfe einer Diamantsäge
(ohne Wasserkühlung) in Segmente zerlegt. Bei der anschließenden vertikalen Zerlegung der
Dichtschicht in Horizonte ging bei jeder Schnittführung ca. 1cm verloren, was bei der Darstellung der Ergebnisse zu berücksichtigen ist.
30
Ebenso mußte für den Ausbau der Meßzelle T11 (Na-Bentonit-DWM) eine modifizierte Probenahmetechnik angewendet werden, da erst nach dem Entfernen der Kunststoffdichtungsbahn durch einen Test der Zustand der Dichtwandmasse (Grad der Aushärtung) geklärt werden konnte. Ein Stechen von Proben erwies sich dabei als möglich. Die Dichtwandmasse
zeigte sich jedoch während der Entnahme der ersten vier Probenstecher als sehr spröde (blättriger Bruch), so daß durch ein weiteres Stechen, keine ungestörten Proben hätten gewonnen
werden können. Aus diesem Grunde wurde das Stechen abgebrochen und die restliche Dichtung ebenfalls tiefgefroren (-85°C). Aufgrund des hohen Wassergehaltes kam es dabei zu
starken Rißbildungen Dichtungskörper, so daß ein Sägen in regelmäßige Segmente analog der
Orientierung in den übrigen Meßzellen nur bedingt möglich war.
Zur Charakterisierung des Ausgangszustandes wurden die über den Versuchszeitraum in Fässern gelagerten Ausgangsproben ebenfalls proctorverdichtet (teilweise konnten die Übungsmeßzellen dafür genutzt werden). Aus diesen Körpern wurden in gleicher Weise „Referenz“Proben gestochen bzw. gesägt und horizontiert.
Eine Ausgangsprobe der DWM wurde wie in Abschnitt 4.1.2 beschrieben nachgestellt.
31
4.3
Untersuchungsmethoden zur Analyse der Kunststoffdichtungsbahn
4.3.1
Untersuchungen der mechanischen Eigenschaften
Aus den im Klimaraum mehrere Tage vorgelagerten Proben wurden Zugstäbe, Nr. 4 nach
DIN 53455, quer zur Extrusionsrichtung ausgestanzt und daran Zugversuche nach DIN 53455
bzw. DIN EN ISO 527-3 durchgeführt. Gemessen wurden die Dicke, die Streckspannung und
-dehnung sowie die Reißspannung und -dehnung.
4.3.2
Untersuchungen zum Spannungsrißverhalten
Das Verfahren zur Bestimmung des Spannungsrißverhaltens, das Stifteindrückverfahren, ist
detailliert in der Zulassungsrichtlinie der BAM für Kunststoffdichtungsbahnen, Anhang A,
Nr. 8, beschrieben (BAM, 1992). In das am Rand gekerbte, in der Netzmittellösung vorgelagerte rechteckige Probenstück wird ein Stift mit Überdicke durch ein in der Mitte liegende
Bohrung geschoben. Es entsteht eine zylindersymmetrische, radial nach außen abfallende
Zwangsverformung, die auch im Kerbgrund noch wirksam ist. Die gestifteten Probenstücke
werden dann im Netzmittel weiter gelagert. Die Zeit bis zum Auftreten eines Risses im Kerbgrund bzw. zum Durchreißen bis zur Bohrung dient als Maß für die Spannungsrißbeständigkeit.
Die Spannungsrißbeständigkeit der verwendeten Kunststoffdichtungsbahnen ist außerordentlich groß. Um daher überhaupt Effekte der Spannungsrißbildung und deren eventuellen Veränderung durch die Einlagerung in den Zellen feststellen zu können, wurde, abweichend von
den in der Richtlinie angegebenen Versuchsparametern, eine Lagerungstemperatur von 60° C
und 70° C gewählt.
Es wurden nur Proben hergestellt, bei denen der Schnitt der Kerbe parallel zur Extrusionsrichtung verlief. Nach 2, 4, 7, 8, 9, 11, 14, 29, 32, 40 usw. Tagen wurden die Stücke aus dem
Lagerungsgefäß entnommen, abgespült und durch in Augenscheinnahme, gegebenenfalls unter dem Mikroskop, kontrolliert, ob ein Riß im Kerbgrund entstanden war. Die Proben wurden
danach wieder bis zum völligen Bruch eingelagert. Untersucht wurden insgesamt 40 Probenstücke aus den Zellen 02, 06 und 08, also mit Einsatzzeiten in den Zellen von 11,5 bzw.
8,5 Jahren. Dazu wurden 20 Probenstücke der Rückstellprobe (Probe 0) und zum Vergleich
eine von der BAM für Deponieabdichtungen zugelassene, handelsübliche PEHDDichtungsbahn aus dem Werkstoff Vestolen A 3512 R mit insgesamt 20 Probenstücken geprüft.
4.3.3
Thermoanalytische Untersuchungen
Zur thermoanalytischen Charakterisierung einer Probe wurde die Schmelzkurve und die sogenannte Oxidative Induction Time, oft als OIT-Wert bzw. Oxidationszeit bezeichnet, gemessen. Verwendet wurde ein dynamisches Differenz-Kalorimeter (DSC 7) der Firma PerkinElmer, Düsseldorf.
Die Prüfung wurde in Anlehnung an DIN EN ISO 728 und ASTM D3895-95 durchgeführt.
Die Proben aus der Dichtungsbahn wurden zurechtgeschnitten, in den Aluminiumtiegel
(10 µl) gegeben, abgedeckelt (Deckel mit Loch) und gewogen. Zur Bestimmung des Probengewichtes wurde zuerst das Leergewicht des Aluminiumtiegels bestimmt. Die typischen Probengewichte lagen bei 4 bis 6 mg. Die Proben wurden im Ofen der DSC unter Inertgas
32
(Stickstoff 5.0) aufgeschmolzen und dabei die Schmelzkurven ermittelt. Es wurden folgende
Versuchsparameter eingestellt:
Gasspülung:
30 ml/min
Heizrate:
10 °C/min bis zu Tmax = 150 °C
Kühlrate:
20 °C/min bis TEntnahme = 25 °C
Meßskopftemperatur:
0 °C, Kühlung des Messkopfes mit flüssigem Stickstoff
Schmelzkurve
OIT-Meßkurve
Oxidationsbeginn
TPeak
Temperatur
Umschalten auf O2
Trigger
T = const.
Aufheizun g
unter Schutzgas (N 2 )
Oxidation sIn duktion szeit
Zeit
Abb. 4.3.3 –1: Prinzipieller Verlauf der Meßkurve bei der OIT-Messung und bei der Messung
der Schmelzkurve. Gemessen wird die Differenz des Wärmestroms zwischen zwei Öfen mit
und ohne Probe einmal über der Zeit (OIT) und über der Temperatur (Schmelzkurve)
Bei der Messung der Oxidationzeit wird die vorbereitete Probe in einem offenen Tiegel im
DSC-Ofen unter strömendem Stickstoff auf eine konstante Temperatur (TMess) oberhalb der
Schmelztemperatur gebracht und dann durch Umschalten auf die Sauerstoffquelle einer strömenden, oxidativen Sauerstoffatmosphäre ausgesetzt. Das Umschalten markiert den Zeitnullpunkt und Beginn der Oxidationsmessung. Die Wärmestromdifferenz zwischen Probenzelle
und Referenzzelle mit leerem Tiegel wird als Funktion der Zeit aufgezeichnet. Der von der
gewählten Messtemperatur abhängige Einsatzpunkt eines exothermen Wärmestromes beim
Beginn der Oxidation wird durch das Abknicken der Wärmestromdifferenz-Zeit-Kurve markiert. Die Oxidations-Induktions-Zeit (OIT) ist die Zeitspanne vom Zeitnullpunkt, also dem
Umschalten auf oxidative Atmosphäre, bis zum Oxidationsbeginn. Zur Ermittlung des Oxidationsbeginns können zum einen die Tangenten an die Basislinie und an den Punkt größter
Steigung des abknickenden Kurvenastes gelegt werden: Der resultierende Schnittpunkt markiert den Beginn der Oxidation. Zum anderen kann ein Schwellwert (Triggerwert) angegeben
werden: Fällt die Kurve um diesen Betrag ab, so wird dies als Beginn der Oxidation gewertet.
Dieses Verfahren wurde zur Auswertung der Kurven verwendet, da es unabhängig vom weite33
ren Kurvenverlauf in der Oxidation eine einheitliche Bewertung aller Messungen ermöglicht.
Es wurden folgende Versuchsparameter eingestellt:
Tiegelmaterial:
Kupfer
Inertgasspülung:
Stickstoff (5.0), 30ml/min
Aufheizrate:
10 °C/min
TMess:
180 °C
Oxidierendes Gas: Sauerstoff (5.0), 3 bar am Einlaßventil
Messkopftemperatur: 0 °C, Kühlung mit flüssigem Stickstoff
Triggerwert:
0,01 W/g
Es wurden in der Regel drei Einzelmessungen durchgeführt.
4.3.4
Elektronenmikroskopische Untersuchungen
Die Darstellung von Sphärolithen ist bei Polyethylenen mittlerer Dichte (PE-LLD) sehr
schwierig. Die Sphärolithe sind sehr klein (< 10 µm). Die amorphen Bereiche sind mit Primärteilchen und Agglomeraten der Rußpartikel mit Größen von einigen Zehn Nanometern bis
einige Zehn Mikrometern durchsetzt. Optische Untersuchungen an Dünnschnitten hatten ebenso wie elektronenmikroskopische Untersuchungen an geätzten Oberflächen zu keinen Ergebnissen geführt. Im Rahmen des Vorhabens wurde daher versucht, durch die Herstellung
von Bruchflächen und deren Darstellung im Rasterelektronenmikroskop Unterschiede in der
Morphologie sichtbar zu machen.
Dazu wurde ein Streifen aus der PEHD-Dichtungsbahn (15 x 2 cm) mittig zusammengebogen
und seine Enden mit einer Zwinge fixiert. Die Probe wurde dann in flüssigem Stickstoff für 1
min abgekühlt. Unmittelbar nach Entnahme aus dem flüssigen Stickstoff wurde der Bruch mit
einem Hammerschlag (200 g Schlosserhammer nach DIN 1041) auf die Biegung herbeigeführt. Von der Bruchfläche wurden im Rasterelektronenmikroskop Aufnahmen mit wachsender Vergrößerung hergestellt.
4.3.5
Ermittlung der Konzentration der Schadstoffe in der Kunststoffdichtungsbahn
Die Konzentration der einzelnen Komponenten der Prüfflüssigkeit in der Kunststoffdichtungsbahn wurde zum einen unmittelbar nach der Entnahme (T03), zum anderen an den im
flüssigen Stickstoff gelagerten Proben (T01, T02, T05, T06, T07, T11) bestimmt. Das Meßverfahren der Headspace-GC wird im Abschnitt 4.4 über die Messung des Gehalts der einzelnen Komponenten in der mineralischen Dichtung ausführlich beschrieben. Zur Kontrolle
wurde die Gesamtmasse gelöster Stoffe durch Rücktrocknung nach der Entnahme bestimmt
und mit der aus den GC-Messung der Komponenten ermittelten Gesamtmasse verglichen.
34
4.4
Ermittlung der vertikalen Verteilung der Schadstoffkomponenten in
den mineralischen Dichtungen
Für die gaschromatographische Aufnahme der Konzentrationsprofile wurden je Meßzelle drei
Probenkerne mit dem unter 4.2.2 beschriebenen Stechwerkzeug entnommen. Die Kerne wurden jeweils in 2 cm-Abschnitte zerlegt und aus jedem dieser Abschnitte drei parallele Proben
mit einer abgeschnittenen Spritze herauspräpariert. Diese wurden in Headspacegläser überführt.
Abweichend davon wurde bei den Meßzellen T11 und T08 vorgegangen. Bei der Meßzelle
T11 (Na-Bentonit-DWM) konnte nur ein Stecher beprobt werden. Für die Gewinnung weiterer Proben wurden wie auch bei der Meßzelle T08 (mD Dom/Esch) gefrorene Segmente der
mineralischen Dichtung mit einer Diamantsäge ohne Wasserkühlung horizontiert. Die etwas
angetauten Horizonte wurden mit einem Pistill zerstoßen, ebenfalls insgesamt drei Proben mit
einer Spritze entnommen und in Headspace-Gläser überführt. Im Fall des Materials
Dom/Esch (Meßzelle T08) wurden dabei augenscheinlich große Körner (Kies, über 2 mm
Korndurchmesser) nicht berücksichtigt. Der Kies-Anteil wurde am verbliebenen Material
mittels Siebung abgeschätzt.
Alle angegebenen Konzentrationen beziehen sich auf die feuchte mineralische Dichtung.
Auf Grund des unterschiedlichen chemischen Verhaltens der einzelnen Komponenten des
Schadstoffgemisches (hydrophile, stärker polare und hydrophobe, weniger polare Substanzen)
mußten dabei verschiedene Extraktionsverfahren bzw. gaschromatographische Aufgabesysteme eingesetzt werden (Abb. 4.4 -1).
Die gaschromatographische Trennung erfolgte auf einer Kapillarsäule VOCOL, 105 m x 0,32
mm Innen-∅, 3,0 µm Film in Anlehnung an die EPA Methode 502.2, Detektoren: FID/ECD,
Druck: 175 kPa Helium, Temperaturbereich: 35 bis 200 °C.
Die Messungen wurden an einem Gaschromatograph der Fa. Perkin Elmer mit split/splitlosInjektor und Headspace-Probengeber HS 40 und unter Verwendung der Auswertesoftware
Turbochrom 4.1 und Perkin Elmer MHE-Calculation für Microsoft Excel durchgeführt.
Für die Auswertung wurden nur die FID-Signale herangezogen.
Probe 1
Bestimmung der wassermischbaren,
stärker polaren
Schadstoffkomponenten
Probe 2
Bestimmung der hydrophoben,
weniger polaren
Schadstoffkomponenten
Probe 3
Überschichtung mit Hexan
Überschichtung mit H2O
keine Überschichtung
Flüssiginjektion nach
Lösungsmittelextraktion mit Hexan
im Ultraschallbad (2 x 15 min)
und Filtration
Mehrfach-Headspace-Extraktion
Injektion nach Temperieren
(3 x 75 min bei 80 °C)
Aufbewahrung im Gefrierschrank (-18 °C)
Rückstellprobe
Abb. 4.4 -1: Probenbearbeitung für gaschromatographische Untersuchungen je Probenstecher
und Horizont
35
Zur Kalibrierung wurde das 9-Komponenten-Schadstoffgemisch verwendet, das für die Permeationsversuche in einer größeren Menge angesetzt wurde. Fehler, die bei der Herstellung
des Gemisches (z.B. Umrechnung über die Dichte in Milliliter), vor allem aber beim Abmessen der einzelnen Schadstoffkomponenten gemacht wurden, konnten so über die Kalibrierung
ausgeglichen wurden. Während der Analysen wurden jeweils mehrere Standards zum Vergleich wie Proben analysiert.
4.4.1
Analytik der hydrophilen Schadstoffkomponenten
Bei dem Schadstoffgemisch handelt es sich um eine Mischung von Stoffen mit unterschiedlichen Verteilungskoeffizienten und Partialdrucken, so daß die Empfindlichkeit der Untersuchungsmethode vom Verteilungskoeffizienten, als auch vom Phasenverhältnis abhängt.
Da der Verteilungskoeffizient für die stärker polaren, wassermischbaren Substanzen recht
groß ist, ist das Dampfphasengleichgewicht auf die Seite der wäßrigen Phase verschoben. Bei
Anwendung der Headspace-Gaschromatographie würde es deshalb zu erheblichen Minderbefunden kommen (bei Methanol z.B. nur ca. 20% Wiederfindung). Aus diesem Grunde wurden
die hydrophilen Schadstoffkomponenten mittels eines Lösungsmittels (Hexan) im Ultraschallbad extrahiert (2 x 15 min.), feine Partikel mit einem 45 µm Spritzenfilter entfernt und
direkt in den GC mit Split injiziert. Die Wiederfindungsraten mußten ermittelt und bei der
Darstellung der Ergebnisse berücksichtigt werden.
Die Wiederfindungsraten konnten nur für die Schadstoffe in Wasser bestimmt werden:
Methanol
iso-Propanol
Aceton
Tetrahydrofuran
37,6%
87,8%
79,1%
96,4 %
Tab. 4.4.1 -1: Verfahrenskenndaten für die GC-Analytik der hydrophilen Schadstoffkomponenten (nach DIN 32645)
Substanz
Nachweisgrenze
absolut [µg]
Methanol
1,033
iso-Propanol
0,325
Aceton
0,396
Tetrahydrofuran 0,091
4.4.2
Erfassungsgrenze
[µg]
2,734
0,572
0,704
0,172
Korrelationskoeffizient
0,899
0,985
0,948
0,991
Verfahrensstandardabweichung
0,1785
0,0491
0,1096
0,0407
Analytik der hydrophoben Schadstoffkomponenten
Für die hydrophoben, weniger polaren und mit Wasser nicht mischbaren Stoffe ist der Verteilungskoeffizient klein und die Empfindlichkeit hängt somit fast nur vom Phasenverhältnis
ab. Das Dampfphasengleichgewicht ist damit zugunsten der Dampfphase verschoben. Damit
eignet sich die Headspace-Analyse (Dampfraum-Analyse) besonders für diese Komponenten.
Die statische Variante beruht auf der Einstellung eines Gleichgewichtes und ist daher exakt zu
36
beschreiben, zudem ist sie vergleichsweise einfach durchzuführen und vollständig automatisierbar.
Da es sich um eine Gleichgewichtseinstellung handelt, wird nicht der gesamte Anteil flüchtiger Schadstoffe erfaßt - ein Teil bleibt im Feststoff und/oder Wasser zurück. Die analysierte
Gasphase läßt man gegen Atmosphärendruck entweichen und wiederholt den Vorgang. Die
absoluten Stoffmengen in den beiden Phasen sind jetzt natürlich um den entwichenen Anteil
verringert. Eine anschließende zweite Dosierung wird demnach kleinere Peakflächen für jede
Komponente produzieren. Durch genügend häufiges Wiederholen des Prozesses – Dosierung,
Entlüftung, erneute Gleichgewichtseinstellung – können letztlich die flüchtigen Bestandteile
nahezu vollständig aus der Probe entfernt werden. Die Abnahme der Peakflächen erfolgt für
alle Komponenten streng exponentiell, so daß sich die mathematische Funktion und damit der
eigentliche Gehalt mit nur wenigen Analysen (mindestens zwei) berechnen läßt. Dadurch
spielen Wiederfindungsraten bei diesem Verfahren praktisch keine Rolle.
Tab. 4.4.2 -1: Verfahrenskenndaten für die GC-Analytik der hydrophoben Schadstoffkomponenten (nach DIN 32645)
Substanz
iso-Octan
Trichlorethylen
Toluol
Tetrachlorethylen
Chlorbenzol
Xylol
Nachweisgrenze
absolut
[µg]
0,174
0,109
0,041
0,113
0,045
0,049
Erfassungsgrenze
[µg]
0,318
0,204
0,080
0,388
0,088
0,096
Korrelationskoeffizient
Verfahrensstandardabweichung
0,979
0,994
0,998
0,993
0,998
0,998
0,0619
0,0330
0,0164
0,0354
0,0206
0,0200
37
4.5
Untersuchungsmethoden der Eigenschaften der mineralischen Dichtungsmaterialien
4.5.1
Bestimmung physikalischer und chemischer Stoffparameter
pH-Wert
Der pH-Wert wurde in Anlehnung an DIN ISO 10390 bestimmt.
Um den Einfluß organischer Stoffe in den Proben auf das Meßergebnis zu mindern, wurde
abweichend von der DIN-Norm statt der Lufttrocknung eine 105 °C-Trocknung vorgenommen.
Der pH-Wert wurde in einer wäßrigen Bodensuspension mittels einer Glaselektrode bestimmt: Je 5 ml der getrockneten, homogenisierten Probe wurden
A:
B:
mit 25 ml dest. Wasser
mit 25 ml Calciumchloridlösung 0,01 mol/l
5 min geschüttelt. Die Suspensionen wurden mindestens zwei Stunden stehen gelassen, dann
dekantiert und ggf. über Quarzwolle filtriert. Der pH-Wert wurde unter leichtem Rühren gemessen.
An der Universität Regensburg wurde aufgrund der geringeren zur Verfügung stehenden Probenmenge die Vorgehensweise wie folgt abgeändert: 0,3 g der gefriergetrockneten, homogenisierten Probe wurden in 1,5 ml dest. Wasser für 5 h suspendiert (Überkopfschüttler). Der
pH-Wert wurde mit einer Glaselektrode (Fa. Orion, Modell 9107 BN) gemessen (Meßmodul
250 A). Etwa 20 s nach dem Eintauchen der Elektrode in die Suspension wurde der pH abgelesen.
Kalibriert wurde jeweils mit zwei Lösungen: pH = 4 und pH = 7 (Fa. Merck).
Feuchtegehalt
Die Bestimmung der Feuchtegehalte der mineralischen Dichtungsmaterialien erfolgte gravimetrisch über den Gewichtsverlust durch Trocknung bei 105°C bis zur Gewichtskonstanz.
Die Messungen wurden mit einem Feuchtemeßgerät Sartorius MA 40 vorgenommen. Die
Berechnung des Feuchtegehaltes erfolgte entsprechend DIN 18121-1, wobei sich der Feuchtegehalt aus dem Quotienten des Gewichtsverlustes während der Trocknung und der Masse
der getrockneten Probe ergibt (Einwaagen ca. 2 bis 5 g). Die Proben wurden aus den Meßzellen in Analogie zu den gaschromatographischen Untersuchungen entnommen (s. Abschnitt
4.2.2 und 4.4).
Parallel dazu wurden gravimetrische Feuchtegehaltsbestimmungen mit höheren Einwaagen
(30 bis 150 g) im Zusammenhang mit der Gefriertrocknung von Proben für die Dünnschliffpräparation (s. Abschnitt 4.5.5) vorgenommen und ebenfalls entsprechend DIN 18121-1 berechnet.
Die Feuchtegehalte der für die bodenmechanischen Untersuchungen genutzten Proben wurde
separat bestimmt (siehe Abschnitt 4.5.4).
38
Karbonatgehalt
Der Karbonatgehalt wurde parallel an der BAM und an der Universität Regenburg mit vergleichbaren, für Serienbestimmungen geeigneten Apparaturen nach Klosa (1994) gemessen,
die analog der Scheibler-Methode (DIN ISO 10693) auf der Messung der sich entwickelnden
CO2-Menge einer Karbonat-Salzsäure-Reaktion in einem geschlossenen Reaktionsgefäß basieren. Die mittels Drucksensoren erfaßte Gasmenge ist proportional dem Karbonatgehalt der
Probe. Der Gesamtkarbonatgehalt wird ausgedrückt als Äquivalentkonzentration von CaCO3
(Gew.-%) und durch die Auswertesoftware berechnet.
Die zu messenden Proben wurden gemahlen und bei 105°C getrocknet (BAM) bzw. gefriergetrocknet (Regensburg). Mit den verwendeten Meßgeräten wird ein optimales Ergebnis erzielt, wenn der gemessene Enddruck den Bereich 50 bis 200 mbar erreicht (ein Enddruck von
200 mbar entspricht etwa einem Anteil von 0,5 g Calcit in der Probe). Der Karbonatgehalt der
zu messenden Proben wurde daher entsprechend den zu beobachtenden Reaktionen in einem
Handtest mit 10%iger Salzsäure oder in einem Orientierungsversuch mit geringer Einwaage
geschätzt und die Einwaage zwischen 1 und 50 g auf den zu erwartenden Enddruck abgestimmt.
In Regensburg wurde abweichend davon einheitlich mit einer Einwaage von 5 g gearbeitet.
Die Proben wurden in 500-ml-Glasflaschen überführt und verschlossen. Durch das Entleeren
eines mit 10 ml 10%iger HCl gefüllten Vorratsgefäßes (Schwalbennest), welches an der
Verschlußkappe befestigt ist und sich innerhalb der verschlossenen Flasche befindet, wird die
Reaktion in Gang gesetzt (Regensburg 20 ml ca. 12,5 % Salzsäure).
Im allgemeinen reagiert Calcit (CaCO3) recht schnell, die Zersetzung von anderen Karbonaten
wie Dolomit (CaMg(CO3)2 und Siderit (FeCO3) verläuft jedoch deutlich langsamer, so daß die
Dauer der Messungen (Datenaufnahme des Druckzuwachses) auf 30 min festgelegt wurde.
Zu jeder Serie (fünf Proben) wurde ein Blindwert (Dampfdruck der Säure), die Temperatur
und der atmosphärische Luftdruck zur Korrektur der gemessenen Druckwerte bzw. zur Berechnung des Karbonatgehaltes ermittelt. Es wurden für jede Probe zwei Parallelmessungen
ausgeführt.
Die Kalibrierung wurde mit Calcit (Merck Art.-Nr. 2066) vorgenommen. Die Wiederholgenauigkeit betrug ± 10 % (Größtfehler).
Aufgrund der geringen Gesamtschwefelgehalte (< 0,1 Gew.-%) der zu messenden Proben
(Ausnahme Meßzelle T11) konnte eine Verfälschung des Karbonatwertes durch die mögliche
Freisetzung von Schwefelwasserstoff z.B. aus Sulfiden vernachlässigt werden.
Bei Karbonatgehalten unter 1 Gew.-% wurden zum Vergleich zusätzlich Karbonatgehalte aus
den Elementaranalysen der Proben vor und nach dem Glühen bei 500°C oder einer HClBehandlung berechnet.
Sulfatbestimmung
Sulfate können durch mikrobielle Aktivität reduziert werden. Ziel der Sulfatbestimmung war
es, Keimzahlen von Sulfatreduzierern mit den Sulfatgehalten über das vertikale Profil in den
Meßzellen zu korrelieren.
Die wasserlöslichen Sulfate wurden gravimetrisch durch Fällung mit Ba2+ bestimmt
(DIN ISO 11048).
Etwa 1 g der sulfathaltigen Probe wurde 16 h in 50 ml dest. Wasser suspendiert (Überkopfschüttler). Nach Zentrifugieren wurde ein definierter Teil der überstehenden, klaren Lösung
entnommen, auf pH 7 eingestellt und mit 5 ml einer 2 molare Salzsäure versetzt. Das gelöste
39
Sulfat wurde durch (tropfenweise) Zugabe von 5 ml einer 5 %igen BaCl2-Lösung gefällt. Der
BaSO4-Niederschlag wurde ausgekocht, über einer Glasfritte (Porositätstyp G4) abgesaugt
und gravimetrisch bestimmt.
Die Genauigkeit des Verfahrens wurde anhand einer Gipsprobe (Fa. Merck, p.A.) bestimmt.
Die Wiederfindungsrate betrug 101-107 Gew.-%. Die erhöhten Gehalte wurden auf die Einlagerung von Chlorid in den BaSO4-Niederschlag zurückgeführt.
Die mineralischen Dichtungsmaterialien enthielten Ba nur in Spuren, so daß eventuell vorliegender, schwerlöslicher Schwerspat (BaSO4) nicht berücksichtigt werden mußte. Die untere
Nachweisgrenze betrug 2 mg/kg und orientierte sich an der gerade noch wägbaren Niederschlagsmasse (0,0001 g). Die obere Nachweisgrenze wurde durch die begrenzte Löslichkeit
von Gips − die genaue Bindungsform des Sulfats war jedoch unbekannt − vorgegeben (2 g/l,
20-80 °C); mit einer vorgegebenen Extraktionsmenge von 50 ml dest. Wasser konnten maximal 19 000 mg/kg bzw. 1,9 Gew.-% Sulfat-Schwefel in Lösung gebracht und nachgewiesen
werden. Die Löslichkeit von BaSO4 ist mit 0,25 mg/l (20 °C) bzw. 0,4 mg/l (100 °C) sehr
niedrig, so daß Gewichtsverluste durch Waschwasser vernachlässigbar waren.
Gehalt an organischer Substanz
Der Gehalt der mineralischen Dichtungsmaterialien an organischer Substanz wird über die
Bestimmung des Glühverlustes (auf die Trockenmasse bezogener Masseverlust der Probe
beim Glühen, DIN 18128), abgeschätzt.
Die Proben wurden zunächst in Abweichung von DIN 19684 bei 105 °C getrocknet und im
Mörser zerkleinert. In vorgeglühte Porzellantiegel werden 20 g der Probe eingewogen, im
Muffelofen bei 550 °C geglüht und nach dem Abkühlen im Exsikkator ausgewogen. Es wurden jeweils Doppelbestimmungen ausgeführt.
Geochemische Zusammensetzung
Mit Hilfe der Röntgenfluoreszenzanalytik (RFA) wurden die Gehalte an Haupt- und Spurenelementen ermittelt.
Das feuchte Probenmaterial wurde zunächst für 19 h bei ca. –50 °C im Vakuum (ca. 0,1
mbar) gefriergetrocknet, damit dieses anschließend analysenfein aufgemahlen werden konnte.
Bei dieser Prozedur konnten die in den Proben enthaltenen quellfähigen Tonminerale Wasser
aufnehmen (Luftfeuchtigkeit), so daß eine definierte Einwaage erst durch 16-stündige Nachtrocknung bei 105-110 °C realisiert wurde.
Für die Bestimmung der Hauptelemente (Si, Al, Fe, Mg, Ca, Na, K, Ti, P, Mn) wurden BoratSchmelztabletten (ø 30 mm, Dicke ca. 3 mm) hergestellt. Dafür wurde eine Mischung aus
1,2500 g trockener Probe und 4,0000 g Spectroflux® bei einer Temperatur von 1050-1150 °C
geschmolzen und in einer Pt-Kokille gegossen. Der Gewichtsverlust, der während des
Schmelzens auftrat, führte zu einer Verdünnung der Probe gegenüber der Borat-Matrix. In
einem separaten Experiment wurde daher der Glühverlust (für 2 h bei 1070 °C) quantifiziert
und zu den Gewichtsanteilen der Elemente addiert.
Die Spurenelemente (Zr, Y, Sr, Rb, Pb, Zn, Cu, Ni, Cr, V und Ba) wurden an einer Wachspreßtablette (ø 30 mm, Dicke ca. 3 mm) gemessen, wodurch eine erhöhte Nachweisempfindlichkeit erzielt werden konnte. Diese wurde aus jeweils 1,00 g der trockenen Probe und 0,80 g
Wachs (Carnauba C Mikropulver, Fa. Hoechst) unter einem Pressdruck von 30 kN je
0,71 cm2 hergestellt.
40
Die Messungen erfolgten an einem wellenlängendispersiven Sequenz-Röntgenspektrometer
(Philips PW 1400) unter Verwendung einer Rh-Röhre (40 bis 50 kV) und der Auswertesoftware X40 (Fa. Philips, 1993). Die Ermittlung der Elementkonzentrationen erfolgt dabei empirisch anhand von Kalibrierkurven, die mittels einer Auswahl von etwa 50 Geostandards erstellt wurden. Zu jeder Meßserie wurden 2 bis 3 Geostandards mitgeführt, um die Richtigkeit
der am Meßtag erzielten Ergebnisse zu bestätigen. Die Nachweisgrenze der Elemente lag bei
etwa 5 mg/kg. Nach Addition der gemessenen Haupt- und Spurenbestandteile sowie des
Glühverlustes wurden die Ergebnisse auf 100 % normiert.
Die Methode ist – im Rahmen der erreichbaren Linienauflösung – unempfindlich gegenüber
der Wertigkeit der Elemente, so daß für Eisenspeziesanalysen photometrische und mößbauerspektroskopische Untersuchungen (s. Abschnitt 4.5.3 und 5.3.5) herangezogen wurden.
Potentielle Kationenaustauschkapazität
Die Bestimmung der KAKpot erfolgte in Anlehnung an DIN ISO 13536.
In einer Hintausch-Reaktion wurden die aus der Bodensuspension austauschbaren Kationen
durch einen Überschuß an Ba2+ substituiert. Danach wurden die Elemente Na, K, Mg, Ca, Al
und Fe mittels Flammen-Atomabsorptionsspektroskopie (FAAS) bestimmt. Bei der Rücktausch-Reaktion wurde Ba2+ durch einen Überschuß an Mg2+ substituiert; vor dem Rücktausch wurde überschüssiges Ba2+ ausgewaschen. Das rückgetauschte Ba2+ wurde ebenfalls
mittels FAAS bestimmt.
Je Ansatz wurde ein Glastrichter nacheinander mit Filterwatte, 10 g Quarzsand, 0,5 g Probenmaterial und 10 g Quarzsand beladen; jede Probe wurde doppelt bestimmt, je Meßserie ein
Blindwert angesetzt. Bei der Hintauschreaktion wurde in halbstündigem Abstand 5 mal mit 15
ml einer mit Triethanolamin (Fa. Merck, p. A.) gepufferten BaCl2-Lösung umgesetzt (pH
8,1), danach wurden 2 mal 15 ml einer (ungepufferten) 0,1 molare BaCl2-Lösung zugegeben.
Das Eluat wurde in 250 ml Meßkolben aufgefangen; vor der Messung am FAAS wurden 2,5
ml Pufferlösung nach Schinkel zugegeben und mit dest. Wasser bis zur Eichmarke aufgefüllt.
Am FAAS (Perkin-Elmer 420 Atomic Absorption Spectrophotometer) wurden die Gehalte an
ausgetauschtem Na, K, Mg, Ca, Al und Fe quantitativ bestimmt; die Konversion von Extinktionen in Konzentrationen erfolgte anhand von Kalibrierkurven, die am Meßtag frisch angefertigt wurden (Standardlösungen der Elemente, Fa. Merck).
Vor dem Rücktausch wurde überschüssiges Ba2+ 5 mal mit je 20 ml dest. H2O ausgewaschen.
Die Trichter wurden auf neue 250 ml Meßkolben gesetzt und 9 mal mit je
25 ml einer 0,1 molare MgCl2-Lösung umgesetzt (Rücktauschreaktion). Das Eluat wurde nach
Zugabe von 2,5 ml Schinkel-Pufferlösung mit dest. Wasser bis zur Eichmarke aufgefüllt. Ba2+
wurde am FAAS quantitativ bestimmt. Eine Schinkel-Pufferlösung (Fa. Merck) besteht aus
einer Cs- (10 g/l) und La-haltigen (100 g/l) Lösung, und hat den Zweck, die Entstehung feuerfester Verbindungen des Mg in der Flamme zu unterdrücken.
Die am FAAS gemessenen Extinktionen wurden über eine Kalibrierkurve in Konzentrationen
umgerechnet und auf die Einwaage der gefriergetrockneten Probe bezogen. Die Angabe der
Austauschkapazität erfolgt nach der DIN-Norm in cmol+/kg (früher: mval/kg). Bei den Kationenaustauschreaktionen wurde unterstellt, daß deren Kinetik hinreichend schnell war.
41
Effektive Kationenaustauschkapazität
Die Bestimmung der KAKeff erfolgte in Anlehnung an DIN ISO 11260. Diese ist im Vergleich zur potentiellen um den Beitrag der Protonen (H3O+) erniedrigt.
Die wäßrige Bodensuspension wurde mit einer ungepufferten NH4Cl-Lösung umgesetzt. Das
Filtrat enthält die durch Ammoniumionen substituierten Kationen. Mittels FlammenAtomabsorptionsspektroskopie wurde der Gehalt an Na, K, Mg, Ca, Al und Fe bestimmt. Die
Summe der Kationen, gewichtet nach ihrer chemischen Wertigkeit, lieferte die effektive Kationenaustauschkapazität.
0,5 g der gefriergetrockneten, homogenisierten Probe wurden in 100 ml 1 molare NH4ClLösung zwei Stunden suspendiert (Überkopfschüttler). Nach dem Kationenaustausch wurde
abfiltriert. Das Eluat wurde am FAAS vermessen. An jeder Probe wurde eine Doppelbestimmung durchgeführt, je Meßserie wurde ein Blindwert mitgeführt. Die am FAAS gemessenen
Extinktionen wurden über eine Kalibrierkurve in Konzentrationen umgerechnet und auf die
Einwaage der gefriergetrockneten Probe bezogen (Maßeinheit cmol+/kg). Bei diesem Verfahren wurde unterstellt, daß der Kationenaustausch nach zwei Stunden abgeschlossen war.
Spezifische Oberfläche (N2-BET)
Universität Regensburg:
Die Bestimmung der spezifischen Oberfläche einer Bodenprobe erfolgte durch Belegung der
porösen Probe mit einer monomolekularen Schicht von Stickstoffmolekülen N2. Aus der adsorbierten Menge und dem Platzbedarf eines N2-Moleküls wurde die spezifische Oberfläche
berechnet. Die adsorbierte Stickstoffmenge wurde volumetrisch bestimmt; infolge der Adsorption kommt es im Vergleich zu einer stickstoffgefüllten Referenzkammer zu einer Druckerniedrigung in der Meßkammer, die über ein Barometer (U-Rohr mit Flüssigkeit) bestimmt
wurde.
Vor der Durchführung der Sorptionsmessungen wurden ca. 400 mg der feucht-anaeroben
Probe von adsorbiertem Wasser entfernt, indem man diese im Stickstoffstrom (Meßgas
zugleich Inertgas) auf 105-110 °C aufheizte.
Die Bestimmung selbst erfolgte mittels eines Areameters (Fa. Ströhlein, DIN 66132) nach der
sogenannten Einpunktmethode. Je Probe wurde eine Doppelbestimmung durchgeführt (Mittelwertbildung), je Meßserie ein Blindwert angesetzt.
Über ein Nomogramm werden die Meßparameter in spezifische Oberflächen umgerechnet.
Die Genauigkeit der Messung wurde anhand eines Aktivkohlestandards, der eine Oberfläche
von (107 ± 2) m2/g hatte, bestimmt.
BAM:
Die Bestimmung der spezifischen Oberflächen erfolgte parallel an der BAM an ausgewählten
Proben nach DIN 66131 (BET, Mehrpunktverfahren, Meßgas Stickstoff, 77 K). Die Messung
für die Proben Wilsum und Bastwald wurden am Sorptionsautomat ASAP 2010 durchgeführt.
Dabei wurden aus den Segmenten der Meßzellen T03 und T07 sowie aus Proctorkörpern der
Ausgangsproben Wilsum und Bastwald (ohne Zusatz von Montigel F) zwei bis drei kleine
Stücke von maximal 0,5 x 0,5 x 1,5 cm geschnitten (entspricht zusammen einer Einwaage von
1,5 bis 2,5 g) und gefrier- oder luftgetrocknet. Es wurden Doppelmessungen vorgenommen.
Der prozentuale Fehler lag bei ± 0,3 bis 1% für die Angabe der spezifischen Oberfläche.
Für die Proben aus der Meßzelle T11 wurden die Sorptions- und Desorptionsisothermen mit
dem Gerät Sorptmatic 1900 der Fa. ThermoQuest - CE Instruments gemessen (volumetrisches, diskontinuierliches Meßverfahren). Die Kalibrierung des Totvolumens erfolgte mit
Stickstoff. Als Adsorptiv diente Stickstoff der Reinheit 5.0. Ca. 100 g der zu messenden, ge42
friergetrockneten Proben wurden analog DIN EN 932-1 geviertelt und 5 h bei Raumtemperatur im Vakuum (ca. 1 Pa) entgast. Die Einwaage betrug etwa 1 g.
Die spezifische Oberfläche wurde entsprechend DIN 66131 nach BET aus der Mehrpunktbestimmung für den Bereich des Relativdruckes 0,05 ≤ p/p0 ≤ 0,3 berechnet. Das spezifische
Porenvolumen wurde entsprechend DIN 66134 aus der Adsorptionsisotherme nach Gurwich
für p/p0 = 0,995 und nach BJH aus der Desorptionsisotherme für p/p0 ≥ 0,3 ermittelt. Die Berechnung der Porenvolumenverteilung erfolgte nach BJH (DIN 66 134) aus der Desorption.
Korngrößenverteilung
Die Messung der Korngrößenverteilung der zu untersuchenden Dichtungsmaterialien gestaltete sich aufgrund ihres sehr unterschiedlichen Kornspektrums teilweise sehr problematisch
(Proben mit sehr hohem Feinanteil, sehr inhomogene Proben durch hohen Grobanteil). Die
Korngrößenverteilung mußte daher mit unterschiedlichen Meßverfahren ermittelt werden.
Sedimentationsanalyse
Die Sinkgeschwindigkeit eines dispersen Feststoffes in einer Flüssigkeit ist entsprechend dem
Stokes'schen Gesetz abhängig von Größe, Dichte und Form der Partikel sowie von der Dichte,
Viskosität und Temperatur der Flüssigkeit. Ergebnis einer Sedimentationsanalyse ist eine
Sinkgeschwindigkeits-Verteilung (Grundlagen DIN 66111), aus der eine Korngrößenverteilung unter Annahme einer Kugelform der Partikel berechnet werden kann. Da insbesondere
Tonteilchen (< 2µm) häufig eine Blättchenform und damit eine geringere Sinkgeschwindigkeit aufweisen, ist hier ein systematischer Fehler zu berücksichtigen (Tonanteil wird überrepäsentiert).
Von den zwei angewendeten Verfahren der Sedimentationsanalyse wird hier nur die Methodik unter Verwendung eines Röntgensedimentometers beschrieben. Da die Atterbergschlämmung hauptsächlich der Herstellung von Texturpräparaten für die Tonmineralanalytik sowie
der Bindemittelcharakterisierung diente, wird diese unter Abschnitt 4.5.2 näher erläutert.
Das vorhandene Röntgensedimentometer (SediGraph 5100, Fa. Micromeritics) verfügt über
eine feste Röntgenquelle/Detektor-Einheit, durch die eine Probenzelle zur Verkürzung der
Meßzeit vertikal bewegt wird. Die augenblickliche Röntgenabsorption einer Schicht in der
Meßzelle ist proportional der Feststoffkonzentration und damit dem Mengenanteil aller Partikel, deren Sinkgeschwindigkeit kleiner ist als die für diese Sedimentationshöhe aus dem Stokes'schen Gesetz errechnete Sinkgeschwindigkeit.
Die Einwaage-Menge luftgetrockneter Proben richtete sich analog zu DIN 18123 nach dem
enthaltenen Größtkorn. Zunächst wurde eine Naßsiebung bis 63 µm in den Schritten 2000,
630, 200, 125 und 63 µm in einer Siebmaschine ausgeführt und die Mengenanteile der einzelnen Fraktionen nach Trocknung bei 105 °C gravimetrisch bestimmt DIN (18123-4).
Eine Bindemittelentfernung und Dispergierung der Proben mit Na-Pyrophosphat (Na4P2O7)
oder Ultraschall wurde nicht vorgenommen (5.3.1). Falls sich die Proben durch Rühren nicht
ausreichend dispergieren ließen, wurde der Suspension ein stark verdünntes Netzmittel (Agepon, Agfa) zugegeben oder eine sehr kurze Ultraschallbehandlung durchgeführt. Jeweils etwa
5 g der 63 µm-Fraktion der gesiebten Probe wurde in die Misch- und Rühreinheit des Röntgensedimentometers überführt.
Die Kalibrierung des Röntgensedimentometers wurde mit einer Granat-Standardprobe vorgenommen. Die Basislinie der Röntgenabsorption der Sedimentationsflüssigkeit ohne Partikel in
der verwendeten Meßzelle wurde in regelmäßigen Abständen bestimmt. Vor jeder Messung
wurde automatisch die maximale Röntgenabsorption der zirkulierenden Probe ermittelt, die
einer Feststoffkonzentration von 100% gleich gesetzt wird. Anschließend wurde die Absorp43
tion der Röntgenstrahlen in der Meßzelle zu berechneten Zeitpunkten und Fallhöhen vom
Beginn der Sedimentation an gemessen und entsprechend der Einwaage in eine Korngrößenverteilung durch die Software des Gerätes umgerechnet. Dabei kann bei Eingabe der ermittelten Werte der Siebanalyse der gesamte Korngrößenbereich in die Auswertung einbezogen
werden. Für die Auswertung und Darstellung der Ergebnisse wurde auch die Software VAS
Unikorn 2.0 (Fa. Beguma) herangezogen, die einen Datentransfer vom vorhandenen Gerät
ermöglicht.
Die Messung von Proben mit sehr hohem und teilweise quellfähigem Tonanteil führte zur
Verstopfung der Schläuche des Durchflußsystems des Sedimentometers, so daß Messungen
insbesondere bei den Materialien Wilsum und Na-Bentonit nicht realisierbar waren und auf
einen Laserpartikelzähler zurückgegriffen wurde.
Partikelgrößenanalyse mittels Laserlichtstreuung
Die Strahlung eines Halbleiterlasers (Wellenlänge λ = 750 nm) wird von den Partikeln in der
Bodensuspension gestreut. Etwa 0,5 g der Probe wurden in 5 ml dest. Wasser 16 h suspendiert
(Überkopfschüttler). Die Bodensuspension wurde in das Meßmodul des Partikelzählers
LS 230 (Fa. Coulter) eingeführt. Das Rührwerk wurde auf 60 % der maximalen Rotationsgeschwindigkeit eingestellt. Die Auswertung erfolgte rechnergestützt unmittelbar nach der Messung (Meßbereich 0,04-2000 µm).
Die Genauigkeit der Messung wurde vor einer Meßserie mit einem sog. Coulter-Standard
bestimmt. Zwar konnte mit dieser Methode eine Messung bis in den Korngrößenbereich
0,04 µm vorgenommen und die Tonfraktion (Fraktion < 2 µm) in Fein-, Mittel- und Grobton
aufgeschlüsselt werden, die Tonfraktion wird aber aufgrund der Morphologie der Tonpartikel
(keine Kugel-, sondern Blättchenform) durch dieses Meßverfahren unterrepräsentiert, was bei
der Interpretation zu berücksichtigen ist.
44
4.1.2
Untersuchung des Tonmineralbestandes
Voraussetzung für die Analyse der Tonminerale war deren Gewinnung über eine Kornklassenfraktionierung nach Atterberg. Von der Tonfraktion (< 2 µm) wurden Texturpräparate für
die quantitative Tonmineralbestimmung angefertigt, da darin die Tonminerale angereichert
sind. Durch fraktionierende Sedimentation wurde zusätzlich die (agglomeratfreie) Korngrößenverteilung ermittelt.
Die Bindemittel der Tonminerale wirken in verschiedener Hinsicht störend auf die Untersuchung der mineralischen Dichtungsmaterialien. Ohne eine Bindemittelentfernung lassen sich
die Proben für eine Atterbergschlämmung nicht ausreichend dispergieren, da u.a. Ca2+ koagulierend auf Tonmineralpartikel wirkt. In den röntgendiffraktometrischen Aufnahmen der
Texturpräparate zur Tonmineralanalyse (s.u.) führen CaCO3 oder Eisenoxide zu störenden
Reflexen bzw. unscharfen Peaks. Mit der Bindemittelextraktion sollte darüber hinaus versucht
werden, den Anteil der Proben an dreiwertigem Eisen, das nicht in der Silikatstruktur gebunden ist, quantitativ zu erfassen.
Bindemittelcharakterisierung
Die Karbonate wurden mit Salzsäure bei einem pH-Wert 4,5 entfernt. Eventuell vorhandene
organische Bindemittel oder eindiffundierte Schadstoffe wurden mit Wasserstoffperoxid zu
CO2 oxidiert. Die oxidischen Bindemittel des Eisens, Aluminiums und Mangans wurden mit
der Dithionit-Citrat-Bikarbonat-Methode (DCB) entfernt und quantitativ am FAAS bestimmt.
Bei der DCB-Methode (Mehra & Jackson, 1960) wird dreiwertiges Eisen durch einen Überschuß an Dithionit zu Fe2+ gemäß folgender Reaktionsgleichung reduziert:
S2O42- + 2 Fe3+
2 SO2 ↑ + 2 Fe2+.
Das zweiwertige Eisen wird zusammen mit Al und Mn in Form von Citratkomplexen in Lösung gehalten und durch mehrmaliges Auswaschen mit dest. Wasser entfernt, wobei der pHWert mit Natriumhydrogenkarbonat auf 7,3 gepuffert wird. Das Gleichgewicht der Reaktion
wird durch einen Überschuß an Dithionit, einer Citrat-Komplexierung des zweiwertigen Eisens und begleitet von einer Entfernung des gasförmigen Produkts SO2 aus dem Reaktionsraum (offenes System) nach rechts verschoben.
Zur Dekarbonatisierung wurden 15 g der Rohsubstanz in 100 ml 2 molare NatriumacetatEssigsäure-Puffer (pH 4,8) suspendiert. Mit verdünnter Salzsäure wurde auf pH 4,5 titriert.
Die karbonatfreie Suspension wurde zur Entfernung organischer Bindemittel 2-3 mal mit 50
ml einer 10 %igen Wasserstoffperoxidlösung bei 60-70 °C umgesetzt. Zur Entfernung der
oxidischen Bindemittel des Fe, Al, und Mn wurde der nach Zentrifugieren erhaltene Rückstand in einer Lösung, bestehend aus 50 ml einer wäßrigen 0,3 molare Natriumcitrat-Lösung
und 10 ml einer wäßrigen 1 molare NaHCO3-Lösung, suspendiert. Bei 75-80 °C wurden 0,5
g-Portionen festen Natriumdithionits zugegeben. Die Reduktion war quantitativ, wenn ein
Farbumschlag von braun nach grau erfolgt war. Nach Zentrifugieren wurde im Überstand,
dem DCB-Extrakt, quantitativ Fe, Al und Mn bestimmt (FAAS). Der feuchte Rückstand wurde nach Schlämmung zur Herstellung der Texturpräparate für tonmineralogische Untersuchungen weiterverwendet.
Nach Untersuchungen von Goodman (1988) ist der Selektivitätsbegriff solcher Extraktionsverfahren kritisch zu beurteilen.
45
Atterbergschlämmung
Vor einer Schlämmung wurde die Sandfraktion (63 µm bis 2 mm) naß abgesiebt und die Proben wurden von Bindemitteln befreit (s.o.), um eine Dispergierung der Proben zu ermöglichen. Die fraktionierende Sedimentation der < 63-µm-Kornfraktion erfolgte in Atterbergzylindern. Mit Ausnahme der Proben des Natriumbentonits (wässrige 0,1 molare Ammoniaklösung) wurden die Proben in dest. Wasser suspendiert und in die Fallzylinder überführt. Diese wurden mit einem Suspensionsmedium auf eine Fallhöhe von 25 cm aufgefüllt und auf
geschüttelt. Nach einer Sedimentationszeit von 20 h wurde die Tonfraktion abgehebert. Dieser
Vorgang wurde so oft wiederholt bis das Medium praktisch klar war. Analog wurde
Feinschluff nach 2 h und Mittelschluff nach 12 min Fallzeit entnommen. Der nach der letzten
Schlämmung im Zylinderboden verbleibende Rest war Grobschluff.
Die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse ist besonders abhängig von der Kornform der Tonpartikel (da diese im zugrundeliegenden Stokes'schen Gesetz als kugelförmig angenommen werden) und von der Temperatur. Von einer homogenen Kaolinit- Probe wurden exemplarisch
sechs Schlämmungen bei jeweils gleicher Einwaage durchgeführt. Die größte Standardabweichung der Auswaagen lag bei ± 6 % (t-Test, P = 99 %)
Qualitative und quantitative Tonmineralanalyse
Die Bestimmung der Tonminerale erfolgte mittels Röntgendiffraktometrie anhand von Texturpräparaten der Kornfraktion < 2 µm.
Etwa 120 mg bindemittelfreies Material der Fraktion < 2 µm wurden 3 mal mit je 2 ml einer
1 molare CaCl2-Lösung umgesetzt. Dadurch wurde eine einheitliche Kationenbelegung in den
Zwischenschichten der Smektite erreicht, die zu einem definierten Schichtabstand führte. Zuletzt wurde überschüssiges CaCl2 mit dest. Wasser ausgewaschen. Durch Zugabe von 3 ml
dest. Wasser wurde eine Suspension erhalten, die auf einen planpolierten, quadratischen Träger aus Reinstsilicium (Si-Wafer; niedriger Meßsignaluntergrund) von 5 x 5 cm2 Fläche aufgebracht wurde. Durch langsame Verdunstung des Wassers wurden Texturpräparate erhalten,
bei denen sich die Tonmineralplättchen mit der a,b-Ebene bevorzugt zur Si-Trägerebene parallel ausrichteten. Die Texturpräparate wurden bis zur Messung im Exsikkator über konstanter Luftfeuchtigkeit aufbewahrt.
Die Herstellung der Texturpräparate war mit Ausnahme der Proben der Na-Bentonit-DWM
unproblematisch. Bei diesem Material wurde die Textur durch Begleitminerale in der Tonfraktion merklich gestört. Demzufolge waren die Basisreflexe, soweit überhaupt noch vorhanden, so intensitätsschwach und breit, daß sie im Bereich des Untergrundrauschens integriert werden mußten. Dies ist bei der Auswertung der Ergebnisse der Tonmineralanalyse zu
beachten.
Die Messungen wurden an einem Siemens D-5000 Diffraktometer (Bragg-BrentanoGeometrie) unter Verwendung einer Cu-Röhre (40 kV, 40 mA) ausgeführt. Der Strahlengang
wurde primär- und sekundärseitig mittels Sollerblenden (effektive axiale Divergenz jeweils
2,3 °) und Aperturblenden (Festspaltsystem, Öffnungswinkel jeweils 0,5 °) begrenzt. Die polychromatische Strahlung der Cu-Röhre wurde durch einen gekrümmten Graphit-Sekundärmonochromator (statt Ni-Filter) monochromatisiert. Eine Auflösungsblende, die sekundärseitig zwischen Aperturblende und Monochromator angebracht war, bewirkte eine konstante
apparative Winkelauflösung von 0,03 °2θ. Das Diffraktometer wurde mit der SiemensSoftware Diffrac-AT angesteuert. Die Messungen wurden im Winkelbereich von 2 bis 65 °2θ
(Pulverpräparate - entspricht einem Netzebenenabstand von 44 Å bis 1,44 Å) bzw. von 2 bis
15 °2θ (Texturpräparate) mit einer Schrittgeschwindigkeit von 0,03°2θ /0,1s ausgeführt.
46
Zur Auswertung wurden die (001)-Reflexlagen von Smektit (14,4 - 15,6 Å), Illit (9,610,1 Å) und Kaolinit (7,14 Å) herangezogen. Chlorit konnte ausgeschlossen werden, da der
14Å-Peak nach Ethylenglykol-Behandlung vollständig auf etwa 18 Å verschoben wurde (Ethylenglykolintercalat des Smektits). Hinweise auf Illit/Smektit-Wechsellagerungsminerale
wurden im Diffraktogramm nicht registriert.
Die quantitative Auswertung der Tonminerale erfolgte mit der Software NEWMOD® (Reynolds, 1996). Aus den nachgewiesenen Komponenten Kaolinit, Illit und Smektit wurde zunächst ein Referenz-Diffraktogramm simuliert. Die Peakflächen der (001)-Reflexe wurden
integriert und mit den entsprechenden Integralen der gemessenen Diffraktogramme korreliert.
Eine ausführliche Diskussion der NEWMOD® zugrunde liegenden Algorithmen wird in Moore & Reynolds (1997) dargestellt.
Mit Hilfe von Röntgendiffraktometer-Pulveraufnahmen der gesamten Kornfraktion wurden
weitere mineralische Phasen qualitativ identifiziert.
Bei Hochofenzement (eine Ausgangskomponente der DWM) spielen die latent hydraulischen
Klinkerphasen (Tricalciumsilikat, Dicalciumsilikat, Calciumaluminatferrit, Tricalciumaluminat) eine wichtige Rolle, die bei der Verarbeitung zur Dichtmasse Zementhydratphasen (Tobermorit, u.a.) bilden.
Die Auswertung der Diffraktogramme erfolgte durch ein sukzessives Übereinanderlegen der
Meßdaten mit den in Frage kommenden Linienprofilen von Referenzphasen (elektronisches
JCPDS-Karteisystem). Die Auswahl der abgeprüften Mineralphasen orientierte sich an den in
den Standardwerken von Brindley (1980) und Moore & Reynolds (1997) gemachten Vorschlägen. Die Zuhilfenahme anderer Analysenergebnisse (RFA, Karbonat, Sulfat, pH,
REM/EDX) war ebenfalls unerläßlich.
Aufgrund dessen, daß die interessanten (Redox- und pH-sensiblen) Mineralphasen des Eisens
und der Karbonate nur als Nebenbestandteile in der Probe enthalten waren, konnten nur die
intensitätsstärksten Linien dieser Verbindungen zur Auswertung herangezogen werden; hierin
zeigte sich eine starke Einschränkung der Methode. Schwierigkeiten bei der Zuordnung ergaben sich auch dann, wenn durch isomorphe Substitution die d-Werte verschoben waren (z.B.
Al in Goethit) oder wenn mehrere Peaks zur Überlappung kamen (z.B. Feldspäte und Quarz).
Das Intensitätsprofil konnte durch isomorphe Kationensubstitution oder Textureffekte (Tonminerale, Gips) modifiziert sein. Die aus Pulverdiffraktogrammen abgeleiteten Aussagen zu
den Nebenbestandteilen, mit Gehalten von < 5 Gew.-%, dürfen deshalb nicht überinterpretiert
werden.
REM/EDX-Analysen
Die Elementgehalte zeigten bereits im Ausgangsmaterial ortsabhängig eine relativ große
Schwankungsbreite. Mit Hilfe der Rasterelektronenmikroskopie (REM) wurde zunächst versucht, bei 100 bis 1000facher Vergrößerung Inhomogenitäten im Gefüge aufzuspüren. Mit
Hilfe von Spotanalysen wurden die darin enthaltenen Elemente mittels energiedispersiver
Röntgenspektroskopie halbquantitativ bestimmt.
Für die zur REM/EDX-Analyse benötigten Anschliffe wurden polierte Gegenstücke der
Dünnschliffpräparation verwendet, deren Herstellung unter Abschnitt 4.5.5 beschrieben wird.
Um elektrostatische Aufladungen abzuleiten, wurde der Anschliff mit einer Goldschicht bedampft und über einen Aluminium-Draht mit der Probenhalterung verbunden. Die REMAnalysen wurden an einem Digital Scanning Microscope DSM 950 (Fa. Zeiss) durchgeführt.
Als Elektronenquelle diente eine W-Kathode (Beschleunigungsspannung 20 kV). Der Arbeitsabstand zwischen Austrittsblende (primärseitig) und Präparat betrug 23 mm. Für die Anfertigung von REM-Aufnahmen wurden Sekundärelektronen detektiert: Im REM-Bild nimmt
47
die Helligkeit mit steigender Ordnungszahl des Elements zu. Die EDX-Analysen wurden mit
dem Modul Link Analytical QX 20 durchgeführt. Mit dem Si(Li)-Detektor konnte eine Energieauflösung von 20 eV erreicht werden. Die Elemente Si, Al, Fe, Mg, Ca, Na, K, Mn, Ti, P,
S und Cl wurden halbquantitativ ausgewertet. Dazu wurden ausschließlich Spotanalysen
durchgeführt, wobei über eine Fläche von 1,4 µm2 (bei 1000facher Vergrößerung) bzw. 5,5
µm2 (bei 500facher Vergrößerung) integriert wurde. Durch Setzen von Energiefenstern wurde
Elementverteilungsmuster abgebildet.
4.1.3
Untersuchungen zum Redoxmilieu / Eisenspeziesanalysen
Als ein Indikator für in der mineralischen Dichtungskomponente abgelaufene Redoxprozesse
wurde der Eh-Wert herangezogen. Der zweite Indikator, das Fe(III)/Fe(II)-Verhältnis, wurde
z.T. mittels photometrischer Extinktionsmessungen des [Fe(phen)3]2+-Komplexes, z.T. mößbauerspektroskopisch bestimmt.
Außerdem wurde über die Bindemittelextraktion (s. Abschnitt 4.5.2) eine Bewertung des
nichtsilikatischen Fe-III-Anteils vorgenommen.
Eh-Wert (Redoxpotential)
Mittels Redoxpotentialmessungen wird die Bereitschaft eines makroskopischen Systems zur
Elektronenaufnahme oder -abgabe gegenüber einem Referenzsystem quantitativ bestimmt
(Elektronenaktivität). Die Bestimmung der Redoxspannung wurde in Anlehnung an E DIN
ISO 11271 durchgeführt. Aufgrund der zu erwartenden geringen Ionenaktivitäten in der Bodensuspension wurde unter Sauerstoffausschluß gearbeitet (Schlenktechnik).
Eine Spatelspitze, d.h. ca. 20 ± 5 mg, der unter flüssigem Stickstoff gelagerten Probe wurden
in einer Glove-Box mit Argon-Atmosphäre (Reinheit 4.6) entnommen, und in einem Schlenkkolben mit ca. 30 ± 5 ml Wasser suspendiert. Zur Entfernung von gelöstem Sauerstoff (Löslichkeit bei 20 °C ca. 9 mg/l) wurde das dest. Wasser zuvor mind. 2 h über einer Fritte mit
Argon (Reinheit 4.6) gesättigt. Die Probe wurde dann unter ständigem Rühren ca. 30 min suspendiert. Die Messung des Redoxpotentials erfolgte mit einer Kombinationsredoxelektrode
aus einer Pt-Elektrode und einer Ag/AgCl-Halbzelle (Einstabmeßkette „Redox/ORP Model
96-78“; Fülllösung „3 molare KCl gesättigt mit Ag No. 900011“; Fa. Orion). Die Ablesung
erfolgte 5 min (± 30 s) nachdem die Pt-Elektrode in die Bodensuspension eingeführt worden
war.
Der abgelesene Meßwert kann durch Temperatur und pH-Wert (vgl. Nernst'sche Gleichung)
beeinflußt werden. Ein direkter Vergleich der Werte untereinander ist strenggenommen nur
bei gleichen Redoxpaaren und gleichem pH-Wert zulässig.
Die Funktionstüchtigkeit der verwendeten Pt-Elektrode wurde anhand von Redoxpufferlösungen aus Chinhydron und pH-Puffer geprüft. Deren Eh-Werte sind in Abhängigkeit
von pH-Wert, Temperatur und Elektrodentyp tabelliert (Eh 268 mV bei pH 4 bzw. Eh 92 mV
bei pH 7, jeweils bei 20 °C für Pt-Ag/AgCl-Kombinationselektrode). Eine Kalibrierung in
Form einer 2-Punkt-Messung, wie sie bei einer pH-Messung mittels Glaselektrode durchgeführt wurde, war hier nicht notwendig.
48
Photometrische Eisenspeziesanalyse
Die mineralische Probe wurde mittels eines Flußsäure-Schwefelsäure-Aufschlusses in Lösung
gebracht. Durch 1,10-Phenanthrolin (phen) wurde das in der Probe enthaltene Fe(II) dreifach
chelatisiert. Dieser orangerote Komplex zeigte mit ε = 1,11 · 104 l/(mol · cm) eine starke
Absorption im sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums. Im Absorptionsmaximum bei 510 nm wurde die Extinktion bestimmt, die im Bereich von 0,1 bis 0,9 linear
proportional zur Fe(II)-Konzentration ist. Der Fe(III)-Gehalt wurde dadurch bestimmt, daß
man in der Lösung vorliegendes Fe(III), das als zweikerniger, oxo-verbrückter, farbloser
Komplex vorliegt, mittels UV-Strahlung (λmax 350 nm) photochemisch reduzierte. Die anschließend bestimmte Extinktion war um den Betrag der reduzierten Fe(III)-Spezies erhöht
und damit proportional zum Gesamteisengehalt. Der Fe(III)-Gehalt ergab sich aus der Differenz zwischen Gesamteisen- und Fe(II)-Gehalt und daraus das Fe(III)/Fe(II)-Verhältnis.
Die Einwaage an feucht-anaerober Analysensubstanz wurde so angepaßt, daß die zu erwartende Extinktion im Bereich von 0,1 bis 0,9 lag (ca. 50-200 mg). Die Probe wurde in einem
Teflonbecher, der zuvor mit Argon (Reinheit 4.6) gespült wurde, mit 10 ml
4,3 normale H2SO4 und 2 ml einer frisch hergestellten ethanolischen Phenanthrolinlösung
versetzt (10 Gew.-% 1,10-Phenanthrolinmonohydrat, Fa. Merck, p.A., in 95 %igem Ethanol,
Fa. Merck, p.A. Uvasol). Nach Zugabe von 1 ml Flußsäure (48 %ig, Fa. Merck, p.A.) wurde
ein Deckel (als Lichtschutz) aufgesetzt und 30 min bei 94-95 °C im Wasserbad erhitzt. Nach
dem Erkalten auf Raumtemperatur wurden 10 ml Borsäure (Fa. Merck, p.A., gesättigte Lösung in bidest. Wasser) zugesetzt. Dadurch wurden ausgefallene, schwerlösliche Fluoride
(z.B. CaF2) durch Komplexierung in Lösung gebracht. Die Aufschlußlösung wurde mit einer
definierten Wasserzugabe auf 80-90 g verdünnt. Davon wurde 1 ml entnommen und in eine
vorgelegte Pufferlösung aus 10 ml einer 1 %igen wäßrigen Natriumcitratlösung (Fa. Merck,
p.A.)
überführt.
Anschließend
wurde
die
Fe(II)-Extinktion
in
einer
1-ml-Küvette mittels eines Perkin Elmer UV/VIS-Spektrometers Lamda 2S bestimmt. Die
Küvette wurde zur Bestrahlung in eine optische Bank (Fa. Müller Elektronik) eingespannt, die
Photoreduktion wurde durch eine Xenon-Kurzbogenlampe (Fa. Osram, XBO 1000 Watt, Emissionsbereich > 170 nm) herbeigeführt. Zwischen Lampe und Küvette wurde eine Kombination aus zwei optischen Glasfiltern (Fa. Itos, UG 11, Dicke 2 mm; WG 335, Dicke 1 mm)
gesetzt, die zusammengenommen ein optisches Fenster im Bereich von 310-390 nm (Maximum 350 nm) lieferten. Nach 20 minütiger Bestrahlung war die Photoreduktion von Fe(III)
zu Fe(II) quantitativ.
Der Feuchtegehalt der Proben hatte keine Auswirkungen auf das Fe(III)/Fe(II)-Verhältnis. Die
Wiederholgenauigkeit einer homogenisierten Probe betrug bei einer 7fach-Bestimmung etwa
± 5 % (t-Test, P = 99 %). Fraglich bleibt, ob 7 Proben einen repräsentativen Stichprobenquerschnitt darstellen.
57
Fe-Mößbauerspektroskopie
Die Mößbauerspektroskopie beruht auf der Anregung von Kernzuständen durch rückstoßfreie
Absorption von γ-Strahlung geeigneter Energie. Beim Mößbauerexperiment wird die Anregungsenergie durchgestimmt, indem man die Strahlungsquelle hin und her bewegt (Lautsprecherprinzip); die dadurch hervorgerufene Dopplerverschiebung führt zu einer geringen Zubzw. Abnahme der Strahlungsenergie. Das Absorptionsvermögen (Extinktion) der 57Fe-Kerne
wird in Abhängigkeit von der Dopplerverschiebung (mm/s) gemessen (Mößbauerspektrum).
Ein Atomkern kann nur die Strahlungsenergie aufnehmen, die zu einer diskreten Veränderung
des Kernspins führt. Im Fall des Fe-57-Isotops besitzt der Kern im Grundzustand einen
Kernspin (oder Kernspinquantenzahl) von I = ½; durch den 14,4 keV-Übergang erhöht sich
49
der Kernspin auf I = 3/2. Aufgrund der Tatsache, daß der Atomkern mit seiner elektronischen
Umgebung physikalisch in Wechselwirkung steht, kann dieser als Sonde benutzt werden, um
daraus Informationen über chemische, strukturelle und magnetische Eigenschaften seiner
Umgebung abzuleiten.
In ferro- oder antiferromagnetischen Festkörpern können Elektronen am Atomkern ein Magnetfeld erzeugen, das − analog zur Zeeman-Aufspaltung optischer Spektrallinien − die energetische Entartung der Orientierungsquantenzahlen aufhebt. Bei dieser sog. magnetischen
Hyperfeinwechselwirkung spaltet eine Absorbtionslinie zum Sextett auf. Das bei einer bestimmten Temperatur ermittelte Hyperfeinfeld (in Tesla) ist charakteristisch und kann für die
qualitative Phasenanalyse mitbenutzt werden.
Das Quadrupolmoment des Kerns kann mit den Elektronen elektrostatisch in Wechselwirkung
treten (sog. elektrische Quadrupolwechselwirkung). Ist die Elektronenverteilung nicht sphärisch, dann führen unterschiedliche Orientierungen des Kerns zu einer Aufhebung der energetischen Entartung des I = 3/2-Niveaus, während der Grundzustand I = ½ entartet bleibt. Daraus resultiert ein Liniendublett. Die Größe der Quadrupolaufspaltung ist ein Maß für die Abweichungen der elektronischen Ladungsverteilung um den Mößbauerkern von der kubischen
Symmetrie (des Eisens in der Strahlungsquelle).
Die Isomerieverschiebung δ kommt ebenfalls durch eine elektrostatische Wechselwirkung
zwischen Kern- und Elektronenladung zustande. Unterscheidet sich die Ladungsdichte am
Kernort infolge unterschiedlicher chemischer Umgebungen von Quelle und Absorber, so resultiert daraus eine Verschiebung, aber keine Aufspaltung der Mößbauerlinie. Dieser als Isomerieverschiebung (oder Isomerieshift) bezeichnete Effekt in der Übergangsenergie kann
empirisch mit der chemischen Wertigkeitsstufe korreliert werden.
Als Strahlungsquelle wurde Co-57 (Rhodiummatrix) verwendet, das mit einer Halbwertszeit
von 270 Tagen in Fe-57 zerfällt; der noch angeregte Tochterkern geht unter Aussendung der
für das Mößbauerexperiment erforderlichen γ-Strahlung (14,4 keV) in seinen Grundzustand
über. Die Mößbauerquelle wurde mit einer Maximalgeschwindigkeit von 11 mm/s hin und her
bewegt (Sägezahngenerator). Die Probe wurde im feuchten Zustand und unter Sauerstoffausschluß in eine Absorberhalterung aus Plexiglas gebracht, und bis zur Messung in einem
Flüssigstickstofftank aufbewahrt. Die Messungen wurden überwiegend bei Raumtemperatur,
teilweise auch bei 144 K (He-Kryostat) gefahren. Die Meßdauer eines Präparats betrug je
nach Eisengehalt zwischen 2 und 4 Tagen.
Während der Serienmessungen stellte sich heraus, daß bei 144 K gerade noch keine durch
magnetische Hyperfeinwechselwirkung verursachte Linienaufspaltung erfolgt, wie sie bei 4,2K-Messungen beobachtet wird; Mößbauerspektren, die Liniensextette enthalten, sind aufgrund ihrer relativ großen Linienbreite nicht mehr quantitativ auswertbar. Gegenüber Raumtemperaturspektren ergibt sich eine bessere Linienauflösung, da sich die Aufspaltung der
Quadrupoldublettlinien mit abnehmender Temperatur vergrößert. Dies erleichterte die Kurvenanpassung bei den 144-K-Spektren. In 5.3.3 wurden nur die Ergebnisse der Raumtemperaturspektren aufgenommen. Ein Vergleich der im Anhang F aufgeführten Ergebnisse
zeigt, daß sich die Flächen der Subspektren in Abhängigkeit von der Temperatur stark verändern können. Dies ist auf die Temperaturabhängigkeit der Debye-Waller-Faktoren (oder
Lamb-Mößbauer-Faktor) verschiedener Eisenspezies zurückzuführen.
Durch Kurvenanpassung (Fitten) wurden aus einem komplexen Mößbauerspektrum mehrerer
Teilspektren erhalten, die jeweils durch ihre Isomerieverschiebung δ (mm/s), Quadrupolaufspaltung QS (mm/s) und eventuell vorhandener Sextettaufspaltung (Magnetfeld, in Tesla)
charakterisiert wurden; als Annahmekriterium für einen Fit wurde die χ2-Verteilung herangezogen (χ2 < 2 ohne bzw. χ2 < 6 mit Sextettaufspaltung). Diese Subspektren wurden empirisch
Mineralphasen zugeordnet und über die integrierte Fläche quantitativ in Beziehung gesetzt.
50
Dabei wurde unterstellt, daß verschiedene Eisenspezies die gleiche Absorptions- und
Emissionswahrscheinlichkeit hatten (gleiche Debye-Waller-Faktoren).
Problematisch war die Kurvenanpassung in den Fällen, wo Pyrit in erhöhten Konzentrationen
vorhanden war (mD Wilsum). Aufgrund erhöhter kovalenter Bindungsanteile zeigt dieses
Mineral eine Resonanzabsorption im Bereich der dreiwertigen oxidischen Eisenspezies. Dies
hatte zur Folge, daß ein durch Verhältnisbildung der Fe(III)- und Fe(II)-Subspektren errechneter Fe(III)/Fe(II)-Quotient einen systematischen Fehler enthielt. In solchen Fällen war die
photometrische Bestimmung des Quotienten vorzuziehen. Selbst in pyritfreien Proben konnte
im Bereich um δ ≈ 0,2 mm/s keine weitere Differenzierung zwischen akzessorischen und tonmineralischen Fe(III)-Spezies vorgenommen werden.
4.1.4
Bodenmechanische Untersuchungsmethoden
Es wurden Dichte ρ, Wassergehalt w, Korndichte ρs, Konsistenzgrenzen (Fließgrenze wL,
Ausrollgrenze wP) und Durchlässigkeitsbeiwert k an den Böden der mineralischen Dichtung
in mehreren Horizonten bestimmt. Die Untersuchungen wurden weitgehend entsprechend den
gültigen DIN-Normen ausgeführt; in einzelnen Fällen mußten die Normverfahren abgewandelt werden, weil sie für die zu untersuchenden Materialien nicht geeignet waren. Aus den
oben genannten Kennwerten können weitere Kennwerte wie Trockendichte ρd, Porenanteil n,
Plastizitätszahl IP und Konsistenzzahl IC rechnerisch abgeleitet werden.
Die Dichte ρ wurde mittels Tauchwägung (DIN 18125) bestimmt, da es bei dem in den meisten Fällen sehr spröden Material nicht möglich war, geometrisch regelmäßige Körper herzustellen. Die Struktur der Proben durfte bei der Teilprobenherstellung nicht verändert werden;
die Forderung nach mindestens Güteklasse 2 wurde befriedigt. Die Anforderungen der Norm
DIN 18125 - 1 an das Mindestvolumen (100 cm³) konnten aus zwei Gründen nicht eingehalten werden: Um die Dichte in verschiedenen Horizonten bestimmen zu können, mußte die
Probenhöhe beschränkt werden; da auch für die Durchlässigkeitsuntersuchungen Material hier sogar mit mindestens der Güteklasse 1 (“ungestört”) - benötigt wurde, mußten im allgemeinen kleinere Teilproben von nur 50 cm³ verwendet werden. Damit konnte die Dichte nicht
mit einer Meßunsicherheit unter 0,01 g/cm³ bestimmt werden.
Die Korndichte wird als Hilfsgröße zur Berechnung des Porenanteils und zur Ermittlung der
Korngrößenverteilung bei der Sedimentationsanalyse benötigt. Sie berechnet sich aus dem
Quotienten der Trockenmasse und dem Volumen der Feststoffanteile (einschl. Hohlräume).
Die Proben wurden bei 105 °C getrocknet und ggf. im Mörser leicht zerdrückt, so daß zusammengebackenes Feinkorn aufgeschlossen wurde. Da die Bestimmung der Korndichte ρs
mit dem Kapillarpyknometer (DIN 18124) sehr aufwendig und nur ungenau möglich war,
wurde mit dem nicht genormten Verfahren der Volumenbestimmung durch Druckmessung in
Helium (analog zum Luftpyknometerverfahren) nach Verdrängung der Luft aus den Poren
durch Heliumspülung gearbeitet. Eingesetzt war das AccuPyc 1330 Pyknometer der Fa. micromeritics. Dem Meßprinzip liegt das Boyle-Mariotte'sche Gesetz zugrunde. Dabei wird der
Druckabfall des Heliums beim Ankoppeln einer Probenkammer bekannten Volumens mit der
Probe an das Volumen eines kalibrierten Bezugsgefäßes bei konstanter Temperatur ermittelt.
Eine Eichkurve wird mit Proben bekannten Volumens erstellt. Aus der Einwaage und dem
ermittelten Probenvolumen wird die Korndichte der Probe berechnet (Reproduzierbarkeit bei
vollständig gefüllter Probenkammer ± 0,01 %, Genauigkeit 0,03 %).
51
Die Wassergehalte w wurden durch Ofentrocknung nach DIN 18121 - 1 bestimmt.
Die Ausrollgrenze wP ist nach DIN 18122 - 1 (Abs. 8.2) bestimmt worden. Zum Abtrocknen
durch Rollen wurde das Ausrollgrenzengerät (entwickelt vom Otto-Graf-Institut, Stuttgart)
benutzt, der Wassergehalt an der Ausrollgrenze wurde aber durch Ausrollen per Hand ermittelt. Da für jede Ermittlung der Ausrollgrenze mindestens drei gültige Teilversuche erforderlich sind, kann aus den Differenzen zwischen den Ergebnissen der Teilversuche die Meßunsicherheit wenigstens abgeschätzt werden. Zur Bestimmung der Fließgrenze wL wurde anfangs
nach DIN 18122 - 1 (Abs. 8.1.1) verfahren. Es erwies sich aber als günstiger, mit dem Kegelpenetrometer unter Anwendung der britischen Norm BS 1377 zu arbeiten. Hierbei werden
analog DIN 18122 - 1 aufbereitete Bodenproben mit verschiedenen Wassergehalten in einen
Probenbehälter eingebaut, ein Kegel mit festgelegter Masse und festgelegtem Öffnungswinkel
an der Probenoberfläche angesetzt und die Eindringtiefe nach 5 s freiem Fall gemessen. Die
Fließgrenze ist der Wassergehalt der Probe, in die der Kegel 20 mm eingedrungen ist. Für ihre
Ermittlung wird wie bei der Fließgrenzenbestimmung nach DIN 18122 - 1 eine Ausgleichsgerade gezeichnet. Die Abweichung der Meßpunkte von dieser Geraden ermöglicht eine Abschätzung der Meßunsicherheit.
Der Durchlässigkeitsbeiwert k ist an Proben in der Triaxialzelle (TX) bestimmt worden (DIN
18130). Es konnten nur kleine Probekörper eingebaut werden (Durchmesser d = 36 mm, Höhe
h = 10 bis 20 mm) (s. Dichtebestimmung). Die Probenquerschnittsfläche entspricht aber den
Anforderungen nach DIN 18130 - 1 für bindige Böden. Die statische Belastung (SB) in vertikaler Richtung entstand durch das Gewicht des oberen Druckstückes einschließlich Führungsstange und diente nur der Aufnahme des Wasserdruckes in der von unten durchströmten Probe. Durch einen horizontalen Seitendruck in Höhe von 0,2 bar wurde die Gummimembran,
welche die Probe seitlich umhüllte, so fest an die Probe gepreßt, daß Randumläufigkeiten
vermieden wurden (flexible Wandung). Die Versuche wurden mit konstantem hydraulischen
Gefälle durchgeführt, das je nach Probenhöhe zwischen i = 55 und 120 lag; das Druckgefälle
ergab sich durch die Verwendung unterschiedlich hoch gelagerter Wasserbehälter (Oberwasser vor der Probe, Unterwasser hinter der Probe). Die Proben wurden entgegen der Schwerkraft durchströmt und vor der Messung wassergesättigt. Die Durchflußmessungen erfolgten
nach Einstellen einer stationären Strömung und wurden mehrfach wiederholt. Entsprechend
DIN 18130 - 1 wurden zum Messen der sehr kleinen Durchflußmengen im Ober- und im Unterwasser Glaskapillaren verwendet, in denen der Wasserdurchfluß mit eingepreßten Luftblasen verfolgt wurde.
52
4.1.5
Untersuchungen des Mikro- und Makrogefüges
Mikrogefüge - Dünnschliffpräparation
Voraussetzung für eine zutreffende Beschreibung des Mikrogefüges und möglicher Veränderungen infolge des Einflusses der organischen Schadstoffe waren die Entnahme ungestörten
Probenmaterials sowie eine weitestgehend artefaktfreie Probenpräparation. Aus diesen ungestörten Proben war die Anfertigung von Dünnschliffen erforderlich.
Für die Herstellung von Dünnschliffen gibt es keine einheitlichen Normen oder Vorschriften,
da die Art der Präparation stark vom Material abhängig ist. Insbesondere für Tonproben ist
die Anfertigung von Dünnschliffen als sehr schwierig einzustufen und erfordert einen erheblichen Zeitaufwand. Es wurden daher nach Auswertung der Literatur und persönlichen Gesprächen mit erfahrenen Präparatoren für die zu untersuchenden Dichtungsmaterialien zunächst
verschiedene Verfahrensweisen getestet und eine für die Proben geeignete Methodik entwickelt. Diese wird im folgenden wegen ihrer Spezifik etwas ausführlicher dargestellt.
Entnahme der Proben:
Zur Untersuchung des Mikrogefüges wurde jeder Meßzelle mit dem unter Abschnitt 4.2.2
beschriebenen Stechwerkzeug ein Probenkern entnommen. Dieser wurde im 2 cm-Abstand
mit einem selbst gefertigten Schneidwerkzeug (Abb. 4.2.2.-4) horizontiert und die Orientierung der Proben gekennzeichnet. Darüber hinaus wurden den nicht mit dem Stechwerkzeug
beprobten Segmenten ungestörte Horizontproben entnommen (s. Abschnitt 4.2.2.). Diese
wurden je nach Bearbeitbarkeit des Dichtungsmaterials mit Hilfe eines Drahtes bzw. Messers
geschnitten. Abweichend davon war die Vorgehensweise für das Material Dom/Esch (T08)
siehe Abschnitt 4.2.2, das im gefrorenen Zustand gesägt wurde. Dabei wurden aus einem
Segment zunächst Scheiben der einzelnen Horizonte gesägt und anschließend an einer kleineren Säge Stücke in der Größenordnung 2 x 3 x 2 cm für die Schliffe herausgesägt. Aus der
mineralischen Dichtung der Meßzelle T11 (Na-Bentonit-DWM) wurde insgesamt nur ein
Probenstecher entnommen, von dem ein Teilstück für die CT bzw. anschließend für die Anfertigung von Dünnschliffen genutzt werden konnte. Aus dem restlichen, gefrorenen und zersägten Dichtungskörper (s. Abschnitt 4.2.2) wurden Bruchstücke aus drei Tiefen für die
Schliffherstellung gewonnen. Beim Sägen gefrorener Dichtungsteile wurde auf eine Wasserkühlung der Säge verzichtet, um ein Antauen der Proben weitgehend zu verhindern.
