Availability: Abschlußbericht zum Forschungsvorhaben Schadstoffmobilisierung in kontaminierten Böden durch thermische In-situ-Bodenerwärmung mit Hochfrequenzenergie

Abschlußbericht zum Forschungsvorhaben Schadstoffmobilisierung in kontaminierten Böden durch thermische In-situ-Bodenerwärmung mit Hochfrequenzenergie:

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Bibliographic Details
Main Authors:	Roland, Ulf 1961- (Author), Müller, Sabine 1959- (Author)
Format:	Book
Language:	German
Published:	Berlin Umweltbundesamt 1998
Edition:	Stand: 31.12.1998
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adam_text	INHALTSVERZEICHNIS 1. EINLEITUNG 1 2. THEORETISCHE GRUNDLAGEN DER HOCHFREQUENZ-BODENERWAERMUNG 4 2.1. WIRKPRINZIP 4 2.1.1. ARBEITSWEISE 4 2.1.2. POLARISATION 4 2.1.3. TEMPERATURABHAENGIGKEIT DER RELATIVEN DIELEKTRIZITAETSKONSTANTE 8 2.1.4. DIELEKTRISCHE ERWAERMUNG 10 2.1.5. ABHAENGIGKEIT DER AUFHEIZRATE VON DER LOKALEN FELDSTAERKE 11 2.1.6. FREQUENZABHAENGIGKEIT DER DIELEKTRISCHEN ERWAERMUNG 12 2.1.7. TEMPERATURABHAENGIGKEIT DER DIELEKTRISCHEN ERWAERMUNG 15 2.2. GRUNDLEGENDER AUFBAU VON ANORDNUNGEN ZUR HF-BODENERWAERMUNG 17 2.3. AUSLEGUNG DES ANPASSNETZWERKES 19 2.4. EINFLUSSFAKTOREN AUF DIE LOKALE AUFHEIZRATE, RELEVANTE BODENPARAMETER 22 2.4.1. LOKALE ELEKTRISCHE FELDSTAERKE 22 2.4.2. MECHANISCHE BODENPARAMETER 24 2.4.3. THERMISCHE BODENPARAMETER 25 2.4.4. ELEKTRISCHE BODENPARAMETER 25 2.5. FUER DEN SCHADSTOFFAUSTRAG RELEVANTE BODENPARAMETER 27 3. STAND DER TECHNIK AUF DEM GEBIET DER HOCHFREQUENZ 29 BODENERWAERMUNG - ERGEBNIS DER LITERATURRECHERCHE 4. AUFBAU DER VERSUCHS UND ANALYSERIANORDNUNGEN 34 4.1. LABORANORDNUNGEN 34 4.1.1. GESAMTAUFBAU 34 4.1.2. ZYLINDRISCHER VERSUCHSREAKTOR 36 4.1.3. BODENBETT-VERSUCHSREAKTOR 37 4.2. TECHNIKUMSANORDNUNG 38 4.2.1. GESAMTAUFBAU 38 4.2.2. VERSUCHSREAKTOR 40 4.3. MESS-, STEUER UND REGELTECHNIK 42 4.3.1. TEMPERATURMESSUNG 42 4.3.1.1. BEDEUTUNG 42 4.3.1.2. THERMOELEMENTE YY 42 4.3.1.3. OPTISCHE TEMPERATURMESSUNG 43 4.3.1.4. THERMOKAMERA 44 4.3.2. FEUCHTEMESSUNG 45 4.3.2.1. MOEGLICHE MESSVERFAHREN 45 4.3.2.2. BESTIMMUNG DER RELATIVEN FEUCHTE AUS DEM 45 WASSERDAMPFPARTIALDRUCK 4.3.2.3. BESTIMMUNG AUS IMPEDANZ UND PHASENWINKEL 46 4.3.2.4. TIME DOMAIN REFLECTOMETRY (TDR) 48 