The hypothesis for this study was that phenanthrene degrading bacterial inoculants, in combination with grass species able to tolerate petroleum hydrocarbon contamination, will result in increased degradation, as compared to natural rates of hydrocarbon degradation, or to rates of degradation attributed to bacteria or plants alone. Three experiments were performed to examine this hypothesis: i) assessment of the effect of phenanthrene degrading bacteria (<i>Sphingomonas yanoikuyae</i>, <i>Rahnella aquatilis</i>, and <i>Arthrobacter globiformis</i>) on seed germination, location of attachment on seeds and roots, and inoculant survival on selected grass species, ii) determination of the inoculant survival in contaminated soil in the absence of plants and the ability to degrade target compounds, and iii) degradation potential and survival of selected grass species and bacterial inoculants in soil. In general, all applied inoculants were able to effectively colonize the seeds and had a neutral or positive effect on seed germination and seedling growth. Possible plant and bacteria pairs were chosen based on positive influence of the inoculant and are as follows: perennial ryegrass (<i>Lolium perenne</i>) or creeping red fescue (<i>Festuca rubra</i>) with <i>A. globiformis</i> or <i>S. yanoikuyae</i>, or slender wheatgrass (<i>Elymus trachycaulus</i>) with <i>A. globiformis</i> or <i>R. aquatilis</i>. Soil-based assessment of the survival and degradation of hydrocarbons by the selected inoculants was examined with or without a manure nutrient amendment. The addition of the inoculants had a positive impact on the efficacy of hydrocarbon removal in the soil. The manure-amended soil, or <i>A. globiformis</i> inoculated non-amended soil treatments reduced total petroleum hydrocarbon concentration by ~45%, whereas the non-amended control only resulted in a ~20% reduction. When soils were amended with manure and inoculated with any of the phenanthrene degrading bacteria, contaminant concentration decreased in soil by ~33%. <i>Sphingomonas yanoikuyae</i> survived the longest in soil in the absence of plants. A growth chamber experiment was conducted to determine the efficacy of plant and bacteria pairs for hydrocarbon removal in recalcitrant contamination found in soil from Bruderheim, Alberta. Additional replicates containing this soil were spiked with hexadecane, phenanthrene, and pyrene so the effectiveness of the plant and bacteria pairs at higher levels of fresh contamination could be assessed. In the spiked treatment, inoculation with <i>S. yanoikuyae</i> increased creeping red fescue root biomass. In the non-spiked treatment, <i>S. yanoikuyae</i> application increased creeping red fescue root and shoot biomass. Perennial ryegrass root and shoot biomass did not increase when inoculated with <i>S. yanoikuyae</i>, although root biomass values were observably higher in non-spiked soils. Creeping red fescue inoculated with <i>S. yanoikuyae</i> resulted in the greatest decrease in hydrocarbon concentration as compared to other treatments (~61%). The perennial ryegrass treatment, when inoculated with <i>S. yanoikuyae</i> increased percent hydrocarbon removal (~10%) above that obtained with perennial ryegrass alone. The addition of plants and <i>S. yanoikuyae</i> increased hydrocarbon degradation relative to control soils, although the addition of vegetation alone had a comparable effect. A critical benefit of inoculation was the increase in creeping red fescue root biomass at higher concentrations of contamination. This is important because the larger the root biomass the larger the volume of soil that can be remediated. The results indicate that the use of specific plant-bacterial inoculants can enhance remediation of hydrocarbon contaminated soils.

