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Simulation von Mehrphasenvorgängen in porösen Medien unter Einbeziehung von Hysterese-Effekten

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[Quelle: http://elib.uni-stuttgart.de]

Die Arbeit entstand im Rahmen des Forschungsprogramms der Versuchseinrichtung zur Grundwasser- und Altlastensanierung VEGAS. Sie befaßt sich mit einem zentralen Thema zur Beschreibung von Schadstoffausbreitung und Transport im natürlichen Untergrund: das Ausbreitungsverhalten von nicht mischbaren oder nur gering löslichen Stoffen, welche sich im Untergrund als getrennte Phasen in Konkurrenz zu Bodenluft und Bodenwasser bzw. zum Grundwasser bewegen. Ein großer Teil der wassergefährdenden Flüssigkeiten ist dieser Stoffklasse zuzurechnen, darunter die häufigsten Grundwasserkontaminanten wie Mineralölprodukte und chlorierte Kohlenwasserstoffe. Man bezeichnet diese Stoffgruppen als NAPL (NonAqueous-Phase-Liquids). Die Ausbreitung von NAPL im Untergrund wird vorwiegend durch Schwerkraft, Kapillarkräfte und Viskosität beeinflußt. Diese Kräfte bestimmen nicht nur das Versickerungsverhalten der Substanzen, sondern sind letztlich auch maßgebend für die Restsättigung, die immobil im Untergrund verbleibt und somit als Langzeit-Schadstoffquelle wirken kann. Das Verständnis und die quantitative Erfassung der Bewegung von NAPL im natürlichen Untergrund ist eine zwingende Voraussetzung für die zielgerichtete Entwicklung geeigneter Sanierungstechnologien. Deshalb hat sich eine Reihe von experimentellen Forschungsprojekten mit verschiedenen Fragestellungen zu diesem übergeordneten Thema befaßt. Hand in Hand mit diesen experimentellen Arbeiten wurden Simulationsverfahren für Mehrphasenvorgänge in porösen Medien weiterentwickelt mit dem Ziel, mit Hilfe der numerischen Modelle die komplexen Mehrphasenströmungsprozesse in einem heterogenen Untergrund einer Prognose zugänglich zu machen. Im Rahmen dieser Arbeiten hatte die Dissertation das Ziel, ein Methodenkonzept zur Integration von Heterogenitäten auf unterschiedlichen Skalen in die Modellbetrachtung zu entwickeln, wobei besonderes Augenmerk auf die Berücksichtigung von Hysterese-Effekten gelegt wurde. Sie liefert damit einen wichtigen Beitrag zur numerischen Simulation von Mehrphasenprozessen im natürlichen Untergrund und zum besseren Verständnis des Ausbreitungsverhaltens von hydrophoben Schadstoffen in Boden und Grundwasser.

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Ein architekturphilosophisches Plädoyer für die Rehabilitation des Bodens
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Die Arbeit beschäftigt sich mit den rechtlichen Rahmenbedingungen, die das Bauplanungs- und Naturschutzrecht für Maßnahmen der Flächenerhaltung vorgeben und überprüft diese auf ihre Wirksamkeit sowie die Kostenfolgen. Des Weiteren werden die nachsorgenden bodenschützenden Maßnahmen beleuchtet, die maßgeblich die Erfassung und Beseitigung von Bodenverunreinigungen beinhalten. In der Praxis reichen die planungs- und ordnungsrechtlichen Instrumente aber nicht aus, um die fortschreitende Flächeninanspruchnahme und die Bodenverunreinigungen zu reduzieren. Daher untersucht die Autorin die Einsatzmöglichkeiten von Abgaben in Bezug auf ihre Steuerungsfunktion und als Finanzierungsquellen für einen wirksamen Bodenschutz und bewertet diese. Im steuerlichen Bereich liegen verschiedene Reformmodelle der Grundsteuer vor, deren Vor- und Nachteile die Autorin im Hinblick auf einen wirksamen Bodenschutz hin vergleicht und diskutiert. Im nicht steuerlichen Bereich prüft sie die Gestaltungsmöglichkeiten bei Gebühren und Beiträgen sowie den Sonderabgaben mit Bezug auf den Bodenschutz. Als Ergänzung zum abgabenrechtlichen Instrumentarium werden die Flächenausweisungs- und Versiegelungsrechte auf ihre Wirkung zur Verringerung der derzeitigen Flächeninanspruchnahme hin untersucht.