4.3.3. PROZESSSTEUERUNG 50 4.4. VERSUCHSANALYTIK 52 4.4.1. ALLGEMEINE LABORANALYTIK 52 4.4.2. ANALYTIK VON SCHADSTOFFEN IM BODEN 52 4.4.2.1. BESTIMMUNG VON LEICHTFLUECHTIGEN SCHADSTOFFEN 52 4.4.2.2. BESTIMMUNG VON MITTEL UND SCHWERFLUECHTIGEN SCHADSTOFFEN 53 4.4.2.3. BESTIMMUNG VON PHENOLEN 53 4.4.2.4. BESTIMMUNG VON PAKS 55 4.4.3. ANALYTIK DER MOBILISIERTEN SCHADSTOFFE IN DER BODENLUFT 56 4.4.3.1. ALLGEMEINE ASPEKTE 56 4.4.3.2. THERMODESORPTIONSSYSTEM TDS2 57 4.4.3.3. AUSWAHL GEEIGNETER ADSORBENTIEN 58 4.4.3.4. AUSWAHL GEEIGNETER THERMODESORPTIONS-BEDINGUNGEN 62 4.4.3.5. PROBENAHME UND QUANTIFIZIERUNG 64 4.4.4. ANALYTIK VON SCHADSTOFFEN IM KONDENSAT 65 4.5. ARBEITSSCHUTZTECHNISCHE ASPEKTE 66 5. VERFAHRENSTECHNISCHE FRAGESTELLUNGEN 68 5.1. REALISIERBARER TEMPERATURBEREICH 68 5.2. ABHAENGIGKEIT DER LOKALEN AUFHEIZRATE VON DER ELEKTRODENANORDNUNG 71 5.2.1. RADIALE ABHAENGIGKEIT DER AUFHEIZRATE IM ZYLINDRISCHEN VERSUCHS 71 REAKTOR 5.2.2. RADIALE ABHAENGIGKEIT DER AUFHEIZRATE BEI DER STABELEKTRODEN 73 ANORDNUNG IM BODENBETT-VERSUCHSREAKTOR N . 5.2.3. LOKALE AUFHEIZRATEN SENKRECHT ZU PLATTENELEKTRODEN IM BODENBETT 77 VERSUCHSREAKTOR 5.2.4. ORTSABHAENGIGKEIT DER AUFHEIZRATE BEI DER KOMBINIERTEN STAB UND 80 PLATTENELEKTRODENANORDNUNG IM TECHNIKUTNSREAKTOR 5.3. TIEFENPROFILE DER TEMPERATUR 82 5.3.1. VERTIKALES TEMPERATURPROFIL IM ZYLINDRISCHEN LABORVERSUCHSREAKTOR 82 5.3.2. VERTIKALES TEMPERATURPROFIL IM BODENBETT-REAKTOR MIT SENKRECHTEN 83 STABELEKTRODEN 5.3.3. TEMPERATURPROFIL PARALLEL ZU DEN ELEKTRODENPLATTEN IM BODENBETT 83 REAKTOR 5.3.4. VERTIKALES TEMPERATURPROFIL IM TECHNIKUMSREAKTOR 90 5.4. ERWAERMUNG VON ISOLIERTEN METALLTEILEN IM BODEN 94 5.5. UNTERSUCHUNG VON LOKALER UEBERHITZUNG 97 5.6. EINFLUSS DER FEUCHTE AUF DIE HF-ERWAERMUNG 101 5.6.1. EINFLUSS DER FEUCHTE AUF DIE ENERGIEABSORPTION 101 5.6.2. VERGLEICH DER AUFHEIZUNG VON TROCKENEM UND FEUCHTEM SAND 103 5.6.3. VARIATION DER FEUCHTE 106 5.1. TEMPERATURSTABILISIERUNG BEIM SCHMELZEN UND VERDAMPFEN 108 5.7.1. SCHMELZEN VON EIS ALS DESTABILISIERENDER EFFEKT 108 5.7.2. VERDAMPFEN VON WASSER ALS STABILISIERENDER EFFEKT 109 5.8. EINSATZ VON PERFORIERTEN STABELEKTRODEN 112 5.9. SPANNUNGSABFELL IN DEN ELEKTRODENZULEITUNGEN 117 5.9.1. DARSTELLUNG DER PROBLEMATIK 117 5.9.2. MESSUNG DER