Umweltgeochemie: Herkunft, Mobilität Und Analyse Von Schadstoffen in Der Pedosphäre

ISBN-13: 9783642937125 / Niemiecki / Miękka / 2012 / 836 str.

A. V. Hirner; H. Rehage; M. Sulkowski

Opis

Dieses Buch wendet sich an Chemiker, Geo- und Biowissenschaftler im Hauptstudium ebenso wie an Praktiker in Industrie und im offentlichen Dienst, die Altlasten oder Abfalle bewerten mussen. Fur diesen Leserkreis sollen die fachlichen Grundlagen vertieft, die Prioritaten praxisbezogenen Handelns anhand ausgewahlter Themenkreise vermittelt und durch ein umfangreiches Literaturverzeichnis effektive Einstiegshilfen fur Spezialprobleme gegeben werden. Bei der Beschreibung analytischer Probleme und Methoden sowie der administrativen Regelungen wird ein praxisorientierter Blickwinkel gewahlt. Der Leser soll in die Lage versetzt werden, differenzierte Bewertungen kontaminierter Festkorper auf der Grundlage von Schadstoffmobilitat und Vorsorgeprinzip zu erstellen und die Flut der Umweltdaten kritisch zu hinterfragen und zu bewerten."

Spis treści

1 Einführung in die Umweltwissenschaft.- 1.1 Wissenschaftliche und bildungspolitische Ausgangssituation.- 1.1.1 Interdisziplinarität chemisch orientierter Umweltforschung.- 1.1.2 Bildungsbedarf und-Situation.- 1.2 Umweltchemie und Öffentlichkeit.- 1.2.1 Akzeptanzproblem Technik—Industrie—Chemie.- 1.2.2 Umweltpolitik.- 1.2.3 Umwelt und Gesundheit.- 1.2.4 Gesundheitsschutz.- 1.2.5 Risikobereitschaft.- 1.2.6 Beginnender Bewußtseinswandel.- 1.3 Entstehung und Evolution der anthropogenen Umweltbelastung.- 1.3.1 Primäres Umweltproblem: Anthropogenes Wachstum.- 1.3.2 Überbevölkerung.- 1.3.3 Energieverbrauch und Rohstoffausbeutung.- 1.3.4 Zukunftsperspektiven.- 1.3.5 Sustainable Development.- 1.3.6 Verantwortung der chemischen Industrie.- 1.3.7 Technischer Umweltschutz versus Naturschutz.- 1.4 Grundlagen und Aufgaben der Umweltgeochemie.- 1.4.1 Umweltchemie und Umweltgeochemie.- 1.4.2 Differenzierung geogene Grundbelastung/anthropogene Zusatzbelastung.- 1.4.3 Geogene Referenzen.- 1.5 Ausgewählte Thesen zur Umweltanalytik und zur Umweltchemie.- 2 Allgemeine Umweltgeochemie.- 2.1 Geochemie von Böden und Sedimenten.- 2.1.1 Einführung.- 2.1.1.1 Schadstoffbelastung.- 2.1.1.2 Intensive Bodennutzung.- 2.1.1.3 Bodenversauerung.- 2.1.1.4 Speicherkapazität.- 2.1.1.5 Öko- und humantoxikologische Aspekte.- 2.1.1.6 Bodenschutz.- 2.1.2 Einführung in die Boden- und Sedimentchemie.- 2.1.2.1 Minerale und Gesteine.- 2.1.2.2 Verwitterung.- 2.1.2.3 Tonminerale.- 2.1.2.4 Organische Bestandteile.- 2.1.2.5 Bodenwasser und -luft.- 2.1.2.6 Kulturböden.- 2.1.2.7 Wechselwirkung zwischen Boden und Bodenlösung.