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Hans H. Weber, Hermann Neumaier, W. Fresenius, G. Mattheß, H. Müller-Kirchenbauer, K. Storp, E. Weßling
Altlasten
Erkennen, Bewerten, Sanieren
2., Aufl.
2012, xvii, 395 S., XVII, 395 S. 137 Abb. 235 mm, Softcover
Springer

 

 

Boden-, Luft- und Grundwasserverunreinigungen durch gesundheitsgefährdende Abfallstoffe, z.B. durch Ablagerung auf industriell genutzten Flächen und auf Deponien oder durch Leckagen von Tankanlagen, Rohrleitungen oder Abwasserkanälen sind in vielen industriealisierten Ländern zu einem ernsten Problem geworden. Ein in Wissenschaft und Praxis der Sanierung von Altlasten, z.B. Deponien, Altablagerungen, alte Industriestandorte, erfahrenes Herausgeber- und Autorenteam gibt einen am Stand der Technik und am ökonomisch Machbaren orientierten kritisch bewerteten Überblick über die Sanierungstechnologien. Für Industriebetriebe jeder Branche, für Zulassungs- und Gewerbeaufsichtsämter, Behörden für Abfall, Abwasser, Umweltschutz oder Altlastensanierung in Bund, Ländern und Gemeinden, für Unternehmen der Sanierungs-, Tiefbau- und Geotechnik, für Politiker, Unternehmer und Verwaltungsspitzen ist das Werk ein wertvoller Ratgeber. (-y-); Soil, air and groundwater contamination caused by waste material detrimental to human health, for example through storage in industrial areas and on dumps or through leaks from tank systems, pipelines or sewers, has become a serious problem in many industrial nations. A team of publishers and authors, which has experience of the science and practice of rehabilitating abandoned waste sites, for example waste dumps, old storage sites and former industrial locations, provides a critical overview of rehabilitation technologies based on the state of the art and economical feasibility. The publication is a valuable source of advice for industrial firms in all industries, for licensing offices and factory inspectorates, authorities responsible for waste, sewage, environmental protection or rehabilitation of abandoned waste sites in the Federal government, federal states and municipalities, for companies engaged in rehabilitation technology, foundation engineering and geotechnics, as well as for politicians, entrepreneurs and heads of administration.

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DWA-Themen T 3/2011, Dezember 2011. Kontaminierte Gewässersedimente - Strategie, Fallbeispiele, Empfehlungen
DWA-Themen, Band T 3/2011
2011, 135 S., zahlr. Abb. u. Tab.,

 

 

Das Buch skizziert ein einzugsgebietsbezogenes Grundkonzept und eine strategische Vorgehensweise zur Beurteilung von Schadstoffinventar und Schadensrisiko an beispielhaften Studien für Elbe und Rhein. Es werden Ergebnisse aus nationalen und EU-Forschungsprojekten (SEDYMO, RIMAX, MODELKEY) vorgestellt und schwerpunktmäßig hydrodynamische und sedimentspezifische Aspekte der Ablagerung, Akkumulierung und Mobilisierung kontaminierter Feinsedimente behandelt, wie sie in Flussstauhaltungen, Buhnenfeldern, Stillgewässern, Hochwasserrückhalteanlagen und Überschwemmungsgebieten typischerweise auftreten. Zur Beschreibung der Prozesse zwischen Emission und Immission werden numerische Strömungs- und Transportmodelle eingesetzt, Hochwasserszenarien simuliert und datenbedingte Unsicherheiten beurteilt. Ausgehend vom Fallbeispiel Spittelwasser werden neue Sanierungsmethoden diskutiert und konkrete Möglichkeiten aufgezeigt für die Sanierung von Schadstoffherden, Boden und Sedimenten in Flussauen einschließlich der Überwachungsmethoden Natural Attenuation und Monitored Natural Attenuation. Für die einzelnen Methoden wird eine Kurzbewertung für die Praxis abgegeben.

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Forschungsberichte

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Benno Bliemetsrieder, Miriam Kaube, Christian Scherer, Regina Schwerd, Christoph Schwitalla, Friederike Externbrink
Untersuchung der Auswaschungen von Bauelementen aus Holz, Kunststoff, Metall und Glas zur Bewertung der Auswirkungen auf Boden und Grundwasser. Abschlussbericht
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2017, 381 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Die Grundanforderung Nr. 3 (BWR 3) der neuen europäischen Bauproduktenverordnung adressiert die Punkte Hygiene, Gesundheit und Umweltschutz. Ziel dieser Grundanforderung ist es, Gefahren für die natürlichen Lebensgrundlagen durch bauliche Anlagen abzuwehren und die hohen Schutzgüter Grundwasser und Boden vor verschlechternden Einflüssen zu bewahren. Für Bauelemente in der Gebäudehülle bzw. im Gebäudeumfeld, die der Witterung ausgesetzt sind, stellt sich die Frage nach einem möglichen Eintrag gefährlicher Stoffe aus diesen Bauelementen in Boden, Grund- und Oberflächenwasser. Die zuständigen normungsgebenden Stellen sowohl auf nationaler als auch auf internationaler Ebene haben den Handlungsbedarf zu dieser Thematik erkannt und aufgegriffen. Obwohl bereits verschiedene Prüfmethoden zur Verfügung stehen, existieren bislang noch zu wenige Erfahrungswerte zu vielen Bauelementen.