TEMPERATURERHOEHUNG DER KUPFERZULEITUNGEN (BODENBETT) 118 5.9.3. MESSUNG DER TEMPERATURERHOEHUNG IM ABSCHIRMZELT (BODENBETT) 119 5.9.4. MESSUNG DER TEMPERATURERHOEHUNG IN DER TECHNIKUMSANORDNUNG - 120 6. EXPERIMENTELLE BESTIMMUNG VON RELEVANTEN BODENPARAMETEM 124 6.1. SPEZIFISCHE WAERMEKAPAZITAET 124 6.1.1. GRUNDLAGEN UND KALORIMETRISCHE BESTIMMUNG 124 6.1.2. BESTIMMUNG DER SPEZIFISCHEN WAERME MIT DER DIFFERENTIAL SCANNING 125 CALORIMETRY 6.2. SPEZIFISCHE WAERMELEITFAEHIGKEIT 126 6.2.1. THEORETISCHE GRUNDLAGEN 126 III 6.2.2. MESSVERFAHREN 129 6.2.2.1. STATIONAERES MESSVERFAHREN - 129 6.2.2.2. INSTATIONAERES MESSVERFAHREN 129 6.2.3. MESSAUFBAU FUER DIE INSTATIONAERE BESTIMMUNG DER WAERMELEITFAEHIGKEIT 133 6.2.4. VERSUCHSDURCHFUHRUNG 134 6.2.5. SPEZIFISCHE WAERMELEITFAEHIGKEIT VON TROCKENEM SAND 135 6.2.6. QUALITATIVE AUSSAGEN ZUR WAERMELEITFAEHIGKEIT VON FEUCHTEM SAND 136 6.3. WAERMEUEBERGANGSKOEFFIZIENTEN 136 6.3.1. THEORETISCHE GRUNDLAGEN 136 6.3.1.1. MOTIVATION 136 6.3.1.2. BESCHREIBUNG DER KONVEKTION 137 6.3.1.3. BESCHREIBUNG DER WAERMESTRAHLUNG 137 6.3.2. EXPERIMENTELLE BESTIMMUNG DES WAERMEUEBERGANGSKOEFFIZIENTEN 138 7. EXPERIMENTELLE UNTERSUCHUNGEN ZU POTENTIELLEN 1 140 ANWENDUNGSFELDEM 7.1. AUFTAUEN VON BOEDEN 140 7.2. UNTERSTUETZUNG DER MIKROBIELLEN BODENSANIERUNG 142 7.2.1. MOTIVATION 142 7.2.2. MIKROBIELLER'ABBAU VON PHENOL 144 7.2.2.1. VERSUCHSDURCHFUEHRUNG 144 7.2.2.2. PHENOLABBAU BEI KONTINUIERLICHEM ENERGIEEINTRAG 145 7.2.2.3. PHENOLABBAU BEI IMPULSBETRIEB DES HF-GENERATORS 146 7.2.3. BESTIMMUNG DER MIKROBIELLEN AKTIVITAET IN NATUERLICHEN SYSTEMEN 147 7.2.3.1. VERFUEGBARE METHODEN 147 7.2.3.2. DIMETHYLSULFOXID-REDUKTION 148 7.2.3.3. VERSUCHSAUFBAU ZUR DMSO-AKTIVITAETSBESTIMMUNG 149 7.2.3.4. EXPERIMENTE ZUR AKTIVITAETSBESTIMMUNG IN FLUESSIGKULTUREN 150 7.2.3.5. EXPERIMENTE ZUR AKTIVITAETSBESTIMMUNG IN BODENPROBEN 152 7.2.4. BESTIMMUNG DER ADAPTATIONSFAEHIGKEIT VON THERMOPHILEN MIKRO 153 ORGANISMEN 7.3. THERMISCHE UNTERSTUETZUNG DER BODENLUFTABSAUGUNG 157 7.3.1. VORTEILE DER METHODE GEGENUEBER KONVENTIONELLEN ERWAERMUNGS 157 METHODEN 7.3.2. VORUNTERSUCHUNGEN 157 7.3.2.1. VORUNTERSUCHUNGEN AN UNKONTAMINIERTEN BODENPROBEN 157 7. 