root/studiarbeit/Einführung.tex

\chapter{Einführung}
\label{Einführung}

\section{Motivation}


Im Rahmen der Studienarbeit wurden verschiedene Tensidformulierungen auf ihre Eignung zur 
Solubilisierung eines potentiellen neuen Schadstoffs  untersucht. 

Der hier betrachtete Schadstoff gehört zur Gruppe der DNAPLs (Dense Non-Aqueous Phase Liquids). 
Diese Stoffe zeichnen sich zum einen dadurch aus, dass sie schwerer als Wasser sind und daher unter 
den Grundwasserspiegel absinken und zum anderen sind sie nicht oder kaum mit Wasser mischbar. 
Häufig sammeln sich solche Schadstoffe in lokalen Pools. Durch herkömmliche Sanierungsverfahren, 
zum Beispiel Pump-and-Treat-Verfahren, lassen sich solche Kontaminationen aufgrund der schlechten 
Wasserlöslichkeit  kaum mit vertretbarem (Zeit-)Aufwand beseitigen. Auch das Auskoffern des 
kontaminierten Bodens ist in der Regel keine Lösung, da die DNAPLs meist schnell in große Tiefen 
abwandern. Tensidspülungen sind eine von vielen Möglichkeiten, hier Abhilfe zu schaffen. Tenside 
können die Grenzflächenspannung zwischen Wasser und NAPL soweit reduzieren, dass eine Emulsion 
entsteht. Idealerweise entsteht eine stabile Mikroemulsion, welche wie eine einzelne Phase entfernt 
werden kann.

Die Wirkung von Tensiden ist häufig sehr spezifisch. Sie wird zum Beispiel beeinflusst durch das 
Phasenverhalten des Tensids,  der Änderung von Grenzflächenspannung, Viskosität und Fließverhalten, 
der Anpassung an Grundwasser- und Bodenparameter (pH-Wert, Salinität, Bodenart) und den 
Sorptionseigenschaften. Das heißt also, dass eine bereits erfolgreich eingesetzte Tensidlösung zur 
Sanierung von Stoff A, nicht unbedingt erfolgreich bei der Sanierung von Stoff B ist, oder dass bei 
einer Sanierung von Stoff A unter anderen Randbedingungen dieselbe Erfolgsrate zu erwarten ist. Die 
Waschlösung muss immer speziell auf den konkreten Einsatz zugeschnitten werden. Unabhängig von den 
Randbedingungen ist der erste Schritt immer, eine optimale Tensidlösung für einen bestimmten 
Schadstoff unter Idealbedingungen zu finden. Der erste Schritt hierzu sind Batchversuche, wie sie 
in dieser Arbeit beschrieben werden.

Ursprünglich wurden die tensidbasierten Verfahren nicht in der Umwelttechnik, sondern in der 
Erdölindustrie entwickelt mit dem Ziel die Erdölförderung bei schwindenden Primärvorkommen zu 
optimieren. Die entwickelten Methoden wurden später auf die Sanierung von Boden- und 
Grundwasserverunreinigungen angepasst. Daher ist die Anwendung von Tensidspülungen im Umweltbereich 
noch ein relativ junges Verfahren. Praktische Erfahrungen gibt es bisher vor allem in den USA, in 
Europa wurden bisher nur wenige Feldversuche durchgeführt. \cite{Danzer}. Für Mischungen 
verschiedener Schadstoffe ist es schwieriger als für Einzelstoffe ein geeignetes Tensidsystem zu 
entwickeln. Im Allgemeinen ist aber mit einer sehr hohen Reinigungsleistung zu rechnen.



\section{Zielsetzung der Arbeit}

Ziel der durchgeführten Versuche war es, ein für die Solubilisierung von Schwefelkohlenstoff 
optimiertes Tensidsystem zu finden, unter Berücksichtigung des Einflusses von ein- und zweiwertigen 
Salzen. Das heißt ein System, das eine möglichst große Menge Schadstoff löst, ohne ihn zu 
mobilisieren, bei gleichzeitig niedriger Viskosität und hoher Stabilität. Die hier erzielten 
Ergebnisse sollten als Grundlage für spätere Säulenversuche dienen.

Um das Ziel zu erreichen, wurden drei aufeinander aufbauende Batchversuchsreihen durchgeführt. Dabei 
wurden zunächst aus 15 getesteten ionischen und nichtionischen Tensiden diejenigen ausgewählt, die 
bei festgelegtem Tensid- und Salzgehalt die höchste Solubilisierungsrate zeigten. Mit diesen wurde 
dann eine Verdünnungsreihe mit variablem Tensidgehalt erstellt, um die optimale Tensidkonzentration 
zu finden. In einer dritten Versuchsreihe wurde die optimale Salzkonzentration von ein- und 
zweiwertigen Salzen bestimmt. Hierzu wurde die zuvor bestimmte optimale Tensidkonzentration 
konstant gehalten und die Salzkonzentration variiert.



\section{Vorgehensweise}

%Um die Phasentrennung besser beobachten zu können und eine photometrische Bestimmung zu 
%ermöglichen, wurde der Schwefelkohlenstoff mit dem roten Farbstoff Oilred angefärbt.

Aufgrund der Explosionsgefährlichkeit des untersuchten Schadstoffs Schwefelkohlenstoff wurden alle 
Versuche in einem Ex-Schutzlabor durchgeführt. 

Die einzelnen Versuchsreihen wurden zunächst sorgfältig vorbereitet und weitgehend auch Formblätter 
erstellt, um die Arbeit im Labor übersichtlicher zu gestalten. Vorbereitend wurden zunächst 
Tensidlösungen und Salzlösungen in passender Konzentration bzw. als Stammlösung zur 
Weiterverdünnung hergestellt, da vor allem die Tenside Zeit brauchten, um sich vollständig zu lösen. 
Aus den Tensid- und Salzlösungen,  bidestilliertem Wasser und dem angefärbten Schwefelkohlenstoff 
wurden dann die Batchansätze hergestellt. Aufgrund der hohen Flüchtigkeit von Schwefelkohlenstoff erfolgte die 
Zugabe, sowie später die Probenahme, nur mit gasdichten Spritzen über gasdichte PTFE-Ventile 
(Mininert, Valco).

Die Messung von Dichte, Oberflächenspannung und Volumen der leichten Phase wurde ebenfalls im 
Exschutzlabor des VEGAS durchgeführt. Die HPLC-Messung zur Konzentrationsbestimmung wurde durch das 
Laborpersonal im VEGAS-Labor vorgenommen.