The hypothesis for this study was that phenanthrene degrading bacterial inoculants, in combination with grass species able to tolerate petroleum hydrocarbon contamination, will result in increased degradation, as compared to natural rates of hydrocarbon degradation, or to rates of degradation attributed to bacteria or plants alone. Three experiments were performed to examine this hypothesis: i) assessment of the effect of phenanthrene degrading bacteria (<i>Sphingomonas yanoikuyae</i>, <i>Rahnella aquatilis</i>, and <i>Arthrobacter globiformis</i>) on seed germination, location of attachment on seeds and roots, and inoculant survival on selected grass species, ii) determination of the inoculant survival in contaminated soil in the absence of plants and the ability to degrade target compounds, and iii) degradation potential and survival of selected grass species and bacterial inoculants in soil. In general, all applied inoculants were able to effectively colonize the seeds and had a neutral or positive effect on seed germination and seedling growth. Possible plant and bacteria pairs were chosen based on positive influence of the inoculant and are as follows: perennial ryegrass (<i>Lolium perenne</i>) or creeping red fescue (<i>Festuca rubra</i>) with <i>A. globiformis</i> or <i>S. yanoikuyae</i>, or slender wheatgrass (<i>Elymus trachycaulus</i>) with <i>A. globiformis</i> or <i>R. aquatilis</i>. Soil-based assessment of the survival and degradation of hydrocarbons by the selected inoculants was examined with or without a manure nutrient amendment. The addition of the inoculants had a positive impact on the efficacy of hydrocarbon removal in the soil. The manure-amended soil, or <i>A. globiformis</i> inoculated non-amended soil treatments reduced total petroleum hydrocarbon concentration by ~45%, whereas the non-amended control only resulted in a ~20% reduction. When soils were amended with manure and inoculated with any of the phenanthrene degrading bacteria, contaminant concentration decreased in soil by ~33%. <i>Sphingomonas yanoikuyae</i> survived the longest in soil in the absence of plants. A growth chamber experiment was conducted to determine the efficacy of plant and bacteria pairs for hydrocarbon removal in recalcitrant contamination found in soil from Bruderheim, Alberta. Additional replicates containing this soil were spiked with hexadecane, phenanthrene, and pyrene so the effectiveness of the plant and bacteria pairs at higher levels of fresh contamination could be assessed. In the spiked treatment, inoculation with <i>S. yanoikuyae</i> increased creeping red fescue root biomass. In the non-spiked treatment, <i>S. yanoikuyae</i> application increased creeping red fescue root and shoot biomass. Perennial ryegrass root and shoot biomass did not increase when inoculated with <i>S. yanoikuyae</i>, although root biomass values were observably higher in non-spiked soils. Creeping red fescue inoculated with <i>S. yanoikuyae</i> resulted in the greatest decrease in hydrocarbon concentration as compared to other treatments (~61%). The perennial ryegrass treatment, when inoculated with <i>S. yanoikuyae</i> increased percent hydrocarbon removal (~10%) above that obtained with perennial ryegrass alone. The addition of plants and <i>S. yanoikuyae</i> increased hydrocarbon degradation relative to control soils, although the addition of vegetation alone had a comparable effect. A critical benefit of inoculation was the increase in creeping red fescue root biomass at higher concentrations of contamination. This is important because the larger the root biomass the larger the volume of soil that can be remediated. The results indicate that the use of specific plant-bacterial inoculants can enhance remediation of hydrocarbon contaminated soils.

Es wurden die mikrobiellen Abbauprozesse an einem Standort mit gaswerkstypischer Schadstoffkontamination, v. a. BTEX und PAK, untersucht. Ziel war es, die relevanten mikrobiologischen Abbauprozesse mit gängigen Analysemethoden zu identifizieren und das Natural Attenuation-Potential zu bewerten. Neben einer Betrachtung der Schadstoffe im Feld wurde ein ausführliches hydrogeochemisches und mikrobiologisches Analyseprogramm durchgeführt. Der Schadstoffabbau wurde in Labor-Mikrokosmen unter für den Standort charakteristischen, überwiegend anaeroben Bedingungen untersucht. Methodik und Umfang der Untersuchungsmethoden wurden im Hinblick auf eine Anwendung an weiteren Standorten bewertet. Die Schadstoffausbreitung in der Fahne, die Keimzahluntersuchungen und eine deutliche Redoxzonierung mit einer Sukzession von Methanogenese, Sulfatreduktion und Fe(III)-Reduktion spiegelten mikrobielle Abbauprozesse wider. Dabei beeinflussten und überlagerten die Prozesse im Schadensherd die Prozesse in der Fahne stark. Die Felddaten gaben Hinweise auf abiotische Sekundärreaktionen zwischen den Redoxpaaren Fe(III)/Fe(II), Sulfat/Sulfid und O2/H2O. Die Berechnung der Assimilativen Kapazität (AC) zeigte ein gutes Angebot an CO2 und Sulfat, während die übrigen TEA Sauerstoff, Nitrat und auch Fe(III) am Standort stark limitiert waren. Dem stand eine