Zur Charakterisierung des Ausgangszustandes wurden die über den Versuchszeitraum in Fässern gelagerten „Ausgangsproben“ ebenfalls proctorverdichtet. Aus diesen Körpern wurden in
gleicher Weise „Referenz“-Proben entnommen und Schliffe angefertigt.
Probentrocknung:
Für die vor der Imprägnierung erforderlichen Trocknung der Proben fanden zwei unterschiedliche Verfahren Anwendung: Gefriertrocknung oder Verdrängung des Wassers über
eine steigende Ethanol/Aceton-Reihe.
Voraussetzung für eine schonende Gefriertrocknung ist das Schockfrieren der Proben. Während es beim Frieren in flüssigem Stickstoff (LN2) insbesondere beim Ton Wilsum zu Makrorißbildungen kam, erwies sich ein Schockfrieren im Gefrierschrank bei - 70 bis -80°C bei einer Probengröße von maximal 3,5 x 3,5 x 2 cm makroskopisch grundsätzlich als geeignet. Die
anschließende Vakuumtrocknung der gefrorenen Proben wurde in der Anlage Gamma
1-20/Steuerung LMC-2 der Fa. Christ ausgeführt (20-24 Stunden Haupttrocknung bei
0,1 mbar und 4 Stunden Nachtrocknung bei 0,07 mbar). Eine automatische Kühlung der Stellflächen konnte in der vorhandenen Anlage nicht vorgenommen werden. Im Verlauf der Ar-
53
beiten erwies sich eine Temperierung der Stellflächen mit vorgekühlten Edelstahlschalen als
geeignet.
Neben der Gefriertrocknung wurde an ausgewählten Proben die aufwendigere Trocknung mit
einer steigenden Ethanol/Aceton-Reihe getestet. Die zu trocknenden Proben wurden mit Hilfe
von Körbchen aus Drahtgewebe in Bechergläser mit der Austauschlösung eingehängt und
abgedeckt. Dabei wurde jeweils nur der Boden der Proben benetzt, so daß diese durch kappillaren Aufstieg perkoliert wurden. Begonnen wurde die Verdrängung des Wassers mit reinem Ethanol (24 Stunden). Am zweiten Tag wurde der Austausch mit einem Ethanol/AcetonGemisch im Volumenverhältnis 75:25 fortgesetzt. An den zwei folgenden Tagen wurde der
Aceton-Anteil um jeweils 25 Vol.-% erhöht. Zuletzt wurden die Proben für 24 Stunden mit
Aceton (reinst) perkoliert und anschließend wurden die Proben mindestens 2 Tage an Luft
sowieunmittelbar vor der Imprägnierung über 5 Stunden bei 30 °C im Wärmeschrank getrocknet.
Bei beiden Trocknungsmethoden wurde der Feuchtegehalt gravimetrisch erfaßt.
Imprägnierung:
Möglichst rasch nach der Trocknung wurde die Imprägnierung im Vakuum (Imprägniergerät
Fa. Struers/Logitech) mit dem Imprägnierharz XW 396/397 (Struers) entsprechend der vorgeschlagenen Rezeptur in Pappbechern (Struers), welche sich nach der Aushärtung leicht entfernen lassen, vorgenommen. Zur Verbesserung der Tränkungsfähigkeit wurden vor allem im
Fall des Tones Wilsum die Proben vor der Imprägnierung leicht erwärmt (30-40°C) und bei
Bedarf wurde dem Harz bis zu 3 Gew.-% Methylketon (TEK-MEK, Zusatz für Epoxidharze
zur Herabsetzung der Viskosität, Fa. Struers/Logitech) zugesetzt.
Die günstigste Variante scheint das langsame Tropfen der Harz/Härter-Mischung zur Probe
unter Vakuum zu sein (Altemüller, 1975; Junge & Magnus, 1994). Wegen der einfacheren
Handhabbarkeit wurde jedoch das Behältnis mit der Probe zunächst etwa bis zu einem Drittel
der Probenhöhe mit Harz befüllt und evakuiert. Je nach Tränkungsverhalten wurde dann in
einem Zeitraum von 2 bis 3 Stunden das Behältnis schrittweise weiter gefüllt und schließlich
die Probe vollständig eingegossen.
Schliffherstellung:
Aus den imprägnierten Proben wurde jeweils ein Mittelstück von ca. 1,5 cm Breite (Diamantsäge Fa. Logitech) herausgesägt, wobei auf eine Verwendung von Wasser zur Kühlung des
Sägeblattes nicht verzichtet werden konnte. Die Probenoberflächen wurden jedoch nach dem
Sägen sofort mit Druckluft gereinigt und getrocknet.
Jeweils eine Seite des herausgesägten Stückes wurde anschließend wasserfrei zur Vermeidung
des Quellens von Tonmineralen plangeschliffen. Dies wurde auf SiC-Naßschleifpapier (Körnung 600-1200, Schleifmaschine Fa. Conrad) unter Zugabe einer Mischung aus Ethylenglykol
und Ethanol im Volumenverhältnis 1:2 vorgenommen.
Der Feinschliff wurde manuell auf einer Glasplatte ebenfalls mit SiC-Pulver der Körnung
1200 in Ethanol/Ethylenglycol- oder wahlweise 1,4-Butandiol-Suspension ausgeführt. Falls
erforderlich wurde die Suspension direkt auf der Glasplatte mit einigen Spritzern Ethanol
(reinst) verdünnt.
Eventuell nicht vollständig durchtränkte Proben wurden auf der Schnittfläche nachträglich
imprägniert und auf die ursprüngliche Höhe zurückgeschliffen.
Die Reinigung der Proben erfolgte wahlweise mit Druckluft oder wasserfreiem Ethanol, gegebenenfalls im Ultraschallbad.
Für das Aufkitten der geschliffenen Probenfläche auf vorgeschliffene (angerauhte) Glasobjektträger (Größe 28x48 mm) wurde ebenfalls das Imprägnierharz XW 396/397 eingesetzt.
54
Die Objektträger mit den aufgekitteten Proben wurden mit Hilfe einer VakuumSpezialhalterung (Struers/Logitech) dünngesägt, so daß eine Probenschicht von ca. 0,3 bis
maximal 1,0 mm auf dem Objektträger verblieb.
Der weitere Schliff bis zur Schliffdicke von ca. 50 µm wurde analog den oben angegeben
Bedingungen ausgeführt. Bis zur Enddicke der Schliffe von ca. 30 µm wurde wiederum auf
einer Glasplatte mit SiC-Pulver der Körnung 1200 in den o.g. Suspensionen manuell geläppt.
Nach der Endreinigung mit Ethanol im Ultraschallbad wurden die Dünnschliffe unter Verwendung des o.g. Harzes mit einem Deckgläschen eingedeckt.
Die Auswertung der Dünnschliffe erfolgte mit Hilfe eines Polarisationsmikroskopes (Leitz
DM RXP) unter Einbeziehung digitaler Bildverarbeitung (Software Image C, Fa. Imtronic).
Die Auflösung des Lichtmikroskopes wird durch die Wellenlänge des Lichtes und die numerische Apertur begrenzt. Sie beträgt bei hoher Vergrößerung bis zu 1 µm.
Makrogefüge - Computertomographie
Der makromorphologische Aufbau der Proben wurde mittels hochauflösender 3DComputertomographie (Cone Beam Tomography) visualisiert. Dafür wurden Proben entweder
direkt aus den Probenstechern eingesetzt oder spezielle gefriergetrocknete Teilstücke (Meßzelle T08) angefertigt.
Der in der BAM entwickelte Tomograph arbeitet mit einer annähernd punktförmigen Röntgenquelle (Mikrofokus-Röntgenröhre, Brennfleck ca. 10 µm) und einer Kombination aus
Bildwandler und einer gekühlten CCD-Kamera als Detektorsystem (Riesemeier et al., 1993).
Im Unterschied zur konventionellen Tomographie, die dreidimensionale Bilder aus einer Serie
gemessener paralleler Schichten produziert, wird bei der 3D- oder Cone Beam Tomographie
mit der Verwendung eines Flächendetektors die kegelförmige Abstrahlung der Röntgenröhre
genutzt. Durch eine Drehung des Objektes um 360° wird die Rekonstruktion vieler Schnittebenen mit einer Messung möglich. Dabei ist die Auflösung für jede Raumrichtung gleich.
Das Prinzip ist in Abbildung 4.5.5 -1 dargestellt. Das Ergebnis einer CT-Aufnahme ist eine
dreidimensionale Bildmatrix, bei der jeder Bildpunkt einem Volumenelement (VOXEL) entspricht. Die Methode liefert ein Maß für die in jedem Voxel absorbierte Röntgenstrahlung,
den über ein Voxel gemittelten, materialabhängigen linearen Absorptionskoeffizienten µ
(Einheit cm-1) und damit der Dichte der Probe in diesem Volumenelement. Der Absorptionskoeffizient wird in der Regel normiert auf 256 Grauwerte (8 Bit) dargestellt (je dichter das
Material um so heller erscheint es auf der Abbildung).
Die Messungen der Dichtungsmaterialien wurden bei 200 kV Anregungsspannung der Röntgenröhre (0,2 mA) und mit einem Kupfervorfilter (2 mm) zur Reduzierung der Strahlaufhärtung durchgeführt. Die Bildrekonstruktion erfolgte auf einem Parallelrechner (4 Prozessoren).
Ein 3D-Bilddatensatz enthält bis zu 1024 Schichten mit 1024 x 1024 Pixeln, so daß 1 Gbyte
Daten zu verarbeiten sind. In der Regel ist die Größe der Bildmatrix nur ungefähr 445 x 445 x
445. Die Meßzeit variiert von minimal 15 min bis einigen Stunden in Abhängigkeit vom gewählten Signal/Rausch-Verhältnis (Rauschunterdrückung) und der Abschwächung durch die
Probe. Die Zeit für die Rekonstruktion der Meßdaten wird durch den verwendeten Rechner
auf Zeiten in der Größenordnung der Meßzeit reduziert.
55
Abb. 4.5.5-1: Prinzip der 3D- oder Cone Beam Tomographie
In meisten Fällen war die Probenlänge weit größer als der Durchmesser, so daß die Proben in
mehreren Abschnitten gemessen und anschließend die Bilddatensätze aneinandergefügt wurden. Mit der verwendeten CT-Anlage kann bezogen auf die Objektgröße der Probenkörper
aus den mineralischen Dichtungen eine Ortsauflösung von max. 10 µm erreicht werden.
Von den ausgewerteten Schnittbildern der Proben aus den Meßzellen wurde für die hier dargestellten Bilder (s. Abschnitt 5.3.5) jeweils der mittlere Schnitt einer Dimension ausgewählt.
56
4.6
Mikrobiologische Untersuchungen
4.6.1
Probenvorbereitung und Beimpfung der Kulturen
Die mikrobiologischen Untersuchungen beinhalten die spezifische Probenahme und Probenvorbereitung, Beimpfung und Begutachtung von Mikroorganismenkulturen, Untersuchungen
zum Lösungsmittelabbau sowie die Bewertung der Ergebnisse.
Die grundsätzliche Methodik der Probenahme wird in Abschnitt 4.2 beschrieben.
Die mikrobiologischen Untersuchungen wurden exemplarisch an den Dichtungsmaterialien
mit 30 cm Schichtdicke (T03, T07 und T11) sowie in der Vorversuchsphase am Material der
Meßzelle T02 durchgeführt.
Die folgende Tabelle zeigt die ausgewählten Horizonte der ausgestochenen Proben aus den
jeweiligen Meßzellen.
Tab. 4.6.1-1: Übersicht der mikrobiologisch untersuchten Proben
Horizont 1
Horizont 2
Horizont 3
Probenlänge
[cm]
[cm]
[cm]
[cm]
T 02
0-5
-
-
15
T 03
0-5,5
11-16,5
23,5-27,5
27,5
T 07
0-5
12-17
23,5-28,5
28,5
T 11
0-5
10-15
20-25
29
Meßzelle
Die ausgewählten Horizonte wurden innerhalb der Glove-Box in gasdichte, verschließbare
Kunststoffbecher überführt und in einem argonbefüllten Exsikkator in das MikrobiologieLabor transportiert. Dort wurden sie sofort in die Anaerobenbank „MACS Anaerobic Workstation„ (Hersteller: Don Whitley Scientific Ltd.) geschleust. Diese wurde mit einer Gasatmosphäre aus 80 % N2, 10 % H2 und 10 % CO2 betrieben und diente so nicht nur der Probenverarbeitung, sondern auch dem Medienansatz und der Kultivierung.
Die Probenverarbeitung und die Beimpfung der Kulturen erfolgten noch am Tag der Probenahme. In einem ersten Schritt wurden die Proben in Natriumdiphosphatlösung (2,8 g/l) mit
den Reduktionsmitteln Ascorbinsäure (0,1 g/l) und Natriumthioglycolat (0,1 g/l) geschüttelt,
um die zu untersuchenden Mikroorganismen quantitativ in Suspension zu bringen. Dies geschah, indem aus dem Zentralbereich jedes Horizontes 10 g zerkleinertes mineralisches
Dichtungsmaterial mit einigen Glasperlen in 45 ml Natriumdiphosphatlösung gegeben und
eine Stunde über Kopf geschüttelt wurden. Nach einer anschließenden Absetzphase von ca.
einer Stunde konnte aus dem Überstand (in der Anaerobenbank) eine Verdünnungsreihe mit
dem Verdünnungsmedium (s. Abschnitt 4.6.2) in 10er-Konzentrationsstufen angelegt werden.
Aus diesen Verdünnungsansätzen wurden die Kulturröhrchen milliliterweise beimpft.
Abb. 4.6.1 -1 zeigt das Beimpfungsschema im Überblick.
57
58
10-1
10-1
1 ml
1 ml
10-2
10-2
1 ml
1 ml
10-3
10-3
Abb. 4.6.1-1: Schematische Darstellung der Beimpfung der Kulturen
1 ml
Probensuspension
(Natriumdiphosphatlösung)
1 ml
1 ml
10-4
10-4
1 ml
1 ml
10-5
10-5
1 ml
(2. und 3. Parallelansätze sind nicht
dargestellt)
Kulturröhrchen mit
je 9 ml Kulturmedium
für Eisenreduzierer,
Sulfatreduzierer
und Methanbakterien
Verdünnungsröhrchen
mit je 9 ml
Verdünnungsmedium
Verdünnungsfaktor
4.6.2
Untersuchung der Mikroorganismenkulturen
Die Medienzubereitung erfolgte nach der Anaerobtechnik in der o.g. Anaerobenbank.
Die Kulturmedien wurden nach Brune (1991) sowie Lovley & Lonergan (1990) folgendermaßen angesetzt:
Methanbakterienmedium:
ad 100 ml Leitungswasser und 900 ml Aqua. dest.
NH4Cl
MgCl2 · 6H2O
K2HPO4 · 3H2O
Na2CO3
Na2S · 9H2O
Resazurin
pH
Menge [g]
1,0
0,1
0,4
10,0
0,3
0,001
7,0
Sulfatreduzierermedium:
ad 1000 ml Aqua. dest.
NH4Cl
Na2SO4
CaCl2· 2H2O
MgSO4· 7H2O
FeSO4 · 7H2O
K2HPO4 · 3H2O
Hefeextrakt
Ascorbinsäure
Natriumthioglycolat
Resazurin
pH
Menge [g]
1,0
1,0
0,1
2,0
0,5
0,05
0,5
0,1
0,1
0,001
7,4
Eisenreduzierermedium:
NH4Cl
K2HPO4· 3H2O
MgCl2· 6H2O
CaCl2· 2H2O
Hefeextrakt
Pepton aus Casein
HEPES
Fe2O3
pH
Menge [g]
1,0
0,05
0,4
0,1
0,2
0,1
2,38
1,0
7,1
59
Verdünnungsmedium:
KCl
Ascorbinsäure
Natriumthioglycolat
pH
Menge [g]
7,46
0,1
0,1
7,1
Zum Zwecke der Bestimmung der Mikroorganismenkonzentrationen wurden pro Verdünnungsstufe und Mikroorganismengruppe drei parallele Kulturen angesetzt. Somit ergaben sich
je Probenhorizont mindestens 45 Kulturen.
Wie in Abschnitt 4.6.3 beschrieben, wurden in der Anaerobenbank unmittelbar vor der Beimpfung in jedes Kulturröhrchen eine bestimmte Menge eines Fünfergemisches der weniger
polaren Lösungsmittel gegeben. Die Beimpfung in der Anaerobenbank wurde bereits im letzten Abschnitt beschrieben.
Die Kultivierung erfolgte ruhend in der Anaerobenbank bei 25 °C. Wöchentlich wurde in den
Kulturröhrchen das Gas durch kurzes Öffnen der Schraubkappe ausgetauscht.
Im Zuge der Bestimmung der Konzentration an Methanbakterien, sulfatreduzierenden Bakterien und eisenreduzierenden Bakterien nach ISO 8199 (most probable numbers) und Drews
(1983) wurden die Kulturen während einer Zeitdauer von 8 – 10 Wochen wöchentlich überwacht und untersucht. Dabei erfolgte zunächst eine makroskopische Untersuchung auf Trübung und Bildung von Ausfällungen wie z. B. von Sulfiden. Getrübte Kulturen wurden stichprobenartig mit einem Leitz Interferenzkontrast-Mikroskop bei 400facher und 1000facher
Vergrößerung beobachtet (Lebendpräparate). Dies diente als Kontrolle, daß die Trübung tatsächlich von den Bakterien (aus der Probe) hervorgerufen wurde. Außerdem konnten Hinweise zum physiologischen Zustand der Bakterien erhalten werden.
4.6.3
Untersuchung des Lösungsmittelabbaus
Die Untersuchung des Lösungsmittelabbaus sollte dem Nachweis dienen, daß die Bakterien
aus dem jeweiligen Probenhorizont tatsächlich die auf die Meßzellen aufgegebenen Lösemittel abbauen. Dazu wurden die Kulturröhrchen (vgl. Abschnitt 4.6.2; je 9 ml Kulturmedium)
unmittelbar vor der Beimpfung mit je 5 µl eines Fünfergemisches aus Trichlorethylen, Tetrachlorethylen, Xylol, Toluol und Chlorbenzol beaufschlagt. Die genannten Lösungsmittel waren zu gleichen Volumenanteilen in dem Gemisch enthalten. Sie waren deshalb als Repräsentanten des Neunergemisches gewählt worden, da sie per Headspace-Gaschromatographie mit
vergleichsweise hoher Nachweisgenauigkeit analysiert werden konnten. In der Vorversuchsphase (Proben aus Meßzelle T02) waren die Substanzen einzeln zu jeweils 1 µl auf die Kulturen aufgegeben worden. Dabei hatte sich aber gezeigt, daß diese Dosierung nicht mit ausreichender Genauigkeit vorgenommen werden konnte.
Die Durchführung der Messung erfolgte zu Ende der Kultivierung (8 - 10 Wochen nach der
Beimpfung), indem die gesamten Inhalte ausgewählter Kulturen in Headspace-Gefäße überführt und analog Abschnitt 4.4.2 analysiert wurden. Unbeimpfte Kulturen dienten als Vergleich.
60
Je Probenhorizont wurden folgende Kulturen auf die 5 genannten Substanzen hin analysiert:
-
2 bewachsene Methanbakterienkulturen
2 unbeimpfte Methanbakterienkulturen
-
2 bewachsene Sulfatreduziererkulturen
2 unbeimpfte Sulfatreduziererkulturen
-
2 bewachsene Eisenreduziererkulturen
2 unbeimpfte Eisenreduziererkulturen
Über einen Vergleich bewachsener und unbewachsener Kulturen sollte die generelle Aussage
getroffen, ob ein mikrobieller Lösungsmittelabbau stattfand oder nicht.
61
4.7
Modellierung des Schadstofftransports
Modellierung des Stofftransports bedeutet hier eigentlich, die Konzentrationen ci(x,t) der neun
einzelnen Komponenten, i = 1 bis 9, als Funktion des Ortes x und der Zeit t nach dem in Abschnitt 3.5 beschriebenen Modell für die Versuchszellen zu berechnen. Dazu müssen für jede
Komponente die Diffusionsgleichungen im Bereich der PEHD-Dichtungsbahn (KD), d.h. x =
0 bis x = dKD, und im Bereich der mineralischen Dichtung (MD), d.h. x = dKD bis x = dKD +
dMD, gelöst werden, siehe Abbildung 4.7. -1
0
dKD
Kunststoffdichtungsbahn (KD)
Mineralische Dichtung (MD)
dKD + dMD
Abb. 4.7. -1: Koordinatensystem für die Beschreibung des Stofftransportes in der Kombinationsdichtung
Die Lösungen in den beiden Bereichen, ciKD(x,t) bzw. ciMD(x,t), müssen dabei den folgenden
Randbedingungen genügen, die bereits im Abschnitt 3.5 für einen einzelnen Stoff erörtert
wurden, hier aber der besseren Übersicht halber nochmals wiederholt werden:
1. Oberhalb der Dichtungsbahn (x=0):
(4.7.1)
ciKD(0,t) = σi0,KD ci0
Der Verteilungskoeffizient σi0,KD gibt an, in welchem Verhältnis die fest vorgegebene Konzentration ci0 der Komponente i im Prüfflüssigkeitsgemisch zur Konzentration in der Dichtungsbahn steht.
2. An der Grenzfläche von Dichtungsbahn und mineralischer Dichtung (x = dKD):
(4.7.2)
ciKD(dKD,t) = σiMD,KD ciMD(dKD,t)
σiMD,KD ist der Verteilungskoeffizient, der angibt, in welchem Verhältnis die Konzentration
der Komponente i in der Dichtungsbahn zur Konzentration im Bodenwasser der minerali62
schen Dichtung an der Grenzfläche steht. Weiterhin muß an dieser Grenzfläche die Kontinuität des Stofftransportes gewährleistet sein: Der Stoffstrom JiKD, der aus der Dichtungsbahn
austritt, muß dem Stoffstrom JiMD in das Bodenwasser der mineralischen Dichtung entsprechen:
(4.7.3)
wobei
J i KD = J i MD
J i KD = − D i KD
∂c i KD(x,t)
∂x
x =d
und
KD
J i MD = − nD i MD
∂c i MD(x,t)
∂x
x=d
KD
n ist die Porosität der mineralischen Dichtung, DiKD und DiMD sind die Diffusionskoeffizienten
der i-ten Komponente in der mineralischen Dichtung und in der Kunststoffdichtungsbahn.
3. Unterhalb der mineralischen Dichtung:
Dort wird durch Entnahme und Wasserwechsel die Konzentration konstant gleich Null
gehalten:
(4.7.4)
ciMD(dKD + dMD,t) = 0
Die Modellierung erfordert also die Kenntnis der Parameter DiKD und DiMD, sowie σi0,KD und
σiMD,KD für alle Komponenten i = 1 bis 9. In der mineralischen Dichtung müssen zusätzlich
die Retardationseffekte berücksichtigt werden. Es kommen daher noch die Verteilungskoeffizienten ki für die Sorption der Schadstoffe in der Bodenmatrix hinzu. Da das Modell nur von
einem Transport im Bodenwasser ausgeht, wird als einziger bodenphysikalischer Parameter
die Porosität n verwendet.
Das zentrale Problem bei der Modellierung des Stofftransportes besteht nun darin, daß die
Parameter der einzelnen Komponenten sich gegenseitig beeinflussen. Der Diffusionskoeffizient einer Komponente hängt von deren Konzentration, aber auch von der Konzentration der
anderen Komponenten ab. Das Verteilungsgleichgewicht und damit die Verteilungskoeffizienten σiMD,KD in der Grenzfläche Dichtungsbahn-mineralische Dichtung hängen von den
Konzentrationsverhältnissen ab, die dort herrschen. Ebenso können die Verteilungskoeffizienten σi0,KD für das Gemisch auf der Dichtungsbahn nicht ohne weiteres aus der Löslichkeit
der Einzelkomponenten in der Dichtungsbahn abgelesen werden. Schließlich sind sicherlich
auch Sorptionsvorgänge im Material der mineralischen Dichtung vom Schadstoffgemisch
abhängig. Über den letzteren Zusammenhang sind praktisch keine quantitativ verwertbaren
Kenntnisse vorhanden. Die Konzentrationsabhängigkeit der Diffusionskoeffizienten läßt sich
dagegen abschätzen, die Konzentrationsabhängigkeit der Verteilungskoeffizienten, σi0,KD und
σiMD,KD, sogar explizit berechnen.
Verteilungskoeffizienten und Löslichkeiten, aber auch Diffusionskoeffizienten lassen sich mit
Methoden sogenannter additiver Inkremente von Struktureinheiten (group contribution method) der Moleküle des gelösten Stoffes und des Lösungsmittels berechnen, die deren Eigenschaften, Volumen und Oberfläche, und deren Wechselwirkung untereinander beschreiben.
Der Verteilungskoeffizient kann in einfacher Weise nach einem solchen von O. G. Piringer
angegebenen Verfahren bestimmt werden (Piringer, 1993). Ein weit verbreitetes und vielfältig
anwendbares, auf Inkrementen von Struktureinheiten aufbauendes Verfahren zur Berechnung
der Aktivität bzw. des Aktivitätskoeffizienten von nichtelektrolytischen flüssigen Gemischen
stellt das sogenannte UNIFAC (Universal Functional Group Activity Coefficient) Verfahren
dar (Reid et al., 1977). Von Oihsi & Prausnitz (1978) wurde eine Erweiterung des Verfahrens
angegeben, mit dem die Aktivität von in amorphen Polymeren gelösten Stoffen bestimmt
63
werden kann. Goydan et al. (1989) zeigen, daß dieses Verfahren im Vergleich mit verschiedenen ähnlichen Methoden zur Bestimmung der Löslichkeit von organischen Stoffen in Polymeren hinreichend genaue und für einen weiten Bereich anwendbare Ergebnisse liefert.
Eine Berücksichtigung dieser Methoden bei der Lösung der über die Stoffparameter gekoppelten Diffusionsgleichungen würde allerdings einen außerordentlich großen rechnerischen
Aufwand bedeuten. Es wurde daher für jede einzelne Komponente die Diffusionsgleichung
für die Dichtungsbahn und die Diffusions-Retardationsgleichung für die mineralischen Dichtung mit den oben genannten Randbedingungen gelöst ohne diese Kopplung über die Konzentrationsabhängigkeit der Stoffparameter zu berücksichtigen. Es wurde also praktisch die
Diffusion der einzelnen Komponenten, wenn sie als reine Flüssigkeit auf der Dichtungsbahn
anstehen, ermittelt. Die Rechenergebnisse für die Einzelkomponenten im Vergleich mit den
gemessenen Daten zeigen dabei, daß schon die Betrachtung der Einzelkomponenten alle wesentlichen Aspekte des gemessenen Diffusionsvorgangs widerspiegelt. Die Permeationsrate
im stationären Zustand und die Induktionszeit kann dann auch analytisch berechnet werden.
Die Formeln (3.5.7) und (3.5.8) in Abschnitt 3.5 zeigen das Ergebnis.
Für die Berechnung des zeitlichen und räumlichen Verlaufs der Konzentration wurde auf ein
kommerziell erhältliches Programm zur Lösung der Differentialgleichungen des Stofftransportes zurückgegriffen: das Programm Pollute in der Version 6.3.5 von Rowe et al. (1998).
Die Programme sind in der Regel so ausgelegt, daß für die Kombinationsdichtung nur der
Stofftransports aus der wässerigen Lösung berechnet werden kann. Es wird nämlich σi0,KD =
σiMD,KD gesetzt. Das heißt, es wird angenommen, daß der Verteilungkoeffizient Dichtungsbahn und wässerige Lösung oberhalb der Dichtungsbahn gerade dem Verteilungskoeffizient
zwischen Dichtungsbahn und der Lösung Schadstoff-Bodenwasser unterhalb der Dichtungsbahn entspricht. Diese Annahme ist bei verdünnten wässrigen Lösungen sicherlich naheliegend. Der Diffusionswiderstand der Kombinationsdichtung ist dann einfach die Summe der
Diffusionswiderstände von Dichtungsbahn und mineralischer Dichtung, siehe Formel (3.5.7),
Abschnitt 3.5 mit (σi0,KD /σiMD,KD) = 1. Für konzentrierte flüssige Schadstoffe sind die Grenzflächen oberhalb und unterhalb der Dichtungsbahn jedoch gänzlich verschieden: Für hydrophobe, in der Dichtungsbahn gut lösliche Stoffe ist (σi0,KD /σiMD,KD) <<1 und für hydrophile,
im Wasser gut lösliche Stoffe ist dagegen (σi0,KD /σiMD,KD) ≈1. Bei hydrophoben Stoffen kann
der Diffusionswiderstand der Dichtungsbahn vernachlässigt werden. Sie sorgt jedoch dafür,
daß zur mineralischen Dichtung hin nur maximal die Löslichkeitskonzentration im Wasser
wirksam wird, obwohl oberhalb die flüssige Stoffphase ansteht. Die mineralische Dichtung
erhält dadurch einen scheinbar sehr großen Diffusionswiderstand. Umgekehrt ist es bei den
hydrophilen Stoffen. Hier trägt die Dichtungsbahn wesentlich zum Diffusionswiderstand bei.
Für ein Verständnis des hier in den Versuchszellen untersuchten Stofftransports ist es sehr
wichtig, sich diesen Unterschied zwischen dem Stofftransport bei wässerigen Lösungen eines
Stoffes und dem des flüssigen Stoffs selbst klar zu machen. Aus den Ergebnissen der Versuche mit den flüssigen Kohlenwasserstoffen darf nicht ohne weiteres, etwa durch Skalierung
mit der Konzentration, auf den Stofftransport in wässeriger Lösung geschlossen werden.
Die Programme bieten jedoch die Möglichkeit, den Stofftransport in einer zweilagigen mineralischen Dichtung zu berechnen. Durch einen „Trick“ kann dieser Programmmodus für die
Berechnung der Diffusion konzentriert anstehender Flüssigkeiten verwendet werden. Dazu
wird der Durchlässigkeitsbeiwert der Lage 1 näherungsweise gleich Null gesetzt und ebenso
der Verteilungskoeffizient k für die Sorption in dieser Lage. Lage 1 simuliert damit die Kunststoffdichtungsbahn. Die Lage 2 simuliert die mineralische Dichtung. Weiterhin wird dann für
die Porosität n1 der Lage 1 und die Porosität n2 sowie für den Verteilungskoeffizienten der
Sorption in der Bodenmatrix k2 der Lage 2 der folgende Ansatz gewählt:
64
(4.7.5)
n1 = σ 0 ,KD
n2 =
σ 0 ,KD
n
σ MD,KD
k2 =
σ 0 ,KD
k
σ MD,KD
Damit läßt simuliert die formale Rechnung für eine zweilagige mineralische Dichtung den
Stofftransport durch die Kombinationsdichtung mit den richtigen Verteilungsgleichgewichten
in den Grenzflächen. Mit
(4.7.6)
c1 =
c KD
σ 0 ,KD
c2 =
cMD
σ 0 ,KD
σ MD,KD
kann die numerische Lösung der Konzentration für Lage 1 und 2 in die Lösung für die Kombinationsdichtung (Dichtungsbahn und mineralischen Dichtung) umgerechnet werden.
65
5
ERGEBNISSE UND DISKUSSION
U. Kalbe, W. Berger, W. Müller, J. Breu, H. Kerzdörfer, M. Brune, J. Eckardt,
R. Tatzky-Gerth, W. Ache, J. Goebbels
5.1
W. Müller
5.1.1
Mechanische Eigenschaften
Die Tabelle 5.1.1 -1 zeigt die Versuchsergebnisse der Untersuchung der mechanischen Eigenschaften. Angegeben werden die Anzahl der Einzelmessungen n, die Mittelwerte der Einzelmessung und die Standardabweichung für die Streckspannung σS, Streckdehnung εS, Reißspannung σR und Reißdehnung εR. Die Abbildungen 5.1.1 -1, -2, -3, -4 zeigen typische Spannungs-Dehnungsverläufe für Rückstellproben, Proben aus den Meßzellen und die warmgelagerte Probe. Die Zugversuche wurden am 23.04.98 (Probe 1), am 26.04.98 (Probe 5) und am
05.06.98 (Probe 6), also jeweils etwa 2 Monate nach der Entnahme, durchgeführt. Zu diesem
Zeitpunkt waren die Kohlenwasserstoffe weitgehend abgedampft.
Abb. 5.1.1 -1: Spannungs-Dehnungsdiagramm der Zugversuche an Probekörper aus der Referenzdichtungsbahn (Probe 0). Die Probestäbe wurden quer zur Extrusionsrichtung entnommen. Aufgetragen ist die Zugkraft über der Dehnung F. Der Prüfquerschnitt des Probekörpers
beträgt ca. 2,3 ⋅ 6 mm². Die einzelnen Kurven wurden der besseren Lesbarkeit wegen um jeweils 100 % versetzt eingezeichnet.
66
Abb. 5.1.1 -2: Spannungs-Dehnungsdiagramm der Zugversuche an Probekörper aus der
Dichtungsbahn der Meßzelle T01, Einlagerungzeit im Prüfmittelgemisch: 8,2 Jahre
Abb. 5.1.1 -3: Spannungs-Dehnungsdiagramm der Zugversuche an Probekörper aus der
Dichtungsbahn der Meßzelle T05, Einlagerungzeit im Prüfmittelgemisch: 8,1 Jahre
67
Abb. 5.1.1 -4: Spannungs-Dehnungsdiagramm der Zugversuche an Probekörper aus der bei
80°C über 8,4 Jahre in Luft warmgelagerten Dichtungsbahn.
Tab. 5.1.1 -1: Mechanische Kennwerte der Proben der Kunststoffdichtungsbahnen
n
Probe
σS
εS
σR
*
(-)
(N/mm²)
(%)
(N/mm²)
0
5
18,4 ± 0,4
13,8 ± 0,7
31,5 ± 2,0
0a
5
18,2 ± 0,2
12,2 ± 0,3
30,5 ± 1,0
0b
5
19,4 ± 0,2
16,0 ± 1,4
31,6 ± 1,5
1
4
16,5 ± 0,6
14,7 ± 0,4
35,2 ± 4,0
2
Nur Spannungsrißprüfung
5
2
16,9 ± 0,4
14,8; 28,2
35,5 ± 2,0
6
5
16,9 ± 0,4
15,5 ± 0,9
35,8 ± 2,1
8
Nur Spannungsrißprüfung
11
Nur OIT-Messungen und Schmelzkurve
n: Anzahl der geprüften Zugstäbe
* Probenbeschreibung s. Tab. 4.1.1 -1
εR
(%)
1510 ± 70
1590 ± 60
1590 ± 70
1802 ± 150
1680 ± 80
1686 ± 75
Die mechanischen Kennwerte der Proben aus den Meßzellen zeigen keinerlei signifikante
Veränderungen. Sie sind im Rahmen der üblichen Materialstreuung identisch mit den Ausgangswerten. Dies gilt vor allem für die auf Materialveränderungen sehr empfindlich reagierende Reißspannung und Reißdehnung.
68
5.1.2
Spannungsrißverhalten
In den Abbildungen 5.1.2 -1 und 5.1.2 -2 sind die Ergebnisse der Untersuchung des Spannungsrißverhaltens zusammengestellt. Aufgetragen ist über der Lagerungszeit bzw. den jeweiligen Kontrollzeitpunkten, die Anzahl der zu diesem Zeitpunkt jeweils schon angerissenen
oder ganz gerissenen Probenstücke bezogen auf die insgesamte Zahl von untersuchten Probenstücken. Bei dieser Darstellung beschreibt der Graph daher die Summenkurve für die Häufigkeit der Zeiten bis zu einer Rißbildung. Abbildung 5.1.2 -1 zeigt die Summenkurve jeweils
für die Probenstücke aus den Permeationszellen und aus der Rückstellprobe.
rel. Anzahl angerissener Proben
1,0
0,8
0,6
0,4
Probe 0
0,2
Proben 2, 6, 8
0,0
1
10
Standzeit [d]
100
Abb. 5.1.2 -1: Relative Häufigkeit des Durchreißens der Proben als Funktion der Standzeit für
die 0-Probe und die Proben aus den Meßzellen T02, T06 und T08. Die Einlagerungszeiten in
den flüssigen Kohlenwasserstoffen waren hier jeweils 11,5 und 8,4 Jahre
Abbildung 5.1.2 -2 zeigt die Summenkurve für eine BAM-zugelassene PEHDDichtungsbahn. Während das Rückstellmuster eine mittlere Standzeit von etwa 10 Tagen
zeigt, die mit der Standzeit einer typischen in Deponien verwendeten Dichtungsbahn übereinstimmt, ist die mittlere Standzeit der Proben aus den Meßzellen um etwa den Faktor 2 verringert. Bei den nur sehr geringen Standzeiten können jedoch systematische Fehler große Auswirkungen haben. Um diese Unterschiede abzusichern, wurde die Prüfung bei 60° C wiederholt. Dabei ergeben sich wesentlich längere Standzeiten. Abbildung 5.1.2 -3 zeigt das Ergebnis. Bei dieser Temperatur konnten keinerlei Unterschiede mehr zwischen der gelagerten
Dichtungsbahn und der Referenzprobe festgestellt werden.
69
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
Vestolen A3512R
0,0
1
10
Standzeit [d]
100
das Dichtungsbahnenmaterial Vestolen A3512R.
1,0
0,8
0,6
0,4
Probe 0
0,2
Probe 3
0,0
1
10
100
1000
Standzeit [d]
die bei 60° C eingelagerten Proben aus Meßzelle T03 (Einlagerungszeit 12,2 Jahre) und aus
dem Referenzmaterial
70
5.1.3
Schmelzkurve und Oxidationsstabilität (thermoanalytische Untersuchungen)
Die folgende Tabelle 5.1.3 -1 zeigt die charakteristischen Kennwerte der Schmelzkurve der
einzelnen Proben. Angegeben wird die Temperatur TS im Maximum (Peak) der Schmelzkurve, oft als Schmelztemperatur bezeichnet, die Schmelzenthalpie, bestimmt als Integral der
Schmelzkurve, und die in einer weiteren Messung bei 180 °C ermittelten OIT-Werte (Mittelwert und Standardabweichung). Weiterhin ist der Zeitraum ∆T zwischen Entnahme der Probe
aus der Meßzelle und der Messung angegeben. Abbildung 5.1.3 -1 und Abbildung 5.1.3. -2
zeigen die einzelnen Schmelzkurven der Proben aus den Meßzellen. Abbildung 5.1.3 -3 stellt
zum Vergleich die Schmelzkurve der Rückstellprobe (Probe 0) und der warmgelagerten Proben (Probe 0a und 0b) dar.
Die Lage der Schmelzkurve und die Tabellenwerte der Schmelztemperatur und Schmelzenthalpie sind leicht unterschiedlich, je nachdem welcher Zeitraum zwischen Messung und
Probenahme lag. Bei der Messung unmittelbar nach der Entnahme aus der Meßzelle wurden
um etwa 3°C niedrigere Schmelztemperaturen und um etwa 10 J/g niedrigere Schmelzenthalpien gemessen. In einem Kontrollversuch wurden PE-HD-Dichtungsbahnenproben kurzzeitig
in Kohlenwasserstoffe eingelagert und dann die Schmelzkurve für unterschiedliche Rücktrockungszeiten bestimmt. Dabei zeigte sich der gleiche Effekt. Die Unterschiede sind also der
unterschiedlichen Beladung mit Kohlenwasserstoffen zum Zeitpunkt der Messung geschuldet,
die sich auf die Messung des Schmelzvorgangs in der DSC-Zelle auswirkt. Effekte aus der
langzeitigen Lagerung sind darin nicht enthalten.
Im Rahmen der Meßfehler sind keine Unterschiede zwischen den Dichtungsbahnen aus den
Meßzellen und der Referenzdichtungsbahn erkennbar. Signifikant sind dagegen die Veränderungen bei den warmgelagerten Dichtungsbahnen. Offenbar kam es nach der jahrelangen Lagerung bei 80°C zu einer merklichen Erhöhung der Kristallinität. Die Veränderung macht sich
jedoch noch nicht in den mechanischen Kennwerten bemerkbar.
Tab. 5.1.3 -1: Thermoanalytische Kennwerte (Schmelztemperatur, Schmelzenthalpie, OITWerte) und Zeitraum zwischen Messung und Probenentnahme
Probe
0
0a
0b
1
2
3
5
6
8
8
11
∆T
(Tage)
1
8
28
129
1
0
28
28
TS
(°C)
127
126
128
124
125
126
127
124
124
126
126
Enthalpie
(J/g)
147
219
160
140
148
144
148
140
134
144
151
OIT
(min)
21,5 ± 1,1
2,6 ± 0,3
1,6 ± 1,1
8,6 ± 1,4
7,3 ± 1,0
6,2 ± 1,6
4,3 ± 0,9
4,3 ± 1,2
4,2 ± 0,8
3,5 ± 1,1
71
Abb. 5.1.3 -1: Schmelzkurven der Dichtungsbahnenproben aus den Meßzellen T01, T02 und
T03.
Abb. 5.1.3 -2: Schmelzkurven der Dichtungsbahnenproben aus den Meßzellen T05, T06, T08
und T11.
72
Abb. 5.1.3 -3: Schmelzkurven der Nullprobe und der über mehrere Jahre bei 80°C in Luft
warmgelagerten Proben, 0a: 6 Jahre, 0b: 8,4 Jahre.
Durch die Beanspruchung mit den Kohlenwasserstoffen in den Zellen hat der OIT-Wert der
Dichtungsbahnen merklich abgenommen. Auffällig ist, daß die Abnahme bei den Zellen mit
dem mineralischen Material Wilsum deutlich geringer ist als in den Materialien Dom-Esch,
Bastwald und in der Na-Bentonit-Dichtwandmasse. Andererseits ist die Veränderung mit der
Dicke der mineralischen Dichtung gering.
Ergänzend wurden die OIT-Werte bei unterschiedlichen Meßtemperaturen ermittelt. Abbildung 5.1.3 -4 zeigt die OIT-Werte als Funktion der inversen Meßtemperatur in Grad Kelvin.
Es ergeben sich Arrhenius-Geraden mit gleicher Steigung (Aktivierungsenergie). Dieser Befund stützt die Annahme, daß die Veränderung der OIT-Werte ein Maß für die Veränderung
des Stabilisatorgehalts ist.
Die Abnahme der OIT-Werte bei den Dichtungsbahnen aus den Zellen wird man dann als
Abnahme des Stabilisatorgehalts interpretieren. Diese Interpretation ist unmittelbar plausibel,
da man bei der Einlagerung in konzentrierte Kohlenwasserstoffe eine Stabilisatorextraktion
erwartet. Die Stabilisatormigration aus einer PE-HD-Dichtungsbahn über lange Zeiträume
hängt generell sehr stark von den Umgebungsbedingungen ab. Die Eigenart des mineralischen
Dichtungsmaterials scheint daher ebenfalls einen Einfluß zu haben. Verglichen mit der Abnahme des Stabilisatorgehalts während einer Warmlagerung bei 80°C über 8,4 Jahre ist die
Abnahme während einer Lagerung unter flüssigen Kohlenwasserstoffen über bis zu 12 Jahren
jedoch sehr gering und selbst bei den warmgelagerten Proben ist noch genügend Stabilisator
vorhanden. Eine oxidative Veränderung konnte auch an diesen Proben noch nicht nachgewiesen werden, die mechanischen Kennwerte im Zugversuch entsprechen auch hier denen des
Ausgangsmaterials (Tab. 5.1.1 -1).
73
220
-3
2,1x10
-3
180
2,2x10
160
2,3x10
-3
1/T (1/K)
T (°C)
200
Probe 0
Probe 1
Probe 0a
140
-3
2,4x10
Probe 0b
-3
2,5x10
120
0
10
1
10
2
10
3
10
Induktionszeit (min)
Abb. 5.1.3 -4: Die bei unterschiedlichen Meßtemperaturen gemessenen OIT-Zeiten der Nullprobe (0), der warmgelagerten Proben (0a und 0b) und der Probe aus der Meßzelle T01. Aufgetragen ist die inverse absolute Meßtemperatur der OIT-Messung (Skala rechts) über dem
Logarithmus des dabei gefundenen OIT-Wertes. An der linken Skala kann die Meßtemperatur
in Grad Celsius abgelesen werden. Der Zusammenhang zwischen OIT-Meßtemperatur und
Induktionszeit wird durch ein Arrhenius-Gesetz beschrieben.
5.1.4
Morphologie (elektronenmikroskopische Untersuchungen)
Die Bruchbilder zeigen keine signifikanten Unterschiede zwischen der Nullprobe und der
Probe aus der Meßzelle T05. Die Bilderfolge 990859 bis 990863 in Abbildung 5.1.4 -1, die
mit ansteigender Vergrößerung an der Bruchfläche der Referenzprobe gemessen wurde, kann
man vergleichen mit der Bilderfolge 990886 bis 990890 in Abbildung 5.1.4 -2, die mit ansteigender Vergrößerung an der Bruchfläche der Probe aus Meßzelle T05 gemessen wurde. Ebenso kann die Bilderfolge 990867, 990870 und 990872 in Abbildung 5.1.4 -3, die mit ansteigender Vergrößerung an der Bruchfläche der Referenzprobe gemessen wurde, mit der Bilderfolge 990893, 990895 und 990896 in Abbildung 5.1.4 -4, die mit ansteigender Vergrößerung
an der Bruchfläche der Probe aus Meßzelle T05 gemessen wurde, verglichen werden. Die
Bruchflächen zeigen eine reichhaltige Morphologie, der Bruchspiegel ist jedoch sehr ähnlich
und bis in den Bereich von unter einem Mikrometer sind keine spezifischen Unterschiede in
der gelagerten Probe zu der ungelagerten Probe zu erkennen.
74
Abb. 5.1.4 -1: Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme vom Bruchspiegel, der beim Bruch
einer tiefgefrorenen Dichtungsbahnenprobe 5 aus der Meßzelle T05 entstand. Die zunehmende Vergrößerung ist in den Bildern angegeben.
75
einer tiefgefrorenen Probe aus der Referenzdichtungsbahn, Probe 0, entstand. Die zunehmende Vergrößerung ist in den Bildern angegeben.
76
einer tiefgefrorenen Probe aus der Referenzdichtungsbahn, Probe 0, entstand. Die zunehmende Vergrößerung ist in den Bildern angegeben.
77
einer tiefgefrorenen Dichtungsbahnenprobe 5 aus der Meßzelle T05 entstand. Die zunehmende Vergrößerung ist in den Bildern angegeben.
78
5.2
Verteilung der Komponenten des Schadstoffgemisches innerhalb der
Dichtungsmaterialien zum Probenahmezeitpunkt
J. Eckardt, R. Tatzky-Gerth, W. Müller, U. Kalbe, W. Berger
5.2.1
Konzentration der Schadstoffe in der Kunststoffdichtungsbahn
Die Ergebnisse der Konzentrationsmessungen für die Dichtungsbahn und die mineralische
Dichtung an der Grenzfläche zur KDB sowie die tiefenaufgelösten Konzentrationswerte in der
mineralischen Dichtung sind im Anhang E übersichtlich zusammengestellt. In Tabelle
5.2.1 -1 sind als Auszug aus diesem Anhang die Konzentrationen der einzelnen Komponenten
in der Dichtungsbahn für die verschiedenen Meßzellen zusammengestellt. Auffällig ist hier
die Meßzelle T06 bei der der Aceton-Wert ungewöhnlich hoch und der THF-Wert ungewöhnlich gering ist. Ebenso die hohen Tetrachlorkohlenstoffwerte bei Bastwald. Bei der Mittelwertbildung (MW) über alle mineralischen Dichtungen wurden diese Werte nicht berücksichtigt. Es wurde aus dem Mittelwert dann der Verteilungskoeffizient für jede einzelne
Komponente berechnet. Der verdoppelte Wert 2σ, der sich ergibt, wenn man den Stoffgehalt
nur auf den amorphen Bereich der Dichtungsbahn bezieht (Kristallinität ca. 50%), kann man
mit dem Verteilungskoeffizient für den reinen flüssigen Kohlenwasserstoffe im amorphen
Bereich (Tabelle 3.1.2 –2) vergleichen. Die Löslichkeit aus dem Gemisch ist für die eher
schlecht löslichen Komponenten um etwa den Faktor 2 erhöht, während die allein sehr gut
löslichen Komponenten im Gemisch um etwa den Faktor (1/2) geringer löslich sind.
Tab. 5.2.1 -1: Konzentration der Komponenten der Prüfflüssigkeit in der Dichtungsbahn zum
Zeitpunkt der Entnahme. Angegeben ist zusätzlich das jeweilige mineralische Dichtungsmaterial unter der Dichtungsbahn
Zelle
mD
Konzentration [g/kg bzw. Gew.-‰]
Metha- isoChlorAceton THF
Tri
Tetra Toluol Xylol
nol
Octan
benzol
1
1,6
4,4
0,7
11,6
12,5
14,9
9,4
11,7 11,7
Wilsum
2
1,4
4,4
0,6
10,6
11,3
13,0
8,7
11,6 11,9
3
2,2
7,3
0,7
11,3
10,3
13,1
10,0
8,8
9,9
5
1,5
5,2
0,6
13,1
13,7
20,6
10,7
10,8 11,2
Bast6
3,0
0,9
0,8
13,4
12,0
18,7
11,8
11,8 12,3
wald
7
2,0
5,0
0,8
13,9
12,2
18,4
12,3
12,2 12,7
Na11 Bentonit 1,9
3,5
0,7
10,5
8,4
16,4
9,9
11,0 10,9
DWM
MW
1,8
5,0
0,7
12
11,5
14,3
10,4
11
11,5
0,02
0,05 0,008
0,16
0,07
0,08
0,10
0,11 0,09
σ
79
Die gelöste Masse an Prüfflüssigkeit, wie sie sich als Summe der Massen der Einzelkomponenten in der gaschromatographischen Messung ergibt, kann durch den Vergleich mit dem bei
einer Rücktrocknung ermittelten Masseverlust einer frisch oder nach Lagerung im Stickstoff
entnommenen Dichtungsbahnprobe kontrolliert werden. Tabelle 5.2.1 -2 zeigt die jeweiligen
Konzentrationen des gesamten Prüfmittelgemisches.
Tab. 5.2.1- 2: Konzentration des insgesamten Prüfmittelgemisches bestimmt durch Massenänderung bei Rücktrocknung und Summation der in der gaschromatographischen Analyse
bestimmten Konzentrationen der Einzelkomponenten. Angegeben ist zusätzlich das jeweilige
mineralische Dichtungsmaterial unter der Dichtungsbahn.
Zelle
1
2
3
5
6
7
11
5.2.2
mD
Wilsum
Bastwald
Na-Bentonit
DWM
Rücktrocknung
Masseverlust bezogen auf die
Masse der Dichtungsbahnenprobe
[g/kg bzw. Gew.-‰]
78,4
77,0
80,4
83,6
n.b.
77,4
GC-Messungen
Konzentration
Prüfmittelgemisch
[g/kg]
78,6
73,5
73,2
87,3
84,7
89,4
76,9
73,2
Vertikale Verteilung der Schadstoffe in den mineralischen Dichtungen
Die organischen Schadstoffe sind durch die Kunststoffdichtungsbahn in den untersuchten
Meßzellen permeiert und wurden innerhalb der mineralischen Dichtschicht entsprechend ihrer
Eigenschaften transportiert. In Abhängigkeit von den Eigenschaften der Komponenten des
Schadstoffgemisches, den Materialien der mineralischen Dichtung (besonders Tonmineralgehalt, Kationenaustauschkapazität, Korngrößenverteilung, Mikromorphologie) und deren
Schichtdicken haben sich im Verlauf der langfristigen Einwirkung der Schadstoffe auf die
Dichtungsmaterialien unterschiedliche Konzentrationsprofile ausgebildet. Die Konzentrationsprofile waren teilweise schwer interpretierbar, da sich die Schadstoffe gegenseitig beeinflussen und vergleichende Untersuchungen einzelner Komponenten nicht vorgenommen
wurden.
Die vertikale Verteilung der organischen Verbindungen in den mineralischen Dichtungen und
die gemessenen Permeationsraten (s. Abschnitt 5.5) lassen die Schlußfolgerung zu, daß der
stationäre Zustand bei Schichtdicken der mineralischen Abdichtung von 15 und 30 cm vor
allem für die hydrophoben Verbindungen zum Zeitpunkt der Zerlegung der Meßzellen noch
nicht erreicht war.
Eine wesentliche Rolle für den Transport der organischen Verbindungen innerhalb der mineralischen Dichtungskomponente spielt deren Löslichkeit in Wasser. Aus diesem Grunde
macht es sich erforderlich, das unterschiedliche Transportverhalten der hydrophilen (wassermischbaren) Verbindungen Methanol, Aceton und Tetrahydrofuran sowie der hydrophoben
(nicht wassermischbaren) Stoffe iso-Octan, Trichlorethylen, Toluol, Tetrachlorethylen,
80
Chlorbenzol und Xylol zunächst getrennt zu betrachten und bei der Interpretation der Ergebnisse zu berücksichtigen. Hierbei ist zu beachten, daß die Wasserlöslichkeit der hydrophoben
Verbindungen durch die Anwesenheit der hydrophilen Verbindungen erheblich beeinflußt
werden kann.
Im folgenden werden die Konzentrationsprofile der Schadstoffkomponenten in Abhängigkeit
ihrer Wasserlöslichkeit, von den Eigenschaften und der Schichtdicke der mD betrachtet.
Konzentration der Schadstoffkomponenten in Abhängigkeit von ihrer Wasserlöslichkeit:
In allen untersuchten Dichtungsmaterialien sind die drei hydrophilen, stärker polaren Komponenten des Schadstoffgemisches gegenüber den hydrophoben, weniger polaren Komponenten
aufgrund ihrer unbegrenzten Mischbarkeit mit Wasser grundsätzlich in höheren Konzentrationen anzutreffen.
Der Konzentrationsbereich, in dem die hydrophoben Komponenten nachgewiesen wurden, ist
wesentlich enger (i.a. < 200 mg/kg) als bei den hydrophilen Verbindungen. Darüber hinaus
lassen alle hydrophoben Schadstoffkomponenten einen ähnlichen Konzentrationsverlauf in
den jeweiligen mineralischen Dichtschichten erkennen (Abb. 5.2.2 -1 bis 8).
Die Höhe der Konzentration der sechs hydrophoben Schadstoffe korreliert mit der Abfolge
ihrer Wasserlöslichkeiten (Abb. 5.2.2 -1 bis 8). So löst sich iso-Octan sehr schlecht in Wasser
(Tab. 1.2 -2)und ist demzufolge in nur sehr geringen Konzentrationen bis maximal 12 cm
unter der Kunststoffdichtungsbahn in den mineralischen Dichtungen anzutreffen (Abb. 5.2.2 3). Chlorbenzol, Toluol und Trichlorethylen weisen entsprechend ihrer Löslichkeiten in
Wasser (s. Tabelle 1.2 -1) höhere Konzentrationen auf.
Problematisch war der Nachweis von Methanol in den mineralischen Dichtungsmaterialien
aufgrund der sehr starken Ähnlichkeit des Moleküls mit Wasser und der relativ niedrigen
Wiederfindungsraten (s. Abschnitt 4.4.1). Darüber hinaus läßt sich Methanol relativ schlecht
gaschromatographisch mit einem FID detektieren, da es nur ein Kohlenstoffatom im Molekül
hat. Aus diesem Grunde sind die Konzentrationsprofile von Methanol mit einer höheren Meßunsicherheit behaftet.
Auch die Veränderung des Lösungsverhaltens der hydrophoben Verbindungen in Wasser
durch die Anwesenheit der hydrophilen Verbindungen muß in die Betrachtungen mit einbezogen werden. Um die Größenordnung einer solchen Lösungsvermittlung zu zeigen, wurden
einige Handversuche durchgeführt. Dabei wurden jeweils 1, 2, 3 und 4 ml des 9-Komponenten-Schadstoffgemisches (Tab. 1.2 -1) in 10 ml Wasser gegeben. Nach kräftigem Schütteln und Absetzen wurden die Schadstoffgehalte in der wässrigen Phase mittels HeadspaceGaschromatographie bestimmt. Tabelle 5.2.2 -1 zeigt, daß insbesondere für die hydrophoben
Verbindungen eine deulich höhere Löslichkeit innerhalb des 9-Komponenten-Gemisches in
Wasser besteht als die der reinen Einzelkomponenten.
81
Tab. 5.2.2 -1: Ergebnis der Versuche zur Lösungsvermittlung der Schadstoffkomponenten
Istwerte Komponenten
[mg/10 ml]
Menge des 9Komponenten-Gemisches
[ml]
auf 10 ml Wasser
Sollwert
reine Komponente [mg]
Methanol
Aceton
Tetrahydrofuran
Iso-Octan
Trichlorethylen
Toluol
Tetrachlorethylen
Chlorbenzol
Xylol
82
1
2
3
4
111,1
222,2
333,3
444,4
Löslichkeit der
Einzelkomponente
[mg/10 ml
Wasser]
92
105
187
134
178
169
137
158
155
268
237
132
184
138
146
180
156
159
416
330
129
291
264
253
384
511
343
299
1005
140
228
147
169
195
168
183
∞
∞
∞
0,1
11
5
15
49
20
Abstand zur KDB [cm]
Konzentration der hydrophilen Komponenten in der Meßzelle T01 [mg/kg]
0
1000
2000
3000
4000
5000
Konzentration der hydrophoben Komponenten in der Meßzelle T01 [mg/kg]
0
50
100
150
200
250
300
0-2
0-2
2-4
2-4
4-6
iso-Octan
Trichlorethylen
Toluol
Tetrachlorethylen
Chlorbenzol
Xylol
4-6
Methanol
Aceton
Tetrahydrofuran
iso-Propanol (Neubildung)
6-8
6-8
Abb. 5.2.2 -1: Vergleich der Konzentrationsverteilung der hydrophilen und hydrophoben
Verbindungen (Skalierung bis 300 mg/kg) in der mD Wilsum 7,5 cm, Meßzelle T01
0
1000
2000
3000
4000
5000
0
50
100
150
200
250
300
0-2
0-2
2-4
2-4
4-6
4-6
6-8
6-8
8-10
8-10
10-12
10-12
Methanol
Aceton
12-14
Tetrahydrofuran
iso-Propanol (Neubildung) 14-15
12-14
14-15
iso-Octan
Trichlorethylen
Toluol
Tetrachlorethylen
Chlorbenzol
Xylol
Verbindungen (Skalierung bis 300 mg/kg) in der mD Wilsum 15 cm, Meßzelle T02
0
0-2
2-4
4-6
6-8
8-10
10-12
12-14
14-16
16-18
18-20
20-22
22-24
24-26
26-28
28-30
1000
2000
3000
4000
5000
Methanol
Aceton
Tetrahydrofuran
0
0-2
2-4
4-6
6-8
8-10
10-12
12-14
14-16
16-18
18-20
20-22
22-24
24-26
26-28
28-30
50
100
150
200
250
300
iso-Octan
Trichlorethylen
Toluol
Tetrachlorethylen
Chlorbenzol
Xylol
Verbindungen (Skalierung bis 300 mg/kg) in der mD Wilsum 30 cm, Meßzelle T03
83
0
1000
2000
3000
4000
0
5
10
15
20
25
5000
0-2
0-2
2-4
2-4
4-6
4-6
6-8
Methanol
Aceton
Tetrahydrofuran
iso-Octan
Trichlorethylen
Toluol
Tetrachlorethylen
Chlorbenzol
Xylol
6-8
Verbindungen (Skalierung bis 25 mg/kg) in der mD Bastwald 7,5 cm, Meßzelle T05
0
1000
2000
3000
4000
5000
0
5
10
15
20
25
0-2
0-2
2-4
2-4
4-6
4-6
6-8
6-8
8-10
8-10
10-12
12-14
14-19
iso-Octan
Trichlorethylen
Toluol
Tetrachlorethylen
Chlorbenzol
Xylol
10-12
Methanol
Aceton
Tetrahydrofuran
12-14
14-19
Verbindungen (Skalierung bis 25 mg/kg) in der mD Bastwald 15 cm, Meßzelle T06
0
1000
2000
3000
4000
5000
0-2
2-4
4-6
6-8
8-10
10-12
12-14
14-16
16-18
18-20
20-22
22-24
24-26
26-28
28-30
30-32
Methanol
Aceton
Tetrahydrofuran
0
0-2
2-4
4-6
6-8
8-10
10-12
12-14
14-16
16-18
18-20
20-22
22-24
24-26
26-28
28-30
30-32
5
10
15
20
iso-Octan
Trichlorethylen
Toluol
Tetrachlorethylen
Chlorbenzol
Xylol
Verbindungen (Skalierung bis 25 mg/kg) in der mD Bastwald 30 cm, Meßzelle T07
84
25
0
5
10
15
20
25
0
1000
2000
3000
4000
5000
0-2
0-2
2-4
2-4
4-6
4-6
6-8
6-8
8-10
8-10
10-12
10-12
12-14
12-14
14-16
16-18
18-20
Methanol
Aceton
Tetrahydrofuran
iso-Octan
Trichlorethylen
Toluol
Tetrachlorethylen
Chlorbenzol
Xylol
14-16
16-18
18-20
Verbindungen (Skalierung bis 25 mg/kg) in der mD Dom/Esch 20 cm, Meßzelle T08
0
1000
2000
3000
4000
5000
0-2
2-4
4-6
6-8
8-10
10-12
12-14
14-16
16-18
18-20
20-22
22-24
24-26
26-28
28-30
30-32
Methanol
Aceton
Tetrahydrofuran
0
50
100
150
200
250
300
0-2
2-4
4-6
6-8
8-10
10-12
12-14
14-16
16-18
18-20
20-22
22-24
24-26
26-28
28-30
30-32
iso-Octan
Trichlorethylen
Toluol
Tetrachlorethylen
Chlorbenzol
Xylol
Verbindungen (Skalierung bis 300 mg/kg) in der mD Na-Bentonit-DWM 30 cm, Meßzelle
T11
Verteilung der Schadstoffe in Abhängigkeit von den Dichtungsmaterialien:
In allen mD Wilsum wurden die hydrophoben Komponenten in höheren Konzentrationen
nachgewiesen als in den mD Bastwald, Dom-Esch und der Na-Bentonit-DWM. Gleichzeitig
weisen sie in den mD Wilsum ein stärkeres tiefenbezogenes Konzentrationsgefälle auf (Abb.
5.2.2 -12 bis 16, zu beachten ist beim Vergleich der Darstellungen die unterschiedlich gewählte Skalierung für die einzelnen Dichtungsmaterialien). Die Konzentration aller Schadstoffkomponenten ist in der mD Dom/Esch am geringsten.
Mit zunehmenden Wassergehalten in den mineralischen Dichtungsmaterialien (Dom/Esch
< Bastwald < Wilsum < Na-Bentonit-DWM) nehmen die Konzentrationen der hydrophilen
Komponenten in diesen Materialien zu. Dies ist besonders gut am Beispiel des Acetons (Abb.
5.2.2 -10) zu beobachten. Bei den weniger gut wasserlöslichen, hydrophoben Verbindungen
ist dieser Trend nicht so ausgeprägt. In allen Fällen sind die Konzentrationen in der mD Wilsum trotz niedrigeren Wassergehaltes größer als in der Na-Bentonit-DWM.
85
Bemerkenswert ist im Fall der Na-Bentonit-DWM, daß bei den hydrophilen Komponenten,
insbesondere beim Aceton, nicht nur in den oberen sondern auch in den untersten Horizonten
hohe Konzentrationen in der Dichtung zu verzeichnen sind (Abb. 5.2.2 -10). Die Konzentration von Aceton im simulierten Grundwasser (s. Abschnitt 5.5) war jedoch vergleichsweise
niedrig. BET-Messungen am Material aus dem unteren Bereich des Dichtungskörpers (s. Abschnitt 5.3.1) ergaben eine höhere spezifische Oberfläche gegenüber Messungen an Proben
aus dem oberen Bereich. Die vertikale Konzentrationsverteilung, läßt sich möglicherweise
durch die höhere Sorptionskapazität im unteren Teil des Dichtungskörpers aufgrund seiner
größeren spezifische Oberfläche erklären.
Methanol-Konzentration [mg/kg]
Abstand zur Kunststoffdichtungsbahn [cm]
0
0-2
2-4
4-6
6-8
8-10
10-12
12-14
14-16
16-18
18-20
20-22
22-24
24-26
26-28
28-30
30-32
1000
2000
3000
4000
5000
T01
T02
T03
T05
T06
T07
T08
T11
Abb. 5.2.2 -9: Vergleich der Konzentrationsverteilung von Methanol in allen mineralischen
Dichtungen
86
Aceton-Konzentration [mg/kg]
0
1000
2000
3000
4000
0-2
2-4
4-6
6-8
8-10
10-12
12-14
14-16
16-18
18-20
20-22
22-24
24-26
26-28
28-30
30-32
5000
T01
T02
T03
T05
T06
T07
T08
T11
Abb. 5.2.2 -10: Vergleich der Konzentrationsverteilung von Aceton in allen mineralischen
Dichtungen
THF-Konzentration [mg/kg]
0
0-2
2-4
4-6
6-8
8-10
10-12
12-14
14-16
16-18
18-20
20-22
22-24
24-26
26-28
28-30
30-32
1000
2000
3000
4000
5000
T01
T02
T03
T05
T06
T07
T08
T11
Abb. 5.2.2 -11: Vergleich der Konzentrationsverteilung von Tetrahydrofuran in allen mineralischen Dichtungen
87
Trichlorethylen-Konzentration [mg/kg]
0
25
50
75
100
125
150
0-2
2-4
4-6
6-8
8-10
10-12
12-14
14-16
16-18
18-20
20-22
22-24
24-26
26-28
28-30
30-32
175
T01
T02
T03
T05
T06
T07
T08
T11
Abb. 5.2.2 -12: Vergleich der Konzentrationsverteilung von Trichlorethylen in allen mineralischen Dichtungen
Toluol-Konzentration [mg/kg]
0
0-2
2-4
4-6
6-8
8-10
10-12
12-14
14-16
16-18
18-20
20-22
22-24
24-26
26-28
28-30
30-32
25
50
75
100
125
150
175
T01
T02
T03
T05
T06
T07
T08
T11
Abb. 5.2.2 -13: Vergleich der Konzentrationsverteilung von Toluol in allen mineralischen
Dichtungen
88
Tetrachlorethylen-Konzentration [mg/kg]
0
25
50
75
100
125
150
0-2
2-4
4-6
6-8
8-10
10-12
12-14
14-16
16-18
18-20
20-22
22-24
24-26
26-28
28-30
30-32
175
T01
T02
T03
T05
T06
T07
T08
T11
Abb. 5.2.2 -14: Vergleich der Konzentrationsverteilung von Tetrachlorethylen in allen mineralischen Dichtungen
Chlorbenzol-Konzentration [mg/kg]
0
0-2
2-4
4-6
6-8
8-10
10-12
12-14
14-16
16-18
18-20
20-22
22-24
24-26
26-28
28-30
30-32
25
50
75
100
125
150
175
200
225
250
275
300
T01
T02
T03
T05
T06
T07
T08
T11
Abb. 5.2.2 -15: Vergleich der Konzentrationsverteilung von Chlorbenzol in allen mineralischen Dichtungen
89
Xylol-Konzentration [mg/kg]
0
0-2
2-4
4-6
6-8
8-10
10-12
12-14
14-16
16-18
18-20
20-22
22-24
24-26
26-28
28-30
30-32
25
50
75
100
125
150
175
T01
T02
T03
T05
T06
T07
T08
T11
Abb. 5.2.2 -16: Vergleich der Konzentrationsverteilung von Xylol in allen mineralischen
Dichtungen
Verteilung der Schadstoffe in Abhängigkeit von der Schichtdicke der mineralischen Dichtung:
Es konnte eine Abhängigkeit der Schadstoffverteilung von der Schichtdicke für die mD Wilsum nachgewiesen werden. Für die mD Bastwald ist diese Abhängigkeit nicht so deutlich
erkennbar. Das ist möglicherweise darauf zurückzuführen, daß bei der Schichtdicke 15 cm
(Meßzelle T06) ein deutlich abweichendes Verhalten zu beobachten ist (z. B. Abb. 5.2.2 -10
und 11). Schwer interpretierbar sind auch die Ergebnisse der Permeationsmessungen für diese
Meßzelle (s. Abschnitt 5.5).
Im Fall der mD Dom/Esch und der Na-Bentonit-DWM stand für die Untersuchungen nur jeweils eine Meßzelle (nur eine Schichtdicke) zur Verfügung.
In den mD Wilsum sind bei größerer Schichtdicke in gleichen Abständen zur Kunststoffdichtungsbahn höhere Schadstoffgehalte sowohl bei den hydrophoben als auch bei den
hydrophilen Verbindungen zu verzeichnen (z.B. Abb. 5.2.2 -10 und 12). Das ließe sich folgendermaßen erklären: Der Diffusionswiderstand der mineralischen Dichtung nimmt mit steigender Schichtdicke zu (s. Abschnitt 4.7). Da eine Stetigkeit der Permeationsrate an der
Grenzschicht KDB zur mD (s. Abschnitt 4.7) besteht, steigt die Konzentration an der Grenzschicht, wodurch sich der Konzentrationsgradient in der KDB erniedrigt, während er in der
mD ansteigt. Deutlich zeigt sich die Relevanz des höheren Diffusionswiderstandes der mD bei
größerer Schichtdicke auch in den höheren Schadstoffkonzentrationen der hydrophilen Verbindungen direkt unter der KDB - ablesbar an den Konzentrationen in den Oberflächenproben
der mD (s. Anhang E, Wert c2). Dieser Effekt ist nicht so deutlich ausgeprägt bei den hydrophoben Verbindungen, da der Diffusionswiderstand der KDB gegenüber den hydrophoben
Verbindungen gering ist.
90
Bemerkenswert ist auch, daß beim Vergleich der Konzentrationen der hydrophoben Schadstoffe im jeweils untersten Horizont der drei mD Wilsum bei der geringsten Schichtdicke (7,5
cm) die höchste Konzentration nachgewiesen wurde (Abb. 5.2.2 -12 bis 16).
Nach etwa 10-jähriger Beaufschlagung der Meßzellen wurde erstmals in einigen Fällen im
simulierten Grundwasser eine zusätzliche Komponente gaschromatographisch nachgewiesen.
Während der ersten Untersuchungen an den ausgebauten mineralischen Dichtungen konnte
diese Verbindung mit Hilfe GC-MS als iso-Propanol identifiziert werden. Iso-Propanol wurde
in allen Dichtungsmaterialien außer in der Na-Bentonit-DWM gefunden und trat in den mD
Bastwald in den höchsten Konzentrationen auf (Abb. 5.2.2 -17). Auf einen möglichen Zusammenhang der iso-Propanol-Bildung mit mikrobiologischen Aktivitäten wird in Abschnitt
5.4.3 hingewiesen.
iso-Propanol-Konzentration [mg/kg]
0
0-2
2-4
4-6
6-8
8-10
10-12
12-14
14-16
16-18
18-20
20-22
22-24
24-26
26-28
28-30
30-32
25
50
75
100
125
150
175
200
T01
T02
T03
T05
T06
T07
T08
T11
Abb. 5.2.2 -17: Vergleich der Konzentrationsverteilung von iso-Propanol in allen mineralischen Dichtungen
Iso-Octan ist die einzige Komponente die in keiner Meßzelle im simulierten Grundwasser
nachgewiesen wurde.
Die permeierten Mengen der hydrophilen Verbindungen sind deutlich höher als die der hydrophoben Verbindungen. Für Methanol wurden im simulierten Grundwasser z.T. geringere
Konzentrationen gefundenen als sie im Vergleich zu Aceton zu erwarten gewesen wären. Die
vergleichsweise bereits deutlich geringeren Konzentrationen an Methanol in den verschiedenen mD (vgl. Abb. 5.2.2 –9 und -10) sind einerseits auf die deutlich geringere Permeation
gegenüber Aceton durch die KDB zurückzuführen (vgl Abschnitt 4.2.1). Andererseits kommen als Ursache dafür möglicherweise die schon genannten analytischen Probleme oder unterschiedliche Abbauprozesse in den mD bzw. im simulierten Grundwasser in Betracht.
91
5.3
U. Kalbe, W. Berger, J. Breu, H. Kerzdörfer, W. Ache, J. Goebbels
5.3.1
Physikalische und chemische Stoffparameter
pH-Wert
Mikroben sind in der Lage, die in die mineralische Dichtungsschicht permeierten organischen
Verbindungen zu metabolisieren. Bei einigen Abbaupfaden würde die Ausgangsverbindung in
Säuren umgewandelt werden, die wiederum das Aciditätsmilieu makroskopisch merklich beeinflussen könnten. Dieser Säureeintrag kann entweder chemisch abgepuffert werden oder zu
einer Mobilisierung von Elementen wie Fe, Al und Mn oder Karbonaten führen. Als Protonenakzeptoren kommen Karbonate (CO32−, HCO3−), Silikate (SiO−), Oxide (O2−), Hydroxide
(OH−) und Huminstoffe (R-COO−, R-NH2) in Betracht. Protonen (H3O+) sind desweiteren an
Redoxreaktionen, z.B. Mn4+-Reduktion, beteiligt (Schwertmann et al.,1987).
Eine pH-Veränderung kann sich auf die plastischen Eigenschaften der Tonminerale auswirken. Vereinfacht können die Tonminerale als Plättchen mit negativ geladenen Flächen und
Kanten, die je nach Aciditätsmilieu positiv, neutral oder negativ geladen sein können, betrachtet werden. Über Flächen(−)/Kanten(+)-Kontakte können sich Kartenhausstrukturen und
über Flächen/Flächen Kontakte Bänderstrukturen ausbilden. Bei pH-Werten von 5 bis 6 ist
der isoelektrische Punkt erreicht, d.h. die Kanten sind makroskopisch betrachtet ungeladen,
was zu einem Zerfall von Kartenhausstrukturen und damit zu einer Freisetzung von Porenwasser führen kann.
Das in Fässern gelagerte Ausgangsmaterial kann für den Vergleich mit dem pH-Wert in den
Meßzellen nur bedingt herangezogen werden. Besonders das Ausgangsmaterial Wilsum unterlag im Verlauf der Lagerung über 12 Jahre vermutlich sowohl mikrobiellen Aktivitäten als
auch einer Oxidation darin enthaltener Eisensulfide (gelbe Ausblühungen), so daß eine starke
Versauerung zu verzeichnen war (pHCaCl2 3,63). Aus der Tongrube Uelsen beschafftes frisches
Material des in der Deponie Wilsum eingesetzten Tones (pH CaCl2 7,77) konnte diese Annahme
bestätigen. Die pH-Werte der Ausgangsmaterialien sind in Abb. 5.3.1 -1 gegenübergestellt.
Der pH-Wert der Ausgangsmaterialien Wilsum und Dom/Esch lag demnach im leicht basischen Bereich. Dagegen wies das Ausgangsmaterial Bastwald einen Ausgangswert im leicht
sauren Bereich auf und die Na-Bentonit-Dichtwandmasse zeigte eine stark alkalische Reaktion.
Die Veränderung des pH in den beaufschlagten mineralischen Dichtungsmaterialien im Vergleich zum jeweiligen Ausgangsmaterial verdeutlicht Abb. 5.3.1 -2.
92
14
12,3
12
8,2
10
12,2
8,7
12,0
6,6
8
pH
7,8
6
7,8
6,5
4
2
0
pH (H2O)
Wi
lsu
Ba
m
stw
(U
ald
els
*
en
)
Do
m/
Es
ch
*
pH (CaCl2)
Na
-Be
Na
nto
-Be
nit
nto
-D
nit
WM
-D
WM
**
***
Abb. 5.3.1 -1: pH-Werte der Ausgangsmaterialien
*
einschließlich Montigel Zusatz
** trockene Mischung von Montigel F und HOZ 35L im Verhältnis 1:5
*** nachgestelltes Ausgangsmaterial (s. 4.1.2), 6 Monate ausgehärtet
pH (CaCl2)
5,0
5,5
6,0
6,5
7,0
7,5
8,0
8,5
0-2
2-4
4-6
6-8
8-10
10-12
12-14
14-16
16-18
18-20
20-22
22-24
24-26
26-28
28-30
30-32
32-34
9,0
9,5 10,0 10,5 11,0 11,5 12,0
T01
T02
T03
T05
T06
T07
T08
T11
Bastwald
Dom/Esch
Wilsum
Na-Bentonit
Ausgangsmaterialien
Abb. 5.3.1 -2: Horizontaler Verlauf der pH-Werte (CaCl2) in den mD der verschiedenen Meßzellen
93
Der pH-Wert in den beaufschlagten Dichtungsmaterialien lag bei allen Meßzellen unter dem
Wert des Ausgangsmaterials (Abb. 5.3.1 -2). Diese Abnahme fällt offenbar bei geringerer
Schichtdicke höher aus. Horizontabhängig lassen die Veränderungen keinen einheitlichen
Trend für die verschiedenen Dichtungsstoffe und Schichtdicken erkennen.
Bei den Wilsum-Dichtungen ist nur bei der Schichtdicke 7,5 cm (Meßzelle T01) eine signifikante Abnahme des pH nach unten hin zu erkennen. Das in der mD Wilsum in Form von Pyrit
enthaltene Sulfid (s. Abschnitt 5.3.2) erwies sich unter dem reduzierenden Milieu (s. Abschnitt 5.3.3) als nicht nachteilig für die Absenkung des pH. Im Gegensatz zu dem an Luft
gelagerten Ausgangsmaterial war in den Proben aus den Meßzellen mit einer mD Wilsum
durch die anaeroben Bedingungen unverändert Pyrit vorhanden. Bei allen drei Schichtdicken
kann dagegen für die Bastwald-Dichtungen eine pH-Abnahme nach unten hin beobachtet
werden. Darüber hinaus wurde bei diesem Material eine deutlich zunehmende Versauerung
bei geringerer Schichtdicke nachgewiesen. Ein nur leicht abnehmender Trend im Profil zeigt
sich bei der Dom/Esch-Dichtung (Meßzelle T08); für die Na-Bentonit-DWM (Meßzelle T11)
ergab sich keine signifikante pH-Änderung.
Feuchtegehalt
Die ermittelten Feuchtegehalte in den untersuchten Meßzellen liegen in allen Fällen über dem
Einbauwassergehalt der Dichtungsmaterialien. Exemplarisch sind die an den Proben für die
Gefügeuntersuchungen ermittelten Feuchtegehalte in Tabelle 5.3.1 -1 im Vergleich mit dem
Einbauwassergehalt (August et al., 1992) dargestellt.
Tab. 5.3.1 -1: Feuchtegehalte in den mineralischen Dichtungen
(Berechnung in Anlehnung an DIN ISO 18121 nach Gefriertrocknung )
Abstand
zur KDB
[cm]
in Meßzelle
0-2
2-4
4-6
6-8
8-10
10-12
12-14
14-16
16-18
18-20
20-22
22-24
24-26
26-28
28-30
30-32
32-34
Mittelwert
Einbaufeuchtegehalt
*
105°C-Trocknung,
94
Feuchtegehalt in der mD
[Gew.-%]
T01
T02
T03
T05
T06
T07
T08
T11
40,6
42,8
40,4
41,2
47,1
45,7
46,9
44,8
43,3
42,0
47,0
47,0
41,5
42,2
39,6
44,1
35,7
36,9
35,3
37,8
34,8
36,0
35,3
35,4
38,1
42,0
44,7
45,4
46,4
39,5
19,0
17,8
18,4
17,0
17,5
16,2
15,1
15,2
15,3
14,1
13,1
15,4
16,5
15,9
16,2
16,1
17,8
17,4
15,5
15,1
15,4
15,7
15,0
15,1
16,4
16,2
15,8
15,4
11,1
200,7
41,3
45,5
34,2 *
18,0
15,4
14,0 *
11,3
10,4
235,6
10,3
123,2
15,9
10,8
9,3 *
186,5
n.b.
Für die Dichtungen mit Ton Wilsum (Meßzelle T01, T02, T03) und der Dichtwandmasse
(Meßzelle T11) sind die Unterschiede signifikant. Die Feuchtegehalte in den einzelnen mineralischen Dichtungen schwanken horizontabhängig teilweise stark.
Der nach unten hin abnehmende Feuchtegehalt der Na-Bentonit-DWM deutet auf die komplexen Veränderungen in dieser Meßzelle hin.
Aufgrund des direkt unter den mineralischen Dichtungen anstehenden simulierten Grundwassers waren alle Materialien unter den Versuchsbedingungen nahezu wassergesättigt (s. Abschnitt 5.3.4) und der Anteil an quellfähigen Tonmineralen war gering (s. Abschnitt 5.3.2), so
daß dieser Spezialfall für Betrachtungen zum eventuellen Austrocknungsverhalten der Materialien nicht relevant ist.
Karbonatgehalt
Der Karbonatgehalt in den verschiedenen beaufschlagten mineralischen Dichtungen wurde
auch untersucht, um Hinweise auf mikrobielle Aktivitäten oder Milieuveränderungen zu erhalten.
Durch pH-Erniedrigung kann z. B. Calcit (Löslichkeit in Wasser 1,4 mg/l, 20 °C) in das
leichter lösliche Hydrogenkarbonat überführt werden. Dadurch erhöht sich die potentielle
Mobilität von Ca2+ und CO32-. Erwartungsgemäß sollten die Karbonatgehalte im vertikalenProfil mit den pH-Werten korrelieren.
Der insgesamt geringe Karbonatgehalt des Dichtungsmaterials Wilsum hat sich gegenüber
dem Ausgangsmaterial (Uelsen) in den ausgebauten Dichtungsmaterialien lediglich für die
Meßzelle T02 sehr leicht verringert. Eine Bildung von leicht löslichem Hydrogencarbonat
über eine Protonierung durch saure Metaboliten des Schadstoffgemisches oder über eine
Kohlensäureverwitterung und dessen Mobilisierung, die ab pH 7 - 8 einsetzt, wäre denkbar.
Eine Komplexierung von Ca2+ durch Carboxylat-Metaboliten, verbunden mit einer Tiefenverlagerung, kann ebenfalls in Betracht gezogen werden. Tiefenabhängig zeigt sich jedoch in
keiner der Meßzellen mit den mD Wilsum ein signifikanter Trend im Karbonatgehalt (s. Anhang D).
Der Karbonatgehalt der mD Bastwald ist mit 0,25 Gew.-% als sehr gering einzustufen. Veränderungen in den entsprechenden Meßzellen lassen sich nicht nachweisen (s. Anhang D).
