Schadstoffdiffusion und Sorption eines künstlichen Sickerwassers in ausgewählten geologischen Barrieren aus dem Raum Franken

The geologic barrier represents the final contact between a landfill and the environment. Ideally suited are clays and mudstones because of sufficient vertical and lateral extent, low hydraulic conductivities and high sorptive characteristics. Since hydraulic conductivity is no longer the single criteria to determine transport and retardation of contaminants in geologic landfill barrier materials, diffusive and sorptive characteristics of 4 different clay and mudstone lithologies in Northern Bavaria, were investigated. Cored samples from various depths were included in this study and subjected to evaluations of geochemistry, mineralogy, physical parameters, sorption and diffusion. A transient double reservoir with decreasing source concentration was designed and constructed using clear polycarbonate cylinders for undisturbed clay plugs of 2 to 4cm thickness. Samples were also fitted with internal electrical conductivity probes to determine the migration of the diffusive front. A multi chemical species synthetic landfill leachate was contrived to simulate and evaluate natural pollutant conditions. A computational method for determining mineralogy from geochemical data was also developed. It was found that sorptive processes are mostly controlled by the quality and type of fine grained phyllosilicates and the individual chemical species involved exhibited linear, Freundlich, as well as Langmuir sorption properties. Effective diffusion and sorption coefficients were also determined using POLLUTEv6 (GAEA, 1997) software and receptor reservoir concentrations for K, Na, Ca, Cu, NH4, Cl, NO3, SO4, and concentration totals at predetermined time intervals. Anion exclusion proved to be a major factor in the diffusion process and was used to explain many observed anomalies. Furthermore, diffusion coefficients were found not to be static with a multi chemical species leachate, but actually varied during the course of the experiment. Strong indications point toward the major role of pore space quality, shape, and form as control of diffusive properties of a geologic barrier. A correlation of CECNa of the samples with De may point to a possible deduction of diffusive properties for multi species leachates without extensive and time consuming laboratory testsDie geologische Barrier stellt die letzte Verbindung zwischen Mülldeponie und Umwelt dar. Ideal geeignet sind Tone und Tonsteine, da diese ausgedehnten horizontalen und vertikalen Mächtigkeiten, niedriger hydraulischen Koeffizienten, und hohen Sorptionskapazitäten aufweisen. Da hydraulische Konduktivitäten nicht länger alleine maßgebend sind, um Transport und Rückhaltevermögen verschiedener Kontaminanten in geologischen Deponiebarrieren zu beurteilen, wurden 4 verschieden Tonsteine des Nordbayerischen Raumes auf ihre Sorptions- und Diffusionseigenschaften hin untersucht. Dazu wurde ein zweikammer, zeitabhängiges Diffusionssystem für abnehmende Anfangskonzentrationen aus durchsichtigem Polykarbonat für 2 bis 4 zentimeter dicke ungestörte Tonproben entwickelt. Jede Probe wurde auch mit internen Sensoren zur elektrischen Leitfähigkeitsmessung bestückt, um das Fortschreiten der Diffusionsfront zu ergründen. Ein synthetisches Deponiesickerwasser wurde entworfen, das sich in Zusammensetzung den natürlichen Inhaltsstoffen und Konzentration authentischer Sickerwässer annähernd. Auch wurde eine Methode zur Berechnung der Mineralogie der Tonsteine anhand geochemischen Analysen entwickelt. Es zeigte sich, dass Sorptionsprozesses hauptsächlich durch die Eigenschaften der vorhandenen, feinkörnigen Phyllosilikate beeinflusst werden. Die gegebenen chemischen Inhaltsstoffe des Sickerwassers zeigen dabei lineare, Freundlich und Langmuir Sorptionseigenschaften. Effektive Diffusions- und Sorptionskoeffizienten wurden auch mit Hilfe des Computerprograms POLLUTEv6 (GAEA, 1997) und der Konzentrationsstärken von K, Na, Ca, Cu, NH4, Cl, NO3, SO4, und Konzentrationssummen zu bestimmten Zeiteinheiten ermittelt. Ausschluss von Anion stellte sich als grundlegender Einfluss während der Diffussions heraus und viele beobachtete Anomalien ließen sich dadurch erklären. Auch liefen die Diffusionsprozesse mit einem Gemisch chemischer Inhaltsstoffe keineswegs statisch ab, sondern variierten während des Versuchsdurchlaufs. Vieles weist auf den starken Einfluss der Porenraumeigenschaften und Charaktere hin, welche die Diffusionseigenschaften der geologischen Barrieren zu beeinflussen scheinen. Eine Verbindung von KAKNa und De könnte sich als mögliche zeitsparende Methode zur Ermittlung von Diffusionskoeffizienten herausstellen, ohne auf langwierige und ausgedehnte Laborversuche angewiesen zu sein