Untersuchung der Ausgasung organischer Chemikalien in einer Fließgewässersimulationsanlage

Hintergrund: In Fließgewässern ist Ausgasung aus der Wasserphase der wichtigste
Verlustprozess für einige organische Chemikalien. Die Kinetik der Ausgasung hängt von
Substanzeigenschaften (Diffusivität, Luft/Wasser-Verteilungskoeffizient Kaw) und
Umweltbedingungen (Fließgeschwindigkeit, Temperatur, Windgeschwindigkeit, Geometrie
des Flussbettes, Rauhigkeit des Gewässergrundes) ab. Experimentelle Untersuchungen
der Ausgasung liegen bislang nur im Labormaßstab vor.
Ziel und Fragestellung: Eine systematische Untersuchung der Ausgasung von Referenz-
Chemikalien aus fließenden Wasserkörpern.
Welchen Einfluss haben Wassertemperatur, Fließgeschwindigkeit und weitere
hydraulische Bedingungen auf die Ausgasung?
Material und Methoden: Die Ausgasung wurde an der Fließ- und
Stillgewässersimulationsanlage (FSA) des Umweltbundesamtes (UBA) in Berlin-
Marienfelde untersucht. Dabei wurden einzelne Umweltbedingungen separat und
möglichst kontrolliert variiert. Die Experimente wurden in umlaufenden Rinnen (Länge 104
bzw. 154 m, Breite 1 m) durchgeführt. Mit Hilfe einer Schneckenpumpe wurden konstante
Fließgeschwindigkeiten im Bereich 0,15-0,45 m/s eingestellt. Die Wassertemperatur war
nicht regelbar, wurde aber kontinuierlich aufgezeichnet. In einigen Rinnen wurden die
hydraulischen Bedingungen variiert, z.B. durch die Befüllung mit Sediment. Über
Vorlagebehälter wurden vier leichtflüchtige Substanzen (MTBE, Ethylbenzol, 1,2- und 1,3-
Dichlorpropan) und vier weniger flüchtige Substanzen (2-Methyl-1-Propanol, 2-Methyl-1-
Butanol, Cyclopentanol, Cyclohexanol) homogen in den Wasserkörper (30 bzw. 45 m³)
eingemischt und dann in regelmäßigen Abständen Wasserproben genommen. Die
Analyse erfolgte mittels Headspace-GC/MS nach Zugabe von internen Standards. Durch
exponentielle Regression wurde die Ratenkonstante der Ausgasung ermittelt, aus der sich
nach Multiplikation mit der Wassertiefe die spezifische Ausgasungsgeschwindigkeit (vaw in
m/s) ergibt.