Eine leichte Abnahme des Karbonatgehaltes mit der Tiefe, jedoch keine signifikante Veränderung gegenüber dem Ausgangsmaterial, kann für die Meßzelle T08 (Dom/Esch) gezeigt werden (s. Anhang D).
Beobachtet wird für die Na-Bentonit-DWM eine deutliche Zunahme des Karbonatgehaltes
von etwa 13 % im nachgestellten Ausgangsmaterial (s. Abschnitt 4.1.2) auf einen über das
Profil der Meßzelle gemittelten Wert von 26 %. Eine mögliche Erklärung wäre hier das Abbinden von atmosphärischem CO2 über das Entlüftungsrohr der Meßzelle im simulierten
Grundwasser und eine Verlagerung von Karbonat bis in den oberen Bereich der DWM. Gestützt wird diese Vermutung auch durch den mit 11,45 vermessenen sehr hohen pH-Wert des
kurz vor dem Öffnen der Meßzelle entnommenen Wassers. Darüber hinaus wurde aus dem
simulierten Grundwasser ein Salz ausgefällt, das sich röntgenographisch als eine Mischung
von Vaterit und Calcit (CaCO3-Modifikationen) erwies.
95
Geochemische Zusammensetzung
Mit Hilfe der Röntgenfluoreszenzanalytik (RFA) wurden die Haupt- und Spurenelemente
ermittelt, um Aussagen über eine eventuelle Mobilisierung von Elementen in Folge eines veränderten Redox- und Aciditätsmilieus treffen zu können. Die Bestimmung der Spurenelemente ist für die Stabilitätsbetrachtung einer Deponiebasis zweitrangig, jedoch können sie als
Zeigerelemente wichtige Hinweise auf Transportprozesse geben.
Die ermittelten Haupt-und Spurenelementgehalte wurden im Anhang F zusammengestellt.
Zur Bestimmung der natürlichen Streubreite der einzelnen Hauptelemente im Dichtungsmaterial Wilsum wurde repräsentativ je ein Probenquader von 1 cm Dicke in Würfel von 1 cm
Kantenlänge zerlegt (Rasterung) und RF-analytisch untersucht. Aufgrund einer Stichprobenzahl von > 30 Würfeln konnte mit Hilfe einer Gaußverteilung die Standardabweichung σ der
Elementkonzentrationsverteilung bestimmt und auf das Volumen einer Probenscheibe, wie sie
beim Ausbau der Permeationszellen gewonnen werden, hochgerechnet werden (exemplarisch
für Eisen in Abb. 5.3.1 -3 dargestellt).
20
10
D
2
C
B
Häufigkeit
2
4
3
6
Fe2Fe
O3 O
[Gew.-%]
(Gew.-%)
15
8
Mittelwert = 6,2
σ = 0,6
N = 47
11
10
10
9
6
5
4
0
A
2
1
3
4
2
0
0.0
1
2.0
4.0
1
6.0
1
1
8.0
1
10.0
Fe2O3 [Gew.-%]
a)
b)
Abb. 5.3.1 -3: Inhomogenität der Elementverteilung im Ausgangsmaterial Wilsum
a) Eisenanalyse eines Würfelrasters (1x1x1 cm3)
b) natürliche Streubreite des Gesamteisengehaltes (Pfeile markieren Eisenanreicherungen in
Form von „Rostflecken“)
Insgesamt war aufgrund der natürlichen Inhomogenitäten in den verschiedenen mineralischen
Dichtungsmaterialien die Elementverteilung auf einem hohen Rauschen zu diagnostizieren,
was die Interpretation bezüglich der Auswirkungen auf den Chemismus der Dichtungen erschwerte.
Tiefenabhängig wurden keine eindeutigen Tendenzen festgestellt, welche auf eine Mobilisierung von Haupt- oder Spurenelementen in den Dichtungsmaterialien hindeuten könnten.
96
Korngrößenverteilung
Sofern das Ausgangsmaterial nach der Lagerung noch als repräsentativ angesehen werden
konnte, sollte ein Vergleich mit dem schadstoffbeeinflußten Material aus den Meßzellen vorgenommen werden. Veränderungen in der Korngrößenverteilung der mineralischen Dichtungsmaterialien könnten durch die Auflösung von Bindemitteln oder Aggregierung von Tonpartikeln verursacht werden. Damit mögliche Unterschiede nicht durch chemische oder mechanische Beanspruchung während der Probenaufbereitung überdeckt werden, wurde auf eine
Bindemittelentfernung in den Proben verzichtet. Auch eine Dispergierung der Proben mit NaPyrophosphat (Na4P2O7) oder Ultraschall wurde aus diesem Grund nicht vorgenommen.
Zum Nachweis von horizontabhängigen Veränderungen der Korngrößenverteilung in den
mineralischen Dichtungsmaterialien unter dem Einfluß der Schadstoffe wurden verschiedene
Meßverfahren getestet (s. Abschnitt 4.5.1). Aufgrund der Morphologie von Tonteilchen und
der unterschiedlichen Meßprinzipien lieferten diese Verfahren sehr unterschiedliche Ergebnisse, insbesondere im Fall des Tones Wilsum. Dieses veranschaulicht Tabelle 5.3.1 -2.
Messungen mit einem Laserpartikelzähler unterrepräsentieren zwar den Anteil der Tonfraktion (< 2 µm), scheinen aber an diesem Material am besten geeignet, um Unterschiede darzustellen.
Tab. 5.3.1 -2: Ergebnisse verschiedener Partikelmeßverfahren für das Ausgangsmaterial Wilsum
Verfahren
Vorbehandlung
Ausgangsmaterial Wilsum
Ton
Schluff
Sand
< 0,2 µm
0,2 - 0,63 µm
0,63 - 2 µm
2 - 6,3µm
6,3 - 20 µm
20 - 63 µm
63 - 200 µm
200 - 630 µm
630 µm - 2 mm
< 0,2 µm - 2 µm
2 µm - 63 µm
Σ Ton
Σ Schluff
63 µm - 2 mm
Σ Sand
Gesamtsumme
Atterberg- Aräometer Pipettanalyse Laserparnach Köhn tikelanalyse
verfahren
Uni
Uni
TU Berlin Regensburg
Regensburg August et
1998
al., 1992
1998
1998
BAM 1997
Röntgensedimentometer
unbehandelt,
Trockensiebung
bis 200 µm
unbehandelt
DIN 18123
Dispergierung
mit NaPyrophosphat
und Ultraschall
unbehandelt
[Gew.-%]
[Gew.-%]
[Gew.-%]
[Gew.-%]
[Vol.-%]
0,3
4,1
14,6
33,0
31,3
14,6
2,1
0,0
0,0
19,0
78,9
2,1
100
61
64,6
12
15
11
11,1
12,3
12,0
0,0
0,0
0,0
64,6
35,4
0,0
100
0
90-95
3-7
2-3
100
62
38
0
100
48,0
44,0
8,0
100
97
Gut geeignet war die Bestimmung der Korngrößenverteilung mittels Röntgensedimentometer
für die Dichtungsmaterialien Bastwald und Dom/Esch, wobei für beide Materialien die Inhomogenität zu berücksichtigen bleibt.
Es sind Unterschiede in der Korngrößenverteilung zwischen dem Ausgangsmaterial Wilsum
bzw. Uelsen (Anhang D) und dem Material in den Meßzellen zu verzeichnen. Offensichtlich
hat sich der Anteil der Tonfraktion im Verlaufe der über 12jährigen Beaufschlagung verringert, was mit einer Aggregierung der Tonminerale in Zusammenhang stehen könnte. Ähnliche
Erscheinungen wurden bei Hasenpatt (1988) allerdings nach Beaufschlagung eines CaBentonits mit einem konzentrierten Tensid beschrieben. Horizontabhängig läßt sich für die
drei Wilsum Meßzellen (T01, T02, T03) keine Änderung der Korngrößenverteilung nachweisen (s. Anhang D).
Für das Dichtungsmaterial Bastwald ergibt sich gegenüber dem Ausgangsmaterial nach der
Analyse im Röntgensedimentometer eine Zunahme des Tonanteils im beaufschlagten Material
der drei Meßzellen T05, T06 und T07 (s. Anhang D) gegenüber dem Ausgangsmaterial (ohne
Montigel-Zusatz). Die Anteile der einzelnen Kornfraktionen schwanken teilweise aufgrund
der Inhomogenität des Materials im Profil sehr stark, so daß horizontabhängig kein Trend in
der Korngrößenverteilung nachzuweisen ist (s. Anhang D).
Letzteres gilt auch für die Meßzelle T08 (Dom/Esch).
Sofern das nachgestellte Ausgangsmaterial für die Na-Bentonit-DWM als Referenz betrachtet
werden kann, zeigt sich hier eine Abnahme des Schluffanteils zugunsten des Sandanteils (s.
Anhang D).
Spezifische Oberfläche
Als spezifische Oberfläche der festen Bodensubstanzen bezeichnet man die Summe aller
Grenzflächen fest-gasförmig und fest-flüssig. Sie bestimmt das Ausmaß vieler Bodenreaktionen, wie z.B. das des Ionenaustausches und der Adsorption von organischen Schadstoffmolekülen. Die spezifische Oberfläche von Böden liegt im Bereich von einigen m2/g bis
etwa 500 m2/g. Sie setzt sich zusammen aus der inneren und äußeren Oberfläche der Tonminerale und der äußeren Oberfläche der übrigen Bodenminerale − die „inneren Oberflächen“
werden bei Gasadsorptionsmessungen jedoch nur im Randbereich erfaßt (Gregg & Sing,
1982). Im allgemeinen liegt die Oberfläche bei Kaoliniten zwischen 10-150 m2/g, bei Smektiten zwischen 600-800 m2/g, bei Illiten zwischen 50-200 m2/g (Scheffer & Schachtschnabel,
1998).
Das über 12 Jahre gelagerte Ausgangsmaterial war auch hier nur bedingt als Vergeich für den
Ausgangszustand einsetzbar. So wurde für das frische Wilsum-Material aus der Tongrube
Uelsen mit etwa 51 bis 57 m2/g eine nahezu doppelte Oberfläche gegenüber dem gelagerten
Wilsum Material gemessen (Anhang F), was im typischen Bereich für einen kaolinitischillitischen Ton liegt.
Messungen am Dichtungsmaterial der Meßzelle T01 (Wilsum 7,5 cm) ergaben durchschnittlich eine leichte Zunahme der spezifischen Oberfläche. An ausgewählten Proben der Meßzelle
T03 (Wilsum 30 cm) wurde keine signifikante Veränderung der Oberfläche beobachtet. Horizontabhängig war für beide Meßzellen dabei kein Trend erkennbar (Tab. 5.3.1 -3 und Anhang F).
98
Tab. 5.3.1 -3: Ergebnisse der BET-Messungen in der Meßzelle T03 (BAM)
Horizont in der Meßzelle T03
[cm]
[m2/g]
0-2
54,6 ± 0,5
10-12
57,7 ± 0,6
20-22
55,9 ± 0,6
30-32
51,6 ± 0,6
Ausgangsmaterial (Uelsen)
56,8 ± 0,6
Vom Ausgangsmaterial Bastwald liegt nur die Messung von Proben ohne den 1%igen Zusatz
von Montigel F vor. Es kann also davon ausgegangen werden, daß der Wert für die Oberfläche höher als die vermessenen 9 bis 13 m2/g angesiedelt ist, so daß bei einem durchschnittlichen Wert in den Meßzellen von 12 bis 23 m2/g nicht auf eine signifikante Erhöhung der Oberfläche geschlossen werden kann. Eine horizontabhängige Tendenz kann ebenso nicht abgelesen werden (Tab. 5.3.1 -4 und Anhang F).
Auf Messungen der spezifischen Oberfläche vom Dichtungsmaterial Dom/Esch wurde aufgrund der großen Inhomogenität des Materials verzichtet. Eine orientierende Messung des
Ausgangsmaterials ohne den 2%igen Montigel F - Zusatz zeigte wegen des hohen Grobkornanteils erwartungsgemäß eine sehr niedrige Oberfläche von 4,5 m2/g (s. Anhang F).
Tab. 5.3.1 -4: Ergebnisse der BET-Messungen in der Meßzelle T07 (BAM)
Horizont in der Meßzelle T07
[cm]
[m2/g]
0-2
14,9 ± 0,1
10-12
22,8 ± 0,1
20-22
16,0 ± 0,1
26-28
19,0 ± 0,1
Ausgangsmaterial (ohne Montigel-Zusatz)
12,9 ± 0,1
An Proben aus dem oberen und unteren Bereich des Dichtungsmaterials der Meßzelle T11
(Na-Bentonit-DWM) wurden Isothermen Typ IV mit einer schmalen Hysterese gemessen,
was bedeutet, daß die Proben mesoporös (Porengröße 2 bis 50 nm) sind. Der steile Anstieg
der Adsorptionsisotherme bei geringem Relativdruck p/p0 und das beginnende Verteilungsmaximum der Porenvolumenverteilung nach BJH bei 1 nm (10 Å) deuten das zusätzliche
Vorliegen von Mikroporen an (erfaßt wurde der Bereich 1 bis 100 nm).
Als Vergleich zum Ausgangsmaterial BET-Messungen sowohl der nachgestellten Dichtwandmischung (s. 4.1.2) als auch der Ausgangskomponenten Montigel F und HOZ 35L
durchgeführt (Anlage F). Der mit einem Gewichtsanteil von 17,29 Gew.-% in der DWM
vertretene Hochofenzement weist eine sehr niedrige Oberfläche von ca. 2 m2/g auf, dagegen
99
verfügt der Na-Bentonit (3,45 Gew.-% Anteil an der Suspension) über eine Oberfläche von
etwa 70 m2/g. Für die Ausbildung der Gefügestrukturen in der ausgehärteten BentonitZement-Suspension spielt die Bildung von Zementhydratphasen eine bedeutende Rolle (s.
Abschnitt 5.3.2). Die nachgestellte Dichtwandmischung (Aushärtzeit 6 Monate) zeigte eine
Oberfläche von etwa 60 m2/g.
Eine Probe aus dem unteren Bereich der Dichtung zeigte eine signifikant höhere spezifische
Oberfläche gegenüber einer Probe aus dem oberen Bereich (Tab. 5.3.1 -5). Dieses ist verbunden mit einem höheren spezifischen Porenvolumen im unteren Bereich der Dichtwand.
Proben aus der Meßzelle T11 wiesen Inhomogenitäten in Form von Einschlüssen auf.
Tab. 5.3.1 -5: Ergebnisse der N2-Sorptionsmessungen in der Meßzelle T11 (BAM)
Horizont in der
Meßzelle T11
[cm]
Spezifische
Oberfläche
[m2/g]
Spezifisches Porenvolumen nach Gurwich
[mm3/g]
Spezifisches Porenvolumen nach BJH
[mm3/g]
0-2
52,8 ± 1,77
80,2 ± 2,47
67,9 ± 2,83
29-31
66,2 ± 3,07
105,4 ± 6,11
95,7 ± 6,43
Zusammenfassend konnten nur für die Na-Bentonit-DWM signifikante horizontabhängige
Unterschiede in der spezifischen Oberfläche und im spezifischen Porenvolumen beobachtet
werden, die offenbar im Zusammenhang mit der Tonmineralumsetzung (s. Abschnitt 5.3.2) zu
sehen sind.
Kationenaustauschkapazität
Die Kationenaustauschkapazität (KAK) der mineralischen Dichtungsmaterialien wird hauptsächlich durch Art und Gehalt an Tonmineralen bestimmt. Im Fall der Na-Bentonit-DWM
sind die gebildeten Zementhydratphasen und der stark basische pH-Wert für die hohen Austauschkapazitäten verantwortlich. Da der Anteil der Huminstoffe in allen Materialien relativ
gering war, kommt ihr Einfluß auf die KAK hier weniger stark zum Tragen. Auch der Einfluß
weiterer organischer Kationenaustauscher (mögliche Metaboliten des Schadstoffgemisches)
wurden von der weiteren Betrachtung ausgeschlossen.
Der Wert der effektiven Kationenaustauschkapazität (KAKeff) liegt in Abhängigkeit vom pHWert des Bodenmaterials und dem Anteil an variabler Ladung mehr oder weniger unter dem
Wert der potentiellen Kationenaustauschkapazität (KAKpot).
Veränderungen der Austauschkapazitäten könnten u.a. durch eine stärkere Fixierung der Kationen in den Zwischenschichträumen der Smektite und durch eine Zersetzung von Tonmineralen hervorgerufen werden.
Die Kationenbelegung der Böden schwankt in weiten Bereichen. In Böden unseres Klimabereiches überwiegt bei pH>5 die Belegung mit Ca2+ (Ca2+ > Mg2+ > K+ > Na+). Der Anteil an
Na+ ist dabei überwiegend gering, da Na+ meist sehr schwach gebunden wird (Scheffer &
Schachtschabel, 1998).
Tonminerale sind in der Lage Kationen selektiv in den Zwischenschichtraum einzulagern. Die
Selektivität der Alkalikationen nimmt in der Reihe Cs+ > Rb+ > K+ > Na+ > Li+ ab, bei den
Erdalkalikationen in der Reihe Ba2+ > Sr2+ > Ca2+ > Mg2+. Dabei werden die größeren Katio100
nen mit kleinerer Hydratationsenthalpie gegenüber den kleinen Ionen mit größerer Hydratationsenthalpie bevorzugt (Jasmund & Lagaly, 1993).
Die KAKeff des Ausgangsmaterials Wilsum weist mit 37,7 cmol+/kg, der in den Bereich für
toniges Material fällt.
Beim Vergleich der über das Profil gemittelten KAKeff -Werte für die drei WilsumDichtungen ergibt sich eine Erniedrigung der Werte gegenüber dem Ausgangsmaterial für die
Meßzellen T01 und T02 (Abb. 5.3.1 –4). Dies könnte damit zusammenhängen, daß infolge
Reduktion strukturellen Eisens in den Tonmineralen, die Schichtladung erhöht wurde und
damit verbunden eine stärkere Fixierung der Zwischenschichtkationen.
Diese Feststellung trifft für die Meßzelle T03 nicht zu.
effektive KAK [cmol+/kg]
100
80
60
40
20
0
A
T01
T02
T03
Abb. 5.3.1 –4: Vergleich der durchschnittlichen effektiven Kationenaustauschkapazitäten der
verschiedenen Wilsum-Dichtungen mit dem Ausgangsmaterial Wilsum (A)
Die Selektivität des Einbaus von Kationen in die Zwischenschichträume kann nach Jasmund
et al. (1993) mit zunehmender Schichtladung, beispielweise infolge einer Reduktion strukturellen Eisens, gesteigert werden. In den ausgebauten Dichtungsmaterialien der WilsumMeßzellen wurde gegenüber dem Ausgangsmaterial ein erhöhter Anteil strukturellen, zweiwertigen Eisens nachgewiesen (57Fe-Mößbauerspektroskopie). Daraus resultierte im Hinblick
auf die Alkaliionen eine deutlich erhöhte Selektivität, was sich in einem erhöhtem K/NaVerhältnis ausdrückt (Tab. 5.3.1 –6).
Tab. 5.3.1 –6: Relative Austauschkapazitäten RAK (%) in den Wilsum-Dichtungen im
RAK
Wilsum -Ausgangsmaterial
Meßzelle T01 (Wilsum 7,5 cm)
Meßzelle T02 (Wilsum 15 cm)
Meßzelle T03 (Wilsum 30 cm)
Ca2+
44
13
52
36
Mg2+
44
51
35
32
K+
7
22
7
15
Na+
3
2
1
5
Das Ausgangsmaterial Bastwald (ohne 1%ige Montigel F - Zumischung) wies gegenüber der
mD Wilsum eine deutlich niedrigere KAKeff mit 6,0 cmol+/kg auf.
Für die Meßzellen mit den mD Bastwald wurde eine deutliche Erhöhung der KAKeff gegenüber dem Ausgangsmaterial gemessen. Bemerkenswert ist der anteilmäßige Rückgang aus101
tauschbaren Kaliums sowie der Anstieg des Ca-Anteils und teilweise des Mg-Anteils im Vergleich zum Ausgangsmaterial (Tab. 5.3.1 –7). Die Austauschkapazität des Eisens hat dabei
wie auch im Ausgangsmaterial einen vernachlässigbar geringen Anteil an der gesamten KAK
(Anhang F).
Tab. 5.3.1 –7: Relative Austauschkapazitäten RAK (%) in den Bastwald-Dichtungen im
RAK
Bastwald Ausgangsmaterial
Meßzelle T05 (Bastwald 7,5 cm)
Meßzelle T06 (Bastwald 15 cm)
Meßzelle T07 (Bastwald 30 cm)
Ca2+
4
36
35
46
Mg2+
43
32
29
36
K+
25
7
4
3
Na+
5
1
2
5
Die effektive Kationenaustauschkapazität des Ausgangsmaterials Dom/Esch (ohne Montigel
F-Zusatz) ist mit 2,9 cmol+/kg sehr gering.
Die KAKeff des Materials aus der Meßzelle T08 (über das Profil gemittelt) hat sich mit 17,3
cmol+/kg gegenüber dem Ausgangsmaterial deutlich erhöht (Anhang F). Grund dafür dürfte
die Erhöhung des Tonanteils, sowie eine Verschiebung des Illit/Smektit-Verhältnisses zugunsten des Smektits sein (s. Abschnitt 5.3.2). Auffallend ist bei diesem Material auch ein
anteilmäßiger Anstieg austauschbaren Calciums, während der austauschbare K- und AlAnteil gegenüber dem Ausgangsmaterial abnahmen.
Tab. 5.3.1 –8: Relative Austauschkapazitäten RAK (%) in der Dom/Esch-Dichtung im
RAK
Dom/Esch Ausgangsmaterial
Meßzelle T08 (Dom/Esch 20 cm)
Ca2+
13
88
Mg2+
6
10
K+
46
1
Na+
1
1
Die KAKeff der nachgestellten Dichtwandmasse (s. Abschnitt 4.1.2) ist mit 905 cmol+/kg
(KAKeff) signifikant höher als die der anderen Dichtungsmaterialien (Anhang F). Für die
Ausgangssubstanzen der Dichtwandmasse wurden 95 cmol+/kg (Montigel F) bzw. 140,0
cmol+/kg (Hochofenzement HOZ 35L ) als Austauschkapazitäten (KAKeff) bestimmt. Die
beim Abbinden des Zementes gebildeten Zementhydratphasen, die eine lockere und poröse
Struktur bilden, dürften die Ursache für die hohe Austauschkapazität der DWM sein. Im
nachgestellten Ausgangsmaterial war jedoch nach 6 Monaten Standzeit das Abbinden des
Zementes mit Sicherheit noch nicht abgeschlossen.
Die Ausgangskomponente Montigel F stellt einen sodaaktivierten Ca-Bentonit dar. Bei der
Aktivierung wird Ca2+ durch Na+ ausgetauscht, wobei schwer lösliches CaCO3 gebildet wird.
Es ist zu erwarten, daß im Material der Meßzelle T11 ein Rücktausch von Na+ zu Ca2+ stattgefunden hat.
In Tabelle 5.3.1 –9 sind die relativen Austauschkapazitäten der Na-Bentonit-DWM dargestellt.
102
Tab. 5.3.1 –9: Relative Austauschkapazitäten RAK (%) der einzelnen Kationen in der
Na-Bentonit-DWM, Meßzelle T11
RAK
Ca2+
Meßzelle T11 (Na-Bentonit-DWM, 80
30 cm)
Mg2+
8
K+
4
Na+
8
Zusammenfassend lassen sich für die verschiedenen Dichtungsmaterialien gewisse Unterschiede vor allem in Bezug auf die Ausgangsmaterialien nachweisen, wobei für die DWM mit
dem nachgestellten Ausgangsmaterial keine geeignete Referenz zu Verfügung stand. Die horizontabhhängig gemessenen Unterschiede in der Kationenbelegung lassen für keines der
Materialien eine stärkere Verlagerung austauschfähiger Kationen erwarten.
Bei den untersuchten mineralischen Komponenten handelt es sich um komplexe Stoffgemenge, die zudem in der Zusammensetzung stark variieren. Die ermittelten Veränderungen in den
untersuchten physiklisch–chemischen Parametern unterstreichen, daß sich die mD durch die
Eingriffe beim Aufbau der Zellen, durch den Preßverbund mit der Kunststoffdichtungsbahn,
durch den Kontakt mit dem Schadstoffgemisch und mikrobielle Aktivitäten bei Versuchsbeginn nicht mehr im Gleichgewicht befanden. Einsetzende Redoxreaktionen und/oder Veränderungen des pH–Wertes können zu Umwandlungen im Mineralbestand und zur Mobilisierung bestimmter Elemente führen. Es muß davon ausgegangen werden, daß die mD trotz der
langen Laufzeiten hinsichtlich der mineralischen Zusammensetzung noch keinen neuen
Gleichgewichtszustand erreicht haben. Folglich ist der örtlichen Achse (Horizontierung) noch
eine zeitliche Achse überlagert. Es sollte deshalb nicht verwundern, daß auch bei ein und derselben mD unterschiedliche Trends bei den verschiedenen Mächtigkeiten beobachtet werden.
103
5.3.2 Mineralbestand der mineralischen Dichtmaterialien
Die untersuchten Dichtungsmaterialien weisen einen unterschiedlichen Mineralbestand auf.
Im folgenden werden die an der Zusammensetzung beteiligten Mineralphasen dargestellt.
Eine besondere Bedeutung besitzen dabei die Tonminerale, da sie als Kationenaustauscher
fungieren, organische Gastmoleküle einlagern können und einen großen Anteil an der spezifischen Oberfläche der Dichtungsmaterialien haben. Bei den Tonmineralen kann es untereinander zu Transformationen kommen, wie z.B. Illitisierung, Vermikulitisierung und Smektitisierung. Abbildung 5.3.2 -1 gibt einen Überblick über den Tonmineralbestand der vier Ausgangsmaterialien in der Tonfraktion (< 2 µm).
Wilsum
Bastwald
Smektit
Smektit
Illit
Kaolinit
Illit
Kaolinit
Dom/Esch
Na-Bentonit-Dichtwandmasse
Smektit
Illit
Smektit
Illit
Kaolinit
Kaolinit
Abb. 5.3.2 -1: Übersicht über den relativen Tonmineralbestand der Ausgangsmaterialien in
der Fraktion < 2µm
Dichtungsmaterial Wilsum (Meßzellen T01, T02, T03)
Durch Dithionit-Citrat-Bikarbonat (DCB)-Extraktion konnten 5 % des Gesamteisens aus dem
Ausgangsmaterial entfernt werden. Dabei könnte es sich um Hämatit, Goethit, Lepidokrokit
sowie um amorphe FeOOH-Phasen handeln. In der Tonfraktion wurden 64 % Kaolinit
Al2(OH)4[Si2O5], 29 % Illit und 7 % Smektit nachgewiesen (Abb. 5.3.2 -1). Eisen kann
strukturell in den Dreischichttonmineralen oder akzessorisch in Pyrit FeS2, Siderit FeCO3,
Hämatit Fe2O3 oder Jarosit KFe3(SO4)2(OH)6 vorhanden sein. Zusätzlich zu den oben genannten Phasen konnten im Ausgangsmaterial Wilsum Quarz SiO2, Albit Na[AlSi3O8] und
Rutil TiO2 (vermutlich neben Brookit und Anatas) röntgenographisch belegt werden(Abb.
5.3.2. -2). Die Anwesenheit von Jarosit ist auf die aerobe Lagerung der Ausgangsproben zurückzuführen (vgl. Abschnitt 4.1.2). So wurden im frischen Ausgangsmaterial aus der Tongrube Uelsen sporadisch auftretende Konkretionen als Pyrit identifiziert, deren Oxidation
nach etwa sechsmonatiger Lagerzeit der Probe bereits deutlich vorangeschritten war (gelbe
Jarosit-Ausblühungen).
104
1.5x10
4
Qz
Qz
Qz
Qz
Rel. Intensität (a.u.)
Mm
1.0x10
Ka
Ka/
Mm
4
It
Ka
Qz
Rt
Ka
Qz
Qz
Qz
Do
Ab
5.0x10
Qz
It Jt
Qz
3
Sd
It
Hä
It/
Mm
Qz
Py
Qz
Py
Py
0.0
10
20
30
40
50
60
Beugungswinkel (°2θ)
Abb. 5.3.2. -2: Pulverdiffraktogramm (Cu-Kα) des Ausgangsmaterials von Ton Wilsum Montmorillonit (Mm), Illit (It), Kaolinit (Ka), Hämatit (Hä), Quarz (Qz) Rutil (Rt), Albit
(Ab), Dolomit (Do), Siderit (Sd), Jarosit (Jt) und Pyrit (Py)
Ein deutlich höherer Anteil des Gesamteisens im Material der Meßzellen T02 und T03 war
mittels DCB-Methode extrahierbar (Abb. 5.3.2 -3).
Fe (DCB) [%]
20
15
10
5
0
A
T01
T02
T03
Abb. 5.3.2 -3: Mittlere Werte DCB-extrahierbaren Eisens (bezogen auf den RFAGesamtgehalt an Eisen) der Wilsum-Dichtungen im Vergleich zum Ausgangsmaterial (A)
105
1.5x10
4
Hä
Py
Py
Sd
1.0x10
4
Py
1 cm
13 cm
5.0x10
3
16 cm
A
0.0
30
40
50
60
Abb. 5.3.2 -4: Pulverdiffraktogramme der Horizonte 1 cm, 13 cm und 16 cm in der Meßzelle
T02 im Vergleich zum Ausgangsmaterial (A); Py = Pyrit, Sd = Siderit, Hä = Hämatit
Die Reduktion strukturellen Fe(III) erniedrigt die Quellfähigkeit und erhöht die Selektivität
für K bis zu einem Stadium, wo die Zwischenschichten dehydrieren und kollabieren (Khaled
& Stucki, 1991; Lear & Stucki, 1985; Komadel et al., 1990).
Fe3+- Smektit + e- + K+
!
Fe2+- Illit
Tatsächlich ist der Mechanismus der Reduktion strukturellen Eisens wesentlich komplexer.
Drits & Manceau (2000) geben einen detaillierten Überblick zum Wissensstand dieser Reaktion.
Eine solche Illitisierung wurde in der Meßzelle T02 sehr deutlich beobachtet. Wie Abb.
5.3.2 -5 zeigt, erhöhte sich im Tiefenprofil das Illit/Smektit-Verhältnis von 4,3 im Ausgangsmaterial auf bis zu 7,1 in einer Tiefe von 16 cm (Mittelwert 6,2). Dies bedeutet, daß der Anteil quellfähigem Materials in Form von Smektit gegenüber nicht-quellfähigem Illit abgenommen hat; damit verbunden ist ein Auspressen von Zwischenschichtwasser in Porenräume
und eine Kollabierung der Zwischenschichten (Stucki & Tessier, 1991).
Veränderungen im relativen Tonmineralbestand der Meßzellen T01 und T03 konnten nicht
nachgewiesen werden. Wie in Meßzelle T02 wurde auch in diesen beiden Proben eine signifikante Erniedrigung des Fe(III)(Fe(II)-Verhältnisses beobachtet. Mößbauerspektroskopisch
konnte gezeigt werden, daß dies mit erhöhten Siderit-Gehalten einhergeht.
106
Verhältnis Illit/Smektit
Horizont [cm]
4
5
6
7
8
4
8
12
16
M
A
Abb. 5.3.2 -5: Illit/Smektit-Quotient in der Wilsum-Dichtung der Meßzelle T02
M = über das Tiefenprofil errechneter Mittelwert, A = Ausgangsmaterial.
Dichtungsmaterial Bastwald (Meßzellen T05, T06, T07)
Im Ausgangsmaterial konnte durch DCB-Extraktion 1 % des Gesamteisens entfernt werden.
Dabei könnte es sich um Hämatit, Goethit, Lepidokrokit sowie um amorphe FeOOH-Phasen
handeln.
4
1.5x10
Qz
Qz
Qz
Qz
Qz
Qz
4
1.0x10
Ka
Qz
Qz
Rt
Qz Qz
It
3
5.0x10
It/
Ka
Mm
It
Qz
Ka
It
Do
It
Ka
Qz
Qz
Ka
Ka
0.0
10
20
30
40
50
60
Abb. 5.3.2 - 6: Pulverdiffraktogramm (Cu-Kα) des Ausgangsmaterials von Sand Bastwald
(ohne Montigel F-Zusatz) − Montmorillonit (Mm), Illit (It), Kaolinit (Ka), Rutil (Rt) und
Dolomit (Do)
107
Bindemittelfreies Material konnte in 17 % Ton, 13 % Schluff und 69 % Sand fraktioniert
werden. In der Tonfraktion wurden 56,4 % Kaolinit Al2(OH)4[Si2O5], 43,4 % Illit und 0,2 %
Smektit nachgewiesen (Abb. 5.3.2 -1).
Zusätzlich zu den genannten Phasen konnten Quarz und Rutil (vermutlich neben Brookit und
Anatas) röntgenographisch im Ausgangsmaterial Bastwald belegt werden (s. Abb. 5.3.2 -6).
Der mittels DCB-Methode extrahierbare, akzessorische Fe-Anteil stieg mit zunehmender
Schichtdicke und Acidität im Dichtungsmaterial der Meßzellen (Abb. 5.3.2 -7), wobei der
geringe Gesamtgehalt an Eisen relativierend zu berücksichtigen ist.
Signifikante Änderungen im Tonmineralbestand konnten nicht gefunden werden (s. Anhang
F).
Fe (DCB) [%]
12
10
8
6
4
2
0
A
T05
T06
T07
Abb. 5.3.2 -7: Mittlere Werte DCB-extrahierbaren Eisens (bezogen auf den RFAGesamtgehalt an Eisen) der Bastwald-Dichtungen im Vergleich zum Ausgangsmaterial (A)
Dichtungsmaterial Dom/Esch (Meßzelle T08)
Im Ausgangsmaterial Dom/Esch konnte durch DCB-Extraktion 25 % des Gesamteisens entfernt werden, sowie 6 % des Gesamtmangans. Dabei könnte es sich um Hämatit, Goethit, Lepidokrokit sowie um amorphe FeOOH-Phasen handeln. In der Tonfraktion wurden 51 % Kaolinit Al2(OH)4[Si2O5], 47 % Illit und 2 % Smektit nachgewiesen (Abb. 5.3.2 -1).
Neben den Tonmineralen und Karbonaten (Calcit, Siderit und vermutlich Ankerit) konnten
Quarz SiO2, Hämatit Fe2O3 und Rutil TiO2 (vermutlich neben Brookit und Anatas) röntgenographisch belegt werden (Anhang F).
Im Dichtungsmaterial der Meßzelle T08 war gegenüber dem Ausgangsmaterial ohne Montigel F-Zusatz eine Verschiebung des Illit/Smektit-Verhältnisses zugunsten des Smektits zu
verzeichnen.
Aus dem verringerten Anteil extrahierbaren Eisens (durchschnittlich 15 %) gegenüber dem
Ausgangsmaterial kann auf Abnahme eisenhaltiger Bindemittel geschlossen werden.
Dichtungsmaterial Na-Bentonit-DWM (Meßzelle T11)
In einer nach der Originalrezeptur neu nachgestellten Dichtwandmasse konnte durch DCBExtraktion 2 % des Gesamteisens entfernt werden. Dabei könnte es sich um Hämatit, Goethit,
108
Lepidokrokit sowie um amorphe FeOOH-Phasen handeln. In der Tonfraktion wurden als
Tonminerale 19 % Kaolinit Al2(OH)4[Si2O5], 54 % Illit und 27 % Smektit nachgewiesen
(Abb. 5.3.2 -1).
Neben den Tonmineralen, Zementhydratphasen und Karbonat (Dolomit) wurden Pyrit FeS2,
Quarz SiO2 sowie Tobermorit Ca5Si6O13(OH)8(H2O) röntgenographisch im Ausgangsmaterial identifiziert (s. Abb 5.3.2 -8).
4
1.0x10
Qz
Ka
Mm
To
Do
To
To
To
To
3
5.0x10
To
It
To
To
To
Qz
To
To
To
To
Qz
Py
To
0.0
10
20
30
40
50
60
Abb. 5.3.2 -8: Pulverdiffraktogramm des nachgestellten Ausgangsmaterials der Na-BentonitDWM (s. 4.1.2) – Montmorillonit (Mm), Illit (It), Kaolinit (Ka), Quarz (Qz), Tobermorit
(To), Dolomit (Do) und Pyrit (Py)
Zusätzlich wurden die für die Herstellung der Dichtwandmasse eingesetzten Materialien untersucht. Die Abbildungen 5.3.2 -9 und 5.3.2 -10 zeigen die Röntgendiffraktogramme von
Montigel F (aktivierter Na-Bentonit, 3,45 Gew.-% Anteil an der Suspension) bzw. Hochofenzement HOZ 35L (17,29 Gew.-% Anteil an der Suspension).
Zusätzlich zu den Tonmineralen wurden im Montigel F Karbonate (Calcit, Dolomit, Siderit),
Quarz (SiO2), Rutil (TiO2) und Hämatit (Fe2O3) röntgenographisch belegt. Im Hochofenzement wurden neben den Tonmineralen Calcit (CaCO3), Anhydrit (CaSO4), Quarz (SiO2), die
Klinkerphasen Larnit (Ca2SiO4), CA-Phase (CaAl2O4) und C3A-Phase (Ca3Al2O6) sowie
Brownmillerit (Ca2(Al,Fe)2O5) identifiziert.
Der Anteil akzessorischer Fe-Anteile am Gesamteisengehalt ist um fast das 10fache auf 18 %
gestiegen (Anhang F).
109
4
4x10
Qz
Mm
It
Mm/
Ka
4
3x10
Rt
It
Qz
Sd
4
2x10
Hä
Ct
It
Do
Qz
4
1x10
Qz
Qz
Qz
It
Ka
It
Qz
Qz
Qz
Qz
Mm
Qz
0
10
20
30
40
50
60
Abb. 5.3.2 -9: Pulverdiffraktogramm (Cu-Kα) von Montigel F − Montmorillonit (Mm), Illit
(It), Kaolinit (Ka), Quarz (Qz), Calcit (Ct), Dolomit (Do), Siderit (Sd) und Hämatit (Hä)
4
1.0x10
Lt
/At
Lt
/At
At
C3A
CA
Bw
Rt
3
5.0x10
An
Qz
Ct
0.0
10
20
30
40
50
60
Beugungswinkel (°2θ )
Abb. 5.3.2 -10: Pulverdiffraktogramm (Cu-Kα) des Hochofenzements 35 L − Larnit (Lt),
Alit (At), C3A-Phase, CA-Phase, Brownmillerit (Bw), Quarz (Qz), Calcit (Ct), Anhydrit (An)
und Rutil (Rt)
110
Das Porenwasser hydraulischer Zemente weist pH-Werte zwischen 12,5 und 13,5 auf. In der
nachgestellten Dichtwandmasse (s. Abschnitt 4.1.2) wurde nach dem Abbinden ein pH-Wert
von ca. 11,5 gemessen. Dieser pH-Wert änderte sich während der Versuchsdauer in der Meßzelle T11 nicht wesentlich (s. Abb. 5.3.1 -2). Es ist bekannt, daß sich sowohl 1:1- als auch
1:2-Schichtsilikate unter diesen Bedingungen zersetzen (Bauer & Berger, 1998; Bauer, 1999;
Bauer & Velde 1999; Adler & Mäder, 1999). Als sekundäre Mineralphasen werden abhängig
von Einwirkzeit und Bedingungen Ca-Al-Si-Hydroxide, Zeolithe und Feldspäte gefunden.
Ein Vergleich der Diffraktogramme des nachgestellten Ausgangsmaterials mit denen der ausgebauten Proben (Abb. 5.3.2 - 11) bestätigt die Zersetzung der Schichtsilikatphasen in der
Dichtwandmasse. Bemerkenswert ist das völlige Ausbleiben des Illit-Peaks ab 7 cm und tiefer. Als Zwischenstufe eines vollständigen Illit-Abbaus kann ein bereits beim nachgestellten
Ausgangsmaterial (6 Monate Standzeit) zu beobachtender, aufgeweiteter Schichtabstand (10,2
bis 10,4 Å, möglicherweise Wechsellagerung Illit/Montmorillonit) betrachtet werden. Obwohl
der pH-Wert über alle Horizonte nahezu konstant ist (s. Abb. 5.3.1 -2), wird nur noch an der
Grenzfläche zur KDB Illit bzw. Illit/Smektit beobachtet. Dies legt den Schluß nahe, daß die
Illit-Zersertzungsgeschwindigkeit in Zusammenhang mit der mikrobiellen Aktivität steht.
Wegen der toxischen Wirkung der diffundierten organischen Verbindungen (vgl. Abschnitt
5.4) hebt sich die Grenzschicht wahrscheinlich vom restlichen Dichtungsvolumen ab.
4
3x10
0-3 cm
°
10,4 A
4-6 cm
4
2x10
°
10,2 A
7-9 cm
10-12 cm
22-24 cm
4
1x10
A
Mm
It
°
10,3 A
°
10,0 A
Ka
0
5
10
15
Abb. 5.3.2 -11: Röntgendiffraktogramme (Cu-Kα) verschiedener Horizonte der mD NaBentonit-DWM (T11) im Kleinwinkelbereich 2-15 °2θ zur Identifizierung der Tonminerale
Montmorillonit (Mm), Illit (It) und Kaolinit (Ka)
111
REM/EDX-Analysen
Mit Hilfe von möglichst repräsentativen Analysen wurde versucht, die röntgenographische
Mineralphasenauswertung zu unterstützen. Aussagekräftige EDX-Auswertungen bedürfen
jedoch einer großen Auswahl von Spotanalysen der gleichen Morphologie, was aus zeitlichen
Gründen nicht realisierbar war.
Abb. 5.3.2 -12 zeigt das Ausgangsmaterial Wilsum. Spotanalysen von den hell dargestellten
Bildbereichen, die auf der Gesamtfläche nur sporadisch auftraten, sind Anreicherungen von
Fe und S. Das Elementverhältnis (Tab. 5.3.2 -1) schwankt zwischen 1,5 (Spot 3) und 0,7
(Spot 4). Dabei könnte es sich um Zwischenglieder einer Oxidationsreihe von Pyrit FeS2 über
hydratisiertes Fe-Sulfat FeSO4 · x H2O zu Jarosit KFe3(SO4)2(OH)6 handeln. Der Fugenbereich enthält relativ viel Eisen neben silicatischen Hauptmineralen (Spot 1), das Matrixmaterial ist überwiegend alumosilicatisch (Spot 2).
Abb. 5.3.2 -12: REM-Aufnahme eines Anschliffs von Ausgangsmaterial Ton Wilsum,
Vergrößerung 500fach,
In Abb. 5.3.2 -13 ist eine Aufnahme des Ausgangsmaterials Bastwald dargestellt. Im Fugenbereich zwischen Quarzkörnern wurden hauptsächlich Si und Al neben K und Fe detektiert,
was der Zusammensetzung von Illiten entsprechen würde (Tab. 5.3.2 -1).
112
Abb. 5.3.2 -13: REM-Aufnahme eines Anschliffs von Ausgangsmaterial Bastwald,
Vergrößerung 500fach
Abb. 5.3.2 -14: REM-Aufnahme eines Anschliffs von Ausgangsmaterial Dom-Esch,
Vergrößerung 500fach
113
Eine Aufnahme des Ausgangsmaterials Dom/Esch zeigt Abb. 5.3.2 -14. Im Fugenbereich zwischen
Quarzkörnern wurden hauptsächlich Si und Fe (Spot 1) bzw. Si und Al neben Na, Ca und Fe (Spot 2)
detektiert (Tab. 5.3.2 -1). Bei Spot 2 könnte es sich um Feldspäte der Na/Ca-Substitutionsreihe
handeln (Plagioklase).
Abb. 5.3.2 -15 zeigt eine Aufnahme der nachgestellten Na-Bentonit-DWM. Zur Darstellung der
Inhomogenitäten im Gefüge wurde von einem Anschliff repräsentativ eine REM-Aufnahme
röntgenspektroskopisch ausgewertet (Tab. 5.3.2 -1):
Zwischen Korn (Spot 1, vermutlich Quarz) und Matrix (Spot 3), die neben Na, Al und Fe hauptsächlich
aus Ca und Si bestand, konnten im Fugenbereich (Spot 2) nur Si und Ca detektiert werden. Bei Spot 2
könnte es sich um Calciumsilicathydratphasen vom Typ m CaO · SiO2 · n H2O handeln, die bei der
Hydratation aller Zemente entstehen. Das Si/Ca-Verhältnis von 1,6 würde für Tobermorit (Oxidformel:
5 CaO · 6 SiO2 · 5 H2O), das röntgenographisch belegt wurde, gut passen. REM-Untersuchungen
(Wischers 1984, S. 62) haben gezeigt, daß es sich bei den tobermoritähnlichen Phasen im erhärteten
Zement um Nadeln und Leisten handelt, die aus aufgerollten Folien bestehen. Die in der REMAufnahme (Abb. 5.3.2 -15) sichtbaren Schuppen sind vermutlich das Zwischenergebnis der
Hydratation nach sechsmonatiger Reaktionszeit.
Abb. 5.3.2 -15: REM-Aufnahme eines Anschliffs des nachgestellten Ausgangsmaterials der NaBentonit-DWM, Vergrößerung 500fach
114
Tab. 5.3.2 - 1: EDX-Analysen an ausgewählten Schliffen der Ausgangsmaterialien
Elementgehalt
[Atom-%]
Material
Abb. 5.3.2 -12
Ausgangsmaterial Bastwald
Abb. 5.3.2 -13
Ausgangsmaterial Dom/Esch
Abb. 5.3.2 -14
O
Si
Al
Fe
K
Spot1 (Fuge)
80
10
2
5
1
Spot2 (Matrix)
53
31
8
4
2
Spot3 (Korn)
14
34
52
Spot4 (Korn)
25
43
31
Spot1 (Fuge)
50
32
Spot1 (Fuge)
83
7
Spot2 (Korn)
40
33
53
47
82
7
53
15
AusgangsmateSpot1 (Korn)
rial Na-Bentonit
DWM
Spot2 (Fuge)
(nachgestellt)
Abb. 5.3.2 -15
Spot3 (Matrix)
10
2
Na
Mg
Ca
1
4
6
9
3
4
2
2
Cl
2
5
15
S
2
2
25
In Tabelle 5.3.2 -1 sind exemplarisch EDX-Analysen an ausgewählten Schliffen von Ausgangsmaterialien der mD und der DWM dargestellt. Bei der Bewertung der Ergebnisse ist zu
beachten, daß es sich bei der EDX-Analyse um eine halbquantitative Methode handelt.
115
5.3.3 Redoxmilieu
Mit Hilfe photometrischer Extinktionsmessungen des [Fe(phen)3]2+-Komplexes wurde das
Fe(III)/Fe(II)-Verhältnis bestimmt. Dieses Verfahren zur Bestimmung der Eisenspezies in
Mineralen geht auf Stucki et al (1984) zurück, und wurde bis 1998 immer wieder in Bezug
auf eine verbesserte Genauigkeit und Reproduzierbarkeit optimiert (Amonette & Templeton,
1998). Die Aussagen, die sich daraus arbeiten lassen, zielen wie bei der pH- oder Eh-Messung
auf eine mögliche Mobilisierung akzessorischer Fe-Minerale in Folge mikrobieller Reduktion
ab, sowie auf eine Reduktion strukturellen Eisens in den Tonmineralen.
Alle eingesetzten Dichtungsmaterialien enthielten Eisen als redoxsensibles Element. Aufgrund der zu erwartenden Milieuveränderungen während der Dauer der Permeationsversuche
an den simulierten Kombinationsdichtungen soll seine besondere Rolle im Hinblick auf
physiko-chemische Veränderungen in tonigen Materialien näher diskutiert werden.
Eisen in der Natur enthält das Isotop Fe-57 zu 2,2 %. Nur dieses Isotop ist für die mößbauerspektroskopische Untersuchung eisenhaltiger Phasen geeignet. Trotz des geringen Fe57-Anteils können Eisenphasen, die im mineralischen Dichtungsmaterial nur als Nebenbestandteil vorkommen, sehr gut untersucht werden, da die Nachweisempfindlichkeit der
Mößbauerspektroskopie relativ hoch ist. Aus einem Mößbauerspektrum können in günstigen
Fällen die Bindungsformen des Eisens bestimmt werden (Fingerprintverfahren), sowie das
Fe(III)/Fe(II)-Verhältnis als Indikator für das Redoxmilieu. Die Mößbauerspektroskopie
schlägt somit eine Brücke zwischen Ergebnissen der röntgenographischen Phasenanalyse aus
Pulverdiffraktogrammen und den aus photometrischen Messungen abgeleiteten Fe(III)/Fe(II)Verhältnissen. Nur die Mößbauerspektroskopie ist in der Lage, eine Reduktion strukturellen
Eisens in Tonmineralen nachzuweisen.
Der Eh-Wert wurde als weiterer Indikator für die in der mineralischen Dichtungskomponente
abgelaufenen Redoxprozesse herangezogen. Werte unterhalb von –200 mV sind ein Anhaltspunkt für anaerobe Prozesse, Werte zwischen 0 und –200 mV haben Übergangscharakter,
während positive mV-Werte einen Hinweis auf aerobe mikrobielle Umsetzungen geben. Eine
im Vergleich zum Ausgangsmaterial verringerte Redoxspannung wurde als Hinweis für anaerobe Prozesse bewertet.
Erschwerend für den Vergleich zwischen Ausgangsmaterial und dem Dichtungsmaterial aus
den verschiedenen beaufschlagten Meßzellen waren Veränderungen infolge mikrobieller und
chemischer Prozesse während der aeroben Lagerung des Ausgangsmaterials (s. Abschnitt
4.1.2). Daher sind Redox- und Aciditätsmilieu des Ausgangsmaterials zum Zeitpunkt der
Messungen nicht mehr notwendigerweise identisch mit demjenigen des Einbauzustands vor
13 Jahren. Ein weiterer Unsicherheitsfaktor, der bei einer vergleichenden Analyse berücksichtigt werden sollte, ist die natürliche, ortsabhängige Streubreite physikalisch-chemischer
Eigenschaften in den Ausgangsmaterialien (s. Abb. 5.3.1 -3). Diese Inhomogenitäten rühren
von genetischen Bedingungen in der jeweiligen geologischen Umgebung her und fallen visuell in Form von schwarzen Knollen oder braunen „Rostflecken“ auf.
Das Ausgangsmaterial Wilsum, das 1998 aus der Tongrube Uelsen neu bezogen wurde, lieferte realistischere Werte, ist aber aufgrund des nicht nachweislich gleichen Entnahmeortes in
der Tongrube ebenfalls eingeschränkt als Referenz anzusehen. Von den Materialien Bastwald
und Dom/Esch stand nur luftgelagertes Ausgangsmaterial zur Verfügung. Dies bedeutet, daß
die Referenzwerte zu Redox- und Aciditätsmilieu im Vergleich zum ursprünglichen Zustand
verändert sein könnten. Beiden Materialien war für diese Untersuchungen im Gegensatz zu
den eingebauten Dichtungen kein Montigel F zugesetzt worden.
116
Dichtungsmaterial Wilsum (Meßzellen T01, T02, T03)
Eisen kann im Dichtungsmaterial Wilsum strukturell in den Dreischichttonmineralen oder
akzessorisch in Form von Pyrit FeS2, Siderit FeCO3, Hämatit Fe2O3 oder Jarosit
KFe3(SO4)2(OH)6 vorhanden sein.
Im Ausgangsmaterial konnte mittels 57Fe-Mößbauerspektroskopie (Raumtemperaturmessung)
ein Fe(II)-Subspektrum gefittet werden, das oktaedrisch koordinierten Fe-Kernen in Dreischichttonmineralen entsprechen würde (Abb. 5.3.3 -1). Das Quadrupoldublett (QS = 2,753
mm/s) hatte eine Isomerieverschiebung des Centershifts von δ = 1,021, der Flächenanteil betrug 12,6 % bzgl. des mößbauerspektroskopisch gemessenen Gesamteisens. Ein weiteres
Fe(II)-Dublett, das mit 8,9 % bei δ = 1,128 mm/s (QS = 1,951 mm/s) absorbierte, ist charakteristisch für Siderit FeCO3. Photometrisch wurde ein Fe(III)/Fe(II)-Verhältnis von 3,61 ± 0,29
(Breu, 1989) bestimmt. Dieses stimmt mit dem mößbauerspektroskopisch ermittelten Wert
von 3,65 relativ gut überein. Fe3+/Fe2+ gehört mit zu den wichtigsten Redoxpaaren in diesem
Bodensystem, jedoch ist die nach der Nernst-Gleichung ermittelte Redoxspannung von 0,77
V (Fe3+/Fe2+ in wäßriger Lösung) nicht vergleichbar mit dem gemessenen Eh-Wert von 390
mV.
Abb. 5.3.3 -1:
Wilsum
57
Fe-Mößbauerspektrum (Raumtemperatur) des Ausgangsmaterials von Ton
Das Redoxpotential im Material der Meßzelle T01 ist gegenüber der Ausgangsprobe um fast
70 mV erniedrigt. Ein spezifischer Beleg für eine mögliche anaerobe Mikrobentätigkeit sind
die im Vergleich zum Ausgangsmaterial verringerten Fe(III)/Fe(II)-Verhältnisse, die im Profil
117
ab 2 cm und tiefer einsetzen. Die Erniedrigung des Quotienten von 3,61 ± 0,29 um mehr als
die Hälfte auf etwa 1,6 ± 0,2 ist signifikant. Da unter den eingetragenen Schadstoffen keine
Reduktionsmittel waren, bedeutet dies, daß eisenreduzierende Mikroorganismen tätig waren.
Aufgrund der Tatsache, daß die Gesamteisengehalte innerhalb der statistischen Schwankungsbreite konstant blieben, kann eine Mobilisierung infolge Reduktion hier ausgeschlossen
werden. Aus den Mößbauerspektren ist ersichtlich, daß die erhöhten Fe2+-Gehalte sowohl auf
strukturelles (Smektit, Illit) als auch akzessorisches Eisen in Form von Siderit zurückzuführen
sind. Das dem Siderit zugeschriebene Quadrupoldublett (QS = 2,1 mm/s; δ = 1,1 mm/s) hat
sich, über das Profil gemittelt, in seiner Fläche mehr als verdoppelt. Das dem strukturellen
tonmineralischen Fe(II)-Subspektrum (QS = 2,7; δ = 1,0 mm/s) zugeordnete Eisen vergrößerte seinen Anteil um etwa 40 %.
Fe(III)/Fe(II)
0
0,1
1
2
3
Side rita nte il
4
0
0.2
0.4
0.1
Horizont (cm)
Horizont (cm)
n.b.
8,1
8.1
M
A
A
Abb. 5.3.3 -2: Profile des Fe(III)/(Fe(II)-Verhältnisses (photometrisch) und des Sideritanteils
(mößbauerspektroskopisch) in den Proben der mD der Meßzelle T01 (Wilsum 7,5 cm)
Zusätzlich wurde an den Proben der Meßzelle T01 mit Hilfe der Mößbauerspektroskopie exemplarisch der Einfluß oxidierender Faktoren auf das Fe(III)/Fe(II)-Verhältnis untersucht, um
die Reversibilität der Eisen-Rückoxidation zu prüfen. Beläßt man die unter
flüssigem Stickstoff gelagerten Proben an Luft, so tritt bereits nach 16 bzw. 40 Tagen eine
Zunahme des Fe(III)/Fe(II)-Quotienten (über das Tiefenprofil gemittelt) auf 2,08 ± 0,52
(Fehler des Mittelwertes) bzw. 3,26 ± 0,01 ein. Der Vergleichswert für die unter Luftausschluß gelagerten Proben liegt bei 1,75 ± 0,44 (vgl. Anhang F). Daneben wird auch durch
Gefriertrocknung (im Vakuum: p = 0,1 mbar; 19 h Trocknungszeit) eine Erhöhung des
Fe(III)/Fe(II)-Quotienten von 1,75 ± 0,44 auf 2,54 ± 0,52 beobachtet (Anhang F). Diese durch
Gefriertrocknung induzierte Oxidation dreiwertigen Eisens wurde auch von König (1989) an
jungen Sedimenten mößbauerspektroskopisch belegt.
Im Material der Meßzelle T02 ist das Redoxpotential gegenüber der Ausgangsprobe um etwa
50 mV erniedrigt. Mößbauerspektroskopisch kann belegt werden, daß eine Erniedrigung des
Fe(III)/Fe(II)-Verhältnisses ausschließlich auf erhöhte Sideritgehalte (Zunahme um Faktor 3)
zurückzuführen ist (Abb. 5.3.3 -3); die Gehalte an strukturellem Fe(II) schwanken statistisch
im Tiefenprofil, sind aber gegenüber dem Ausgangsmaterial gleichgeblieben. Möglicherweise
wurde Siderit infolge mikrobieller Tätigkeit neugebildet. Die erhöhten Siderit-Absorptionen
118
in einigen Horizonten korrelieren mit intensiveren Beugungintensitäten im Pulverdiffraktogramm (Abb. 5.3.3 -3).
Mittels DCB-Methode konnte wesentlich mehr Fe als im Ausgangsmaterial extrahiert werden
(s. auch Abb. 5.3.2 -4)
Fe 2 O 3
Horizont (cm)
1
16
M
A
5
10
15
Sideritanteil
0.2
0.4
0,1
Horizont (cm)
0
0.0
n.b.
n.b.
15,1
M
A
Abb. 5.3.3 -3: Fe2O3 -Gehalt (Gew.-%) und Sideritanteil am Gesamteisen (Gew.-%, Mößbauerspektroskopie) in der mD Wilsum 15 cm (Meßzelle T02) im Tiefenprofil
A = Ausgangsmaterial, M = berechneter Mittelwert
Die Gesamteisengehalte im Material der Meßzelle T03 liegen gemittelt im Bereich des Ausgangsmaterials, zeigen aber im Profil einen wellenförmigen Verlauf mit drei Maxima und
Minima, wobei sich die Extrema um etwa 0,5 Gew.-% Fe2O3 unterscheiden (Anhang F). Die
mit 11,9 % und 8,8 % gemessenen erhöhten Gehalte in den Horizonten 24 cm und 34 cm sind
vermutlich Inhomogenitäten, die bereits im Ausgangsmaterial vorhanden waren. Röntgenographisch wurden in beiden Horizonten sowohl intensive Pyrit- als auch Hämatit-Peaks registriert.
Mößbauerspektroskopisch wurde am mineralischen Dichtungsmaterial aus der Meßzelle T03
ein Rückgang des Fe(III)/Fe(II)-Verhältnisses von 3,6 auf 1,4 beobachtet. Der Anteil der Sideritkomponente am Gesamteisen hat von 7,2 % (im Ausgangsmaterial) auf 22,1 % um das
dreifache zugenommen, der Anteil der tonmineralischen Fe(II)-Komponente erhöhte sich von
14,4 % auf 20,9 % (Abb. 5.3.3 -1 und 5.3.3 -4). Neben dieser Fe-Reduktion, die mikrobiellen
Ursprungs sein müßte, wurde eine Abnahme des deutliche Sulfatschwefelgehalts beobachtet.
Offenbar sind neben Fe-Reduzierern auch Sulfatreduzierer aktiv gewesen. Das Redoxmilieu
ist insgesamt anaerober als beim Einbau, dabei ist der obere Bereich der mD anaerober als der
untere. Im Vergleich zum Ausgangsmaterial (5 %) waren 20 % des Gesamteisens mittels
DCB-Methode extrahierbar.
Eine Eh-Erniedrigung um 50-66 mV, die von einem Rückgang des Fe(III)/Fe(II)-Quotienten
von 3,6 ± 0,3 auf 1,4 bis 2,5 begleitet wird, ist allen Wilsum-Dichtungen gemeinsam. Damit
gehen in allen drei Wilsum-Dichtungen erhöhte Siderit-Gehalte einher, für T01 und T03 neh-
119
men auch die relativen Gehalte an strukturellem Fe(III) zu, während dieser für T02 im Mittel
unverändert bleibt.
Abb. 5.3.3 -4: 57Fe-Mößbauerspektrum (Raumtemperatur) des Materials der mD Wilsum 30
cm (Meßzelle T03)
Dichtungsmaterial Bastwald (Meßzellen T05, T06, T07)
Mittels 57Fe-Mößbauerspektroskopie (Raumtemperaturmessung) konnte für das Ausgangsmaterial Bastwald (ohne Montigel F-Zusatz) je ein Subspektrum für Fe(II) und Fe(III) gefittet
werden (Breu, 1989). Die beobachteten Isomerieverschiebungen δ von 1,020 mm/s und 0,252
mm/s sind charakteristisch für Eisenatome, die in die Tonmineralstruktur (Illit) eingebaut
sind. Photometrisch wurde ein Fe(III)/Fe(II)-Verhältnis von 7,6 ± 4,6 bestimmt (Breu, 1989).
Der Eh-Wert lag mit 400 mV im mittleren aeroben Bereich.
Die Eisengehalte im mineralischen Dichtungsmaterial Bastwald sind sehr niedrig. Es wurde
daher auf die langwierigen und letztlich ungenauen horizontabhängigen Mößbauermessungen
verzichtet. Beim Ausbau der Meßzelle T05 (mD Bastwald 7,5 cm) konnte ferner noch keine
durchgehend anaerobe Probenahme und -behandlung realisiert werden, so daß hier die Bestimmung redox-sensibler Parameter keinen Sinn gemacht hätte.
120
Das Redoxpotential in der mineralischen Dichtung der Meßzelle T06 ist mit 340 mV gegenüber dem Ausgangsmaterial um etwa 60 mV erniedrigt. Der anaerobere Charakter kommt
auch durch das photometrisch bestimmte Fe(III)/Fe(II)-Verhältnis zum Ausdruck, das gemittelt von 7,6 ± 4,6 auf 4,8 ± 1,4 (Fehler des Mittelwertes) abnahm (s. Abb. 5.3.3 -5).
Fe(III)/Fe(II)
0
5
10
15
Horizont (cm)
0,1
19,1
M
A
A
Abb. 5.3.3 -5: Profil des Fe(III)/(Fe(II)-Verhältnisses (photometrisch) in den Proben der mD
Bastwald 15 cm (Meßzelle T06), A = Ausgangsmaterial, M = berechneter Mittelwert
Der Eh-Wert im Material der Meßzelle T07 ist mit einem Mittelwert von 310 mV gegenüber
dem Ausgangsmaterial um 90 mV in Richtung eines anaeroberen Milieus verschoben. Dies
wird von einem signifikanten Rückgang des photometrisch bestimmten Fe(III)/Fe(II)Verhältnisses von 7,6 ± 4,6 auf 0,6 ± 0,3 (Fehler des Mittelwertes) begleitet und würde auf
eine anaerobe Mikrobentätigkeit hindeuten. Auf eine Mobilisierung dieses Elements läßt jedoch der tiefenabhängige Konzentrationsverlauf nicht schließen. Vielmehr könnte es sich um
eine Transformation des Bindungszustandes handeln, wenn man berücksichtigt, daß der mittels DCB-Methode extrahierbare, akzessorische Fe-Anteil um das 10fache zugenommen hat.
Dichtungsmaterial Dom/Esch (Meßzelle T08)
Aufgrund der erforderlichen Probenahmetechnik für dieses Dichtungsmaterial (vgl. Abschnitt
4.2.2) konnte keine anaerobe Probenbehandlung realisiert werden. Daher konnten Untersuchungen zum Redoxmilieu nicht vorgenommen werden.
121
Dichtungsmaterial Na-Bentonit-DWM (Meßzelle T11)
Im nach dem Originalrezept nachgestellten Ausgangsmaterial (s. 4.1.2) wurde photometrisch
ein Fe(III)/Fe(II)-Verhältnis von 1,7 ± 0,4 bestimmt. Im Mößbauerspektrum können die beiden Quadrupoldubletts aufgrund ihrer Isomerieverschiebungen von 0,17 mm/s und 1,06 mm/s
einer Fe(III)- und einer Fe(II)-Komponente zugeordnet werden. Das mit 95% vorherrschende
dreiwertige Eisen ist vermutlich in oktaedrischer Umgebung (QS = 1,61 mm/s) in einer Hydratphase des umgesetzten Brownmillerits Ca2(Al,Fe)2O5 enthalten. Dafür spricht neben der
relativ kleinen Quadrupolaufspaltung ein Vergleichsspektrum des Hochofenzements (Abb.
5.3.3 -6), der mit Wasser angerührt wurde. Eine eindeutige Zuordnung der Fe(II)Komponente zu einer Mineralphase konnte nicht vorgenommen werden.
Der Eh-Wert lag mit 74 mV im unteren aeroben Bereich.
Separat untersucht wurden auch die beiden Ausgangskomponenten Montigel F und Hochofenzement HOZ 35L, die der Herstellung der Na-Bentonit-DWM zugrunde liegen (s. 4.1.2).
Photometrisch wurde im Montigel F ein Fe(III)/Fe(II)-Verhältnis von 1,4 ± 0,3 bestimmt. Der
Eh-Wert lag mit 192 mV im unteren aeroben Bereich.
Im Hochofenzement wurde photometrisch ein Fe(III)/Fe(II)-Verhältnis von 1,3 ± 0,7 bestimmt. Der Unterschied zwischen diesem und dem mößbauerspektroskopisch ermittelten
Fe(III)/Fe(II)-Quotienten von 32,9 kann nicht erklärt werden. Im Mößbauerspektrum des
Hochofenzementes (Abb. 5.3.3 -6) dominiert mit 92 % Flächenanteil das Quadrupoldublett
einer Fe(III)-Komponente bei δ = 0,163 mm/s. Die mit 1,68 mm/s relativ große Quadrupolaufspaltung ist charakteristisch für tetraedrisch koordiniertes Eisen. Als Mineralphase wird
hier Brownmillerit Ca2(Al,Fe)2O5 in Betracht gezogen. Die zweite Fe(III)-Komponente (δ =
0,162 mm/s) ist aufgrund der kleineren Quadrupolaufspaltung von 0,51 mm/s oktaedrisch
koordiniertem Fe, und damit einem Hydratationsprodukt des Brownmillerits zuzuordnen. Die
Folge der Spektren in Abb. 5.3.3 -6 zeigt, wie sich die Bildung der Hydratphasen aus dem
Brownmillerit zeitlich entwickelte; dies geht mit einer Umwandlung der tetraedrisch koordinierten Fe-Komponente (Klinkerphase) in eine oktaedrische (Hydratphase) einher. Nach 36
Tagen war die Klinkerphase zu fast einem Drittel umgesetzt.
Der Eh-Wert des Hochofenzementes lag mit 41 mV im unteren aeroben Bereich.
Im Material der Na-Bentonit-Dichtwandmasse der Meßzelle T11 verschob sich der Eh-Wert
um über 80 mV auf –10 mV (Abb. 5.3.3 -7). Dieses anaerobe Milieu kommt zum Teil durch
Fe-Reduktion von einem photometrisch bestimmten Fe(III)/Fe(II)-Verhältnis von 1,66 ± 0,42
auf 0,93 ± 0,23 (Fehler des Mittelwertes) zustande, wofür eisenreduzierende Bakterien verantwortlich gemacht werden können. Als Indikator für sulfatreduzierende Mikroorganismen
kann die Verringerung des Sulfatschwefelgehalts um etwa 2/3 auf 700 ppm angesehen werden
(Abb. 5.3.3 -5). Die Gesamteisengehalte sind gegenüber dem Referenzmaterial (2,08 ± 0,11)
Gew.-% um ein Zehntel auf 1,86 % verringert. Eine Fe-Mobilisierung infolge Reduktion ist
möglich.
Mit Hilfe der Mößbauerspektroskopie konnte für einige Proben eindeutig gezeigt werden, daß
auch in der Struktur der Tonminerale gebundenes Fe(III) reduziert wird. Die an monomineralischen Smektitproben nach Reduktion beobachteten Veränderungen in den makroskopischen
physiko–chemischen Eigenschaften (siehe Abschnitt 3.3), sollten somit auch in den mD eingetreten sein, konnten aber wegen der geringen Smektitgehalte und der heterogenen Zusammensetzung nicht in allen Proben nachgewiesen werden.
122
a)
b)
1
Rel. Fe-Anteil
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0
10
20
30
Reaktionszeit (d)
40
c)
d)
Abb. 5.3.3 -6: Mößbauerspektren des Hochofenzements 35 L
a) Ausgangsmaterial, b) 2 h bis 2 d nach Wasserzugabe, c) 36 d nach Wasserzugabe,
d) Abbau der Klinkerphase (-+-), Bildung der Hydratphase (-•-) im Zeitraum von 36 Tagen
Sulfat-S [ppm]
0
1000
2000
Eh [mV]
3000
-200
-100
0
100
200
Horizont [cm]
1-3 cm
10-12 cm
22-24 cm
Referenz
A
Abb. 5.3.3 -7 : Eh -Wert [mV] und Sulfat-Schwefelgehalt [ppm] in der mD Na-BentonitDWM, 30 cm (Meßzelle T11) im Tiefenprofil
123
5.3.4
Bodenmechanische Parameter
Dichte, Wassergehalt, Trockendichte
An den entnommenen Proben wurden die Dichte ρ und der Wassergehalt w bestimmt; die
Trockendichte ρd = ρ / (1 + w) wird aus diesen Werten errechnet. Für die Dichtebestimmung
standen überwiegend Teilstücke der Segmente zur Verfügung, die nach dem Herausdrücken
des mineralischen Dichtungskörpers aus den Glaszylindern geschnitten wurden (s. Abschnitt
4.2.2) und bei denen keine größeren Strukturveränderungen zu erwarten waren. In drei Fällen
(T03 mD Wilsum 30 cm, T07 mD Bastwald 30 cm, T11 Na-Bentonit-DWM) wurde die
Dichte an Proben bestimmt, die mit den Probenstechern aus den mineralischen Dichtungen
gewonnen worden sind; in diesen Fällen sind beim Ausstechen Auflockerungen und Stauchungen aufgetreten, die sich in Abweichungen der Kernlängen von der Höhe der mineralischen Dichtung äußerten. Die Untersuchungsergebnisse sind in Tabelle 5.3.4. -1 zusammengestellt.
Tab. 5.3.4 –1: Dichte, Wassergehalt und Trockendichte der mineralischen Dichtungen
mD
Wilsum
Meßzelle/
Höhenlage
T01 (7,5 cm)
T02 (15 cm) oben
T02 (15 cm) unten
Bastwald
Dom/Esch
T03 (30 cm) oben
T03 (30 cm) Mitte oben
T03 (30 cm) Mitte unten
T03 (30 cm) unten
T05 (7,5 cm) oben
T05 (7,5 cm) unten
T06 (15 cm) oben
T06 (15 cm) unten
T07 (30 cm) oben
T08 (20 cm) oben
T08 (20 cm) unten
Dichte
ρ
[g/cm³]
1,794
1,810
1,743
1,718
1,725
1,710
1,773
1,825
1,811
1,754
2,132
2,151
2,110
2,094
2,122
NaT11 (30 cm) oben
1,190
BentonitT11 (30 cm) unten
1,279
DWM
*
Bestimmung durch Gefriertrocknung
**
Ermittlung an gefriergetrockneten Proben
Wassergehalt w
[-]
0,368
0,372
0,424
0,450
0,453
0,459
0,412
0,373
0,370
0,408
0,154
0,147
0,151
0,156
0,157
0,112*
0,105*
Trockendichte ρd
[g/cm³]
1,312
1,315
1,224
1,185
1,187
1,172
1,255
1,329
1,322
1,245
1,848
1,876
1,833
1,812
1,853
1,757**
2,043**
2,470
0,343
Stecher
1,636
0,485
Stecher
Entnahmeart der
Teilprobe
Teilstück
Teilstück
Teilstück
Teilstück
Teilstück
Teilstück
Stecher
Stecher
Stecher
Stecher
Teilstück
Teilstück
Teilstück
Teilstück
Stecher
Teilstück
Teilstück
Beim Material Dom/Esch ist eine gefriergetrocknete Probe zur Dichtebestimmung verwendet
worden, weil sich aus den anderen Proben keine geeignete Teilprobe für die Tauchwägung
herstellen ließ.
124
Die Schwankungen bei den Trockendichten sind bei mD Wilsum größer als bei mD Bastwald,
doch angesichts der Meßunsicherheit insbesondere bei der mD Bastwald nicht signifikant:
mD Wilsum:
max ρd = 1,329 g/cm³
min ρd = 1,172 g/cm³
- 105,9 % vom Mittelwert
mD Bastwald:
max ρd = 1,876 g/cm³
min ρd = 1,812 g/cm³
Es läßt sich keine Horizontabhängigkeit der Trockendichten erkennen.
Zwischen der Trockendichte und der spezifischen Oberfläche ist unter der Annahme unveränderter Korngrößenverteilung ein Zusammenhang zu erwarten: Einer größeren Trockendichte müßte eine größere spezifische Oberfläche entsprechen. Bei der Meßzelle T03 kann
dieser Zusammenhang der Tendenz nach tatsächlich gezeigt werden, wenn die Meßwerte aus
der Tabelle 5.3.1 -3 und der Tabelle 5.3.4 -1 jeweils auf die Werte für den unteren Horizont
bezogen werden (Tabelle 5.3.4 -2). Auch bei der Dichtwandmasse korreliert mit der größeren
Trockendichte im unteren Bereich des Dichtungskörpers eine größere spezifische Oberfläche
(s. Tabelle 5.3.1 -5).
Tab. 5.3.4 –2: Vergleich von Trockendichte und spezifischer Oberfläche für Meßzelle T03
Höhenlage
bezogene Trockendichte
bezogene spez. Oberfläche
oben
Mitte oben
Mitte unten
unten
1,01
1,07
1,06
1,00
1,06
1,12
1,08
1,00
Korndichte
Die mit dem Heliumpyknometer ermittelten Korndichten sind in Anlage D-3 zusammengestellt. Wenn keine Veränderungen des mineralischen Aufbaus der Proben eingetreten sind und
die Meßzellen hinsichtlich der mineralischen Zusammensetzung des Dichtungsmaterials ursprünglich homogen waren, sind nur wenig voneinander abweichende Werte für die Korndichte zu erwarten. Die dennoch festgestellten Abweichungen deuten eher auf Inhomogenitäten hin, zumal außer bei der (tatsächlich sehr homogenen) Na-Bentonit-DWM
(T11) keine Horizontabhängigkeit der Meßwerte zu erkennen ist. Beim Dichtwandmaterial
zeigt sich bei Vernachlässigung weniger Werte (Horizonte 4-6 cm, 6-8 cm, 10-12 cm und 2830 cm eine stetige Abnahme der Korndichte mit dem Abstand von der Oberfläche. Die Ursache dafür kann die beobachtete Tonmineralzersetzung unter Einfluß von Bakterien sein, die
mit der Tiefe zunimmt (s. 5.3.2).
Beim Material Wilsum weichen die Mittelwerte der Korndichten in der Meßzellen T03 von
denen in den Meßzellen T01 und T02 voneinander ab; bei den Materialien Bastwald und
Dom/Esch sind diese Abweichungen vernachlässigbar (Tab. 5.3.4 -3). Auch bei den Trockendichten wurden bei der mD Wilsum größere Inhomogenitäten beobachtet.
125
Tab. 5.3.4 –3: Mittelwerte der Korndichten [g/cm³] in den Meßzellen für die verschiedenen
Dichtungsmaterialien
Dichtungsmaterial
Wilsum
Bastwald
Dom/Esch
Dichtwandmasse
Meßzellen
Gesamtmittelwert
T01
T02
T03
2,570
2,568
2,613
T05
T06
T07
2,638
2,643
2,637
T08
T08
ESE-Segment
WSW-Segment
2,637
2,630
2,597
2,639
2,634
T11
2,411
2,411
Für die Berechnung der Porenanteile und Sättigungsgrade im folgenden Abschnitt sind jeweils die für die einzelnen Horizonte ermittelten Korndichten verwendet worden.
Porenanteile und Sättigungsgrade
Aus den Trockendichten und den Korndichten ergeben sich die Porenanteile n = 1 - ρd/ρs. Die
Porenanteile geben den Volumenanteil des Porenraumes - gefüllt mit Gasen und Flüssigkeiten - am Gesamtvolumen an. Aus den Trockendichten, Wassergehalten und Porenanteilen
ergeben sich mit der Dichte des Wassers ρw = 1,0 g/cm³ die Sättigungsgrade Sr = ρd w / n ρw.
Der Sättigungsgrad gibt den Volumenanteil des Wassers am Porenraum an.
Tabelle 5.3.4 -4 enthält die für die einzelnen Teilproben berechneten Werte.
Wie für die Trockendichte ist auch für die Porenanteile eine Abhängigkeit im Profil der verschiedenen mD nicht festzustellen. Die Schwankungen in den Werten können durch Inhomogenitäten bedingt sein, die beim Einbau des Materials in die Meßzellen entstanden sind; bei
der Verdichtung entsprechend dem Proctorversuch läßt sich keine so gleichmäßige Dichte
erreichen, daß auch Teilproben mit relativ kleinem Volumen gleiche Dichten und Porenanteile haben.
Die Sättigungsgrade sind an dieser Stelle nur zur Prüfung der Meßwerte interessant. Unter
den Bedingungen der Langzeitversuche war damit zu rechnen, daß der Porenraum mit Flüssigkeit - überwiegend Wasser - ausgefüllt ist, da bei dem hohen Feinkornanteil in den mineralischen Dichtungen Wasser kapillar bis an die Probenoberkante hoch gesogen wurde. Dem
entsprechen die Sättigungsgrade von nahezu 1 in allen Teilproben mit Ausnahme der Proben
aus den Bastwald-Dichtungen. Bei diesem etwas gröberen Material können sich die Wassergehalte und damit auch die Sättigungsgrade durch teilweises Austrocknen zwischen Probenahme und Untersuchung verringert haben.
126
Tab. 5.3.4 –4: Porenanteile und Sättigungsgrade der mineralischen Abdichtungen
mD
Meßzelle/
Höhenlage
Korndichte
[g/cm³]
Wilsum
2,570
T01 (7,5 cm)
2,570
2,562
T02 (15 cm) oben
2,562
2,569
T02 (15 cm) unten
2,569
T03 (30 cm) oben
2,615
T03 (30 cm) Mitte oben
2,613
T03 (30 cm) Mitte unten
2,604
T03 (30 cm) unten
2,606
Bastwald
T05 (7,5 cm) oben
2,637
T05 (7,5 cm) unten
2,639
T06 (15 cm) oben
2,639
T06 (15 cm) unten
2,646
T07 (30 cm) oben
2,638
Na-Bentonit- T11 (30 cm) oben
2,423
DWM
T11 (30 cm) unten
2,350
Porenanteil n
[-]
0,489
0,488
0,522
0,537
0,538
0,544
0,520
0,491
0,492
0,522
0,299
0,289
0,305
0,315
0,298
0,858
0,794
Sättigungsgrad Sr
[-]
0,987
1,000
0,994
0,993
0,999
0,989
0,994
1,000
0,994
0,973
0,952
0,954
0,907
0,897
0,978
0,987
0,999
Konsistenzgrenzen
Eine Beurteilung der plastischen Eigenschaften eines Bodens ist über die Kennwerte wP und
wL möglich:
wP = Wassergehalt an der Ausrollgrenze
(Übergang von der halbfesten zur bildsamen - steifen - Zustandsform),
wL = Wassergehalt an der Fließgrenze
(Übergang von der bildsamen - breiigen - zur flüssigen Zustandsform).
Die Differenz dieser beiden Kennwerte ist die Plastizitätszahl
IP = wL - wP.
Ausgeprägt plastisches Verhalten wird durch hohe Plastizitätszahlen angezeigt.
In Tabelle 5.3.4 -5 sind die Untersuchungsergebnisse zusammengestellt.
Am Material der mD Dom/Esch ist wegen der groben Bestandteile (s. Abschnitt 5.3.1) und
der geringen Plastizität eine Ermittlung der Konsistenzgrenzen nicht sinnvoll.
Eine Abhängigkeit der Konsistenzgrenzen im Tiefenprofil und eine signifikante Veränderung
der Kennwerte gegenüber den Werten der Ausgangs- und Vergleichsmaterialien sind nicht
erkennbar.
Die bei den Meßzellen T01 und T02 beobachtete leichte Erhöhung der Kennwerte in den unteren Horizonten tritt bei der Meßzelle T03 nicht auf. Vermutlich sind beim Material Wilsum
die ermittelten Unterschiede auf Inhomogenitäten des Materials und auf die Meßunsicherheit
der Verfahren zurückzuführen. Auch beim Vergleich der zu verschiedenen Zeitpunkten gemessenen Konsistenzgrenzen der Ausgangsmaterialien zeigt sich der Einfluß sowohl der natürlichen Variabilität und lagerungsbedingten Veränderung des Materials als auch der Fehlermöglichkeiten der Meßverfahren.
127
Beim Dichtungsmaterial Bastwald handelt es sich um ein nur leicht plastisches Material, wodurch die Bestimmung insbesondere der Ausrollgrenze erschwert wird. Die mit dem Casagrande-Gerät im Jahre 1998 gemessenen Werte für die Fließgrenze (s. Tab. 5.3.4 –5) erscheinen zu gering. Die Unterschiede zwischen den ermittelten Ausroll- und Fließgrenzen an
Proben der Bastwald-Dichtungen unterschiedlicher Schichtdicken sind minimal und liegen im
Fehlerbereich der Verfahren.
Die sich ergebenden teilweise gegenläufigen und nicht mit dem beobachteten Trend der Korngrößenverteilung korrelierenden Tendenzen erscheinen nicht signifikant.
Tab. 5.3.4 –5: Konsistenzgrenzen der mineralischen Dichtungen
mD
Wilsum
Bastwald
Meßzelle/
Höhenlage
T01 (7,5 cm) oben
T01 (15 cm) unten
T02 (15 cm) oben
T02 (15 cm) unten
T03 (30 cm) oben
T03 (30 cm) unten
Ausgangsmaterial
Wilsum 1987/88
(August et al., 1992)
Ausgangsmaterial
Übungszelle 4/98° oben
Ausgangsmaterial
Übungszelle 4/98° mitte
Ausgangsmaterial
Übungszelle 4/98° unten
Ausgangsmaterial
Wilsum, 5 bis 6/98°
Ausgangsmaterial Uelsen 1/99°
T05 (7,5 cm) oben
T05 (7,5 cm) unten
T06 (15 cm) oben
T06 (15 cm) unten
T07 (30 cm) oben
T07 (30 cm) unten
Ausgangsmaterial Bastwald 10/92
Ausgangsmaterial
Übungszelle 5/98
Ausrollgrenze
wP
[-]
0,278
0,281
0,267
0,274
0,257
0,254
Fließgrenze Plastizitätszahl IP
wL
[-]
[-]
0,782
0,504
0,798
0,517
0,798
0,531
0,818
0,544
0,736
0,479
0,730
0,476
0,330
-
-
n.b.