- 2.1.3 Chronologie der Schadstoffbelastung.- 2.1.4 Chemische Speziesbestimmungen an natürlichen Festkörpern.- 2.1.4.1 Notwendigkeit der Speziesbestimmung.- 2.1.4.2 Definition chemischer Spezies.- 2.1.4.3 Analytische Methoden zur Speziesbestimmung.- 2.1.4.4 Anwendungsbeispiele.- 2.1.5 Die Methode der sequentiellen chemischen Extraktion.- 2.1.5.1 Diskussion gebräuchlicher Extraktionsschemata.- 2.1.5.2 Verfahrensstandardisierung (BCR Brüssel).- 2.1.5.3 Anaerobe Ablagerungsbedingungen.- 2.1.6 Elutionstests zur Mobilitätsabschätzung.- 2.1.6.1 Einteilung, Technik und Anwendung von Elutionstests.- 2.1.6.2 Elutionstest Grundwassergefährdung im internationalen Vergleich.- 2.1.6.3 Elutionstest Grundwassergefährdung in Deutschland.- 2.1.6.4 Elutionstest Pflanzenverfügbarkeit.- 2.1.6.5 Elutionstest Ingestion.- 2.1.6.6 Geogene und biogene Elution.- 2.1.6.7 Elution von Abfällen.- 2.1.7 Rechnerische Modellierung der Schadstoffverfrachtung.- 2.2 Erfassung, Bewertung und Sanierung von kontaminierten Standorten.- 2.2.1 Anthropogen kontaminierte Böden.- 2.2.1.1 Definition von Altlasten.- 2.2.1.2 Erfassung des Kontaminationsherdes.- 2.2.1.3 Geochemische Hintergrundbelastungen.- 2.2.1.4 Situationsberichte.- 2.2.1.5 Mineralölkontaminationen.- 2.2.1.6 Nukleare und militärische Altlasten.- 2.2.2 Beurteilung und Bewertung der Kontamination.- 2.2.2.1 Sediment- und Bodenqualität.- 2.2.2.2 Kriterium Grundwasserqualität.- 2.2.2.3 Biologische Kriterien.- 2.2.2.4 Administrative Vorgaben.- 2.2.3 Chemische Aspekte der Altlastensanierung.- 2.2.3.1 Sanierungsplanung und- Optimierung.- 2.2.3.2 Überblick zu Sanierungsmethoden.- 2.2.3.3 Mikrobiologische Verfahren.- 2.3 Chemische Aspekte der Abfallwirtschaft.- 2.3.1 Abfälle der Industriegesellschaft.- 2.3.1.1 Das Mengenproblem der Abfallwirtschaft.- 2.3.1.2 Siedlungs- und Industrieabfälle.- 2.3.1.3 Sonderabfälle.- 2.3.1.4 Radioaktive Abfälle.- 2.3.2 Produkte der Abfallbehandlung.- 2.3.2.1 Abfallentsorgung, Wiederverwendung.- 2.3.2.2 Müllverbrennung.- 2.3.2.3 Verbrennungsaschen.- 2.3.2.4 Kompost.- 2.3.2.5 Rotte.- 2.3.2.6 Klärschlamm.- 2.3.2.7 Faulgase.- 2.3.3 Deponierung von Abfällen.- 2.3.3.1 Deponietypen und -klassen.- 2.3.3.2 Die Hausmülldeponie als chemischer Reaktor.- 2.3.3.3 Stabilisierung von Abfällen.- 2.3.3.4 Geochemische Konzepte der Langzeitlagerung von Abfällen.- 2.4 Partikuläres Material in der Atmosphäre.- 2.4.1 Atmosphärische Aerosole (Einführung).- 2.4.1.1 Luftverschmutzung durch Stäube.- 2.4.1.2 Toxikologie von Feinstaub.- 2.4.2 Anorganische Schadstoffe in atmosphärischen Partikeln.- 2.4.2.1 Mineralfasern, Asbest.- 2.4.2.2 Metall(oid)e.- 2.4.2.3 Flugasche.- 2.4.3 Organische Schadstoffe in atmosphärischen Partikeln.