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JUEL-3612
Schulze, Matthias
Bedeutung des gelösten organischen Kohlenstoffs für das Schicksal hydrophober organischer Verbindungen in ungesättigten Bodenzonen
176 S., 1998

Bei der Abschätzung des Verhaltens hydrophober organischer Schadstoffe in pedogenen und aquatischen Umweltkompartimenten gibt es immer noch offene Fragen. Im Vordergrund der Arbeiten stand die Vermittlung des Verständnisses, daß viele komplexe Prozesse in Ökosystemen ineinander greifen können und so eine Abschätzung des Schicksals von hydrophoben organischen Schadstoffen erschwert wird. In der vorliegenden Dissertation wurden die Wasserlöslichkeit, das Sorptionsverhalten, die physiko-chemischen Wechselwirkungen und der Stofftransport ausgesuchter Schadstoffe untersucht. Da der natürliche organische Kohlenstoff eine wichtige Rolle bei den genannten Prozessen und Eigenschaften spielt, wurde seine chemische Natur beschrieben und charakterisiert. Als Modellschadstoffe dienten die hydrophoben organischen Verbindungen Acenaphthen, Dibenzofuran und 4-Chlorbiphenyl sowie das Harnstoffherbizid Methabenzthiazuron.

Die Untersuchungen zur "scheinbaren" Wasserlöslichkeit der Modellschadstoffe zeigten, daß diese mit Zunahme der Konzentration an gelöstem organischem Kohlenstoff zunimmt. Dabei spielt die chemische Natur des gelösten organischen Materials eine entscheidende Rolle. Gelöster organischer Kohlenstoff aus Torf hat eine geringere löslichkeitsvermittelnde Wirkung auf Dibenzofuran als ALDRICH-Huminsäure. Erhöhte anorganische Ionenkonzentrationen im Wasser inhibieren die löslichkeitsvermittelnde Wirkung des gelösten organischen Kohlenstoffs.

Die Affinität des Dibenzofurans am Pseudogley eines Ap-Horizonts zu adsorbieren, ist deutlich größer als für Acenaphthen. Mit Zunahme des organischen Kohlenstoffs im Boden steigt das Adsorptionsvermögen dieser Substanzen an. Beide Schadstoffe zeigen ein nichtlineares Adsorptionsverhalten. Durch aquatische Lösungen mit qualitativ und quantitativ unterschiedlichem organischem Kohlenstoff ist die Desorbierbarkeit des Acenaphthens und Dibenzofurans vom Boden sehr gering. Beide Verbindungen zeigen deutliche Hystereseeffekte.

Durch die löslichkeitsvermittelnde Wirkung des verwendeten natürlichen organischen Kohlenstoffs wird die Verlagerung von Acenaphthen im Boden beeinfluát. Säulenexperimente an ungestörtem Boden zeigten, daß bei hohen Konzentrationen an gelöstem organischem Kohlenstoff die Mobilität des Acenaphthen zunimmt. Dibenzofuran konnte während des gesamten Versuchszeitraumes in den Säuleneffluenten nicht detektiert werden. Die Auswertung der Experimente mit dem konservativen Tracer Bromid ergaben, daß in den meisten Bodensäulen die Transporteigenschaften durch die Konvektions-Dispersions-Gleichung gut beschriben werden. Präferenzieller Wasserfluß durch Makroporen wird dabei nicht ausgeschlossen. In einem Fall führte die Anpassung der Konzentrationswerte des Bromids zu einer guten Übereinstimmung mit dem mobilen/immobilen Transportmodell.

Die numerische Simulation mit stochastisch verteilten Geschwindigkeiten berechnete für Acenaphthen nur bei präferentiellen Wasserfluß und in Anwesenheit relativ hoher Konzentrationen an gelöstem organischem Kohlenstoff eine signifikante Verlagerung im Boden. Mikrobieller Abbau wurde dabei als Kinetik erster Ordnung implementiert.

Die Semi-Quantifizierung von Pyrolyseprodukten des natürlichen organischen Materials machte es möglich, quantitative Aussagen zur Verteilung bekannter Vorläuferbiomoleküle im natürlichen organischen Material zu treffen. Die Strukturuntersuchungen durch Curie-Punkt Pyrolyse zeigten eine direkte Korrelation zur löslichkeitsvermittelnden Wirkung von natürlichem organischem Material. Je größer der Anteil an hydrophoben Biopolymeren in den Huminstoffen ist, um so besser ist deren löslichkeitsvermittelnde Wirkung.

Die Curie-Punkt Pyrolyse Gaschromatographie-Massenspektrometrie wurde erfolgreich bei den Untersuchungen der physiko-chemischen Wechselwirkungen zwischen natürlichem organischem Material einer Parabraunerde und Methabenzthiazuron sowie einer Braunkohlehuminsäure und Aminobenzothiazol eingesetzt. Methabenzthiazuron und Aminobenzothiazol wurden bei relativ niedrigen Pyrolysetemperaturen aus dem Huminstoff-Schadstoff-Komplexen freigesetzt. Dies deutet auf geringe Bindungskräfte zwischen den Huminstoffen und Methabenzthiazuron bzw. Aminobenzothiazol hin. Bei der Pyrolyse des natürlichen organischen Materials aus den Säulenexperimenten konnten Acenaphthen bzw. Dibenzofuran als Einzelsubstanzen nicht detektiert werden.


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