Zusammenfassung
In einer Vielzahl von Untersuchungen wurde gezeigt, dass die Sorption von organischen Schadstoffen in Böden insbesondere vom organischen Kohlenstoffgehalt (C org) bestimmt wird. Kontrovers wird jedoch die Frage diskutiert, inwieweit Sorptionsprozesse vollständig reversibel sind oder ob eine irreversibel sorbierte Schadstofffraktion in den Sorbenten verbleibt. Dieser Effekt ist etwa bei der Beurteilung von Sanierungsmaßnahmen oder bei der Festlegung von Sanierungszielen von großer Bedeutung. In mehrstufigen Sorptions- und Desorptions-Batch-Versuchen mit TCE und PCE bzw. ortho-Xylol und para-Xylol und den Sorbenten Aktivkohle, Holzkohle sowie einem hydrophobem Zeolith Y-200 wurde diese Fragestellung untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass der strukturelle Aufbau des Sorbenten von entscheidender Bedeutung für das Auftreten einer desorptionsresistenten Schadstofffraktion ist. Während für den mikroporösen Zeolith Y-200 mit starrem Porensystem Sorption weitestgehend reversibel ist, wurde für die Holzkohle und die Aktivkohle eine signifikante irreversibel sorbierte, oder zumindest sehr langsam desorbierende Schadstofffraktion ermittelt. Diese Schadstofffraktion kann jedoch bei einem folgenden weiteren Sorptionsschritt durch konkurrierende Sorptionseffekte mobilisiert und freigesetzt werden.
Abstract
Numerous studies have shown that sorption of organic contaminants in soils is dominated by the natural organic carbon content (C org) of the soil. However, it is still under discussion whether sorption processes are fully reversible or whether an irreversibly sorbed contaminant fraction remains in the soil. This is especially important when considering soil remediation measures and its targets. In multi-stage sorption-desorption batch experiments with TCE, PCE, ortho-xylene and para-xylene and with the sorbents activated carbon, charcoal and a hydrophobic zeolite Y-200, the reversibility of sorption was studied. It could be shown that the structural features of the sorbents are of ample importance for the occurrence of a desorption-resistant fraction. While sorption was mainly reversible for the micro-porous zeolite Y-200 with a rigid pore network, charcoal and the activated carbon showed significant desorption hysteresis. However, following a subsequent sorption step, this fraction eventually desorbs and is re-mobilized.
Literatur
Allen-King, R.M., Grathwohl, P., Ball, W.P.: New modeling paradigms for the sorption of hydrophobic organic chemicals to heterogeneous carbonaceous matter in soils, sediments, and rocks. Adv. Water Resour. 25, 985–1016 (2002)
Ball, W.P., Roberts, P.V.: Long-term sorption of halogenated organic chemicals. Part 2. Intraparticle diffusion. Environ. Sci. Technol. 25, 1237–1249 (1991)
Braida, W., Pignatello, J.J., Lu, Y., Ravikovitch, P.I., Neimark, A.V., Xing, B.: Sorption hysteresis of benzene in charcoal particles environ. Sci. Technol. 37, 409–417 (2003)
Flanigen, E.M.: In: Ribeiro, F.R., Rodrigues, A.E., Rollmann, L.D., Naccache, C. (Hrsg.) Zeolites: Science and Technology, S. 237. Nijhoff, The Hague (1985)
Grathwohl, P.: Diffusion in Natural Porous Media S. 207. Kluwer Academic, Dordrecht (1998)
Huang, W., Yu, H., Weber, W.J.: Hysteresis in the sorption and desorption of hydrophobic organic ontaminants by soils and sediments. 1. A comparative analysis of experimental protocols. J. Contam. Hydrol. 31, 129–148 (1998)
Jonker, M.T.O., Koelmans, A.A.: Extraction of polycyclic aromatic hydrocarbons from soot and sediment: solvent evaluation and implications for sorption mechanism. Environ. Sci. Technol. 36, 4107–4113 (2002)
Kan, A.T., Fu, G., Hunter, M.A., Tomson, M.B.: Irreversible adsorption of naphthalene and tetrachlorobiphenyl to Lula and surrogate sediments. Environ. Sci. Technol. 31, 2176–2186 (1997)
Kleineidam, S., Rügner, H., Ligouis, B., Grathwohl, P.: Organic matter facies and equilibrium sorption of phenanthrene. Environ. Sci. Technol. 33, 1637–1644 (1999)
Kleineidam, S., Schüth, C., Grathwohl, P.: Solubility-normalized combined adsorption-partitioning sorption isotherms for organic pollutants. Environ. Sci. Technol. 36, 4689–4697 (2002)
Kleineidam, S., Rügner, H., Grathwohl, P.: Desorption kinetics of phenanthrene in aquifer material lacks hysteresis. Environ. Sci. Technol. 38, 4169–4175 (2004)
Lu, Y., Pignatello, J.J.: Demonstration of the “conditioning effect” in soil organic matter in support of a pore deformation mechanism for sorption hysteresis. Environ. Sci. Technol. 36, 4553–4561 (2002)
Nkedi-Kizza, P., Rao, P.S.C., Hornsby, A.G.: Influence of organic cosolvents on leaching of hydrophobic organic chemicals through soils. Environ. Sci. Technol. 21, 1107–1111 (1987)
Ran, Y., Xiao, B., Fu, J., Sheng, G.: Sorption and desorption hysteresis of organic contaminants by kerogen in a sandy aquifer material. Chemosphere 50, 1365–1376 (2003)
Sander, M., Pignatello, J.J.: An isotope exchange technique to assess mechanisms of sorption hysteresis applied to naphthalene in kerogenous organic matter. Environ. Sci. Technol. 39, 7476–7484 (2005)
Wang, G., Kleineidam, S., Grathwohl, P.: Sorption/desorption reversibility of phenanthrene in soils and carbonaceous materials. Environ. Sci. Technol. 41, 1186–1193 (2007)
Wang, G., Grathwohl, P.: Activation energies of phenanthrene desorption from carbonaceous materials: column studies. J. Hydrol. 369, 234–240 (2009)
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ElHaddad, E., Ensinger, W. & Schüth, C. Untersuchungen zur Sorptionsreversibilität von organischen Schadstoffen in Aktivkohle, Holzkohle und Zeolith Y-200. Grundwasser 18, 197–202 (2013). https://doi.org/10.1007/s00767-013-0229-1
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