Einsatz der Saugkerzentechnik zur Bodenwassergewinnung aus reduzierten Horizonten
Stoffausfällung im Förderschlauch und methodische Verbesserungen
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Diplomarbeit aus dem Jahr 1993 im Fachbereich Geowissenschaften / Geographie - Geologie, Mineralogie, Bodenkunde, Note: 1,0, Universität Hamburg (Geowissenschaften), Sprache: Deutsch, Abstract: Inhaltsangabe:Einleitung:Wasser bildet die Grundlage allen Lebens auf der Erde. Es ist für den geregelten Ablauf der Lebensvorgänge unentbehrlich, da sich die physiologisch-chemischen Prozesse überwiegend in wässrigen Lösungen abspielen. Innerhalb seines Kreislaufes passiert das Wasser auch den Boden, wo es (je nach Sättigungsgrad) den Porenraum ausfüllt. Dieses Bodenwasser enthält sowohl Nähr...
Diplomarbeit aus dem Jahr 1993 im Fachbereich Geowissenschaften / Geographie - Geologie, Mineralogie, Bodenkunde, Note: 1,0, Universität Hamburg (Geowissenschaften), Sprache: Deutsch, Abstract: Inhaltsangabe:Einleitung:
Wasser bildet die Grundlage allen Lebens auf der Erde. Es ist für den geregelten Ablauf der Lebensvorgänge unentbehrlich, da sich die physiologisch-chemischen Prozesse überwiegend in wässrigen Lösungen abspielen. Innerhalb seines Kreislaufes passiert das Wasser auch den Boden, wo es (je nach Sättigungsgrad) den Porenraum ausfüllt. Dieses Bodenwasser enthält sowohl Nähr- als auch Schadstoffe, welche mit dem Sickerwasser bis ins Grundwasser gelangen können. Seine Beschaffenheit wird dabei maßgeblich durch die Bodenpassage geprägt. Daher sind Kenntnisse der Stoffumsetzungen im Boden in Abhängigkeit von Bearbeitung, Nutzung und Düngung sowie anderen Umwelteinflüssen in der Ökosystemforschung von entscheidender Bedeutung.
Seit Briggs und McCall (1904) keramische Kerzen als artificial root einsetzten, um die Wasserzusammensetzung und -verfügbarkeit für die Pflanzen zu untersuchen, werden poröse Materialien zur Gewinnung der Bodenlösung eingesetzt. Saugkerzen haben gegenüber anderen Methoden der Bodenwassergewinnung (z.B. Zentrifugieren einer Bodenprobe) den Vorteil, dass sie beim Einbau das Bodengefüge nur wenig verändern und somit eine Mehrfachbeprobung ermöglichen. Sie können sowohl in der ungesättigten als auch gesättigten Bodenzone eingesetzt werden und schaffen die Voraussetzung zur Beprobung einzelner Bodenschichten.
Die vorliegende Diplomarbeit beschäftigt sich mit dem Einsatz von Saugkerzen im wassergesättigten Bereich gering durchlässiger Bodenschichten. Unter diesen Bedingungen ist die Entnahme von Wasserproben mit konventionellen Brunnen wegen des begrenzten Nachflusses nur schwer möglich. Erst mit der Saugkerzentechnik können Wässer kontinuierlich und störungsarm entnommen werden. Es tritt dabei allerdings das Problem der Ausfällung von Stoffen in der Saugkerzenanlage auf. Rein physikalisch führen diese Ablagerungen zu verringerten Saugleistungen, aber vor allem kommt es zu einer Veränderung der Ionenkonzentration in der Probe gegenüber der Bodenlösung.
Ziel der Arbeit ist es, anhand von ausgewählten Förderschläuchen aus bereits betriebenen Anlagen die Ablagerungen in den Schläuchen durch eine Säurespülung zu lösen und ihre chemische Zusammensetzung zu analysieren. Die so ermittelten Ionenfrachten der gelösten Ablagerungen werden mit den Ionenfrachten der zugehörigen Wässer verglichen und die auftretenden Ausfällungsmechanismen der untersuchten Elemente geklärt. Basierend auf diesen Daten werden unterschiedliche Saugkerzenvarianten (Kerzentyp, Förderschlauch, Vorratsbehälter), die eine Verringerung der Ablagerungsrate bewirken, konstruiert und in einem Lysimeterversuch auf ihre Tauglichkeit geprüft.