0,760*
n.b.
n.b.
0,765*
n.b.
0,273
0,750*
0,487
0, 300
0,728*
0, 428
n.b.
0,810
n.b.
0,137
0,133
0,126
0,133
0,130
0,132
0,278
0,288
0,283
0,289
0,295
0,293
0,141
0,155
0,158
0,156
0,165
0,159
0,137
0,202*
0,061
0,141
0,253*
0,116
* Bestimmung nach DIN 18122-1 (Casagrande), sonst Kegelpenetrometer nach BS 1377
°
Zeitpunkt der Messung
128
Durchlässigkeitsbeiwerte
Die Durchlässigkeitsbeiwerte sind bei Raumtemperaturen um 20 °C ermittelt worden. Die
Temperatur ist wegen der Temperaturabhängigkeit der Viskosität des Wassers bei den Durchflussmessungen zu berücksichtigen. Die Temperaturen wurden gemessen, um entsprechend
DIN 18130 - 1 die Meßwerte auf eine Vergleichstemperatur von 10 °C umrechnen zu können
(k10-Werte). In Tabelle 5.3.4 -6 sind die aus den Durchflußmengen und -zeiten berechneten
k10-Werte zusammengestellt.
Die Teilproben für die Durchlässigkeitsmessungen wurden mit Ausnahme der Meßzellen T01
und T05 aus Teilstücken der Segmente aus den mineralischen Dichtungen (s. 4.2.2) gewonnen. Bei T01 und T05 wurden Teile aus ausgestochenen Proben verwendet; in diesen Fällen
ist eine Veränderung des Gefüges durch die Probenahme nicht auszuschließen. Auch beim
Ausschneiden von Teilproben für das Triaxialgerät mußte wegen der Sprödigkeit des Materials mit sehr großer Sorgfalt gearbeitet werden; bei Versuch 4 (s. Tab. 5.3.4 –6) ließen sich
dennoch axiale Risse nicht vermeiden, so daß hier kein Durchlässigkeitsbeiwert ermittelt
werden konnte.
Zur Messung der Durchflußgeschwindigkeiten wurde nach verschiedenen Zeiten seit Probeneinbau die Wandergeschwindigkeit von in die Oberwasser- bzw. Unterwasserkapillare eingesetzten Luftbläschen über Zeiten zwischen 2 Minuten (bei k10 = 10-8 m/s) und 7 Stunden (bei
k10 = 10-11 m/s) gemessen. Bei schwach bis sehr schwach durchlässigen Materialien, wie sie
mit den eingesetzten mineralischen Dichtungsmaterialien vorliegen, ändern sich die Durchlässigkeitsbeiwerte erfahrungsgemäß mit der Zeit. Es wurde bei den Versuchen immer abgewartet, bis sich im Ober- und im Unterwasser - also vor und hinter der Probe - etwa gleiche
Durchflußgeschwindigkeiten eingestellt hatten, woraus auf eine Sättigung der Probe und
Leckfreiheit der Anlage geschlossen werden kann. Im allgemeinen wurden aus Zeitgründen
die Versuche abgebrochen, wenn sich in etwa konstante k10-Werte eingestellt hatten. Das war
bei den einzelnen Proben zu unterschiedlichen Zeiten der Fall; deshalb sind in der Tabelle
5.3.4 -6 auch die Zeiten zwischen Probeneinbau und Messung angegeben.
Kritisch zu bewerten sind die Ergebnisse der Versuche 24 und 12 (Tab. 5.3.4 -6); hier sind
Störungen zu vermuten. Die Abweichungen bei den übrigen Ergebnissen entsprechen der
Meßgenauigkeit, die bei den kleinen Proben im Triaxialgerät erwartet werden konnte. Bei den
zahlreichen Wiederholungsmessungen ergaben sich für Durchlässigkeitsmessungen hinreichend große Übereinstimmungen. Die Abweichungen zwischen den k10-Werten aus oberen
und unteren Horizonten sind nicht größer als die Abweichungen bei Wiederholungsmessungen, so daß keine Abhängigkeit der Durchlässigkeit von der Tiefe unterhalb der Meßzellenoberfläche erkennbar ist. Da mit Material aus der Mitte von Meßzelle T03 keine k10-Werte bestimmt werden konnte, läßt sich auch nicht zeigen, ob sich die Zunahme der Trockendichte
und der spezifischen Oberfläche in der Mitte (s. Tabelle 5.3.4 -2) auch auf die Durchlässigkeit
auswirkt.
Besonders gründlich wurde die Durchlässigkeit bei der Dichtwandmasse untersucht, nachdem
mineralische Veränderungen mit der Tiefe festgestellt worden waren. Hier ergaben sich die
geringsten Durchlässigkeiten in der Mitte, die größten in den unteren Horizonten. Dagegen
sind unten höhere Trockendichten (und spezifische Oberflächen) als oben ermittelt worden, so
daß unten geringere Durchlässigkeiten zu erwarten waren; die integrierenden Kennwerte wie
Trockendichte und spezifische Oberfläche lassen allerdings vergleichende Schlüsse auf die
Durchlässigkeit nur zu, wenn von der Ähnlichkeit der Korn- und damit auch der Porenkanaldurchmesser-Größenverteilung ausgegangen wird.
Wesentliche Unterschiede in der Korngrößenverteilung wurden zwischen den oberen und
unteren Horizonten der mineralischen Dichtungen nicht gemessen. Der Widerspruch zwischen den (im Vergleich zu den oberen Horizonten) unten größeren Werten für das spezifi129
sche Porenvolumen und die Durchlässigkeit einerseits und den größeren Werten für die Trockendichte (kleinerer Wert für den Porenanteil) und die spezifische Oberfläche andererseits
läßt sich nicht erklären.
In den Schnitten der Teilproben aus der Dichtwandmasse wurden größere Poren beobachtet,
die aber i.A. nicht miteinander verbunden waren, so daß sie die Abweichungen der k10-Werte
nicht erklären können.
Am Material Dom/Esch war wegen der groben Bestandteile und der fehlenden Kohäsion eine
Herstellung von Proben für Durchlässigkeitsversuche im Triaxialgerät nicht möglich.
Tab. 5.3.4 –6: Durchlässigkeitsbeiwerte k10 der Abdichtungsmaterialien
Bastwald
Wilsum
mD
130
Meßzelle/
Höhenlage
VersuchNr.
Gefälle
i
Zeit zwischen Einbau und Messung
< 10 Tage
k10
[m/s]
3,3 10-11
> 10 Tage
Zeit
k10
Zeit
k10
[d]
[m/s]
[d]
[m/s]
-11
8
3,2 10
13 3,3 10-11
Zeit
[d]
17
T01 oben
17
[-]
123
T01 unten
18
101
8,2 10-11
8
8,4 10-11
13
8,7 10-11
17
T02 oben
19
114
6,6 10-11
8
7,9 10-11
20
6,8 10-11
27
T02 oben
20
95
6,9 10-11
8
5,3 10-11
16
5,5 10-11
27
T02 unten
21
101
1,3 10-10
7
T02 unten
22
104
5,5 10-11
7
T03 oben
2
89
2,9 10-11
10
2,7 10-11
11
2,7 10-11
12
T03 oben
4
T03 oben
5
92
7,4 10-11
7
T03 unten
1*
91
2,8 10-11
10
2,2 10-11
11
2,2 10-11
12
T03 unten
3
94
2,4 10-11
8
T05 oben
6
91
1,2 10-10
4
T05 unten
7
87
1,5 10-10
4
T07 oben
23
94
7,5 10-10
7
3,3 10-10
14
T07 oben
24
86
1,2 10-8
7
T07 mitte
28
92
3,0 10-10
7
T07 unten
25
84
9,3 10-11
7
T07 unten
26
92
3,9 10-10
7
axialer Riss
wachsende Werte deuten auf Störung hin
Fortsetzung Tab. 5.3.4 –6:
Na-Bentonit-DWM
mD
Meßzelle/
Höhenlage
VersuchNr.
Gefälle
i
T11 oben
12 °
[-]
66
k10
[m/s]
1,0 10-7
Zeit
[d]
5
k10
[m/s]
1,2 10-7
Zeit
[d]
12
k10
[m/s]
8,2 10-8
Zeit
[d]
19
T11 oben
13
73
1,4 10-8
8
1,5 10-9
17
1,0 10-9
31
T11 oben
14
69
4,6 10-9
10
5,6 10-9
24
T11 mitte
15
83
2,2 10-9
6
1,7 10-9
14
7,9 10-10
19
T11 mitte
16
78
1,2 10-9
6
2,6 10-9
14
6,6 10-10
19
T11 unten
8
83
1,5 10-8
3
T11 unten
9
60
1,0 10-8
3
T11 unten
10
80
1,4 10-8
7
1,5 10-8
12
1,1 10-8
19
T11 unten
11
55
2,6 10-8
7
Zeit zwischen Einbau und Messung
< 10 Tage
> 10 Tage
* große Unterschiede zwischen Ober- und Unterwasser, k10 aus Durchflussgeschwindigkeiten im Oberwasser
°
Einschluß durchlässigeren Materials in der Probe
131
5.3.5
Mikro- und Makrogefüge
Das Gefüge von natürlichen Böden und anderen mineralischen Abdichtungsmaterialien ist
neben dem Tonmineralbestand eine wesentliche, die Dichtheit der Barriere mitbestimmende
Komponente. Veränderungen des primären Zustandes infolge der Wechselwirkungen mit
migrierenden organischen Flüssigkeiten können die Barrierefunktion nachhaltig beeinflussen.
Unter Gefüge wird in Anlehnung an Brewer (1976), Bullock et al. (1985) und FitzPatrick
(1993) die räumliche Anordnung, Größe, Form und Anzahl der festen Bestandteile sowie der
Hohlräume verstanden. Feste Anteile können körnige Gefügeelemente in Form von
Einzelkörnern oder Aggregaten sein. Hohlräume umfassen den Porenraum (innerkristalline
und Inneraggregatporen) sowie Inhomogenitäten wie z.B. Mikrorisse. In Abhängigkeit vom
Auflösungsvermögen wird zwischen Mikro- und Makrogefüge unterschieden.
Im Rahmen dieses Vorhabens wurden Untersuchungen des möglichen Einflusses der
organischen Substanzen auf das Gefüge der mineralischen Dichtungen mit Hilfe der
Röntgencomputertomographie (Makrogefüge) und der Polarisationsmikroskopie (Mikrogefüge) durchgeführt.
Elektronenmikroskopische Untersuchungen an den Dichtungsmaterialien wurden mit dem
Ziel durchgeführt, Gefügeinhomogenitäten aufzuspüren und mit Hilfe von Spotanalysen darin
enthaltene Elemente mittels energiedispersiver Röntgenspektroskopie halbquantitativ zu
bestimmen (s. Abschnitt 5.3.2).
Makrogefüge
Computertomographische Untersuchungen erfolgten an ausgewählten Abschnitten aller durch
die organischen Schadstoffe belasteten Abdichtungsmaterialien aus nachfolgenden Meßzellen
und Teufenbereichen:
Tabelle 5.3.5 -1: Übersicht der CT-Aufnahmen zur Untersuchung des Makrogefüges
Meßzelle
Probenherkunft Teufenbereich
Abbildung
T01 Wilsum 7,5 cm
T02 Wilsum 15 cm
T03 Wilsum 30 cm
Stecher R2
Stecher M2
Stecher M2
5.3.5 -3
5.3.5 -4
0 bis 8,6 cm
0 bis 14,4 cm
0 bis 7 cm, 14 - 21cm,
28 -35 cm
T05 Bastwald 7,5 cm Stecher R2
0 bis 8,7 cm
T06 Bastwald 15 cm Stecher M2
0 - 19,3 cm
T07 Bastwald 30 cm Stecher M2,
0 bis 7,6 cm, 12,5 - 20,1
cm, 20,2 -27,8 cm,
Stecher R1
0 - 7 cm, 29 - 32 cm
T08 Dom/Esch 20cm Mittelstück aus 0 - 19,6 cm
NNE-Segment
T11 Na-BentonitTeilstück
15 - 20 cm
DWM 30cm
Stecher B1,
3 Proben nach 15 - 30 cm
Messung im
TriaxialgerätGerät
132
5.3.5 -6
5.3.5 -7
5.3.5 -8
5.3.5 -11
5.3.5 -12,
5.3.5 -15
Zum Vergleich wurden darüber hinaus Untersuchungen an unbelastetem Material
Wilsum/Uelsen (Abb. 5.3.5 -1 und 5.3.5 -2), Bastwald (Abb. 5.3.5 -5) und Dom/Esch (Abb.
5.3.5 -9 und 5.3.5 -10) durchgeführt, welches unter gleichartigen Bedingungen wie das
Material in den Meßzellen proctorverdichtet wurde.
Für die mD Wilsum zeigt sich, daß das Material aus der Meßzelle (Abb. 5.3.5 -3) eine
Vielzahl kleiner und größerer Risse aufweist, die zumeist mehr oder weniger horizontal
orientiert sind. Daneben sind zahlreiche Hohlräume unterschiedlicher Form und Größe
ausgebildet. Für die Meßzelle T02 erscheint auffällig, daß die Mehrzahl der Risse im oberen
Drittel der Probe zu beobachten ist. Das unbeeinflußte Ausgangsmaterial zeigt ähnliche
Rißverteilungen wie das Material aus den Meßzellen (Abb. 5.3.5 -1 und 5.3.5 -2). Das
Material aus Meßzelle T01 wurde im Verlaufe der Probenahme sehr stark gestört.
Insgesamt erweist sich das Material Wilsum als relativ homogen zusammengesetzt, helle
Bereiche repräsentieren mineralische Einsprenglinge höherer Dichte (z.B. EisensulfidKonkretionen) als das Material der Grundmasse.
Die mD Bastwald (Abb. 5.3.5 -5 bis 8) zeigt ein anderes Verteilungsmuster an Gefügeinhomogenitäten als die mD Wilsum. Es sind vor allem zahlreiche kleinere Hohlräume zu
erkennen, während Risse zumeist nur in den Randbereichen auftreten und wahrscheinlich auf
Artefakte während der Probenahme zurückzuführen sind. Insgesamt ist das Material relativ
inhomogen aufgebaut, was durch den verhältnismäßig häufigen Wechsel von Bereichen
höherer und niedrigerer Dichte zum Ausdruck kommt. Zwischen dem Ausgangsmaterial und
den schadstoffbelasteten Dichtungen in den Meßzellen sind keine deutlichen Unterschiede
erkennbar.
Die Probe der Dichtung Dom/Esch weist ein sehr breites Kornspektrum auf (Abb. 5.3.5 -11).
In einer relativ feinkörnigen Grundmasse lagern mittel- bis grobkörnige Einsprenglinge
unterschiedlichen Rundungsgrades (kantig bis stark gerundet). Als Einsprenglinge sind
Bruchstücke von Gesteinen unterschiedlicher Entstehung und Zusammensetzung, einzelne
Mineralkörner und Mineralaggregate zu identifizieren.
Im Material sind zahlreiche kleinere Hohlräume zu erkennen. Dies ist besonders deutlich bei
einer Aufnahme des Ausgangsmaterials ohne Montigel-Zusatz (Abb. 5.3.5 -9). Aber auch
beim Ausgangsmaterial mit 2% Montigel F (Abb.5.3.5 -10) und beim belasteten Material aus
der Meßzelle (Abb.5.3.5 -11) treten Hohlräume auf, jedoch deutlich weniger, so daß man
davon ausgehen kann, daß die Zugabe von Bentonit zu einer deutlichen Verringerung des
Hohlraumvolumens führte.
Auffällig sind Risse unterschiedlicher Größenordnungen, welche von den Korngrenzen
größerer Einsprenglinge ausgehen und sich im feiner körnigen Dichtungsmaterial fortsetzen
(Abb. 5.3.5 -11). Ob es sich bei diesen Rissen um Veränderungen infolge des Schadstoffeinflusses handelt oder ob Artefakte bei der Probenahme und Probenvorbereitung
(Schockgefrieren) eine entscheidende Rolle spielen, kann nicht eindeutig geklärt werden.
Die Präparation des Materials der Dichtwandmasse erwies sich aufgrund der relativ geringen
Festigkeit als problematisch. Es zeigte sich, daß das Material eine relativ homogene
Zusammensetzung besitzt. Markant ist das relativ häufige Auftreten von dunklen
Einsprenglingen höherer Dichte als die der Grundmasse, die im CT-Bild hell erscheinen
(Abb. 5.3.5 -12). Auffällig sind parallel orientierte von den Rändern ausgehende „Bruchflächen“, die sehr wahrscheinlich durch die Probenahme entstanden sind. Relativ zahlreich
auftretende rundlich ausgebildete Hohlräume unterschiedlicher Größe (Abb. 5.3.5 -12 bis 15)
sind wahrscheinlich darauf zurückzuführen, daß beim Einbau des Dichtwandmaterials in die
Meßzelle eine Blasenbildung nicht vollständig verhindert werden konnte (siehe August et al.,
1992).
133
Abb. 5.3.5 -1:
CT-Schnitt Ausgangsmaterial Wilsum
(Querschnitt eines Probenkerns eines
Stechers aus der Übungsmeßzelle,
∅ 35 mm)
Abb. 5.3.5 -2: CT-Schnitt Ausgangsmaterial Uelsen (Querschnitt eines
Teilstückes von einem Probenkern aus
einem Proctorkörper,
∅ 35 mm)
134
Abb. 5.3.5 -3 (oben): CT-Schnitt Stecher M2
aus Meßzelle T02, Wilsum 15 cm (∅ 35
mm)
Abb. 5.3.5 -4 (rechts): CT-Schnitt der
Teilstücke von Stecher M2 aus Meßzelle T03,
Wilsum 30 cm (∅ 35 mm)
135
Abb. 5.3.5 -5: CT-Schnitt eines Probenkerns des Ausgangsmaterials Bastwald
(∅ 35 mm)
Abb. 5.3.5 -6: CT-Schnitt von Stecher R2
aus Meßzelle T05, Bastwald 7,5 cm
(∅ 35 mm)
136
Abb. 5.3.5 -7 (links):
CT-Schnitt von Stecher M2
aus Meßzelle T06, Bastwald
15 cm (∅ 35 mm)
Abb. 5.3.5 -8 (rechts):
CT-Schnitt der Teilstücke
von Stecher M2 aus
Meßzelle T07, Bastwald
30 cm (∅ 35 mm)
137
Abb. 5.3.5 -9 (oben): CT-Schnitt aus einem Proctorkörper
des Ausgangsmaterials Dom/Esch ohne Montigel F-Zusatz
Abb. 5.3.5 -10 (unten): CT-Schnitt aus einem Proctorkörper
des Ausgangsmaterials Dom/Esch mit Montigel F-Zusatz
Abb. 5.3.5 -11 (rechts): CT-Schnitt eines Profils aus der Meßzelle T08, Dom/Esch 20 cm
138
Abb. 5.3.5 -13
(links): Schnitt
durch das für die
Dünnschliffherstellung imprägnierte obere
Teilstück
aus Stecher B1,
Meßzelle T11
(nach der CTAufnahme - links)
Abb. 5.3.5 -12 (oben): CT-Schnitt
eines Teilstückes von Stecher B1
aus Meßzelle T11, Na-BentonitDWM 30 cm (∅ 35 mm)
Abb. 5.3.5 -14 (rechts):
Luftgetrocknetes Probenstück aus
Meßzelle T11
Abb. 5.3.5 -15 (links): CT-Schnitte von
drei Probenstücken aus Meßzelle T11
(0-16 cm) nach Durchlässigkeitsuntersuchungen
139
Mikrogefüge
Für die Untersuchungen des Mikrogefüges und möglicher Veränderungen auf Grund des
Schadstoffeinflusses war die artefaktfreie Probenahme und Probenvorbereitung eine entscheidende Voraussetzung. Aus diesem Grund wurden zahlreiche Vorversuche zur Trocknung und
Imprägnierung des Materials für die Dünnschliffherstellung durchgeführt, um die methodische Vorgehensweise zu optimieren (s. auch Abschnitt 4.5.5). Ein Vergleich der Ergebnisse
wird am Beispiel des mineralischen Dichtungsmaterials Wilsum vorgenommen, dessen Bearbeitung sich als besonders problematisch erwies.
Die mD Wilsum zeigt ein "porphyrisches" Mikrogefüge, deren relativ homogen zusammengesetzte Grundmasse (S- Matrix bzw. Plasma nach Brewer, 1976) vorwiegend aus Tonmineralen besteht. Vereinzelt vorkommende vorwiegend hypidiomorphe bis xenomorphe
Einsprenglinge bestehen aus Quarz, Glimmer und Pyrit/Markasit. Für das mechanisch unbeeinflusste (nicht verdichtete) Ausgangsmaterial aus natürlicher Lagerung ist ein mehr oder
weniger deutlich ausgeprägtes asepisches Gefüge charakteristisch (Abb. 5.3.5 -16).
Das proctorverdichtete Ausgangsmaterial hingegen zeigt Merkmale eines sepischen Gefüges,
bei dem in bestimmtem Umfang eine Einregelung der Tonminerale erfolgte und teilweise
gerichtete Anisotropie erkennbar ist (Abb. 5.3.5 -17 und 19).
Abb. 5.3.5 -16: Dünnschliffbild
Ausgangsmaterial Wilsum/Uelsen,
natürliche Lagerung,
Ethanol/Aceton-Entwässerung,
50 x, ppl
Ausgangsmaterial Wilsum/Uelsen,
proctorverdichtet,
100 x, xpl
140
Dünnschliffe sowohl vom verdichteten Ausgangsmaterial als auch vom in den Meßzellen
durch Schadstoffe beeinflußten Material der mD Wilsum, welches einer Gefriertrocknung
unterzogen worden war, ließen eine Vielzahl von Rissen unterschiedlicher Größenordnungen
erkennen. Diese Risse zeigten zumeist eine deutliche parallele Orientierung, welche offensichtlich einer durch die Proctorverdichtung verursachten Einregelung von Tonlagen im
Dichtungskörper folgte (Abb. 5.3.5 -18).
mD Wilsum, Meßzelle T01,
gefriergetrocknet,
50 x, ppl
mD Wilsum, Meßzelle T01,
gefriergetrocknet,
100 x, xpl
In der Literatur finden sich Hinweise auf solche Risse insbesondere für Proben mit hohen
Anteilen quellfähiger Tonminerale (Stephan, 1969; Komodromos & Mattiat, 1989; Murphy,
1986). Dies ist beim hier untersuchten Material aber nicht der Fall.
Aufgrund der möglichen Brisanz dieser Feststellung machten sich weitere methodische Untersuchungen erforderlich (s. Abschnitt 4.5.5) und es wurde die Präparation modifiziert.
Über eine Ethanol/Aceton-Reihe entwässerte Proben des proctorverdichteten Ausgangsmaterials Wilsum zeigen zwar auch Mikrorisse aber deutlich weniger gegenüber der Gefriertrocknung (Abb. 5.3.5 -17).
Um den Einfluß des Verdichtungsprozesses auf das Gefüge detaillierter zu untersuchen, wurden zusätzlich Proben aus natürlicher, relativ dichter Lagerung des Ausgangsmaterials Wilsum/Uelsen mit beiden Methoden getrocknet. Unabhängig von der Trocknungsmethode enthält das verdichtete Probenmaterial mehr Risse als das aus natürlicher Lagerung.
141
Tabelle 5.3.5 -2 beinhaltet eine Gegenüberstellung durchschnittlicher Rißbreiten und Flächenanteile in Abhängigkeit von der Trocknungsmethode für verdichtetes und natürlich gelagertes
Ausgangsmaterial Wilsum.
Eine Auswertung der mit Hilfe der Gefriertrocknung hergestellten Dünnschliffe vom Material
aus den Meßzellen ergab Flächenanteile an Rissen zwischen ca. 4 und 17 % bei durchschnittlichen Rißbreiten zwischen ca. 5 und 16 µm (Meßzellen T01 bis T03). Es konnten keine horizontabhängigen Unterschiede festgestellt werden. Für eine statistische Auswertung und vergleichende Bewertung standen nicht genügend Dünnschliffe, bei denen die Präparation mit
Hilfe der Ethanol-Aceton-Entwässerung erfolgte, zur Verfügung.
Tabelle 5.3.5 -2: Auswertung von Rißbreiten und Flächenanteilen im Ausgangsmaterial Wilsum/Uelsen mit Hilfe der digitalen Bildverarbeitung
Vorbehandlung
Ausgangsmaterial
Wilsum/
Uelsen
Gefriertrocknung,
verdichtet
Gefriertrocknung,
natürliche Lagerung
verdichtet
natürliche Lagerung
∅ Rißbreite
[µm]
∅ Flächenanteil der Risse
[%]
9,9
5,2
8,1
3,3
13,3
0,5
6,8
0,04
Die Untersuchungen verdeutlichen, daß bei Anwendung einer Ethanol/Aceton-Entwässerung
bei der Dünnschliffherstellung für toniges Material insgesamt zuverlässigere Ergebnisse zu
erwarten sind als mit Hilfe einer Gefriertrocknung. Dennoch ist es für den Ton Wilsum selbst
bei sorgfältigster Probenahme und Probenpräparation aufgrund der Vielzahl potentieller Störfaktoren problematisch, mögliche Auswirkungen der Permeation des Schadstoffgemisches auf
das Mikrogefüge nachzuweisen.
Das Dichtungsmaterial Bastwald ist gegenüber dem Ton Wilsum sehr inhomogen aufgebaut
(Abb.5.3.5 -20).
Ausgangsmaterial Bastwald,
proctorverdichtet,
gefriergetrocknet,
25 x, ppl
142
In Anlehnung an Bullock et al. (1985) zeigt es eine intergranulare Mikroaggregat- Struktur,
d.h. zwischen schluffig-sandigen Bestandteilen, insbesondere Gesteinsbruchstücke und Quarz,
tritt eine Vielzahl toniger, linsenförmiger Aggregate unterschiedlicher Größe auf. Innerhalb
dieser Gefügeelemente sind zahlreiche überwiegend parallel orientierte Mikrorisse zu beobachten, welche an den Grenzen der Aggregate enden (Abb. 5.3.5 -20 und 21). Im Dichtungsmaterial häufiger auftretende Grobporen und Hohlräume sind überwiegend mit feinkörnigem Material (Porenzement) ausgefüllt, was durch die Zugabe von einem Prozent NaBentonit unterstützt wurde.
mD Bastwald, Meßzelle T06,
gefriergetrocknet,
50 x, ppl
Die mineralische Dichtung Dom/Esch zeigt ein granulares Gefüge, welches durch ein sandigkiesiges Korngerüst mit feinkörnigen mineralischen Bestandteilen in den Intergranularräumen
gekennzeichnet ist (Abb. 5.3.5 -22). Daneben sind zahlreiche Hohlräume unterschiedlicher
Größe zu beobachten. Das Korngerüst besteht sowohl aus mehr oder weniger gut ausgebildeten Einzelmineralen von überwiegend Quarz und untergeordnet Feldspäten als auch aus
Bruchstücken sedimentärer und magmatischer Gesteine. Vereinzelt treten tonmineralreiche
linsenartige Aggregate auf (Abb. 5.3.5 -23), welche vermutlich beim ungleichmäßigen Untermischen von Bentonit in das Dichtungsmaterial vor dem Einbau in die Meßzellen entstanden.
Ausgangsmaterial Dom/Esch,
gefriergetrocknet,
25 x, ppl
143
Im Schliffbild sind auch die im Makrogefüge (CT) nachgewiesenen, von den Korngrenzen
größerer Körner ausgehenden Risse zu beobachten. Daneben sind auch Mikrorisse im feineren Material vorhanden, welche eine bevorzugte Orientierungsrichtung besitzen (Abb. 5.3.5 22 und 23).
mD Dom/Esch, Meßzelle T08,
gefriergetrocknet,
25 x, ppl
Die Dichtwandmasse ist durch ein "porphyrisches" Gefüge gekennzeichnet, wobei die
Grundmasse überwiegend aus karbonatischem Material besteht (Abb. 5.3.5 -24). An
Einsprenglingen sind überwiegend Gesteinsbruchstücke (Abb. 5.3.5 -25, s. auch Abb. 5.3.5 12) und Quarze bis zu einer Größe von 5 mm vorhanden. Daneben sind opak erscheinende
Gebilde mit sehr unregelmäßig ausgebildeten Korngrenzen zu erkennen
mD Na-Bentonit-DWM,
nachgestelltes Ausgangsmaterial,
gefriergetrocknet,
100 x, ppl
144
mD Na-Bentonit-DWM, Meßzelle T11,
gefriergetrocknet,
100 x, ppl
Da vom Material der Dichtwandmasse, welches als Suspension in die Meßzelle eingebracht
wurde, kein Ausgangsmaterial zur Verfügung stand, wurde ein Probenkörper entsprechend
der Rezeptur beim Einbau nachgestellt (s. auch Abschnitt 4.1.2). Der direkte Vergleich dieses
Materials mit der durch das Schadstoffgemisch beeinflußten Dichtwandmasse ist problematisch. Mögliche Gefügeveränderungen lassen sich nur indirekt über bodenmechanische Parameter (Durchlässigkeit) oder Modifizierung des Tonmineralbestandes ableiten (s. Abschnitt
5.3.4, 5.3.2).
Insgesamt ist festzustellen, daß in den mineralischen Dichtungsmaterialien vergleichsweise
geringfügige Veränderungen des Makro- und Mikrogefüges infolge der langfristigen Beeinflussung durch organische Verbindungen zu verzeichnen sind. Lediglich die mD Wilsum
scheint etwas mehr Mikrorisse als das unbeeinflußte Ausgangsmaterial aufzuweisen.
Wahrscheinlich sind die nach Permeation durch die KDB nur verhältnismäßig niedrigen
Schadstoffkonzentrationen in den mineralischen Materialien der Grund dafür, daß keine signifikanten Gefügeveränderungen erfolgt sind.
Hinzu kommt, daß verschiedene Einflüsse sowohl im Rahmen der Versuchsdurchführung
(Verdichtung) als auch der Dünnschliffherstellung (Probenahme, Trocknung) Gefügeveränderungen verursachen können. Die Überlagerung möglicher Auswirkungen dieser Prozesse erschwert ohnehin die Interpretation der Ergebnisse.
145
5.4
Mikrobiologische Prozesse in den mineralischen Dichtmaterialien
M. Brune, J. Breu
Die mikrobiologischen Untersuchungen im Rahmen dieses Vorhabens waren auf folgende
Schwerpunkte gerichtet:
Nachweis von Mikroorganismen in den unterschiedlichen Materialien der Meßzellen
•
Unterscheidung relevanter physiologischer Gruppen
•
Mikroorganismenkonzentrationen in Abhängigkeit von der Lage im Profil der
•
Metabolisierung der Schadstoffe durch Mikroorganismen (Schadstoffabbau)
•
Korrelation der Ergebnisse mit denen chemisch-physikalischer Untersuchungen.
•
Die mikrobiologischen Untersuchungen wurden an drei mineralischen Dichtungen aus Meßzellen mit einer Schichtdicke von 30 cm (T03, T07, T11) durchgeführt. Aufgrund der Spezifik
der Probenahme der Meßzelle T08, Dom/Esch 30 cm (s. Abschnitt 4.2.2) mußte auf die Untersuchung dieses Dichtungsmaterials verzichtet werden. In einer Vorversuchsphase wurden
die mikrobiologischen Aktivitäten im Material Wilsum (Meßzelle T02) untersucht. Im Ergebnis dieser Untersuchungen wurde eine Präzisierung und Modifizierung der Untersuchungsmethodik vorgenommen. Im Folgenden werden die Ergebnisse der mikrobiologischen Untersuchungen der Vor- und Hauptversuchsphase für jedes Dichtungsmaterial einzeln dargestellt.
Es erfolgt eine Bewertung der Ergebnisse und deren Korrelation mit anderen physikalischchemischen Untersuchungsergebnissen.
5.4.1
Ergebnisse der Vorversuche
Das Hauptaugenmerk bei den Vorversuchen an der Meßzelle T02 war zunächst auf Eisenreduzierer gerichtet. Dabei wurden die Kulturen hinsichtlich des zugesetzten Lösungsmittels
differenziert (in Kulturen mit Methanol, solche mit Trichlorethylen und Tetrachlorethylen,
solche mit Toluol und Xylol und solche mit Chlorbenzol), um Hemmwirkungen einzelner
Substanzen bzw. Substanzgruppen auf die Bakterien erkennen zu können.
Für diese Untersuchungen wurde nur der Horizont 0 - 5 cm von insgesamt 15 cm Schichtdicke des Dichtungsmaterials Wilsum beprobt und dabei wurden zwei parallele Kulturen angesetzt. Da die Ergebnisse mit relativ großen Unsicherheiten behaftet waren, wurde in den
Hauptversuchen zu jeweils drei parallelen Kulturen übergegangen.
Tabelle 5.4.1-1: Ergebnisse der mikrobiologischen Vorversuche am Dichtungsmaterial der
Meßzelle T02 (Angaben in Bakterien pro g ungetrockneten Dichtungsmaterials)
Bakteriengruppe Schadstoff
Konzentration
im Horizont 0 – 5 cm
1·103
3·102
Eisenreduzierer
Eisenreduzierer
Methanol
Eisenreduzierer
Toluol / Xylol
1,25·102
Eisenreduzierer
Chlorbenzol
1,25·102
146
Trichlorethylen / Tetrachlorethylen
Die mikroskopische Begutachtung nach 6 und 8 Tagen Kulturdauer zeigte, daß in den getrübten Kulturen tatsächlich aktive Bakterien nachgewiesen werden konnten. Es lagen Mischkulturen aus mehreren morphologischen, vorwiegend beweglichen Typen vor.
Die Eisenreduzierer-Konzentrationen in Meßzelle T02 (Tabelle 5.4.1-1) sind als relativ gering
einzustufen, die Eisenreduzierer spielen jedoch eine deutliche Rolle. Hinsichtlich der aufgegebenen Lösemittel zeigen die Ergebnisse, daß keine dieser Substanzen eine besonders hemmende Wirkung auf die Bakterienpopulation hatte. Daher konnte in den Hauptversuchen auf
eine Differenzierung der Kulturen nach aufgegebenen Lösungsmitteln verzichtet werden.
Die Untersuchungen des Schadstoffabbaus in den Kulturen mittels Gaschromatographie ergaben, daß eine Modifizierung der Vorgehensweise in der Hauptversuchsphase erforderlich ist.
5.4.2
Ergebnisse der Hauptversuche
Die gemeinsamen Ergebnisse der verschiedenen Teildisziplinen von Meßzelle T02 in Verbindung mit den gewonnenen Vorkenntnissen (vgl. Abschnitt 3.4) legten nahe, die Untersuchungen auf die Differenzierung von Eisenreduzierern, Sulfatreduzierern und Methanbakterien
auszuweiten. Nach diesem neuen Muster wurden die Meßzellen T03, T07 und T11untersucht.
Dichtungsmaterial Wilsum (Meßzelle T03)
Für die mikrobiologischen Untersuchungen wurden 3 Horizonte im oberen, mittleren und
unteren Bereich der Dichtungsschicht beprobt und untersucht.
Nach mikroskopischem Befund handelt es sich bei den getrübten um aktive Kulturen. Es lagen Mischkulturen aus mehreren morphologisch unterschiedlichen Bakterientypen vor.
Die Zahl der Eisenreduzierer ist als sehr gering einzustufen. Methanbakterien wurden nicht
nachgewiesen. Eine größere Rolle spielen hier die Sulfatreduzierer. Die Konzentration der
Sulfatreduzierer nimmt im Profil der mineralischen Dichtung von oben nach unten zu (Tab.
5.4.2.-1).
Tabelle 5.4.2 -1: Ergebnisse der mikrobiologischen Untersuchungen der Meßzelle T03,
Bakteriengruppe
Konzentration
im Horizont 1
0 - 5,5 cm
Konzentration
im Horizont 2
11 – 16,5 cm
Konzentration
im Horizont 3
23,5 – 27,5 cm
Eisenreduzierer
-
18
18
Sulfatreduzierer
18
50
1.600
Methanbakterien
-
-
-
Der Nachweis des Schadstoffabbaus in den bewachsenen Kulturen mittels HeadspaceGaschromatographie wäre dann eindeutig erbracht, wenn in einer bewachsenen Kultur (z. B.
Sulfatreduziererkultur, beimpft mit Probe aus dem obersten Horizont) die gemessenen Konzentrationen an Trichlorethylen, Tetrachlorethylen, Toluol, Xylol oder Chlorbenzol signifikant niedriger sind als in der unbeimpften Vergleichskultur. Bei den so analysierten Kulturen
147
der Meßzelle T03 (Methanbakterien-, Sulfatreduzierer- und Eisenreduziererkulturen aus allen
drei Horizonten) mußte jedoch festgestellt werden, daß die Abweichungen in den Konzentrationen der fünf Schadstoffe zwischen parallelen Kulturen so groß waren (bis zu 300 % bezogen auf den kleineren Wert), daß generell keine signifikanten Konzentrationsunterschiede
zwischen den beimpften und den unbeimpften Kulturen festgestellt werden konnten. Die gemessenen Konzentrationen der fünf Schadstoffe waren in den beimpften Kulturen in vielen
Fällen sogar höher als in den unbeimpften Vergleichskulturen, wobei hierfür keine Regel zu
erkennen ist.
Die Ursachen für diese Ergebnisunsicherheiten sind nicht in der GC-Analytik zu suchen. Als
Gründe kommen mögliche Verdunstungseffekte während der Kultivierung bedingt durch die
lange Kulturdauer sowie durch das zwischenzeitliche Öffnen der Kulturröhrchen zwecks Gasaustausch in Frage.
Dichtungsmaterial Bastwald (Meßzelle T07)
Es wurden wiederum drei Horizonte beprobt und untersucht.
Bei getrübten Kulturen handelte es sich ebenfalls um aktive Kulturen. Ebenso lagen Mischkulturen aus mehreren morphologisch unterschiedlichen Bakterientypen vor.
Auffällig ist hier das deutlich andere mikrobielle Milieu, in dem Eisen- und Sulfatreduzierer
keine Rolle spielen. Dagegen wurden Methanbakterien in relativ hohen Konzentrationen
nachgewiesen, wobei eine Zunahme der Mikroorganismenkonzentration von oben nach unten
in der mineralischen Dichtung zu verzeichnen war (Tabelle 5.4.2-2).
Bakteriengruppe
Konzentration
im Horizont 1
0 - 5 cm
Konzentration
im Horizont 2
12 – 17 cm
Konzentration
im Horizont 3
23,5 – 28,5 cm
Eisenreduzierer
-
-
-
Sulfatreduzierer
-
-
-
Methanbakterien
9.000
14.000
500.000
Die Untersuchung des Schadstoffabbaus in den bewachsenen Kulturen gestaltete sich problematisch, so daß ein eindeutiger Nachweis nicht erbracht werden konnte. Auf mögliche Ursachen wurde bereits beim Dichtungsmaterial Wilsum (Meßzelle T03) eingegangen.
148
Dichtungsmaterial Na-Bentonit (Meßzelle T11)
Bei der mikroskopischen Beobachtung der getrübten Kulturen wurden ebenfalls aktive Mischkulturen aus mehreren morphologischen Typen vorgefunden.
Tabelle 5.4.2-3 zeigt, daß in diesem Dichtungsmaterial Sulfatreduzierer eine wichtige Rolle
spielen, während Methanbakterien und Eisenreduzierer nicht nachgewiesen wurden. Die größer-als-Angaben für den mittleren und unteren Horizont resultieren aus der Wahl der Verdünnungsstufen für die Beimpfung. In diesen beiden Fällen hätten weitere Verdünnungsschritte
vorgenommen werden müssen, was nachträglich nicht mehr zu realisieren war.
Ähnlich wie bei den anderen Dichtungsmaterialien war ein mikrobieller Schadstoffabbau
nicht eindeutig nachweisbar.
Konzentration im Konzentration im
Horizont 3
Horizont 2
10 – 15 cm
20 - 25 cm
-
Eisenreduzierer
Konzentration im
Horizont 1
0 - 5 cm
-
Sulfatreduzierer
500.000
> 500.000
> 500.000
Methanbakterien
-
-
-
Bakteriengruppe
5.4.3
Bewertung der Ergebnisse und Korrelation mit anderen physikalischchemischen Untersuchungsergebnissen
Abb. 5.4.3-1 stellt von oben nach unten gelesen den anaeroben Abbau organischer Substanz
in seinen fortschreitenden Redoxstufen dar. Die Ergebnisse der mikrobiologischen und der
physikalisch-chemischen Untersuchungen bezeigen in ausgeprägter Korrelation, daß sich die
Milieubedingungen in den gemeinsam untersuchten Meßzellen in diese Abbaukette einordnen
lassen. In der Abb. 5.4.3-1 sind die Meßzellen nach ihrem Milieu bei Versuchsende eingeordnet. Diese Positionen werden im Folgenden noch erläutert. Insgesamt ist festzustellen, daß
sich die Annahmen entsprechend des Kenntnisstandes (vgl. Abschnitt 3.4) bestätigten: In den
Meßzellen herrschte zu Versuchsende ein anaerobes Milieu des reduktiven Abbaus organischer Verbindungen. Das zeigt sich in den physikalisch-chemischen Milieuverschiebungen
gegenüber dem Ausgangsmaterial (im Folgenden für die einzelnen Meßzellen näher erläutert)
und in dem Nachweis von methanbildenden, sulfatreduzierenden bzw. eisenreduzierenden
Bakterien in den verschiedenen Horizonten der untersuchten Meßzellen.
Die gemeinsame Betrachtung der Schadstoffprofile (Abnahme der Schadstoffkonzentrationen
sämtlicher Komponenten des Schadstoffgemisches nach unten hin) und der Mikroorganismenprofile (Zunahme der Konzentration der zahlenmäßig bestimmenden Bakteriengruppe
nach unten hin) deutet auf die toxische Wirkung der Schadstoffe hin. Mit abnehmender Konzentration der organischen Schadstoffe nimmt auch deren toxische Wirkung ab, so daß die
Konzentration der entsprechenden Mikroorganismengruppe zunimmt und die organischen
149
Verbindungen als Nahrungsquelle dienen. Als Elektronensenken stehen dreiwertiges Eisen,
vierwertiges Mangan, Sulfate und Karbonate als Bestandteile der mineralischen Dichtungskomponente zur Verfügung, das Redoxmilieu wird dadurch anaerober. Neben der mineralogischen Zusammensetzung haben deshalb die unterschiedlichen Konzentrationsprofile für die
Komponenten des Schadstoffgemisches einen entscheidenden Einfluß auf das „mikrobielle
Entwicklungsstadium“ der mD, das wiederum rückkoppelt zur mineralogischen Zusammensetzung.
Zwischen der vertikalen Verteilung der Mikroorganismen und den gemessenen pH-Werten,
Redoxpotentialen und Karbonatgehalten im Profil der jeweiligen mineralischen Dichtungen
lassen sich keine eindeutigen Korrelationen erkennen. Setzt man jedoch die Mikroorganismenzahlen in Beziehung zur Veränderung physikalisch-chemischer Eigenschaften des Ausgangsmaterials, zeichnen sich deutliche Zusammenhänge ab. Diese sollen an den Meßzellen
T03, T07 und T11 aufgezeigt werden.
Die mD Wilsum zeigte im Fall der untersuchten Meßzelle T03 eine deutliche Verringerung
des Fe(III)/Fe(II)-Verhältnisses von 3,6 auf 1,4 und ein abgesenktes Redoxpotential (s. Abschnitt 5.3.3). Der pH hatte sich nicht nennenswert verändert (s. Abschnitt 5.3.1). Der mittlere
Schwefelgehalt war um mehr als 80 % gegenüber dem Ausgangsmaterial reduziert. Diese
Beobachtungen legen die Aktivität von Eisenreduzierern und Sulfatreduzierern nahe. Beide
physiologischen Gruppen konnten in T03 tatsächlich nachgewiesen werden (vgl. Tab. 5.4.21), wobei die Sulfatreduzierer die weitaus größere Rolle spielten. Die unterschiedliche Aktivität von Eisen- und Sulfatreduzierern läßt auf eine Milieuverschiebung von der mikrobiellen
Eisenreduktion hin zur Sulfatreduktion schließen (s. Abb. 5.4.3 -1).
Das Ausgangsmaterial Bastwald (Meßzelle T07) weist ein hohes Fe(III)/Fe(II)-Verhältnis auf,
welches sich im Verlauf der Versuchsdurchführung von 7,6 auf 4,8 verringert hatte, wobei der
insgesamt geringe Fe-Gehalt zu berücksichtigen bleibt. Das Redoxpotential war leicht abgesenkt (s. Abschnitt 5.3.3). Sulfat wurde nicht nachgewiesen (s. Anhang F). Der pH-Wert und
der Gehalt an Karbonat waren reduziert (s. Abschnitt 5.3.1 und Anhang D). Diese Beobachtungen legen die Aktivität von Eisenreduzierern und Methanbakterien nahe. Tatsächlich wurden im Material der Meßzelle T07 Methanbakterien nachgewiesen, aber keine Eisenreduzierer
und auch keine Sulfatreduzierer. Es ist davon auszugehen, daß zu Versuchsende der Prozeß
der mikrobiellen Eisenreduktion weitgehend abgeschlossen war, verbunden mit einer Milieuverschiebung hin zur Karbonatreduktion (bewirkt durch die Methanbakterien). Da Sulfat im
Ausgangsmaterial nicht nachzuweisen war, konnten sich Sulfatreduzierer nicht vermehren.
Bei der Na-Bentonit-DWM (Ausgangsmaterial Meßzelle T11) hatte sich das Fe(III)/Fe(II)Verhältnis von 1,7 auf 0,93 reduziert und das Redoxpotential war abgesenkt (s. Abschnitt
5.3.3). Auch der Sulfatschwefelgehalt war gegenüber dem Ausgangswert stark verringert (s.
Anhang F). Der pH-Wert war im Verlauf der Versuchsdurchführung etwa gleich geblieben.
Die Konzentration des Karbonats hat sich sehr deutlich erhöht. Diese starke Zunahme kann
nicht nur biogenen Ursprungs sein (Mineralisation von organischen Verbindungen zu CO2),
da der gesamte organische Schadstoffeintrag im Bereich von 0,1 Gew.-% liegt. Hier muß
entweder beim Einbau oder über das Belüftungsrohr der Meßzelle aufgrund des hohen pHWertes CO2 aus der Luft abgebunden haben.
Daraus läßt sich auf die Aktivität von Eisenreduzierern und Sulfatreduzierern schließen. Es
wurden in der Meßzelle T11 nur Sulfatreduzierer nachgewiesen, aber keine Eisenreduzierer.
Somit kann davon ausgegangen werden, daß der Prozeß der mikrobiellen Eisenreduktion zu
Versuchsende weitgehend abgeschlossen war, was eine Milieuverschiebung hin zur Sulfatreduktion zur Folge hatte.
150
Redoxpotential
Zum Positiven
Zum Negativen
O2 - Reduktion
Denitrifikation
Mangan - Reduktion
Eisen - Reduktion
Fermentation
Sulfat - Reduktion
Methan - Bildung
T03
Fe
SO42- CO32S2-
T11
Fe
SO42- CO32-
T07
Fe
SO42- CO32-
Relatives Substratangebot
für die betrachteten
Mikroorganismengruppen
im Ausgangsmaterial
hoch
mittel gering
kein
Abb. 5.4.3-1: Vereinfachtes Schema zur Einordnung des reduktiven mikrobiellen Abbaustadiums (organischer Substanz) der Meßzellen T03, T07 und T11 in die Abfolge der anaeroben
Prozesse in Abhängigkeit vom Substratangebot des Ausgangsmaterials
Bezüglich der iso-Propanol-Neubildung, die in fast allen Meßzellen zu verzeichnen war, sind
nach Schlegel (1992), Frank et al. (1998) und Dürre (1998) bestimmte Gattungen fermentierender Bakterien (auch „gärende“ Bakterien genannt) in der Lage, iso-Propanol aus organischen Verbindungen (z. B. einfache Aromaten), wie sie in diesen Versuchen eingesetzt wurden, zu bilden. Es muß davon ausgegangen werden, daß fermentierende Bakterien in den
Meßzellen ebenfalls eine Rolle spielten. Der Prozeß der Fermentation organischer Substanz,
151
auch Gärung genannt, nimmt auf der Stufenleiter der reduktiven mikrobiellen Redoxprozesse
(vgl. Abb. 5.4.3-1) die Position zwischen der Eisen- und der Sulfatreduktion ein. Basierend
auf dem Kenntnisstand bei der Versuchsplanung, wurde die Bakteriengruppe der Fermentierer
im Rahmen dieses Vorhabens nicht eingehender untersucht. So konnte ein direkter Nachweis
nicht geführt werden. Ein zusätzlicher Abbauversuch zeigte jedoch, daß die hier betrachteten
Mikroorganismengruppen nicht für die iso-Propanol-Bildung verantwortlich zeichnen.
Nachdem der Reduktionsgrad in der mD im wesentlichen von der mikrobiellen Aktivität bestimmt wird, ist auch verständlich, warum das Bild einer von der Grenzfläche der mD zur
KDB fortschreitenden „Reduktionsfront“ (Breu, 1989; Kohler, 1992) zu einfach ist. Unmittelbar an dieser Grenzfläche scheint die Konzentration der permeierten organischen Verbindungen so hoch zu sein, daß sie toxisch wirken. Tatsächlich wurde in der Regel in den Meßzellen an der Grenzfläche ein vergleichsweise hohes Fe(III)/Fe(II)-Verhältnis gemessen (vgl.
Abschnitt 5.3.3). Diese Beobachtung wurde bereits auch im Vorläuferprojekt an mD aus Hoheneggelsen gemacht (Breu et al., 1993), konnte aber damals ohne mikrobiologische Untersuchungen nicht ausreichend erklärt werden. Die Interpretation der vorliegenden Untersuchungen wird dadurch erschwert, daß teilweise eine Abhängigkeit der Konzentrationsprofile der
Schadstoffkomponenten von der Schichtdicke der mD vorliegt sowie zumeist noch kein stationärer Zustand der Schadstoffpermeation erreicht wurde. In Kombination mit dem u.a. daraus
resultierenden unterschiedlichen Entwicklungsstand der verschiedenen anaeroben Kulturen,
kann keine lineare Abhängigkeit des Reduktionsgrades über das Profil der mD in den Meßzellen erwartet werden.
152
5.5
Permeationsmessungen an den Meßzellen
W. Müller, R. Tatzky-Gerth
5.5.1
Übersicht über die Versuchsergebnisse
Über die Messung der Permeation der verschiedenen Komponenten der Prüfflüssigkeit durch
die in den Meßzellen eingebauten Kombinationsdichtungen war in einem ausführlichen Forschungsbericht (August et al., 1992) berichtet worden. Die Messungen wurden von R. TatzkyGerth weitergeführt. Vor dem Öffnen jeder Zelle wurde nochmals eine Wasserprobe entnommen und damit der abschließende Wert für die insgesamt über den Untersuchungszeitraum durch die Dichtung pro Flächeneinheit diffundierte Masse ermittelt. Alle Ergebnisse der
Permeationsmessungen an den geöffneten Zellen sind in den folgenden Abbildungen 5.5.1 –1
bis 5.5.1 –8 zusammengestellt.
5.5.2
Abschätzung von Permeationsraten und Induktionszeiten
Die Daten der vorstehenden Tabellen zusammen mit den Konzentrationsprofilen zeigen, daß
bei den Zellen mit 15 cm und 30 cm dicken mineralischen Dichtungen ein stationärer Zustand
entweder noch nicht erreicht ist (hydrophobe Kohlenwasserstoffe) oder aber erst ein geringes
Vielfaches der Induktionszeit beträgt (hydrophile Kohlenwasserstoffe). Die Steigung der
Kurve der diffundierten Masse über der Zeit wird in den meisten Fällen mit der Zeit merklich
flacher. Es können sich zum einen über den sehr langen Zeitraum der Untersuchungen systematische Analysenfehler eingeschlichen haben. Zum anderen wurde mit zunehmender Untersuchungsdauer das Intervall zwischen der Entnahme von Wasserproben und damit zwischen
dem Auswechseln des Wassers in den Meßzellen länger. Die sich in der Zwischenzeit im
Wasser anreichernde Konzentration der Komponenten der Prüfflüssigkeit könnte den Diffusionsprozeß verzögert haben. Inhomogenitäten in der mineralischen Schicht könnten aber auch,
zumindest in der Anfangsphase, zu bevorzugten Diffusionswegen geführt haben. Die Meßzellen mit der 7,5 cm dicken mineralischen Dichtung waren nach etwa 3,5 Jahren geöffnet
worden. Die Dichtungsbahn wurde ausgetauscht. Die Daten von diesen Zellen können daher
nur eingeschränkt verwendet werden. Chemische und biologische Abbauprozesse in den mineralischen Dichtungen, aber auch im Laufe der langen Zeiträume zwischen den Entnahmen
im Wasser unter der Dichtung können die Konzentrationen beeinflussen. Dieser letzte Aspekt
gilt vor allem für die Permeationsdaten des Methanols. Jede Zelle führt so in gewisser Weise
ein „Eigenleben“. Die pauschale Interpretation anhand einfacher Permeationsmodelle und
weniger Kennwerte ist daher nicht in der Lage alle Details der Meßdatenverläufe der einzelnen Zellen zu erfaßen. Insbesondere die doch reichhaltigen chemischen und biologischen Abbauprozesse von organischen Stoffen über sehr lange Zeiträume können in der Modellierung
noch nicht ausreichend genau berücksichtigt werden. Sieht man von solchen Details ab, ergibt
sich jedoch im Groben ein einheitliches Bild des Stofftransports in den Kombinationsdichtungen unter der Extrembeanspruchung mit flüssigen Kohlenwasserstoffen.
Dies gilt allerdings nicht für die Na-Bentonit-Dichtwandmasse. Hier ergeben sich zusätzlich
auch im mineralischen Material selbst bemerkenswerte Änderungen im Langzeitversuch, die
erheblichen Einfluß auch auf die Permeation haben können (s. Abschnitt 5.3.1 und 5.3.2).
Eine abschließende Interpretation aller vorliegenden Befunde ist hier noch nicht möglich.
153
Meßzelle T01
7,5 cm Wilsum
4500
Aceton
Tetrahydrofuran
4000
3500
3000
2500
2000
1500
Zelle w urde am 11.12.89 geöffnet.
Einbau einer neuen
1000
500
0
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
Zeit in Tagen [ d ]
25
Trichlorethylen
Tetrachlorethylen
Toluol
Xylol
Chlorbenzol
20
15
10
5
Zelle w urde am 11. 12.89 geöffnet.
Einbau einer neuen
Kunststoffdichtungs bahn.
0
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
Zeit in Tagen [ d ]
Laufzeit
in d
0
183
523
539
564
593
635
842
1079
1334
1562
2027
2578
3096
3938
4132
Aceton Tetrahydrofuran Methanol Trichlorethylen Tetrachlorethylen Toluol Xylol Chlorbenzol
g/m²
g/m²
g/m²
g/m²
g/m²
g/m² g/m²
g/m²
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
264
16
0
0
0
0
0
0
305
43
0
0
0
0
0
0
352
87
0
0
0
0
0
0
401
140
0
0
0
0
0
0
454
199
0
0
0
0
0
0
829
652
0
0
0
0
0
0
1436
1318
0
0
0
0
0
0
1579
1825
0
0
0
0
0
0
1632
2029
0
0
0
0
0
0
2053
2423
0
0
0
0
0
0
2189
3062
0
0
0
1,8
1,2
2,0
2324
3512
0
5,1
0
7,1
2,5
6,1
2492
3849
0
9,7
0,9
11,1
3,5
9,4
2545
4003
0
13,2
1,2
15,6 18,5
18,7
Abb. 5.5.1 –1: Permeationsdaten der Meßzelle T01
154
Meßzelle T02
15 cm Wilsum
4500
Aceton
Tetrahydrofuran
Methanol
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
Zeit in Tagen [ d ]
25
Trichlorethylen
Tetrachlorethylen
Toluol
Xylol
Chlorbenzol
20
15
10
5
0
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
Zeit in Tagen [ d ]
Laufzeit
in d
0
84
154
175
251
253
517
538
564
593
639
844
1080
1339
1481
2027
2570
3116
3938
4168
g/m²
g/m²
g/m²
g/m²
g/m²
g/m² g/m²
g/m²
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
16
152
0
0
0
0
0
0
22
181
0
0
0
0
0
0
35
213
0
0
0
0
0
0
53
253
0
0
0
0
0
0
88
316
0
0
0
0
0
0
217
629
0
0
0
0
0
0
340
1083
0
0
0
0
0
0
491
1443
0
0
0
0
0
0
557
1655
0
0
0
0
0
0
733
2036
0
0
0
0
0
0
746
2583
0
0
0
1,6
1,3
2,2
754
2884
0
2,7
0,3
4,6
1,8
4,6
866
3072
0
4,8
1,0
6,7
7,1
6,7
867
3505
0
12,8
2,1
14,7
9,1
17,3
155
Meßzelle T03
30 cm Wilsum
4500
Aceton
Tetrahydrofuran
Methanol
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
Zeit in Tagen [ d ]
25
Trichlorethylen
Tetrachlorethylen
Toluol
Xylol
Chlorbenzol
20
15
10
5
0
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
Zeit in Tagen [ d ]
Laufzeit
in d
0
523
566
630
874
1118
1400
1601
2066
2609
3145
3969
4437
Aceton Tetrahydrofuran Methanol Trichlorethylen Tetrachlorethylen Toluol
g/m²
g/m²
g/m²
g/m²
g/m²
g/m²
0
0
0
0
0
0
0
12
0
0
0
0
0
19
0
0
0
0
0
31
0
0
0
0
2
97
0
0
0
0
11
218
0
0
0
0
17
467
0
0
0
0
22
544
0
0
0
0
33
756
0
0
0
0
51
856
0
0
0
0
99
986
0
0
0
0,17
226
1097
0
0
0
0,38
257
1148
0
0,27
0,02
0,79
Abb. 5.5.1 –3: Permeationsdaten der Meßelle T03
156
Xylol Chlorbenzol
g/m²
g/m²
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0,13
0,20
0,13
0,20
0,31
1,06
Meßzelle T05
7,5 cm Bastwald
4500
Aceton
Tetrahydrofuran
Methanol
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
Einbau einer neuen
0
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
Zeit in Tagen [ d ]
25
Trichlorethylen
Tetrachlorethylen
Toluol
Xylol
Chlorbenzol
20
15
10
5
Einbau einer neuen
0
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
Zeit in Tagen [ d ]
Laufzeit
in d
0
517
542
573
602
644
851
1088
1343
1571
2036
2587
3123
3947
4114
g/m²
g/m²
g/m²
g/m²
g/m²
g/m² g/m²
g/m²
0
0
0
0
0
0
0
0
345
450
224
0
0
0
0
0
379
492
243
0
0
0
0
0
410
542
260
0
0
0
0
0
443
587
274
0
0
0
0
0
486
647
294
0
0
0
0
0
698
985
434
0
0
0
0
0
844
1425
662
0
0
0
0
0
865
1614
669
0
0
0
0
0
888
1779
673
0
0
0
0
0
1053
2023
885
0
0
0
0
0
1141
2347
901
0
0
0,8
3,2
1,0
1219
2582
920
2,6
0
2,1
3,4
2,3
1444
2755
974
4,1
0
3,5
3,7
3,5
1476
2793
1006
4,4
0,2
4,0
4,8
10,8
157
Meßzelle T06
15 cm Bastwald
4500
Aceton
Tetrahydrofuran
Methanol
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
Zeit in Tagen [ d ]
25
Trichlorethylen
Tetrachlorethylen
Toluol
Xylol
Chlorbenzol
20
15
10
5
0
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
Zeit in Tagen [ d ]
Laufzeit
in d
0
602
623
648
676
718
926
1163
1422
1649
2115
2653
3197
4025
4265
g/m²
g/m²
g/m²
g/m²
g/m²
g/m² g/m²
g/m²
0
0
0
0
0
0
0
0
214
183
0
0
0
0
0
0
246
207
0
0
0
0
0
0
271
228
0
0
0
0
0
0
301
250
0
0
0
0
0
0
350
290
0
0
0
0
0
0
645
500
32
0
0
0
0
0
1045
795
92
0
0
0
0
0
1316
1006
118
0
0
0
0
0
1552
1242
141
0
0
0
0
0
2010
1601
184
0
0
0
0
0
2130
1905
213
0
0
1,7
0,7
2,2
2245
2102
242
1,4
0
2,6
0,7
2,2
2480
2342
705
4,1
0
4,9
1,3
4,2
2577
2382
778
6,1
2,0
6,9
3,3
6,2
158
MeßzelleT07
30 cm Bastwald
4500
Aceton
Tetrahydrofuran
Methanol
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
Zeit in Tagen [ d ]
25
Trichlorethylen
Tetrachlorethylen
Toluol
Xylol
Chlorbenzol
20
15
10
5
0
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
Zeit in Tagen [ d ]
Laufzeit
in d
0
517
543
566
630
874
1118
1400
1601
2066
2609
2861
3560
4563
g/m²
g/m²
g/m²
g/m²
g/m²
g/m² g/m²
g/m²
0
0
0
0
0
0
0
0
28
39
0
0
0
0
0
0
39
51
0
0
0
0
0
0
51
62
0
0
0
0
0
0
72
83
0
0
0
0
0
0
129
191
0
0
0
0
0
0
159
335
0
0
0
0
0
0
160
559
0
0
0
0
0
0
198
624
0
0
0
0
0
0
230
812
0
0
0
0
0
0
247
957
0
0
0
0,271 0,254
0,472
256
1124
0
0
0
1,965 0,354
1,000
285
1248
0
0
0
2,567 0,500
1,525
389
1616
0
0
1,204
5,318 4,220
6,340
159
Meßzelle T08
15 cm Dom/Esch
4500
Aceton
Tetrahydrofuran
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
Einbau einer neuen
0
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
Zeit in Tagen [ d ]
25
Trichlorethylen
Tetrachlorethylen
Toluol
Xylol
Chlorbenzol
20
15
10
5
Einbau einer neuen
0
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
Zeit in Tagen [ d ]
Laufzeit
in d
0
599
630
661
705
909
1145
1403
1630
2092
2635
4003
4303
g/m²
g/m²
g/m²
g/m²
g/m²
g/m² g/m²
g/m²
0
0
0
0
0
0
0
0
161
160
0
0
0
0
0
0
191
189
0
0
0
0
0
0
216
218
0
0
0
0
0
0
248
249
0
0
0
0
0
0
408
435
0
0
0
0
0
0
658
710
0
0
0
0
0
0
704
889
0
0
0
0
0
0
755
1076
0
0
0
0
0
0
952
1315
0
0
0
0
0
0
1062
1578
0
0
0
0,836 0,208
0,849
1328
1645
0
1,183
0
1,833 0,449
1,572
2200
1933
0
1,969
0
2,453 0,945
3,391
160
Meßzelle T11
30 cm Na-Bentonit
4500
Aceton
Tetrahydrofuran
Methanol
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
4500
5000
Zeit in Tagen [ d ]
25
Trichlorethylen
Tetrachlorethylen
Toluol
Xylol
Chlorbenzol
20
15
10
5
0
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
Zeit in Tagen [ d ]
Laufzeit
in d
0
383
426
497
735
977
1236
1459
1932
2463
3004
3832
4366
Aceton Tetrahydrofuran Methanol Trichlorethylen Tetrachlorethylen Toluol
Xylol Chlorbenzol
g/m²
g/m²
g/m²
g/m²
g/m²
g/m²
g/m²
g/m²
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
6
3
9
0
0
0
0
0
12
6
19
0
0
0
0
0
16
15
20
0
0
0
0
0
20
21
20
0
0
0
0
0
25
27
23
0
0
0
0
0
41
48
27
0
0
0
0
0
59
74
32
0,000032
0,000007
0,000019 0,000004 0,000017
59
95
32
0,000032
0,000007
0,000392 0,000004 0,000326
297
180
476
0,006467
0,009660
0,080831 0,048268 0,354259
161
Die sehr langen Induktionszeiten, der instationäre Zustand oder gerade erst erreichte stationäre Zustand, die Streuung der Daten und deren Verlauf bedingt durch Effekt die einleitend angesprochen wurden, führen dazu, daß nicht einfach nach dem üblichen Verfahren eine Ausgleichsgerade an die Kurve der diffundierten Masse über der Zeit angepasst werden kann, um
daraus die Permeationsrate (Steigung) und Induktionszeit (Zeit-Achsenabschnitt) zu bestimmen. Um die Daten aller Meßzellen dennoch nach einem einheitlichen Konzept auszuwerten,
werden daher die folgenden Kennwerte aus den Entnahmezeitpunkten und den dabei gemessenen diffundierten Massen extrahiert:
c0,BW: Konzentration im Bodenwasser in der Grenzfläche zwischen Dichtungsbahn und mineralischer Dichtung, zur Berechnung: siehe weiter unten
T0 :
Letzter Entnahmezeitpunkt, gerechnet vom Beginn des Versuchs an, bei dem im Rahmen der Meßgenauigkeit noch keine Kontamination des Wasser unter der Dichtung
nachgewiesen werden konnte
T2:
Erster Entnahmezeitpunkt, gerechnet vom Beginn des Versuchs an, bei dem die pro
Flächeneinheit diffundierte Masse einen vorgegebenen Schwellenwert, siehe weiter
unten, überschreitet
T E:
Gesamtlaufzeit des Versuchs
m(TE): Insgesamt während der Versuchsdauer pro Quadratmeter diffundierte Masse
J:
Schätzwert der Permeationsrate, berechnet gemäß m(TE)/(TE – T2)
D:
Schätzwert eines Diffusionskoeffizienten, rechnerisch aus J gemäß J = n⋅D⋅c0,BW/ d
bestimmt. Dabei ist n die Porosität der mineralischen Dichtung und d die Dicke der
mineralischen Dichtung
Tind:
Schätzwert der Induktionszeit, die aus dem Diffusionskoeffizienten D und der Dicke
der mineralischen Dichtung gemäß Tind = d²/6⋅D bestimmt wird
R:
Schätzwert eines Retardationsfaktors, berechnet gemäß R = T2/Tind
Die Versuchszellen sind, wie jeder experimentelle Aufbau, nur mehr oder weniger repräsentativ für die tatsächlichen Verhältnisse. Durch die Auswertung mit diesem Konzept sollen
einmal die Besonderheiten jeder Versuchszelle und deren Unterschiede deutlich werden, zum
anderen ein roter Faden gewonnen werden, entlang dem die verallgemeinerbaren Eigenschaften herausgestrichen werden können.
Die Induktionszeit ist formal definiert als Zeit-Achsenabschnitt der Ausgleichsgeraden an die
Daten (permeierte Menge versus Zeit) im stationären Zustand. Mit Ablauf der Induktionszeit
ist daher schon eine gewisse Masse diffundiert, deren Größe sich nach dem Ausmaß der Permeation richtet. Orientiert an der über die gesamte Zeit diffundierten Masse wird daher ein
Schwellenwert in der Größenordnung von 1% dieser Masse gewählt. Für die hydrophilen
Komponenten der Prüfflüssigkeit (Aceton, THF und Methanol) wird T2 daher mit dem
Schwellenwert von 100 g/m², für die erst nach sehr langen Zeiten in geringen Mengen unter
der Dichtung auftauchenden hydrophoben Komponenten (Trichlorethylen, Tetrachlorethylen,
Toluol, Xylol und Chlor-Benzol) wird T2 mit dem Schwellenwert von 0,5 g/m² als Maß für
die Induktionszeit verwendet. Für die Porosität der mineralischen Dichtungen wurden folgende aus den experimentellen Daten gemittelten Werte verwendet: Für die mD Wilsum-Ton
162
(Meßzellen T01, T02 und T03) n = 0,5; für die mD Bastwald (Meßzellen T05, T06 und T07)
n = 0,3; für das Material Dom/Esch (Meßzelle T08), n = 0,3 und schließlich für die NaBentonit-DWM (Meßzelle T11), n = 0,8. Da der Sättigungswassergehalt durchweg zwischen
95 und 100 % lag, wurde jeweils angenommen, daß der Porenraum vollständig mit Wasser
gesättigt war. Aus der Porosität n und der Trockendichte ρd wurde mit dieser Annahme der
Sättigungswassergehalt w gemäß
(5.5.1.1)
w=
n
⋅100%
ρd
bestimmt. Aus der gemessenen Konzentration der Schadstoffe in der Grenzfläche zwischen
Dichtungsbahn und mineralischer Dichtung cMD-KD (s Anhang E) wurde dann unter der vereinfachenden Annahme, daß sich die Schadstoffe vollständig im Bodenwasser gelöst haben, die
Konzentration im Bodenwasser c0,BW berechnet:
(5.1.1.2)
1+ w 
c0, BW = c MD − KD 

 w 
Die Werte für T2 wurden, soweit das Überschreiten des Schwellenwertes nicht direkt gemessen wurde, aus dem Anfangsverlauf der gemessenen diffundierten Masse linear extrapoliert.
Die folgenden Tabellen 5.5.2 –1 bis 5.5.2 –8 stellen die Kennwerte jeweils für einen einzelnen Stoff unter Berücksichtigung aller geöffneten Zellen zusammen. Die Meßwerte und die
berechneten Kennwerte werden stoffbezogen in einer Bemerkung zu jeder Tabelle diskutiert.
In dem dreiteiligen Aufsatz (Müller et al., 1997a; Müller et al., 1997b; Müller, 1999) wird der
Stofftransport durch eine PEHD-Dichtungsbahn und durch die mineralische Dichtung für reine Flüssigkeiten und einkomponentige wässrige Lösungen beschrieben und daraus dann
Kennwerte für die Kombinationsdichtung abgeleitet. Diese Ergebnisse werden zur Diskussion
der Meßergebnisse der Permeation des Flüssigkeitsgemischs aus 9 Komponenten herangezogen.
Bemerkungen zur Tabelle 5.5.2.-1, Permeation von Aceton
Aceton reichert sich relativ stark in der Grenzfläche an. Beim mineralischen Material Wilsum
ist die Grenzflächenkonzentration im Mittel etwa 15 g/l, beim mineralischen Material Bastwald etwa 30 g/l, beim mineralischen Material Dom/Esch 34 g/l und bei der Dichtwandmasse
12,0 g/l. Die Konzentration steigt mit zunehmender Dicke der mineralischen Dichtung an (s.
Anhang E).
Der Anstieg kann einfach erklärt werden. Mit wachsender Dicke der mineralischen Dichtung
steigt deren Diffusionswiderstand. Der Stoffstrom durch die Dichtungsbahn muß jedoch, wegen der Massenerhaltung, dem Stoffstrom durch die mineralische Dichtung entsprechen. Um
den Stoffstrom durch die Dichtungsbahn an den mit der Dicke anwachsenden Diffusionswiderstand der mineralischen Dichtung anzugleichen, wird daher die Konzentration in der
Grenzfläche wachsen. Dadurch wird, wie erforderlich, der Stoffstrom in der Dichtungsbahn
durch den dort kleineren Gradienten reduziert. In der mineralische Dichtung gleicht der dort
dann höhere Gradient die durch den größeren Diffusionswiderstand bedingte Reduzierung des
Stoffstroms zum Teil aus.
Ungewöhnlich ist dann jedoch der sehr hohe Konzentrationswert in der Meßzelle T06. Diese
Abweichung beim Aceton korrespondiert mit einer ungewöhnlich geringen Konzentration von
Tetrahydrofuran, siehe Tabelle 5.5.2 -3. Die Meßzelle T06 zeigt also besondere Eigenschaften
(s. auch Abschnitt 5.2.2).
163
Durch die Meßzellen mit einer nur 7,5 cm dicken mineralischen Dichtung diffundiert eine im
Vergleich zu den anderen Zellen überproportional große Masse an Aceton. Dies führt in der
Abschätzung zu scheinbar großen Diffusionskoeffizienten und entsprechend zu kleinen berechneten Induktionszeiten. Bei den Meßzellen mit der 30 cm dicken mineralischen Dichtung
befindet man sich allenfalls im Übergang zum stationären Zustand. Die aus der Rate abgeschätzten Diffusionskoeffizienten sind daher zu klein und die berechneten Induktionszeiten zu
groß. Unter Berücksichtigung dieser Besonderheit, die für alle Zellen gilt, erscheint für die
ersten drei Materialien ein Diffusionskoeffizient des Acetons von D = 1,0⋅10-10 m²/s ein zuverlässiger Wert. Vergleicht man diesen Wert mit dem Diffusionskoeffizient im freien Wasser
von D = 10,2⋅10-10 m²/s (Müller et al., 1997a), so kann man den Materialien Wilsum, Bastwald und Dom/Esch einen Tortuositätsfaktor Γ = 0,1 zuordnen.
Weder im Material Wilsum noch im Material Bastwald und auch nicht im Material Dom/Esch
gibt es für Aceton signifikante Anzeichen einer Retardation bei der Diffusion durch die 15 cm
und 30 cm dicken mineralischen Dichtungen. Man muß also R = 1 annehmen. Die Induktionszeit der Diffusion der hydrophilen Stoffe durch die Dichtungsbahn ist relativ groß, etwa
10-20 Tage. Bei einer nur 7,5 cm dicken mineralischen Komponente trägt die Dichtungsbahn
zur Induktionszeit der Diffusion durch die gesamte Dichtung merklich bei. Dieser Beitrag
wurde bei der Berechnung von R nicht berücksichtigt. Das allein kann aber nicht die scheinbar hohen Retardationskoeffizienten bei den 7,5 cm dicken Meßzellen erklären.
Komplizierter sind die Verhältnisse bei der Dichtwandmasse. Das gemessene Porenvolumen
ist hier sehr groß, n = 0,8. Der Porenraum ist auch hier mit Wasser gesättigt. In welchem
Ausmaß dieses große Porenvolumen für die Diffusion genutzt werden kann, ist aber nicht
bekannt. Die gemessene Permeationsrate ist sehr gering. Berechnet man mit dieser großen
Porosität den Diffusionskoeffizienten und die Induktionszeit so ergibt sich ein sehr geringer
Werte von D = 6,5 ·10-12 m²/s bzw. ein extrem großer Wert Tind = 30.000 Tage. Die Retardation kann nicht so extrem unterschiedlich zu den anderen Zellen sein, da Aceton im Wasser
unter der Dichtung nach einer ähnlichen Zeit wie bei den anderen 30 cm Zellen zum ersten
Mal nachgewiesen wird. Der Schwellenwert wird allerdings erst nach etwa 4000 Tagen überschritten. Die sehr geringe Rate deutet also auf einen sehr kleinen Diffusionskoeffizienten hin,
es wird dann aber eben nicht eine entsprechend sehr lange Induktionszeit beobachtet. Obwohl
man annehmen kann, der Diffusionskoeffizient und damit auch der Tortuositätsfaktor kleiner
ist als bei den anderen mineralischen Dichtungen und in gewissem Umfang eine erhöhte
Sorption stattfindet, bleibt dieser Widerspruch. Eine stimmige Interpretation ergibt sich hier
nur, wenn man annimmt, daß der tatsächlich von der Diffusion erfaßte Porenraum sehr viel
kleiner als der tatsächliche Porenraum ist, daß also durch einen sehr kleinen Wert von n sich
die so geringe Rate ergibt. Es wurde jedoch schon hervorgehoben, daß sich bei der NaBentonit-Dichtwandmasse merkliche Veränderungen in den Eigenschaften ergeben haben. So
kann z.B. die offensichtliche Calzium-Karbonat-Bildung zu einer Verstopfung von Porenräumen im Laufe der Zeit geführt haben.
Bemerkungen zur Tabelle 5.5.2.-2, Permeation von Methanol
Bis auf die Meßzellen T05 und T06, Material Bastwald, wird gar keine Permeation beobachtet. Die Konzentrationsprofile erreichen, außer bei diesen beiden Zellen, das untere Ende der
mineralischen Dichtung gar nicht. Methanol ist im Vergleich zum Aceton nur in geringem
Umfang in der Grenzfläche vorhanden. Bei den Meßzellen T05 und T06 wird ein relativ hoher Wert von 4 g/l gemessen (s. Anhang E).
Bei Methanol zeigen die Daten eine sehr starke Retardation. Beim Material Wilsum wurde
selbst bei der Meßzelle mit der 7,5 cm dicken mineralischen Dichtung auch nach 11 Jahren (!)
noch keine Kontamination des Wassers unter der Dichtung beobachtet. Beim Material Bastwald wird nur an den Meßzellen mit geringerer Schichtdicke eine Permeation gemessen.
Selbst dabei ergibt sich ein Retardationsfaktor von R = 10 - 30. Im Material Wilsum sollte er
164
noch um eine Größenordnung höher liegen. Es bleibt hier jedoch der Vorbehalt, daß gerade
Methanol in erheblichem Umfang von Abbauprozessen betroffen sein könnte. Zudem ist der
analytische Nachweis von Methanol im Gemisch mit den anderen Komponenten problematisch.
Im Vergleich dazu sehr ungewöhnlich ist dagegen das Permeationsverhalten des Methanol in
der Meßzelle T11 mit der Dichtwandmasse. Methanol verhält sich hier ähnlich wie Aceton
und THF. Es gibt keine Anhaltspunkte für eine besonders starke Retardation und die gemessene geringe Permeationsrate entspricht in etwa den sehr geringen Raten, die auch für Aceton
und THF gemessen wurden.
Bemerkungen zur Tabelle 5.5.2.-3, Permeation von Tetrahydrofuran (THF)
THF verhält sich ähnlich wie Aceton. Beim Material Wilsum sind im Mittel wie auch beim
Material Bastwald etwa 13,0 g/l vorhanden. Beim Material Dom/Esch wird wie bei Meßzelle
T06 eine auffallend geringe Konzentration gemessen. Auch beim Tetrahydrofuran steigen,
wie erwartet, die Konzentrationen mit Ausnahme von Meßzelle T06 an. Der Wert von 2,8 g/l
bei Meßzelle T06 fällt aus diesem Verlauf heraus, wobei in dieser Zelle auch die Acetonkonzentration ungewöhnlich hoch ist.
Trotz der geringen Ausgangskonzentration ist die Permeationsrate in Meßzelle T06 so hoch
wie bei den anderen Meßzellen. Permeationsmessung und Konzentrationsprofilmessung passen hier nicht stimmig zusammen. Die Abschätzungen sind daher nicht sinnvoll. Der errechnete Wert für den Diffusionskoeffizienten ist bei dieser Meßzelle sehr groß und die Induktionszeit dementsprechend zu klein bzw. der Retardationsfaktor ebenfalls scheinbar zu groß.
Das gleiche gilt auch für die Meßzelle T08, Material Dom/Esch.
Für die Materialien Wilsum und Bastwald ergibt sich insgesamt ein Diffusionskoeffizient des
THF, der um den Faktor 2-3 größer ist als der von Aceton: D = 2-3⋅10-10 m²/s.
Es zeigen sich auch hier wie bei Aceton keine signifikanten Anhaltspunkte für eine Retardation. Auffallend ist jedoch, daß Tetrahydrofuran, gemessen an den hohen Permeationsraten
bzw. dem großen Diffusionskoeffizienten, dennoch nicht immer als erster Stoff, oder jedenfalls nicht mit großem Vorsprung als erster Stoff, durch die Dichtung diffundiert ist. Auch
hier kann die Induktionszeit für die Diffusion durch die Dichtungsbahn zumindest bei den
Meßzellen mit 7,5 und 15 cm dicken mD zur Dauer beigetragen haben.
Für die Diffusion des THF in der Na-Bentonit-Dichtwandmasse, Meßzelle T11, gelten die
gleichen Beobachtungen wie sie oben bei den Bemerkungen zu Aceton dargelegt wurden.
Bermerkungen zu den Tabellen 5.2.2 -4 bis 5.2.2 –8, hydrophobe Komponenten der Prüfflüssigkeit
Alle hydrophoben Komponenten, bis auf das fast gänzlich wasserunlösliche iso-Octan, verhalten sich sehr ähnlich. Die Tabellen werden daher zusammen diskutiert. Bei allen hydrophoben Komponenten der Prüfflüssigkeit dauert es sehr lange, bis zum ersten Auftreten im
Wasser unter der Dichtung. Bei den Meßellen mit den 30 cm dicken mineralischen Dichtungen vergehen 6 bis 10 Jahre. Das iso-Octan ist in keiner der Meßzellen durchdiffundiert, was
auch mit den Konzentrationsprofilen in den mD (s. Abschnitt 5.2.2) in Einklang steht. Deshalb sind für diesen Stoff keine Permeationsdaten vorhanden.
Da andererseits die Diffusionskoeffizienten im Bodenwasser nicht sehr verschieden von den
Diffusionskoeffizienten der hydrophilen Komponenten sein sollten (Müller et al., 1997a ),
müssen diese langen Zeiten auf beträchtliche Retardationseffekte zurückgeführt werden.
Die Konzentrationen in der Grenzfläche zwischen Dichtungsbahn und mineralischer Dichtung
unterscheiden sich stark zwischen dem Material Wilsum, wo sie bei etwa 100 g/kg liegt, und
den Materialien Bastwald und Dom/Esch, wo die Konzentration im Bereich von 1 bis 10 g/kg
liegt. Die Na-Bentonit-DWM liegt mit einigen Zehn g/kg dazwischen.
165
Der Sorptionseffekt der Bodenmatrix wird bei der Ausbildung der Konzentration in der
Grenzfläche eine große Rolle spielen. Je höher die Sorption, um so mehr können sich die
Kohlenwasserstoffe in der Grenzfläche anreichern. Die mD Wilsum hätte danach eine wesentlich höhere Sorption als die mD Bastwald. Andererseits macht sich die so begründete höhere Sorption nicht in einer größeren Retardation bemerkbar. Hier sind kaum Unterschiede
zwischen den Materialien vorhanden. Dies kann damit zusammenhängen, daß sich in der Oberfläche der mineralischen Dichtung besondere Verhältnisse ausbilden. Wassergehalt, Körnung und Porenstrukur unmittelbar in der Oberfläche unter der Dichtungsbahn können verschieden sein vom Innern der mineralischen Dichtung. Ebenso wird der Sorptionsvorgang aus
der Dichtungsbahn in die Bodenmatrix anders verlaufen, als die Sorption aus dem Bodenwasser. Gerade die mD Wilsum kann hier der Dichtungsbahn eine große Feststoffoberfläche im
Kontaktbereich anbieten. Es können daher hohe Konzentrationen in der Bodenmatrix entstehen, ohne daß dies sich als Retardationsvermögen im Stofftransport über das Bodenwasser
bemerkbar macht.