- 2.4.3.1 Herkunft organischer Bestandteile.- 2.4.3.2 Industrieruße (black carbon).- 2.4.3.3 Dieselruß.- 2.4.4 Partikel im Innenraumbereich.- 2.4.4.1 Allgemeines zum Hausstaub.- 2.4.4.2 Rauchen in geschlossenen Räumen.- 2.4.4.3 Anorganische Stoffe im Hausstaub.- 2.4.4.4 Organische Stoffe im Hausstaub.- 2.4.4.5 Hausstaubuntersuchungen.- 3 Spezielle Umweltgeochemie.- 3.1 Einführung in anorganische, organische und radioaktive Schadstoffe.- 3.1.1 Anorganische Schadstoffe.- 3.1.1.1 Metall(oid)e.- 3.1.1.2 Cadmium und Quecksilber.- 3.1.1.3 Zinn und Blei.- 3.1.1.4 Arsen, Antimon und Bismut.- 3.1.1.5 Weitere ausgewählte Elemente und Spezies.- 3.1.2 Organische Schadstoffe.- 3.1.2.1 Organische Stoffe in der Umwelt.- 3.1.2.2 Aliphatische und aromatische Kohlenwasserstoffe.- 3.1.2.3 Halogenorganische Verbindungen.- 3.1.2.4 Biozide.- 3.1.3 Radioaktive Stoffe.- 3.1.3.1 Strahlenbelastung des Menschen.- 3.1.3.2 Anthropogene Emissionen und Endlagerungsproblematik.- 3.1.3.3 Geogene Quellen.- 3.1.3.4 Innenraumradioaktivität.- 3.1.3.5 Ausgewählte Nuklide.- 3.2 Assoziationen zwischen Metall(oid)en und organischem Material.- 3.2.1 Fossile und rezente Sedimente.- 3.2.2 Metalloproteine.- 3.2.3 Metall(oid)organische Verbindungen.- 3.2.4 Carbonyle.- 3.2.5 Biomethylierung der Elemente.- 3.2.5.1 Methanogenese.- 3.2.5.2 Cadmium.- 3.2.5.3 Quecksilber.- 3.2.5.4 Zinn.- 3.2.5.5 Blei.- 3.2.5.6 Arsen.- 3.2.5.7 Antimon.- 3.2.5.8 Bismut.- 3.2.5.9 Selen.- 3.2.5.10 Tellur.- 3.2.5.11 Silicium.- 3.3 Chemische Tracer.- 3.3.1 Biomarker.- 3.3.1.1 Flüchtige Komponenten.- 3.3.1.2 Alkanverteilung.- 3.3.1.3 Gesättigte polyzyklische KW.- 3.3.1.4 Aromatische KW.- 3.3.1.5 Höhersiedende Komponenten.- 3.3.1.6 Benzin, Dieselkraftstoff und Heizöl.- 3.3.1.7 Einfluß sekundärer Effekte in der Umwelt.- 3.3.1.8 Altersabschätzung.- 3.3.1.9 Anwendungsbeispiele.- 3.3.2 Isotopenverteilungen.- 3.3.2.1 Isotope leichter Elemente.- 3.3.2.2 Isotope schwerer Elemente.- 3.3.3 Spurenelemente, Ölzusätze.- 3.3.3.1 Emissionsmarker.- 3.3.3.2 Öl-und Kraftstoffadditive.- 3.3.3.3 Zusammensetzung moderner Schmierstoffe.- 3.3.4 Kombinationsstudien.- 4 Kolloidale Systeme in der Umwelt.- 4.1 Allgemeine Grundlagen.- 4.1.1 Die besonderen Eigenschaften kolloidaler Systeme.- 4.1.2 Einteilung kolloidaler Systeme.- 4.1.3 Grundlegende Kolloidstrukturen.- 4.1.4 Synthesen kolloidaler Systeme.- 4.1.5 Stabilität kolloidaler Systeme.- 4.1.5.1 Ionische Wechselwirkungen.- 4.1.5.2 Stern-Potential.- 4.1.5.3 Van-der-Waals-Kräfte.- 4.1.5.4 Sterische Wechselwirkungen.- 4.1.5.5 Depletion-Kräfte.- 4.1.5.6 Solvatationskräfte.- 4.2 Grenzflächen.- 4.2.1 Flüssige Oberflächen.- 4.2.2 Unlösliche dünne Filme an der Wasseroberfläche.