Inhaltsverzeichnis:Inhaltsverzeichnis:
1.Einleitung1
2.Fehlerquellen beim Einsatz von Saugkerzen2
3.Material und Methoden5
3.1Analyseverfahren15
3.2Abbau der Anlage und Gewinnung der Schlauchextrakte16
3.3Fremddaten17
4.Darstellung der Ausfällung einzelner Elemente17
4.1Natrium19
4.2Kalium25
4.3Magnesium29
4.4Calcium34
4.5Mangan39
4.6Eisen44
4.7Kupfer54
4.8Zink59
4.9Cadmium65
4.10Blei71
4.11Arsen75
4.12Zusammenfassende Darstellung der untersuchten Elemente82
5.Vergleich der chemischen Zusammensetzung: Ausfällung / Lösung83
6.Beurteilung der getesteten Saugkerzenvarianten88
7.Zusammenfassung94
8.Literatur96
9.Anhang102
Wasser bildet die Grundlage allen Lebens auf der Erde. Es ist für den geregelten Ablauf der Lebensvorgänge unentbehrlich, da sich die physiologisch-chemischen Prozesse überwiegend in wässrigen Lösungen abspielen. Innerhalb seines Kreislaufes passiert das Wasser auch den Boden, wo es (je nach Sättigungsgrad) den Porenraum ausfüllt. Dieses Bodenwasser enthält sowohl Nähr- als auch Schadstoffe, welche mit dem Sickerwasser bis ins Grundwasser gelangen können. Seine Beschaffenheit wird dabei maßgeblich durch die Bodenpassage geprägt. Daher sind Kenntnisse der Stoffumsetzungen im Boden in Abhängigkeit von Bearbeitung, Nutzung und Düngung sowie anderen Umwelteinflüssen in der Ökosystemforschung von entscheidender Bedeutung.
Seit Briggs und McCall (1904) keramische Kerzen als artificial root einsetzten, um die Wasserzusammensetzung und -verfügbarkeit für die Pflanzen zu untersuchen, werden poröse Materialien zur Gewinnung der Bodenlösung eingesetzt. Saugkerzen haben gegenüber anderen Methoden der Bodenwassergewinnung (z.B. Zentrifugieren einer Bodenprobe) den Vorteil, dass sie beim Einbau das Bodengefüge nur wenig verändern und somit eine Mehrfachbeprobung ermöglichen. Sie können sowohl in der ungesättigten als auch gesättigten Bodenzone eingesetzt werden und schaffen die Voraussetzung zur Beprobung einzelner Bodenschichten.
Die vorliegende Diplomarbeit beschäftigt sich mit dem Einsatz von Saugkerzen im wassergesättigten Bereich gering durchlässiger Bodenschichten. Unter diesen Bedingungen ist die Entnahme von Wasserproben mit konventionellen Brunnen wegen des begrenzten Nachflusses nur schwer möglich. Erst mit der Saugkerzentechnik können Wässer kontinuierlich und störungsarm entnommen werden. Es tritt dabei allerdings das Problem der Ausfällung von Stoffen in der Saugkerzenanlage auf. Rein physikalisch führen diese Ablagerungen zu verringerten Saugleistungen, aber vor allem kommt es zu einer Veränderung der Ionenkonzentration in der Probe gegenüber der Bodenlösung.
Ziel der Arbeit ist es, anhand von ausgewählten Förderschläuchen aus bereits betriebenen Anlagen die Ablagerungen in den Schläuchen durch eine Säurespülung zu lösen und ihre chemische Zusammensetzung zu analysieren. Die so ermittelten Ionenfrachten der gelösten Ablagerungen werden mit den Ionenfrachten der zugehörigen Wässer verglichen und die auftretenden Ausfällungsmechanismen der untersuchten Elemente geklärt. Basierend auf diesen Daten werden unterschiedliche Saugkerzenvarianten (Kerzentyp, Förderschlauch, Vorratsbehälter), die eine Verringerung der Ablagerungsrate bewirken, konstruiert und in einem Lysimeterversuch auf ihre Tauglichkeit geprüft.
Inhaltsverzeichnis:Inhaltsverzeichnis:
1.Einleitung1
2.Fehlerquellen beim Einsatz von Saugkerzen2
3.Material und Methoden5
3.1Analyseverfahren15
3.2Abbau der Anlage und Gewinnung der Schlauchextrakte16
3.3Fremddaten17
4.Darstellung der Ausfällung einzelner Elemente17
4.1Natrium19
4.2Kalium25
4.3Magnesium29
4.4Calcium34
4.5Mangan39
4.6Eisen44
4.7Kupfer54
4.8Zink59
4.9Cadmium65
4.10Blei71
4.11Arsen75
4.12Zusammenfassende Darstellung der untersuchten Elemente82
5.Vergleich der chemischen Zusammensetzung: Ausfällung / Lösung83
6.Beurteilung der getesteten Saugkerzenvarianten88
7.Zusammenfassung94
8.Literatur96
9.Anhang102
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