Jedenfalls ist durch die Sorption die Umrechnung von cMD-KD in c0,BW zumindest für die mD
Wilsum obsolet. Nur ein Teil der Schadstoffe löst sich tatsächlich im Bodenwasser. Entsprechend sind die für das Material Wilsum abgeschätzten Diffusionskoeffizienten viel zu klein.
Während die Werte für die mD Bastwald und Dom/Esch den theoretisch zu erwartenden
Werten von einigen 10-10 m²/s entsprechen (Müller et al., 1997b). Für die Meßzellen mit den
Dichtungsmaterialien Bastwald und Dom/Esch dürfte die berechnete Konzentration im Bodenwasser daher eher den tatsächlichen Verhältnissen entsprechen. Demnach liegt die Konzentration im Bodenwasser um mindestens den Faktor 10 unter der Löslichkeit der Substanzen im Wasser. Dies würde dann auch in etwa wieder zusammenpassen mit dem relativen
Anteil der Komponenten im Schadstoffgemisch.
Man ist jedoch bei allen hydrophoben Substanzen noch weit weg vom stationären Zustand, so
daß die abgeschätzten Zahlen hier nur Größenordnungen geben können. Ablesbar wird dabei
aber der deutliche Retardationseffekt. R liegt danach im Bereich 30 – 40. Dies entspricht in
etwa den Literaturwerten, die in (Müller et al., 1997b) zusammengestellt sind.
Bei der Na-Bentonit-DWM bestätigt sich auch bei den hydrophoben Substanzen, daß die sehr
geringe Durchlässigkeit nicht einer besonders starken Sorption geschuldet ist. Die Zeiten bis
zum ersten Auftreten im Wasser unter der Dichtung sind auch hier nur etwa um den Faktor
1,5 größer. Die dann gemessenen Konzentrationen sind allerdings wiederum extrem gering.
Auf die Interpretationsprobleme bei der Dichtwandmasse wurde bereits eingegangen.
166
Tab. 5.5.2 -1: Ergebnis der Permeationsmessungen für die Komponente Aceton
Aceton
Zellennr. mD
1
2
3
5
6
7
8
11
Porosität
TD (g/cm³)
Wilsum
0,5
1,3
Bastwald
0,3
1,8
Dom/Esch
0,3
1,8
Na-BentonitDWM
0,8
0,3
Dicke
cMD-KD
c0,BW
T0
T2
TE
m(TE)
J
D
Tind
R
(m)
0,084
0,15
0,32
0,082
0,19
0,31
0,20
(g/kg)
2,5
3,1
6,2
2,6
6,5
3,6
4,9
(g/l)
9,0
11,2
22,3
18,2
45,5
25,2
34,3
(d)
383
488
762
230
413
442
398
(d)
435
659
3145
276
499
751
517
(d)
4132
4168
4437
4114
4265
4563
4303
(g/m²)
2545
867
257
1475
2577
389
2200
(g/m²d)
0,69
0,25
0,20
0,38
0,68
0,10
0,58
(m²/s)
1,5E-10
7,7E-11
6,6E-11
6,7E-11
1,1E-10
4,8E-11
1,3E-10
(d)
92
565
2992
194
632
3828
590
(-)
4,8
1,2
1,1
1,4
0,8
0,2
0,9
0,32
9,0
12,4
412
>3832
3832
59
0,02
6,5E-12
-
-
167
168
Tab. 5.5.2 -2: Ergebnis der Permeationsmessungen für die Komponente Methanol
Methanol
Zellennr. mD
1
2
3
5
6
7
8
11
Porosität
TD (g/cm³)
Wilsum
0,5
1,3
Bastwald
0,3
1,8
Dom/Esch
0,3
1,8
Na-BentonitDWM
0,8
0,3
Dicke
cMD-KD
c0,BW
T0
T2
TE
m(TE)
J
D
Tind
R
(m)
0,084
0,15
0,32
0,082
0,19
0,31
0,20
(g/kg)
0,2
0,2
0,6
0,5
0,6
0,2
0,3
(g/l)
0,7
0,7
2,2
3,5
4,2
1,4
2,1
(d)
>4132
>4168
>4437
123
632
>4563
>4303
(d)
>4132
>4168
>4437
297
1319
>4563
>4303
(d)
4132
4168
4437
4114
4265
4563
4303
(g/m²)
0
0
0
1475
2577
0
0
(g/m²d)
0,39
0,87
-
(m²/s)
3,5E-10
1,5E-9
-
(d)
37
46
-
(-)
8,0
28,9
-
0,32
0,1
0,1
503
> 3832
3832
32,3
0,01
3,3E-10
605
-
Tab. 5.5.2 -3: Ergebnis der Permeationsmessungen für die Komponente Tetrahydrofuran (THF)
THF
Zellennr. mD
1
2
3
5
6
7
8
11
Porosität
TD (g/cm³)
Wilsum
0,5
1,3
Bastwald
0,3
1,8
Dom/Esch
0,3
1,8
Na-BentonitDWM
0,8
0,3
Dicke
cMD-KD
c0,BW
T0
T2
TE
m(TE)
J
D
Tind
R
(m)
0,084
0,15
0,32
0,082
0,19
0,31
0,20
(g/kg)
2,8
3,5
4,6
2,0
0,4
2,3
0,4
(g/l)
10,1
12,6
16,6
14,0
2,8
16,1
2,8
(d)
514
400
489
239
428
452
445
(d)
574
497
769
336
522
642
546
(d)
4132
4168
4437
4114
4265
4563
4303
(g/m²)
4003
3505
1148
2793
2382
1616
1933
(g/m²d)
1,13
0,95
0,31
0,74
0,64
0,41
0,51
(m²/s)
2,2E-10
2,6E-10
1,4E-10
1,7E-10
1,7E-9
3,1E-10
1,4E-9
(d)
63
165
1411
78
42
605
54
(-)
9,2
3,0
0,5
4,3
12,5
1,1
10,0
0,32
3,2
4,4
771
>3832
3832
94,8
0,03
3,3E-11
-
-
169
170
Tab. 5.5.2 -4: Ergebnis der Permeationsmessungen für die Komponente Trichlorethylen
Trichlorethylen
Zellennr. mD
1
2
3
5
6
7
8
11
Porosität
TD (g/cm³)
Wilsum
0,5
1,3
Bastwald
0,3
1,8
Dom/Esch
0,3
1,8
Na-BentonitDWM
0,8
0,3
Dicke
cMD-KD
c0,BW
T0
T2
TE
m(TE)
J
D
Tind
R
(m)
0,084
0,15
0,32
0,082
0,19
0,31
0,20
(g/kg)
0,140
0,112
0,171
0,005
0,007
0,018
0,005
(g/l)
0,504
0,403
0,616
0,035
0,049
0,126
0,035
(d)
2410
2866
3969
1692
2887
>4563
3551
(d)
2480
2930
>4437
1967
3009
>4563
3742
(d)
4132
4168
4437
4114
4265
4563
4303
(g/m²)
13,2
12,8
0,27
4,4
6,1
0,0
2,0
(g/m²d)
0,008
0,010
0,002
0,005
0,004
(m²/s)
3,1E-11
8,9E-11
1,9E-10
7,3E-10
7,9E-10
(d)
442
487
70
96
98
(-)
5,6
6,0
28,1
31,4
38,1
0,32
0,068
0,094
3229
>4366
3832
0,01
-
-
-
-
Tab. 5.5.2 -5: Ergebnis der Permeationsmessungen für die Komponente Tetrachloretylen
Tetrachlorethylen
Zellennr. mD
1
2
3
5
6
7
8
11
Porosität
TD (g/cm³)
Wilsum
0,5
1,3
Bastwald
0,3
1,8
Dom/Esch
0,3
1,8
Na-BentonitDWM
0,8
0,3
Dicke
cMD-KD
c0,BW
T0
T2
TE
m(TE)
J
D
Tind
R
(m)
0,084
0,15
0,32
0,082
0,19
0,31
0,20
(g/kg)
0,081
0,067
0,105
0,001
0,003
0,006
0,005
(g/l)
0,292
0,241
0,378
0,007
0,021
0,042
0,035
(d)
3933
2977
3969
3947
4025
3560
>4303
(d)
3935
3313
>4437
>4114
>4265
>4563
>4303
(d)
4132
4168
4437
4114
4265
4563
4303
(g/m²)
1,2
2,1
0,02
0,2
2,0
1,2
0,0
(g/m²d)
0,006
0,002
-
(m²/s)
4,1E-11
3,5E-11
-
(d)
335
1228
-
(-)
11,7
2,7
-
0,32
0,021
0,029
3832
>4366
3832
0,01
-
-
-
-
171
172
Tab. 5.5.2 -6: Ergebnis der Permeationsmessungen für die Komponente Chlorbenzol
Chlorbenzol
Zellennr. mD
1
2
3
5
6
7
8
11
Porosität
TD (g/cm³)
Wilsum
0,5
1,3
Bastwald
0,3
1,8
Dom/Esch
0,3
1,8
Na-BentonitDWM
0,8
0,3
Dicke
cMD-KD
c0,BW
T0
T2
TE
m(TE)
J
D
Tind
R
(m)
0,084
0,15
0,32
0,082
0,19
0,31
0,20
(g/kg)
0,126
0,107
0,181
0,004
0,003
0,015
0,012
(g/l)
0,454
0,385
0,652
0,028
0,021
0,105
0,084
(d)
2405
2420
3025
2530
1955
2601
2065
(d)
2462
2486
3873
2633
2168
2772
2474
(d)
4132
4168
4437
4114
4265
4563
4303
(g/m²)
18,7
17,3
1,0
10,8
6,2
6,3
3,4
(g/m²d)
0,011
0,010
0,002
0,007
0,003
0,004
0,002
(m²/s)
4,8E-11
9,3E-11
2,0E-11
4,9E-10
6,2E-10
2,4E-10
1,0E-10
(d)
284
468
9800
26
112
771
753
(-)
8,7
5,3
0,4
100,4
19,3
3,6
3,3
0,32
0,046
0,063
3832
>4366
3832
0,3
-
-
-
-
Tab. 5.5.2 -7: Ergebnis der Permeationsmessungen für die Komponente Toluol
Toluol
Zellennr. mD
1
2
3
5
6
7
8
11
Porosität
TD (g/cm³)
Wilsum
0,5
1,3
Bastwald
0,3
1,8
Dom/Esch
0,3
1,8
Na-BentonitDWM
0,8
0,3
Dicke
cMD-KD
c0,BW
T0
T2
TE
m(TE)
J
D
Tind
R
(m)
0,084
0,15
0,32
0,082
0,19
0,31
0,20
(g/kg)
0,115
0,092
0,154
0,004
0,006
0,017
0,009
(g/l)
0,414
0,331
0,554
0,028
0,042
0,119
0,063
(d)
2303
2413
2867
2149
2210
2310
1731
(d)
2366
2488
3968
2398
2374
2525
2292
(d)
4132
4168
4437
4114
4265
4563
4303
(g/m²)
15,6
14,7
0,8
4,0
6,9
5,3
2,6
(g/m²d)
0,009
0,009
0,002
0,002
0,004
0,003
0,001
(m²/s)
4,1E-11
9,2E-11
2,3E-11
1,6E-10
3,8E-10
1,6E-10
9,5E-11
(d)
328
473
8667
82
182
1182
812
(-)
7,2
5,3
0,5
29,2
13,0
2,1
2,8
0,32
0,059
0,081
3832
>4366
3832
0,1
-
-
-
-
173
174
Tab. 5.5.2 -8: Ergebnis der Permeationsmessungen für die Komponente Xylol
XylolIsomerengemisch
Zellennr. mD
1
2
3
5
6
7
8
11
Porosität
TD (g/cm³)
Wilsum
0,5
1,3
Bastwald
0,3
1,8
Dom/Esch
0,3
1,8
Na-BentonitDWM
0,8
0,3
Dicke
cMD-KD
c0,BW
T0
T2
TE
m(TE)
J
D
Tind
R
(m)
0,084
0,15
0,32
0,082
0,19
0,31
0,20
(g/kg)
0,080
0,063
0,094
0,001
0,002
0,006
0,008
(g/l)
0,288
0,227
0,338
0,007
0,014
0,042
0,056
(d)
2636
2494
2311
>2036
2396
2736
2164
(d)
2698
2593
>2587
2775
2987
3553
(d)
4132
4168
4437
4114
4265
4563
4303
(g/m²)
18,5
9,1
0,3
4,8
3,3
4,2
0,9
(g/m²d)
0,013
0,006
0,002
0,003
0,001
(m²/s)
8,7E-11
8,8E-11
7,0E-10
4,6E-10
9,9E-11
(d)
156
491
100
407
778
(-)
17,3
5,3
27,7
7,3
4,6
0,32
0,025
0,034
3832
>4366
3832
0,1
-
-
-
-
5.6
Ergebnisse der Modellierung des Stofftransportes
W. Müller, U. Kalbe
Im Folgenden wird das Ergebnis der Rechnung für die Diffusion von reinem Aceton und von
reinem Trichlorethylen gezeigt. Dazu müssen die Parameter σ0,KD und σMD,KD sowie DKD und
DMD sowie n und k festgelegt werden. Daraus werden dann nach der Formel (4.7.5) die transformierten Parameter n1 und n2 sowie k2 berechnet. k1 in der Dichtungsbahn ist natürlich Null.
Für die Auswahl der Parameter wurden die Daten aus (Müller et al., 1997a) und (Müller et al.,
1997b) verwendet, die den aktuellen Stand der Kenntnis über die Permeation in Kunststoffdichtungsbahnen und in mineralischen Dichtungen widerspiegeln.
Für die Verteilungskoeffizienten Aceton-Dichtungsbahn bzw. Trichlorethylen-Dichtungsbahn
σ0,KD wurden die gemessenen Werte aus Tabelle 4 in Müller et al. (1997a) genommen. Für
den Verteilungskoeffizient Dichtungsbahn-Bodenwasser σMD,KD wurde bei Aceton der gemessene Wert des Verteilungskoeffizienten einer Grenzfläche zwischen Dichtungsbahn und
einer Aceton-Wasser-Lösung, Tabelle 9 in (Müller et al., 1997a), angesetzt. Beachtet werden
muß dabei, daß in Tabelle 9 in (Müller et al., 1997a) die Werte der Verteilungskoeffizienten
für den amorphen Anteil der Dichtungsbahn ermittelt wurden. Für die hier durchgeführten
Stofftransportrechnungen muß der Wert auf die gesamte Dichtungsbahn bezogen werden. Da
die Kristallinität etwa 50% beträgt, müssen die Verteilungskoeffizienten aus Tabelle 9 in
Müller et al. (1997a) halbiert werden.
Im Verteilungsgleichgewicht bei auf der Dichtungsbahn anstehendem, reinen Trichlorethylen
muß die Konzentration im Bodenwasser den Sättigungswert bzw. den Wert der Löslichkeit
erreichen. Es wurde hier eine theoretische Löslichkeit von Trichlorethylen im Wasser von
1g/l angenommen. Daraus kann dann der erforderliche Verteilungskoeffizient für die Grenzfläche errechnet werden: σMD,KD = (ρTri ⋅σ0,KD)/1 (g/l). Der so ermittelte Wert (Tabelle 5.6 –1)
stimmt sehr gut mit dem gemessenen Wert von 378 für eine 0,5 g/l TrichlorethylenWasserlösung und dem theoretischen Wert von 228 überein, siehe dazu Tabelle 9 in (Müller
et al., 1997a).
Die Diffusionskoeffizienten für die Diffusion in der Dichtungsbahn hängen sehr stark von der
Konzentration der Schadstoffe ab. Es wurden daher die gemessenen Werte aus Versuchen zur
Permeation mit den reinen Prüfflüssigkeiten eingesetzt, Tabelle 5a in Müller et al. (1997a).
Für die Diffusionskoeffizienten der Stoffe im Bodenwasser der mineralischen Dichtung wurden die geschätzten Werte auf Tabelle 3 in (Müller et al., 1997b) verwendet. Weiterhin wurde
angenommen, daß Aceton in der Bodenmatrix nicht adsorbiert wird. Für Trichlorethylen wurden Verteilungskoeffizienten k = 0 und k = 5 cm³/g durchgespielt. In allen Fällen wurde eine
Porosität n = 0,4 und für die Trockendichte ρ = 1,5 g/cm³ angenommen. Für den Retardationskoeffizient erhält man dann, gemäß R = 1 + ρk/n, für die beiden Fälle R = 1 (keine Retardation) und R = 20.
Die folgende Tabelle stellt die Zahlenwerte der Parameter für die Stofftransportrechnung übersichtlich zusammen.
An dieser Stelle soll nochmals hervorgehoben werden, daß Stofftransportrechnungen immer
nur eine Annäherung darstellen können und mit großen Unsicherheiten behaftet sind. Jedes
Modell vereinfacht notwendigerweise die tatsächlichen Verhältnisse. Die Diffusions- und die
Verteilungskoeffizienten sind eigentlich konzentrationsabhängig. Die Struktur und Eigenschaft der Bodenmatrix beeinflußt den Diffusionsprozeß und die zugehörigen Koeffizienten.
Der Verteilungskoeffizient für die Sorption im Boden hängt ebenfalls von der Konzentration
und den Eigenschaften der Bodenmatrix ab. Diese Abhängigkeiten sind allenfalls überschlägig bekannt. Dies sind einige der Unsicherheiten, die hier eine Rolle spielen. Aus diesen Un175
sicherheiten resultiert, daß Stofftransportrechnungen selbst für wohldefinierte Bedingungen in
Laborversuchen höchstens bis auf etwa einen Faktor 2 genau sein können.
Tab. 5.6 - 1: Für die numerischen Rechnungen verwendete Stoffparameter
Stoffparameter
σ0,KD
σMD,KD
DKD
DMD
n
k
Stoff
Aceton
ρAceton = 0,79 g/cm³
0,01
0,032
0,9·10-12 m2/s
3,4·10-10 m2/s
0,4
0
Trichlorethylen
ρTri= 2,46 g/cm³
0,2
292
8·10-12 m2/s
2,9·10-10 m2/s
0,4
0 und 5 g/cm³
Die Abbildungen 5.6 –1 und 5.6 –2 bzw. 5.6 –3 zeigen die Konzentrationsprofile in der mineralischen Komponente einer Kombinationsdichtung aus einer 2,5 mm dicken PE-HDDichtungsbahn und einer 30 cm dicken mineralischen Dichtung, die mit reinem Aceton oder
mit reinem Trichlorethylen (als Vertretern für die hydrophilen bzw. hydrophoben Verbindungen) beaufschlagt wurde. Die Profile wurden mit den Parametern aus Tabelle 5.6 –1 für die
Einzelkomponenten Dichtungsbahn und mineralische Dichtung nach dem im Abschnitt 3.5
beschriebenen einfachen Modell für die Kombinationsdichtung berechnet.
Konzentration im Bodenwasser (g/l)
7
Aceton
1y
6
2y
4y
5
8y
16 y
4
32 y
3
2
1
0
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
Position in der mineralischen Dichtung (m)
Abb. 5.6 –1: Räumlich-zeitliche Verteilung der Konzentration in der 30 cm dicken mineralischen Komponente einer Kombinationsdichtung bei Beaufschlagung mit reinem Aceton
176
1,0
1y
Trichlorethylen,
2y
3
k = 0 cm /g
4y
0,8
8y
16 y
0,6
32 y
0,4
0,2
0,0
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
Abb. 5.6 –2: Räumlich-zeitliche Verteilung der Konzentration in der 30 cm dicken mineralischen Komponente einer Kombinationsdichtung bei Beaufschlagung mit reinem Trichlorethylen, wobei angenommen wurde, daß keine Sorption stattfindet, k = 0 cm3/g bzw. R = 1
1,0
1y
Trichlorethylen,
2y
3
k = 5 cm /g
0,8
4y
0,6
16 y
8y
32 y
0,4
0,2
0,0
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
Abb. 5.6 –3: Räumlich-zeitliche Verteilung der Konzentration in der 30 cm dicken mineralischen Komponente einer Kombinationsdichtung bei Beaufschlagung mit reinem Trichlorethylen, wobei angenommen wurde, daß Sorption stattfindet, k = 5 cm3/g bzw. R = 20
177
Aus diesem räumlich-zeitlichen Verlauf der Konzentrationen lassen sich die Permeationsraten
berechnen und daraus, über die Zeit integriert, die zu jedem Zeitpunkt diffundierte Masse. Die
folgenden Abbildungen zeigen die berechneten Permeationsdaten (diffundierte Masse über
der Zeit).
Aceton
2
Diffundierte Masse (g/m )
4000
3000
2000
1000
0
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
Zeit (d)
Abb. 5.6 –4. Durch die Kombinationsdichtung des Modells diffundierte Masse Aceton pro m²
als Funktion der Zeit
400
2
350
Trichlorethylen,
Dicke der mD: 30 cm,
300
3
k = 0 cm /g
250
200
150
100
50
0
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
Zeit (d)
Abb. 5.6 –5. Durch die Kombinationsdichtung des Modells diffundierte Masse Trichlorethylen pro m² als Funktion der Zeit (ohne Sorption in der mineralischen Komponente)
178
100
80
Trichlorethylen,
Dicke der mD: 30 cm,
70
k = 5 cm /g
2
90
3
60
50
40
30
20
10
0
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
Zeit (d)
Abb. 5.6 –6.: Durch die Kombinationsdichtung des Modells diffundierte Masse Trichlorethylen pro m² als Funktion der Zeit (mit Sorption in der mineralischen Komponente)
Aus den Rechnungen bzw. den die Rechenergebnisse darstellenden Abbildungen würde man
folgende experimentellen Ergebnisse für eine Zelle mit einer 30 cm dicken mineralischen
Dichtungskomponente erwarten. Die Aceton-Konzentration in der mD and der Grenzfläche
zur KDB sollte nach einer Zeit von 10 Jahren bei einem Wert von einigen g/l liegen. Mit einem ersten Auftreten von Aceton unterhalb der Dichtung ist nach etwa 1 Jahr zu rechnen. Ein
Schwellenwert von 100 g/m² wird nach etwa 3 Jahren überschritten. Die Induktionszeit beträgt 1440 Tage und die Rate im stationären Zustand 0,24 g/(m²⋅d). Die insgesamt nach 4200
Tagen pro m² diffundierte Masse beträgt 650 g/m².
Beim Trichlorethylen wurden zwei Fälle unterschieden: mit und ohne Sorption in der Bodenmatrix. In beiden Fällen würde sich rasch eine Trichlorethylen-Konzentration in der mD and
der Grenzfläche zur KDB im Bereich der Löslichkeit von Trichlorethylen im Wasser (0,5 – 1
g/l) einstellen. Ohne Sorption wäre ähnlich wie beim Aceton schon nach etwa einem halben
Jahr mit dem ersten Auftreten von Trichlorethylen unter der Dichtung zu rechnen. Ein
Schwellenwert von 0,5 g/l wäre bereits nach einem Jahr überschritten. Diese Werte ändern
sich natürlich, wenn eine Sorption berücksichtigt wird. Mit k = 5 cm³/g, was R = 20 entspricht, ist mit dem ersten Auftreten von Trichlorethylen erst nach etwa 1800 Tagen zu rechnen und der Schwellenwert von 0,5 g/l wird nach 2400 Tagen überschritten. Die Induktionszeit beträgt 5000 Tage und die Permeationsrate 0,013 g/(m²⋅d). Die insgesamt, nach 4200 Tagen pro m² diffundierte Masse beträgt 5 g/m².
Dies sind die berechneten, wesentlichen Kennwerte für die Permeation der reinen Prüfflüssigkeiten. Die Konzentrationsprofile der Abbildungen 5.6 –1 bis 5.6 –3 muß man vergleichen
mit den gemessenen Profilen im Abschnitt 5.2.2. Die über der Zeit diffundierte Masse wurde
in den Permeationsmessungen an den Zellen ermittelt, siehe dazu die Abbildungen 5.5.1 –1
179
bis 5.5.1 –8. Die oben stehenden Abbildung 5.6 –4 bis 5.6 –6 können mit diesen Abbildungen
bzw. mit den Daten aus den Tabellen 5.5.2 –1 bzw. 5.5.2 –4 verglichen werden. In den
Meßzllen war die Prüfflüssigkeit ein 9-komponentiges Gemisch. Beim Vergleich mit den an
den Meßzellen gemessenen Kennwerten müssen die sich daraus ergebenen Unterschiede berücksichtigt werden. Bei den Rechnungen wurde angenommen, daß konzentriertes Aceton (c0
= 0,79 g/cm³) und Trichlorethylen (c0 = 1,46 g/cm³) ansteht. Bei den Permeationsversuchen
war das Aceton und das Trichlorethylen nur mit einem Anteil (1/9) von jeweils 11 Vol.-% in
der Prüfflüssigkeit vertreten, also cAceton = 0,09 g/cm³ bzw. cTrichlorethylen = 0,16 g/cm³
Aus den Daten der Tabelle 5.2.1 –1 können die Verteilungskoeffizienten für die Komponenten des Gemischs abschätzt werden. Man erhält σ0,KDAceton = (0,0018/0,09) = 0,02. Der Verteilungskoeffizient ist also doppelt so hoch, wie bei reinem anstehenden Aceton. Aceton löst
sich zusammen mit den anderen Kohlenwasserstoffen leichter in der Dichtungsbahn als in
reiner Form. Umgekehrt liegen die Verhältnisse für das Trichlorethylen. Man erhält σ0,KDTri =
(0,0115/0,16) = 0,07. Dieser Wert ist also um den Faktor 3 kleiner wie der für reines Trichlorethylen gemessene Wert. Trichlorethylen löst sich aus dem 9-Komponenten-Gemisch
heraus wesentlich schlechter als in reiner Form.
Permeationsmessungen wurden an drei Zellen mit einer Dicke der mineralischen Dichtung
von 30 cm durchgeführt: Wilsum (Meßzelle T03), Bastwald (Meßzelle T07) und NaBentonit-DWM (Meßzelle T11). Die extrapolierten Werte (T0) für die Dauer bis zum ersten
Auftreten von Aceton im Wasser unter der Dichtung waren 762, 413 und 412 Tage. Dies entspricht in etwa dem ohne Sorption berechneten Wert von einem Jahr. Der Sorptionseffekt für
Aceton ist also in allen mineralischen Materialien gering, lediglich beim Material Wilsum
können geringe Sorptionseffekte angenommen werden.
Obwohl keine ausgeprägte Sorption vorhanden zu sein scheint, ist die nach 3832 Tagen diffundierte Menge bei der Na-Bentonit-DWM sehr gering. Dies kann, wie schon hervorgehoben, nur mit einem sehr kleinen Tortuositätsfaktor und einem daraus resultierenden sehr kleinen Diffusionskoeffizienten und einem nur geringem Anteil des großen Porenvolumens, in
dem der Stofftransport tatsächlich stattfindet, erklärt werden. Eine wesentliche Rolle können
jedoch auch die hier signifikanten Veränderungen im Dichtungsmaterial selbst. Die Rechenbeispiele sind daher auf dieses Material nicht anwendbar.
Bei den mD Wilsum und Bastwald wurde in der mD an der Grenzfläche zur KDB eine Aceton-Konzentration (cMD-KD) von einigen g/kg gefunden. Da die Sorption gering ist, kann man
annehmen, daß das Aceton weitgehend im Bodenwasser gelöst ist. Es ergeben sich dann Konzentrationen im Bodenwasser (c0,BW), die bei 22 und 25 g/l liegen, also deutlich höher sind, als
nach der Rechnung selbst für rein auf der Dichtungsbahn anstehendes Aceton erwartet wird.
Der Verteilungskoeffizient σ0,KDAceton von Aceton ist für das Gemisch zwar doppelt so hoch
wie in der Rechnung angenommen. Es fehlt dann aber immer noch ein Faktor 2, um auf die
hohen Konzentrationen in der Grenzfläche zu kommen. Es liegt hier nahe anzunehmen, daß
der Diffusionskoeffizient von Aceton in der Dichtungsbahn um diesen Faktor größer ist als
bei der Rechnung angenommen wurde. In der Tat hängt der Diffusionskoeffizient sehr stark
von der Konzentration ab. Die mit hoher Löslichkeit in der Dichtungsbahn vorhandenen anderen Komponenten scheinen auch die Diffusion des Acetons zu erleichtern. Die nach 4437
(mD Wilsum) bzw. 4563 (mD Bastwald) diffundierte Menge ist mit 257 g/m² und 389 g/m²
dennoch geringer als der nach der Rechnung erwartete Wert von 650 g/m². Wie bereits vermutet, kann dies zwanglos durch einen kleineren Tortuositätsfaktor der mineralischen Dichtung erklärt werden. Für die Rechnung wurde ein theoretischer Wert von (1/3) für eine homogene und isotrope Verteilung der Fließwege angenommen (Müller et al., 1997a). Die Werte
von mineralischen Dichtungsmaterialien sind jedoch zumeist etwas geringer.
Bei den Permeationsdaten für Trichlorethylen wie auch für die anderen hydrophoben Kohlenwasserstoffe fällt sofort auf, daß sie erst sehr spät im Wasser unter der Dichtung auftreten,
180
also eine erhebliche Retardation vorhanden ist. Bei den mD Wilsum, Bastwald und der NaBentonit-DWM sind die extrapolierten Werte der Dauer bis zum ersten Auftreten 3969,
>4563 und 3229 Tage. Bei einem Sorptionskoeffizienten k = 5 g/cm³ was einem Retardationsfaktor von R = 20 entspricht, müßte ein erstes Auftreten schon nach etwa 2000 Tagen erfolgen. Es ist also auf alle Fälle eine beträchtliche Retardation im Bereich von R = 30 - 40 vorhanden.
Beim Aceton scheint das Material Wilsum eine etwas höhere Sorption zu haben. Die höhere
Grenzflächenkonzentration bei den hydrophoben Substanzen spricht ebenfalls für eine größere Sorption in der Bodenmatrix. Andererseits macht sich dieser Effekt, wie bereits erwähnt,
nicht in der Induktionszeit bemerkbar, und ist daher möglicherweise der direkten Sorption aus
der Dichtungsbahn in die Bodenmatrix geschuldet. Hier scheint das Material Bastwald sogar
noch einen etwas höheren Wert als das Material Wilsum zu haben.
Da eine deutliche Sorption vorhanden ist, kann die in der mD an der Grenzfläche zur KDB
gefundene Konzentration (cMD-KD) nicht einfach auf das Bodenwasser bezogen werden. Selbst
wenn man dennoch auf das Bodenwasser umrechnet, liegen die Werte deutlich unter der Löslichkeit im Wasser (1 g/l), die bei der Berechnung angesetzt wurde. Die tatsächlichen Werte
sollten dann aber wesentlich geringer sein. Dies stimmt damit überein, daß die auf der Dichtungsbahn anstehende Konzentration an Trichlorethylen, wie oben diskutiert, geringer ist und
auch der Verteilungskoeffizient kleiner ist als in der Rechnung angenommen wurde. Entsprechend geringer (mindestens um den Faktor 10) ist dann auch die nach 4200 Tagen diffundierte Menge: berechnet wurden 5 g/m², gemessen wurden deutlich weniger als 0,5 g/m².
Soweit die Analyse der Berechnungen für die Beispiele Aceton und Trichlorethylen. Ähnliche
Überlegungen können für die anderen Komponenten angestellt werden. Es wird jedoch schon
bei diesen beiden Beispielen deutlich, daß die Interpretation der Rechnungen für den Stofftransport der reinen Prüfflüssigkeiten unter Berücksichtigung einfacher Aspekte, die sich
durch das mehrkomponentige Gemisch als Prüfflüssigkeit ergeben, die gemessenen Daten in
den wesentlichen Zügen erklären kann. Oder umgekehrt ausgedrückt: die Kombinationsdichtung verhält sich unter dieser extremen Beanspruchung im wesentlichen so, wie man es theoretisch anhand der Eigenschaften der einzelnen Dichtungskomponenten erwarten würde.
Beachtet werden muß dennoch, daß einzelne Meßzellen sich in dieses Bild nicht einfügen
(Meßzelle T06 und z.T. T08) und daß die Meßzelle T11 mit der Na-BentonitDichtwandmasse sich auch nicht annähernd mit dem in Tabelle 5.6 –1 angegebenen Parametersatz beschreiben läßt. Hier müßte für die Modellierung eine über die der anderen mineralischen Dichtungen hinausgehende Retardation, ein nur kleines beitragendes Porenvolumen
und eine dennoch in diesem Porenvolumen sehr geringe Tortuosität angesetzt werden. Außerdem sind die langzeitigen Veränderungen in der Matrix und ihre Rückwirkung auf die Permeation zu beachten. Es wäre hierzu jedoch noch eine erhebliche Erweiterung des Kenntnisstandes erforderlich.
Für das nicht immer eindeutig zu erklärende Verhalten von Methanol sind möglicherweise
chemische und biologische Abbauprozesse verantwortlich, was eine Modellierung des Stofftransportes erschwert.
181
6
ZUSAMMENFASSUNG UND SCHLUßFOLGERUNGEN
U. Kalbe, W. Berger, W. Müller, J. Breu
Kombinationsdichtungen aus verschiedenen mineralischen Dichtungen und einer 2,3 mm
starken PEHD-Dichtungsbahn sind über 12 Jahre hinweg in Versuchszellen mit einem flüssigen Gemisch aus konzentrierten organischen Verbindungen verschiedener Stoffklassen beaufschlagt worden. In einem ersten Forschungsprojekt waren Daten zur Permeation gesammelt
worden (August et al., 1992). Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wurden acht der vorhandenen Meßzellen zerlegt, die mineralischen Materialien und die Dichtungsbahnen detailliert untersucht sowie die bis zur Öffnung der Meßzellen fortgeführten Permeationsmessungen mit bewertet.
Drei Fragenbereiche können durch diese komplexen Untersuchungen an Permeationzellen
von bisher einmalig langer Versuchsdauer zusammenfassend beantwortet werden:
Welche Veränderungen zeigen sich in der Kunststoffdichtungsbahn (KDB)?
Welche Veränderungen zeigen die verschiedenen mineralischen Dichtungsmaterialien (mD)
und die Dichtwandmasse (DWM)?
Wie ist die Dichtigkeit der Kombinationsdichtung unter diesen extremen Bedingungen zu
bewerten?
Die Gebrauchseigenschaften der PEHD-Dichtungsbahn haben sich unter der Beanspruchung
nicht verändert. Insbesondere hat keine nachweisbare Veränderung der Kristallinität stattgefunden: mechanische Eigenschaften, Schmelzkurve, Schmelzwärme, Morphologie im Bruchspiegel sind identisch mit der Referenz-Dichtungsbahn. Es ist nicht auszuschließen, daß geringfügige Veränderungen sich im Relaxationsverhalten ergeben haben, die sich unter extremen Prüfbedingungen auswirken (Spannungsrißprüfung mit dem Stifteindrückversuch bei
80°C). Die dabei gefundenen Unterschiede sind jedoch nicht signifikant. Bei abgemilderten
Prüfbedingungen und damit längeren Standzeiten, die statistisch signifikante Unterschiede
erkennen lassen müßten, zeigen eingelagerte und Referenz-Dichtungsbahn keine Unterschiede
im Spannungsrißverhalten mehr.
Offensichtlich ist dagegen die Verringerung der Oxidationsstabilität, wie sie sich in der Größe
der Oxidations-Induktionszeit ausdrückt. Die naheliegende Interpretation ist, daß durch die
Einlagerung flüssiger Kohlenwasserstoffe in die KDB Stabilisator vermehrt extrahiert wird.
Gerät diese Dichtungsbahn wieder unter oxidierende Bedingungen, so ist ihre Funktionsdauer
reduziert. Die Reduktion ist jedoch relativ gering: Nimmt man z.B. an, daß nach einer Ofenalterung bei 80° C über 8 Jahre das Potential an Oxidationsstabilität weitgehend erschöpft ist
(tatsächlich ist auch an diesen Dichtungsbahnen noch keine oxidative Veränderung zu beobachten), so beträgt die Reduktion in der OIT-Zeit in den Zellen nur etwa ein Fünftel der Reduktion, die bei der Ofenalterung aufgetreten ist.
Bei der Beantwortung der Frage nach den Auswirkungen der Permeation des Schadstoffgemisches auf die unterschiedlichen mineralischen Dichtungsmaterialien und die DWM ist davon
auszugehen, daß nach Diffusion durch die KDB die Schadstoffkonzentrationenen beim Eintreten in die mD im Verhältnis zur Ausgangskonzentration vergleichsweise niedrig waren und
innerhalb der Profile von oben nach unten zumeist deutlich abnahmen. Dies wird durch die
gemessenen vertikalen Verteilungen der Schadstoffe belegt.
Insgesamt zeigen die mineralischen Dichtungsmaterialien (mit Einschränkungen die DWM)
nach langjähriger Einwirkung durch die organischen Verbindungen keine signifikanten Veränderungen der meisten physikalischen, chemischen und mineralogischen Eigenschaften
182
weder im Vergleich mit den Ausgangsmaterialien noch innerhalb der vertikalen Profile in den
Meßzellen.
Untersuchungen zum Haupt- und Spurenelementchemismus ließen unter Berücksichtigung
der natürlichen Materialinhomogenitäten keine eindeutigen Trends erkennen.
Eine Abnahme des pH-Wertes wurde in allen Materialien im Vergleich zum Ausgangsmaterial gemessen; deutliche horizontabhängige Veränderungen zeigen sich nur für die drei mD
Bastwald, wobei eine durchschnittlich geringere Abnahme des pH-Wertes mit zunehmender
Schichtdicke zu verzeichnen war. Die Anwesenheit von Sulfiden (mD Wilsum) wirkte sich
durch das reduzierende Milieu in den Meßzellen nicht nachteilig auf die Absenkung des pHWertes aus.
Veränderungen des Karbonatgehaltes der mineralischen Dichtungsmaterialien sind nicht signifikant, eine ausgeprägte Zunahme des Karbonatgehaltes im Versuchszeitraum wurde jedoch
für die DWM gefunden, was vermutlich auf sekundäre Prozesse zurückzuführen ist.
In der Korngrößenverteilung deutet sich bei der mD Wilsum in den Meßzellen eine leichte
Zunahme des Anteils der Tonfraktion gegenüber dem Ausgangsmaterial an, was möglicherweise auf eine Aggregierung der Tonminerale zurückzuführen ist. Bei allen Dichtungsmaterialien wurden keine wesentlichen horizontabhängigen Verschiebungen nachgewiesen, wofür
bei den grobkörnigeren Materialien auch natürliche Inhomogenitäten die Ursache sein könnten.
Auch die Veränderungen bodenmechanischer Parameter aller Dichtungsmaterialien nehmen
sich insgesamt vergleichsweise gering aus. Es konnten mit Ausnahme der DWM sowohl horizontabhängig als auch im Vergleich zu den Ausgangsmaterialien keine signifikanten Unterschiede in den Durchlässigkeiten oder Konsistenzgrenzen nachgewiesen werden.
Dies stimmt mit den Beobachtungen von Fernandez & Quigley (1985), Madsen & Mitchell
(1988), Madsen (1990) überein, welche feststellten, daß nur bei Einwirkung konzentrierter
Verbindungen (> 70 - 80%) nachhaltige Beeinträchtigungen bestimmter bodenphysikalischer
Kennwerte stattfanden.
Diese Feststellung betrifft offensichtlich auch die möglichen Auswirkungen auf das Gefüge,
welche sich auf der Grundlage makro- und mikromorphologischer Untersuchungen als ingesamt relativ gering erwiesen. Schwierig war die Realisierung einer artefaktfreien Probenpräparation insbesondere bei den sehr feinkörnigen Materialien, was die Interpretation der Gefügebilder erschwerte. Nur beim schluffigen Ton Wilsum zeigte sich im Gegensatz zum unbeeinflußten Ausgangsmaterial eine etwas höhere Anzahl von Mikrorissen. Die DWM weist
eine Vielzahl größerer auf die Blasenbildung während der Herstellung der Suspension zurückzuführender Hohlräume auf.
Es fand keine signifikante Beeinflussung des Mineralbestandes in den mineralischen Dichtungsmaterialien statt. Nur der in der DWM wurde eine deutliche Veränderung der Tonminerale (Illit-Zersetzung) nachgewiesen.
Die gemessenen Konzentrationsprofile der organischen Schadstoffkomponenten zeigen, daß
alle neun eingesetzten organischen Verbindungen durch die Kunststoffdichtungsbahn permeiert sind und innerhalb der mineralischen Dichtungsschichten in unterschiedlicher Weise entsprechend ihrer Eigenschaften sorbiert und transportiert wurden. Von Bedeutung sind sowohl
die Eigenschaften der organischen Verbindungen als auch des jeweiligen mineralischen
Dichtungsmaterials und deren Schichtdicke. In allen Dichtungsmaterialien waren die hydrophilen Komponenten des Schadstoffgemisches in höheren Konzentrationen gegenüber den
hydrophoben Verbindungen anzutreffen. Es besteht eine Korrelation der Konzentration der
hydrophilen Schadstoffe mit dem Feuchtegehalt der mD, während für die hydrophoben Verbindungen komplexere, nicht immer eindeutig zu interpretierende Zusammenhänge bestehen.
183
Bezüglich der Grenzschicht der mD zur KDB konnte die bei Breu (1989) und Kohler (1992)
beschriebene voranschreitende „Reduktionsfront“ in Übereinstimmung mit Harström (1995)
nicht nachgewiesen werden. Dies ist insofern verständlich, als daß der Reduktionsgrad in der
mD nach den vorliegenden Untersuchungsergebnissen im wesentlichen von der mikrobiellen
Aktivität bestimmt wird und deutlich komplexer ist, als es in den genannten Arbeiten angenommen wurde.
Die mikrobiologischen Untersuchungen bestätigten die zu erwartende Verschiebung der Milieubedingungen hin zum anaeroben Milieu. Es wurden je nach Stadium des anaeroben Abbaus in den verschiedenen Meßzellen methanbildende (mD Bastwald), sulfatreduzierende
(mD Wilsum, Na-Bentonit-DWM) oder eisenreduzierende (mD Wilsum) Bakterien nachgewiesen. Die Einordnung in anaerobe Abbaustufen organischer Stoffe steht im engen Zusammenhang mit dem Substratangebot für die Mikroorganismen in den untersuchten Materialien.
Es wurde eine Neubildung von iso-Propanol in den mD (mit Ausnahme der DWM) nachgewiesen. Es liegt die Vermutung nahe, daß hier auch fermentierende Bakterien aktiv waren.
Dies sollte durch weiterführende, mikrobiologische Untersuchungen geklärt werden.
Zusammenfassend kann man festhalten, daß die untersuchten, als Basisabdichtungen im Deponiebau eingesetzten mD trotz der gewählten extremen Versuchsbedingungen keine deutlichen Änderungen in den mineralogischen, physikalischen und chemischen Parametern aufweisen.
Als eventuell kritisch sollte hier aber die DWM ausgenommen werden. Hier war aufgrund der
in der Zementphase herrschenden hohen pH–Werte, eventuell in Kombination mit der mikrobiellen Aktivität eine deutliche Verringerung des Tonmineralanteils zu beobachten. Da nicht
hinreichend geklärt werden konnte inwieweit erwünschte Materialeigenschaften (Adsorptionskapazitäten, Durchlässigkeiten) mit dem allmählichen Verschwinden der Tonminerale
verloren gehen, verbleibt hier noch Forschungsbedarf. Dies ist insofern wichtig, als daß bisher
die Langzeitbeständigkeit von Dichtwandmassen zur Sicherung von Altlasten noch nicht ausreichend untersucht ist.
Zur letzten Frage nach der Dichtigkeit läßt sich vor allem sagen, daß die Kombinationsdichtung sich im wesentlichen so verhält, wie das aufgrund von Pilotversuchen und theoretischen
Überlegungen erwartet wurde. Das Zusammenspiel von unpolarer Komponente Kunststoffdichtungsbahn und polarer Komponente mineralische Dichtung funktioniert auch unter diesen
langanhaltend extremen Bedingungen. Insbesondere sind die gelegentlich geäußerten Befürchtungen widerlegt, daß sich unter solchen Bedingungen schließlich doch ein "Sumpf" von
reinen Kohlenwasserstoffen unter der Dichtungsbahn ausbildet, der dann allmählich die mineralische Dichtung zerstört. Die folgende Tabelle 6 –1 zeigt überschlägig die Konzentrationsverhältnisse.
Tab. 6 –1: Mittlere Konzentrationen der Summe hydrophiler und hydrophober Komponenten
des Schadstoffgemisches in der KDB und in der Oberfläche der mD
Konzentrationen
Summe der hydrophilen Komponenten
Summe der hydrophoben Komponenten
184
Schadstoffgemisch
KDB
Oberfläche der
mD
(Vol.-%)
(Gew.-%)
(Gew.-%)
33
0,5 - 1
0,45 - 0,8
67
6-8
0,06 - 0,1
Die Dichtungsbahn trägt wesentlich zum Diffusionswiderstand gegen die hydrophilen (stärker
polaren) Substanzen bei. Bei den hydrophoben (weniger polaren) Verbindungen sorgt sie dafür, daß für die Diffusion in der mineralischen Dichtung nur eine geringe Konzentration wirksam wird, die noch unterhalb der ohnehin niedrigen Löslichkeit im Wasser liegt, obwohl oberhalb der Dichtungsbahn das konzentrierte Schadstoffgemisch ansteht. Entsprechend gering
sind die Permeationsraten für die hydrophoben Komponenten. Das sehr schlecht wasserlösliche iso-Octan kann nur in sehr geringem Maße diffundieren. Die mineralische Dichtung sorgt
für die sehr großen Induktionszeiten der hydrophoben Verbindungen. Bei den hydrophoben
Stoffen ist eine beträchtliche Retardation vorhanden, die Induktionszeit wird um den Faktor
20 bis 40 gestreckt. Allerdings zeigen sich keine großen Unterschiede in der Retardation zwischen den doch sehr verschiedenen mineralischen Materialien Wilsum, Dom/Esch, Bastwald
und Na-Bentonit-DWM. Die scheinbaren Retardationseffekte beim Methanol könnten vor
allem auf chemisch-biologische Abbauprozesse sowie den schwierigen Nachweis von Methanol innerhalb dieses Stoffgemisches zurückzuführen sein.
Es ergaben sich keine Anhaltspunkte für eine deutlich höhere Sorption in der Na-BentonitDWM gegenüber den anderen mineralischen Dichtungen. Die jedoch bei dieser Dichtung
nochmals wesentlich geringeren Permeationsraten rühren vermutlich von einem sehr kleinen
Tortuositätsfaktor und einem nur geringen Anteil des Porenvolumens, in dem der Stofftransport stattfindet, her. Beachtet werden muß hier aber auch der zeitliche Verlauf von Veränderungen in den Eigenschaften der DWM, die ebenfalls Auswirkungen auf die Permetion gehabt
haben können. Die Untersuchungen zum Zeitpunkt der Öffnung der Zelle konnten diese Änderungen nach 12 Jahren zwar feststellen, eine zeitliche Zuordnung war aber nicht möglich.
Damit sind auch Rückwirkungen auf die Induktionzeiten nicht mehr eindeutig nachzuweisen.
Generell besteht bei den komplexen Veränderungen in Dichtwandmassen noch weiterer Klärungsbedarf hinsichtlich Genese und Ursachen solcher Veränderungen, wozu spezielle Versuche erforderlich sind.
Tabelle 6 –2 stellt überschlägig die aus den gemessenen Permeationsdaten abgeleiteten Permeationsraten und Induktionszeiten zusammen.
Tab. 6 –2: Aus den Permeationsmessungen und Modellrechnungen abgeschätzte Obergrenzen
für Permeationsraten und Induktionszeiten bei unterschiedlich dicken mineralischen Komponenten in der Kombinationsdichtung und bei Beaufschlagung mit der reinen Flüssigkeit. Die
Induktionszeiten gelten auch für wässrige Lösungen.
Dicke der mD
(cm)
15
30
75
150
Stoffgruppe
(organische Verbindungen)
hydrophil
hydrophob
hydrophil
hydrophob
hydrophil
hydrophob
hydrophil
hydrophob
Permeationsrate
(g/m²d)
≤1
≤ 0,02
≤ 0,5
≤ 0,01
≤ 0,2
≤ 0,004
≤ 0,1
≤ 0,002
Induktionszeit
(y)
1
3
4
14
25
90
100
360
185
Die Permeationsraten hängen sehr stark vom Verteilungsgleichgewicht in den Grenzflächen
ab. Da dieses bei konzentriert anstehenden Kohlenwasserstoffen verschieden ist von dem Fall
wässriger Lösungen von Kohlenwasserstoffen, dürfen die Raten aus der Tabelle 6-2 nicht
einfach mit der Konzentration skaliert werden, um die Raten bei der Permeation wässriger
Lösungen zu berechnen. Wohl aber können die gemessenen Induktionszeiten und der Retardationskoeffizient auf die Permeation wässriger Lösungen übertragen werden. Tabelle 6 -2
gibt daher auch die so abgeleiteten Induktionszeiten für die Kombinationsdichtungen an, wie
sie die TA Abfall und die TA Siedlungsabfall vorsehen. Die zugehörigen ebenfalls sehr geringen Permeationsraten bei wässrigen Lösungen im stationären Zustand werden in Müller et
al. (1997b) abgeschätzt.
Eine PEHD-Dichtungsbahn in Verbindung mit einer mineralischen Dichtung stellt schon bei
einer geringen Dicke der mineralischen Schicht eine außerordentlich wirksame Dichtung
selbst bei der Belastung mit konzentrierten, flüssigen Kohlenwasserstoffen dar. Eine solche
Kombinationsdichtung kann z.B. aus einem vergüteten mineralischen Material auch in Dicken
von wenigen Zentimetern homogen hergestellt werden und damit überall dort eingesetzt werden, wo besonders wirksam gegen Kohlenwasserstoffkontaminationen abgedichtet werden
muß. Anwendungsbereich wäre hier vor allem die Sicherung von Altlasten (z.B. Kombinationsdichtwände) oder die Abdichtung von Mieten bei der biologischen Bodenbehandlung. Im
Lichte der hier gefunden Ergebnisse scheinen auch viellagige mineralische Dichtungen bei
Deponien nicht erforderlich. Die Anzahl und Dicke der Lagen sollten primär so bemessen
sein, daß unter einbautechnischen Gesichtspunkten eine Abdichtungsschicht hergestellt werden kann, welche über eine gewisse effektive Dicke homogen, fehlerfrei und unter den spezifischen Bedingungen der Deponie austrocknungssicher ist. Dafür sollten bei herkömmlichen
mineralischen Materialien in der Regel drei Dichtungslagen mit einer Stärke von 25 cm pro
Lage zumeist ausreichend sein.
186
7
LITERATURVERZEICHNIS
7.1
Literatur
ACAR, Y.B. & SEALS, R.K. (1984): Clay barrier technology for shallow land waste disposal
facilities. – Hazardous Waste, Vol.1, No. 2, pp. 167-181
ACAR, Y.B., HAMIDON, A., FIELD, S.D. & SCOTT, L. (1985): The effect of organic liquids on hydraulic conductivity of compacted kaolinite. - In: Hydraulic barriers in soil and
rock, ASTM STP 874, pp. 171-188
ACAR, Y.B., OLIVIERI, I. & FIELD, S.D. (1985): The effects of organic fluids on the pore
size distribution of compacted kaolinite. - In: Hydraulic barriers in soil and rock, ASTM STP
874, pp. 203-213
ADLER, M. & MÄDER, U.K. (1999): High-pH alteration of argillaceous rocks - An experimental and modeling study. - In: Wissenschaftliche Berichte, Karlsruhe, Forschungszentrum,
S. 9-13
ALTEMÜLLER, H.-J. (1975): Mikroskopie der Böden mit Hilfe von Dünnschliffen. – In:
FREUND, H.: Handbuch der Mikroskopie in der Technik, Bd. IV, Teil 2, S. 309-367; Umschau-Verlag, Frankfurt am Main
AMONETTE, J.E. & TEMPLETON, J.C. (1998): Improvements to the qualitative assay of
nonrefractory minerals for Fe(II) and total Fe using 1,10-phenanthroline. - Clays Clay Miner.,
Vol. 46, pp. 51-61
ANDERSON, D.C., BROWN, K.W. & THOMAS, J.C. (1985): Conductivity of compacted
clay soils to water and organic liquids. - Waste Management Research, 3, pp. 339-349
ANDERSON, D.C., CRAWLEY, W. & ZABCIK, J.D. (1985): Effects various liquids on clay
soil: Bentonit slurry mixtures. - In: Hydraulic barriers in soil and rock, ASTM STP 874, pp.
93-103
AUGUST, H., TATZKY-GERTH, R., PREUSCHMANN, R. & JAKOB, I. (1992): Permeationsverhalten von Kombinationsdichtungen bei Deponien und Altlasten gegenüber wassergefährdenden Stoffen. - UBA-Forschungsbericht 102 03 412, Berlin, 153 S.
AUGUST, H., HOLZLÖHNER,U. & MEGGYES, T. (1997): Weiterentwicklung von Deponieabdichtungssystemen. - Forschungsbericht des BMBF-Verbundvorhabens (FKZ 1440569), Umweltbundesamt PT AWAS (Hrsg.), 482 S.
AZZAM, R. (1992): Stofftransportprozesse in natürlichen Dichtungsstoffen unter Berücksichtigung der Verdichtbarkeit sowie des Einflusses strukturverändernder Chemikalien auf die
Materialeigenschaften. - Habilitationsschrift RWTH Aachen, 199 S.
BAM (1992): Richtlinie für die Zulassung von Kunststoffdichtungsbahnen als Bestandteil
einer Kombinationsdichtung für Siedlungs- und Sonderabfalldeponien sowie für Abdichtungen von Altlasten, 1. Auflage, Hrsg. W. Müller, Labor IV.32, Deponietechnik, BAM, Berlin
BARLAZ, M.A., SANIN, F..D. & KNAPPE, D.R.U. (1999): Biological and chemical transformations of hazardous organic chemicals during refuse decomposition. - In:
187
CHRISTENSEN, T. H., COSSU, R., STEGMANN, R. (Eds.): Barriers, waste mechanics and
landfill design. - 7th International Waste Management and Landfill Symposium - Sardinia 99,
Proceedings, Vol. I, CISA Environmental Sanitary Engeneering Centre, Cagliari, pp. 181-184
BAUER, A. (1999): The evolution of kaolinite and smectite in high molar KOH solutions. In: Wissenschaftliche Berichte, Karlsruhe, Forschungszentrum, S. 19-21
BAUER, A. & BERGER, G. (1998): Kaolinite and smectite dissolution rate in high molar
KOH solutions at 35° and 80° C. - Appl. Geochem., 13, pp. 905-916
BAUER, A. & Velde, B. (1999): Smectite transformation in high molar KOH solutions. Clay Miner., 34(2), pp. 259-273
BEHRENS, H. (1996): Perkolationsversuche zur Untersuchung des Einflusses organischer
Schadstofflösungen und Sickerwässer auf tonige Deponieabdichtungen. – Wiss. Schriftenreihe Umwelttechnik, Band 5, D 83, 126 S., Verlag Dr. Köster, Berlin
BLINDE, J. (1991): Modellversuche an Dichtwandmassen zur Beurteilung der Korrosionseigenschaften, des Diffusionsverhaltens und der Langzeitbeständigkeit von EinphasenDichtwandmassen gegenüber kontaminierten Wässern. - Dissertation TH Aachen
BOWDERS, J.J. (1985): The influence of various concentrations of organic liquids on
hydraulic conductivity of compacted clays. - Geotechnical Engineering Dissertation GT85-2,
291 p., The University of Texas at Austin
BRACKE, R., HAGEMANN, H.W., ECHLE, W. & PÜTTMANN, W. (1991): Geochemische
Veränderungen in der Tonbasisabdichtung der Deponie Geldern-Pont nach 8-jährigem Deponiebetrieb. - Müll und Abfall 7/91, S. 409-420
BREU, J. (1989): Über die Auswirkungen reduzierender Milieubedingungen auf die Wechselwirkung zwischen Tonen und Kohlenwasserstoffen in Deponiebasisabdichtungen. - Dipl.arbeit Universität Regensburg
BREU, J., RANGE, K.-J., KOHLER, E.E. & WAGNER, U. (1993): Oxidation state of iron at
the interface of composite basal lining systems. – Applied Clay Science, 8, pp. 313-320, Elsevier Science Publishers B.V., Amsterdam
BREWER, R. (1976): Fabric and mineral analysis of soils. - (2nd Ed.), Krieger, Huntington,
NY
BRINDLEY, G.W. (1980): Crystal structures of clay minerals and their x-ray identification. 1. Aufl. London: Mineralogical Society
BROWN, K.W., GREEN, J.W. & THOMAS, J.C. (1983): The influence of selected organic
liquids on the permeability of clay liners. - In: Land disposal of hazardous waste.- Proc. 9.
Ann. Symp., EPA-600/9-83-018, pp. 114-125, Ft. Michell, Kentucky
BROWN, K.W., THOMAS, J.C. & GREEN, J.W. (1984): Permeability of compacted clays to
solvent mixtures. - In: Land disposal of hazardous waste, Proc. 9, Ann. Res. Symp., EPA600/9-8-1007, pp. 124-137, Ft. Washington, PA
188
BROWN, K.W., THOMAS, J.C. & GREEN, J.W. (1986): Field cell verification of the effects
of concentrated organic solvents on the conductivity of compactet soils. - Hazardous Waste
Hazardous Materials,. 3, pp. 1-19
BRUNE, M. (1991): Ursachen für die Bildung fester und schlammiger Sedimente in Entwässerungssystemen von Hausmülldeponien. - Dissertation, Technische Universität CaroloWilhelmina zu Braunschweig
BRUNE, M. & RAMKE, H.-G. (1992): Mikrobiologisch bedingte Ausfällungsprozesse in
Deponieentwässerungssystemen. - In: THOMÉ-KOZMIENSKY, K. J.: Abdichtung von Deponien und Altlasten - Grundkursus. - EF-Verlag für Energie und Umwelttechnik GmbH,
Berlin
BRUNELLE, T.M., DELL, L.R. & MEYER, C.J. (1987): Effect of permeameter and leachate
on a clay liner. –- In: WOODS, R.D. (Ed.): Geotechnical practice for waste disposal 87, Proceedings. – Geotechnical Special Publication No. 13, American Society of Civil Engineers,
New York, pp. 347-361
BULLOCK, P., FEDOROFF, N., JONGERIUS, A., STOOPS, G. & TURSINA, T. (Eds.)
(1985): Handbook for soil thin section description. – Waine Research Publications, Wolverhampton, 152 pp.
BUSCH, G., MENDE, K. & MOLL, N. (1998): Charakterisierung von Strömungsvorgängen
in bindigen Bodenkörpern mit Hilfe der Röntgencomputertomographie. – Terra Nostra,
Schriften der Alfred-Wegener-Stiftung 98/3 „Geowissenschaften in Ökonomie und Ökologie
– Das System Erde“, Tagungsbeiträge der Geo Berlin 98, S. P 22-23, Selbstverlag der AlfredWegener-Stiftung, Köln
CHEN, S.A., LOW, P.F. & ROTH, C.B. (1987) : Relation between potassium fixation and the
oxidation state of octahedral iron. - Soil Sci. Soc. Am. J., Vol. 51, pp. 82-86
COLLINS, K. & McGOWN, A. (1974): The form and function of microfabric features in a
variety of natural soils.- Geotechnique 24, No. 2, pp. 223-254
DANIEL, D.E., ANDERSON, D.C. & BOYNTON, S.S. (1985): Fixed wall versus flexible
wall permeameters. - In: Hydraulic barriers in soil and rock. - ASTM STP 874, pp. 107-123
DANIEL, D.E., LILJESTRAND, H.M., BRODERICK, G.P., & BOWDERS, J.J. (1988): Interaction of earthern liner materials with industrial waste leachate. - Hazardous Waste & Hazardous Materials, 5 (2), pp. 93-108
DREWS, G. (1983): Mikrobiologisches Praktikum für Naturwissenschaftler. - 4. Aufl. Springer Verlag Berlin, Heidelberg, New York
DRITS, V.A. & MANCEAU, A. (2000): A model for the mechanism of Fe3+ to Fe2+ reduction in dioctahedral smectites. - Clays Clay Miner., 2000, Vol. 48, pp. 185-195
DÜRRE, P. (1998): Mini-Review – New insights and novel developments in Clostridial acetone/butanol/isopropanol fermentation. - Applied Microbiology and Biotechnology, Abstract
Volume 49, H. 6, pp. 639-648
189
ECHLE, W., GORANTONAKI, A., DÜLLMANN, H. & OBERNOSTERER, I. (1994): Redoxabhängige mineralogische und chemische Stoffumsätze in tonigen Deponiebasisabdichtungen und ihre bodenmechanischen Auswirkungen. - Schlußbericht BMBF-Verbundforschungsvorhaben „Weiterentwicklung von Deponieabdichtungssystemen“, FKZ
1440569A5-15
ERICSSON, T., LINARES, J. & LOTSE, E. (1984): A Mössbauer Study of the effect of
dithionite/citrate/bicarbonate treatment on a vermiculite, a smectite and a soil. - Clay Miner.,
19, pp. 85-91
EVANS, J.C., FANG, H.Y. & KUGELMANN, I.J. (1985): Organic fluid effects on the permeability of soil bentonite slurry walls. - Proc. Nat. Conf. Hazardous waste in enviromental
emergencies, 14.-16.5.1985, Cincinnati, OH
FALKE, M. (1995): Geowissenschaftliche Untersuchungen zur Eignung von tonigen Sedimenten und Sedimentgesteinen als Deponieuntergrund im Braunschweiger Raum. – Geol. Jb.,
C64, S. 3-151, Hannover
FERNANDEZ, F. & QUIGLEY, R.M. (1985): Hydraulic conductivity of natural clays permeated with simple liquid hydrocarbons. – Can. Geotech. J., 22, pp. 205-214
FERNANDEZ, F. & QUIGLEY, R.M. (1991): Controlling the destructive effects of clay –
organic liquid interactions by application of effective stresses. - Can. Geotech. J., 28, pp. 388398
FITYUS, S.G., SMITH, D.W. & BOOKER, J.R. (1999): Contaminant transport through an
unsaturated soil liner beneath a landfill. - Can. Geotech. J., 36, pp. 330-354
FITZPATRICK, E.A. (1993): Soil microscopy and micromorphology. - Wiley, New York,
Chichester, 304 pp.
FOSTER, M. D. (1953): Geotechnical studies of clay minerals: Relation between ionic substitution and swelling in montmorillonites. - Am. Mineral., Vol. 38, pp. 994-1006
FRANK, C., SCHWARZ, U., MATTHIES, C. & DRAKE, H. L. (1998): Metabolism of aromatic aldehydes as cosubstrates by the acetogen Clostridium formicoaceticum. - Archives of
Microbiology, 170, H. 6, pp. 427-434
GATES, W. P., JAUNET, A.-M., TESSIER, D., COLE, M.A., WILKINSON, H.T. &
STUCKI, J.W. (1998): Swelling and texture of iron-bearing smectites reduced by bacteria. Clays Clay Miner., 46 (5), pp. 487-497
GOEBBELS, J., ILLERHAUS, B. & RIESEMEIER, H. (1995): Dreidimensionale Computertomographie – ein Ersatz für Schliffbilder?. – Tagungsband der Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Zerstörungsfreie Püfung e.V., Mai 1995, Aachen, S. 179-185
GOODMAN, B.A. (1988): An introduction to physical and chemical principles. - In: Stucki J.
W. , Goodman B. A., Schwertmann U.: Iron in soils and clay minerals. Dordrecht: Reidel, pp.
19-36
190
GOYDAN, R., REID, R. C. & TSENG, H.-S. (1989): Estimation of the solubilities of organic
compounds in polymers by group-contribution methods. Ind. - Eng. Chem. Res. 28, S. 445
GRAN, H.C. & HANSEN, E.W. (1998): Exchange rates of ethanol with water in watersaturated cement pastes probed by NMR. – Advn. Cem. Bas. Mat., No. 8, pp. 108-117
GREGG, S.J. & SING, K.S.W. (1982): Adsorption, surface area and porosity. - London, Academic Press
GRIM, R.E. (1968): Applied Clay Mineralogy. -.2. Aufl. New York, McGraw-Hill
GÜNTHER, J. (1995): Schüttelversuche zur Bestimmung des Adsorptionsvermögens von
Tonen gegenüber organischen Schadstoffen und deren Auswirkung auf tonmineralogische
und bodenmechanische Parameter. - Berliner Geowiss. Abh. (A), 170, S. 55-68, Berlin
HARSTRÖM, J. (1995): Untersuchungen von PEHD-Ton Grenzflächen im Hinblick auf
Kombinationsdichtungen. - Diss. Universität Regensburg, 92 S.
HASENPATT, R. (1988): Bodenmechanische Veränderungen reiner Tone durch Adsorption
chemischer Verbindungen (Batch- und Diffusionsversuche). – Mitteilungen des Institutes für
Grundbau und Bodenmechanik Nr. 134, Eidgenössische Technische Hochschule Zürich
(Hrsg. H.J. Lang), Diss. ETH Nr. 8603
HAUS, R. (1993): Mikrogefügeveränderungen toniger Böden nach Kohlenwasserstoffkontamination und Tensideinsatz – Porenverteilung, Durchlässigkeit und Sorption. – Schr. Angew.
Geol. Karlsruhe, Bd. 25, 193 S.
HAY, R.L., HUGHES, R.E., KYSER, T.K., GLASS, H.D.& LIU, J. (1984): Magnesium-rich
clays of the Meerschaum Mines in the Amboseli Basin, Tanzania and Kenya. - Clays Clay
Miner., Vol. 43, 1995, pp. 455-466.
HECKER, J.M., BERKENHAGEN, J.H. & DIESTEL, H. (1996): Bestimmung der Dichteverteilung in verschlämmten Bodenoberflächen mittels computertomographischer Bilddatensätze und Methoden der Bildverarbeitung. - Mitt. Dtsch. Bodenkdl. Ges., 79, S. 383-386
JANSSEN, P.H. & SCHINK, B. (1995): Metabolic pathways and ernergetics of the acetoneoxidizing, sulfate-reducing bacterium, Desulfobacterium cetonicum. – Arch. Microbiol. 163,
pp. 188-194
JASMUND, K. & LAGALY, G. (1993): Tonminerale und Tone. – 490 S., 1. Aufl., Steinkopff, Darmstadt
JESSBERGER, H.L., ONNICH, K., FINSTERWALDER, K. & BEYER, S. (1995): Versuche
und Berechnungen zum Schadstofftransport durch mineralische Abdichtungen und daraus
resultierende Materialentwicklungen. – Abschlußbericht zum Teilvorhaben 25 des BMBFVerbundvorhabens „Weiterentwicklung von Deponieabdichtungssystemen“ FKZ 1440 569
A5-25, Bochum und München 1995
JOHNSTON, C.T. (1996): Sorption of organic compounds an clay minerals: a surface functional group approach. - In: Sawhney D. L.: CMS Workshop Lectures; Organic pollutants in
the environment. Boulder, CO/USA: Clay Minerals Society, Vol. 8, 2-44
191
JUNGE, F.W. & MAGNUS, M. (1994): Dünnschliffherstellung an gewarvten tonigen Sedimenten am Beispiel der Bändertone aus der Leipziger Tieflandsbucht/BR Deutschland. - Der
Präparator, 40, H.1, S. 33-41, Bochum
KERSCHBAUM, S. & WEHNER, H. (1995): Modelluntersuchungen zur Wirkung organischer Schadstoffe auf das Mikrogefüge und die Rückhaltewirkung von Tongesteinen, Teil II:
Modellexperimente und Schadstoffanalytik. – Abschlußbericht zum BMFT/UBAVerbundvorhaben 146060 A0, Teilprojekt 24/GC 2, BGR Hannover, 55 S.
KHALED, E.M. & STUCKI, J.W. (1991): Iron oxidation state effects on cation fixation in
smecties. - Soil Sci. Am. J., Vol. 55, pp. 550-554
KLOSA, D. (1994): Eine rechnergestützte Methode zur Bestimmung des Gesamtkarbonates
in Sedimenten und Böden.- Z. angew. Geol., 40, 1, S. 18-21
KNAAK, B., KNAAK, A.R., FRÖSCHL, H., OTTNER, F. & SCHWAIGHOFER, B. (1996):
Untersuchung der Dichtwände einer 10 Jahre alten Deponieumschließung.- Ber. Dt. Ton- und
Tonmineralgruppe, DTTG, Beiträge zur Jahrestagung Freiberg, S. 182-199, Universität Trier
KOHLER, E.E. (1985): Mineralogische Veränderungen von Tonen und Tonmineralen durch
organische Lösungen. - In: MESECK, H. (Hrsg.): Abdichten von Deponien, Altlasten und
kontaminierten Standorten. - Mitt. Inst. Grundbau u. Bodenmechanik TU Braunschweig, 20,
S. 87-94
KOHLER, E.E. (1991): Probleme zur Bewältigung der chemischen Langzeitstabilität mineralischer Abdichtungen. – Mitt. d. Inst. für Bodenforschung und Baugeologie, Universität für
Bodenkultur Wien, Angewandte Geowissenschaften, Heft 1, S. 159-171
KOHLER, E.E. (1992): Chemisch-physikalische Untersuchungen über das Redoxmilieu an
der Grenzfläche von Kombinationsdichtungen. – Teilbericht zum UBA/BMfT-Forschungsvorhaben 102 03 412
KOMADEL, P., LEAR, P.R. & STUCKI J.W. (1990): Reduction and reoxidation of nontronite-extend of reduction and reaction rates. - Clays Clay Miner., Vol. 38, pp. 203-208
KOMODROMOS, A. & GÖTTNER, J. (1986): Beeinflussung von Tonen durch Chemikalien,
Teil I: Durchlässigkeit. – Müll und Abfall, H. 3, S. 102-108, Erich Schmidt-Verlag Berlin
KOMODROMOS, A. & MATTIAT, B. (1989): Einsatz von licht- und rasterelektronenmikroskopischen Untersuchungsmethoden bei der Eignungsprüfung von mineralischen Deponieabdichtungen. - Müll & Abfall 5/89, S. 253-263
KÖNIG, I. (1989): 57Fe-Mössbauerspektroskopie an jungen Sedimenten: Entwicklung einer
Anwendungstechnik zur Bestimmung individueller Eisenbindungsformen. - Diss. Hamburg
KOSTKA, J.E., WU, J., NEALSON, K.H. & STUCKI, J.W. (1999a): The impact of structural
Fe(III) reduction by bacteria on the surface chemistry of smectite clay minerals. - Geochim.
Cosmochim. Acta, 63 (22), pp. 3705-3713
192
KOSTKA, J.E., HAEFELE, E., VIEHWEGER, R. & STUCKI, J.W. (1999b): Respiration and
dissolution of irin(III)-containing clay minerals by bacteria. - Environ. Sci. Technol., 33 (18),
pp. 3127-3133
LAGALY, G. (1991): Erkennung und Identifizierung von Tonmineralen mit organischen
Stoffen. - In Tributh H. and Lagaly G.: Berichte der Deutschen Ton- und Tonmineralgruppe
e. V., Trier, S. 86-130
LEAR, P.R. & STUCKI J.W. (1985): Role of structural hydrogen in the reduction and reoxidation of iron in nontronite. - Clays Clay Miner., Vol. 33, pp. 539-545
LEAR, P.R. & STUCKI J.W. (1989): Effects of iron oxidation state on the specific surface
area of nontronite. - Clays Clay Miner., Vol. 37, pp. 547-552
LOVLEY, D.R. & LONERGAN, D.J. (1990): Anaerobic oxidation of toluene, phenole and pcresole by dissimilatory iron-reducing organisms. - Applied and Environmental Microbiology, Vol. 56, pp. 1858-1864
MADSEN, F.T. (1990): Der Einfluß von Chemikalien auf die Durchlässigkeit von mineralischen Barrieren. - 3. Internationaler TNO/BMFT-Kongress über Altlastensanierung, 10.-14.
Dezember 1990, Karlsruhe (zugleich BMFT-Statusseminar), Band 2, S. 1363-1369
MADSEN, F.T. & MITCHELL, J.K. (1988): Chemical effects on clay fabric and hydraulic
conductivity. – Swiss Workshop on Land Dispoal, March 14-18, 1988 - In: BACCINI, P.
(Ed.): The landfill - reactor and final storage. - Lecture Notes in Earth Sciences 20, pp. 201251, Springer, Berlin, Heidelberg, New York, Tokio
MANN, U. (1993): Stofftransport durch mineralische Deponieabdichtungen: Versuchsmethodik und Berechnungsverfahren. – Dissertation, Schriftenreihe des Instituts für Grundbau der
Ruhr-Universität Bochum, Heft 19, 131 S.
MATTIAT, B. (1998): Gefügeanalyse. - In: HILTMANN, W. & STRIBRNY, B.: Handbuch
zur Erkundung des Untergrundes von Deponien und Altlasten, Band 5: Tonmineralogie und
Bodenphysik. – Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, S. 189-199
MATTIAT, B. & BERNHARDT, J. (1995): Modelluntersuchungen zur Wirkung organischer
Schadstoffe auf das Mikrogefüge und die Rückhaltewirkung von Tongesteinen, Teil I: Analyse des Mikrogefüges der Tone. - Abschlußbericht zum BMFT/UBA-Verbundvorhaben
146060 A0, Teilprojekt GC 2a, BGR Hannover, 71 S.
MEHRA, O.P. & JACKSON, M.L. (1960): Iron oxide removal from soils and clays by a
dithionite cirate system buffered with sodium bicarbonate. - Clays Clay Min., Vol. 7. pp. 317327
MICHAELS, A.S. & LIN, C.S. (1954): The permeability of kaolinite. - Indust. Engin. Chem.,
46, pp. 1239-1246
MOORE, D. M. & REYNOLDS, R. C. Jr. (1997): X-ray diffraction and the analysis of clay
minerals. - 1. Aufl. Oxford: Oxford University Press
MURPHY, C.P. (1986): Thin section preparation of soils and sediments. - A.B. Academic
Publishers, Berkhamsted, UK, 145 pp.
193
MÜLLER, W. (1999): Stofftransport in Deponieabdichtungssystemen, Teil 3: Auswirkungen
von Fehlstellen in der Dichtungsbahn, ein Überblick. - Bautechnik 76(9), S. 757-768
MÜLLER, W., JAKOB, I., TATZKY-GERTH, R. & AUGUST, H. (1997a): Stofftransport in
Deponieabdichtungssystemen, Teil 1: Diffusions- und Verteilungskoeffizienten von Schadstoffen bei der Permeation in PEHD-Dichtungsbahnen. - Bautechnik 74 (3), S. 176-190
MÜLLER, W., BÜTTGENBACH, B., TATZKY-GERTH, R. & AUGUST, H. (1997b):
Stofftransport in Deponieabdichtungssystemen , Teil 2: Permeation in der Kombinationsdichtung. - Bautechnik 74 (5), S. 331-344
OISHI, T. & PRAUSNITZ, J.M. (1978): Estimation of solvent activities in polymer solutions,
using a group-contribution method. - Ind. Eng. Chem. Process Des. Dev. 17, S. 333
PIRINGER, O.G. (1993): Verpackungen für Lebensmittel, Eignung, Wechselwirkung, Sicherheit. - Weinheim, VCH Verlagsgesellschaft mbH
PLATEN, H., JANSSEN, P.H. & SCHINK, B. (1994): Fermentative degradation of acetone
by enrichment culture in membrane-separated culture devices and in cell suspensions. –
FEMS Microbiol. Lett. 122, pp. 27-32
PLATEN, H., TEMMES, A. & SCHINK, B. (1990): Anaerobic degradation of acetone by
Desulfococcus biacutus spec. Nov. . – Arch. Microbiol., 154, pp. 355-361
PLOWMAN, J.E., LOEHR, T. M., SCHAUER, C.K. & ANDERSON, O.P. (1984): Crystal
and molecular structure of the (µ-Oxo) bis [aquobis (phenanthroline) iron (III)] complex, a
Raman spectroscopic model for the binuclear iron site in hemerythrin and ribonucleotide reductase. - Inorg. Chem., Vol. 23., pp. 3553-3559
RABE, T., GOEBBELS, J., KUNZMANN, A. & RIESEMEIER, H. (1997): Quantitative determination of density gradients by three-dimensional Computertomography (3D-CT). - Proc.
5th European Ceramic Society’s Conference, Versailles 22-26.6.1997, Key Engineering Materials, Vols. 132-136, pp. 730-733
RAABE, E.-W. (1984): Mikrogefüge und bodenmechanische Eigenschaften überkonsolidierter Tone. – Mitt. des Inst. für Grundbau und Bodenmech. der TU Braunschweig, H. 13, S.
259-281
RABUS, R. & WIDDEL, F. (1995): Conversation studies with substrate analogues of toluene
in a sulfate-reducing bacterium, strain Tol2. – Arch. Microbiol., 164, pp. 448-451
RASIAH, V. & AYLMORE, L.A.G. (1998): Estimating microscale spatial distribution of
conductivity and pore continuity using Computed Tomography. - Soil Sci. Soc. Am. J., 62, pp
1197-1202
REID, R.C., PRAUSNITZ, J.M. & SHERWOOD, TH. K., (1977): The properties of gases
and liquids. - 3. Aufl. New York, McGraw-Hill Book Company
REUTER, E. (1988): Durchlässigkeitsverhalten von Tonen gegenüber anorganischen und
organischen Säuren. – Mitt. des Institutes für Grundbau und Bodenmechanik der TU Braunschweig, Heft 26
194
REYNOLDS, R.C. (1996): NEWMOD® . - 8 Brook Road, Hanover, NH.03755/USA
RIESEMEIER, H., GOEBBELS, J., ILLERHAUS, B., ONEL, Y. & REIMERS, P. (1993): 3D-Mikricomputertomograf für die Werkstoffentwicklung und Bauteilprüfung. - Tagungsband
Jubiläumstagung 60 Jahre Deutsche Gesellschaft für zerstörungsfreie Prüfung e.V., Mai 1993,
Gamisch-Partenkirchen, S. 280-285
RITTER, W.F. & SCARBOROUGH, R.W. (1995): A review of bioremediation of contaminated soils and groundwater. - J. Environ. Sci. Health, 30, H. 2, pp. 333-357
ROGNER, J. (1993): Modelle zur Beständigkeitsbewertung von Dichtwandmassen auf der
Basis von Lagerungsversuchen. – Mitt. des Inst. für Grundbau, Bodenmechanik und Energiewasserbau (IGBE) der Universität Hannover, Heft 37, Diss. Univ. Hannover
ROWE, R. K., BOOKER, J. R. & FRAZER, M.J. (1998): POLLUTE v. 6.3.5. - GAEA Environmental Engeneering Ltd., Canada
ROWE, R. K., QUIGLEY, R.M. & BOOKER, J.R. (1995): Clayey barrier systems for waste
disposal facilities, E & FN SPON, Chapman & HALL, London, 390 pp.
SALOMONS, W. & FÖRSTNER, U. (1984): Metals in the hydrocycle. - 1. Aufl. Berlin,
Springer
SCHEFFER, F. & SCHACHTSCHABEL, P. (1998): Lehrbuch der Bodenkunde. - 14. Auflage, Enke, Stuttgart, 494 S.
SCHELLHORN, M. (1993): Experimentelle Untersuchungen der mineralogischen Veränderungen von Tonmineralen nach Kontakt mit Deponiesickerwässern in Hinblick auf das Langzeitverhalten
von
Deponiebasisabdichtungen.
Dissertation,
MathematischNaturwissenschaftliche Fakultät der Technischen Universität Clausthal
SCHLEGEL, H.G. (1992): Allgemeine Mikrobiologie. - 7. Aufl., Thieme Verlag, Stuttgart,
New York, 634 S.
SCHNEIDER, W. & GÖTTNER, J.J. (1991): Schadstofftransport in mineralischen Tonabdichtungen und natürlichen Tonschichten. – Geol. Jb., C 58, S. 3-132, Schweizerbart’sche
Verlagsbuchhandlung Stuttgart
SCHNEIDER, W. & WIENBERG, R. (1998): Berechnung des Schadstofftransports als Bewertungsinstrument. - In: HILTMANN, W. & STRIBRNY, B. (1998): Handbuch zur Erkundung des Untergrundes von Deponien und Altlasten, Band 5: Tonmineralogie und Bodenphysik. – Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, S. 49-66
SCHRÖDER, H.-P. (1992): Bodenphysikalische Untersuchungen zum Einfluß von Deponiesickerwässern auf die Dichtstoffeigenschaften von Deponietonen bei statischen und dynamischen Reaktionssystemen. - Diss. RTWH Aachen
SCHWERTMANN, U., SÜSSER, P. & NÄTSCHER, L. (1987): Proton buffer compounds in
soils (Protonenpuffersubstanzen in Böden). - Z. Pflanzenernähr. Bodenk., 150, S. 174-178
195
SHACKELFORD, C.D. (1991): Laboratory diffusion testing for waste disposal – a review. –
J. Contam. Hydrology, 7, pp. 177-217
SIMONS, H., HÄNSEL, W. & REUTER, E. (1984): Physikalisches und chemisches Verhalten von tonigen Deponiedichtungen bei der Durchströmung mit Prüfflüssigkeiten. In: Pusch,
R.(Hrsg.): Clay barriers for isolation of toxic chemical wastes. - Int. Symp., 28.-30.5. 1884, S.
