Klausurfragen zum Eingangstestat für das umwelttechnische Praktikum (Abfallwirtschaft/Altlasten) im WS 2005/2006

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1 26. August 2005 Dr. Axel Fischer, TU Dresden, Lehrstuhl Altlasten, Institut für Abfallwirtschaft und Altlasten, Pratzschwitzer Straße 15, Pirna Klausurfragen zum Eingangstestat für das umwelttechnische Praktikum (Abfallwirtschaft/Altlasten) im WS 2005/2006 Das Eingangstestat wird für diejenigen Student(inn)en abgehalten, die kein Vordiplom haben und die beiden Klausuren "Grundlagen der Abfallwirtschaft I/II" und "Grundlagen der Altlastenbehandlung I/II" nicht bestanden oder schlechter als 3,3 abgeschlossen haben. Das Eingangstestat findet voraussichtlich Anfang/Mitte Oktober 2005 statt. Anmerkungen: 1.) Es handelt sich hierbei um die gleichen Fragen, die auch in meiner Probeklausur, in meiner Klausur und in meinen Übungszetteln ausgegeben wurden. 2.) Durch Kopieren aus verschiedenen Listen kann es sein, dass einige der nachfolgenden Fragen doppelt vorhanden sind. 3.) Literatur zu diesen Fragen ist in erster Linie meine Vorlesung. Hilfreiche weitere Literaturstellen sind im Internet als pdf-dateien unter den Rubriken "Altlastenbehandlung" und "Handbücher zur Altlastenbehandlung" erhältlich, d.h. downloadbar: (überprüft am 26. August 2005) Hilfreich ist hier vor allen Dingen das Handbuch "Mikrobiologische Sanierungsverfahren" Klausurfragen: Was ist das Lambert-Beersche Gesetz? Warum bauen sich hochchlorierte leichtflüchtige Kohlenwasserstoffe schlecht ab? Worin liegt die besondere Gefährlichkeit von LHKW? Nennen Sie 2 Gründe. Nennen Sie einen chlorierten Kohlenwasserstoff (CKW), der als Pflanzenschutzmittel Verwendung fand. Welche Haupt-Eigenschaft der CKW, die für Ihre frühere Verwendung als Pflanzenschutzmittel wichtig war, wird jetzt zum Nachteil? Warum ist ein schneller Bioabbau von Mineralölkohlenwasserstoffen (MKW) bei manchen Altlast-Standorten durchaus möglich, d.h. was macht MKW leichter bioabbaubar als z.b. chlorierte Kohlenwasserstoffe? Was unterscheidet einen sehr alten MKW-Schaden von einem MKW-Schaden, der erst ein paar Monate alt ist? Nennen Sie drei mögliche Unterschiede!

2 Nennen Sie zwei Stoffeigenschaften, die für die Verbreitung eines Stoffes in der Umwelt eine Rolle spielen (Beispiel: Wasserlöslichkeit). Nehmen Sie an, Sie haben einen geschlossenen gasdichten Container, in dem gleiche Volumen an Luft und Wasser vorhanden sind. Dann füllen Sie 100 Moleküle Benzol (= Benzen = ein aromatischer Kohlenwasserstoff) in den Container und schütteln ihn, bis sich das Benzol verteilt hat. Wo ist das Benzol? Begründen Sie Ihre Entscheidung! a) Überwiegend im Wasser b) Überwiegend in der Luft c) Zu gleichen Teilen im Wasser und in der Luft d) Es sinkt auf den Boden des Containers Beantworten Sie nachfolgende Fragen mit "ja" oder "nein" Polychlorierte Dibenzodioxine sind: a) hochtoxisch b) gut wasserlöslich c) werden in großem Umfang hergestellt d) reichern sich im Körper über Jahre hinweg an Nennen Sie einige Schadstoffe (Leitparameter), die bei folgenden Altlasten vorkommen: Tankstellen: Chemische Reinigungen: Metallverarbeitende Betriebe (Galvanik): Eine bedeutende Schadstoffgruppe, die vor allem bei Gaswerken zu finden ist, sind PAK. Beantworten Sie folgende Fragen: Wofür steht die Abkürzung "PAK"? Wieviel verschiedene PAK-Vertreter werden routinemäßig untersucht? Es gibt praktisch kein biologisches Sanierungsverfahren, dass PAK-Schäden behandeln kann. Was ist der Grund hierfür? Zeichnen Sie die Strukturformel eines MKW-Vertreters (mit Benennung). Was sind Isomere und Kongenere? Nennen Sie 2 leichtflüchtige chlorierte Kohlenwasserstoffe (mit Strukturformel). Warum sind hochchlorierte leichtflüchtige Kohlenwasserstoffe schwer biologisch abbaubar? Stichwort "Bioverfügbarkeit" a) Wo liegt der Unterschied zur Wasserlöslichkeit? b) Was bedeutet ein hoher K oc einer Substanz für ihre Bioverfügbarkeit? Warum sind MKW relativ gut biologisch abbaubar? Warum sind BTEX im allgemeinen schwer biologisch abbaubar?

