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Development of methods to assess pollutant attenuation in geological barriers under landfills. Subproject 3: procedures to investigate sorption, diffusion and colloid transport Final report / Erarbeitung eines Methodenpakets zur Erfassung des Schadtstoffrueckhaltevermoegens der geologischen Barriere am Beispiel der Deponie Ihlenberg. Teilvorhaben 3: Untersuchungen zur Schadstoffsorption, -diffusion und Kolloidtransport Abschlussbericht

Authors
  • Foerstner, U.
  • Wienberg, R.
  • Gerth, J.
  • Von der Kammer, Frank M.A.
  • Silla, M.
  • Steimle, A.
  • Technische Univ. Hamburg-Harburg, Hambur...
Publication Date
Jan 01, 1999
Source
OpenGrey Repository
Keywords
Language
German
License
Unknown

Abstract

Heavy metal transport transmitted by natural colloidal particles was investigated to assess its relevance for the retention capacity of natural geological barriers in the subsurface of landfills. Latest analytical tools based on field-flow-fractionation were used to overcome known deficiencies in the analysis of natural colloids for which methods were establish to extend the capabilities of fractionation and detection. Bench scale experiments showed the importance of hydrochemical parameters in controling the detachment, stabilisation and retardation of natural colloidal particles which may act as carriers for contaminants. Column experiments showed the superimposing role of the barrier structure for long range transport of stable colloidal particles. Within the fine grained barrier material investigated close to no transport was found. The only exception from this estimation must be made regarding the extreme inhomogeneity of the natural barrier and the possible translocation of contaminants with natural organic matter (e.g. humic acids). This fact may come out as the major limitation for the 'up-scaling' from bench-scale experiments using homogeneous substrates. Methods for sorption and diffusion experiments to determine retardation of chemicals in a low permeability zone were developed. Sorption and diffusion behaviour of three model chemicals was tested with six typical substrates. As expected, sorption of dissolved organic chemicals is attributed to the content of organic matter and sorption of nickel is mainly influenced by pH. Innovative sorption experiments were carried out using nickel under controlled redox conditions. A decrease of sorption was found according to lower redox potentials. The major part of the programme were diffusion experiments with three model chemicals and three typical substrates of low permeability. Several diffusion tests under non stationary conditions were developed with regard to a practicable set of methods for the assessment of the geological barrier. (orig.) / Im Rahmen des Vorhabens wurden Untersuchungen zur Bedeutung des kolloidal vermittelten Schwermetalltransports in geologischen (natuerlichen) Barrieren im Deponieuntergrund durchgefuehrt. Hierzu wurden neue Analysentechniken basierend auf dem Prinzip der Feld-Fluss-Fraktionierung eingesetzt. Umfangreiche Untersuchungen waren notwendig, um dieses Verfahren als Methode zu etablieren. Im Laborexperimenten konnte gezeigt werden, dass hydrochemische Parameter eine wesentliche Steuerfunktion bei der Freisetzung und beim Rueckhalt kolloidaler Traegersubstanzen spielen, jedoch die Struktur des Barrierematerials (hydraulische Leitfaehigkeit, Korngroessenverteilung) den Langstreckentransport kolloidalen Materials, zumindest bei einer homogenen Betrachtung unterbindet. Ein Transport von Schwermetallen an natuerlichen kolloidalen Partikeln kann im untersuchten System weitgehend ausgeschlossen werden. Problematisch fuer eine ganzheitliche, grossraeumige Betrachtung ist zum einen die Rolle der natuerlichen organischen Substanz (Huminstoffe), die sowohl selbst als Transportmedium in Frage kommt, als auch zur Stabilisierung anorganischer kolloidaler Partikel beitraegt, und zum anderen die Frage nach dem 'Upscaling' der Laborexperimente auf den heterogenen natuerlichen Aufbau der geologischen Barriere. Es wurden Methoden der Sorptions- und Diffusionsuntersuchungen fuer die Bestimmung des Schadstoffrueckhaltepotentials der geologischen Barriere entwickelt. Untersucht wurde das Sorptions- und Desportionsverhalten dreier Modellschadstoffe in sechs charakteristischen Substraten. Die Sorption der lipophilen organischen Stoffe zeigt erwartungsgemaess ein proportionales Verhalten vom C_o_r_g_.-Gehalt der Substrate. Die Nickelsorption ist abhaengig vom pH-Wert des Substrates. Als innovativer Versuchsansatz wurden Sorptionsversuche mit Nickel in kontrollierten Redoxpotentialbereichen durchgefuehrt. Tendenziell findet sich eine Abnahme der Sorptivitaet bei Eh-Erniedrigung. Der Aufgabenschwerpunkt lag in Diffusionsuntersuchungen an drei bindigen Substraten, die die geologische Barriere bilden. Dabei wurden instationaere Diffusionsverfahren erprobt und modifiziert. Zudem wurde ein realitaetsnahes Verfahren im Labormassstab entwickelt. Abschliessend wurden alle Diffusionsmethoden fuer ein anwendbares Methodenpaket bewertet. (orig.) / Available from TIB Hannover: F00B635 / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische Informationsbibliothek / SIGLE / Bundesministerium fuer Bildung und Forschung (BMBF), Bonn (Germany) / DE / Germany

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