- 4.2.3 Die Grenzfläche zwischen zwei Flüssigkeiten.- 4.2.4 Grenzflächen zwischen Festkörpern und Flüssigkeiten.- 4.2.5 Spreitung und Benetzung.- 4.2.6 Flotation.- 4.2.7 Adsorptionsprozesse an flüssigen und festen Grenzflächen.- 4.2.7.1 Henry-Isotherme.- 4.2.7.2 Langmuirsche Adsorptionsisotherme.- 4.2.7.3 Freundlich-Isotherme.- 4.2.7.4 Volmer-Isotherme.- 4.2.7.5 Frumkin-Isotherme.- 4.2.7.6 Kelvin-Isotherme.- 4.2.7.7 BET-Isotherme.- 4.2.7.8 Adsorption an porösen Festkörpern.- 4.2.7.9 Adsorption an Biofilmen.- 4.3 Assoziationskolloide.- 4.3.1 Typische Eigenschaften von Assoziationskolloiden.- 4.3.2 Klassifikation der Tenside.- 4.3.3 Tensidadsorption an fluiden Grenzschichten.- 4.3.4 Struktur und Eigenschaften von Schäumen.- 4.3.5 Bodensanierung mit Schäumen.- 4.3.6 Mizellbildung.- 4.3.7 Unterschiedliche Mizellformen.- 4.3.8 Lyotrope Mesophasen.- 4.3.9 Grundprinzipien der Solubilisierung.- 4.3.10 Phospholipide.- 4.3.11 Freisetzung natürlicher Lösungsvermittler.- 4.3.12 Mobilisierung hydrophober Stoffe durch Liposomen.- 4.4 Emulsionen.- 4.5 Mikroemulsionen.- 4.5.1 Wasch- und Reinigungsprozesse.- 4.5.2 Bodensanierung mit Mikroemulsionen.- 4.6 Gele.- 4.6.1 Struktur und Eigenschaften von Gelen.- 4.6.2 Gele für die Sicherung von Deponien.- 4.7 Kurzer Ausblick.- 5 Analytische Chemie in Umweltmatrices.- 5.1 Einordnung der Probenmaterialien.- 5.1.1 Analytische Objekte.- 5.1.1.1 Böden und Sedimente.- 5.1.1.2 Abfälle.- 5.1.1.3 Gesteine.- 5.1.1.4 Sonstige Festkörper.- 5.1.1.5 Flüssigkeiten.- 5.1.2 Konzentrationen.- 5.2 Probenahme und Probenvorbereitung.- 5.2.1 Probenahme.- 5.2.2 Probenvorbereitung.- 5.2.2.1 Trocknen.- 5.2.2.2 Aliquotieren, Vereinigen.- 5.2.2.3 Trennmethoden.- 5.2.2.4 Mahlen.- 5.2.2.5 Pressen und Schmelzen.- 5.2.2.6 Elution, Extraktion und Aufschluß.- 5.2.2.7 Anreicherung.- 5.3 Auswahl der geeigneten Methode.- 5.3.1 Atomabsorptionsspektroskopie (AAS).- 5.3.2 Atomemissionsspektroskopie (AES/OES).- 5.3.3 Röntgenfluoreszenzanalytik (RFA).- 5.3.4 Anionenbestimmungsmethoden.- 5.3.5 Gaschromatographie.- 5.3.6 Andere Methoden für organische Kontaminationen.- 5.3.7 Ausgewählte Verfahren zur Schlamm- und Sedimentuntersuchung nach DIN.- 5.4 Chromatographische Methoden.- 5.4.1 Allgemeines zu Trenn- und chromatographischen Methoden.- 5.4.1.1 Verteilungschromatographie.- 5.4.1.2 Adsorptionschromatographie.- 5.4.2 Hochleistungs-Flüssigkeitschromatographie.- 5.4.3 Gaschromatographie.- 5.4.4 Anwendungungen.- 5.4.5 Kopplung mit anderen Analysenmethoden.- 5.5 Röntgenmethoden.- 5.5.1 Röntgenemission.- 5.5.1.1 Wellenlängendispersive und energiedispersive RFA.- 5.5.1.2 Totalreflexionsröntgenfluoreszenzanalyse.