Leitempfehlung zur Vorgehensweise bei der Bestimmung der Quellstärke für die Sickerwasserprognose Teil B Forschungsreport...

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1 Veröffentlichungen aus dem Technologiezentrum Wasser Band 47 Wissenschaftliche Begleitung und Auswertung zum BMBF- Förderschwerpunkt Sickerwasserprognose Inhaltsverzeichnis Teil A Leitempfehlung zur Vorgehensweise bei der Bestimmung der Quellstärke für die Sickerwasserprognose... 1 Teil B Forschungsreport Einleitung Aufgabenstellung und Projektstruktur des Förderschwerpunkts Die Sickerwasserprognose nach Bundes-Bodenschutz- und Altlastenverordnung Aufgabenstellung für den Förderschwerpunkt Struktur und Umfang des Förderschwerpunkts Entwicklung der Normung hinsichtlich der Verwendung der Quellstärke während der Laufzeit des Förderschwerpunktes und daraus resultierende Arbeitsschwerpunkte Auswertung und Dokumentation der Forschungsergebnisse Auswertung der Projektergebnisse und Textanordnung Berichtsgrundlagen und Literatur Datendokumentation Definitionen, Abkürzungen und Größenbezeichnungen Analytisches Programm und Referenzmaterialien Analytisches Programm Referenzmaterialien Bereitstellung Mineralische Hauptbestandteile Gesamtgehalte der Referenzmaterialien Versuche mit Freiland-Lysimetern Aufbau und Betrieb Beschreibung der Freiland-Lysimeteranlagen Betrieb der Freiland-Lysimeteranlagen... 20

2 3.2 Vergleich der Quellstärken Unterschiede der Lysimeter Vergleich der ph-werte des Eluats aus der Quellstärkeschicht Vergleich der elektrischen Leitfähigkeit im Ablauf der Quellstärkeschichten und nach zusätzlicher Passage der Transportschichten Konzentrationsprofile in der Transportzone der FZJ-Lysimeter Elektrische Leitfähigkeit im Vergleich der vier FZJ-Lysimeter Zusammenwirken von Quellstärkeschicht und Transportzone in den Freiland-Lysimetern Eluatkonzentrationen im Ablauf der Quellstärkeschicht und nach Passage der Transportzone Freisetzung von Anorganika in den Quellstärke-Lysimetern DOC-Konzentration und Trübung in den Freiland-Lysimetern PAK-Freisetzung in den GSF-Quellstärke-Lysimetern Freisetzung von MKW in den GSF-Quellstärke-Lysimetern Vergleich der Konzentrationen im Ablauf der GSF-Transport-Lysimeter mit der Quellstärke der GSF-Quellstärke-Lysimeter Übersicht zu den Hauptcharakteristika des Zusammenwirkens von Quellstärke und Transportzone Schwermetalle Anorganische Hauptionen Polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) Schlussbemerkung Stoffbilanzen und Nachuntersuchung der GSF- Lysimeter Mobilisierte Fracht für Anthracen bei RM-BS und RM-BO Gesamtbilanz für die Summe 15 PAK Gesamtbilanz für die Schwermetalle Zusammenfassung Ableitung mathematischer Funktionen für die Quellstärke als Eingangsgröße für die Transportmodelle Quellstärkefunktionen aus SIWA-Schlussberichten und der Literatur Funktion auf der Basis des Ansatzes von TAMMAN DUALEXPO-Gleichung Funktionen auf Basis der HENRY-Gleichung Erfassung der Auswirkung von Einflussfaktoren auf den Stofftransport mit der FREUNDLICH-Gleichung Gleichungen aus der SIWA-Task-Force Quellstärkefunktionen TFQ1 Quellstärkefunktionen für Hauptionen und Schwermetalle TFQ2 Quellstärkefunktionen für organische Schadstoffe TFQ3 Übertragung der Laborergebnisse auf den Feldmaßstab... 60

