Die vier Griechischen Elemente: - TOBIAS-lib - Universität Tübingen

3 PAK in Böden des ländlichen Raumes
Lösung gehen. Dabei ist die echte Lösung von
Cosolvenz mit gelösten organischen Substanzen
zu unterscheiden (Burkhard, 2000;
Kopinke et al., 2001; Yang et al., 2001; Laor &
Rebhun, 2002). Neben der Löslichkeit des Sorbats,
die für PAK mit steigender Temperatur
zunimmt (Miller & Hawthorne, 1998; Reza et
al., 2002) und den Sorptionseigenschaften der
Sorbenten beeinflussen daher auch die Eigenschaften
des Kontaktwassers den Desorptionsvorgang.
Folglich spielen sowohl chemische
(pH-Wert, DOC-Gehalt und -Eigenschaften)
als auch physikalische Eigenschaften
(Temperatur) des Wassers eine große Rolle für
die Desorption (Miller & Hawthorne, 1998;
Burkhard, 2000; Kopinke et al., 2001; Yang et
al., 2001; Laor & Rebhun, 2002; Reza et al.,
2002). Integrierend über diese verschiedenen
Einflussfaktoren wirkt die Desorptionsenthalpie,
mit der im Folgenden ein Ansatz zur
Beschreibung der Desorption von Schadstoffen
aus Feststoffen diskutiert wird.
Aus Extraktionen bei 25°C werden für die
PAK häufig Konzentrationen unterhalb der
Nachweisgrenze bestimmt. Sind jedoch die
Desorptionsenthalpien bekannt so können
PAK-Konzentrationen, die bei hohen Temperaturen
ermittelt worden sind, auf niedrigere
Temperaturverhältnisse extrapoliert werden
(Johnson & Weber, 2001; Krauss & Wilcke,
2001). Der mathematische Ansatz dazu wird
von der Van’t Hoff-Gleichung geliefert:
∆H
Des
⎛ 1 ⎞
d ln
⎜
⎟
⎝ K d
= − R
⎠
⎛ 1 ⎞
d⎜
⎟
⎝ T ⎠
(3.10)
∆Hdes entspricht der Desorptionsenthalpie [M
L 2 T -2 M -1 ], R bezeichnet die Gaskonstante
(8,314 J mol -1 K -1 ), Kd den Feststoff- Wasser-
Verteilungskoeffizienten [L 3 M -1 ] und T die
Temperatur [°]. Bei kleinen Wasser-Feststoff-
Verhältnissen (< 10) und hohen Kd-Werten
desorbiert auch unter Gleichgewichtsbedingungen
nur ein geringer Teil der Schadstoffmasse,
so dass Cs nahezu konstant bleibt. Dann gilt:
60
K
1
~ (3.11)
d
Cw
Durch Einsetzen in Gl. 3.10 kann die gelöste
Konzentration in direkter Abhängigkeit von
der Desorptionsenthalpie und der Temperatur
dargestellt werden:
∆H
Des
d lnC
w
= − R
⎛ 1 ⎞
d⎜
⎟
⎝ T ⎠
(3.12)
Wird die Ordinate von ln Cw und die Abszisse
von der reziproken Temperatur gebildet, so
wird von einem Van’t Hoff-Plot gesprochen.
Liegen in einem solchen Plot die Datenpunkte
auf einer Geraden, so kann die Desorptionsenthalpie
aus der Steigung der Regressionsgeraden
abgelesen werden (Johnson & Weber,
2001). Es ist jedoch zu berücksichtigen, dass
sich bei hohen Temperaturen auch die Sorptionseigenschaften
der Geosorbenten verändern
können. Für Huminsäuren konnte z.B.
zwischen 40°C und 60°C ein Übergang von
„hard-carbon-“ zu „soft-carbon-Eigenschaften“
festgestellt werden (Leboeuf & Weber, 1997).
Dies würde zu einer Unterschätzung der
„wahren“ Desorptionsenthalpien mit dem vorgestellten
Ansatz führen. In Vergleichsuntersuchungen
konnten jedoch sehr gute Übereinstimmungen
zwischen gemessenen und mit
diesem Ansatz berechneten Desorptionsraten
bei 25°C festgestellt werden (Johnson &
Weber, 2001).
Aus diesen Überlegungen ist bereits
ersichtlich, dass auch für die Desorption die
Heterogenität der Geosorbenten zu berücksichtigen
ist. So konnten in Desorptionsversuchen
an Hafensedimenten nach Fraktionierung in
verschiedene Komponenten (Ton/Schluff-
Komponente einerseits und kohlige Partikel
andererseits) eine fast vollständige Desorption
der PAK innerhalb von 100 Tagen von der
Ton/Schluff-Fraktion beobachtet werden,
während auf den kohligen Partikeln bei
wesentlich höheren Desorptionsenthalpien
>90% der PAK verblieben (Ghosh et al.,
2001). Des weiteren ist auch bei der