- 5.5.1.3 Weitere Röntgenemissionsmethoden.- 5.5.2 Röntgenabsorptionsmethoden (XANES, EXAFS).- 5.5.3 Röntgendiffraktometrie.- 5.5.3.1 Probenvorbereitung.- 5.5.3.2 Pulverdiffraktometer.- 5.6 Spektroskopische Methoden.- 5.6.1 UV/Vis- Spektralphotometrie.- 5.6.1.1 Lichtabsorption und Spektrum.- 5.6.1.2 Spektralphotometer.- 5.6.1.3 Bestimmung von umweltrelevanten Feststoffen.- 5.6.2 Infrarot-Spektroskopie.- 5.6.2.1 IR-Spektrometer.- 5.6.2.2 Fouriertransform (FT)-IR-Spektrometer.- 5.6.2.3 Einsatzbereiche in der Umweltanalytik.- 5.6.3 Raman-Spektroskopie.- 5.6.3.1 Anwendungen.- 5.6.4 Atomabsorptionsspektrometrie (AAS).- 5.6.4.1 Flammen-AAS.- 5.6.4.2 Graphitrohr-AAS (Graphite furnace AAS, GFAAS).- 5.6.4.3 Hydridtechnik.- 5.6.4.4 Kaltdampftechnik.- 5.6.4.5 Untergrundkorrektur.- 5.6.4.6 Anwendungen.- 5.6.5 Optische Atomemissionsspektrometrie (AES/OES).- 5.6.5.1 Anwendungen.- 5.6.6 Instrumentelle Neutronenaktivierungsanalyse (INAA).- 5.7 Massenspektrometrie.- 5.7.1 Massenspektrometer.- 5.7.1.1 Massenspektrometertypen.- 5.7.2 ICP-MS und GC-MS.- 5.8 Ausgewählte Anwendungen der analytischen Methoden.- 5.8.1 Speziesanalytik organischer und anorganischer Substanzen.- 5.8.2 Analytik ausgewählter organischer Schadstoffgruppen.- 5.8.2.1 Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK).- 5.8.2.2 BTEX.- 5.8.2.3 Phenole.- 5.8.2.4 Chlorierte Kohlenwasserstoffe (CKW).- 5.8.2.5 Polychlorierte Biphenyle (PCB).- 5.8.2.6 Polychlorierte Dibenzodioxine und -furane (PCDD/F, „Dioxine”).- 5.8.2.7 Biozide.- 5.8.3 Organometallanalytik.- 5.8.4 Radioanalytik.- 5.8.5 Klärschlammanalytik.- 5.8.6 Abfallanalytik.- 5.8.7 Staubanalytik.- 5.8.8 Öl-Analytik.- 5.8.9 Vor-Ort-Analytik.- 5.9 Analytische Qualitätskriterien und Qualitätssicherungsmaßnahmen.- 5.9.1 Statistik in der Analytischen Chemie.- 5.9.1.1 Fehler.- 5.9.1.2 Mittelwert, Nachweisgrenze, Bestimmungsgrenze.- 5.9.1.3 Häufigkeitsverteilungen.- 5.9.1.4 Beurteilung der Richtigkeit der Analyse.- 5.9.2 Labor-Informations-und Management-Systeme.- 5.9.2.1 GLP (Good Laboratory Practice; Gute Labor Praxis).- A.1 Literaturanhang.- A. 1.1 Auswahl interdisziplinärer Fachliteratur.- A. 1.2 Auswahl grundlegender und weiterführender Literatur zur speziellen Umweltgeochemie (Kap.3).- A.2 Datenanhang.- A.2.1 Physikalisch-chemische Daten von Metall(oid)en (Kap. 3.1.1).- A.2.2 Daten zu organischen Stoffen (Kap. 3.1.2).- A.2.2.1 BTEX.- A.2.2.2 PAK (polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe).- A.2.2.3 Substituierte Aromaten.- A.2.2.4 PCB.- A.2.2.5 PCDD/F (Dibenzodioxine/Dibenzofurane).- A.2.2.6 Ausgewählte Biozide.- A.2.2.7 Biomarker.- A.2.3 Liste gentoxischer Substanzen.- A.3 Verzeichnis der Abkürzungen.- Literatur.