118-127, Stockholm
SLEAT, R., HAARIS, C., VINEY, I. & REES, J.F. (1987): Activities and distribution of key
microbial group in landfill. - Proceedings 1st International Waste Management and Landfill
Symposium - Sardinia 87, Cagliari
STEPHAN, S. (1969): Gefriertrocknung u.a. bei der Herstellung von Bodendünnschliffen
benutzbare Trocknungsverfahren. – Pflanzenernähr. Düng. Bodenk., 123, H.2, S.131-140
STIEF, K. (1986): Das Multibarrierenkonzept als Grundlage von Planung, Bau, Betrieb und
Nachsorge von Deponien. - Müll und Abfall (18) 1, S. 15-20
STUCKI, J.W. (1981): The quantitative assay of minerals for Fe2+ and Fe3+ using 1,10pheanthroline: II. A photochemical method. - Soil Sci. Am. J., Vol. 45, pp. 638-641
STUCKI, J.W. (1988): Structural iron in smectites. - In: STUCKI, J.W., GOODMAN, B.A. &
SCHWERTMANN, U. (Eds.): Iron in soils and clay minerals. - NATO ASI Series. Reidel,
Dordrecht, pp. 625-675
STUCKI, J.W., GOLDEN, D.C. & ROTH, C.B. (1984): Effects of reduction and reoxidation
of structural iron on the surface charge and dissolution of dioctahedral smectitec. - Clays Clay
Miner., Vol. 32, pp. 350-356
STUCKI, J.W., KOMADEL, P. & WILKINSON, H.T. (1987): Microbial reduction of structural iron (III) in smectites. - Soil Sci. Soc. Am. J., Vol. 51, pp. 1663-1665
STUCKI, J.W. & TESSIER, D. (1991): Effects of iron oxidation state on the texture and
structural order of Na-nontronite gels. - Clays Clay Miner., Vol. 39, , pp. 137-143
SUFLITA, J.M & SEWELL, G.W. (1991): Anaerobic biotransformation of contaminants in
the subsurface. - EPA-Bericht EPA/600/M-90/024
TA ABFALL (1991): Zweite Allgemeine Verwaltungsvorschrift zum Abfallgesetz, Teil 1:
Technische Anleitung zur Lagerung, chemisch/physikalischen und biologischen Behandlung,
Verbrennung und Ablagerung von besonders überwachungsbedürftigen Abfällen vom
12.03.1991. - Gemeinsames Ministerialblatt, Nr. 8, S. 139
TA SIEDLUNGSABFALL (1993): Dritte Allgemeine Verwaltungsvorschrift zum Abfallgesetz, Teil 1: Technische Anleitung zur Verwertung, Behandlung und sonstigen Entsorgung
von Siedlungsabfällen vom 14.05.1993. -BAnz. Nr. 99a
USTRICH, E. (1991): Geochemische Untersuchungen zur Bewertung der Dauerbeständigkeit
mineralischer Abdichtungen in Deponien und Altlasten. – Geol. Jb., C 57, S. 5-137, Schweizerbart’sche Verlagsbuchhandlung Stuttgart
196
WAGNER, J.F., KOHLER, E.E. & CZURDA, K.A. (1998): Einsatzmöglichkeiten, Aussagen
und Grenzen bodenphysikalischer, physikalisch-chemischer und mineralogischer Kenngrößen
und Meßmethoden zur Erkundung und Beschreibung der Geologischen Barriere. - In:
HILTMANN,W. & STRIBRNY, B. (Hrsg.): Handbuch zur Erkundung des Untergrundes von
Deponien und Altlasten, Band 5: Tonmineralogie und Bodenphysik. – Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, S. 27-34
WEISS A. (1962): Neuere Untersuchungen über die Struktur thixotroper Gele. - Rheologica
acta, Vol. 2, pp. 292-304
WERNER, F. (1966): Herstellung von ungestörten Dünnschliffen aus wassergesättigten, pelitischen Lockersedimenten mittels Gefriertrocknung. - Meyniana, 16, S. 107-112
WIENBERG, R. (1990a): Zum Einfluß organischer Schadstoffe auf Deponietone – Teil 1:
Unspezifische Interaktionen. - Abfallwirtschaftsjournal 2, H. 4, EF-Verlag für Energie- und
Umwelttechnik Berlin, S. 222-230
WIENBERG, R. (1990b): Zum Einfluß organischer Schadstoffe auf Deponietone – Teil 2:
Spezifische Interaktionen. - Abfallwirtschaftsjournal 2, H. 6, EF-Verlag für Energie- und
Umwelttechnik Berlin, S. 393-403
WIENBERG, R. (1998): Diffusionsuntersuchungen und Transportberechnungen zum Schadstoffrückhaltevermögen mineralischer Dichtwandmassen. – Altlasten spectrum, 5, S. 274-280
WILSON, B.H., SMITH, G.B. & REES, J.F. (1986): Biotransformations of selected alkylbenzenes and halogenated aliphatic hydrocarbons in methanogenic aquifer material: A microcosm study. -Environ. Sci. Technol., 20, H. 10, pp. 997-1002
WISCHERS, G. (1984): Zement Taschenbuch. - Bauverlag GmBH, Wiesbaden
WOLF, H.J., HECKER, J.-M. & DIESTEL, H. (1996): Die Veränderung des Gefüges auf der
Vortriebsfläche einer Basisdichtung und ihre quantitative Kennzeichnung mit Hilfe der Röntgen-Computertomographie. – Mitt. Dtsch. Bodenkdl. Ges., 79, S. 35-38
WU, J., LOW, P.F. & ROTH, C.B. (1989): Effects of octahedral-iron reduction and swelling
pressure on interlayer distances in Na-nontronite. - Clays Clay Miner., Vol. 37, pp. 211-218
ZEIGER, F.G. (1993): Beständigkeit von tonigen Deponieabdichtungen im Kontakt mit Deponiesickerwasser und organischen Prüfflüssigkeiten. - Schr. Angew. Geol. Karlsruhe, 24,
S.1-152, Karlsruhe
197
7.2
Verwendete Normen
DIN 1 041 (1991-12)
Schlosserhämmer
DIN 18 121-1 (1998-04)
Untersuchung von Bodenproben - Wassergehalt Teil 1: Bestimmung durch Ofentrocknung
DIN 18 122-1 (1997-07)
Baugrund, Untersuchung von Bodenproben - Zustandsgrenzen (Konsistenzgrenzen) – Teil 1: Bestimmung der
Fließ- und Ausrollgrenze
DIN 18 123 (1996-11)
Baugrund, Untersuchung von Bodenproben - Bestimmung der Korngrößenverteilung
DIN 18 124 (1997-07)
Baugrund, Untersuchung von Bodenproben – Bestimmung der Korndichte – Kapillarpyknometer,
Weithalspyknometer
DIN 18 125-1 (1997-08)
Baugrund, Untersuchung von Bodenproben – Bestimmung der Dichte des Bodens
DIN 18 128 (1990-11)
Baugrund, Versuche und Versuchsgeräte; Bestimmung
des Glühverlustes
DIN 18 130-1 (1998-05)
Baugrund - Untersuchung von Bodenproben; Bestimmung des Wasserdurchlässigkeitsbeiwerts Teil 1: Laborversuche
DIN 19 684-3 (1998-09)
Bodenuntersuchungsverfahren im Landwirtschaftlichen
Wasserbau – Chemische Laboruntersuchungen, Bestimmung des Glühverlustes und des Glührückstandes
DIN 32 645 (1994-05)
Chemische Analytik – Nachweis-, Erfassungs- und Bestimmungsgrenze; Ermittlung unter Wiederholbedingungen; Begriffe,Verfahren, Auswertung
DIN 50 014 (1985-07)
Klimate und ihre technische Anwendung; Normalklimate
198
DIN 53 455 (1981-08)
Prüfung von Kunststoffen, Zugversuch (zurückgezogen
DIN 66 111 (1989-02)
Partikelgrößenanalyse, Sedimentationsanalyse, Grundlagen)
DIN 66 131 (1993-07)
Bestimmung der spezifischen Oberfläche von Feststoffen durch Gasadsorption nach Brunauer, Emmett und
Teller (BET)
Bestimmung der spezifischen Oberfläche von Feststoffen durch Stickstoffadsorption; EinpunktDifferenzverfahren nach Haul und Dümbgen
DIN 66 132 (1975-05)
DIN 66 134 (1998-02)
Bestimmung der Porengrößenverteilung und der spezifischen Oberfläche mesoporöser Feststoffe durch
Stickstoffsorption - Verfahren nach Barrett, Joyner und
Halenda (BJH)
DIN ISO 10 390 (1997-05)
Bodenbeschaffenheit - Bestimmung des pH-Wertes
DIN ISO 10 693 (1997-05)
Bodenbeschaffenheit - Bestimmung des Carbonatgehaltes - Volumetrisches Verfahren
DIN ISO 11 048 (1997-05)
Bodenbeschaffenheit - Bestimmung von wasser- und
säurelöslichem Sulfat
DIN ISO 11 260 (1997-05)
Bodenbeschaffenheit - Bestimmung der effektiven Kationenaustauschkapazität und der Basensättigung unter
Verwendung von Bariumchloridlösung
DIN ISO 11 271 (1995-11)
Bodenbeschaffenheit - Bestimmung der RedoxSpannung – Feldverfahren
DIN ISO 13 536 (1997-04)
Bodenbeschaffenheit - Bestimmung der potentiellen
Kationenaustauschkapazität und der austauschbaren
Kationen unter Verwendung einer bei pH = 8,1 gepufferten Bariumchloridlösung
DIN EN 932-1 (1996-11)
Prüfverfahren für allgemeine Eigenschaften von Gesteinskörnungen, Teil 1: Probenahmeverfahren
DIN EN ISO 527-3 (1995-10)
Kunststoffe – Bestimmung der Zugeigenschaften – Teil
3: Prüfbedingungen für Folien und Tafeln
DIN EN ISO 728 (1997-03)
Kunststoff-Rohrleitungs- und Schutzrohrsysteme – Rohre und Formstücke aus Polyolefinen – Bestimmung der
Oxidations-Induktionszeit
199
ISO 8 199 (1988-06)
Water quality; general guide to the enumeration of micro-organisms by culture, (Wasserbeschaffenheit; Allgemeine Anleitung zur Keimzahlbestimmung) - most
probable numbers
ASTM D 883 – 96
Standard Terminology Relating to Plastics
ASTM D 1 248 – 84
Standard Specification for Polyethylen Plastics Molding
and Extrusion Materials
ASTM D 3 895-95
Standard Test Method for Oxidative-Induction Time of
Polyolefins by Differential Scaning Calorimetry
US EPA 502.2 (1989)
Volatile Organic Compounds in Water by Purge and
Trap Capillary Column Gas Chromatography with
Photoionisation and Electrolytic Conductivity Detectors
in Series
BS 1377 (1990)
Methods of test for soils for civil engineering purposes
Test 2(A) Liquid limit
Test 3
Plastic limit
200
7.3
Vorveröffentlichungen zum Vorhaben bis 4/2000
KALBE, U., BERGER, W., ECKARDT, J., BREU, J. & KERZDÖRFER, H. (1998): Ergebnisse von Laboruntersuchungen zur Langzeitbeständigkeit mineralischer Abdichtungen
gegenüber organischen Schadstoffen im Deponiebau. – In: HENNING, K.-H. &
KASBOHM, J. (Hrsg.): Berichte der Deutschen Ton- und Tonmineralgruppe e.V., Band 6,
S. 23-37, Greifswald
KALBE, U., BERGER, W., ECKARDT, J., BREU, J. & KERZDÖRFER, H. (1998): Erste
Ergebnisse von Langzeituntersuchungen zur langfristigen Beeinflussung von tonigen Barrieren durch organische Schadstoffe. – Terra Nostra, Schriften der Alfred Wegener Stiftung 98/3 „Geowissenschaften in Ökonomie und Ökologie – Das System Erde“, Programm
und Zusammenfassung der Tagungsbeiträge, Geo Berlin ´98, 6. – 9. 10. 1998, S. P84-85,
Technische Universität Berlin, Selbstverlag der Alfred Wegener Stiftung, Köln
KALBE, U., BERGER, W., ECKARDT, J., BREU, J. & KERZDÖRFER, H. (1998): Erste
Ergebnisse von Langzeituntersuchungen zur langfristigen Beeinflussung von tonigen Barrieren durch organische Schadstoffe. – Mitteilungen der Deutschen Bodenkundlichen Gesellschaft, 88, S. 425-428
KALBE, U., BERGER, W. & MÜLLER, W. (1999): Long term behaviour of composite liners under exposure to a mixture of concentrated hydrocarbons. – In: CHRISTENSEN, T.
H., COSSU, R., STEGMANN, R. (Eds.): Barriers, waste mechanics and landfill design. 7th International Waste Management and Landfill Symposium - Sardinia 99, Proceedings
Vol. III, CISA Environmental Sanitary Engeneering Centre, Cagliari, pp. 165-172
BERGER, W., KALBE, U. & GOEBBELS, J. (1999): Fabric studies of contaminated mineral
layers in composit liners. – Program with abstracts, Conference of the European Clay
Groups Association (ECGA), September 5 – 9, 1999, Kraków, Poland, Printed by Pracownia AA, p. 63
KALBE, U., BERGER, W., ECKARDT, J. & MÜLLER, W. (1999): Transport of concentrated organic compounds within base liner systems. – Progam with abstracts, Conference of
the European Clay Groups Association (ECGA), September 5 – 9, 1999, Kraków, Poland,
Printed by Pracownia AA, p. 97
BERGER, W., KALBE, U. & GOEBBELS, J. (1999): Gefügeuntersuchungen an schadstoffbelasteten Deponiebasisabdichtungen. – Mitteilungen der Deutschen Bodenkundlichen Gesellschaft, 91 (1999), Bd. 3, S. 1371-1374
KALBE, U., BERGER, W., ECKARDT, J. & TATZKY-GERTH, R. (1999): Zum Schadstofftransport organischer Verbindungen durch mineralische Deponieabdichtungen. - Mitteilungen der Deutschen Bodenkundlichen Gesellschaft, 91 (1999), Bd. 3, S. 1371-1374
KALBE, U., BERGER, W., HELM, R. (2000): Zur Beprobung kontaminierter mineralischer
Dichtungen aus Versuchsmeßzellen und Herstellung von Dünnschliffen. - Der Präparator,
46, H. 1, S. 35-45
BERGER, W., KALBE, U. & GOEBBELS, J. (2000): Fabric studies on contaminated mineral
layers in composite liners. - Applied Clay Science, Special issue „Clay barriers and waste
management“, in Vorbereitung
KALBE, U., MÜLLER, W. , BERGER, W. & ECKARDT, J. (2000): Transport of organic
contaminants within composite liner systems. – Applied Clay Science, Special issue „Clay
barriers and waste management“, in Vorbereitung
201
7.4
Qualifizierungsmaßnahme innerhalb des Vorhabens
KERZDÖRFER, H. (1999): Auswirkungen der Permeation von Kohlenwasserstoffen auf die
mineralische Dichtungskomponente in Kombinationsdichtungen. - Diss. Universität Regensburg, 151 S.
Diese Arbeit wurde an der Universität Regensburg, im Institut für Anorganische Chemie der
Fakulät für Chemie und Pharmazie durchgeführt. Die Art und Weise der Versuchsdurchführung sowie die Interpretation und Darstellung der Versuchsergebnisse lagen in der Verantwortung des Kooperationspartners.
8
DANKSAGUNG
Dieser Bericht gibt die Ergebnisse eines umfangreichen und dabei relativ kurz befristeten Forschungsvorhabens wieder, dessen Bearbeitung eine intensive und interdisziplinäre Zusammenarbeit zahlreicher Fachkollegen erforderte.
Zu besonderem Dank sind wir für die finanzielle Förderung des Vorhabens dem Bundesministerium für Forschung und Technologie sowie für die organisatorische und fachliche
Betreuung seitens des BMBF-Projekträgers AWAS im Umweltbundesamt Frau Dr. Jacobs
und Herrn H. Schmitz verpflichtet.
Voraussetzung für dieses Vorhaben waren auch die von Herrn Dr. H. August und seinen damaligen Mitarbeitern Frau Dipl.-Ing. R. Tatzky-Gerth, Herrn Dipl.-Ing. R. Preuschmann sowie Frau I. Jakob geleisteten Vorarbeiten (Aufbau der Meßzellen, Permeationsmessungen,
Bericht August et al., 1992). Dafür sei an dieser Stelle besonders gedankt.
Die umfangreichen analytischen Arbeiten im Labor wurden vor allem in den Laboren IV.31
und IV.32 der BAM sowie an der Universität Regensburg (Institut für Anorganische Chemie)
durchgeführt.
Aus dem Labor IV.31 ist besonders der engagierte Einsatz von Frau R. Helm, Frau A. Dymke, Frau A. Grabner und Frau B. Schwarz im Zusammenhang mit der Herstellung und Auswertung von Dünnschliffen sowie der Ermittlung bodenkundlicher und gaschromatographischen Daten hervorzuheben. Bei der Realisierung vieler praktischer Details insbesondere der
Probenahme war uns die Mithilfe von Herrn P. Walzel unverzichtbar. Unterstützung bei der
Probenahme gaben uns auch die Herren Dipl.-Ing. M. Hätzel und P. Lenke (BAM VI.22 und
VII.12).
Aus dem Labor IV.32, in dem die Untersuchungen der Dichtungsbahn durchgeführt wurden,
möchten wir hier die Mitarbeit von Frau Büttgenbach, die die Zugversuche und die Spannungsrißprüfungen durchgeführt hat, von Frau Jakob, die die thermoanalytischen Messungen
erarbeitet hat, von Frau Tatzky-Gerth, die für die Permeationsmessungen verantwortlich
zeichnet, von Herrn Preuschmann, der bei der Vorbereitung und beim Öffnen der Zellen tatkräftig geholfen hat sowie von den Herren Söhring und Böhm, die die Dichtungsbahnenproben vorbereitet haben, würdigen und danken.
Spezieller Dank gilt auch Frau G. Müller für die selbständige Durchführung der mikrobiologischen Versuche nach nur kurzer Einarbeitungszeit und Herrn W. Wuttke für die Realisierung der Laborarbeiten zur Ermittlung der bodenmechanischen Kennwerte. Stellvertretend für
die Ausführung computertomographischer Messungen und Rekonstruktion der Daten danken
wir Frau K. Matter und Herrn D. Meinel (BAM I.4901). Für die bereitwillige und gute Zusammenarbeit innerhalb der BAM bei der Lösung von Teilaufgaben, für die wir auf die Unterstützung anderer Laboratorien angewiesen waren, danken wir stellvertretend Herrn Dr.
202
Klobes und Frau Dr. K. Rübner (BAM I.13, VII.12, Oberflächenmessungen), Herrn Dr. Bannert (BAM I.12, KAK-Messungen), Frau Dipl.-Ing. M. Buchholz (BAM V.42, Partikelanalyse) sowie Frau B. Strauß (BAM VIII.23, elektronenmikroskopische Aufnahmen der KDB).
Herrn Dr. H. U. Thieke (Landesamt für Geowissenschaften und Rohstoffe Brandenburg) sind
wir für die Unterstützung bei der LASER-Partikelanalyse zu Dank verbunden.
Für die im Rahmen des Regensburger Teilprojektes entstandene Promotionsarbeit, deren Ergebnisse in diesen Bericht Eingang fanden, erhielt Herr Dr. H. Kerzdörfer vielfältige Unterstützung durch Mitarbeiter der Universität Regensburg, der Technischen Universität Garching
und der Fa. Coulter. Den Regensburger Kollegen sei hier noch einmal für den regen Austausch von Erfahrungen und die kritische Diskussion der Ergebnisse gedankt.
Besonders zu schätzen wissen wir auch die freundliche Mithilfe der Mitarbeiterinnen des Sekretariates der Fachgruppe IV.3 der BAM während der Fertigstellung des Berichtes und die
Sorgfalt von Herrn Dipl.-Wirtsch. F. Meinel bei der Verwaltung der Fördermittel.
Mit fruchtbaren Diskussionen zum Thema und kritischer Durchsicht des vorliegenden Berichtes unterstützten uns Herr Dr. H. August und Frau Dr. H. Fischer. Hilfreich waren für uns
ferner die wertvollen Anregungen zum Thema von Herrn Dipl.-Ing. K. Stief (www.deponieonline.de) und Herrn Dr. B. Engelmann (Umweltbundesamt).
203
9
ANHANG
Anhang A
Einfluß organischer Verbindungen auf die Durchlässigkeit von mineralischen Dichtungsmaterialien
Substanz- Substanz
klasse
Art des Erdstoffes,
Bodens;
Tonminerale
Zustand
Konzentration
Versuchsaufbau
Einfluß auf Durchlässigkeit
Bemerkungen
Kohlenwasserstoffe
und
Verwandte
Heptan
natürl. Böden:
kalkfreier Smektit
kalkhalt. Smektit
Kaolinit, Illit
kompaktiert
rein
Festbettzelle
102 bis 103 x Zunahme
Heptan
Kaolinit,
Georgia
kompaktiert
rein
Triaxialzelle
Festbettzelle
Triaxialzelle
Festbettzelle
Triaxialzelle
Festbettzelle
Triaxialzelle
Festbettzelle
Festbettzelle
(Ödometer)
102 x Abnahme
250 x Zunahme
kein Einfluß
kein Einfluß
200 x Zunahme
660 x Zunahme
kein Einfluß
kein Einfluß
Abnahme
hydraulischer Gradient
i=361,6 (Smektit)
i=61,1 (Kaolinit, Illit)
Bildung blockiger
Strukturen
i=200
Bildung großer Poren
und Risse
i=200
53 mg/l
Heptan
natürl. Boden: Illit-Chlorit kompaktiert
rein
53 mg/l
Hexan
Schluff, stark tonig,
Kaolinit
kompaktiert
rein
Hexan
Ton- Schluff, Smektit
kompaktiert
rein
Festbettzelle
(Ödometer)
kein Einfluß
Cyclohexan
natürl.Böden: Illit-Smektit kompaktiert
rein
Festbettzelle
kein Einfluß
i=500
Benzol
Kaolinit,
Georgia
natürl. Böden: IllitSmektit
rein,
0,1%
rein
Triaxialzelle
103 x Abnahme,
leichte Abnahme
kein Einfluß
i<100
i=500; nur 8% des
Porenwassers durch
Benzol ersetzt
Benzol
kompaktiert
kompaktiert
Festbettzelle
Literatur
Anderson
et al.
1985a 2)
Bowders
1985
Bowders
1985
hydraulischer Gradient Komodromos,
bis i=900
Göttner
1986
bis i=900
Göttner
1986
Fernandez,
Quigley
1985
Acar et al.
1985
Fernandez,
Quigley
1985
A-1
A-2
Substanz- Substanz
klasse
Art des Erdstoffes,
Bodens;
Tonminerale
Zustand
Konzentration
Versuchsaufbau
Bemerkungen
Kohlenwasserstoffe
und
Verwandte
Ton-Schluff, MuskovitIllit,
Twistringen
Ton, Kaolinit, MuskovitIllit,
Malsch
Ton, Kaolinit, MuskovitIllit, Chlorit ,
Hoheneggelsen
ungestört
1,6 g/l
kein Einfluß
i=1,4 bis 80,6
ungestört
1,6 g/l
kein Einfluß
i=1,4 bis 80,6
ungestört
1,6 g/l
kein Einfluß
i=1,4 bis 80,6
kompaktiert
kompaktiert
rein
Festbettzelle
(Permeationszelle)
Festbettzelle
(Permeationszelle)
Festbettzelle
(Permeationszelle)
Triaxialzelle
Festbettzelle
Benzol
Benzol
Benzol
kein Einfluß
Xylol
(Dimethylbenzol)
natürl. Böden:
kalkfreier Smektit
kalkhalt. Smektit
Kaolinit, Illit
Xylol
(Dimethylbenzol)
Xylol
(Dimethylbenzol)
Xylol
(Dimethylbenzol)
Xylol
(Dimethylbenzol)
Xylol
(Dimethylbenzol)
Xylol
(Dimethylbenzol)
kalkhaltiges SmektitBoden-Bentonit-Gemisch
Suspension
rein
natürl.Böden: Kaolinit,
Glimmer, Bentonit
kompaktiert
rein
FestbettDoppelringzelle
Festbettzelle
natürl.Böden: Illit-Smektit kompaktiert
rein
Festbettzelle
kein Einfluß
kompaktiert
Tonboden,
Chlorit, Smektit, Kaolinit,
Kalifornien
kompaktiert
Tonboden,
Smektit, Kaolinit,
Golfküste, SE USA
kompaktiert
Tonboden,
Illit, Kaolinit,
NE USA
196 mg/l
Triaxialzelle
Abnahme
196 mg/l
Festbettzelle
Triaxialzelle
kein Einfluß
Abnahme
196 mg/l
Triaxialzelle
leichte Abnahme
102-103 x Zunahme
i=361,6 (Smektit)
i=61,1 (Kaolinit,
Illit);Bildung
blockiger Strukturen
i=35,2
9% Bentonit
Freilandlysimeter
i=7
i=500
Abnahme:
Kperm.Liq./Kinitial < 0,5
Abnahme:
leichte Abnahme:
Kperm.Liq./Kinitial>0,5
Literatur
Kerschbaum,
Wehner
1995
Kerschbaum,
Wehner
1995
Kerschbaum,
Wehner
1995
Anderson
et al.
1985a 2)
Anderson
et al.
1985b 3)
Brown
et al.
1986
Fernandez,
Quigley
1985
Daniel
et al.
1988
Daniel
et al.
1988
Daniel
et al.
1988
Substanz- Substanz
klasse
Art des Erdstoffes,
Bodens;
Tonminerale
Zustand
Konzentration
Versuchsaufbau
Kohlenwasserstoffe
und
Verwandte
Xylol
(Dimethylbenzol)
Ton, schluffig, Illit
kompaktiert
rein
Festbettzelle deutliche Zunahme
(Doppelringpermeameter)
Xylol
(Dimethylbenzol)
Ton,
smektitreich,
Unter-Eozän,
Friedland
ungestört
180 mg/l
kein Einfluß
Trichlormethan
Ton-Schluff, MuskovitIllit,
Twistringen
Ton, Kaolinit, MuskovitIllit,
Malsch
Ton, Kaolinit, MuskovitIllit, Chlorit,
Hoheneggelsen
ungestört
7,8 g/l
ungestört
7,8 g/l
ungestört
0,534 g/l
kompaktiert
konsolidierte
Suspension
kompaktiert
rein
720 mg/l
rein
Festbettzelle
(Permeationszelle nach
Vollvergußmethode)
Festbettzelle
(Permeationszelle)
Festbettzelle
(Permeationszelle)
Festbettzelle
(Permeationszelle)
Triaxialzelle
Triaxialzelle
Triaxialzelle
Festbettzelle
Triaxialzelle
Festbettzelle
Triaxialzelle
Festbettzelle
Triaxialzelle
Festbettzelle
Festbettzelle
Vollvergußmethode)
103 x Abnahme
140 x Zunahme
kein Einfluß
kein Einfluß
102 x Abnahme
500x Zunahme
kein Einfluß
kein Einfluß
kein Einfluß
Trichlormethan
Trichlormethan
Tetrachlormethan
Trichlorethen
Sand-Bentonit-Gemisch
Kaolinit,
Georgia
1100 mg/l
Trichlorethen
natürl. Boden: Illit-Chlorit
rein
1100 mg/l
Trichlorethen
Ton,
smektitreich,
Unter-Eozän,
Friedland
ungestört
150 mg/l
Bemerkungen
untersch. hydraulische
Gradienten; Aggregierung von Tonmineralen, Rißbildung
i=20
kein Einfluß
i=1,4 bis 80,6
kein Einfluß
i=1,4 bis 80,6
kein Einfluß
i=1,4 bis 80,6
kein Einfluß
102 x Zunahme
i=200; kein Durchfluß
durch die Proben, Rißbildung
i=200
i=20
Literatur
Haus
1993
Behrens
1996
Kerschbaum,
Wehner
1995
Kerschbaum,
Wehner
1995
Kerschbaum,
Wehner
1995
Evans et al.
1985
Bowders
1985
Bowders
1985
Behrens
1996
A-3
A-4
Substanz- Substanz Art des Erdstoffes,
klasse
Bodens;
Tonminerale
Zustand
Konzentration
Versuchsaufbau
Bemerkungen
Kohlenwasserstoffe
und
Verwandte
Alkohole
und Phenole
Nitrobenzol Kaolinit,
Georgia
kompaktiert
rein
O,1%
Triaxialzelle
103 x Abnahme,
leichte Abnahme
i<100
Acar
et al.
1985
Methanol
natürl. Böden:
kalkfrei. Smektit
kalkhalt. Smektit
Kaolinit, Illit
kompaktiert
rein
Festbettzelle
103 x Zunahme
Anderson
et al.
1985a 2)
Methanol
kalkhaltiges SmektitBoden-Bentonit-Gemisch
Suspension
rein
103 x Zunahme
Methanol
Kaolinit,
Georgia
kompaktiert
20%, 40%,
60%, 80%;
rein
Methanol
kompaktiert
20%, 40%,
60%, 80%;
rein
i=200
Bowders
1985
Methanol
Methanol
Ton schluffig,
kompaktiert
Illit, Smektit
Sarnia, SW Ontario
Schluff, stark tonig,Kaolinit kompaktiert
FestbettDoppelringzelle
Triaxialzelle
Festbettzelle
Triaxialzelle
Festbettzelle
Triaxialzelle
Festbettzelle
Triaxialzelle
Festbettzelle
Festbettzelle
i=361,6 (Smektit)
i=61,1 (Kaolinit, Illit);
und Risse
i=36,2
9% Bentonit
i=200
rein
Festbettzelle
(Ödometer)
Abnahme
Methanol
kompaktiert
rein
Festbettzelle
(Ödometer)
keine Veränderungen
Methanol
Tonboden,
Kalifornien
Tonboden,
Smektit, Kaolinit,
Golfküste, SE USA
kompaktiert
5%
Triaxialzelle
Abnahme
kompaktiert
5%
Festbettzelle
Triaxialzelle
kein Einfluß
Abnahme
Methanol
rein
kein Einfluß
kein Einfluß
kein Einfluß
7,5 x Zunahme
kein Einfluß
kein Einfluß
leichte Zunahme
44 x Zunahme
10 x Zunahme
Literatur
Anderson
et al.
1985b 3)
Bowders
1985
Fernandez,
i=500;94% der PorenQuigley
flüssigkeit verdrängt
1985
bis i=900
Göttner
1986
bis i=900
Göttner
1986
Abnahme:
Daniel
et al.
1988
Abnahme:
Daniel
et al.
1988
klasse
Bodens;
Tonminerale
Zustand
Konzentration
Versuchsaufbau
Bemerkungen
Alkohole
und Phenole
Tonboden,
Illit, Kaolinit,
NE USA
Ton,
smektitreich,
Unter-Eozän,
Friedland
kompaktiert
5%
Triaxialzelle
leichte Abnahme
leichte Abnahme:
ungestört
5%
Ethanol
Ton schluffig,
Illit, Smektit,
Sarnia, SW Ontario
kompaktiert
rein
Festbettzelle kein Einfluß
Vollvergußmethode)
Festbettzelle 10 x Zunahme
Ethanol
Ton schluffig,
Illit, Smektit,
Sarnia, SW Ontario
natürl. Böden:
kalkfreier Smektit
kalkhalt. Smektit
Kaolinit, Illit
kompaktiert
70%
Festbettzelle
bis 103 x Zunahme
kompaktiert
rein
Festbettzelle
103 x Zunahme
Phenol
Kaolinit,
Georgia
kompaktiert
rein
Triaxialzelle
2-x Zunahme,
Phenol
Ton- Sand- Gemische
(Illit/Sand, Kaolin/ Sand,
Montmorillonit/Sand,
Bentonit/Sand)
Ton- Sand- Gemische
(Illit/Sand, Kaolin/ Sand,
Montmorillonit/Sand,
Bentonit/Sand)
kompaktiert
0,1%
verdünnt
leichte Abnahme
(PermeationsZellen)
unterschiedliche
hydraulische
Gradienten
kompaktiert
verdünnt
(PermeationsZellen)
unterschiedliche
hydraulische
Gradienten
Methanol
Methanol
Ethylenglycol
Chlorphenol
i=20
i=500; 103 Zunahme,
wenn auf Ethanol
Benzol folgt
i=30-4090
i=361,6 (Smektit)
anfänglich Abnahme
der Durchlässigkeit
i<100
Literatur
Daniel
et al.
1988
Behrens
1996
Fernandez,
Quigley
1985
Fernandez,
Quigley
1991
Anderson
et al.
1985a 2)
Acar,
et al.
1985
Zeiger
1993
Zeiger
1993
A-5
A-6
Substanz- Substanz
klasse
Art des Erdstoffes,
Bodens;
Tonminerale
Zustand
Konzentration
Versuchsaufbau
Bemerkungen
Ether
1,4-Dioxan
Kaolinit
konsolidierte
Suspension
rein
Consolidometer
20-30 % Zunahme
Dioxan
Ton schluffig,
Illit, Smektit
Sarnia, SW Ontario
natürl. Böden:
kalkfreier Smektit
kalkhalt. Smektit
Kaolinit, Illit
kompaktiert
70%
Festbettzelle
bis 103 x Zunahme
anfangs in Dioxan
angesetzte Proben
zeigten viel höhere
Durchlässigkeiten
i=15-2045
kompaktiert
rein
Festbettzelle
kompaktiert
rein
rein
0,1%
rein
Festbettzelle
Festbettzelle
Triaxialzelle
Festbettzelle
10 x Zunahme
2 x Zunahme
leichte Abnahme
10 x Zunahme
Aldehyde
und Ketone
Aceton
Aceton
Kaolinit,
Georgia
Aceton
natürl.Böden: kaolinitisch kompaktiert
Aceton
Glimmer, Bentonit
glimmerhaltiger Boden
kompaktiert
Aceton
kaolinitischer Boden
kompaktiert
rein
75%
2%, 12,5%
25%, 50%
rein
Aceton
Mischungen von
Na-Montmorillonit,
Kaolinit und Sand
Ca-Bentonit
(Montigel)
Illit,
Oligozän,
Franz. Zentralmassiv
kompaktiert
rein
kompaktiert
7%
kompaktiert
7%
Diethylketon
(3-Pentanon)
Diethylketon
(3-Pentanon)
Festbettzelle
Festbettzelle
Triaxialzelle
Consolidometer
Festbettzelle
(Ödometer)
Festbettzelle
(Ödometer)
103 x Zunahme
102 x Zunahme
10x Zunahme
kein Einfluß
kein Einfluß
102 x Zunahme
2 bis 10 x Zunahme
kein Einfluß
kein Einfluß
i=361,6 (Smektit)
Schwinden und Risse;
anfänglich Abnahme
der Durchlässigkeit
i<100
Freilandlysimeter
i=7
i=91
i=91
Gemische von
Chemikalien
Zunahme abhängig
von Aktivität der
Bodenmischung
i=40-50
i=40-50
Literatur
Michaels,
Lin
1954
Fernandez,
Quigley
1991
Anderson
et al.
1985a 2)
Acar
et al.
1985
Brown
et al.
1986
Brown
et al.
1983
Brown
et al.
1984
Acar
et al.
1985
Hasenpatt
1988
Hasenpatt
1988
Substanz- Substanz
klasse
Art des Erdstoffes,
Bodens;
Tonminerale
Zustand
Konzentration
Versuchsaufbau
Bemerkungen
Aldehyde
und Ketone
Diethylketon
(3-Pentanon)
Kaolinit,
Cornwall,
England
kompaktiert
7%
Festbettzelle
(Ödometer)
Abnahme
Organische
Basen
Anilin
natürl. Böden:
kalkfreier Smektit
kalkhalt. Smektit
Kaolinit, Illit
kompaktiert
rein
Festbettzelle
102 x Zunahme
i=40-50;
Änderungen nur im
IL-Ödometer, im CLÖdometer nicht 1)
i=361,6 (Smektit)
und Risse: anschl.
Durchströ-mung mit
Wasser bewirkt 10fache Abnahme
Anilin
konsolidierte
Suspension
Triaxialzelle
Ethanolamin
Ton,
smektitreich,
Unter-Eozän,
Friedland
ungestört
rein
30 g/l
15 g/l
5%
104 x Zunahme
kein Einfluß
kein Einfluß
kein Einfluß
Essigsäure
natürl. Böden:
kalkfreier Smektit
kalkhalt. Smektit
Kaolinit, Illit
kompaktiert
rein
Essigsäure
Kaolinit,
Georgia
kompaktiert
rein
kompaktiert
20%, 40%
60%, 80%,
rein
Organische
Säuren
Essigsäure
Illit-Chlorit
natürl. Boden
20%, 40%
60%, 80%
Festbettzelle
(Permeations-zelle nach
Vollvergußmethode)
Festbettzelle 10 bis 103 x Abnahme
Triaxialzelle
Festbettzelle
Triaxialzelle
Festbettzelle
Triaxialzelle
Festbettzelle
Triaxialzelle
Festbettzelle
leichte Abnahme
2x Zunahme
leichte Abnahme
leichte Abnahme
leichte Abnahme
leichte Abnahme
leichte Abnahme
leichte Abnahme
i=20
i=361,6 (Smektit)
i=61,1 (Kaolinit, Illit)
Ca-karbonat u. FeOxide werden gelöst,
Poren verstopft
i=200
Poren durch Ausfällungen verstopft
i=200; ; pH Ablauf >
pH Zulauf
Literatur
Hasenpatt
1988
Anderson
et al.
1985a 2)
Evans
et al.
1985
Behrens
1996
Anderson
et al.
1985a 2)
Bowders
1985
Bowders
1985
A-7
A-8
Substanz- Substanz
klasse
Art des Erdstoffes,
Bodens;
Tonminerale
Zustand
Konzentration
Versuchsaufbau
Bemerkungen
Organische
Säuren
Essigsäure
und
Propionsäure
Essigsäure
natürl. Boden, Kaolinit,
Illit, Smektit
kompaktiert
5%
Festbettzelle
10 x Zunahme
konsolidierte
Suspension
verdünnt
pH=1
Triaxialzelle
kontinuierlich
leicht zunehmend
0,2 % des Al und o,8
% des Si innerh.300
Tage herausgelöst
pH Ablauf >
pH Zulauf
Essigsäure
Ton stark schluffig,
Kaolinit, Illit,
Unterkreide,
Vorkommen Duingen
kompaktiert
5%
Zunahme
167<i<667
Essigsäure
Illit, Chlorit,
Unterkreide,
Hoheneggelsen
kompaktiert
5%
Zunahme
167<i<667
Reuter
1988
Essigsäure
Montmorillonit, Illit,
Dolgen
kompaktiert
5%
Zunahme
167<i<667
Reuter
1988
Essigsäure
und
Propionsäure
Dolgen
kompaktiert
5%
geringfügige Zunahme
167<i<667
Ustrich
1991
Essigsäure
Ton,
smektitreich,
Unter-Eozän,
Friedland
natürl. Böden:
Kaolinit
Illit
Smektit
ungestört
5%
kein Einfluß
i=20
Behrens
1996
kompaktiert
verdünnt
Festbettzelle
Vergußmethode)
Festbettzelle
Vergußmethode)
Festbettzelle
Vergußmethode)
Festbettzelle
Vergußmethode)
Durchflußzelle nach
Vollvergußmethode
Festbettzelle
(Permeationszelle)
Simons
et al.
1984
Evans
et al.
1985
Reuter
1988
"synth. Sickerwasser,
sauer"
Simons
et al.
1984
Na-Acetat
Gemische
Glycin
von
Chemikalien Essigsäure
Salicylsäure
10 x Zunahme
kein Einfluß
kein Einfluß
Literatur
Substanz- Substanz
klasse
Art des Erdstoffes,
Bodens;
Tonminerale
Zustand
Konzentration
Gemische
Aceton /
von
Xylol
Chemikalien
glimmerhaltiger Boden
kompaktiert
Festbettzelle
Reines
Xylol
Aceton:
12,5%,
25%,50%,
75%,100%
Triaxialzelle
reines
Ethanol, mit
jeweils 1%
der anderen
Verbindungen
Ethanol+
Trichlorethylen/
Tetrachlorethylen/
Xylol/
Toluol
Einphasenkonsolidierte
Dichtwandmasse
Suspension
30-50 kg Na-Bentonit und
175-250 kg Zement pro
m3
variierend
5 % NH4 -Cu- natürl. Böden:
Kaolinit
Tetramin,
Ni-Hexamin Illit
Smektit
Typ II
natürl. Böden:
Sickerwasse 25 % > 2 µm
Modellsikkerwasser:
Na-Acetat
Glycin
Essigsäure
Salicylsäure
Modellsikkerwasser:
Na-Acetat
Glycin
Essigsäure
Salicylsäure
kompaktiert
kompaktiert
verdünnt
verdünnt
Versuchsaufbau
Bemerkungen
104 x Zunahme
i=91
Brown
et al.
1984
20<i<50
Blinde
1991
"synth. Sickerwasser
basisch"
Simons
et al.
1984
i=100
Durchlässigkeit bei
Festbettzellenr größer
als bei Triaxialzelle
167<i<667
Brunelle
et al.
1987
167<i<667
Reuter
1988
10-15x Zunahme
Abnahme
Festbettzelle
Triaxialzelle
Festbettzelle
Consolidometer
Literatur
10 x Zunahme
kein Einfluß
kein Einfluß
kein Einfluß
Kaolinit, Illit,
Unterkreide,
Vorkommen Duingen
kompaktiert
Festbettzelle Zunahme
Vergußmethode)
Illit, Chlorit,
Unterkreide,
Hoheneggelsen
kompaktiert
Vergußmethode)
Reuter
1988
A-9
A-10
Substanz- Substanz
klasse
Art des Erdstoffes,
Bodens;
Tonminerale
Zustand
Gemische
Modellsikvon
kerwasser:
Chemikalien Na-Acetat
Glycin
Essigsäure
Salicylsäure
Modellsikkerwasser:
Essigsäure
Diethylamin
Ethylenglykol
Dolgen
kompaktiert
Ton schluffig,
illit-kaolinitreich,
Opalinuston,
Franken
Konzentration
Versuchsaufbau
Bemerkungen
Literatur
Vergußmethode)
167<i<667
Reuter
1988
Festbettzelle
(KD-Gerät)
kein Einfluß
Ustrich
1991
Festbettzelle
(KD-Gerät)
Abnahme
Festbettzelle
(KD-Gerät)
kein Einfluß
i=15;
Permeabilitätsbest.
nach stat.und dynam.
Reakt.-versuchen;
Erhöhung KAK
i=15;
Reakt.-versuchen
i=15;
Reakt.-versuchen
0,9 mol/l
0,5 mol/l
0,9 mol/l
Ustrich
1991
Modellsikkerwasser:
Essigsäure
Diethylamin
Ethylenglykol
Modellsikkerwasser:
Essigsäure
Diethylamin
Ethylenglykol
toniger Mergel,
tonig-sandiger Schluff,
Illit, Chlorit,
Südbayern, Obere
Süßwassermolasse
Bentonit
Na-belegter Ca-Bentonit,
Obere Süßwassermolasse,
Moosburg
Modellsikkerwasser:
Na-Acetat
Glycin
Essigsäure
Salicylsäure
Modellsikkerwasser:
Na-Acetat
Glycin
Essigsäure
Salicylsäure
Schmalwand, 76%
Feststoff
Ca-Bentonit,
Hochofenzement,
Kalksteinmehl
ungestört
Festbettzelle nach ca. einem Jahr Versuchsdauer
(Permeations- leichte Zunahme
zellen)
i=30 - 200
Knaak
et al.
1996
Schlitzwand, 56%
Feststoff
Ca-Bentonit,
Hochofenzement,
Dynagrout
ungestört
Festbettzelle
(Permeations
zellen)
nach ca. einem Jahr Versuchsdauer
deutliche Zunahme
i=30 - 200
Knaak
et al.
1996
0,9 mol/l
0,5 mol/l
0,9 mol/l
0,9 mol/l
0,5 mol/l
0,9 mol/l
Ustrich,
1991
Substanz- Substanz
klasse
Art des Erdstoffes,
Bodens;
Tonminerale
Zustand
Gemische
Modellsikvon
kerwasser:
Chemikalien Na-Acetat
Glycin,
Essigsäure,
Pyrogallol,
Fe-Sulfat
Modellsikkerwasser:
Na-Acetat
Glycin,
Essigsäure,
Pyrogallol,
Fe-Sulfat
natürliche
Sickerwässer
Ton,
smektitreich,
Unter-Eozän,
Friedland
ungestört
Vollvergußmethode)
i=20
Behrens
1996
Geschiebemergel,
illit-smektitreich
Quartär
Augzin
ungestört
Vollvergußmethode)
i=20
Behrens
1996
(Permeationszellen)
i=14
Schröder
1992
natürliche
Sickerwässer
L1, L2, L3,
L1 gespikt
Ton-Schluff, sandig,
kompaktiert
Illit, Kaolinit,
Mittl.Oligozän
(Ratinger Ton)
kompaktiert
Tonboden,
Kalifornien
Konzentration
L1
L2
L3
L1 gespikt
natürliche
Sickerwässer
L1, L2, L3,
L1 gespikt
natürliche
Sickerwässer
L1, L2, L3,
L1 gespikt
Tonboden,
Smektit, Kaolinit,
Golfküste, SE USA
kompaktiert
Tonboden,
Illit, Kaolinit,
NE USA
kompaktiert
L1
L2
L3
L1 gespikt
L1
L2
L3
L1 gespikt
Versuchsaufbau
Triaxialzelle
Festbettzelle
Triaxialzelle
Festbettzelle
Triaxialzelle
Festbettzelle
Triaxialzelle
Festbettzelle
Triaxialzelle
Triaxialzelle
Abnahme
kein Einfluß
leichte Abnahme
kein Einfluß
Abnahme
leichte Abnahme
leichte Abnahme
leichte Abnahme
leichte Abnahme
leichte Abnahme
Abnahme
leichte Zunahme
Abnahme
leichte Abnahme
kein Einfluß
leichte Abnahme
Bemerkungen
Abnahme:
Literatur
Daniel
et al.
1988
leichte Abnahme:
leichte Abnahme:
Daniel
et al.
1988
Abnahme:
Daniel
et al.
1988
A-11
A-12
Substanz- Substanz
klasse
Art des Erdstoffes,
Bodens;
Tonminerale
Zustand
Gemische
natürliche
von
Sickerwässer
Chemikalien
Ton schluffig,
Illit/Serizit, Kaolinit
Oberes Miozän
(Indener Ton)
Smektit, Illit,
Oberes Miozän
(Reuver Ton)
Illit, Illit-Smektit-mixed
layer
Quartär
Eft- Hellendorf
Schluff stark tonig,
Corrensit, Illit
Muschelkalk,
Eft- Hellendorf
Ton,
smektitreich,
Unter-Eozän,
Friedland
kompaktiert
Festbettzelle - kein Einfluß
(Permeationszellen)
i=14
Schröder
1992
kompaktiert
(Permeationszellen)
i=14
Schröder
1992
kompaktiert
(Permeationszellen)
Untersuchungen bei
unterschiedlichen
hydraulischen
Gradienten
Zeiger
1993
kompaktiert
(Permeationszellen)
Zeiger
1993
ungestört
Behrens
1996
Geschiebemergel,
illit-smektitreich
Quartär
Augzin
ungestört
Vollvergußmethode)
Vollvergußmethode
Untersuchungen bei
unterschiedlichen
hydraulischen
Gradienten
i=20
i=20
Behrens
1996
natürliche
Sickerwässer
natürliche
Sickerwässer
natürliche
Sickerwässer
natürliche
Sickerwässer
natürliche
Sickerwässer
1) IL- Ödometer (incremental load), CL- Ödometer (continuos load)
2) Anderson et al 1985a =Anderson, Brown, Thomas (1985)
3) Anderson et al 1985b = Anderson, Crawley, Zabcik(1985)
Konzentration
Versuchsaufbau
Bemerkungen
Literatur
Anhang B
Einfluß organischer Verbindungen auf das Gefüge von mineralischen Dichtungsmaterialien
klasse
Bodens;
Tonminerale
Zustand
Konzentration
Versuchsaufbau
Einfluß auf das
Gefüge
Kohlenwas- Heptan
serstoffe und
Verwandte
natürl. Böden:
kalkfreier Smektit
kalkhalt. Smektit
Kaolinit, Illit
Kaolinit,
Georgia
kompaktiert
rein
Festbettzelle
Ausbildung von blockigen
Strukturen
kompaktiert
rein
Festbettzelle
Bildung großer Poren und Risse
Heptan
kompaktiert
53 mg/l
Festbettzelle
Triaxialzelle
kein Einfluß
Hexan
Kaolinit
kompaktiert
rein
Festbettzelle
(Ödometer)
„aufgelockertes“ Mikrogefüge
REM
Oktan
Ton, schluffig, Illit, Smektit kompaktiert
(Keuperton)
rein
Kaolin,
Hirschau
kompaktiert
rein
Abnahme des Porenvolumens,
Schrumpfung, Bildung von
Rissen
Starke Abnahme des Porenvolumens, Schrumpfung,
Bildung von Rissen
Porosimetrie, REM;
wassergesättigte Proben
Oktan
Festbettzelle
Festbettzelle
Oktan
illitischer Ton,
Milos
kompaktiert
rein
Festbettzelle Abnahme des Porenvolumens,
(Doppelring- Schrumpfung, Bildung von
permeameter) Rissen
Oktan
Ca- Bentonit,
Milos
kompaktiert
rein
Festbettzelle Sehr starke Abnahme des Poren(Doppelring- volumens, Schrumpfung,
permeameter) Bildung von Rissen
Heptan
Bemerkungen
Literatur
Anderson
Brown,
Thomas
1985
Bowders
1985
Bowders
1985
Porosimetrie, REM;
wassergesättigte Proben,
Gefügeveränderungen deutlicher als
bei Xylol
Porosimetrie, REM;
bei Xylol
Porosimetrie, REM;
Gefügeveränderungen geringer als
bei Xylol
Komodromos,
Göttner
1986b
Haus
1993
Haus
1993
Haus
1993
Haus
1993
B-1
B-2
klasse
Bodens;
Tonminerale
Zustand
Konzentration
Versuchsaufbau
Einfluß auf das
Gefüge
Ausbildung von blockigen
Strukturen
Xylol
(Dimethylbenzol)
natürl. Böden:
kalkfreier Smektit
kalkhalt. Smektit
Kaolinit, Illit
kompaktiert
rein
Festbettzelle
Xylol
(Dimethylbenzol)
Xylol
(Dimethylbenzol)
Ton, schluffig,
Illit, Smektit,
(Keuperton)
Kaolin,
Hirschau
kompaktiert
rein
kompaktiert
rein
Festbettzelle
Festbettzelle
Xylol
(Dimethylbenzol)
illitischer Ton,
Milos
kompaktiert
rein
Xylol
(Dimethylbenzol
Ca- Bentonit
kompaktiert
rein
Xylol
(Dimethylbenzol)
natürl.Böden: Kaolinit,
Glimmer, Bentonit
kompaktiert
rein
Festbettzelle Sehr starke Abnahme des Poren(Doppelring- volumens
permeameter) Schrumpfung, Bildung von
Rissen
Festbettzelle Bildung von Rissen
Methanol
natürl. Böden:
kalkfreier Smektit
kalkhalt. Smektit
Kaolinit, Illit
kompaktiert
rein
Festbettzelle
Methanol
Kaolinit
kompaktiert
rein
Festbettzelle
(Ödometer)
Bildung von Rissen
Alkohole
und Phenole
Abnahme des Porenvolumens,
Rissen
Starke Abnahme des Porenvolumens,
Rissen
Festbettzelle Abnahme des Porenvolumens,
(Doppelring- Schrumpfung, Bildung von
permeameter) Rissen
Bemerkungen
Literatur
Anderson
Brown,
Thomas
1985
Porosimetrie, REM
wassergesättigte Proben
Haus
1993
Porosimetrie, REM
Gefügeveränderungen nicht so
deutlich wie bei Oktan
Porosimetrie, REM;
Gefügeveränderungen geringer als
bei Xylol
Porosimetrie, REM
bei Xylol
1,8 m Durchmesser FreilandLysimeter
Haus
1993
Haus
1993
Haus
1993
Brown,
Thomas,
Greene
1986
Anderson
Brown,
Thomas
1985
Komodromos,
Göttner
1986b
klasse
Bodens;
Tonminerale
Zustand
Konzentration
Versuchsaufbau
Einfluß auf das
Gefüge
Bemerkungen
Literatur
Methanol
kompaktiert
rein
Festbettzelle
(Ödometer)
Bildung von Rissen
Aldehyde
und Ketone
Aceton
natürl. Böden:
kalkfreier Smektit
kalkhalt. Smektit
Kaolinit, Illit
kompaktiert
rein
Festbettzelle
Bildung von Rissen
Organische
Basen
Anilin
natürl. Böden:
kalkfreier Smektit
kalkhalt. Smektit
Kaolinit, Illit
kompaktiert
rein
Triaxialzelle
Anderson
Brown,
Thomas
1985
Organische
Säuren
Essigsäure
natürl. Böden:
kalkfreier Smektit
kalkhalt. Smektit
Kaolinit, Illit
kompaktiert
rein
Festbettzelle
Calciumcarbonat und Eisenoxide
werden gelöst: Poren werden
durch erodierte Bodenteilchen
verstopft
Anderson
Brown,
Thomas
1985
Essigsäure
Kaolinit, Georgia,
Illit-Chlorit,
natürl. Boden
kompaktiert
rein
Triaxialzelle
Festbettzelle
Poren wurden durch
Ausfällungen verstopft
Bowders
1985
Illit, Illit-Smektit-mixed
layer,
Quartär,
Eft- Hellendorf
montmorillonitischer Ton,
Milos
kompaktiert
REM
Festbettzelle Gefügeveränderungen im
(Permeations- obersten mm der Proben, poröses
„Skelettgefüge“
zellen)
Zeiger
1993
kompaktiert
Leichte Vergrößerung des
Porenraumes
REM
Zeiger
1993
Na- Bentonit
kompaktiert
Festbettzelle
(PermeationsZellen)
Festbettzelle
(PermeationsZellen)
Leichte Vergrößerung des
Porenraumes
REM
Zeiger
1993
Gemische
natürl.
von
SickerChemikalien wasser
natürl.
Sickerwasser
natürl.
Sickerwasser
Komodromos,
Göttner
1986b
Anderson
Brown,
Thomas
1985
20%, 40%
60%, 80%
B-3
B-4
klasse
Bodens;
Tonminerale
Tensid +
Benzol oder
Trichlormethan
Tensid +
Trichlormethan
Zustand
Hoheneggelsen
ungestört
Hoheneggelsen
ungestört
Konzentration
Versuchsaufbau
Einfluß auf das
Gefüge
Bemerkungen
Festbettzelle Verdopplung des Poren(Permeations- volumens, Verdreifachung der
Porengröße
Zellen)
0,534 g/l
Festbettzelle Bildung extremer "Kartenhaus(Permeations- und Wabengefüge"
Zellen)
REM
Literatur
Kerschbaum,
Wehner
1995
Mattiat,
Bernhardt
1995
Anhang C
Einfluß organischer Verbindungen auf den Tonmineralbestand mineralischer Dichtungsmaterialien
klasse
Bodens;
Tonminerale
Zustand
Konzentration
Versuchsaufbau
Einfluß auf den
Tonmineralbestand
Kohlenwas- Tetrachlorserstoffe und ethen
Verwandte
kompaktiert
rein
starke Abnahme Smektit
kompaktiert
150 mg/l
rein
Permeationszellen nach
Vollvergußmethode
Vollvergußmethode
Vollvergußmethode
Vollvergußmethode
Vollvergußmethode
Xylol
Ton,
smektitreich,
Friedland
Ton,
smektitreich,
Friedland
Alkohole
und Phenole
Methanol
Ton,
smektitreich,
Friedland
kompaktiert
180 mg/l
5%
Organische
Säuren
Essigsäure
Ton,
smektitreich,
Friedland
kompaktiert
5%
Organische
Basen
Ethanolamin
Ton,
smektitreich,
Friedland
kompaktiert
5%
Ton, schluffig feinsandig,
humose, kohlige
Beimengungen, Smektit,
Reuver- Ton
kompaktiert,
gestört
natürl.
Gemische
Sickervon
Chemikalien wasser
Bemerkungen
Abnahme Smektit, Zunahme
Kaolinit
starke Abnahme Smektit
Abnahme Smektit, Zunahme
Kaolinit
Abnahme Smektit, Bildung von
Illit-Smektit-Wechsellagerungsmineralen
Literatur
Behrens
1996
Behrens
1996
Behrens
1996
Degradation Illit, Bildung von
Illit-Smektit-Wechsellagerungsmineralen
Behrens
1996
deutliche Abnahme Smektit,
Bildung von Illit-SmektitWechsellagerungsmineralen
Behrens
1996
im oberen Abschnitt Umbildung Aufgrabung nach 8 Jahren
der primären Smektite, verstärkte Deponiebetrieb, 0,5m
Bildung von Wechsellagerungs- Basisabdichtung
mineralen und Illit
Bracke
et al.
1991
C-1
C-2
klasse
Bodens;
Tonminerale
Zustand
Konzentration
Versuchsaufbau
Einfluß auf den
Tonmineralbestand
Illitisierung von Illit-Smektit,
Wechsellagerungsmineralen;
chemische Zersetzung
glimmerartiger Minerale in
Schluff- Fraktion
Bildung von Illit-SmektitWechsellagerungsmineralen und
Illit
Abnahme Illit, Bildung von IllitSmektit-Wechsellagerungsmineralen
natürl.
Sickerwasser
Lehm, schluffig, IllitSmektit- mixed layer,
Quartär, Eft- Hellendorf
gestört
BatchVersuche
natürl.
Sickerwasser
Ton,
smektitreich,
Friedland
kompaktiert
Modellsickerwasser
Ton,
smektitreich,
Friedland
kompaktiert
Vollvergußmethode
Vollvergußmethode
Bemerkungen
Literatur
Schellhorn
1993
Behrens
1996
Behrens
1996
Anhang D
Stoffliche, physikalisch-chemische Kennwerte der untersuchten mineralischen
Dichtungsmaterialien (BAM)
pH - Werte (CaCl2)
Horizont
[cm]
0- 2
2- 4
4- 6
6- 8
8 - 10
10 - 12
12 - 14
14 - 16
16 - 18
18 - 20
20 - 22
22 - 24
24 - 26
26 - 28
28 - 30
30 - 32
32 - 34
Ausgangsmaterial
T 01
T 02
T 03
7,23
7,28
7,31
6,50
6,78
7,19
7,28
7,14
7,06
7,24
7,23
7,07
7,49
7,55
7,48
7,56
7,49
7,55
7,46
7,63
7,47
7,52
7,55
7,58
7,53
7,40
7,46
7,22
7,24
7,77
Wilsum (Uelsen)
Horizont
[cm]
Meßzelle
T 08
0- 2
3-5
6- 8
9 - 11
12 - 14
15 - 17
18 - 20
Ausgangsmaterial
7,63
7,57
7,59
7,55
7,46
7,32
7,47
7,91
Dom / Esch 1), 2)
Meßzelle
T 05
T 06
5,50
5,39
5,46
5,12
6,09
5,99
6,04
5,82
5,72
5,79
5,43
5,09
5,04
7,02
Bastwald 1), 2)
T 07
T 11
6,94
7,02
6,91
6,63
6,46
6,33
6,14
5,79
5,85
5,30
5,17
5,09
4,96
5,11
6,35
11,31
11,31
11,45
11,45
11,49
11,39
11,38
11,40
11,25
11,34
11,34
11,31
11,41
11,33
11,35
11,26
12,00
Na-B.-DWM 3)
1) lufttrocken, sonst 105° C – Trocknung
2) mit Zusatz von Montigel F
3) nachgestelltes Ausgangsmaterial (s. 4.1.2.)
D-1
pH - Werte (H2O)
Horizont
[cm]
0- 2
2- 4
4- 6
6- 8
8 - 10
10 - 12
12 - 14
14 - 16
16 - 18
18 - 20
20 - 22
22 - 24
24 - 26
26 - 28
28 - 30
30 - 32
32 - 34
Ausgangsmaterial
Horizont
[cm]
0- 2
3-5
6- 8
9 - 11
12 - 14
15 - 17
18 - 20
Ausgangsmaterial
T 01
7,45
7,66
7,54
6,68
T 02
7,16
7,44
7,51
7,31
7,25
7,50
7,46
7,30
T 03
7,79
7,89
7,75
7,92
7,88
7,94
7,80
7,93
7,81
8,03
8,09
8,13
7,99
7,81
7,79
7,58
7,61
8,22
Wilsum (Uelsen)
Meßszelle
T 08
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
8,98
Dom / Esch 1), 2)
1) lufttrocken, sonst 105° C – Trocknung
2) mit Zusatz von Montigel F
D-2
Meßzelle
T 05
T 06
5,85
6,53
5,84
6,51
5,92
6,48
5,36
6,21
6,04
6,17
5,81
5,52
5,49
7,05
Bastwald 1), 2)
T 07
7,20
7,10
6,99
6,74
6,59
6,37
6,18
5,99
5,92
5,40
5,27
5,23
5,10
5,29
6,56
T 11
11,25
11,32
11,55
11,52
11,61
11,49
11,47
11,50
11,35
11,35
11,38
11,46
11,47
11,35
11,43
11,48
n.b.
Na-B.-DWM 3)
Korndichte der mineralischen Dichtungsmaterialien
Horizont
[cm]
0- 2
2- 4
4- 6
6- 8
8 - 10
10 - 12
12 - 14
14 - 16
16 - 18
18 - 20
20 - 22
22 - 24
24 - 26
26 - 28
28 - 30
30 - 32
32 - 34
Ausgangsmaterial
Horizont
[cm]
0- 2
3-5
6- 8
9 - 11
12 - 14
15 - 17
18 - 20
Ausgangsmaterial
T 01
2,570
2,586
2,565
2,559
T 02
2,554
2,568
2,565
2,565
2,568
2,575
T 03
2,618
2,610
2,615
2,618
2,614
2,626
2,610
2,603
2,624
2,621
2,592
2,581
2,602
2,610
2,592
2,624
2,599
2,551
Wilsum (Uelsen)
Korndichte [g/cm3]
T 05
T 06
2,636
2,638
2,639
2,638
2,639
2,636
2,639
2,646
2,637
2,646
2,646
2.651
2,647
2,640
T 07
2,635
2,637
2,633
2,638
2,642
2,638
2,637
2,637
2,635
2,636
2,636
2,644
2,639
2,638
2,635
2,635
Bastwald /ohne Montigel F
T 11
2,485
2,478
2,420
2,397
2,453
2,401
2,424
2,421
2,410
2,427
2,377
2,384
2,373
2,368
2,418
2,333
2,419
Na-B.-DWM 3)
Korndichte
[g/cm3]
T 08
2,634
2,634
2,642
2,630
2,630
2,633
2,637
2,640
Dom / Esch
D-3
Karbonatgehalte der mineralischen Dichtungen
(Angaben in Gew.-%)
Horizont
[cm]
0- 2
2- 4
4- 6
6- 8
8 - 10
10 - 12
12 - 14
14 - 16
16 - 18
18 - 20
20 - 22
22 - 24
24 - 26
26 - 28
28 - 30
30 - 32
32 - 34
Ausgangsmaterial
Meßzelle
T 01
G
E 1)
0,80 0,42
1,10 0,42
1,00 0,50
0,60 0,25
G
T 02
G
E 1)
0,70 0,17
0,60 0,25
0,70 0,25
0,50 0,33
0,70 0,25
0,80 0,25
0,33
T 03
G
E 1)
1,00 0,88
0,80
1,00
1,00
0,80
1,00
1,00
1,00 0,64
0,30 3)
0,80
1,00
2,00
1,60
0,50
0,60 0,75
0,40 3)
0,30
Wilsum (Uelsen)
0,45
E
1,10
T 05
G
0,00
0,00
0,00
0,00
G
E
0,08
0,08
n.b.
n.b.
T 06
G
0,20
0,10
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,10
0,20
E
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
Bastwald
0,25
E
T 07
G
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,10
0,10
0,00
0,10
0,10
0,00
0,00
E
0,92
0,92
0,92
0,92
0,92
0,92
0,92
0,92
0,92
0,92
0,92
0,92
0,92
0,92
0,92
0,92
0,92
0,92
G = Gasvolumetrische Messung in Anlehnung an Scheibler
E = Berechnung aus Elementaranalyse vor und nach dem Glühen der Probe
1) Wilsum (Meßzelle T01, T02, T03) - Messung nach HCl-Behandlung (sonst Messung nach Glühen)
2) mit Montigel F - Zusatz
3) optimaler Druck während der Messung nicht errreicht oder Flasche möglicherweise undicht
D-4
Horizont
[cm]
0- 2
2- 4
4- 6
6- 8
8 - 10
10 - 12
12 - 14
14 - 16
16 - 18
18 - 20
20 - 22
22 - 24
24 - 26
26 - 28
28 - 30
30 - 32
Ausgangsmaterial
Meßzelle
T 11
G
E
15,50
30,40
39,60
31,70 3)
7,70 3)
30,90
29,80 3)
29,80 3)
18,4 4)
29,80 3)
29,80 3)
27,50
30,20
28,70 3)
26,00
13,30
15,4 4)
26,90 3)
Na-Bentonit-DWM 3)
G
13,40
E 21,80 4),5)
Meßzelle
Horizont
[cm]
0- 2
3-5
6- 8
9 - 11
12 - 14
15 - 17
18 - 20
G
T 08
G
0,40
0,50
0,40
0,40
0,30
0,20
0,20
Dom/Esch
0,20
E
E
0,92
0,75
0,50
0,67
0,58
0,25
0,17
0,75
G = Gasvolumetrische Messung in Anlehnung an Scheibler
E = Berechnung aus Elementaranalyse vor und nach dem Glühen der Probe
3) optimaler Druck während der Messung nicht errreicht oder Flasche möglicherweise undicht
4) Messung kann durch Anwesenheit von Sulfaten verfälscht sein
5) trockene Mischung von Montigel F und HOZ 35L (1:5)
D-5
Ergebnisse der Bestimmung der potentiellen Kationenaustauschkapazität ausgewählter
Proben nach DIN 13536
Probe
( Horizont [cm])
Ausgangsprobe
Wilsum
Ausgangsprobe
Bastwald (incl. 1%
Montigel)
Ausgangsprobe
Dom/Esch (incl. 2%
Montigel)
Na-B.-DWM (trockene Mischung von
Montigel und HOZ
L35 (1:5)
Mischprobe T 01
( 0 – 8,5 )
Mischprobe T 02
( 0 – 15 )
T 02
(0- 5)
T 02
( 5 – 10 )
T 02
( 10 – 14,2 )
Mischprobe T 05
(0– 8)
Mischprobe T 06
( 0 – 19 )
T 06
(0- 6)
T 06
( 6 – 12 )
T 06
( 12 – 18 )
T 08
(0- 2)
T 08
( 15 – 17 )
D-6
K
Summe
KAKpot
2,11
1,36
17,91
1,01
1,06
0,16
1,65
0,47
0,28
2,14
0,10
2,45
4,84
0,01
16,03
9,12
65,24
0,04
3,88
7,22
3,11
11,95
0,04
4,54
6,35
3,32
14,34
0,22
10,34
11,75
3,58
23,56
0,21
10,31
12,07
3,44
23,61
0,15
10,68
12,45
3,68
23,72
0,00
1,07
1,45
0,18
1,32
0,01
1,31
1,54
0,19
2,51
0,24
2,95
3,23
0,16
6,23
0,17
2,82
3,00
0,18
6,05
0,19
2,50
2,75
0,18
5,75
0,28
1,05
6,44
0,14
5,70
0,24
0,82
5,46
0,13
5,24
Na
Mg
1,22
8,58
0,30
Ca
[cmol+/kg]
Ergebnisse der Laser-Partikelanalyse
* Messung mit gleichem Gerät im Landesamt für Geowissenschaften und Rohstoffe Brandenburg (LGRB),
sonst Messung an der Universität Regensburg mit Leihgerät der Fa. Coulter
(Angaben in Vol.-%)
Gesamtsumme
Vol.-%
Kies
>2mm
Summe
Sand
Summe
Schluff
Summe
Ton
> 2000 µm
17,5
22,3
26,3
27,0
26,2
30,7
36,0
36,4
63-2000 µm
39,8
38,8
39,5
36,0
37,1
38,2
30,8
27,6
2-63 µm
31,1
28,0
24,6
24,3
25,6
22,6
18,2
16,3
< 2 µm
20-63 µm
9,7
8,8
7,2
7,6
8,4
6,9
6,0
5,4
630 µm -2 mm
6,3-20 µm
Sand
2-6,3µm
1,7
1,7
1,4
1,5
1,7
1,3
1,3
1,1
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
11,6
10,7
8,8
9,3
10,3
8,4
7,7
6,8
88,4
89,1
90,4
87,3
88,9
91,5
85,0
80,2
0,0
0,2
0,8
3,4
0,8
0,1
7,3
13,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
100
100
100
100
100
100
100
100
10,0
6,3
9,9
10,3
8,6
9,6
5,9
10,7
11,1
12,6
12,4
10,2
10,5
9,2
10,6
14,0
85,4
47,7
89,9
89,0
83,5
90,4
51,6
89,3
78,5
87,4
87,6
88,2
89,3
90,2
87,9
86,0
4,6
46,0
0,2
0,7
8,0
0,0
42,5
0,0
10,4
0,0
0,0
1,6
0,2
0,6
1,5
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
200-630 µm
0,63-2 µm
0,2
0,3
0,3
0,2
0,2
0,2
0,3
0,2
63-200 µm
0,2-0,63 µm
Horizont
[ cm ]
<0,2 µm
Ton
Schluff
KG-Fraktion
Meßzelle T 01
1
2
3
4
5
6
7
8
0,0
0,2
0,8
3,2
0,8
0,1
7,0
11,4
0,0
0,0
0,0
0,2
0,0
0,0
0,3
1,6
Meßzelle T 02
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
0,2
0,1
0,2
0,2
0,2
0,2
0,1
0,1
0,3
0,1
0,1
0,2
0,2
0,1
0,2
0,1
1,6
1,1
1,4
1,7
1,3
1,5
1,1
1,8
2,3
2,2
2,6
1,8
1,7
1,4
1,8
2,5
8,3
5,1
8,2
8,5
7,1
7,8
4,7
8,8
8,5
10,3
9,7
8,2
8,7
7,7
8,5
11,4
25,0
15,2
26,2
26,7
22,7
25,5
15,4
28,0
23,4
30,4
29,6
24,7
25,5
22,5
23,5
29,9
34,4
20,2
40,1
37,7
34,2
38,9
22,5
39,1
30,5
40,0
38,8
36,3
36,4
35,4
33,0
36,3
26,0
12,3
23,6
24,6
26,6
26,0
13,7
22,2
24,6
17,0
19,2
27,2
27,4
32,3
31,4
19,8
4,4
0,0
0,2
0,7
7,6
0,0
0,0
0,0
2,2
0,0
0,0
1,6
0,2
0,6
1,5
0,0
0,2
0,0
0,0
0,0
0,4
0,0
0,0
0,0
8,2
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
46,0
0,0
0,0
0,0
0,0
42,5
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
D-7
Gesamtsumme
Vol.-%
Kies
>2mm
Summe
Sand
Summe
Schluff
Summe
Ton
> 2000 µm
18,0
14,2
10,7
10,8
14,8
16,6
24,9
17,8
14,2
17,8
13,3
18,9
12,0
19,0
26,3
28,2
17,2
15,5
19,5
10,4
14,0
12,5
11,1
14,3
26,8
15,0
12,5
14,0
31,1
16,8
63-2000 µm
36,8
37,0
36,3
34,0
37,6
37,9
37,7
37,6
41,5
39,4
38,0
32,2
39,7
40,3
38,1
36,9
39,4
41,7
40,4
39,1
41,4
43,0
41,0
41,5
38,0
39,6
40,4
40,1
36,4
37,2
2-63 µm
28,8
32,3
35,4
36,2
32,9
31,3
26,2
30,5
31,5
30,2
32,8
22,1
32,9
28,7
25,0
24,2
30,2
30,5
28,5
35,1
31,4
31,4
33,7
31,6
25,1
31,7
32,6
32,0
22,6
31,2
< 2 µm
20-63 µm
10,8
13,2
14,0
15,1
11,7
10,7
8,8
11,2
10,2
10,0
12,6
7,5
12,4
9,7
8,5
8,1
10,6
9,8
9,2
12,1
10,6
10,5
11,4
10,2
8,0
11,0
11,6
11,2
7,5
11,7
630 µm -2 mm
6,3-20 µm
Sand
2-6,3µm
2,4
3,1
3,3
3,6
2,6
2,6
2,1
2,6
2,3
2,3
3,0
1,8
2,7
2,1
1,9
1,8
2,4
2,2
2,1
2,9
2,3
2,3
2,6
2,2
1,7
2,5
2,7
2,5
1,7
2,8
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
13,4
16,5
17,6
19,0
14,6
13,6
11,1
14,1
12,8
12,5
15,9
9,5
15,4
12,0
10,6
10,2
13,2
12,3
11,6
15,4
13,2
13,1
14,2
12,6
9,9
13,7
14,5
13,9
9,6
14,7
83,6
83,5
82,4
81,0
85,3
85,8
88,8
85,9
87,2
87,4
84,1
73,2
84,6
88,0
89,4
89,3
86,8
87,7
88,4
84,6
86,8
86,9
85,8
87,4
89,9
86,3
85,5
86,1
90,1
85,2
3,0
0,0
0,0
0,0
0,1
0,6
0,1
0,0
0,0
0,1
0,0
17,3
0,0
0,0
0,0
0,5
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,2
0,0
0,0
0,0
0,3
0,1
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
10,0
8,6
9,6
86,7
85,1
84,5
3,3
6,3
5,9
0,0
0,0
0,0
100
100
100
9,6
19,8
88,4
78,9
2,0
2,1
0,0
0,0
100
100
200-630 µm
0,63-2 µm
0,2
0,3
0,4
0,4
0,3
0,3
0,3
0,3
0,3
0,2
0,3
0,3
0,3
0,3
0,3
0,3
0,3
0,3
0,3
0,4
0,3
0,3
0,3
0,3
0,2
0,2
0,3
0,2
0,3
0,3
63-200 µm
0,2-0,63 µm
Horizont
[ cm ]
<0,2 µm
Ton
Schluff
KG-Fraktion
Meßzelle T 03
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
1,6
0,0
0,0
0,0
0,1
0,6
0,1
0,0
0,0
0,1
0,0
15,0
0,0
0,0
0,0
0,5
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,2
0,0
0,0
0,0
0,3
0,1
1,4
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
2,3
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
Meßzelle T 03*
0-2
14 – 16
30 - 32
0,4
0,4
0,4
1,5
1,4
1,6
8,0
6,8
7,6
25,8
21,6
23,8
35,9
32,4
33,4
25,0
31,1
27,3
3,3
6,3
5,9
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
Ausgangsmaterial
Wilsum
Uelsen*
D-8
0,1
0,3
1,5
4,1
8,0 24,7 36,7 27,0
14,6 33,0 31,3 14,6
2,0
2,1
0,0
0,0
0,0
0,0
Gesamtsumme
Vol-%
Kies
>2mm
Summe
Sand
Summe
Schluff
Summe
Ton
> 2000 µm
9,8
19,6
21,7
19,9
17,0
20,3
17,7
13,5
63-2000 µm
16,3
31,9
35,3
36,3
25,8
34,8
27,4
19,7
2-63 µm
14,1
26,2
27,7
28,9
19,3
27,7
22,3
15,4
< 2 µm
20-63 µm
6,9
11,4
10,6
11,4
7,3
10,4
9,4
6,2
630 µm -2 mm
6,3-20 µm
Sand
2-6,3µm
2,0
3,1
2,7
2,9
1,9
2,6
2,5
1,8
6,4
0,0
0,0
0,0
0,4
0,0
0,0
3,7
8,9
14,7
13,6
14,6
9,4
13,2
12,1
8,3
40,2
77,7
84,7
85,1
62,1
82,8
67,4
48,6
50,9
7,6
1,7
0,3
28,6
4,0
20,5
43,2
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
100
100
100
100
100
100
100
100
12,4
24,2
20,7
21,1
16,8
17,8
22,0
11,0
21,6
24,9
8,8
5,8
9,5
9,6
7,1
17,6
17,8
7,2
13,0
14,2
41,7
75,3
77,3
78,5
71,9
64,7
78,0
49,0
78,4
75,1
36,1
24,2
40,6
39,3
38,3
74,6
79,7
31,5
61,5
68,4
45,9
0,5
2,0
0,5
11,3
17,5
0,0
40,0
0,0
0,0
55,2
70,0
49,9
51,2
54,6
7,8
2,5
61,3
25,5
17,4
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
16,8
67,1
16,1
0,0
100
200-630 µm
0,63-2 µm
0,1
0,2
0,3
0,2
0,2
0,2
0,2
0,3
63-200 µm
0,2-0,63 µm
Horizont
[ cm ]
<0,2 µm
Ton
Schluff
KG-Fraktion
Meßzelle T 05
1
2
3
4
5
6
7
8
7,9
6,6
1,7
0,3
14,1
4,0
6,6
12,1
36,6
1,0
0,0
0,0
14,1
0,0
13,9
27,4
Meßzelle T 06
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
0,2
0,4
0,3
0,3
0,2
0,3
0,3
0,2
0,2
0,3
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,2
0,2
0,1
0,2
0,2
3,0
6,0
5,1
4,9
3,9
4,3
5,0
2,5
4,8
5,4
1,9
1,3
2,1
2,2
1,7
4,1
3,9
1,7
2,9
3,0
9,2
17,7
15,3
15,8
12,7
13,2
16,7
8,4
16,6
19,2
6,7
4,4
7,3
7,2
5,3
13,3
13,6
5,5
9,9
11,0
17,1
30,8
26,8
29,8
24,1
23,8
30,5
16,9
31,8
35,7
13,6
8,6
14,9
14,2
11,3
25,3
27,3
11,2
21,8
26,1
16,8
29,8
31,2
32,6
29,0
25,0
33,4
20,1
32,2
30,8
14,6
9,9
16,1
15,6
16,5
30,5
31,7
12,6
24,8
27,9
7,8
14,7
19,3
16,1
18,8
15,9
14,1
12,0
14,4
8,6
7,9
5,7
9,6
9,5
10,5
18,8
20,7
7,7
14,9
11,4
11,2
0,5
2,0
0,5
4,0
13,7
0,0
6,9
0,0
0,0
0,3
5,3
8,8
11,1
14,2
1,0
2,5
10,8
6,0
12,7
31,4
0,0
0,0
0,0
7,3
3,8
0,0
29,4
0,0
0,0
41,4
43,2
33,1
31,0
35,3
1,7
0,0
45,9
16,9
4,7
3,3
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
3,7
0,0
0,0
13,5
21,5
8,0
9,1
5,1
5,1
0,0
4,6
2,6
0,0
Ausgangsmaterial
Bastwald
(ohne
Montigel
F)
0,2
3,9
12,7
24,8
26,6
15,7
11,5
4,6
0,0
D-9
> 2000 µm
Vol.-%
3,3
1,0
24,1
0,9
42,6
32,9
0,9
50,7
1,6
26,0
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
5,5
61,2
33,3
0,0
100
Kies
>2mm
Gesamtsumme
Gesamtsumme
63-2000 µm
89,8
91,3
70,3
91,0
53,1
61,7
91,7
45,7
91,6
68,9
Summe
Sand
Kies
>2mm
2-63 µm
6,9
7,7
5,6
8,1
4,3
5,4
7,4
3,6
6,9
5,1
Summe
Schluff
Summe
Sand
< 2 µm
Summe
Schluff
Summe
Ton
630 µm -2 mm
Sand
0,0
0,0
9,2
0,0
12,9
22,1
0,0
36,4
0,0
0,9
200-630 µm
63-200 µm
20-63 µm
6,3-20 µm
2-6,3µm
0,63-2 µm
0,2-0,63 µm
Horizont
[ cm ]
<0,2 µm
Ton
Schluff
KG-Fraktion
Meßzelle T 08
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,2
1,3
1,3
1,1
1,4
0,8
0,9
1,3
0,6
1,2
1,0
5,5
6,3
4,5
6,6
3,4
4,5
6,0
2,9
5,5
3,9
12,6
15,0
10,0
15,5
7,4
10,4
13,7
6,7
12,7
8,8
29,9
35,0
24,0
34,1
17,3
21,9
32,6
15,7
30,0
19,4
47,3
41,3
36,3
41,4
28,4
29,4
45,4
23,3
48,9
40,7
3,3
0,4
3,7
0,9
8,6
0,5
0,9
3,6
1,6
13,5
0,0
0,6
11,2
0,0
21,1
10,3
0,0
10,7
0,0
11,6
Ausgangsmaterial
Dom/Esch
(ohne
Montigel
F)
0,1
1,1
4,3
10,0
18,8
32,4
5,3
19,4
8,6
2-63 µm
63-2000 µm
> 2000 µm
Vol.-%
Summe
Ton
< 2 µm
630 µm -2 mm
Sand
200-630 µm
63-200 µm
20-63 µm
6,3-20 µm
2-6,3µm
0,63-2 µm
0,2-0,63 µm
Horizont
[ cm ]
<0,2 µm
Ton
Schluff
KG-Fraktion
1,5
3,9
3,1
92,8
91,0
92,3
5,7
5,5
4,9
0,0
0,0
0,0
100
100
100
Meßzelle T 11*
0-2
14 – 16
29 - 30
0,0
0,4
0,3
0,1
0,3
0,2
1,4
3,2
2,7
14,7
15,9
20,1
47,0
41,2
44,7
31,0
33,9
27,5
5,7
5,5
4,9
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
Ausgangsmaterial
Ausgangskompon.
Montigel
F
nachgest.
Ausgangsmaterial
Na-Bent.DWM
D-10
0,1
1,1
4,3
10,0
18,8
32,4
5,3
19,4
8,6
5,5
61,2
33,3
0,0
100
0,3
0,5
0,9
5,0
17,.2
32,4
33,8
9,1
0,9
1,7
54,5
43,8
0,0
100
Ergebnisse der Partikelanalysen mittels Röntgensedimentometer
(Angaben in Gew.-%)
KG-Fraktion
Horizont [cm]
0–2
2–4
4–6
6–8
Horizont [cm]
0–2
2–4
4–6
6–8
8 – 10
10 – 12
12 – 14
14 – 16
16 – 18
Horizont [cm]
0-2
2–4
4–6
6–8
8 – 10
10 – 12
12 – 14
14 - 16
16 - 18
18 - 20
20 – 22
22 – 24
24 – 26
26 – 28
28 - 30
Summe Ton
Summe Schluff
Summe Sand
Kies
Gesamtsumme
< 0,2µm – 2 µm
2 µm - 63 µm
63µm -2000 µm
> 2000 µm
Gew.-%
-
100
100
100
100
3,0
-
100
100
100
100
100
100
100
100
100
-
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
Meßzelle T 05
48,0
23,0
24,0
24,0
51,0
17,0
19,0
20,0
1,0
60,0
57,0
56,0
Meßzelle T 06
24,0
25,0
24,0
24,0
26,0
23,0
25,0
27,0
27,0
17,0
16,0
15,0
17,0
18,0
16,0
17,0
19,0
19,0
48,0
56,0
32,0
41,0
45,0
42,0
31,0
60,0
n.b.
37,0
39,0
28,0
32,0
30,0
37,0
15,0
32,0
19,0
22,0
18,0
23,0
22,0
10,0
n.b.
20,0
23,0
18,0
19,0
21,0
6,0
59,0
59,0
61,0
59,0
56,0
58,0
58,0
54,0
54,0
Meßzelle T 07
37,0
12,0
22,0
37,0
37,0
35,0
47,0
30,0
n.b.
