SEDYMO: Feinsedimentdynamik und Schadstoffmobilität in Fliessgewässern TP 10 Prognose des Schadstofftransfers von Sedimenten

Ziel des vorliegenden Teilprojekts ist die Gewinnung quantitativer Erkenntnisse über die Ausbreitung von Schadstoffen durch den Ablauf und die Auswirkungen geochemischer Reaktionen bei Sedimentumlagerungen in Fließ-, Ästuar- Küstengewässern., z.B. von Schwermetallen. Hierbei spielen Redoxvorgänge und Ad-/Desorptionsprozesse von Schadstoffen am Sediment und den Schwebstoffphasen eine zentrale Rolle.

Für die Freisetzung von Schwermetallen aus resuspendierten aquatischen Sedimenten in die Lösungsphase und Re-Adsorption an Feststoffe zeichnet grundsätzlich der Wechsel von hydromechanisch verursachter Erosion als Oxidationsereignis und Sedimentation mit nachfolgenden Reduktionsprozessen zusammen mit den Austausch und Sorptionsprozessen an Partikeloberflächen verantwortlich.

Im Mittelpunkt der Systemanalyse steht die Bestimmung zusätzlicher, neuer Parameter wie die Oxidations-, Reduktions- und Säurebildungspotentiale bzw. die entsprechenden Puffer- und Bindungskapazitäten der Sedimente und Schwebstoffe. Die Prognose der Schadstoff-Umsetzungen und -freisetzungen kann für unterschiedliche Zeitskalen mit folgenden methodischen Ansätzen vorgenommen werden:

• Für die Simulation von kurz- bis mittelfristigen Stoffübergängen mit hoher Dynamik, z.B. in feinkörnigen Ästuarsedimenten, sind experimentelle Modellsysteme geeignet, wie sie in den Teilprojekten 1 bis 3 im Themenschwerpunkt I "experimentelle Techniken" eingesetzt werden.
• Für Langzeitprognosen sind in der Regel worst-case-Betrachtungen erforderlich. Dabei kann die Analyse der Bindungsformen von potentiell toxischen Elementen kombiniert werden mit Untersuchungen von Indikator-Elementen.
• Zwischen diesen beiden Extremen steht der Zeitraffer-Ansatz von pHstat-Verfahren, mit denen über eine Titration von Feststoffsuspensionen, standardmäßig bis pH 4, der Einfluß mittelfristiger pH-Veränderungen abgeschätzt werden kann. Für die mittel- bis langfristige Entwicklung der Redoxpotentiale sollen vor allem die Veränderungen der Eisenspezies in den Sedimenten und Schwebstoffen im zeitlichen Ablauf untersucht werden.

Die Arbeiten in diesem Teilprojekt werden für den Forschungsverbund folgende Ergebnisse bringen:

• Vergleichende Messdaten an Probenmaterial aus der Tide-Elbe und dem Hamburger Hafen;
• Rückkopplung mit den Teilprojekten 1-3 in Bezug auf Modellexperimente mit definierten Schwebstoffeinzel- und Mischphasen sowie deren Detektion und Charakterisierung;
• Praxisnahes Prozesswissen über die Auswirkungen von Sedimentumlagerungen auf die Freisetzung von Schadstoffen, vor allem von Schwermetallen;
• Erarbeitung von standardisierten Prognose-Verfahren für die Schadstofffreisetzung in verschiedenen Zeitskalen teilweise unter Nutzung von Experimentiertechniken der Teilprojekte 1 bis 3;
• Aufbereitung des vorliegenden Prozesswissens für die Modellierung des Stoffaustausches in Sedimenten und des Sorptionsverhaltens von anorganischen Schadstoffen an Partikeln (Teilprojekt 13);
• Mitwirkung bei der Erarbeitung von gemeinsamen Handlungsanweisungen für die Bewertung von gewässerrelevanten Schadstoffen und von Entscheidungshilfen für technische Problemlösungen.

Stichwörter

• Remobilisierung
• Schadstofftransfer
• Sediment
• Sedimentumlagerung