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Andreas Koch, Roland Weiß, Gerhard Volland
Untersuchungen zur Verifizierung der Eignung des Algentests nach DIN 38412-33 für wässrige Eluate bei der Prüfung von Schleierinjektionen
Bauforschung, Band T 3301
2013, 123 S., zahlr. Abb. u. Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Im Rahmen der Ermittlung und umwelthygienischen Bewertung der biologischen Prüfung von Bauprodukten (hier: Schleierinjektionen von Polyacrylatsystemen) wurde in der Vergangenheit bei einigen Produkten eine hohe Algengiftigkeit (GA >> 8) gemäß der DIN 38412-33 "Bestimmung der nicht giftigen Wirkung von Abwasser gegenüber Grünalgen (Scenedesmus-Chlorophyll-Fluoreszenttest) über Verdünnungsstufen" nachgewiesen. Aufgrund der hohen Algentoxizität im Eluat des Säulentests ergeben sich für diese Produkte häufig Schwierigkeiten hinsichtlich der Beurteilung, ob die Zulassungsanforderungen des Deutschen Instituts für Bautechnik (DIBt), Berlin, für Bauprodukte, die erst nachträglich im Boden und Grundwasser aushärten, eingehalten werden. Die chemische Zusammensetzung dieser Bauprodukte und die in den wässrigen Eluaten von Säulenelutionsversuchen bisher nachgewiesenen gelösten Inhaltsstoffen geben zum Teil keine eindeutigen Hinweise, auf welche Stoffe die ermittelte Algentoxizität zurückzuführen ist. Es galt daher zu klären, ob für die hohen Algentoxizitäten ggf. andere Ursachen vorliegen und ob für den Algentest gemäß DIN 3841 2-33 Grenzen hinsichtlich seiner Anwendbarkeit bei der ökotoxikologischen Beurteilung von Polyacrylaten bestehen.

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Konstantin Terytze, Evelyn Giese, Robert Wagner
Validierung des Ammoniumoxidations- und Bodenatmungstests als Bestandteil einer ökotoxikologischen Testbatterie zur Bewertung der ökotoxikologischen Auswirkungen von Bauprodukten auf Böden. Tl.2
Bauforschung, Band T 3147
2007, 67 S., 21 Abb., 26 Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Neben aquatischen Tests und der Ermittlung der biologischen Abbaubarkeit sind im Entwurf des Merkblattes "Bewertung von Bauprodukten auf Boden und Grundwasser" ökotoxikologische Testverfahren. Mit den Testverfahren soll sichergestellt werden, dass es nicht zur Beeinträchtigung der Lebensraumfunktion von Böden durch die mobilisierbaren Anteile von Bauprodukten kommt. Im Entwurf des Merkblattes werden der Ammoniumoxidationstest (DIN/ISO 15685) und der Bodenatmungstest (DIN/ISO 17155) genannt. Ziel dieses Forschungsvorhabens war es, die im Vorgängervorhaben festgestellte Eignung der beiden genannten terrestrischen Testverfahren an zwei weiteren Böden zu prüfen, einen geeigneten Testboden vorzuschlagen und die Ergebnisse hinsichtlich der Entwicklung ökotoxikologischer Testbatterien zu interpretieren. Als Bauprodukte wurden ein Bodeninjektionsmittel auf Acrylatbasis und ein Kanalrohrsanierungsmittel eingesetzt und mittels Säulenelution nach SCHÖSSNER im Hygieneinstitut Gelsenkirchen eluiert. Als Böden wurden ein schwach humoser und ein stark humoser Sandboden ausgewählt und mit den Eluaten inkubiert. Die terrestrischen Testverfahren wurden nach ein- und 12-wöchiger Inkubationszeit an der TU Berlin durchgeführt. Um die Ergebnisse der aquatischen und terrestrischen Tests vergleichen zu können und auch die Eignung der aquatischen Verfahren zu überprüfen, wurden parallel dazu am Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Ökologie der Leuchtbakterienlumineszenstest (DIN EN ISO 11348) und der Abbautest (OECD-Screening-Test 301 E) durchgeführt. Es wurden Bewertungsmaßstäbe für die terrestrische Ökotoxizität von Bauprodukten erarbeitet.