3 Nennen Sie eine typische Altlast, bei denen man mit PAK rechnen muss. Auf welche Weise wurden MKW bis vor kurzem analysiert? Schildern Sie das Funktionsprinzip. Auf welche Weise werden MKW neuerdings analysiert? Schildern Sie ebenfalls das Funktionsprinzip. Warum sind Dioxine gefährlich? Nennen Sie Betriebe, bei denen Schwermetalle als Schadstoffe auftreten können. Toluol: a) Wieviel Milligramm Sauerstoff benötigen Sie theoretisch, um 100 mg Toluol (C 7 H 8 ) vollständig zu CO 2 und Wasser abzubauen? (Bitte mit Reaktionsgleichung). Molmassen: C = 12 g/mol; H = 1 g/mol; O = 16 g/mol; b) Warum ist Toluol oft leichter biologisch abbaubar als Benzol? Beschreiben Sie die Vorgänge, die geschehen können, wenn chlorierte Kohlenwasserstoffe als flüssige Phase von oben auf das Grundwasser sickern. Bewertung a) Skizzieren Sie kurz den Verfahrensablauf bei der Altlastenbehandlung in Sachsen. b) Schutzgut Boden. Was bedeuten die m-werte (m I, m II, m III und m IV )? c) Schutzgut Wasser. Was bedeuten die m-werte (m I, m II, m III und m IV )? Nennen Sie einige Quellen, die zweckmäßigerweise bei der Historischen Erkundung herangezogen werden. Was sind die Vorteile der Bodenluftbeprobung und wo liegen ihre Nachteile? Im Altlastenbereich werden bei PAK-Schadensfällen fast immer 16 bestimmte Verteter dieser Schadstoffgruppe untersucht. a) Warum werden gerade diese 16 Vertreter herangezogen? b) Warum ist eine Unterteilung in diese 16 Vertreter etwas ungeschickt? Vor einigen Jahren scheiterte ein Feldversuch in Solingen, bei dem PAK biologisch abgebaut werden sollten. Schildern Sie mögliche Gründe. Warum wird aus einer Mischung von Kochsalz (Na + + Cl - ) und Essigsäure (CH 3 COO - + H + ) nicht Salzsäure sondern Salatsoße, obwohl theoretisch die gleichen Ionen vorhanden sind (H + + Cl - )? Phenole lösen sich relativ gut in Wasser. a) Warum findet man in der Literatur für Pentachlorphenol sehr unterschiedliche Wasserlöslichkeiten (von 5 mg/liter bis 5 g/liter)? b) Wie kann die Wasserlöslichkeit von Phenolen verstärkt werden? Nennen Sie unterschiedliche Schadstoffgruppen, die bei Holzimprägnierungsanlagen vorkommen können und die dazugehörigen Kontaminationsherde.

4 Bei einer Altlast (ehemalige Tankstelle) wird der Untergrund untersucht. Es werden jedoch keine MKW gefunden, obwohl in dem betreffenden Bereich mehrere Leckagen dokumentiert und durch Augenzeugen belegt sind. Nennen Sie Gründe hierfür bei Vorliegen von: a) Sandigem Untergrund, b) Tonigem Untergrund Worin besteht die besondere Gefährlichkeit von Quecksilber? Nehmen wir an, Sie müssen bei einer Altlast eine Probenahme durchführen (ehemalige Tankstelle). Der Untergrund im betreffenden Bereich besteht aus Sand (bis 0,5 m Tiefe), gefolgt von tonigem Untergrund (bis 1 m Tiefe) und Kies. Das Grundwasser steht in 2,5 m Tiefe an. Welche Probenahmen schlagen Sie vor? Warum sagt ein relativ hoher Schwermetallgehalt im Boden noch nichts über das Vorliegen einer Altlast aus? Warum hat die Bodenart (Sand, Schluff, Ton) so einen großen Einfluss auf die Beurteilung von Altlasten? Was ist das Besondere an Benzol (Benzen), im Hinblick auf seine Wasserlöslichkeit, Adsorbierbarkeit, chemischer Reaktionsfähigkeit und biologische Abbaubarkeit? Wie bzw. unter welchen Bedingungen kann man Perchlorethylen biologisch abbauen und welche Produkte entstehen dabei? Welche chemische Strukturformel haben Naphthalin, Trichlorethylen, Toluol (Toluen), Phenol und gelbes Blutlaugensalz? Definieren Sie die Begriffe "Emission" und "Immission". Wann gilt eine Altablagerung und/oder ein Altstandort als Altlast? Welche der folgenden Cyanverbindungen ist besonders toxisch und welche ist besonders gut abbaubar? gut abbaubar toxisch K 3 [Fe(CN) 6 ] rotes Blutlaugensalz KCN Kaliumcyanid Fe 4 [Fe(CN) 6 ] 3 unlösliches Berliner Blau K 4 [Fe(CN) 6 ] gelbes Blutlaugensalz In welchen Branchen ist mit Cyanidbelastungen zu rechnen? Was versteht man unter dem Begriff "Leitparameter"? Nennen Sie 2 Leitparameter für die Gerbereibranche (=Lederindustrie) und 3 Leitparameter aus dem Bereich Gaswerk/Kokerei. Welche chlorierten aliphatischen Kohlenwasserstoffe (LCKW) wurden und werden auch heute noch hauptsächlich als Reinigungsmittel eingesetzt? Welche Reaktionsprodukte dieser Ausgangssubstanzen sind im Grundwasser zu erwarten, wenn a) anaerobe Milieubedingungen mit hoher organischer Belastung vorliegen?