42,0
38,0
54,0
49,0
49,0
57,0
Ausgangsprobe (ohne Montigel F)
Bastwald
Horizont [cm]
0–2
3–5
6–8
9 - 11
12 – 14
15 – 17
18 - 20
17,0
16,0
67,0
-
100
46,0
56,0
47,0
59,0
45,0
46,0
52,0
100
100
100
100
100
100
100
Meßzelle T 08
8,0
4,0
16,0
8,0
12,0
11,0
11,0
4,0
2,0
0,0
0,0
1,0
0,0
1,0
42,0
38,0
37,0
33,0
42,0
43,0
36,0
Ausgangsprobe (ohne Montigel F)
Dom/Esch
-
1,0
47,0
52,0
100
D-11
Anhang E
Schadstoffkonzentrationen in den Kunststoffdichtungsbahnen und in den mineralischen Dichtungen
C0
T01/
Methanol
[mg/l]
104000
KDB
Grenzschicht KDB-mD
0-2 cm
2-4 cm
4-6 cm
Grenzschicht mD-GW
6-8 cm
[mg/kg]
W
Feuchtegehalt in
der mD
bezüglich
bezüglich der
des feuchten Boden-feuchte
Bodens
bezüglich des
bezüglich der
feuchten Bodens Bodenfeuchte
bezüglich des bezüglich der
feuchten
Bodenfeuchte
Bodens
Feuchtemeßgerät
105 °C, Reste
Stecher C1-C3
[mg/kg]
[mg/l]
201,9
n.b.
[mg/kg]
[mg/l]
87,7
73,5
n.n.
37,6
29,9
n.n.
[mg/kg]
[mg/l]
[%]
n.b.
42,9
40,7
38,6
[mg/kg]
n.n.
42,6
C2
C3
C4
W
Konzentration an der
Grenzfläche der KDB zur
mD
Konzentration in der mD
(für polare Komponenten
unter Berücksichtigung der
Wiederfindungsrate)
Konzentration in der
Grenzschicht zum
simulierten Grundwasser
Feuchtegehalt in
der mD
bezüglich
bezüglich der
Bodens
bezüglich des
bezüglich der
feuchten
Bodenfeuchte
Bodens
Feuchtemeßgerät
105 °C, Reste
Stecher C1-C3
C1
KonzentraAusgangskonzentra-tion tion in der
KDB
im Schadstoffgemisch
KDB
Grenzschicht KDB-mD
0-2 cm
2-4 cm
4-6 cm
Grenzschicht mD-GW
6-8 cm
[mg/kg]
[mg/l]
2462,87
n.b.
[mg/kg]
[mg/l]
1243,6
981,9
771,6
533,5
399,6
297,8
[mg/kg]
[mg/l]
[%]
1600
n.b.
42,9
40,7
38,6
656,3
C0
[mg/kg]
279,6
42,6
C2
C3
C4
W
mD
Wiederfindungsrate)
Grenzschicht zum
Feuchtegehalt in
der mD
bezüglich
bezüglich der
Bodens
bezüglich des
bezüglich der
feuchten
Bodenfeuchte
Bodens
Feuchtemeßgerät
105 °C, Reste
Stecher C1-C3
C1
KDB
[mg/l]
104000
KDB
Grenzschicht KDB-mD
0-2 cm
2-4 cm
4-6 cm
Grenzschicht mD-GW
6-8 cm
C4
Grenzschicht zum
n.n.
[mg/l]
104000
T01/
Tetrahydrofuran
C3
Wiederfindungsrate)
700
C0
T01/
Aceton
C2
mD
C1
KDB
[mg/kg]
[mg/l]
2830,76
n.b.
[mg/kg]
[mg/l]
1727,4
1476,9
1245,0
741,0
601,1
480,6
[mg/kg]
[mg/l]
[%]
4400
n.b.
42,9
40,7
38,6
951,8
405,5
42,6
E-1
C0
T01/
iso-Octan
[mg/l]
104000
KDB
Grenzschicht KDB-mD
0-2 cm
2-4 cm
4-6 cm
Grenzschicht mD-GW
6-8 cm
W
Feuchtegehalt in
der mD
bezüglich
bezüglich der
Bodens
bezüglich des
bezüglich der
feuchten
Bodenfeuchte
Bodens
Feuchtemeßgerät
105 °C, Reste
Stecher C1-C3
[mg/kg]
[mg/l]
21,62
n.b.
[mg/kg]
[mg/l]
13,24
12,70
1,75
5,68
5,17
0,68
[mg/kg]
[mg/l]
[%]
n.b.
42,9
40,7
38,6
42,6
C2
C3
C4
W
mD
Wiederfindungsrate)
Grenzschicht zum
Feuchtegehalt in
der mD
bezüglich
bezüglich der
Bodens
bezüglich des
bezüglich der
feuchten
Bodenfeuchte
Bodens
Feuchtemeßgerät
105 °C, Reste
Stecher C1-C3
C1
[mg/kg]
n.n.
[mg/kg]
[mg/l]
139,60
n.b.
[mg/kg]
[mg/l]
96,37
71,72
53,09
41,34
29,19
20,49
[mg/kg]
[mg/l]
[%]
12500
n.b.
42,9
40,7
38,6
35,70
C0
[mg/kg]
15,21
42,6
C2
C3
C4
W
mD
Wiederfindungsrate)
Grenzschicht zum
Feuchtegehalt in
der mD
bezüglich
bezüglich der
Bodens
bezüglich des
bezüglich der
feuchten
Bodenfeuchte
Bodens
Feuchtemeßgerät
105 °C, Reste
Stecher C1-C3
C1
KDB
[mg/l]
104000
E-2
[mg/kg]
KDB
KDB
Grenzschicht KDB-mD
0-2 cm
2-4 cm
4-6 cm
Grenzschicht mD-GW
6-8 cm
KDB
Grenzschicht KDB-mD
0-2 cm
2-4 cm
4-6 cm
Grenzschicht mD-GW
6-8 cm
C4
Grenzschicht zum
n.n.
[mg/l]
104000
T01/
Toluol
C3
Wiederfindungsrate)
11600
C0
T01/
Trichlorethylen
C2
mD
C1
AusgangsKonzentrakonzentra-tion tion in der
im SchadstoffKDB
gemisch
[mg/kg]
[mg/l]
114,81
n.b.
[mg/kg]
[mg/l]
102,92
63,37
46,81
44,15
25,79
18,07
[mg/kg]
[mg/l]
[%]
9400
n.b.
42,9
40,7
38,6
34,31
14,62
42,6
C0
T01/
Tetrachlorethylen
[mg/l]
104000
KDB
Grenzschicht KDB-mD
0-2 cm
2-4 cm
4-6 cm
Grenzschicht mD-GW
6-8 cm
[mg/kg]
W
Feuchtegehalt in
der mD
bezüglich
bezüglich der
Bodens
bezüglich des
bezüglich der
feuchten
Bodenfeuchte
Bodens
Feuchtemeßgerät
105 °C, Reste
Stecher C1-C3
[mg/kg]
[mg/l]
81,47
n.b.
[mg/kg]
[mg/l]
75,28
33,34
19,19
32,30
13,57
7,41
[mg/kg]
[mg/l]
[%]
n.b.
42,9
40,7
38,6
[mg/kg]
5,19
42,6
C2
C3
C4
W
mD
Wiederfindungsrate)
Grenzschicht zum
Feuchtegehalt in
der mD
bezüglich
bezüglich der
Bodens
bezüglich des
bezüglich der
feuchten
Bodenfeuchte
Bodens
Feuchtemeßgerät
105 °C, Reste
Stecher C1-C3
C1
KDB
KDB
Grenzschicht KDB-mD
0-2 cm
2-4 cm
4-6 cm
Grenzschicht mD-GW
6-8 cm
[mg/kg]
[mg/l]
126,17
n.b.
[mg/kg]
[mg/l]
283,63
74,24
56,10
121,68
30,22
21,65
[mg/kg]
[mg/l]
[%]
11700
n.b.
42,9
40,7
38,6
44,97
C0
[mg/kg]
19,16
42,6
C2
C3
C4
W
mD
Wiederfindungsrate)
Grenzschicht zum
Feuchtegehalt in
der mD
bezüglich
bezüglich der
Bodens
bezüglich des
bezüglich der
feuchten
Bodenfeuchte
Bodens
Feuchtemeßgerät
105 °C, Reste
Stecher C1-C3
C1
KDB
[mg/l]
104000
KDB
Grenzschicht KDB-mD
0-2 cm
2-4 cm
4-6 cm
Grenzschicht mD-GW
6-8 cm
C4
Grenzschicht zum
12,19
[mg/l]
104000
T01/
Xylol
C3
Wiederfindungsrate)
14900
C0
T01/
Chlorbenzol
C2
mD
C1
im SchadstoffKDB
gemisch
[mg/kg]
[mg/l]
80,14
n.b.
[mg/kg]
[mg/l]
152,96
38,98
27,94
65,62
15,86
10,78
[mg/kg]
[mg/l]
[%]
11700
n.b.
42,9
40,7
38,6
21,76
9,27
42,6
E-3
C0
T02/
Methanol
KDB
[mg/l]
104000
KDB
Grenzschicht KDB-mD
0-2 cm
2-4 cm
4-6 cm
6-8 cm
8-10 cm
10-12 cm
12-14 cm
Grenzschicht mD-GW
14-15 cm
E-4
C4
W
mD
Wiederfindungsrate)
Grenzschicht zum
Feuchtegehalt in
der mD
bezüglich
bezüglich der
Bodens
bezüglich des
bezüglich der
feuchten
Bodenfeuchte
Bodens
Feuchtemeßgerät
105 °C, Reste
Stecher C1-C3
[mg/kg]
[mg/kg]
[mg/l]
220,6
n.b.
[mg/kg]
[mg/l]
82,6
80,7
84,0
30,8
n.n.
n.n.
n.n.
35,7
34,0
37,2
13,3
n.n.
n.n.
n.n.
[mg/kg]
[mg/l]
[%]
n.b.
43,3
42,2
44,3
43,2
43,7
39,7
38,4
n.n.
[mg/kg]
n.n.
38,5
C2
C3
C4
W
mD
Wiederfindungsrate)
Grenzschicht zum
Feuchtegehalt in
der mD
bezüglich
bezüglich der
Bodens
bezüglich des
bezüglich der
feuchten
Bodenfeuchte
Bodens
Feuchtemeßgerät
105 °C, Reste
Stecher C1-C3
C1
KDB
[mg/l]
104000
KDB
Grenzschicht KDB-mD
0-2 cm
2-4 cm
4-6 cm
6-8 cm
8-10 cm
10-12 cm
12-14 cm
Grenzschicht mD-GW
14-15 cm
C3
600
C0
T02/
Aceton
C2
C1
[mg/kg]
[mg/l]
3130,2
n.b.
[mg/kg]
[mg/l]
1772,6
1554,0
1485,1
1225,9
805,1
446,9
229,1
767,0
655,5
657,4
530,0
352,1
177,4
87,9
[mg/kg]
[mg/l]
[%]
1400
n.b.
43,3
42,2
44,3
43,2
43,7
39,7
38,4
50,9
19,6
38,5
C0
T02/
Tetrahydrofuran
KDB
[mg/l]
104000
KDB
Grenzschicht KDB-mD
0-2 cm
2-4 cm
4-6 cm
6-8 cm
8-10 cm
10-12 cm
12-14 cm
Grenzschicht mD-GW
14-15 cm
C4
W
mD
Wiederfindungsrate)
Grenzschicht zum
Feuchtegehalt in
der mD
bezüglich
bezüglich der
Bodens
bezüglich des
bezüglich der
feuchten
Bodenfeuchte
Bodens
Feuchtemeßgerät
105 °C, Reste
Stecher C1-C3
[mg/kg]
[mg/kg]
[mg/l]
3540,0
n.b.
[mg/kg]
[mg/l]
1902,2
1808,3
1869,6
1813,7
1722,8
1331,8
1087,5
823,1
762,7
827,7
784,1
753,6
528,6
417,2
[mg/kg]
[mg/l]
[%]
n.b.
43,3
42,2
44,3
43,2
43,7
39,7
38,4
762,7
[mg/kg]
293,8
38,5
C2
C3
C4
W
mD
Wiederfindungsrate)
Grenzschicht zum
Feuchtegehalt in
der mD
bezüglich
bezüglich der
Bodens
bezüglich des
bezüglich der
feuchten
Bodenfeuchte
Bodens
Feuchtemeßgerät
105 °C, Reste
Stecher C1-C3
C1
KDB
[mg/l]
104000
KDB
Grenzschicht KDB-mD
0-2 cm
2-4 cm
4-6 cm
6-8 cm
8-10 cm
10-12 cm
12-14 cm
Grenzschicht mD-GW
14-15 cm
C3
4400
C0
T02/
iso-Octan
C2
C1
[mg/kg]
[mg/l]
29,30
n.b.
[mg/kg]
[mg/l]
21,11
3,30
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
9,13
1,39
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
[mg/kg]
[mg/l]
[%]
10600
n.b.
43,3
42,2
44,3
43,2
43,7
39,7
38,4
n.n.
n.n.
38,5
E-5
C0
T02/
Trichlorethylen
[mg/l]
104000
KDB
Grenzschicht KDB-mD
0-2 cm
2-4 cm
4-6 cm
6-8 cm
8-10 cm
10-12 cm
12-14 cm
Grenzschicht mD-GW
14-15 cm
E-6
C4
W
Grenzschicht zum
Feuchtegehalt in
der mD
bezüglich
bezüglich der
Bodens
bezüglich des
bezüglich der
feuchten
Bodenfeuchte
Bodens
Feuchtemeßgerät
105 °C, Reste
Stecher C1-C3
[mg/kg]
[mg/kg]
[mg/l]
112,63
n.b.
[mg/kg]
[mg/l]
91,48
78,62
74,04
66,57
51,67
37,21
24,63
39,58
33,16
32,78
28,78
22,60
14,77
9,45
[mg/kg]
[mg/l]
[%]
n.b.
43,3
42,2
44,3
43,2
43,7
39,7
38,4
14,15
[mg/kg]
5,45
38,5
C2
C3
C4
W
mD
Wiederfindungsrate)
Grenzschicht zum
Feuchtegehalt in
der mD
bezüglich
bezüglich der
Bodens
bezüglich des
bezüglich der
feuchten
Bodenfeuchte
Bodens
Feuchtemeßgerät
105 °C, Reste
Stecher C1-C3
C1
KDB
[mg/l]
104000
KDB
Grenzschicht KDB-mD
0-2 cm
2-4 cm
4-6 cm
6-8 cm
8-10 cm
10-12 cm
12-14 cm
Grenzschicht mD-GW
14-15 cm
C3
Wiederfindungsrate)
11300
C0
T02/
Toluol
C2
mD
C1
im SchadstoffKDB
gemisch
[mg/kg]
[mg/l]
92,47
n.b.
[mg/kg]
[mg/l]
75,75
65,06
64,06
57,33
44,51
32,20
21,16
32,78
27,44
28,36
24,78
19,47
12,78
8,12
[mg/kg]
[mg/l]
[%]
8700
n.b.
43,3
42,2
44,3
43,2
43,7
39,7
38,4
12,82
4,94
38,5
C0
T02/
Tetrachlorethylen
KDB
[mg/l]
104000
KDB
Grenzschicht KDB-mD
0-2 cm
2-4 cm
4-6 cm
6-8 cm
8-10 cm
10-12 cm
12-14 cm
Grenzschicht mD-GW
14-15 cm
C4
W
mD
Wiederfindungsrate)
Grenzschicht zum
Feuchtegehalt in
der mD
bezüglich
bezüglich der
Bodens
bezüglich des
bezüglich der
feuchten
Bodenfeuchte
Bodens
Feuchtemeßgerät
105 °C, Reste
Stecher C1-C3
[mg/kg]
[mg/kg]
[mg/l]
66,50
n.b.
[mg/kg]
[mg/l]
42,21
32,70
29,58
25,34
19,71
13,99
8,64
18,27
13,79
13,10
10,95
8,62
5,55
3,31
[mg/kg]
[mg/l]
[%]
n.b.
43,3
42,2
44,3
43,2
43,7
39,7
38,4
5,07
[mg/kg]
1,95
38,5
C2
C3
C4
W
mD
Wiederfindungsrate)
Grenzschicht zum
Feuchtegehalt in
der mD
bezüglich
bezüglich der
Bodens
bezüglich des
bezüglich der
feuchten
Bodenfeuchte
Bodens
Feuchtemeßgerät
105 °C, Reste
Stecher C1-C3
C1
KDB
[mg/l]
104000
KDB
Grenzschicht KDB-mD
0-2 cm
2-4 cm
4-6 cm
6-8 cm
8-10 cm
10-12 cm
12-14 cm
Grenzschicht mD-GW
14-15 cm
C3
13000
C0
T02/
Chlorbenzol
C2
C1
[mg/kg]
[mg/l]
106,80
n.b.
[mg/kg]
[mg/l]
83,48
69,29
71,71
62,75
49,09
36,13
23,22
36,12
29,23
31,74
27,13
21,47
14,34
8,91
[mg/kg]
[mg/l]
[%]
11900
n.b.
43,3
42,2
44,3
43,2
43,7
39,7
38,4
16,91
6,51
38,5
E-7
C0
T02/
Xylol
[mg/l]
104000
KDB
Grenzschicht KDB-mD
0-2 cm
2-4 cm
4-6 cm
6-8 cm
8-10 cm
10-12 cm
12-14 cm
Grenzschicht mD-GW
14-15 cm
E-8
C4
W
Grenzschicht zum
Feuchtegehalt in
der mD
bezüglich
bezüglich der
Bodens
bezüglich des
bezüglich der
feuchten
Bodenfeuchte
Bodens
Feuchtemeßgerät
105 °C, Reste
Stecher C1-C3
[mg/kg]
[mg/kg]
[mg/l]
62,80
n.b.
[mg/kg]
[mg/l]
42,29
33,97
34,04
29,18
23,02
16,91
10,67
18,30
14,33
15,07
12,62
10,07
6,71
4,09
[mg/kg]
[mg/l]
[%]
n.b.
43,3
42,2
44,3
43,2
43,7
39,7
38,4
6,67
[mg/kg]
2,57
38,5
C2
C3
C4
W
mD
Wiederfindungsrate)
Grenzschicht zum
Feuchtegehalt in
der mD
bezüglich
bezüglich der
Bodens
bezüglich des
bezüglich der
feuchten
Bodenfeuchte
Bodens
Feuchtemeßgerät
105 °C, Reste
Stecher C1-C3
C1
KDB
[mg/l]
104000
KDB
Grenzschicht KDB-mD
0-2 cm
2-4 cm
4-6 cm
6-8 cm
8-10 cm
10-12 cm
12-14 cm
14-16 cm
16-18 cm
18-20 cm
20-22 cm
22-24 cm
24-26 cm
26-28 cm
Grenzschicht mD-GW
28-30 cm
C3
Wiederfindungsrate)
11600
C0
T03/
Methanol
C2
mD
C1
im SchadstoffKDB
gemisch
[mg/kg]
[mg/l]
557,1
212,4
[mg/kg]
[mg/l]
504,8
440,0
466,2
344,3
389,2
342,9
265,7
232,1
133,8
185,4
184,0
209,0
96,4
42,7
202,6
194,9
194,1
130,0
140,6
121,8
93,5
79,9
47,4
62,8
70,3
93,5
34,9
16,8
[mg/kg]
[mg/l]
[%]
700
38,1
40,1
44,3
41,6
37,8
36,1
35,5
35,2
34,4
35,4
33,9
38,2
44,7
36,2
39,3
98,0
41,4
42,3
C0
T03/
Aceton
[mg/l]
104000
KDB
Grenzschicht KDB-mD
0-2 cm
2-4 cm
4-6 cm
6-8 cm
8-10 cm
10-12 cm
12-14 cm
14-16 cm
16-18 cm
18-20 cm
20-22 cm
22-24 cm
24-26 cm
26-28 cm
Grenzschicht mD-GW
28-30 cm
C4
W
Grenzschicht zum
Feuchtegehalt in
der mD
bezüglich
bezüglich der
Bodens
bezüglich des
bezüglich der
feuchten
Bodenfeuchte
Bodens
Feuchtemeßgerät
105 °C, Reste
Stecher C1-C3
[mg/kg]
[mg/kg]
[mg/l]
6238,1
2378,6
[mg/kg]
[mg/l]
4123,5
3594,6
3338,0
3027,8
2544,0
2630,0
2232,2
2011,0
1688,2
1464,0
1297,4
1163,7
888,6
720,8
1654,8
1591,9
1389,6
1143,1
918,7
934,2
785,8
691,9
598,0
495,6
495,9
520,6
321,6
283,1
[mg/kg]
[mg/l]
[%]
38,1
40,1
44,3
41,6
37,8
36,1
35,5
35,2
34,4
35,4
33,9
38,2
44,7
36,2
39,3
507,2
[mg/kg]
214,5
42,3
C2
C3
C4
W
mD
Wiederfindungsrate)
Grenzschicht zum
Feuchtegehalt in
der mD
bezüglich
bezüglich der
Bodens
bezüglich des
bezüglich der
feuchten
Bodenfeuchte
Bodens
Feuchtemeßgerät
105 °C, Reste
Stecher C1-C3
C1
KDB
[mg/l]
104000
KDB
Grenzschicht KDB-mD
0-2 cm
2-4 cm
4-6 cm
6-8 cm
8-10 cm
10-12 cm
12-14 cm
14-16 cm
16-18 cm
18-20 cm
20-22 cm
22-24 cm
24-26 cm
26-28 cm
Grenzschicht mD-GW
28-30 cm
C3
Wiederfindungsrate)
2200
C0
T03/
Tetrahydrofuran
C2
mD
C1
KDB
[mg/kg]
[mg/l]
4620,0
1761,6
[mg/kg]
[mg/l]
2297,7
2014,2
2079,2
1936,0
1975,8
2001,0
1830,6
1825,7
1699,2
1595,4
1588,9
1569,2
1443,6
1337,5
922,1
892,0
865,6
730,9
713,5
710,8
644,4
628,2
601,9
540,1
607,3
702,0
522,4
525,4
[mg/kg]
[mg/l]
[%]
7300
38,1
40,1
44,3
41,6
37,8
36,1
35,5
35,2
34,4
35,4
33,9
38,2
44,7
36,2
39,3
1082,9
458,0
42,3
E-9
C0
T03/
iso-Octan
[mg/l]
104000
KDB
Grenzschicht KDB-mD
0-2 cm
2-4 cm
4-6 cm
6-8 cm
8-10 cm
10-12 cm
12-14 cm
14-16 cm
16-18 cm
18-20 cm
20-22 cm
22-24 cm
24-26 cm
26-28 cm
Grenzschicht mD-GW
28-30 cm
E-10
C4
W
Grenzschicht zum
Feuchtegehalt in
der mD
bezüglich
bezüglich der
Bodens
bezüglich des
bezüglich der
feuchten
Bodenfeuchte
Bodens
Feuchtemeßgerät
105 °C, Reste
Stecher C1-C3
[mg/kg]
[mg/kg]
[mg/l]
6,81
2,60
[mg/kg]
[mg/l]
7,34
3,05
5,44
3,88
3,78
2,69
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
2,94
1,35
2,27
1,46
1,36
0,95
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
[mg/kg]
[mg/l]
[%]
38,1
40,1
44,3
41,6
37,8
36,1
35,5
35,2
34,4
35,4
33,9
38,2
44,7
36,2
39,3
n.n.
[mg/kg]
n.n.
42,3
C2
C3
C4
W
mD
Wiederfindungsrate)
Grenzschicht zum
Feuchtegehalt in
der mD
bezüglich
bezüglich der
Bodens
bezüglich des
bezüglich der
feuchten
Bodenfeuchte
Bodens
Feuchtemeßgerät
105 °C, Reste
Stecher C1-C3
C1
KDB
[mg/l]
104000
KDB
Grenzschicht KDB-mD
0-2 cm
2-4 cm
4-6 cm
6-8 cm
8-10 cm
10-12 cm
12-14 cm
14-16 cm
16-18 cm
18-20 cm
20-22 cm
22-24 cm
24-26 cm
26-28 cm
Grenzschicht mD-GW
28-30 cm
C3
Wiederfindungsrate)
11300
C0
T03/
Trichlorethylen
C2
mD
C1
KDB
[mg/kg]
[mg/l]
171,33
65,33
[mg/kg]
[mg/l]
153,07
97,61
97,65
90,43
78,62
73,31
65,99
52,99
56,52
37,99
34,44
27,62
18,57
17,70
61,43
43,23
40,65
34,14
28,39
26,04
23,23
18,23
20,02
12,86
13,16
12,36
6,72
6,95
[mg/kg]
[mg/l]
[%]
10300
38,1
40,1
44,3
41,6
37,8
36,1
35,5
35,2
34,4
35,4
33,9
38,2
44,7
36,2
39,3
10,90
4,61
42,3
C0
T03/
Toluol
[mg/l]
104000
KDB
Grenzschicht KDB-mD
0-2 cm
2-4 cm
4-6 cm
6-8 cm
8-10 cm
10-12 cm
12-14 cm
14-16 cm
16-18 cm
18-20 cm
20-22 cm
22-24 cm
24-26 cm
26-28 cm
Grenzschicht mD-GW
28-30 cm
C4
W
Grenzschicht zum
Feuchtegehalt in
der mD
bezüglich
bezüglich der
Bodens
bezüglich des
bezüglich der
feuchten
Bodenfeuchte
Bodens
Feuchtemeßgerät
105 °C, Reste
Stecher C1-C3
[mg/kg]
[mg/kg]
[mg/l]
153,90
58,68
[mg/kg]
[mg/l]
139,13
90,45
85,93
77,07
67,41
65,19
57,11
46,28
49,29
35,99
33,10
26,28
18,67
19,38
55,84
40,06
35,77
29,10
24,34
23,16
20,11
15,92
17,46
12,18
12,65
11,75
6,76
7,61
[mg/kg]
[mg/l]
[%]
38,1
40,1
44,3
41,6
37,8
36,1
35,5
35,2
34,4
35,4
33,9
38,2
44,7
36,2
39,3
10,10
[mg/kg]
4,27
42,3
C2
C3
C4
W
mD
Wiederfindungsrate)
Grenzschicht zum
Feuchtegehalt in
der mD
bezüglich
bezüglich der
Bodens
bezüglich des
bezüglich der
feuchten
Bodenfeuchte
Bodens
Feuchtemeßgerät
105 °C, Reste
Stecher C1-C3
C1
KDB
[mg/l]
104000
KDB
Grenzschicht KDB-mD
0-2 cm
2-4 cm
4-6 cm
6-8 cm
8-10 cm
10-12 cm
12-14 cm
14-16 cm
16-18 cm
18-20 cm
20-22 cm
22-24 cm
24-26 cm
26-28 cm
Grenzschicht mD-GW
28-30 cm
C3
Wiederfindungsrate)
10000
C0
T03/
Tetrachlorethylen
C2
mD
C1
KDB
[mg/kg]
[mg/l]
104,89
39,99
[mg/kg]
[mg/l]
81,31
49,04
48,91
45,08
39,69
36,79
28,18
18,99
18,20
11,53
9,42
6,52
3,95
3,06
32,63
21,72
20,36
17,02
14,33
13,07
9,92
6,53
6,45
3,90
3,60
2,92
1,43
1,20
[mg/kg]
[mg/l]
[%]
13100
38,1
40,1
44,3
41,6
37,8
36,1
35,5
35,2
34,4
35,4
33,9
38,2
44,7
36,2
39,3
1,07
0,45
42,3
E-11
C0
T03/
Chlorbenzol
[mg/l]
104000
KDB
Grenzschicht KDB-mD
0-2 cm
2-4 cm
4-6 cm
6-8 cm
8-10 cm
10-12 cm
12-14 cm
14-16 cm
16-18 cm
18-20 cm
20-22 cm
22-24 cm
24-26 cm
26-28 cm
Grenzschicht mD-GW
28-30 cm
E-12
C4
W
Grenzschicht zum
Feuchtegehalt in
der mD
bezüglich
bezüglich der
Bodens
bezüglich des
bezüglich der
feuchten
Bodenfeuchte
Bodens
Feuchtemeßgerät
105 °C, Reste
Stecher C1-C3
[mg/kg]
[mg/kg]
[mg/l]
181,00
69,02
[mg/kg]
[mg/l]
156,13
118,93
107,62
78,96
69,02
65,13
54,45
41,41
40,19
31,06
27,67
21,40
15,06
16,33
62,66
52,67
44,80
29,81
24,92
23,13
19,17
14,25
14,23
10,51
10,57
9,57
5,45
6,42
[mg/kg]
[mg/l]
[%]
38,1
40,1
44,3
41,6
37,8
36,1
35,5
35,2
34,4
35,4
33,9
38,2
44,7
36,2
39,3
8,81
[mg/kg]
3,73
42,3
C2
C3
C4
W
mD
Wiederfindungsrate)
Grenzschicht zum
Feuchtegehalt in
der mD
bezüglich
bezüglich der
Bodens
bezüglich des
bezüglich der
feuchten
Bodenfeuchte
Bodens
Feuchtemeßgerät
105 °C, Reste
Stecher C1-C3
C1
KDB
[mg/l]
104000
KDB
Grenzschicht KDB-mD
0-2 cm
2-4 cm
4-6 cm
6-8 cm
8-10 cm
10-12 cm
12-14 cm
14-16 cm
16-18 cm
18-20 cm
20-22 cm
22-24 cm
24-26 cm
26-28 cm
Grenzschicht mD-GW
28-30 cm
C3
Wiederfindungsrate)
9900
C0
T03/
Xylol
C2
mD
C1
KDB
[mg/kg]
[mg/l]
94,87
36,18
[mg/kg]
[mg/l]
74,94
50,64
46,11
37,86
28,22
30,07
24,06
16,16
15,36
10,78
10,00
6,11
3,90
3,52
30,07
22,43
19,19
14,29
10,19
10,68
8,47
5,56
5,44
3,65
3,82
2,73
1,41
1,38
[mg/kg]
[mg/l]
[%]
8800
38,1
40,1
44,3
41,6
37,8
36,1
35,5
35,2
34,4
35,4
33,9
38,2
44,7
36,2
39,3
1,63
0,69
42,3
C0
T05/
Methanol
im SchadstoffKDB
gemisch
[mg/l]
104000
KDB
Grenzschicht KDB-mD
0-2 cm
2-4 cm
4-6 cm
Grenzschicht mD-GW
6-8 cm
[mg/kg]
W
mD
Wiederfindungsrate)
Grenzschicht zum
Feuchtegehalt in
der mD
bezüglich
bezüglich der
Bodens
bezüglich des
bezüglich der
feuchten
Bodenfeuchte
Bodens
Feuchtemeßgerät
105 °C, Reste
Stecher C1-C3
[mg/kg]
[mg/l]
531,3
n.b.
[mg/kg]
[mg/l]
215,5
127,5
64,4
41,0
22,7
11,8
[mg/kg]
[mg/l]
[%]
n.b.
19,0
17,8
18,4
[mg/kg]
8,3
17,0
C2
C3
C4
W
mD
Wiederfindungsrate)
Grenzschicht zum
Feuchtegehalt in
der mD
bezüglich
bezüglich der
Bodens
bezüglich des
bezüglich der
feuchten
Bodenfeuchte
Bodens
Feuchtemeßgerät
105 °C, Reste
Stecher C1-C3
C1
KDB
KDB
Grenzschicht KDB-mD
0-2 cm
2-4 cm
4-6 cm
Grenzschicht mD-GW
6-8 cm
[mg/kg]
[mg/l]
2594,18
n.b.
[mg/kg]
[mg/l]
1744,0
1231,0
720,6
332,1
218,9
132,6
[mg/kg]
[mg/l]
[%]
1500
n.b.
19,0
17,8
18,4
518,9
C0
[mg/kg]
88,1
17,0
C2
C3
C4
W
mD
Wiederfindungsrate)
Grenzschicht zum
Feuchtegehalt in
der mD
bezüglich
bezüglich der
Bodens
bezüglich des
bezüglich der
feuchten
Bodenfeuchte
Bodens
Feuchtemeßgerät
105 °C, Reste
Stecher C1-C3
C1
KDB
[mg/l]
104000
KDB
Grenzschicht KDB-mD
0-2 cm
2-4 cm
4-6 cm
Grenzschicht mD-GW
6-8 cm
C4
48,8
[mg/l]
104000
T05/
Tetrahydrofuran
C3
600
C0
T05/
Aceton
C2
C1
[mg/kg]
[mg/l]
2035,87
n.b.
[mg/kg]
[mg/l]
1430,9
1155,1
710,3
272,4
205,4
130,7
[mg/kg]
[mg/l]
[%]
5200
n.b.
19,0
17,8
18,4
532,1
90,3
17,0
E-13
C0
T05/
iso-Octan
im SchadstoffKDB
gemisch
[mg/l]
104000
KDB
Grenzschicht KDB-mD
0-2 cm
2-4 cm
4-6 cm
Grenzschicht mD-GW
6-8 cm
W
mD
Wiederfindungsrate)
Grenzschicht zum
Feuchtegehalt in
der mD
bezüglich
bezüglich der
Bodens
bezüglich des
bezüglich der
feuchten
Bodenfeuchte
Bodens
Feuchtemeßgerät
105 °C, Reste
Stecher C1-C3
[mg/kg]
[mg/l]
n.n.
n.n.
[mg/kg]
[mg/l]
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
[mg/kg]
[mg/l]
[%]
n.b.
19,0
17,8
18,4
17,0
C2
C3
C4
W
mD
Wiederfindungsrate)
Grenzschicht zum
Feuchtegehalt in
der mD
bezüglich
bezüglich der
Bodens
bezüglich des
bezüglich der
feuchten
Bodenfeuchte
Bodens
Feuchtemeßgerät
105 °C, Reste
Stecher C1-C3
C1
[mg/kg]
n.n.
[mg/kg]
[mg/l]
4,69
n.b.
[mg/kg]
[mg/l]
15,97
10,52
8,79
3,04
1,87
1,62
[mg/kg]
[mg/l]
[%]
13700
n.b.
19,0
17,8
18,4
4,85
C0
[mg/kg]
0,82
17,0
C2
C3
C4
W
mD
Wiederfindungsrate)
Grenzschicht zum
Feuchtegehalt in
der mD
bezüglich
bezüglich der
Bodens
bezüglich des
bezüglich der
feuchten
Bodenfeuchte
Bodens
Feuchtemeßgerät
105 °C, Reste
Stecher C1-C3
C1
KDB
[mg/l]
104000
E-14
[mg/kg]
KDB
KDB
Grenzschicht KDB-mD
0-2 cm
2-4 cm
4-6 cm
Grenzschicht mD-GW
6-8 cm
KDB
Grenzschicht KDB-mD
0-2 cm
2-4 cm
4-6 cm
Grenzschicht mD-GW
6-8 cm
C4
n.n.
[mg/l]
104000
T05/
Toluol
C3
13100
C0
T05/
Trichlorethylen
C2
C1
[mg/kg]
[mg/l]
4,05
n.b.
[mg/kg]
[mg/l]
12,06
8,15
6,50
2,30
1,45
1,20
[mg/kg]
[mg/l]
[%]
10700
n.b.
19,0
17,8
18,4
3,54
0,60
17,0
C0
T05/
Tetrachlorethylen
[mg/l]
104000
KDB
Grenzschicht KDB-mD
0-2 cm
2-4 cm
4-6 cm
Grenzschicht mD-GW
6-8 cm
[mg/kg]
W
Feuchtegehalt in
der mD
bezüglich
bezüglich der
Bodens
bezüglich des
bezüglich der
feuchten
Bodenfeuchte
Bodens
Feuchtemeßgerät
105 °C, Reste
Stecher C1-C3
[mg/kg]
[mg/l]
1,17
n.b.
[mg/kg]
[mg/l]
3,74
2,29
1,21
0,71
0,41
0,22
[mg/kg]
[mg/l]
[%]
n.b.
19,0
17,8
18,4
[mg/kg]
0,04
17,0
C2
C3
C4
W
mD
Wiederfindungsrate)
Grenzschicht zum
Feuchtegehalt in
der mD
bezüglich
bezüglich der
Bodens
bezüglich des
bezüglich der
feuchten
Bodenfeuchte
Bodens
Feuchtemeßgerät
105 °C, Reste
Stecher C1-C3
C1
KDB
KDB
Grenzschicht KDB-mD
0-2 cm
2-4 cm
4-6 cm
Grenzschicht mD-GW
6-8 cm
[mg/kg]
[mg/l]
3,567
n.b.
[mg/kg]
[mg/l]
9,55
6,66
5,48
1,82
1,18
1,01
[mg/kg]
[mg/l]
[%]
11200
n.b.
19,0
17,8
18,4
3,29
C0
[mg/kg]
0,56
17,0
C2
C3
C4
W
mD
Wiederfindungsrate)
Grenzschicht zum
Feuchtegehalt in
der mD
bezüglich
bezüglich der
Bodens
bezüglich des
bezüglich der
feuchten
Bodenfeuchte
Bodens
Feuchtemeßgerät
105 °C, Reste
Stecher C1-C3
C1
KDB
[mg/l]
104000
KDB
Grenzschicht KDB-mD
0-2 cm
2-4 cm
4-6 cm
Grenzschicht mD-GW
6-8 cm
C4
Grenzschicht zum
0,26
[mg/l]
104000
T05/
Xylol
C3
Wiederfindungsrate)
20600
C0
T05/
Chlorbenzol
C2
mD
C1
KDB
[mg/kg]
[mg/l]
1,36
n.b.
[mg/kg]
[mg/l]
4,01
2,71
2,20
0,76
0,48
0,40
[mg/kg]
[mg/l]
[%]
10800
n.b.
19,0
17,8
18,4
1,30
0,22
17,0
E-15
C0
T06/
Methanol
KDB
[mg/l]
104000
KDB
Grenzschicht KDB-mD
0-2 cm
2-4 cm
4-6 cm
6-8 cm
8-10 cm
10-12 cm
12-14 cm
Grenzschicht mD-GW
14-19 cm
E-16
C4
W
mD
Wiederfindungsrate)
Grenzschicht zum
Feuchtegehalt in
der mD
bezüglich
bezüglich der
Bodens
bezüglich des
bezüglich der
feuchten
Bodenfeuchte
Bodens
Feuchtemeßgerät
105 °C, Reste
Stecher C1-C3
[mg/kg]
[mg/kg]
[mg/l]
556,2
n.b.
[mg/kg]
[mg/l]
386,8
260,8
222,2
171,2
150,3
117,6
63,9
61,3
40,7
34,8
26,1
23,6
17,8
10,3
[mg/kg]
[mg/l]
[%]
n.b.
15,9
15,6
15,7
15,2
15,7
15,1
16,2
39,8
[mg/kg]
6,6
16,6
C2
C3
C4
W
mD
Wiederfindungsrate)
Grenzschicht zum
Feuchtegehalt in
der mD
bezüglich
bezüglich der
Bodens
bezüglich des
bezüglich der
feuchten
Bodenfeuchte
Bodens
Feuchtemeßgerät
105 °C, Reste
Stecher C1-C3
C1
KDB
[mg/l]
104000
KDB
Grenzschicht KDB-mD
0-2 cm
2-4 cm
4-6 cm
6-8 cm
8-10 cm
10-12 cm
12-14 cm
Grenzschicht mD-GW
14-19 cm
C3
800
C0
T06/
Aceton
C2
C1
[mg/kg]
[mg/l]
6511,2
n.b.
[mg/kg]
[mg/l]
4823,6
3641,1
2977,1
2476,8
2009,6
1540,4
1120,6
765,0
568,0
466,8
377,2
315,3
233,2
181,0
[mg/kg]
[mg/l]
[%]
3000
n.b.
15,9
15,6
15,7
15,2
15,7
15,1
16,2
520,1
86,2
16,6
C0
T06/
Tetrahydrofuran
KDB
[mg/l]
104000
KDB
Grenzschicht KDB-mD
0-2 cm
2-4 cm
4-6 cm
6-8 cm
8-10 cm
10-12 cm
12-14 cm
Grenzschicht mD-GW
14-19 cm
C4
W
mD
Wiederfindungsrate)
Grenzschicht zum
Feuchtegehalt in
der mD
bezüglich
bezüglich der
Bodens
bezüglich des
bezüglich der
feuchten
Bodenfeuchte
Bodens
Feuchtemeßgerät
105 °C, Reste
Stecher C1-C3
[mg/kg]
[mg/kg]
[mg/l]
418,0
n.b.
[mg/kg]
[mg/l]
356,3
286,6
231,9
200,6
169,5
144,8
115,4
56,5
44,7
36,4
30,6
26,6
21,9
18,6
[mg/kg]
[mg/l]
[%]
n.b.
15,9
15,6
15,7
15,2
15,7
15,1
16,2
69,8
[mg/kg]
11,6
16,6
C2
C3
C4
W
mD
Wiederfindungsrate)
Grenzschicht zum
Feuchtegehalt in
der mD
bezüglich
bezüglich der
Bodens
bezüglich des
bezüglich der
feuchten
Bodenfeuchte
Bodens
Feuchtemeßgerät
105 °C, Reste
Stecher C1-C3
C1
KDB
[mg/l]
104000
KDB
Grenzschicht KDB-mD
0-2 cm
2-4 cm
4-6 cm
6-8 cm
8-10 cm
10-12 cm
12-14 cm
Grenzschicht mD-GW
14-19 cm
C3
900
C0
T06/
iso-Octan
C2
C1
[mg/kg]
[mg/l]
1,78
n.b.
[mg/kg]
[mg/l]
0,61
0,58
0,03
0,02
0,03
0,03
0,07
0,10
0,09
0,00
0,00
0,00
0,00
0,01
[mg/kg]
[mg/l]
[%]
13400
n.b.
15,9
15,6
15,7
15,2
15,7
15,1
16,2
0,08
0,01
16,6
E-17
C0
T06/
Trichlorethylen
KDB
[mg/l]
104000
KDB
Grenzschicht KDB-mD
0-2 cm
2-4 cm
4-6 cm
6-8 cm
8-10 cm
10-12 cm
12-14 cm
Grenzschicht mD-GW
14-19 cm
E-18
C4
W
mD
Wiederfindungsrate)
Grenzschicht zum
Feuchtegehalt in
der mD
bezüglich
bezüglich der
Bodens
bezüglich des
bezüglich der
feuchten
Bodenfeuchte
Bodens
Feuchtemeßgerät
105 °C, Reste
Stecher C1-C3
[mg/kg]
[mg/kg]
[mg/l]
7,42
n.b.
[mg/kg]
[mg/l]
12,33
10,91
6,41
6,59
4,28
3,69
4,29
1,96
1,70
1,01
1,00
0,67
0,56
0,69
[mg/kg]
[mg/l]
[%]
n.b.
15,9
15,6
15,7
15,2
15,7
15,1
16,2
3,12
[mg/kg]
0,52
16,6
C2
C3
C4
W
mD
Wiederfindungsrate)
Grenzschicht zum
Feuchtegehalt in
der mD
bezüglich
bezüglich der
Bodens
bezüglich des
bezüglich der
feuchten
Bodenfeuchte
Bodens
Feuchtemeßgerät
105 °C, Reste
Stecher C1-C3
C1
KDB
[mg/l]
104000
KDB
Grenzschicht KDB-mD
0-2 cm
2-4 cm
4-6 cm
6-8 cm
8-10 cm
10-12 cm
12-14 cm
Grenzschicht mD-GW
14-19 cm
C3
12000
C0
T06/
Toluol
C2
C1
[mg/kg]
[mg/l]
5,84
n.b.
[mg/kg]
[mg/l]
8,25
7,91
4,53
4,82
3,00
2,44
2,63
1,31
1,23
0,71
0,73
0,47
0,37
0,42
[mg/kg]
[mg/l]
[%]
11800
n.b.
15,9
15,6
15,7
15,2
15,7
15,1
16,2
1,89
0,31
16,6
C0
T06/
Tetrachlorethylen
KDB
[mg/l]
104000
KDB
Grenzschicht KDB-mD
0-2 cm
2-4 cm
4-6 cm
6-8 cm
8-10 cm
10-12 cm
12-14 cm
Grenzschicht mD-GW
14-19 cm
C4
W
mD
Wiederfindungsrate)
Grenzschicht zum
Feuchtegehalt in
der mD
bezüglich
bezüglich der
Bodens
bezüglich des
bezüglich der
feuchten
Bodenfeuchte
Bodens
Feuchtemeßgerät
105 °C, Reste
Stecher C1-C3
[mg/kg]
[mg/kg]
[mg/l]
2,72
n.b.
[mg/kg]
[mg/l]
3,22
2,59
1,22
1,15
0,61
0,31
0,26
0,51
0,40
0,19
0,18
0,10
0,05
0,04
[mg/kg]
[mg/l]
[%]
n.b.
15,9
15,6
15,7
15,2
15,7
15,1
16,2
0,21
[mg/kg]
0,03
16,6
C2
C3
C4
W
mD
Wiederfindungsrate)
Grenzschicht zum
Feuchtegehalt in
der mD
bezüglich
bezüglich der
Bodens
bezüglich des
bezüglich der
feuchten
Bodenfeuchte
Bodens
Feuchtemeßgerät
105 °C, Reste
Stecher C1-C3
C1
KDB
[mg/l]
104000
KDB
Grenzschicht KDB-mD
0-2 cm
2-4 cm
4-6 cm
6-8 cm
8-10 cm
10-12 cm
12-14 cm
Grenzschicht mD-GW
14-19 cm
C3
18700
C0
T06/
Chlorbenzol
C2
C1
[mg/kg]
[mg/l]
3,38
n.b.
[mg/kg]
[mg/l]
6,58
6,35
3,62
4,48
2,62
2,03
2,14
1,04
0,99
0,57
0,68
0,41
0,31
0,35
[mg/kg]
[mg/l]
[%]
12300
n.b.
15,9
15,6
15,7
15,2
15,7
15,1
16,2
1,55
0,26
16,6
E-19
C0
T06/
Xylol
KDB
[mg/l]
104000
KDB
Grenzschicht KDB-mD
0-2 cm
2-4 cm
4-6 cm
6-8 cm
8-10 cm
10-12 cm
12-14 cm
Grenzschicht mD-GW
14-19 cm
* Messung nur für C3
E-20
C4
W
mD
Wiederfindungsrate)
Grenzschicht zum
Feuchtegehalt in
der mD
bezüglich
bezüglich der
Bodens
bezüglich des
bezüglich der
feuchten
Bodenfeuchte
Bodens
Feuchtemeßgerät
105 °C, Reste
Stecher C1-C3
[mg/kg]
[mg/kg]
[mg/l]
1,70
n.b.
[mg/kg]
[mg/l]
3,46
2,82
1,55
1,88
1,11
0,83
1,00
0,55
0,44
0,24
0,29
0,17
0,13
0,16
[mg/kg]
[mg/l]
[%]
n.b.
15,9
15,6
15,7
15,2
15,7
15,1
16,2
0,73
[mg/kg]
0,12
16,6
C2
C3
C4
W
mD
Wiederfindungsrate)
Grenzschicht zum
Feuchtegehalt in
der mD
bezüglich
bezüglich der
Bodens
bezüglich des
bezüglich der
feuchten
Bodenfeuchte
Bodens
Feuchtemeßgerät
105 °C, Reste
Stecher C1-C3
C1
KDB
[mg/l]
104000
KDB
Grenzschicht KDB-mD
0-2 cm
2-4 cm
4-6 cm
6-8 cm
8-10 cm
10-12 cm
12-14 cm
14-16 cm
16-18 cm
18-20 cm
20-22 cm
22-24 cm
24-26 cm
26-28 cm
28-30 cm
Grenzschicht mD-GW
30-32 cm *
C3
11800
C0
T07/
Methanol
C2
C1
[mg/kg]
[mg/l]
179,9
n.b.
[mg/kg]
[mg/l]
80,6
72,0
59,7
44,8
41,8
17,5
8,6
3,9
0,1
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
12,1
10,9
9,4
6,9
6,4
2,5
1,4
0,6
0,0
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
[mg/kg]
[mg/l]
[%]
800
n.b.
15,1
15,2
15,7
15,3
15,3
14,5
16,6
15,1
17,5
17,3
18,8
15,0
15,4
14,9
15,3
n.n.
n.n.
17,7
C0
T07/
Aceton
[mg/l]
104000
KDB
Grenzschicht KDB-mD
0-2 cm
2-4 cm
4-6 cm
6-8 cm
8-10 cm
10-12 cm
12-14 cm
14-16 cm
16-18 cm
18-20 cm
20-22 cm
22-24 cm
24-26 cm
26-28 cm
28-30 cm
Grenzschicht mD-GW
30-32 cm *
C2
C3
C4
W
mD
Wiederfindungsrate)
Grenzschicht zum
Feuchtegehalt in
der mD
bezüglich
bezüglich der
Bodens
bezüglich des
bezüglich der
feuchten
Bodenfeuchte
Bodens
Feuchtemeßgerät
105 °C, Reste
Stecher C1-C3
C1
KDB
[mg/kg]
[mg/kg]
[mg/l]
3633,8
n.b.
[mg/kg]
[mg/l]
2700,4
2418,5
2223,3
1846,6
1705,9
1463,7
1186,2
943,5
766,8
557,0
429,1
272,2
158,2
59,1
11,6
406,5
366,4
348,5
282,1
260,2
212,5
197,3
142,5
134,0
96,2
80,6
40,9
24,4
8,8
1,8
[mg/kg]
[mg/l]
[%]
2000
n.b.
15,1
15,2
15,7
15,3
15,3
14,5
16,6
15,1
17,5
17,3
18,8
15,0
15,4
14,9
15,3
n.n.
n.n.
17,7
C0
T07/
Tetrahydrofuran
KDB
[mg/l]
104000
KDB
Grenzschicht KDB-mD
0-2 cm
2-4 cm
4-6 cm
6-8 cm
8-10 cm
10-12 cm
12-14 cm
14-16 cm
16-18 cm
18-20 cm
20-22 cm
22-24 cm
24-26 cm
26-28 cm
28-30 cm
Grenzschicht mD-GW
30-32 cm *
C2
C3
C4
W
mD
Wiederfindungsrate)
Grenzschicht zum
Feuchtegehalt in
der mD
bezüglich
bezüglich der
Bodens
bezüglich des
bezüglich der
feuchten
Bodenfeuchte
Bodens
Feuchtemeßgerät
105 °C, Reste
Stecher C1-C3
C1
[mg/kg]
[mg/kg]
[mg/l]
2280,8
n.b.
[mg/kg]
[mg/l]
1775,2
1613,8
1645,2
1482,0
1567,4
1524,2
1400,8
1290,5
1235,8
1124,1
1119,6
968,6
838,4
679,4
542,6
267,2
244,5
257,9
226,4
239,1
221,3
233,0
195,0
215,9
194,2
210,4
145,4
129,4
101,0
82,9
[mg/kg]
[mg/l]
[%]
5000
n.b.
15,1
15,2
15,7
15,3
15,3
14,5
16,6
15,1
17,5
17,3
18,8
15,0
15,4
14,9
15,3
483,7
85,4
17,7
E-21
C0
T07/
iso-Octan
[mg/l]
104000
KDB
Grenzschicht KDB-mD
0-2 cm
2-4 cm
4-6 cm
6-8 cm
8-10 cm
10-12 cm
12-14 cm
14-16 cm
16-18 cm
18-20 cm
20-22 cm
22-24 cm
24-26 cm
26-28 cm
28-30 cm
Grenzschicht mD-GW
30-32 cm *
C2
C3
C4
W
mD
Wiederfindungsrate)
Grenzschicht zum
Feuchtegehalt in
der mD
bezüglich
bezüglich der
Bodens
bezüglich des
bezüglich der
feuchten
Bodenfeuchte
Bodens
Feuchtemeßgerät
105 °C, Reste
Stecher C1-C3
C1
KDB
[mg/kg]
[mg/kg]
[mg/l]
1,72
n.b.
[mg/kg]
[mg/l]
0,57
n.n.
1,24
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
0,09
n.n.
0,19
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
[mg/kg]
[mg/l]
[%]
13900
n.b.
15,1
15,2
15,7
15,3
15,3
14,5
16,6
15,1
17,5
17,3
18,8
15,0
15,4
14,9
15,3
n.n.
n.n.
17,7
C0
T07/
Trichlorethylen
KDB
[mg/l]
104000
KDB
Grenzschicht KDB-mD
0-2 cm
2-4 cm
4-6 cm
6-8 cm
8-10 cm
10-12 cm
12-14 cm
14-16 cm
16-18 cm
18-20 cm
20-22 cm
22-24 cm
24-26 cm
26-28 cm
28-30 cm
Grenzschicht mD-GW
30-32 cm *
E-22
C2
C3
C4
W
mD
Wiederfindungsrate)
Grenzschicht zum
Feuchtegehalt in
der mD
bezüglich
bezüglich der
Bodens
bezüglich des
bezüglich der
feuchten
Bodenfeuchte
Bodens
Feuchtemeßgerät
105 °C, Reste
Stecher C1-C3
C1
[mg/kg]
[mg/kg]
[mg/l]
18,43
n.b.
[mg/kg]
[mg/l]
16,16
16,41
13,40
10,40
9,19
7,42
6,44
2,89
2,69
2,19
1,82
1,19
0,63
0,36
n.n.
2,43
2,49
2,10
1,59
1,40
1,08
1,07
0,44
0,47
0,38
0,34
0,18
0,10
0,05
n.n.
[mg/kg]
[mg/l]
[%]
12200
n.b.
15,1
15,2
15,7
15,3
15,3
14,5
16,6
15,1
17,5
17,3
18,8
15,0
15,4
14,9
15,3
n.n.
n.n.
17,7
C0
T07/
Toluol
[mg/l]
104000
KDB
Grenzschicht KDB-mD
0-2 cm
2-4 cm
4-6 cm
6-8 cm
8-10 cm
10-12 cm
12-14 cm
14-16 cm
16-18 cm
18-20 cm
20-22 cm
22-24 cm
24-26 cm
26-28 cm
28-30 cm
Grenzschicht mD-GW
30-32 cm *
C2
C3
C4
W
mD
Wiederfindungsrate)
Grenzschicht zum
Feuchtegehalt in
der mD
bezüglich
bezüglich der
Bodens
bezüglich des
bezüglich der
feuchten
Bodenfeuchte
Bodens
Feuchtemeßgerät
105 °C, Reste
Stecher C1-C3
C1
KDB
[mg/kg]
[mg/kg]
[mg/l]
17,24
n.b.
[mg/kg]
[mg/l]
15,54
15,32
12,39
9,91
8,54
7,12
6,45
3,19
2,99
2,65
2,38
1,76
1,22
0,76
0,51
2,34
2,32
1,94
1,51
1,30
1,03
1,07
0,48
0,52
0,46
0,45
0,26
0,19
0,11
0,08
[mg/kg]
[mg/l]
[%]
12300
n.b.
15,1
15,2
15,7
15,3
15,3
14,5
16,6
15,1
17,5
17,3
18,8
15,0
15,4
14,9
15,3
0,55
0,10
17,7
C0
T07/
Tetrachlorethylen
KDB
[mg/l]
104000
KDB
Grenzschicht KDB-mD
0-2 cm
2-4 cm
4-6 cm
6-8 cm
8-10 cm
10-12 cm
12-14 cm
14-16 cm
16-18 cm
18-20 cm
20-22 cm
22-24 cm
24-26 cm
26-28 cm
28-30 cm
Grenzschicht mD-GW
30-32 cm *
C2
C3
C4
W
mD
Wiederfindungsrate)
Grenzschicht zum
Feuchtegehalt in
der mD
bezüglich
bezüglich der
Bodens
bezüglich des
bezüglich der
feuchten
Bodenfeuchte
Bodens
Feuchtemeßgerät
105 °C, Reste
Stecher C1-C3
C1
[mg/kg]
[mg/kg]
[mg/l]
6,07
n.b.
[mg/kg]
[mg/l]
5,31
4,95
4,32
2,92
2,76
2,10
1,74
0,79
0,80
0,65
0,56
0,33
0,23
0,12
0,08
0,80
0,75
0,68
0,45
0,42
0,31
0,29
0,12
0,14
0,11
0,11
0,05
0,04
0,02
0,01
[mg/kg]
[mg/l]
[%]
18400
n.b.
15,1
15,2
15,7
15,3
15,3
14,5
16,6
15,1
17,5
17,3
18,8
15,0
15,4
14,9
15,3
n.n.
n.n.
17,7
E-23
C0
T07/
Chlorbenzol
[mg/l]
104000
KDB
Grenzschicht KDB-mD
0-2 cm
2-4 cm
4-6 cm
6-8 cm
8-10 cm
10-12 cm
12-14 cm
14-16 cm
16-18 cm
18-20 cm
20-22 cm
22-24 cm
24-26 cm
26-28 cm
28-30 cm
Grenzschicht mD-GW
30-32 cm *
C2
C3
C4
W
mD
Wiederfindungsrate)
Grenzschicht zum
Feuchtegehalt in
der mD
bezüglich
bezüglich der
Bodens
bezüglich des
bezüglich der
feuchten
Bodenfeuchte
Bodens
Feuchtemeßgerät
105 °C, Reste
Stecher C1-C3
C1
KDB
[mg/kg]
[mg/kg]
[mg/l]
14,61
n.b.
[mg/kg]
[mg/l]
12,76
11,76
9,45
7,76
6,60
5,88
5,16
2,79
2,55
2,43
1,96
1,48
1,05
0,97
0,85
1,92
1,78
1,48
1,18
1,01
0,85
0,86
0,42
0,44
0,42
0,37
0,22
0,16
0,14
0,13
[mg/kg]
[mg/l]
[%]
12700
n.b.
15,1
15,2
15,7
15,3
15,3
14,5
16,6
15,1
17,5
17,3
18,8
15,0
15,4
14,9
15,3
0,65
0,11
17,7
C0
T07/
Xylol
KDB
[mg/l]
104000
KDB
Grenzschicht KDB-mD
0-2 cm
2-4 cm
4-6 cm
6-8 cm
8-10 cm
10-12 cm
12-14 cm
14-16 cm
16-18 cm
18-20 cm
20-22 cm
22-24 cm
24-26 cm
26-28 cm
28-30 cm
Grenzschicht mD-GW
30-32 cm *
E-24
C2
C3
C4
W
mD
Wiederfindungsrate)
Grenzschicht zum
Feuchtegehalt in
der mD
bezüglich
bezüglich der
Bodens
bezüglich des
bezüglich der
feuchten
Bodenfeuchte
Bodens
Feuchtemeßgerät
105 °C, Reste
Stecher C1-C3
C1
[mg/kg]
[mg/kg]
[mg/l]
6,43
n.b.
[mg/kg]
[mg/l]
5,67
5,19
4,34
3,38
2,94
2,50
2,15
1,24
1,02
1,06
0,80
0,60
0,41
0,51
0,34
0,85
0,79
0,68
0,52
0,45
0,36
0,36
0,19
0,18
0,18
0,15
0,09
0,06
0,08
0,05
[mg/kg]
[mg/l]
[%]
12200
n.b.
15,1
15,2
15,7
15,3
15,3
14,5
16,6
15,1
17,5
17,3
18,8
15,0
15,4
14,9
15,3
0,18
0,03
17,7
C0
T08/
Methanol
[mg/l]
104000
KDB
Grenzschicht KDB-mD
0-2 cm
3-5 cm
6-8 cm
9-11 cm
12-14 cm
15-17 cm
Grenzschicht mD-GW
18-20 cm
C4
W
Grenzschicht zum
Feuchtegehalt in
der mD
bezüglich
bezüglich der
Bodens
bezüglich des
bezüglich der
feuchten
Bodenfeuchte
Bodens
Feuchtemeßgerät
105 °C, Reste
Stecher C1-C3
[mg/kg]
[mg/kg]
[mg/l]
257,1
30,34
[mg/kg]
[mg/l]
89,7
88,0
50,3
103,5
99,6
107,8
10,0
8,8
5,7
10,9
10,4
11,6
[mg/kg]
[mg/l]
[%]
11,8
11,1
10,0
11,3
10,6
10,4
10,8
107,4
[mg/kg]
11,1
10,3
C2
C3
C4
W
mD
Wiederfindungsrate)
Grenzschicht zum
Feuchtegehalt in
der mD
bezüglich
bezüglich der
Bodens
bezüglich des
bezüglich der
feuchten
Bodenfeuchte
Bodens
Feuchtemeßgerät
105 °C, Reste
Stecher C1-C3
C1
KDB
[mg/l]
104000
KDB
Grenzschicht KDB-mD
0-2 cm
3-5 cm
6-8 cm
9-11 cm
12-14 cm
15-17 cm
Grenzschicht mD-GW
18-20 cm
C3
Wiederfindungsrate)
n.b.
C0
T08/
Aceton
C2
mD
C1
KDB
[mg/kg]
[mg/l]
4936,3
582,5
[mg/kg]
[mg/l]
586,7
491,8
383,4
268,5
195,6
142,8
65,3
49,1
43,4
28,3
20,4
15,4
[mg/kg]
[mg/l]
[%]
n.b.
11,8
11,1
10,0
11,3
10,6
10,4
10,8
78,1
8,1
10,3
E-25
C0
T08/
Tetrahydrofuran
[mg/l]
104000
KDB
Grenzschicht KDB-mD
0-2 cm
3-5 cm
6-8 cm
9-11 cm
12-14 cm
15-17 cm
Grenzschicht mD-GW
18-20 cm
E-26
C4
W
Grenzschicht zum
Feuchtegehalt in
der mD
bezüglich
bezüglich der
Bodens
bezüglich des
bezüglich der
feuchten
Bodenfeuchte
Bodens
Feuchtemeßgerät
105 °C, Reste
Stecher C1-C3
[mg/kg]
[mg/kg]
[mg/l]
376,6
44,4
[mg/kg]
[mg/l]
56,9
46,9
39,2
30,0
26,5
21,1
6,3
4,7
4,4
3,2
2,8
2,3
[mg/kg]
[mg/l]
[%]
11,8
11,1
10,0
11,3
10,6
10,4
10,8
11,7
[mg/kg]
1,2
10,3
C2
C3
C4
W
mD
Wiederfindungsrate)
Grenzschicht zum
Feuchtegehalt in
der mD
bezüglich
bezüglich der
Bodens
bezüglich des
bezüglich der
feuchten
Bodenfeuchte
Bodens
Feuchtemeßgerät
105 °C, Reste
Stecher C1-C3
C1
KDB
[mg/l]
104000
KDB
Grenzschicht KDB-mD
0-2 cm
3-5 cm
6-8 cm
9-11 cm
12-14 cm
15-17 cm
Grenzschicht mD-GW
18-20 cm
C3
Wiederfindungsrate)
n.b.
C0
T08/
iso-Octan
C2
mD
C1
im SchadstoffKDB
gemisch
[mg/kg]
[mg/l]
4,00
0,47
[mg/kg]
[mg/l]
0,53
0,22
0,04
n.n.
0,01
n.n.
0,06
0,02
0,00
n.n.
0,00
n.n.
[mg/kg]
[mg/l]
[%]
n.b.
11,8
11,1
10,0
11,3
10,6
10,4
10,8
n.n.
n.n.
10,3
C0
T08/
Trichlorethylen
[mg/l]
104000
KDB
Grenzschicht KDB-mD
0-2 cm
3-5 cm
6-8 cm
9-11 cm
12-14 cm
15-17 cm
Grenzschicht mD-GW
18-20 cm
C4
W
Grenzschicht zum
Feuchtegehalt in
der mD
bezüglich
bezüglich der
Bodens
bezüglich des
bezüglich der
feuchten
Bodenfeuchte
Bodens
Feuchtemeßgerät
105 °C, Reste
Stecher C1-C3
[mg/kg]
[mg/kg]
[mg/l]
5,49
0,65
[mg/kg]
[mg/l]
3,08
2,69
0,68
0,27
0,19
0,31
0,34
0,27
0,08
0,03
0,02
0,03
[mg/kg]
[mg/l]
[%]
11,8
11,1
10,0
11,3
10,6
10,4
10,8
0,25
[mg/kg]
0,03
10,3
C2
C3
C4
W
mD
Wiederfindungsrate)
Grenzschicht zum
Feuchtegehalt in
der mD
bezüglich
bezüglich der
Bodens
bezüglich des
bezüglich der
feuchten
Bodenfeuchte
Bodens
Feuchtemeßgerät
105 °C, Reste
Stecher C1-C3
C1
KDB
[mg/l]
104000
KDB
Grenzschicht KDB-mD
0-2 cm
3-5 cm
6-8 cm
9-11 cm
12-14 cm
15-17 cm
Grenzschicht mD-GW
18-20 cm
C3
Wiederfindungsrate)
n.b.
C0
T08/
Toluol
C2
mD
C1
im SchadstoffKDB
gemisch
[mg/kg]
[mg/l]
8,52
1,00
[mg/kg]
[mg/l]
4,36
3,48
1,05
0,45
0,35
0,44
0,49
0,35
0,12
0,05
0,04
0,05
[mg/kg]
[mg/l]
[%]
n.b.
11,8
11,1
10,0
11,3
10,6
10,4
10,8
0,33
0,03
10,3
E-27
C0
T08/
Tetrachlorethylen
[mg/l]
104000
KDB
Grenzschicht KDB-mD
0-2 cm
3-5 cm
6-8 cm
9-11 cm
12-14 cm
15-17 cm
Grenzschicht mD-GW
18-20 cm
E-28
C4
W
Grenzschicht zum
Feuchtegehalt in
der mD
bezüglich
bezüglich der
Bodens
bezüglich des
bezüglich der
feuchten
Bodenfeuchte
Bodens
Feuchtemeßgerät
105 °C, Reste
Stecher C1-C3
[mg/kg]
[mg/kg]
[mg/l]
4,90
0,58
[mg/kg]
[mg/l]
1,14
1,13
0,27
0,07
0,07
n.n.
0,13
0,11
0,03
0,01
0,01
n.n.
[mg/kg]
[mg/l]
[%]
11,8
11,1
10,0
11,3
10,6
10,4
10,8
n.n.
[mg/kg]
n.n.
10,3
C2
C3
C4
W
mD
Wiederfindungsrate)
Grenzschicht zum
Feuchtegehalt in
der mD
bezüglich
bezüglich der
Bodens
bezüglich des
bezüglich der
feuchten
Bodenfeuchte
Bodens
Feuchtemeßgerät
105 °C, Reste
Stecher C1-C3
C1
KDB
[mg/l]
104000
KDB
Grenzschicht KDB-mD
0-2 cm
3-5 cm
6-8 cm
9-11 cm
12-14 cm
15-17 cm
Grenzschicht mD-GW
18-20 cm
C3
Wiederfindungsrate)
n.b.
C0
T08/
Chlorbenzol
C2
mD
C1
im SchadstoffKDB
gemisch
[mg/kg]
[mg/l]
11,50
1,36
[mg/kg]
[mg/l]
4,44
3,09
1,42
0,51
0,49
0,42
0,49
0,31
0,16
0,05
0,05
0,04
[mg/kg]
[mg/l]
[%]
n.b.
11,8
11,1
10,0
11,3
10,6
10,4
10,8
0,43
0,04
10,3
C0
T08/
Xylol
[mg/l]
104000
KDB
Grenzschicht KDB-mD
0-2 cm
3-5 cm
6-8 cm
9-11 cm
12-14 cm
15-17 cm
Grenzschicht mD-GW
18-20 cm
Grenzschicht mD-GW
30-32 cm
C4
W
Grenzschicht zum
Feuchtegehalt in
der mD
bezüglich
bezüglich der
Bodens
bezüglich des
bezüglich der
feuchten
Bodenfeuchte
Bodens
Feuchtemeßgerät
105 °C, Reste
Stecher C1-C3
[mg/kg]
[mg/kg]
[mg/l]
8,28
0,98
[mg/kg]
[mg/l]
2,14
1,61
0,76
0,35
0,41
0,26
0,24
0,16
0,09
0,04
0,04
0,03
[mg/kg]
[mg/l]
[%]
11,8
11,1
10,0
11,3
10,6
10,4
10,8
0,18
[mg/kg]
0,02
10,3
C2
C3
C4
W
mD
Wiederfindungsrate)
Grenzschicht zum
Feuchtegehalt in
der mD
bezüglich
bezüglich der
Bodens
bezüglich des
bezüglich der
feuchten
Bodenfeuchte
Bodens
Feuchtemeßgerät
105 °C, Reste
Stecher C1-C3
C1
KDB
[mg/l]
104000
KDB
Grenzschicht KDB-mD
0-2 cm
2-4 cm
4-6 cm
6-8 cm
8-10 cm
10-12 cm
12-14 cm
14-16 cm
16-18 cm
18-20 cm
20-22 cm
22-24 cm
24-26 cm
26-28 cm
28-30 cm
C3
Wiederfindungsrate)
n.b.
C0
T11/
Methanol
C2
mD
C1
KDB
[mg/kg]
[mg/l]
129,3
342,2
[mg/kg]
[mg/l]
17,8
40,8
44,5
40,8
11,2
3,4
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
[mg/kg]
[mg/l]
[%]
700
264,74
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
235,57
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
126,1
n.n.
n.n.
n.b.
E-29
C0
T11/
Aceton
KDB
[mg/l]
104000
KDB
Grenzschicht KDB-mD
0-2 cm
2-4 cm
4-6 cm
6-8 cm
8-10 cm
10-12 cm
12-14 cm
14-16 cm
16-18 cm
18-20 cm
20-22 cm
22-24 cm
24-26 cm
26-28 cm
28-30 cm
Grenzschicht mD-GW
30-32 cm
E-30
C4
W
mD
Wiederfindungsrate)
Grenzschicht zum
Feuchtegehalt in
der mD
bezüglich
bezüglich der
Bodens
bezüglich des
bezüglich der
feuchten
Bodenfeuchte
Bodens
Feuchtemeßgerät
105 °C, Reste
Stecher C1-C3
[mg/kg]
[mg/kg]
[mg/l]
9027,0
23898
[mg/kg]
[mg/l]
4939,1
5064,5
4050,6
4634,6
3986,5
3646,6
4071,2
3481,2
3610,6
2802,8
2586,2
2167,8
2396,6
2142,5
2492,4
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
8505,6
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
3143,3
[mg/kg]
[mg/l]
[%]
264,74
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
235,57
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
126,1
2110,0
[mg/kg]
n.b.
n.b.
C2
C3
C4
W
mD
Wiederfindungsrate)
Grenzschicht zum
Feuchtegehalt in
der mD
bezüglich
bezüglich der
Bodens
bezüglich des
bezüglich der
feuchten
Bodenfeuchte
Bodens
Feuchtemeßgerät
105 °C, Reste
Stecher C1-C3
C1
KDB
[mg/l]
104000
KDB
Grenzschicht KDB-mD
0-2 cm
2-4 cm
4-6 cm
6-8 cm
8-10 cm
10-12 cm
12-14 cm
14-16 cm
16-18 cm
18-20 cm
20-22 cm
22-24 cm
24-26 cm
26-28 cm
28-30 cm
Grenzschicht mD-GW
30-32 cm
C3
1900
C0
T11/
Tetrahydrofuran
C2
C1
[mg/kg]
[mg/l]
3251,6
8608,2
[mg/kg]
[mg/l]
2483,8
2699,7
2160,3
2464,5
2231,0
2018,4
2290,1
1786,3
1991,7
1773,2
1458,2
1530,1
1582,7
1527,0
2111,8
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
4691,9
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
2663,3
[mg/kg]
[mg/l]
[%]
3500
264,74
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
235,57
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
126,1
1986,5
n.b.
n.b.
C0
T11/
iso-Octan
KDB
[mg/l]
104000
KDB
Grenzschicht KDB-mD
0-2 cm
2-4 cm
4-6 cm
6-8 cm
8-10 cm
10-12 cm
12-14 cm
14-16 cm
16-18 cm
18-20 cm
20-22 cm
22-24 cm
24-26 cm
26-28 cm
28-30 cm
Grenzschicht mD-GW
30-32 cm
C4
W
mD
Wiederfindungsrate)
Grenzschicht zum
Feuchtegehalt in
der mD
bezüglich
bezüglich der
Bodens
bezüglich des
bezüglich der
feuchten
Bodenfeuchte
Bodens
Feuchtemeßgerät
105 °C, Reste
Stecher C1-C3
[mg/kg]
[mg/kg]
[mg/l]
n.n.
n.n.
[mg/kg]
[mg/l]
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
n.n.
[mg/kg]
[mg/l]
[%]
264,74
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
235,57
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
126,1
n.n.
[mg/kg]
n.n.
n.b.
C2
C3
C4
W
mD
Wiederfindungsrate)
Grenzschicht zum
Feuchtegehalt in
der mD
bezüglich
bezüglich der
Bodens
bezüglich des
bezüglich der
feuchten
Bodenfeuchte
Bodens
Feuchtemeßgerät
105 °C, Reste
Stecher C1-C3
C1
KDB
[mg/l]
104000
KDB
Grenzschicht KDB-mD
0-2 cm
2-4 cm
4-6 cm
6-8 cm
8-10 cm
10-12 cm
12-14 cm
14-16 cm
16-18 cm
18-20 cm
20-22 cm
22-24 cm
24-26 cm
26-28 cm
28-30 cm
Grenzschicht mD-GW
30-32 cm
C3
10500
C0
T11/
Trichlorethylen
C2
C1
[mg/kg]
[mg/l]
67,5
178,68
[mg/kg]
[mg/l]
41,3
42,0
32,2
31,8
29,5
17,2
15,1
13,0
11,0
8,6
8,4
6,1
6,2
5,2
3,8
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
25,91
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
4,75
[mg/kg]
[mg/l]
[%]
8400
264,74
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
235,57
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
126,1
2,0
n.b.
n.b.
E-31
C0
T11/
Toluol
KDB
[mg/l]
104000
KDB
Grenzschicht KDB-mD
0-2 cm
2-4 cm
4-6 cm
6-8 cm
8-10 cm
10-12 cm
12-14 cm
14-16 cm
16-18 cm
18-20 cm
20-22 cm
22-24 cm
24-26 cm
26-28 cm
28-30 cm
Grenzschicht mD-GW
30-32 cm
E-32
C4
W
mD
Wiederfindungsrate)
Grenzschicht zum
Feuchtegehalt in
der mD
bezüglich
bezüglich der
Bodens
bezüglich des
bezüglich der
feuchten
Bodenfeuchte
Bodens
Feuchtemeßgerät
105 °C, Reste
Stecher C1-C3
[mg/kg]
[mg/kg]
[mg/l]
59,0
156,32
[mg/kg]
[mg/l]
37,6
42,3
35,9
37,5
39,7
26,1
25,0
24,4
22,3
19,1
20,0
16,4
17,1
15,6
14,4
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
52,45
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
18,19
[mg/kg]
[mg/l]
[%]
264,74
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
235,57
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
126,1
6,7
[mg/kg]
n.b.
n.b.
C2
C3
C4
W
mD
Wiederfindungsrate)
Grenzschicht zum
Feuchtegehalt in
der mD
bezüglich
bezüglich der
Bodens
bezüglich des
bezüglich der
feuchten
Bodenfeuchte
Bodens
Feuchtemeßgerät
105 °C, Reste
Stecher C1-C3
C1
KDB
[mg/l]
104000
KDB
Grenzschicht KDB-mD
0-2 cm
2-4 cm
4-6 cm
6-8 cm
8-10 cm
10-12 cm
12-14 cm
14-16 cm
16-18 cm
18-20 cm
20-22 cm
22-24 cm
24-26 cm
26-28 cm
28-30 cm
Grenzschicht mD-GW
30-32 cm
C3
9900
C0
T11/
Tetrachlorethylen
C2
C1
[mg/kg]
[mg/l]
21,0
55,57
[mg/kg]
[mg/l]
12,8
14,3
11,6
12,4
12,6
8,2
7,6
7,2
6,6
5,4
5,6
4,6
4,8
4,1
3,9
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
15,54
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
4,97
[mg/kg]
[mg/l]
[%]
16400
264,74
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
235,57
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
126,1
1,8
n.b.
n.b.
C0
T11/
Chlorbenzol
KDB
[mg/l]
104000
KDB
Grenzschicht KDB-mD
0-2 cm
2-4 cm
4-6 cm
6-8 cm
8-10 cm
10-12 cm
12-14 cm
14-16 cm
16-18 cm
18-20 cm
20-22 cm
22-24 cm
24-26 cm
26-28 cm
28-30 cm
Grenzschicht mD-GW
30-32 cm
C4
W
mD
Wiederfindungsrate)
Grenzschicht zum
Feuchtegehalt in
der mD
bezüglich
bezüglich der
Bodens
bezüglich des
bezüglich der
feuchten
Bodenfeuchte
Bodens
Feuchtemeßgerät
105 °C, Reste
Stecher C1-C3
[mg/kg]
[mg/kg]
[mg/l]
46,1
121,99
[mg/kg]
[mg/l]
28,4
31,5
27,3
26,7
27,9
19,1
18,3
17,8
16,9
13,7
14,2
12,1
11,6
11,0
10,5
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
39,88
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
13,23
[mg/kg]
[mg/l]
[%]
264,74
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
235,57
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
126,1
4,7
[mg/kg]
n.b.
n.b.
C2
C3
C4
W
mD
Wiederfindungsrate)
Grenzschicht zum
Feuchtegehalt in
der mD
bezüglich
bezüglich der
Bodens
bezüglich des
bezüglich der
feuchten
Bodenfeuchte
Bodens
Feuchtemeßgerät
105 °C, Reste
Stecher C1-C3
C1
KDB
[mg/l]
104000
KDB
Grenzschicht KDB-mD
0-2 cm
2-4 cm
4-6 cm
6-8 cm
8-10 cm
10-12 cm
12-14 cm
14-16 cm
16-18 cm
18-20 cm
20-22 cm
22-24 cm
24-26 cm
26-28 cm
28-30 cm
Grenzschicht mD-GW
30-32 cm
C3
10900
C0
T11/
Xylol
C2
C1
[mg/kg]
[mg/l]
24,8
65,54
[mg/kg]
[mg/l]
13,2
14,4
11,9
11,9
12,4
8,5
7,9
7,5
7,1
5,4
5,5
4,7
4,7
4,3
4,1
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
16,63
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
5,23
[mg/kg]
[mg/l]
[%]
11000
264,74
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
235,57
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
n.b.
126,1
1,9
n.b.
n.b.
E-33
Anhang F
Ausgewählte Untersuchungsergebnisse zu den mineralischen
Dichtungsmaterialien im Teilprojekt Regensburg
Erläuterungen zur Kurznotation der Tiefenlokalisierung:
• RF-Analysen:
Horizont 5,0 cm = Bereich 4,1-5,0 cm unter der Kunststoffdichtungsbahn;
Horizont 6,0 cm = Bereich 5,1-6,0 cm unter der Kunststoffdichtungsbahn; usw.
• Karbonatbestimmung, Bindemittelcharakterisierung, Tonmineralanalyse, AtterbergVerfahren:
• Eh-Bestimmung, Eisenspeziesanalyse:
• Na-Bentonit-DWM:
Aufgrund seines geringen Feststoffanteils mußte für RF-Analysen und Sulfatbestimmungen
jeweils ein Bereich von 3 cm zusammengefaßt werden.
RF-Analysen:
Horizont 1-3 cm = Bereich 0,0 -3,0 cm unter der Kunststoffdichtungsbahn;
Horizont 4-6 cm = Bereich 3,1-6,0 cm unter der Kunststoffdichtungsbahn; usw.
• Dom/Esch:
Mit Ausnahme einer Naßsiebung wurde nur die Kornfraktion < 2 mm untersucht.
