Original paper

Simulation des Eintrags organischer Luftschadstoffe in das Grundwasser im Säulenexperiment

[Simulation of the effects of organic air pollutants on ground water using soil-column experiments]

Hammer, Jürgen; Schleyer, Ruprecht; Fillibeck, Jürgen; Raffius, Barbara

Kurzfassung

Die aus leichtflüchtigen Chlorkohlenwasserstoffen bzw. Benzol und Toluol photochemisch gebildeten sekundären organischen Luftschadstoffe Trichloressigsäure und 4-Nitrophenol gelangen mit dem Niederschlagswasser auf und in den Boden. Während der Sickerpassage kommt es durch Ab- und Umbauprozesse zur Bildung weiterer organischer Substanzen, die im Regen nicht oder nur in sehr geringen Konzentrationen vorhanden sind. Zur Klärung der Eintragsmechanismen in schlecht geschütztes Grundwasser und der Ab- und Umbauvorgänge im Boden wird ein Säulenexperiment durchgeführt. Dazu werden ungestörte Bodensäulen mit künstlich hergestelltem Regenwasser, das mit 10 µg/l Trichloressigsäure und 20 µg/l 4-Nitrophenol dotiert ist, seit etwa einem Jahr beregnet. Nach etwa 40 Tagen fanden sich im Sickerwasser erste Metabolite der Trichloressigsäure, nach ca. 70 Tagen tauchten Nitrophenolverbindungen auf. Die Summenkonzentration aller gebildeten Ab- und Umbauprodukte ist im Sickerwasser etwa um den Faktor 1000 geringer als die Konzentration der aufgegebenen Substanzen. Die im Sickerwasser noch vorhandenen Restmengen der Ausgangssubstanzen sind deutlich geringer als die Konzentrationen der gebildeten Ab- und Umbauprodukte. Die Konzentrationen im Sickerwasser sind sowohl bei den Ausgangssubstanzen als auch bei den gebildeten Ab- und Umbauprodukten mit Geländebefunden vergleichbar.

Abstract

Secondary organic air pollutants, e. g. trichloroacetic acid and 4-nitrophenol, are formed photochemically in the atmosphere of volatile chlorinated hydrocarbons and of benzene and toluene, respectively. They are deposited onto and into the soil with precipitation. Degradation in the soil results in further organic substances, which not or only in very low concentrations are present in rain water. In order to simulate and clarify the mechanisms of the input into poorly protected ground water and the degradation in the soil, a soil-column experiment is carried out. For about one year, undisturbed soil columns are irrigated with artificial rain water, to which 10 µg/l trichloroacetic acid and 20 µg/l 4-nitrophenol are added. After about 40 days first metabolites of trichloroacetic acid were found in the effluent, after about 70 days nitrophenols appeared. There is a factor of about 10-3 between the total concentration of the secondary degradation products in the effluent and the concentration of the primary organic substances in the irrigation water. The primary substances are also found in the effluent; however, the concentrations are lower than those of the degradation products. The concentrations of both, primary and secondary substances in the effluent are comparable to results of field investigations.

Keywords

Soil-column experimentssoilsartificial polluted rainorganic air pollutantshydrocarbonsbalanceeffluentlong time experiment