3.2.2. THERMODESORPTION AUSGEWAEHLTER SCHADSTOFFE VON HUMINSAEURE UND 159 VON MODELLBOEDEN 7.3.3. MESSUNG VON SORPTIONSISOTHERMEN AN BOEDEN 162 7.3.3.1. PROBLEMATIK UND ZIELSTELLUNG 162 RV 73.3.2. MESSVERFAHREN 162 7. 3.3.3. MESSSYSTEM 164 73.3.4. EXPERIMENTELLE ERGEBNISSE 168 7.3.4. DESORPTION VON TOLUOL AUS HUMINSAEURE 171 73.4.1. GLEICHGEWICHTSMESSUNGEN 171 73.4.2. KINETIK DER DESORPTION 172 7. 3.4.3. SCHLUSSFOLGERUNGEN 176 7.3.5. LABOREXPERIMENTE ZUR THENNODESORPTION VON MINERALOEL-KOHLEN 176 WASSERSTOFFEN AUS EINER BODENPROBE 73.5.1. PROBENCHARAKTERISIERUNG , 176 7. 3.5.2. THERMODESORPTIONSVERSUCHE IM KOHLENSTOFFANALYSATOR C-MAT 177 7. 3.5.3. APPARATUR UND VERSUCHSREGIME FUER DIE KOPPLUNG VON 178 THERMODESORPTION UND MASSENSPEKTROSKOPIE (TD-MS) 73.5.4. ERGEBNISSE DER TD-MS-VERSUCHE 180 7. 3.5.5. INTERPRETATION UNTER EINBEZIEHUNG VON UNTERSUCHUNGEN AN DER 189 ANORGANISCHEN BODENMATRIX 7.3.6. UNTERSUCHUNGEN ZUM EINFLUSS DER TRAEGERGASFEUCHTE AUF DIE 192 DESORPTION VON SCHADSTOFFEN AUS EINEM KONTAMINIERTEN ORIGINALBODEN 73.6.1. EXPERIMENTELLER TEIL 192 7. 3.6.2. EXPERIMENTELLE RESULTATE 194 7.4. REAKTIVE FESTLEGUNG VON SCHADSTOFFEN AN DER BODENMATRIX 200 7.4.1. EXPERIMENTELLES 200 7.4.2. UNTERSUCHUNGEN AN SAND UND QUARZSAND ALS MODELLBOEDEN 202 7.4.3. VERGLEICH DER REAKTIVEN FESTLEGUNG BEI HF-ERWAERMUNG UND 204 KONVENTIONELLER ERWAERMUNG 7.4.4. KONZENTRATIONSABHAENGIGKEIT DER REAKTIVEN FESTLEGUNG 205 7.4.5. VARIATION DER VERSUCHSDURCHFILHRUNG (EINFLUSS VON DRUCK UND 207 GASATMOSPHAERE) 7.4.6. TOC-BESTIMMUNG DER FESTGELEGTEN ANTEILE 210 7.4.7. ZUSAMMENFASSUNG DER UNTERSUCHUNGEN ZUR MIT HF-ERWAERMUNG 211 INITIIERTEN REAKTIVEN FESTLEGUNG 7.4.8. 14 C-TRACEREXPERIMENTE ZU DESORPTION UND FESTLEGUNG 212 8. REINIGUNG VON KONTAMINIERTEN BOEDEN 216 8.1. UNTERSUCHUNGEN IM LABORMASSSTAB 216 8.1.1. ALLGEMEINE VERSUCHSDURCHFUEHRUNG 216 8.1.2. UNTERSUCHUNGEN MIT GESPIKTEM SAND 216 8.1.2.1. EXPERIMENTELLES 216 8.1.2.2. ERGEBNISSE DER UNTERSUCHUNGEN MIT GESPIKTEM SAND 218 8.1.3. VERSUCHE MIT KONTAMINIERTEM ORIGINALBODEN 222 8.13.1. CHARAKTERISIERUNG DES EINGESETZTEN BODENS 222 V 8.1.3.2. DESORPTIONSUNTERSUCHUNGEN MIT KONTAMINIERTEN ORIGINAL 223 BODENPROBEN 8.1.3.3. SCHADSTOFFBILANZIERUNG 227 8.1.3.4. EINFLUSS EINER ZUDOSIERUNG VON WASSERDAMPF 229 8.2. UNTERSUCHUNGEN IM TECHNIKUMSMASSSTAB 234 8.2.1. ALLGEMEINE VERSUCHSDURCHFILHRUNG BEI DER