Verwendete Abkürzungen im tabellarischen Anhang:
GV
Σ Sp
Mittelwert
±
A
σA
NWG
-
Glühverlust
Summe der Spurenelemente
über das gesamte Tiefenprofil gemittelter Wert
Fehlerangabe, aus 2 (Größtfehler: Karbonat, Sulfat, KAK) oder
7 (t-Test, P = 99 %, Photometrie) Messungen; Einzelmessungen
liegen vor, wenn keine Fehlerangabe angegeben wurde
Ausgangsmaterial
natürliche Varianz der Hauptelemente im Ausgangsmaterial (GaußVerteilung)
Nachweisgrenze
Wert wurde nicht bestimmt
F-1
RF-Analysen der Hauptelemente
Meßzelle T 03
Meßzelle T 02
Meßzelle T 01
A
Probe/Horizont
(cm)
F-2
SiO2
Al2O3
Fe2O3
MgO
CaO
Na2O
K2O
TiO2
P2O5
Mn
GV
(Gew.%)
(Gew.%)
(Gew.%)
(Gew.%)
(Gew.%)
(Gew.%)
(Gew.%)
(Gew.%)
(Gew.%)
(Gew.%)
(Gew.%)
Ausgangsmaterial
Wilsum
58,9
17,2
6,2
2,2
0,5
0,3
3,4
0,9
0,1
0,02
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
8,0
Mittelwert
± σA
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
8,0
9,0
10,0
11,0
12,0
13,0
14,0
15,0
16,0
Mittelwert
± σA
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
8,0
9,0
10,0
11,0
12,0
13,0
14,0
15,0
16,0
17,0
18,0
19,0
20,0
21,0
22,0
23,0
24,0
25,0
26,0
27,0
28,0
29,0
30,0
31,0
32,0
33,0
34,0
Mittelwert
± σA
58,5
59,2
59,3
59,6
59,2
58,9
59,8
60,3
59,4
0,34
59,5
59,2
58,8
58,9
59,1
59,3
59,0
59,8
60,0
59,3
58,8
58,6
51,5
60,2
60,5
59,9
58,9
0,34
58,7
59,2
59,4
58,5
59,6
59,1
59,8
59,6
60,1
58,4
59,2
59,1
59,3
59,3
59,5
60,0
60,7
60,2
60,5
60,1
59,4
59,6
59,5
55,6
61,6
62,3
61,2
61,0
61,4
60,6
59,9
59,9
59,9
57,7
59,7
0,34
17,5
18,0
17,5
17,7
17,8
17,4
17,7
17,7
17,7
0,16
18,0
18,1
17,7
17,7
17,6
17,5
17,6
17,8
17,5
17,7
17,7
17,6
15,6
17,3
17,4
17,4
17,5
0,16
18,0
17,8
17,1
17,9
17,6
18,3
17,9
17,2
17,5
17,3
17,9
17,8
18,1
18,2
18,2
17,8
17,7
17,5
17,4
17,6
18,0
18,1
17,2
14,9
16,9
16,9
17,2
17,3
17,3
17,5
17,7
17,4
17,6
16,3
17,5
0,16
6,54
5,94
6,25
6,01
6,23
6,28
5,87
5,76
6,11
0,20
6,30
6,24
6,43
6,46
6,60
6,12
6,25
5,84
5,85
5,97
6,36
6,71
13,76
5,86
5,83
5,92
6,66
0,20
6,17
6,16
6,30
6,20
6,20
6,02
5,90
6,02
6,03
6,12
6,32
6,39
6,07
6,16
5,96
5,73
5,74
5,80
5,98
6,05
6,11
5,94
6,92
11,86
5,53
5,62
5,88
5,89
5,75
5,85
6,10
6,26
6,29
8,84
6,30
0,20
2,09
2,13
2,07
2,11
2,16
2,13
2,13
2,08
2,11
0,04
2,11
2,16
2,11
2,13
2,13
2,09
2,10
2,05
2,00
2,05
2,07
2,13
1,97
2,14
2,14
2,11
2,09
0,04
2,24
2,28
2,11
2,15
2,14
2,25
2,25
2,18
2,14
2,25
2,28
2,27
2,31
2,32
2,28
2,21
2,13
2,13
2,20
2,22
2,27
2,27
2,17
1,86
2,06
2,03
2,06
2,07
2,07
2,08
2,16
2,12
2,14
2,00
2,17
0,04
0,82
0,48
0,53
0,44
0,45
0,41
0,41
0,32
0,48
0,11
0,38
0,43
0,48
0,50
0,43
0,39
0,37
0,35
0,32
0,35
0,37
0,39
0,34
0,41
0,41
0,36
0,39
0,11
0,81
0,55
0,78
0,59
0,39
0,36
0,38
0,64
0,48
1,50
0,40
0,48
0,37
0,36
0,35
0,33
0,36
0,35
0,35
0,34
0,36
0,36
0,34
0,26
0,31
0,28
0,31
0,35
0,36
0,31
0,33
0,37
0,34
0,33
0,43
0,11
0,24
0,26
0,25
0,26
0,25
0,29
0,29
0,29
0,27
0,01
0,23
0,23
0,23
0,23
0,23
0,27
0,24
0,27
0,25
0,26
0,26
0,27
0,24
0,28
0,29
0,28
0,25
0,01
0,29
0,30
0,26
0,26
0,31
0,28
0,28
0,27
0,35
0,31
0,28
0,28
0,30
0,29
0,28
0,30
0,32
0,33
0,32
0,31
0,29
0,28
0,31
0,30
0,35
0,33
0,31
0,31
0,31
0,29
0,27
0,27
0,29
0,29
0,30
0,01
3,43
3,50
3,54
3,60
3,67
3,59
3,63
3,63
3,57
0,01
3,55
3,52
3,48
3,46
3,43
3,47
3,46
3,50
3,51
3,49
3,47
3,49
3,07
3,56
3,57
3,56
3,47
0,01
3,52
3,58
3,38
3,43
3,49
3,59
3,59
3,44
3,62
3,50
3,64
3,61
3,69
3,67
3,68
3,65
3,66
3,61
3,60
3,59
3,65
3,67
3,60
3,19
3,56
3,59
3,56
3,55
3,56
3,57
3,59
3,53
3,55
3,44
3,56
0,01
0,89
0,91
0,91
0,93
0,95
0,95
0,97
0,96
0,93
0,01
0,96
0,92
0,91
0,91
0,89
0,89
0,90
0,92
0,92
0,92
0,91
0,92
0,81
0,94
0,94
0,94
0,91
0,01
0,93
0,95
0,88
0,89
0,91
0,94
0,93
0,89
0,96
0,92
0,96
0,94
0,98
0,97
0,96
0,95
0,95
0,95
0,96
0,95
0,97
0,97
0,97
0,86
0,95
0,96
0,92
0,92
0,93
0,93
0,94
0,92
0,94
0,86
0,94
0,01
0,09
0,06
0,08
0,06
0,06
0,04
0,05
0,04
0,06
0,04
0,06
0,08
0,10
0,11
0,08
0,08
0,07
0,07
0,07
0,07
0,07
0,08
0,05
0,05
0,06
0,05
0,07
0,04
0,07
0,05
0,06
0,08
0,06
0,05
0,06
0,06
0,05
0,05
0,06
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
0,06
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
0,05
0,04
0,05
0,05
0,05
0,07
0,07
0,05
0,05
0,06
0,05
0,10
0,06
0,04
0,018
0,016
0,016
0,016
0,017
0,018
0,017
0,017
0,017
0,001
0,016
0,016
0,016
0,016
0,016
0,016
0,016
0,016
0,015
0,016
0,016
0,017
0,019
0,017
0,018
0,017
0,016
0,001
0,018
0,018
0,015
0,015
0,015
0,017
0,017
0,016
0,017
0,019
0,017
0,018
0,018
0,018
0,017
0,016
0,016
0,016
0,017
0,017
0,017
0,017
0,017
0,015
0,016
0,016
0,016
0,017
0,016
0,016
0,016
0,016
0,016
0,014
0,016
0,001
Σ Sp
Σ
(Gew.%)
(Gew.%)
10,0
0,2
100
9,68
9,26
9,33
9,13
9,02
9,72
8,89
8,74
9,22
0,21
0,21
0,21
0,21
0,20
0,22
0,20
0,20
0,21
100
100
100
100
100
100
100
100
100
8,72
8,98
9,54
9,39
9,29
9,65
9,82
9,30
9,39
9,68
9,73
9,63
12,4
8,99
8,70
9,24
9,53
0,18
0,19
0,19
0,18
0,19
0,18
0,18
0,19
0,19
0,19
0,19
0,19
0,18
0,19
0,19
0,20
0,19
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
9,00
8,83
9,59
9,83
9,11
8,93
8,62
9,44
8,52
9,46
8,78
8,89
8,69
8,48
8,53
8,71
8,21
8,87
8,46
8,59
8,64
8,64
8,70
10,9
8,54
7,69
8,34
8,27
8,03
8,66
8,72
8,84
8,68
9,86
8,82
0,21
0,20
0,21
0,21
0,21
0,21
0,21
0,21
0,21
0,21
0,20
0,21
0,21
0,21
0,21
0,21
0,21
0,21
0,21
0,22
0,21
0,20
0,21
0,19
0,20
0,20
0,22
0,21
0,20
0,21
0,21
0,21
0,21
0,21
0,21
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
A
Meßzelle T 05
Meßzelle T 06
Meßzelle T 07
Σ Sp
Σ
SiO2
Al2O3
Fe2O3
MgO
CaO
Na2O
K2O
TiO2
P2O5
Mn
GV
(Gew.%)
(Gew.%)
(Gew.%)
(Gew.%)
(Gew.%)
(Gew.%)
(Gew.%)
(Gew.%)
(Gew.%)
(Gew.%)
(Gew.%)
(Gew.%)
(Gew.%)
Ausgangsmaterial
Bastwald
79,5
11,6
1,0
0,6
0,0
0,1
2,8
0,4
0,0
0,01
3,8
0,1
100
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
8,0
Mittelwert
± σA
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
8,0
9,0
10,0
11,0
12,0
13,0
14,0
15,0
16,0
17,0
18,0
19,0
20,0
Mittelwert
± σA
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
8,0
9,0
10,0
11,0
12,0
13,0
14,0
15,0
16,0
17,0
18,0
19,0
20,0
21,0
22,0
23,0
24,0
25,0
26,0
27,0
28,0
29,0
30,0
Mittelwert
± σA
76,1
80,1
81,7
82,3
82,1
82,3
81,8
81,5
81,0
1,04
73,8
79,4
80,3
78,6
80,3
79,3
80,6
78,4
80,0
80,9
80,5
80,0
75,7
74,0
79,1
78,2
76,6
81,6
76,3
75,7
78,5
1,04
82,3
81,1
82,1
81,0
81,3
80,1
80,5
80,9
80,1
80,7
80,5
79,2
79,6
82,1
81,9
81,7
81,5
80,6
77,2
76,4
79,9
80,2
81,0
79,6
80,9
81,4
81,4
81,3
80,6
80,2
80,6
1,04
13,1
11,1
10,2
9,93
10,1
9,93
9,98
10,4
10,6
0,66
14,7
11,9
11,2
11,9
11,0
11,6
11,0
12,2
11,2
10,8
10,9
11,3
13,6
14,5
11,5
12,1
13,1
10,2
13,1
13,3
12,1
0,66
9,87
10,7
10,2
10,8
10,4
11,3
11,0
10,9
11,2
11,0
11,1
12,0
11,9
10,2
10,5
10,6
10,6
11,1
12,9
13,3
11,4
11,2
10,7
11,4
10,8
10,4
10,4
10,3
10,8
11,1
11,0
0,66
1,36
1,02
0,92
0,87
0,85
0,79
1,04
0,73
0,95
0,12
1,49
0,98
0,97
1,24
1,09
1,02
0,94
1,14
1,00
0,93
0,90
0,97
1,27
1,41
1,08
1,08
1,22
0,81
1,19
1,31
1,10
0,12
0,79
0,88
0,86
0,90
0,96
1,00
0,99
0,95
0,99
0,89
0,92
0,94
0,96
0,83
0,84
0,83
0,80
0,95
1,22
1,30
1,00
0,93
0,87
1,00
0,90
0,82
0,81
0,85
0,94
0,94
0,93
0,12
0,78
0,58
0,52
0,50
0,49
0,53
0,61
0,51
0,57
0,05
0,86
0,60
0,61
0,69
0,60
0,66
0,59
0,69
0,65
0,61
0,58
0,60
0,79
0,82
0,69
0,70
0,78
0,55
0,76
0,79
0,68
0,05
0,51
0,56
0,53
0,56
0,58
0,60
0,61
0,57
0,59
0,54
0,56
0,57
0,59
0,54
0,52
0,52
0,51
0,57
0,70
0,74
0,60
0,58
0,56
0,62
0,57
0,52
0,52
0,54
0,57
0,56
0,57
0,05
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,01
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,01
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,07
0,06
0,06
0,06
0,07
0,06
0,07
0,06
0,06
0,01
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,10
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,12
0,10
0,00
0,00
0,00
0,00
0,02
0,01
0,07
0,08
0,08
0,09
0,08
0,10
0,08
0,07
0,09
0,08
0,08
0,09
0,08
0,08
0,08
0,08
0,09
0,08
0,08
0,09
0,08
0,09
0,07
0,09
0,10
0,07
0,09
0,08
0,07
0,09
0,08
0,01
3,30
2,68
2,58
2,48
2,52
2,50
2,48
2,53
2,63
0,17
3,45
2,66
2,78
2,92
2,70
2,97
2,74
3,01
2,91
2,71
2,76
2,75
3,29
3,47
2,82
3,00
3,27
2,65
3,27
3,37
2,97
0,17
2,32
2,49
2,43
2,68
2,55
2,74
2,76
2,56
2,56
2,55
2,64
2,65
2,70
2,53
2,50
2,44
2,52
2,67
3,04
3,08
2,79
2,69
2,62
2,75
2,61
2,45
2,46
2,48
2,58
2,55
2,61
0,17
0,50
0,34
0,30
0,27
0,28
0,29
0,32
0,29
0,32
0,05
0,58
0,36
0,35
0,42
0,35
0,36
0,32
0,39
0,36
0,33
0,33
0,36
0,48
0,55
0,40
0,41
0,48
0,30
0,46
0,51
0,40
0,05
0,26
0,32
0,30
0,30
0,31
0,33
0,33
0,34
0,34
0,31
0,33
0,37
0,38
0,30
0,30
0,32
0,31
0,34
0,45
0,46
0,36
0,34
0,31
0,36
0,33
0,31
0,30
0,31
0,34
0,34
0,33
0,05
0,08
0,03
0,03
0,02
0,03
0,02
0,03
0,02
0,03
0,01
0,05
0,04
0,03
0,05
0,03
0,03
0,03
0,04
0,03
0,03
0,03
0,04
0,07
0,08
0,03
0,03
0,04
0,03
0,07
0,07
0,04
0,01
0,22
0,02
0,02
0,02
0,03
0,03
0,03
0,02
0,03
0,02
0,03
0,03
0,03
0,02
0,02
0,02
0,02
0,03
0,04
0,04
0,03
0,03
0,03
0,04
0,03
0,02
0,02
0,02
0,03
0,03
0,03
0,01
0,006
0,005
0,005
0,004
0,004
0,005
0,007
0,005
0,005
0,000
0,007
0,005
0,005
0,006
0,006
0,005
0,005
0,006
0,005
0,005
0,005
0,005
0,006
0,006
0,006
0,005
0,006
0,004
0,006
0,006
0,005
0,000
0,005
0,007
0,005
0,005
0,005
0,005
0,005
0,005
0,005
0,005
0,005
0,005
0,005
0,005
0,004
0,004
0,004
0,005
0,006
0,006
0,005
0,005
0,005
0,005
0,005
0,005
0,005
0,005
0,005
0,005
0,005
0,000
4,44
3,97
3,50
3,37
3,42
3,45
3,51
3,79
3,68
0,22
0,18
0,17
0,16
0,16
0,17
0,16
0,16
0,17
100
100
100
100
100
100
100
100
100
4,90
3,91
3,59
4,01
3,82
3,81
3,68
3,97
3,67
3,59
3,84
3,88
4,59
4,93
4,07
4,22
4,43
3,68
4,62
4,66
4,09
0,17
0,14
0,14
0,14
0,14
0,14
0,14
0,15
0,13
0,13
0,14
0,14
0,18
0,17
0,14
0,14
0,16
0,17
0,22
0,24
0,16
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
3,52
3,69
3,29
3,54
3,59
3,69
3,56
3,56
3,89
3,74
3,70
3,94
3,62
3,22
3,18
3,31
3,50
3,53
4,18
4,40
3,74
3,79
3,63
3,93
3,60
3,84
3,88
3,99
3,95
4,05
3,70
0,15
0,16
0,15
0,15
0,16
0,16
0,15
0,16
0,16
0,16
0,16
0,17
0,17
0,16
0,16
0,16
0,17
0,17
0,18
0,18
0,16
0,16
0,16
0,16
0,16
0,16
0,15
0,16
0,16
0,16
0,16
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
Probe/Horizont
(cm)
F-3
Fe2O3
MgO
CaO
Na2O
K2O
TiO2
P2O5
Mn
GV
(Gew.%)
(Gew.%)
(Gew.%)
(Gew.%)
(Gew.%)
(Gew.%)
(Gew.%)
(Gew.%)
(Gew.%)
(Gew.%)
(Gew.%)
(Gew.%)
A
Ausgangsmaterial
Dom/Esch,
< 2 mm
89,5
4,8
1,6
0,4
0,0
0,2
1,3
0,2
0,0
0,02
1,8
0,1
100
Meßzelle T 08
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
14,0
16,0
18,0
20,0
Mittelwert
± σA
89,3
89,6
89,7
88,5
88,6
89,2
88,5
88,1
87,0
88,0
88,7
0,95
4,66
4,41
4,48
4,99
4,98
4,67
5,00
5,19
5,67
5,00
4,91
0,43
1,63
1,45
1,51
1,79
1,55
1,54
1,61
1,65
1,77
1,96
1,65
0,12
0,46
0,40
0,41
0,48
0,46
0,44
0,46
0,50
0,53
0,46
0,46
0,01
0,12
0,06
0,08
0,12
0,14
0,11
0,11
0,11
0,15
0,11
0,11
0,02
0,23
0,24
0,21
0,23
0,24
0,21
0,23
0,24
0,26
0,23
0,23
0,02
1,15
1,18
1,16
1,14
1,19
1,18
1,29
1,27
1,31
1,24
1,21
0,10
0,18
0,17
0,17
0,23
0,20
0,19
0,18
0,21
0,22
0,19
0,19
0,02
0,03
0,02
0,02
0,02
0,02
0,02
0,02
0,02
0,03
0,03
0,02
0,00
0,028
0,031
0,011
0,015
0,017
0,025
0,019
0,021
0,018
0,017
0,020
0,001
2,11
2,29
2,11
2,41
2,46
2,27
2,41
2,54
2,90
2,60
2,41
0,23
0,11
0,11
0,12
0,12
0,13
0,13
0,14
0,14
0,15
0,19
0,13
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
Probe/Horizont
(cm)
SiO2
Al2O3
Fe2O3
MgO
CaO
Na2O
K2O
TiO2
P2O5
Mn
GV
Σ Sp
(Gew.%)
(Gew.%)
(Gew.%)
(Gew.%)
(Gew.%)
(Gew.%)
(Gew.%)
(Gew.%)
(Gew.%)
(Gew.%)
(Gew.%)
(Gew.%)
(Gew.%)
A
Σ
Al2O3
Ausgangsmaterial
Na-BentonitDichtwandmasse
27,8
7,3
2,1
2,4
35,6
0,1
0,5
0,4
0,0
0,06
23,6
0,2
100
Meßzelle T 11
Σ Sp
SiO2
(Gew.%)
1-3
4-6
7-9
10-12
13-15
16-18
19-21
22-24
25-27
28-30
31-34
Mittelwert
± σA
27,1
27,8
27,6
27,5
27,9
27,8
27,9
28,8
27,7
27,6
28,2
27,8
0,49
7,26
7,47
7,39
7,42
7,41
7,50
7,48
7,47
7,41
7,43
7,57
7,44
0,43
1,85
1,88
1,87
1,83
1,84
1,87
1,86
1,86
1,87
1,86
1,91
1,86
0,11
2,41
2,49
2,48
2,48
2,48
2,51
2,50
2,48
2,46
2,48
2,53
2,48
0,16
38,6
39,7
39,7
39,8
39,6
40,0
39,7
39,7
39,6
39,9
39,8
39,7
1,54
0,30
0,27
0,24
0,22
0,24
0,24
0,24
0,20
0,21
0,20
0,14
0,23
0,02
0,43
0,46
0,45
0,44
0,46
0,45
0,44
0,42
0,41
0,36
0,32
0,42
0,05
0,40
0,41
0,40
0,40
0,40
0,40
0,41
0,40
0,40
0,40
0,41
0,40
0,02
0,04
0,04
0,04
0,04
0,04
0,04
0,04
0,04
0,04
0,04
0,04
0,04
0,01
0,062
0,062
0,063
0,063
0,063
0,061
0,063
0,063
0,062
0,062
0,064
0,063
0,002
21,3
19,2
19,5
19,6
19,3
18,9
19,1
18,4
19,6
19,5
18,8
19,4
2,69
0,23
0,22
0,24
0,24
0,23
0,23
0,22
0,24
0,22
0,21
0,21
0,23
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
Probe/Horizont
(cm)
F-4
Σ
RF-Analysen der Spurenelemente
Meßzelle T 03
Meßzelle T 02
Meßzelle T 01
A
Probe/Horizont
(cm)
Ausgangsmaterial
Wilsum
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
8.0
Mittelwert
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
8,0
9,0
10,0
11,0
12,0
13,0
14,0
15,0
16,0
Mittelwert
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
8,0
9,0
10,0
11,0
12,0
13,0
14,0
15,0
16,0
17,0
18,0
19,0
20,0
21,0
22,0
23,0
24,0
25,0
26,0
27,0
28,0
29,0
30,0
31,0
32,0
33,0
34,0
Mittelwert
Zr
(ppm)
Y
(ppm)
Sr
(ppm)
Rb
(ppm)
Pb
(ppm)
Zn
(ppm)
Cu
(ppm)
Ni
(ppm)
Cr
(ppm)
V
(ppm)
Ba
(ppm)
Σ
(ppm)
279
49
266
164
37
106
152
152
205
172
356
1937
294
308
308
305
302
326
313
303
307
291
288
296
283
289
283
280
288
289
292
278
290
265
298
304
297
288
277
280
286
277
282
276
279
288
292
280
280
280
287
289
278
287
281
298
295
300
298
286
294
292
313
310
295
299
294
300
289
292
290
288
285
49
49
49
49
53
51
53
48
50
48
48
53
52
52
47
47
47
47
47
48
52
48
47
48
48
49
52
48
48
52
52
52
53
49
48
48
47
48
48
49
48
48
47
48
52
53
48
48
52
48
47
48
49
48
48
49
49
49
48
49
49
253
246
251
240
240
249
240
234
244
228
228
248
239
237
232
229
225
219
225
222
227
213
220
224
228
228
269
260
277
281
270
244
251
268
268
300
241
272
251
256
254
243
245
249
243
247
243
243
238
220
229
231
243
242
239
243
244
248
246
247
259
163
176
173
171
179
184
175
170
174
164
164
167
163
165
165
162
162
156
162
159
163
153
161
164
164
162
170
172
161
168
163
168
170
167
164
168
170
176
179
179
177
171
166
169
167
178
175
175
169
148
162
163
166
170
159
170
171
170
169
160
170
24
41
33
33
37
43
41
36
36
36
36
32
32
36
35
32
36
35
36
36
40
28
39
36
40
35
36
36
36
40
32
36
41
37
36
40
36
44
40
33
36
36
40
40
40
45
40
36
36
40
40
36
36
36
32
41
37
37
36
37
38
122
119
107
114
106
111
110
89
110
108
116
122
112
112
114
106
107
109
114
107
88
80
98
104
120
107
107
108
105
116
107
108
126
130
116
104
118
104
108
118
101
120
103
109
100
122
111
107
113
96
103
103
182
121
103
110
114
130
125
90
111
159
156
160
159
139
159
154
141
153
156
164
154
159
153
165
150
162
152
162
151
151
132
149
148
156
154
155
156
169
168
155
156
162
167
160
144
146
156
151
155
153
151
150
149
151
150
147
143
157
124
154
155
158
157
151
154
159
158
153
152
155
155
156
160
159
155
167
150
153
157
140
152
150
143
153
141
142
142
141
142
143
155
157
145
136
152
146
155
164
161
172
163
160
158
158
160
156
150
152
139
150
153
147
150
149
143
142
143
139
145
152
146
151
158
162
151
166
163
166
169
177
154
257
230
238
240
224
231
215
218
232
196
208
207
199
205
200
197
205
199
201
199
219
201
212
204
212
204
246
232
249
269
246
232
231
256
236
232
205
248
215
244
234
211
245
209
215
223
215
215
206
196
237
231
247
238
219
239
248
239
250
234
234
196
213
210
216
196
210
191
182
202
156
160
171
147
173
157
158
170
172
170
183
179
169
173
168
176
167
214
204
197
205
194
204
215
215
204
200
213
224
219
228
217
215
221
209
207
243
223
215
214
188
206
211
214
210
207
215
224
211
218
206
212
379
414
398
419
399
441
407
412
409
271
320
317
299
329
295
343
324
332
339
342
358
317
373
368
357
330
440
391
406
381
401
441
433
410
428
412
414
403
434
419
431
430
431
443
454
466
417
441
443
404
392
406
405
436
390
418
399
426
387
428
423
2051
2108
2087
2104
2029
2173
2049
1987
2073
1793
1884
1917
1829
1903
1835
1844
1866
1852
1889
1867
1921
1762
1916
1904
1951
1871
2120
2048
2095
2129
2062
2079
2118
2145
2113
2084
2020
2105
2072
2119
2081
2061
2079
2072
2067
2167
2059
2048
2067
1907
2030
2046
2152
2120
1993
2106
2098
2127
2091
2069
2092
F-5
A
Meßzelle T 05
Meßzelle T 06
Meßzelle T 07
F-6
Probe/Horizont
(cm)
Zr
(ppm)
Y
(ppm)
Sr
(ppm)
Rb
(ppm)
Pb
(ppm)
Zn
(ppm)
Cu
(ppm)
Ni
(ppm)
Cr
(ppm)
V
(ppm)
Ba
(ppm)
Σ
(ppm)
Ausgangsmaterial
Bastwald
213
40
238
97
28
0
141
97
72
16
330
1273
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
8,0
Mittelwert
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
8,0
9,0
10,0
11,0
12,0
13,0
14,0
15,0
16,0
17,0
18,0
19,0
20,0
Mittelwert
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
8,0
9,0
10,0
11,0
12,0
13,0
14,0
15,0
16,0
17,0
18,0
19,0
20,0
21,0
22,0
23,0
24,0
25,0
26,0
27,0
28,0
29,0
30,0
Mittelwert
248
263
237
244
254
254
247
231
247
249
209
219
220
209
185
197
223
212
221
202
205
247
212
214
215
220
178
209
226
214
211
249
220
212
215
191
205
242
230
269
244
228
260
235
239
286
348
274
239
250
242
225
245
225
230
252
234
245
237
259
242
49
40
36
40
36
40
40
36
40
52
40
40
44
40
39
39
44
40
40
40
39
44
47
44
44
43
39
43
44
42
37
41
40
36
40
43
43
40
40
40
39
40
40
36
35
40
40
40
44
44
44
40
40
40
39
39
40
41
40
40
40
394
243
229
212
218
222
207
215
242
293
241
231
264
237
244
221
267
252
229
234
249
355
342
238
235
259
217
331
333
264
199
228
208
212
223
230
225
222
226
217
232
244
240
219
216
210
208
233
271
282
234
229
241
245
226
209
218
216
225
224
227
130
105
99
92
101
97
95
96
102
132
100
104
112
104
110
103
108
108
104
103
99
124
126
103
108
126
95
126
127
111
89
99
92
96
100
97
99
95
97
96
98
104
104
97
94
91
96
105
116
121
103
100
100
104
98
95
95
98
95
100
99
45
32
32
32
28
36
28
32
33
32
32
24
32
28
28
28
36
28
28
28
36
44
43
32
24
31
28
39
48
32
28
33
28
32
28
27
28
28
24
28
31
32
32
28
31
28
32
36
32
32
28
32
36
32
27
36
28
33
28
32
30
0
0
0
0
0
0
0
0
0
16
0
0
0
0
4
4
8
0
8
4
8
4
8
16
24
20
0
0
0
6
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
146
142
134
132
145
137
135
135
138
140
132
136
136
133
130
130
143
128
136
127
134
132
134
139
139
240
573
685
896
227
146
141
140
132
132
133
134
143
137
141
130
136
136
138
137
135
132
133
140
133
135
132
145
136
125
134
139
135
138
136
136
106
97
91
96
97
97
111
108
100
108
100
100
100
100
102
103
104
104
104
103
99
108
106
115
108
110
99
106
111
104
110
116
108
112
112
109
110
107
117
109
110
112
104
109
102
111
100
109
112
117
107
112
112
112
113
110
111
114
115
112
110
85
85
67
68
77
77
99
104
83
96
96
88
92
84
87
91
96
76
72
91
91
84
98
87
84
86
83
87
103
89
118
120
120
128
108
129
114
123
133
113
114
112
104
105
106
123
104
105
120
109
111
108
108
124
105
107
103
110
99
112
115
77
53
40
36
40
36
40
44
46
60
40
36
40
48
39
36
44
44
28
32
32
60
63
36
36
51
28
47
55
43
20
29
16
36
24
31
12
24
20
16
28
44
44
45
27
28
24
40
60
64
24
36
28
40
35
32
24
29
36
36
32
909
724
723
655
617
681
628
641
697
477
413
375
403
378
385
418
399
356
377
421
426
574
515
381
398
436
375
480
499
424
572
585
541
535
582
597
560
606
552
595
598
612
597
592
576
575
600
611
658
628
566
554
582
558
590
568
546
543
581
575
589
2188
1784
1687
1607
1612
1676
1630
1642
1728
1657
1405
1352
1442
1362
1353
1370
1471
1348
1348
1386
1416
1774
1693
1405
1414
1624
1714
2153
2442
1556
1530
1642
1513
1530
1562
1587
1529
1628
1577
1624
1626
1663
1663
1606
1564
1626
1683
1685
1790
1779
1592
1569
1638
1617
1589
1582
1536
1563
1592
1625
1620
Probe/Horizont
(cm)
Zr
(ppm)
Y
(ppm)
Sr
(ppm)
Rb
(ppm)
Pb
(ppm)
Zn
(ppm)
Cu
(ppm)
Ni
(ppm)
Cr
(ppm)
V
(ppm)
Ba
(ppm)
Σ
(ppm)
A
Ausgangsmaterial
Dom/Esch,
< 2 mm
172
35
118
59
27
0
149
110
78
27
329
1105
Meßzelle T 08
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
14,0
16,0
18,0
20,0
Mittelwert
186
156
187
206
193
194
188
197
198
199
190
35
35
36
36
39
36
36
39
40
44
38
116
121
119
119
118
119
124
122
123
127
121
58
55
60
63
67
63
68
71
67
64
64
23
23
24
28
32
28
28
32
32
32
28
35
23
40
59
67
51
64
67
91
92
59
147
141
163
162
166
178
188
217
249
598
221
132
113
123
123
126
123
124
114
127
124
123
128
105
103
95
107
103
120
95
95
100
105
16
20
20
32
28
32
24
35
40
32
28
221
262
342
321
355
357
435
390
447
514
364
1097
1055
1216
1243
1299
1283
1396
1380
1509
1924
1340
Probe/Horizont
(cm)
Ausgangsmaterial
Na-Bentonit Dichtwandmasse
1-3
4-6
7-9
10-12
13-15
16-18
19-21
22-24
25-27
28-30
31-34
Mittelwert
Zr
(ppm)
Y
(ppm)
Sr
(ppm)
Rb
(ppm)
Pb
(ppm)
Zn
(ppm)
Cu
(ppm)
Ni
(ppm)
Cr
(ppm)
V
(ppm)
Ba
(ppm)
Σ
(ppm)
179
50
615
37
37
183
146
104
96
42
324
1813
n.b.
149
149
152
152
149
150
156
153
158
162
153
n.b.
41
45
46
42
46
46
47
41
46
46
45
n.b.
1059
1086
1098
1113
1071
1055
1057
996
945
865
1035
n.b.
41
45
46
47
46
46
42
41
41
37
43
n.b.
33
33
34
30
33
33
34
37
37
37
34
n.b.
174
186
190
182
183
179
195
182
182
204
186
n.b.
153
153
152
157
154
158
165
161
153
154
156
n.b.
103
103
101
102
100
100
106
95
91
104
100
n.b.
91
103
101
89
95
91
106
99
87
108
97
n.b.
33
37
51
38
29
37
38
37
37
37
38
n.b.
348
429
439
398
390
353
431
355
336
324
380
n.b.
2226
2369
2410
2349
2295
2248
2376
2198
2115
2080
2267
Meßzelle T 11
A
F-7
Effektive Kationenaustauschkapazität
Meßzelle T07
Meßzelle T06
Meßzelle T05
Meßzelle T03
Meßzelle T02
Meßzelle T01
Probe/Horizont
F-8
[cm]
Ausgangsmaterial
Wilsum
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
8,0
Mittelwert
1,0
3,0
5,0
7,0
9,0
11,0
13,0
15,0
Mittelwert
1,0
4,0
7,0
10,0
13,0
16,0
19,0
22,0
25,0
28,0
31,0
Mittelwert
Ausgangsmaterial
Bastwald
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
8,0
Mittelwert
1,0
3,0
5,0
7,0
9,0
11,0
13,0
15,0
17,0
19,0
Mittelwert
1,0
4,0
7,0
10,0
13,0
16,0
19,0
22,0
25,0
28,0
Mittelwert
Na
±
Mg
±
K
±
Ca
±
[cmol+/kg]
Fe
±
Al
±
Σ
±
1,21
0,04
16,6
0,24
2,6
0,10
16,5
0,22
0,00
0,00
0,82
0,00
37,7
0,53
0,37
0,30
0,36
0,28
0,38
0,32
0,25
0,20
0,31
0,29
0,26
0,19
0,21
0,29
0,32
0,20
0,20
0,24
2,24
2,16
2,36
6,26
6,66
6,28
2,36
6,45
2,19
2,39
2,53
3,81
0,05
0,06
0,03
0,05
0,07
0,04
0,04
0,01
0,04
0,01
0,06
0,01
0,01
0,00
0,01
0,00
0,01
0,02
0,04
0,10
0,11
0,06
0,12
0,07
0,18
0,35
0,03
0,09
0,05
0,11
8,4
10,6
9,8
10,5
4,5
4,5
4,5
4,0
7,09
11,3
12,3
11,9
11,0
9,8
11,3
8,8
9,7
10,8
19,8
19,4
20,1
37,6
34,2
34,9
17,3
32,2
16,9
16,8
17,5
24,2
1,50
0,02
0,00
0,40
0,03
0,00
0,06
0,12
0,27
0,27
0,55
0,01
0,08
0,17
0,20
0,04
0,02
0,17
0,30
0,15
0,17
0,03
0,28
0,38
0,62
1,01
0,01
0,02
0,09
0,28
2,80
2,66
2,89
2,73
3,09
3,49
3,41
3,10
3,02
2,51
2,46
2,22
2,41
2,02
2,22
1,94
1,88
2,21
13,2
11,0
14,4
11,5
9,8
7,3
10,4
7,9
12,1
13,3
12,3
11,2
0,01
0,14
0,06
0,05
0,12
0,00
0,17
0,05
0,08
0,00
0,01
0,04
0,03
1,33
0,00
0,17
0,05
0,21
0,07
0,60
0,29
0,03
0,21
0,11
0,04
0,19
0,79
0,17
0,28
0,25
2,80
1,93
1,85
1,65
1,68
1,64
1,61
1,38
1,82
17,8
18,0
16,7
16,2
15,2
16,0
13,4
14,4
16,0
27,3
20,4
14,7
108
25,3
27,5
11,0
27,1
11,6
12,6
12,5
27,1
0,01
0,09
0,00
0,10
0,02
0,06
0,02
0,04
0,04
0,10
0,59
0,24
0,09
0,39
0,41
0,03
0,12
0,25
0,34
1,01
0,37
0,07
0,89
1,35
0,02
0,36
0,11
0,18
0,07
0,43
0,07
0,06
0,05
0,02
0,03
0,04
0,05
0,03
0,04
0,22
0,19
0,14
0,07
0,22
0,17
0,18
0,19
0,17
0,48
0,37
0,34
0,53
0,57
0,99
0,77
1,02
0,89
0,80
0,56
0,66
0,01
0,04
0,03
0,00
0,01
0,01
0,01
0,01
0,02
0,01
0,01
0,02
0,04
0,01
0,06
0,02
0,02
0,02
0,03
0,02
0,03
0,02
0,04
0,18
0,10
0,06
0,01
0,21
0,01
0,06
2,00
1,43
1,72
1,86
1,00
1,43
1,86
1,73
1,63
0,63
1,06
1,27
0,00
1,89
1,06
2,30
1,69
1,24
5,03
4,45
3,88
4,58
4,32
15,6
15,7
10,9
20,1
10,5
6,11
9,18
0,29
1,14
0,29
0,15
0,15
0,01
0,15
0,87
0,38
0,63
0,64
0,00
0,00
1,04
0,21
0,63
0,00
0,39
0,01
0,75
0,88
0,42
0,15
6,57
4,60
0,98
3,80
4,26
0,63
2,10
16,4
17,0
16,7
17,1
10,7
11,4
11,7
10,4
13,9
32,7
34,3
32,5
29,9
29,5
31,0
26,8
28,0
30,6
68,0
57,7
55,7
168
80,9
92,5
57,5
85,6
63,7
56,3
51,5
76,2
1,14
1,42
0,36
0,45
0,11
0,08
0,02
1,02
0,57
0,99
0,58
0,31
0,25
1,33
0,35
0,37
0,11
0,54
0,55
2,59
0,89
0,40
1,13
5,05
5,20
2,25
4,51
4,71
0,69
2,54
0,29
0,04
2,6
0,01
1,5
1,29
0,2
0,02
0,05
0,02
1,29
1,29
6,0
2,53
0,11
0,09
0,10
0,08
0,07
0,08
0,08
0,08
0,08
0,27
0,29
0,26
0,27
0,26
0,26
0,27
0,18
0,19
0,20
0,25
0,41
0,40
0,41
0,38
0,38
0,31
0,40
0,35
0,30
0,28
0,36
0,02
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,01
0,01
0,01
0,00
0,02
0,01
0,03
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
0,02
0,01
0,01
0,02
0,01
0,00
0,00
0,00
0,00
0,01
0,00
0,00
0,01
3,3
2,4
2,3
2,2
2,0
2,4
2,4
2,4
2,43
4,1
3,2
2,8
2,9
2,8
2,7
3,1
3,0
3,2
2,7
3,05
2,7
2,8
2,7
2,5
2,7
2,3
2,9
2,4
2,5
2,4
2,61
0,03
0,11
0,01
0,02
0,05
0,05
0,06
0,04
0,05
0,21
0,17
0,16
0,03
0,11
0,23
0,13
0,22
0,15
0,05
0,15
0,00
0,00
0,01
0,01
0,10
0,00
0,06
0,06
0,03
0,06
0,03
0,7
0,7
0,6
0,4
0,5
0,6
0,4
0,5
0,56
0,4
0,3
0,3
0,4
0,4
0,3
0,4
0,3
0,4
0,4
0,37
0,3
0,3
0,2
0,2
0,2
0,1
0,2
0,2
0,1
0,2
0,19
0,16
0,20
0,06
0,04
0,00
0,01
0,01
0,00
0,06
0,02
0,05
0,09
0,03
0,07
0,02
0,06
0,01
0,02
0,04
0,04
0,00
0,00
0,00
0,01
0,00
0,00
0,01
0,01
0,00
0,01
0,01
3,7
3,2
2,3
2,3
2,2
2,8
2,5
2,4
2,67
4,9
3,8
4,3
3,6
3,6
3,2
3,7
3,7
3,6
3,1
3,75
3,4
3,8
3,9
3,1
3,3
2,8
3,7
3,1
3,0
3,0
3,30
0,13
0,15
0,03
0,04
0,02
0,14
0,05
0,04
0,08
0,30
0,20
0,67
0,02
0,26
0,21
0,00
0,30
0,13
0,03
0,21
1,74
0,41
0,12
0,00
0,05
0,02
0,22
0,00
0,05
0,23
0,28
0,04
0,00
0,03
0,05
0,03
0,02
0,02
0,04
0,03
0,00
0,02
0,00
0,00
0,03
0,00
0,01
0,00
0,02
0,00
0,01
0,03
0,01
0,01
0,03
0,00
0,00
0,01
0,01
0,00
0,01
0,01
0,00
0,00
0,00
0,05
0,03
0,01
0,01
0,00
0,01
0,00
0,01
0,00
0,00
0,02
0,00
0,00
0,00
0,02
0,00
0,01
0,01
0,01
0,01
0,03
0,00
0,00
0,01
0,01
0,00
0,01
0,01
1,85
2,27
1,74
1,41
1,74
1,95
1,22
1,59
1,72
3,77
4,58
3,03
4,68
2,73
3,81
3,95
1,75
1,33
2,15
3,18
0,59
0,79
0,69
0,55
0,74
0,79
0,59
0,79
0,94
0,74
0,72
0,44
0,09
0,17
0,00
0,31
0,23
0,16
0,16
0,19
0,64
0,48
1,29
0,26
0,54
0,28
0,42
0,59
0,14
1,00
0,56
0,34
0,10
0,10
0,05
0,05
0,00
0,00
0,10
0,05
0,05
0,08
9,7
8,8
7,1
6,4
6,5
7,8
6,6
7,0
7,5
13,5
12,3
10,7
11,8
9,8
10,2
11,5
8,9
8,8
8,5
10,6
7,4
8,1
8,0
6,7
7,3
6,3
7,8
6,8
6,9
6,7
7,2
0,45
0,03
0,18
0,08
0,40
0,02
0,07
0,23
0,18
1,17
0,94
2,23
0,31
0,86
0,14
0,61
0,09
0,13
1,04
0,75
0,18
0,33
0,23
0,05
0,10
0,03
0,28
0,05
0,03
0,25
0,15
Meßzelle T11
Meßzelle T08
Probe/Horizont
[cm]
Ausgangsmaterial
Dom/Esch < 2 mm
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
14,0
16,0
18,0
Mittelwert
nachgestelltes
Ausgangsmaterial
1,0
4,0
7,0
10,0
13,0
16,0
19,0
22,0
25,0
28,0
31,0
Mittelwert
Na
±
Mg
±
K
±
Ca
±
[cmol+/kg]
Fe
±
Al
±
Σ
±
0,02
0,03
0,2
0,02
1,4
1,30
0,4
0,03
0,03
0,01
0,98
0,10
2,9
1,49
0,26
0,21
0,19
0,23
0,24
0,22
0,18
0,17
0,23
0,21
0,01
0,03
0,01
0,01
0,01
0,02
0,00
0,00
0,05
0,02
1,8
1,5
1,8
1,8
1,7
1,5
1,8
1,7
1,9
1,73
0,04
0,04
0,09
0,15
0,22
0,05
0,16
0,00
0,05
0,09
0,1
0,2
0,2
0,2
0,3
0,2
0,1
0,1
0,2
0,17
0,00
0,01
0,02
0,02
0,03
0,03
0,00
0,02
0,02
0,02
17,5
12,6
15,9
16,9
17,5
15,5
13,4
13,5
13,9
15,2
0,40
0,51
0,75
1,52
1,80
0,03
0,84
0,21
0,08
0,68
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
19,7
14,5
18,1
19,1
19,7
17,4
15,5
15,5
16,2
17,3
0,42
0,58
0,86
1,65
2,05
0,13
1,00
0,23
0,16
0,79
1,18
0,04
13,2
0,08
1,1
0,08
889
15,2
0,24
0,04
0,48
0,16
905
15,5
9,02
8,19
7,42
8,54
14,4
7,65
7,03
6,93
6,61
5,98
5,14
7,90
0,12
0,15
0,06
0,89
6,62
0,03
0,01
0,10
0,24
0,36
0,04
0,78
7,9
7,9
8,1
7,6
7,0
7,5
7,4
7,7
7,5
7,4
7,4
7,58
0,11
0,01
0,12
0,27
0,10
0,01
0,80
0,15
0,03
0,05
0,02
0,15
4,3
4,3
4,2
4,2
4,2
4,1
4,1
4,1
4,0
3,7
2,0
3,92
0,05
0,02
0,09
0,00
0,03
0,01
0,04
0,06
0,00
0,01
1,31
0,15
90,4
71,8
69,9
80,2
81,0
81,6
80,3
88,1
81,1
80,1
81,0
80,5
45,3
15,2
13,2
2,55
1,95
0,52
0,13
0,81
0,26
1,05
0,34
7,39
0,21
0,11
0,14
0,17
0,00
0,00
0,11
0,12
0,13
0,12
0,12
0,11
0,05
0,01
0,02
0,06
0,00
0,00
0,00
0,00
0,02
0,01
0,01
0,01
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
112
92,3
89,8
101
107
101
99,0
107
99,3
97,4
95,7
100
0,09
15,0
13,2
3,12
8,70
0,49
0,70
1,11
0,48
0,74
1,60
4,11
F-9
Potentielle Kationenaustauschkapazität
Probe/
Horizont
Na
±
Mg
±
K
±
Ca
Meßzelle T06
Meßzelle T05
A
Meßzelle T03
Meßzelle T02
Meßzelle T01
A
[cm]
F-10
Ausgangsmaterial
Wilsum
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
8,0
Mittelwert
1,0
3,0
5,0
7,0
9,0
11,0
13,0
15,0
Mittelwert
1,0
4,0
7,0
10,0
13,0
16,0
19,0
22,0
25,0
28,0
31,0
Mittelwert
Ausgangsmaterial
Bastwald
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
8,0
Mittelwert
1,0
3,0
5,0
7,0
9,0
11,0
13,0
15,0
17,0
19,0
Mittelwert
±
Fe
±
Al
±
Σ
±
Ba
±
[cmol+/kg]
4,70 0,27 15,5 0,61
2,9
0,03 12,6 0,18 0,86 0,01 0,00 0,00 36,5
0,5
13,5
0,5
0,98
0,51
0,52
0,62
0,47
0,40
0,54
0,45
0,56
0,19
0,53
0,43
0,46
0,33
0,26
0,41
0,44
0,38
1,59
1,86
1,85
1,91
1,81
1,47
1,71
1,76
1,53
1,50
1,67
1,70
56,8
57,5
58,1
67,2
54,8
62,0
55,5
55,7
58,4
41,8
48,1
52,4
45,1
43,2
44,2
41,1
46,2
45,3
97,4
108
99,1
139
108
113
95,1
98,2
93,2
112
88,7
105
2,9
0,8
4,5
0,8
4,6
4,9
3,2
3,7
3,2
1,4
5,3
2,4
2,2
1,9
0,5
3,7
0,6
2,2
1,6
2,3
14,2
20,6
12,9
3,8
9,6
18,5
4,7
4,4
1,9
8,6
25,6
25,8
24,2
32,3
21,2
19,7
20,5
17,9
23,4
25,2
27,7
27,0
27,3
26,8
28,0
25,7
25,4
26,7
32,3
32,8
30,4
33,0
29,8
31,0
31,2
36,0
29,7
31,1
35,0
32,0
1,6
0,2
0,4
8,6
1,0
0,0
1,5
0,5
1,7
0,6
1,3
1,0
0,8
1,0
0,6
0,1
0,0
0,7
0,6
0,4
0,2
0,3
1,2
0,3
0,6
1,1
0,3
0,2
0,6
0,5
0,16 0,36 0,02 12,2 3,29 18,4
3,1
5,1
0,2
0,44
0,00
0,06
0,10
0,11
0,03
0,06
0,03
0,10
0,07
0,04
0,11
0,00
0,02
0,11
0,12
0,08
0,07
0,10
0,04
0,13
0,32
0,05
0,11
0,19
0,28
0,02
0,09
0,08
0,13
8,2
10,2
11,0
9,1
9,6
8,8
8,3
8,3
9,19
10,6
10,8
11,1
10,8
9,8
10,1
9,1
9,2
10,2
20,0
19,7
19,3
19,9
18,8
17,5
17,2
18,4
16,8
18,4
16,6
18,4
0,03
1,73
0,33
1,19
1,01
0,38
0,18
0,21
0,63
0,13
0,27
0,12
0,04
0,04
0,20
0,41
0,12
0,17
0,1
0,1
1,5
0,8
0,1
1,7
0,5
2,5
0,9
0,2
0,1
0,8
5,47
6,15
4,29
4,97
4,99
4,88
4,92
4,44
5,01
3,75
4,20
4,36
4,03
3,85
3,97
3,45
4,25
3,98
13,1
13,2
13,2
12,9
13,3
12,0
11,3
12,7
11,4
14,2
12,9
12,7
0,28
0,40
0,09
0,15
0,01
0,16
0,17
0,02
0,16
0,16
0,23
0,03
0,18
0,18
0,04
0,19
0,06
0,14
0,2
0,1
0,2
0,4
0,3
0,8
0,1
1,4
0,3
0,1
0,0
0,3
23,4
17,3
18,6
16,5
15,5
15,7
14,9
14,6
17,1
21,1
25,8
22,4
21,8
19,7
20,7
18,1
19,2
21,1
30,3
25,7
17,9
44,8
15,5
15,1
14,6
15,7
14,2
16,5
13,8
20,4
0,22 0,02
2,9
0,02
0,1
0,01
2,6
0,36
0,56
0,34
0,55
0,39
0,59
0,37
0,32
0,43
0,04
0,07
0,04
0,08
0,07
0,05
0,11
0,16
0,16
0,15
0,09
0,02 3,4 0,04 0,6
0,22 2,5 0,07 0,5
0,00 2,5 0,05 0,5
0,14 2,4 0,01 0,6
0,05 2,2 0,10 0,5
0,10 2,5 0,01 0,4
0,00 2,5 0,02 0,4
0,02 2,4 0,01 0,6
0,07 2,56 0,04 0,51
0,03 4,3 0,23 1,4
0,06 3,3 0,12 0,7
0,02 3,4 0,30 1,0
0,02 3,0 0,18 1,0
0,00 3,6 0,02 1,2
0,05 3,4 0,00 0,9
0,01 3,6 0,01 1,1
0,04 3,6 0,21 1,0
0,04 3,8 0,23 1,1
0,01 3,5 0,05 1,0
0,03 3,54 0,13 1,03
1,15
0,78
0,65
0,51
0,04
0,62
0,30
0,12
0,52
1,2
4,2
0,0
0,2
1,0
1,0
0,2
0,3
1,0
0,0
0,4
0,7
1,2
0,3
1,1
0,3
1,4
0,4
0,4
0,6
0,6
2,55
2,03
2,05
2,99
2,11
2,44
2,76
1,73
2,33
1,78
1,26
1,78
0,89
1,50
1,59
1,84
1,97
1,58
7,10
7,42
6,70
6,92
7,05
5,87
7,11
5,70
5,77
7,49
6,60
6,70
0,61
0,14
0,02
0,11
0,02
0,04
0,33
0,15
0,18
0,33
0,03
0,00
0,03
0,08
0,02
0,01
0,00
0,06
1,67
0,39
0,80
0,45
0,08
1,19
0,20
0,65
0,59
0,44
0,12
0,60
16,1
21,2
21,7
33,0
22,1
29,7
24,1
26,2
24,3
4,4
5,5
12,3
7,2
8,1
7,5
8,3
11,1
8,1
25,4
39,9
40,0
52,5
51,4
61,4
43,1
44,0
43,6
53,7
37,1
44,7
4,15
1,26
3,51
2,33
3,67
4,07
2,95
3,91
3,23
0,5
0,6
2,6
2,2
2,7
0,8
2,8
0,3
1,6
0,3
1,5
11,2
17,4
12,9
1,1
8,7
12,2
5,4
4,6
2,6
7,1
0,04 1,1 0,01 0,74 0,06 0,00 0,00 6,2 0,06 9,40 0,48
0,16 0,8 0,01 0,46 0,04 2,01 2,01 6,8 2,04 7,57 1,82
0,06 0,8 0,01 0,78 0,03 0,67 0,67 5,6 0,80 10,1 3,72
0,11 0,8 0,00 0,62 0,06 0,00 0,00 5,0 0,19 7,67 0,52
0,12 0,7 0,00 0,67 0,02 0,00 0,00 4,6 0,15 6,10 0,11
0,03 0,8 0,00 0,65 0,01 0,00 0,00 5,0 0,08 10,4 0,47
0,10 0,8 0,01 0,69 0,02 0,00 0,00 4,8 0,09 7,09 0,63
0,10 0,7 0,01 0,75 0,03 0,00 0,00 4,7 0,16 9,25 3,52
0,09 0,83 0,01 0,67 0,03 0,33 0,33 5,34 0,44 8,44 1,41
0,11 3,8 0,08 0,26 0,04 9,53 0,06 19,3 0,12 6,65 0,40
0,01 2,8 0,09 0,30 0,00 6,13 0,04 13,3 0,22 5,33 0,27
0,17 2,9 0,01 0,26 0,07 7,87 1,62 15,5 1,39 4,99 0,01
0,06 2,8 0,03 0,25 0,05 8,61 0,47 15,7 0,16 4,54 0,21
0,02 3,3 0,05 0,23 0,04 9,03 0,12 17,4 0,22 5,73 0,29
0,09 2,8 0,03 0,29 0,01 8,41 1,17 15,8 1,17 4,98 0,35
0,03 3,4 0,12 0,23 0,01 8,95 1,67 17,4 1,78 6,40 0,37
0,09 3,2 0,06 0,24 0,00 8,23 0,31 16,3 0,70 5,60 0,50
0,14 3,3 0,04 0,07 0,01 9,11 0,39 17,5 0,03 6,95 0,33
0,09 3,3 0,08 0,12 0,01 8,16 1,44 16,2 1,40 6,79 0,87
0,08 3,15 0,06 0,22 0,03 8,40 0,73 16,5 0,72 5,79 0,36
Probe/
Horizont
Na
±
Mg
±
K
±
Ca
Meßzelle T11
A
Meßzelle T08
A
Meßzelle T07
[cm]
1,0
4,0
7,0
10,0
13,0
16,0
19,0
22,0
25,0
28,0
Mittelwert
Ausgangsmaterial
Dom/Esch
< 2 mm
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
14,0
16,0
18,0
Mittelwert
nachgestelltes
Ausgangsmaterial
1,0
4,0
7,0
10,0
13,0
16,0
19,0
22,0
25,0
28,0
31,0
Mittelwert
±
Fe
±
Al
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,02
0,01
0,00
0,00
0,00
4,61
4,52
4,57
4,67
5,88
3,84
5,32
4,08
1,68
1,41
4,06
±
Σ
±
Ba
±
[cmol+/kg]
0,19
0,20
0,22
0,21
0,20
0,21
0,21
0,13
0,15
0,10
0,18
0,01 1,2
0,02 1,2
0,00 1,2
0,01 1,1
0,01 1,1
0,00 1,0
0,01 1,2
0,00 1,0
0,00 1,0
0,00 1,0
0,01 1,09
0,00 0,00
0,06
0,12
0,09
0,15
0,13
0,12
0,14
0,13
0,10
0,11
0,06 1,2
0,00 1,2
0,00 1,1
0,07 1,1
0,03 1,1
0,02 1,1
0,04 0,8
0,01 0,9
0,10 1,0
0,04 1,06
29,2 0,21
1,40
1,65
1,42
1,44
1,33
1,03
1,04
1,08
1,15
0,89
0,16
1,15
1,0
3,1
0,02 0,9
0,00 0,7
0,00 0,7
0,07 0,7
0,00 0,5
0,10 0,6
0,03 0,6
0,02 0,7
0,10 0,4
0,08 0,7
0,06 0,4
0,04 0,63
0,02 0,1
0,01 0,1
0,00 0,1
0,00 0,1
0,01 0,1
0,03 0,1
0,03 0,2
0,00 0,1
0,00 0,1
0,03 0,1
0,01 0,11
0,01 1,3
0,00 1,3
0,00 1,5
0,00 1,2
0,02 1,3
0,01 1,1
0,00 1,3
0,00 1,1
0,00 1,1
0,00 1,1
0,01 1,23
0,63
0,00
0,09
0,00
0,01
0,03
0,01
0,01
0,02
0,04
0,08
2,70 7,4
1,33 7,3
0,00 7,6
0,42 7,3
0,11 8,6
0,07 6,4
1,33 8,4
0,99 6,5
0,09 4,0
0,08 3,7
0,71 6,72
0,74
1,30
0,10
0,43
0,14
0,01
1,39
0,99
0,09
0,01
0,52
1,77
1,92
1,94
1,78
1,83
1,76
2,30
2,10
2,10
2,86
2,04
0,01
0,01
0,02
0,00
0,03
0,03
0,05
0,02
0,02
0,76
0,10
0,06
0,03
0,14 1,51 0,06 16,5 2,09 23,1
2,0
2,6
0,3
1,35
1,23
0,09
0,34
0,06
0,21
0,35
0,04
0,67
0,48
0,2
0,15 0,1
0,17 0,2
0,11 0,1
0,02 0,1
0,03 0,2
0,06 0,1
0,03 0,1
0,15 0,1
0,00 0,2
0,08 0,14
4,0
0,01 8,3
0,03 8,9
0,03 7,9
0,00 8,2
0,01 8,1
0,01 8,4
0,02 6,8
0,00 6,3
0,02 7,5
0,02 7,81
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,09
0,15
0,09
0,09
0,09
0,05
0,00
0,04
0,00
0,13
0,21
0,47
0,42
0,42
0,20
0,21
0,00
0,04
0,00
0,13
0,21
0,05
0,02
0,15
0,08
0,08
0,00
0,00
1,25
0,00
0,00
0,51
0,49
1,79
0,00
0,45
0,00
0,00
0,26
0,00
0,00
0,51
0,49
1,29
0,00
0,28
9,6
10,4
10,5
9,7
9,6
10,7
8,9
9,6
9,0
9,78
1,56
1,47
0,49
0,24
0,15
0,30
0,07
1,63
0,66
0,73
4,36
5,65
6,85
5,03
5,77
5,30
4,97
5,39
4,39
5,30
0,03
0,50
0,36
0,03
0,19
0,20
0,42
0,06
0,30
0,23
208
7,4
27,8
1,7
2637
2698
791
1542
153
1803
1680
2833
1430
2571
1476
1783
84,8
0,7
706
71,9
0,9
46,8
77,9
83,2
69,6
113
8,9
115
46,1
47,1
40,2
38,8
34,7
37,7
37,5
47,8
33,3
40,7
26,5
39,1
0,4
0,1
0,3
1,0
1,4
1,0
2,4
1,9
0,9
3,0
0,4
1,2
0,11 17,0 0,19
156
6,86 0,84 0,00 2,02 0,00
0,01 2,1
0,06 2,1
0,00 2,0
0,05 2,0
0,10 2,0
0,01 2,1
0,07 2,0
0,03 1,9
0,04 2,0
0,06 1,9
0,01 1,5
0,04 1,97
2614
2676
782
1533
143
1793
1671
2818
1417
2554
1464
1769
1264
0,00
0,00
0,01
0,01
0,00
0,01
0,02
0,01
0,01
0,03
0,05
0,01
0,0
706,8
72,1
2,7
47,0
78,0
84,1
68,6
109,6
9,6
222,1
1,99
1,99
1,18
0,94
0,00
1,25
0,99
2,02
1,16
1,92
1,72
1,38
1,05
0,03
0,02
0,02
0,00
0,12
0,00
0,04
0,06
0,34
0,03
0,16
16,7
15,7
3,35
3,25
6,39
5,50
5,08
9,79
8,28
11,9
7,90
8,53
8,56
0,69
0,39
0,30
1,87
0,01
0,21
0,96
1,17
3,26
0,87
1,66
F-11
Meßzelle T02
Meßzelle T01
A
Redoxspannung, spezifische Oberfläche, Sulfat-Schwefel, Fe(III)/Fe(II)-Verhältnis
(photometrisch)
F-12
Probe/Horizont
[cm]
Ausgangsmaterial
Wilsum (Uelsen)
0,1
1,0
1,1
2,0
2,1
3,0
3,1
4,0
4,1
5,0
5,1
6,0
6,1
7,0
7,1
8,0
8,1
Mittelwert
0,1
1,1
2,1
3,1
4,1
5,1
6,1
7,1
8,1
9,1
10,1
11,1
12,1
13,1
14,1
15,1
Mittelwert
Eh
[mV]
spez. Oberfläche
[m2/g]
Sulfat-S
[ppm]
Fe(III)/Fe(II),
photometrisch [ - ]
387
50,9 ± 0,2
1221 ± 163
3,61 ± 0,29
337
309
326
337
315
321
317
303
321
327
377
340
312
321
353
309
331
305
323
345
343
353
360
353
335
337
57,5 ± 0,4
62,9 ± 0,2
59,5 ± 0,1
55,8 ± 0,3
52,8 ± 0,2
54,4 ± 0,1
51,5 ± 0,7
56,5 ± 0,8
56,4
-
-
-
Meßzelle T03
Probe/Horizont
[cm]
0,1
1,0
1,1
2,1
3,1
4,1
5,1
6,0
6,1
7,1
8,1
9,1
10,1
11,1
12,0
12,1
13,1
14,1
15,1
16,1
17,1
18,1
19,1
20,1
21,1
22,1
23,1
24,1
25,1
26,0
26,1
27,1
28,1
29,1
30,1
31,1
32,1
33,1
Mittelwert
Eh
[mV]
305
305
300
286
301
295
284
292
281
285
299
350
273
351
338
369
360
339
321
324
321
337
323
335
326
321
333
360
336
331
337
337
324
324
321
spez. Oberfläche
[m2/g]
54,2 ± 0,0
55,2 ± 0,8
47,8 ± 0,4
52,4
Sulfat-S
[ppm]
166 ± 1
462 ± 270
(< NWG)
209
Fe(III)/Fe(II),
photometrisch [ - ]
-
F-13
A
Meßzelle T05
Meßzelle T06
F-14
Probe/Horizont
[cm]
Ausgangsmaterial
Bastwald
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
8,0
Mittelwert
0,1
1,1
2,1
3,1
4,1
5,1
6,1
7,1
8,1
9,1
10,1
11,1
12,1
13,1
14,1
15,1
16,1
17,1
18,1
19,1
Mittelwert
Eh
[mV]
spez. Oberfläche
[m2/g]
Sulfat-S
[ppm]
Fe(III)/Fe(II),
photometrisch [ - ]
-
9,3 ± 0,3
-
-
350
364
358
357
350
347
340
365
348
372
306
303
305
292
308
303
300
359
397
390
341
17,7 ± 0,2
15,7 ± 0,7
13,9 ± 0,3
13,6 ± 0,4
12,3 ± 0,5
14,6 ± 0,7
14,9 ± 0,4
20,8 ± 0,2
15,4
0,54 ± 0,59
1,15 ± 0,67
7,38 ± 5,32
8,32 ± 1,11
9,16 ± 4,72
6,89 ± 2,69
4,54 ± 0,00
5,26 ± 2,59
4,57 ± 0,80
5,38 ± 0,79
4,11 ± 0,67
4,01 ± 0,64
4,08 ± 0,69
4,19 ± 0,70
4,44 ± 0,44
3,37 ± 0,98
4,21 ± 0,57
4,00 ± 2,18
4,96 ± 0,91
4,41 ± 0,76
4,75
-
0,54 ± 0,59
1,15 ± 0,67
7,38 ± 5,32
8,32 ± 1,11
9,16 ± 4,72
6,89 ± 2,69
4,54 ± 0,00
5,26 ± 2,59
4,57 ± 0,80
5,38 ± 0,79
4,11 ± 0,67
4,01 ± 0,64
4,08 ± 0,69
4,19 ± 0,70
4,44 ± 0,44
3,37 ± 0,98
4,21 ± 0,57
4,00 ± 2,18
4,96 ± 0,91
4,41 ± 0,76
4,75
Meßzelle T07
A
Probe/Horizont
[cm]
0,1
1,0
1,1
2,1
3,1
4,1
5,1
6,1
7,1
8,1
9,1
10,1
11,1
12,0
12,1
13,1
14,1
15,1
16,1
17,1
18,1
19,1
20,1
21,1
22,1
23,1
24,1
25,1
26,0
26,1
27,1
28,1
29,1
Mittelwert
Eh
[mV]
432
422
444
423
423
350
321
305
302
296
285
265
237
265
313
254
241
291
268
323
275
297
349
242
306
290
317
257
258
236
310
spez. Oberfläche
[m2/g]
14,6 ± 0,2
10,2 ± 1,1
11,6 ± 1,4
12,1
Sulfat-S
[ppm]
14 ± 14
82 ± 82
(< NWG)
32
Fe(III)/Fe(II),
photometrisch [ - ]
0,25 ± 0,32
0,96 ± 0,27
0,43 ± 0,19
0,55
Probe/Horizont
[cm]
Eh
[mV]
spez. Oberfläche
[m2/g]
Sulfat-S
[ppm]
Fe(III)/Fe(II),
photometrisch [ - ]
Ausgangsprobe
Dom/Esch
< 2 mm
402
9,3 ± 0,3
0±0
7,56 ± 4,57
F-15
A
Meßzelle T11
F-16
Probe/Horizont
[cm]
nachgestelltes
Ausgangsmaterial
Na-BentonitDWM
HOZ 35L
Montigel F
0,1
1,1
2,1
3,0
3,1
4,1
5,1
6,1
7,1
8,1
9,1
10,1
11,1
12,0
12,1
13,1
14,1
15,1
16,1
17,1
18,1
19,1
20,1
21,1
22,1
23,1
24,0
24,1
25,1
26,1
27,1
28,1
29,1
30,1
31,1
32,1
33,1
34,1
Mittelwert
Eh
[mV]
spez. Oberfläche
[m2/g]
Sulfat-S
[ppm]
Fe(III)/Fe(II),
photometrisch [ - ]
74
58,2 ± 3,3
2071 ± 102
1,66 ± 0,42
41
396
103
129
92
62
41
0
135
0
-21
58
-47
-82
-17
-66
8
-16
-23
-8
-43
15
66
-13
5
-56
-21
-102
-128
-128
-51
-28
46
24
-25
-95
-122
-9
1,8 ± 0,1
69,3 ± 1,1
104,4 ± 5,5
703
100,5 ± 6,2
122,7 ± 0,8
109,2
972 ± 16
534 ± 175
736
1,28 ± 0,67
1,43 ± 0,34
-
Eisenspeziesanalyse
Mößbauerspektroskopie bei Raumtemperatur (R.T.) und 144 K (Flächeninhalte der Quadrupoldubletts der
Fe(III)-, sideritischen Fe(II)- und strukturellen (tonmineral.) Fe(II)-Komponente)
photometrisch bestimmtes Fe(III)/Fe(II)-Verhältnis
•
•
Meßzelle T 03
Meßzelle T 02
Meßzelle T 01
A
R.T. (in N2-Kapsel)
Probe/Horizont
(cm)
0,1
1,1
2,1
3,1
4,1
5,1
6,1
7,1
8,1
Mittelwert
0,1
1,1
2,1
3,1
4,1
5,1
6,1
7,1
8,1
9,1
10,1
11,1
12,1
13,1
14,1
15,1
Mittelwert
0,1
1,1
2,1
3,1
4,1
5,1
6,1
7,1
8,1
9,1
10,1
11,1
12,1
13,1
14,1
15,1
16,1
17,1
18,1
19,1
20,1
21,1
22,1
23,1
24,1
25,1
26,1
27,1
28,1
29,1
30,1
31,1
32,1
33,1
Mittelwert
R.T. (16 d an Luft)
Fe(III)
Fe(II)
Siderit
Fe(II)
strukt.
Fe(III)
/Fe(II)
0,784
0,072
0,144
0,72
0,606
0,686
0,528
0,563
0,611
0,604
0,697
0,63
0,806
0,638
0,714
0,680
0,706
0,776
0,724
0,664
0,695
0,768
0,530
0,513
0,645
0,444
0,665
0,708
0,442
0,598
0,651
0,628
0,464
0,505
0,628
0,533
0,464
0,678
0,533
0,537
0,486
0,524
0,551
0,623
0,526
0,530
0,533
0,583
0,583
0,573
0,560
0,648
0,615
0,577
0,681
0,606
0,571
0,133
0,148
0,206
0,25
0,219
0,15
0,16
0,065
0,17
0,038
0,193
0,190
0,171
0,191
0,155
0,181
0,130
0,160
0,183
0,318
0,335
0,222
0,336
0,200
0,157
0,319
0,190
0,227
0,238
0,304
0,257
0,205
0,199
0,266
0,234
0,204
0,219
0,230
0,362
0,198
0,180
0,242
0,260
0,215
0,212
0,212
0,151
0,165
0,162
0,168
0,321
0,176
0,131
0,221
0,156
0,246
0,108
0,222
0,218
0,239
0,236
0,238
0,21
0,166
0,170
0,204
0,149
0,103
0,068
0,095
0,206
0,144
0,049
0,152
0,152
0,132
0,219
0,144
0,134
0,238
0,204
0,122
0,134
0,232
0,238
0,167
0,268
0,270
0,128
0,263
0,244
0,284
0,113
0,251
0,200
0,232
0,211
0,252
0,205
0,205
0,281
0,275
0,190
0,216
0,101
0,144
0,263
0,209
R.T. (40 d an Luft)
Fe(III)
Fe(II)
Siderit
Fe(II)
strukt.
Fe(III)
/Fe(II)
3,63
-
-
-
2,49
1,54
2,18
1,12
1,29
1,57
1,53
2,30
1,75
3,95
1,76
1,81
2,13
2,40
3,48
2,62
1,98
2,29
3,31
1,13
1,05
1,82
0,80
2,18
2,43
0,79
1,52
1,87
1,69
0,87
1,02
1,69
1,14
0,87
1,87
1,14
1,16
0,95
1,10
1,23
1,64
1,11
1,13
1,14
1,40
1,40
1,33
1,27
1,84
1,60
1,37
2,13
1,54
1,39
0
0,74
0,758
0,633
0,698
0,714
0,671
0,70
0,739
0,760
0,770
0,780
0,777
0,778
0,774
0,763
0,766
0,768
0,668
0,668
0,750
0,625
0,742
0,757
0,641
0,734
0,762
0,755
0,649
0,615
0,718
0,725
0,717
0,714
0,659
0,713
0,68
0,692
0,685
0,789
0,707
0,697
0,74
0,787
0,768
0,74
0,787
0,747
0,768
0,762
0,747
0,723
0,083
0,083
0,104
0,2
0,2
0,15
0,116
0,13
0,082
0,159
0,142
0,156
0
0,155
0,114
0,088
0,124
0,170
0,200
0,200
0,140
0,204
0,149
0,09
0,18
0,107
0,105
0,107
0,185
0,229
0,15
0,133
0,126
0,174
0,145
0,118
0,139
0,126
0,126
0,049
0,123
0,141
0,104
0,074
0,064
0,102
0,064
0,064
0,034
0,11
0
0,117
0,18
0,177
0,138
0,166
0,102
0,135
0,213
0,16
0,179
0,081
0,088
0,068
0
0,067
0,112
0,149
0,110
0,062
0,130
0,132
0,109
0,170
0,112
0,149
0,179
0,16
0,132
0,138
0,166
0,157
0,132
0,141
0,157
0,112
0,195
0,169
0,18
0,182
0,189
0,163
0,17
0,162
0,157
0,139
0,167
0,157
0,149
0,189
0,198
0,129
0,253
0,163
Photometr.
Fe(III)
Fe(II)
Siderit
Fe(II)
strukt.
Fe(III)
/Fe(II)
Fe(III)/
Fe(II)
-
-
-
-
-
3,61 ± 0,29
0,00
2,85
3,13
1,73
2,31
2,51
2,04
2,08
2,83
3,17
3,35
3,48
3,50
3,42
3,22
3,27
3,31
2,02
2,01
3,01
1,67
2,94
3,17
1,79
2,75
3,22
3,08
1,85
1,59
2,55
2,65
2,53
2,50
1,94
2,48
2,13
2,25
2,17
3,72
2,41
2,30
2,84
3,69
3,32
2,86
3,69
2,95
3,31
3,19
2,95
2,71
0,766
0,765
0,766
0,77
0,678
0,73
0,566
0,603
0,553
0,596
0,571
0,577
0,615
0,628
0,587
0,59
0,635
0,647
0,607
0,621
0,593
0,678
0,6
0,622
0,631
0,631
0,581
0,675
0,617
0,14
0,14
0,071
0,12
0,095
0,095
0,163
0,12
3,26
3,26
3,27
3,26
3,26 ± 0,23
2,34 ± 0,96
1,87 ± 0,18
1,64 ± 0,25
1,70 ± 0,29
1,42 ± 0,14
1,60 ± 0,19
1,39 ± 0,13
1,41 ± 0,08
1,85
0,104
0,07
0,128
0,107
0,118
0,12
0,122
0,166
0,131
0,115
0,112
0,146
0,093
0,058
0,098
0,068
0,125
0,057
0,121
0,12
0,046
0,046
0,089
0,117
0,103
0,218
0,2
0,306
0,29
0,329
0,284
0,307
0,314
0,254
0,257
0,302
0,212
0,272
0,295
0,295
0,311
0,281
0,264
0,279
0,259
0,323
0,323
0,33
0,208
0,280
2,11
2,70
1,30
1,52
1,24
1,48
1,33
1,20
1,60
1,69
1,42
1,65
1,74
1,83
1,54
1,64
1,46
2,11
1,50
1,64
1,71
1,71
1,39
2,08
1,65
1,63 ± 0,25
1,70 ± 0,25
1,89 ± 0,12
2,25 ± 0,80
1,87
F-17
Testreihe zur Eisenspeziesanalyse gefriergetrockneter Proben:
•
•
Mößbauerspektroskopie bei Raumtemperatur (R.T.) und 144 K (Flächeninhalte der
Quadrupoldubletts der Fe(III)-, sideritischen Fe(II)- und strukturellen (tonmineral.) Fe(II)-Komponente
photometr. bestimmtes Fe(III)/Fe(II)-Verhältnis
Meßzelle T 01
A
Probe/Horizont
(cm)
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
8,0
Mittelwert
R.T. (in N2-Kapsel)
R.T. (16 d an Luft)
Fe(III)
Fe(II)
Siderit
Fe(II)
strukt.
Fe(III)
/Fe(II)
0,762
0,08
0,140
0,774
0,736
0,756
0,711
0,702
0,688
0,657
0,677
0,71
0,131
0,125
0,133
0,165
0,159
0,154
0,204
0,134
0,15
0,095
0,139
0,111
0,124
0,139
0,158
0,139
0,189
0,137
R.T. (40 d an Luft)
Fe(III)
Fe(II)
Siderit
Fe(II)
strukt.
Fe(III)
/Fe(II)
3,46
-
-
-
3,42
2,79
3,10
2,46
2,36
2,21
1,92
2,10
2,54
0,748
0,759
0,748
0,73
0,722
0,708
0,721
0,73
0,137
0
0,147
0,149
0,106
0,15
0,14
0,14
0,116
0
0,105
0,121
0,172
0,143
0,138
0,13
Photometr.
Fe(III)
Fe(II)
Siderit
Fe(II)
strukt.
Fe(III)
/Fe(II)
Fe(III)/
Fe(II)
-
-
-
-
-
-
2,96
2,97
2,70
2,60
2,42
2,59
2,71
0,776
0
0,78
0,137
0,146
0,14
0,087
0,095
0,09
3,46
0,00
1,73
3,40 ± 0,25
3,82 ± 2,11
2,72 ± 0,20
2,60 ± 0,22
2,10 ± 0,07
1,80 ± 0,22
2,00 ± 0,20
1,83 ± 0,36
2,53
Eisenspeziesanalyse
•
•
Mößbauerspektroskopie bei Raumtemperatur (R.T.)(Flächeninhalte der Quadrupoldubletts;
Fe(III)-Komponente in Klinkerphase und Zementhydratphase, sowie einer Fe(II)-Komponente)
photometr. bestimmtes Fe(III)/Fe(II)-Verhältnis
F-18
Probe/Horizont
(cm)
Fe(III)
Klinkerph.
Fe(III)
Hydratph.
Fe(II)
Fe(III)/
Fe(II)
Fe(III)/
Fe(II)
A
Photometr.
nachgestelltes
Ausgangsmaterial
Na-Bentonit-DWM
0
0.948
0.052
-
1,66 ± 0,42
Meßzelle T 11
R.T. (in N2-Kapsel)
1.1
6.1
9,1
12.1
18.1
24.1
29,1
30.1
Mittelwert
0.025
0.045
0.035
0.906
0.866
0.886
0.069
0.0887
0.079
13.5
10.3
11.7
0,09 ± 0,09
1,98 ± 0,47
0,06 ± 0,06
1,05 ± 0,25
1,12 ± 0,32
1,28 ± 0,17
0,93
Tonmineralgehalte in der Kornfraktion < 2 µm,
Verhältnis von Illit / Smektit,
DCB – extrahierbares Fe, Al, Mn bzgl. der jeweiligen Gesamtgehalte nach RFA
Meßzelle T 03
Meßzelle T 02
Meßzelle T 01
A
Probe/
Horizont
(cm)
Ausgangsmat.
Wilsum
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
8,0
Mittelwert
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
14,0
16,0
Mittelwert
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
14,0
16,0
18,0
20,0
22,0
24,0
26,0
28,0
30,0
Mittelwert
Smektit
(%)
Illit
(%)
Kaolinit
(%)
Σ
Illit /
Smektit
(-)
Fe
(%)
Al
(%)
Mn
(%)
6,7
29,1
64,1
100
4,3
5
0
3
7,8
9,7
7,2
7,3
8,0
5,4
5,5
5,3
5,3
5,6
5,3
4,9
4,7
5,3
5,5
6,6
7,0
5,8
5,3
6,6
5,5
6,8
6,5
4,6
5,8
7,1
8,2
8,0
8,2
6,5
31,9
31,0
35,0
31,9
32,4
31,2
32,4
33,7
31,4
31,9
32,2
32,0
33,5
32,3
29,2
34,4
32,2
32,5
35,0
31,8
32,4
32,3
31,8
35,4
34,5
32,9
32,7
31,2
29,9
32,5
60,3
59,3
57,8
60,9
59,6
63,3
62,1
61,0
63,3
62,4
62,4
63,1
61,7
62,4
65,3
59,0
60,7
61,7
59,7
61,6
62,1
60,9
61,6
60,1
59,7
60,0
59,1
60,8
61,9
60,9
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
4,1
3,2
4,8
4,4
4,1
5,7
5,9
6,3
5,9
5,7
6,1
6,5
7,1
6,2
5,3
5,2
4,6
5,6
6,6
4,8
5,8
4,7
4,9
7,7
5,9
4,6
4,0
3,9
3,6
5,2
4,0
4,5
3,4
4,1
3,3
3,4
3,7
3,5
3,7
27,9
26,2
23,2
23,1
12,4
14,4
17,5
12,8
19,7
12,5
15,7
63,7
17,4
100
7,4
31,3
8,4
5,2
6,4
5,6
4,1
9,2
5,9
6,0
19,92
0,10
0,08
0,06
0,07
0,06
0,07
0,06
0,06
0,07
0,1
0,2
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,2
0,14
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
2,2
0,0
0,2
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,16
6,8
6,0
8,0
5,3
4,7
4,1
5,4
7,6
6,0
5,0
7,2
4,8
5,1
2,8
3,1
3,6
3,7
4,41
14,2
11,9
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
0,0
7,2
0,0
2,22
F-19
A
Meßzelle T 05
Meßzelle T 06
Meßzelle T 07
F-20
Probe/
Horizont
(cm)
Smektit
(%)
Illit
(%)
Kaolinit
(%)
Σ
Illit /
Smektit
(-)
Fe
(%)
Al
(%)
Mn
(%)
Ausgangsmat.
Bastwald
0,2
43,4
56,4
100
279
1
0
0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
8,0
Mittelwert
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
14,0
16,0
18,0
20,0
Mittelwert
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
14,0
16,0
18,0
20,0
22,0
24,0
26,0
28,0
30,0
Mittelwert
0,6
1,1
0,8
1,0
0,9
0,2
0,4
0,3
0,4
0,2
0,4
0,3
0,4
0,6
0,6
0,4
0,3
0,2
0,3
0,2
1,2
0,5
0,5
44,1
51,4
48,7
44,4
47,2
38,9
47,4
51,4
56,0
40,2
42,8
40,0
53,2
49,1
47,2
46,6
37,2
35,8
39,8
36,7
46,2
48,5
40,7
55,3
47,5
50,5
54,7
52,0
60,9
52,2
48,4
43,6
59,6
56,8
59,6
46,4
50,3
52,1
53,0
62,4
63,9
60,0
63,0
52,5
51,0
58,8
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
77,4
45,3
64,3
46,0
58,2
164
117
195
158
166
114
120
119
83
73
131
109
147
156
151
38
102
117
1,23
0,89
0,61
0,46
1,65
1,76
1,25
1,41
1,16
6,85
5,90
8,34
8,97
7,53
5,15
4,03
5,82
3,95
4,66
6,12
19,0
18,6
21,5
13,7
17,7
16,0
27,0
8,2
1,6
6,1
3,6
5,7
3,6
3,5
1,5
11,14
0,09
0,05
0,03
0,03
0,06
0,06
0,12
0,08
0,06
0,15
0,12
0,13
0,14
0,14
0,15
0,13
0,17
0,13
0,13
0,14
0,5
0,5
0,5
0,4
0,6
0,4
0,4
0,3
0,2
0,3
0,2
0,2
0,3
0,3
0,1
0,35
5,21
5,54
5,26
4,58
9,81
9,77
5,05
7,25
6,56
7,98
7,77
6,12
10,45
8,49
4,90
6,34
6,50
6,73
5,12
7,04
20,4
19,0
18,7
17,2
22,2
15,2
24,4
13,3
13,6
13,0
12,9
14,1
13,5
14,1
23,6
17,01
Smektit
(%)
Illit
(%)
Kaolinit
(%)
Σ
Illit /
Smektit
(-)
Fe
(%)
Al
(%)
Mn
(%)
A
Ausgangsmat.
Dom/Esch,
< 2 mm
2,1
46,7
51,2
100
22,2
25
1
6
Meßzelle T 08
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
14,0
16,0
18,0
20,0
Mittelwert
12,1
13,6
9,5
8,4
10,9
41,5
42,3
43,9
46,4
43,5
46,4
44,0
46,6
45,2
45,6
100
100
100
100
100
3,4
3,1
4,6
5,5
4,2
16,9
21,8
20,9
14,0
12,2
12,8
13,8
11,6
11,8
15,09
0,9
1,0
1,0
0,8
0,6
0,6
0,6
0,5
0,5
0,73
18,5
17,4
25,5
12,0
13,5
5,8
10,1
9,0
10,8
13,63
Probe/
Horizont
(cm)
Smektit
(%)
Illit
(%)
Kaolinit
(%)
Σ
Illit /
Smektit
(-)
Fe
(%)
Al
(%)
Mn
(%)
26,5
54,2
19,3
100
2,0
2
3
1
3,9
7,9
7,7
6,5
50,9
39,4
44,7
45,0
45,2
52,7
47,6
48,5
100,0
100,0
100,0
100,0
13,1
5,0
5,8
8,0
16,8
17,2
18,8
18,3
17,3
16,9
18,9
16,4
17,5
21,6
17,97
9,7
8,7
9,5
5,4
10,2
9,3
14,5
10,1
12,5
10,7
10,05
11,1
12,9
12,2
11,9
12,4
10,3
11,7
11,6
14,1
11,1
11,92
Meßzelle T 11
A
Probe/
Horizont
(cm)
Ausgangsmat.
Na-BentonitDWM
1-3
4-6
7-9
10-12
13-15
16-18
19-21
22-24
25-27
28-30
Mittelwert
F-21
Agglomeratfreie Korngrößenverteilung (Atterbergschlämmung)
< 0,2 µm
2 - 6,3 µm
6,3 -20 µm
20 - 63 µm
> 63 mm
Σ
Gew.%
Ausgangsmat.
Wilsum
61
12
15
11
0
100
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
14,0
16,0
Mittelwert
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
14,0
16,0
Mittelwert
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
14,0
16,0
18,0
20,0
22,0
24,0
26,0
28,0
30,0
Mittelwert
53
58
56
52
54
52
53
50
54
53
58
56
52
54
52
53
50
54
62
65
64
64
67
58
61
63
55
64
63
61
62
63
58
62
13
13
14
14
12
13
12
11
13
13
13
14
14
12
13
12
11
13
13
10
12
11
12
10
11
11
10
12
11
11
11
12
13
11
17
17
17
17
15
17
18
17
17
17
17
17
17
15
17
18
17
17
13
10
11
12
12
13
13
12
13
12
12
12
11
11
11
12
17
11
12
15
18
17
17
22
16
17
11
12
15
18
17
17
22
16
12
14
13
12
9
18
16
13
21
12
15
15
14
13
15
14
1
1
1
1
0
1
0
0
1
1
1
1
1
0
1
0
0
1
1
1
1
0
0
1
0
1
1
0
0
1
2
2
3
1
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
Meßzelle T 03
Meßzelle T 02
Meßzelle T 01
A
Probe/
Horizont
(cm)
F-22
Ton
Gew.-%
Schluff
Gew.-%
Sand
Gew.-%

1 Einleitung 1 - Cleaner Production Germany

Transcription

Similar documents

UV-Oxidation in der Gasphase - Baden

Handschuhe im Labor – meine wichtigste Schutzschicht

Handbuch Altlasten Band 3 Teil 8

ansehen - Hainichen

Innovations 2010

Chemische Reinigung von Textilien

Aeroplus 6.cdr - Kröber Medizintechnik GmbH

testo 545 - Electrocomponents

GFS Gesellschaft für Sensorik mbH Grubenstr. 2 78052 Villingen

final screen - Hessen