3 5.2.4 TFQ4 Laborsäulenversuche mit Referenzmaterialien als Datengrundlage für die Entwicklung von Quellstärkefunktionen unter gesättigten und ungesättigten Bedingungen Anmerkung zur Weitergabe von Quellstärkedaten in Form der hier beschriebenen mathematischen Funktionen Ergebnisse der Labor-Säulenversuche zur Schadstoffmobilisierung Konzentration anorganischer Parameter im Eluat von Laborsäulen Schwermetalle Hauptionen Sulfat und Calcium Mineralische Hauptbestandteile Aluminium und Silizium Elektrische Leitfähigkeit als Indikator für die Konzentration der Hauptionen Gesamtaustrag der Anorganika beim Säulentest Mobilisierung von PAK in gesättigten Laborsäulen Kurvenform der Quellstärke der PAK Pyren und Phenanthren Nachweis des Bioabbaus von PAK Bereich konstanter Konzentration der PAK Gesamtaustrag der PAK beim Säulentest Untersuchung von Einflussfaktoren auf die Eluatkonzentration im Säulenversuch Einflussfaktoren beim Säulenversuch Einfluss der Temperatur Einfluss der Schichthöhe Präferentieller Fluss Partikulärer Schadstofftransport Einfluss variabler Betriebsfaktoren beim Säulenversuch Auswirkung der Fließrate auf die Konzentrationen im Säuleneluat Auswirkung von Flussunterbrechungen Einfluss der Zusammensetzung des Zulaufwassers, Packen und Vorkonditionieren der Laborsäulen Einfluss des Kohlensäuregehaltes im Porengas Einfluss der Ionenstärke Vergleich von Säulenversuchen unter gesättigten und ungesättigten Fließbedingungen Untersuchungen zur Veränderung der Hauptbestandteile von Hausmüll- Verbrennungsasche beim Kontakt mit Wasser und Atmosphäre Zusammenfassung Untersuchung und Weiterentwicklung der Batch-Verfahren Varianten und Erfahrungen bei Batch-Tests Erfahrungen mit dem Bodensättigungsextrakt BSE Definition des MBSE Erfahrungen mit den Schütteltests S-2 und S

4 8.1.4 Vergleich zwischen Schüttelextrakt und Säulenversuch Kaskadentest Multi-WF-Extraktion MWF (parallele Versuchsansätze) Theoretische Untersuchungen zu multiplen Schüttelversuchen Schlussbemerkung Extraktionsverfahren mit besonderer Zielsetzung Sequentielle Extraktion, Sättigungsextraktion ph-stat-verfahren Weiterentwicklung des Bodensättigungsextrakts (SBSE) Verbesserungsvorschläge Definition des SBSE Größenverhältnis von SBSE und MBSE Schlussfolgerungen für das Anwendungsfeld von Batch-Versuchen Bestimmung der Quellstärke im Labortest, BAM-Laborvergleich (Ringversuch) und Arbeitsvorschriften Vorbehandlung der Eluate für die Bestimmung der Quellstärke Ergebnisse des Laborvergleichstest zur Bestimmung der Quellstärke Ergebnisse des Laborvergleichs mit Batch-Versuchen Untersuchungen zum Deklarationstest mit einem End-WF von 2 L/kg Anmerkungen zu den Arbeitsvorschriften Konzept zur Bewertung des Auslaugverhaltens mineralischer Baustoffe/-körper durch Sicker- und Kontaktgrundwasserprognose Einleitung: Mechanismen der Auslaugung Bestimmung der Quellstärke für Boden und Grundwässer in Kontakt mit Bettungsmassen, Spritz- und Schlitzwandbeton Aufgabenstellung Versuchsprogramm Ergebnisse Bestimmung der Quellstärke für Boden und Grundwasser in Kontakt mit Betonfundamenten und Bodeninjektionen Aufgabenstellung Versuchsprogramm Ergebnisse Zusammenfassung der Ergebnisse

5 11 Transport-Rechenmodelle für die Sickerwasserprognose Einleitung Mathematische Grundlagen Quellstärkefunktionen für die Anwendung bei der Transportsimulation Umrechnung von WF in Betriebszeit Umrechnung der Betriebszeit-Daten eines Säulenversuchs in die der Quellstärkeschicht eines Freiland-Lysimeters Nachweis der Treffsicherheit von Simulationsprogrammen und Anforderungen an ihre Leistungsmerkmale Eingabedaten für die Simulationsrechnung Anforderungen und Grenzen der Dateneingabe in die Transportmodelle Ergebnisse der Simulations-Untersuchungen Anforderungen an Simulationsmodelle Zusammenfassung und Ausblick Transportzone der Freiland-Transport-Lysimeter Quellstärkebestimmung und Laborsäulenversuche Batch-Versuche (BSE, MBSE und Schüttelextrakte) Fazit Liste der Vorhaben im Rahmen des BMBF/UBA-Förderschwerpunkts Sickerwasserprognose Literaturverzeichnis Gesetzestexte, Normen und Arbeitsvorschriften Wissenschaftliche Texte und Forschungsberichte Erläuterung der Abkürzungen und Formelzeichen Abkürzungen Formelzeichen Griechische Buchstaben Kleinbuchstaben Großbuchstaben