Characterizing the transport behaviour of different sized microspheres in soils

Der Boden hat als Filter und Puffer zentrale Funktion im Grundwasserschutz. Zunehmendes Interesse gewinnen dabei Kenntnisse über den partikulären Schadstofftransport sowie den Transport von Mikroorganismen. In der vorliegenden Arbeit wurden Verlagerungsversuche mit unterschiedlich großen Mikrosphären sowie chemischen Tracern in gestörten und ungestörten Monolithen verschiedener Böden unterschiedlicher Nutzung durchgeführt. Mikrosphären werden als kolloidale Tracer in Verlagerungsexperimenten eingesetzt und sind prinzipiell geeignet, auch das Transportverhalten von Biokolloiden wie Bakterien und Viren darzustellen. Die Ergebnisse zeigten, dass der Boden gegenüber kolloidalen Substanzen als Filter wirkt und nur geringe Anteile der applizierten Mikrosphären die Bodensäulen passierten. Die meisten Kolloide wurden in den oberen Bodenzentimetern zurückgehalten. Dennoch war bei allen ungestörten Bodenmonolithen ein Durchbruch von Mikrosphären in das Perkolat zu beobachten. Es konnten deutliche Unterschiede zwischen den Nutzungs- und Bearbeitungsvarianten festgestellt werden, wohingegen der Einfluss des Bodentyps in den Hintergrund trat. Während der Mikrosphärentransport im Direktsaatboden limitiert war, wurden im Perkolat der Pflug- und Grünlandvarianten beider Böden hohe Partikelkonzentrationen nachgewiesen. Als Fazit der Untersuchungen wird festgehalten, dass sich gestörte Systeme in Bezug auf den kolloidalen Transport prinzipiell anders verhalten als ungestörte. Außerdem zeigten sich konservative Tracer generell nicht geeignet, das Transportverhalten von Kolloiden in der ungesättigten Bodenzone darzustellen. Im Vergleich mit Literaturdaten konnte hingegen bestätigt werden, dass sich die eingesetzten Mikrosphären eignen, das Transportverhalten von Kolloiden und Mikroorganismen im Boden zu simulieren.The soil has a central function in groundwater protection as a filter and buffer. In this context knowledge on colloidal transport of pollutants or transport of microorganisms through soil is recently gaining interest. In order to characterize the transport of colloidal substances and microorganisms in unsaturated soil, displacement experiments with variable sized microspheres as well as conservative tracers were carried out using disturbed and undisturbed columns of different soils of various use. Microspheres have been successfully used as colloidal tracers in environmental transport experiments and are suitable to simulate also biocolloids such as bacteria and viruses. Results showed that the soil serves as an effective filter for colloids as only a small portion of the applied microspheres passed the soil columns and the overall part of the particles were retained in the upper soil centimetres. No microspheres could be detected in the percolate of the disturbed soil columns, where depth distribution was strongly limited. In contrast, a breakthrough of microspheres was observed in all undisturbed soil monoliths. Hence, natural soil structure had crucial influence on the displacement potential of the colloids. Clear differences between the different land use variants and tillage intensities could be determined, whereas the soil type was of less importance. Transport of microspheres in no-tillage soils was limited. In the plough and grassland variants of both soils high particle concentrations in the percolate could be observed, though. It is noted that disturbed systems behave explicitly different than undisturbed soils regarding colloidal transport and can therefore not serve as a comparison. Conservative tracers were generally not suitable to represent the transport behaviour of colloids in unsaturated soils. However, in the comparison with literature data it could be confirmed that the applied microspheres are suitable simulates for colloids and microorganisms in environmental transport studies