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K. Terytze, Evelyn Giese, Robert Wagner
Ermittlung der Eignung des Ammoniumoxidations- und Bodenatmungstests zur Bewertung der ökotoxikologischen Auswirkungen von Bauprodukten auf Böden. Tl.1
Bauforschung, Band T 3077
2005, 58 S., m. 17 Abb.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Entsprechend dem Merkblatt zur "Bewertung der Auswirkungen von Bauprodukten auf Boden und Grundwasser" des DIBt sind ökotoxikologische Tests für terrestrische Testsysteme vorzusehen. Die Arbeiten sind die Grundlage für die Entwicklung einer ökotoxikologischen Testbatterie für die Bewertung von Bauprodukten entsprechend Stufe 2, Schritt 3 "Ermittlung und Bewertung der biologischen Parameter" des Bewertungskonzeptes zur Ermittlung der Auswirkungen von Bauprodukten auf Boden und Grundwasser. Voruntersuchungen des Fraunhofer Instituts haben gezeigt, dass die im Merkblatt bisher genannten terrestrischen Testsysteme nur eine geringe Sensitivität aufweisen und zum Teil mit einem erheblichen Arbeits- bzw. Zeitaufwand verbunden sind, so dass es alternativer Methoden bedarf. Ziel des Forschungsvorhabens war es deshalb, die Eignung des Ammoniumoxidationstests (DIN/ISO 15685) und Bodenatmungstests (DIN/ISO 17155) zur Bewertung der Auswirkung von Bauprodukten auf die Bodenbiologie nachzuweisen. Da auch hinsichtlich der aquatischen Tests nur wenige Untersuchungsergebnisse für Bauprodukte vorliegen, wurde vergleichend der Leuchtbakterien-Luminiszenz-Hemmtest (DIN EN ISO 11348-1 bis 3) und der Algentest (DIN 38412-33) sowie der OECD-Screening-Test 301-E zur Überprüfung der Abbaubarkeit der Bauprodukt-Eluate durchgeführt. Es wurden zwei Bauprodukte untersucht (Kanalrohrsanierungs- und Bodeninjektionsmittel). Durch Säuleneluation wurden am Hygieneinstitut Gelsenkirchen jeweils zu zwei unterschiedlichen Zeitpunkten Eluate für die Tests gewonnen, deren aquatische und terrestrische Wirkung mit den o.g. Verfahren untersucht wurde. Die aquatischen Tests und die Untersuchung der Abbaubarkeit wurden an der FHG-IME Schmallenberg, die terrestrischen Tests an der TU Berlin mit zwei Böden durchgeführt, von denen einer ein sorptionsschwacher Sandboden als Simulation des worst case war. Um Fragen der Alterung und der Metabolitenbildung berücksichtigen zu können, wurden die terrestrischen Tests nach 3 Monaten wiederholt. Die Ergebnisse zeigten

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Wilhelm Püttmann
Praktische Anwendung eines risiko-orientierten Bewertungsansatzes bei Grundwasserschäden durch Mineralölprodukte. Endbericht
Bauforschung, Band T 3034
2004, 65 S., 8 Abb., 1 Tab.,
Fraunhofer IRB Verlag

 

 

Um die praktische Anwendbarkeit des zunächst entwickelten theoretischen Ansatzes überprüfen zu können wurde das vom Bundesamt für Bauwesen und Raumordnung (BBR) an die J.W. Goethe-Universität Frankfurt am Main vergebene Forschungsvorhaben angekoppelt an ein bereits laufendes Forschungsvorhaben des Umweltbundesamtes zum Thema "Langzeituntersuchungen zu den Möglichkeiten und Grenzen der Nutzung natürlicher Selbstreinigungsprozesse für ausgewählte Schadstoffe am Beispiel kontaminierter Liegenschaften" (SELMA). Im Rahmen dieses Projektes wurde bereits seit dem Jahr 2000 an einem ehemals militärisch genutzten Standort das Grundwasser im Abstrom eines durch Mineralöl-Kohlenwasserstoffe verursachten Schadens analysiert.

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Zeitschriftenartikel

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Wilke, Markus; Flügge, Frank
Tagebausanierungen mit Hilfe geotextiler Container
Wasser und Abfall, 2021

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Koschel, Sebastian; Lennartz, Bernd
GIS-basierte Bewertung natürlicher Bodenfunktionen am Beispiel der Regiopolregion Rostock
Wasserwirtschaft, 2021

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Janetzko, Peter; Fleige, Heiner
Alpidische Faltengebirge in Ost- und Südosteuropa
Wasserwirtschaft, 2021

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Gillbricht, Christian A.
Möglichkeiten und Grenzen der Vor-Ort-Analytik. Eine kritische Betrachtung anhand von Beispielen.
Altlasten-Spektrum, 2020

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Russell, David J.; Heynen, Sebastian
Die komplexe Biodiversität des Bodens und ihre funktionelle Bedeutung
Bodenschutz, 2020

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