REINIGUNG VON 234 KONTAMINIERTEM ORIGINALBODEN 8.2.2. CHARAKTERISIERUNG DES EINGESETZTEN BODENS 235 8.2.3. TEMPERATURVERLAUF UND WASSERDESORPTION 237 8.2.4. VERLAUF DER SCHADSTOFFDESORPTION WAEHREND DES VERSUCHES 242 8.2.5. ERMITTLUNG DER SCHADSTOFF-RESTKONZENTRATIONEN NACH DEM VERSUCH 244 8.2.5.1. RESTKONZENTRATION DER HAUPTKOMPONENTEN 244 8.2.5.2. DESORPTION VON PAKS 251 8.2.5.3. DESORPTION VON PHENOLEN 252 8.2.6. SCHADSTOFFBILANZIERUNG 252 8.2.7. ZUSAMMENFASSUNG UND BEWERTUNG DES REINIGUNGSERGEBNISSES 255 8.3. REKULTIVIERUNG VON BEHANDELTEM BODEN 257 8.3.1. WACHSTUMSTESTS GEMAESS ISO/DIS-NORM 11269-2 YY 257 8.3.2. BEPFLANZUNG EINES GEREINIGTEN ORIGINALBODENS 258 9. ENERGETISCHE EFFIZIENZ DES VERFAHRENS 260 9.1. DEFINITION 260 9.2. PRIMAERSEITIGER WIRKUNGSGRAD 261 9.3. SEKUNDAERSEITIGERWIRKUNGSGRAD 262 9.3.1. GRUNDLAGEN DER BERECHNUNG 262 9.3.2. QUANTIFIZIERUNG DER EINZELNEN ANTEILE FIIR DIE ERWAERMUNG VON 263 FEUCHTEM BODEN 9.3.2.I. ERWAERMUNG DES (TROCKENEN) BODENMATERIALS 263 9.3.2.2. ERWAERMUNG DES IM BODEN ENTHALTENEN WASSERS 264 9.3.2.3. SCHMELZEN VON EIS 266 9.3.2.4. VERDAMPFUNG DES WASSERS 266 9.3.2.5. ERWAERMUNG DER LUFT ' 267 9.3.3. SCHEINBARER WIRKUNGSGRAD AUF DER BASIS VON GESAMTBILANZEN 268 9.3.4. TATSAECHLICHER WIRKUNGSGRAD UNTER ADIABATISCHEN BEDINGUNGEN 269 9.4. SEKUNDAERSEITIGE ENERGIEBILANZEN VON VERSUCHEN ZUR HF-HEIZUNG 269 9.4.1. UNTERSUCHUNGEN AM ZYLINDRISCHEN LABORREAKTOR ' 269 9.4.2. UNTERSUCHUNGEN IM BODENBETT-VERSUCHSREAKTOR (PLATTENANORDNUNG) 270 9.4.2.1. VERSUCHSBEDINGUNGEN UND SCHEINBARER WIRKUNGSGRAD 270 VI 9.4.2.2. BESTIMMUNG DES EFFEKTIVEN WIRKUNGSGRADES 270 9.4.3. UNTERSUCHUNGEN AN DER TECHNIKUMSAPPARATUR 272 9.4.3.1. BILANZIERUNG DES VERSUCHES ZUR REINIGUNG EINES KONTAMINIERTEN 272 ORIGINALBODENS 9.4.3.2. BILANZIERUNG DES VERSUCHES ZUR AUFHEIZUNG VON TROCKENEM SAND 275 9.4.3.3. BILANZIERUNG DES VERSUCHES ZUR AUFHEIZUNG VON FEUCHTEM SAND 276 ABSAUGUNG UEBER DIE OBERFLAECHE 9.4.3.4. BILANZIERUNG DES VERSUCHES ZUR A UFHEIZUNG VON FEUCHTEM SAND - 279 ABSAUGUNG UEBER PERFORIERTE ELEKTRODEN 9.4.3.5. ZUSAMMENFASSUNG DER RESULTATE AN DER TECHNIKUMSAPPARATUR 279 10. ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 280 LITERATURVERZEICHNIS 285 VN
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