5 b) ein ansonsten unbelastetes aerobes Grundwasser vorliegt? Die Gefährdungsabschätzung gemäß sächsischem Altlastenhandbuch für den Grundwasserpfad unterscheidet zwischen Austrag, Eintrag, Transport und Wirkung, sowie Bedeutung des Schutzgutes. Das Risiko gegenüber der Lagerung in Vergleichslage wird durch die sog. Multiplikatoren (m) beschrieben. Nennen Sie die wesentlichen Verstärkungsfaktoren für den Bereich "Austrag". Ein Grundwasserleiter mit den aufgeführten Analysenwerten wird von einer Altlast beeinflusst. Wie verändern sich die Parameter bei einem Eintrag mit Monoaromaten (BTEX-Aromaten)? Geben Sie die von Ihnen eingeschätzte Veränderung durch Pfeile nach oben bzw. nach unten bzw. durch einen Strich (= keine Veränderung) an. Wie würden sich die Parameter verändern, wenn Trichlorethen (TRI) eingetragen wird? BTEX TRI O 2 = 10 mg/l - NO 3 = 50 mg/l 2- SO 4 = 50 mg/l Fe 2+ = 0 mg/l Mn 2+ = 0 mg/l - NO 2 = 0 mg/l + NH 4 = 0 mg/l DOC = 1 mg/l REDOX = 800 mv Viele Schadstoffe werden aerob abgebaut, während der anaerobe Abbau nur sehr schlecht funktioniert. Welcher anaerobe Abbauweg ist in manchen Fällen dennoch erfolgreich? (Stichwort: Stickstoff-Kreislauf) Phenol hat einen pk-wert von ca. 10. Pentachlorphenol hat einen pk-wert von ca. 4,7. a) In welcher Form liegen die beiden Verbindungen - jeweils 10 mg/l in Wasser gelöst - bei ph 7 vorwiegend vor (mit Strukturformel)? b) Was würde ein künstliches Anheben des ph-wertes (z.b. mit Natronlauge) auf 12,0 für die beiden Substanzen bewirken? c) Was würde ein Absenken des ph-wertes (z.b. mit Salzsäure) auf 2,0 für die beiden Substanzen bewirken? Natural Attenuation: Nennen Sie diejenigen Vorgänge, die darunter verstanden werden. Was ist der K oc? Warum spielt der K OC eines Schadstoffes für seine mikrobielle Abbaubarkeit eine große Rolle? Was ist der K ow? (manchmal auch als log P ow bezeichnet?) Was ist die Henry-Konstante?

6 Warum ist die Angabe: "PAK-Gesamt-Konzentration im Boden: 1000 mg/kg" im Hinblick auf eine mikrobiologische Sanierung unzureichend, auch wenn man den Aufbau des Bodens (Sand, Schluff etc.) und den Ort der Kontamination genau kennt? Warum ist eine Sanierungsentscheidung nur aufgrund von Bodenluftuntersuchungen nicht zulässig? Definieren Sie die Begriffe "Prüfwerte" und "Maßnahmenwerte" Abbau von Perchlorethylen zu Trichlorethen unter aneroben Bedingungen. Was passiert mit dem Chlor? (Kleine Hilfe: Man sieht es, wenn man die vollständige Redoxreaktion formuliert. Man kann z.b. PER zu TRI reduzieren (Reduktion) und gleichzeitig Ammonium zu Nitrat oxidieren lassen). Nennen Sie einen schwerflüchtigen chlorierten Kohlenwasserstoff, der persistent ist. Wie bezeichnet man allgemein diese Art des Bioabbaus, bei dem der Schadstoff nicht als alleinige Kohlenstoff- und Energiequelle dient, sondern bei dem der Schadstoff sozusagen "nebenbei" mit abgebaut wird? Werden PAK gezielt hergestellt? Warum ist Benzol (Benzen) der schädlichste Vertreter der BTEX? Nennen Sie einige Nachteile, die bei "Anwendung" von Natural Attenuation auftreten könnten. Wie werden die Grenzwerte bezeichnet, die in der sächsischen Altlastenmethodik zur Beurteilung von Altlast-Verdachtsfällen angewendet werden? Nehmen wir an, ein gut löslicher, organischer, nicht-chlorierter Schadstoff wäre im Grundwasser vorhanden. Was für eine einfache Maßnahme könnte man zur Verbesserung seine Abbaus einleiten? Was ist der Vorteil von Nitrat als Elektronenakzeptor (statt Sauerstoff) beim Abbau von Schadstoffen?