von den Redoxbedingungen abhängige, unterschiedlich gute Abbaubarkeit der Modellschadstoffe Benzen, Toluen, Ethylbenzen, Naphthalin, Acenaphthen, Phenanthren und Pyren im Laborversuch gegenüber. Methanogenese wurde in keinem der Versuchsansätze beobachtet. Unter sulfatreduzierenden Bedingungen fand ein Abbau weniger Modellschadstoffe (Toluen, z.T. auch Ethylbenzen und Naphthalin) statt. Mit den TEA Nitrat und insb. Fe(III) erweiterte sich das Abbauspektrum gegenüber sulfatreduzierenden Bedingungen. Mit Sauerstoff fand ein Abbau aller im Grundwasser enthaltenen BTEX und PAK statt. Vor dem Hintergrund der AC und den Ergebnissen der Mikrokosmen bedarf es für einen vollständigen Schadstoffabbau im Feld einer Kombination verschiedener TEA-Prozesse, insb. eines Zusammenwirkens von Fe(III)- und Sulfatreduktion und eines Einflusses von Sauerstoff an den Fahnenrändern. Die unterschiedlichen Abbaumuster bzw. Abbaugeschwindigkeiten in Abhängigkeit der TEA machen das Einbeziehen der Redoxzonierung in eine Modellierung des Standortes erforderlich. Neben den TEA hatte die Verfügbarkeit der Makroelemente Phosphor und Stickstoff sowie von Mikroelementen einen Einfluss auf den Abbau. In den Respirometeruntersuchungen mit hohen Substratkonzentrationen war Phosphat in allen und Ammonium in einem Teil der Grundwässer, in Abhängigkeit von der Entnahmestelle im Feld, limitierend. Bei niedrigen Substratkonzentrationen in den Mikrokosmen trat kein Mangel an N und P auf. In allen Fällen hatte aber eine Zugabe von Mikroelementen einen förderlichen Effekt auf den Abbau. Die Methodik der Standortuntersuchungen folgte dem Prinzip der multiple lines of evidence. Die hydrochemischen Parameter O2, NO3-, Fe2+, Mn2+, SO42-, S2-, CH4, NH4+, PO43 waren geeignet, einen mikrobiellen Abbau und potentielle Limitationen durch Nährstoffe zu zeigen. Ein Vergleich der Ergebnisse der tiefenhorizontierten Beprobung mit einem stärker räumlich integrierenden Ansatz zeigte, dass ohne eine entsprechende räumliche Auflösung die AC überschätzt würde. Die Summenparameter, insb. die Toxizität, lieferten wertvolle Zusatzinformationen über die Gesamtkontamination. Der Abbau der (Modell-)Schadstoffe in den Mikrokosmen ermöglichte eine Einschätzung der generellen Abbaubarkeit der Schadstoffe am Standort, der Einflussparameter auf den Schadstoffabbau sowie möglicher Stimulationsmaßnahmen.

If sufficiently persistent, semi-volatile organic contaminants (SVOCs) can travel long distances through the atmosphere from their points of release and become concentrated in cold, remote regions. As air is sampled for SVOCs to establish both their presence and the success of emission reduction efforts, it becomes helpful to determine sampling site proximity to sources and the origin of the sampled air masses. Comparing three increasingly sophisticated methods for quantifying source proximity of sampling locations, it was judged necessary to account for the actual history of the sampled air through construction of an airshed, especially if wind is highly directional and population distribution is very non-uniform. The airshed concept was improved upon by introducing a ‘geodesic’ grid of equally spaced cells, rather than a simple latitude/longitude grid, to avoid distortion near Earth’s poles and to allow for the comparison of airshed shapes. Assuming that a perfectly round airshed reveals no information about sources allows the significance of each cell of an airshed to be judged based on its departure from roundness. Combining air-mass histories with a 2 year-long series of SVOC air concentrations at Little Fox Lake in Canada’s Yukon Territory did not identify distinct source regions for most analytes, although γ-hexachlorocyclohexane appears to originate broadly in north-eastern Russia and/or Alaska. Based on this remoteness from sources, the site is judged to be well suited to monitor changes in the hemispheric background concentrations of SVOCs. A model-based exploration revealed wet-gaseous deposition as the dominant process responsible for cold-trapping SVOCs in mountain soils. Such cold trapping is particularly effective if precipitation rate increases with altitude and if temperature differences along the mountain are large. Considerable sensitivity of the modeled extent of cold-trapping to parameters as diverse as scale, mean temperature, atmospheric particle concentration and time relative to emission maxima is consistent with the wide variety of observed enrichment behaviour. Concentration gradients of polycyclic aromatic hydrocarbons and polychlorinated biphenyls in air and soil measured on four Western Canadian mountains with variable distance from sources revealed source proximity as the main driver of concentrations at both the whole-mountain scale and along individual mountain transects.

If sufficiently persistent, semi-volatile organic contaminants (SVOCs) can travel long distances through the atmosphere from their points of release and become concentrated in cold, remote regions. As air is sampled for SVOCs to establish both their presence and the success of emission reduction efforts, it becomes helpful to determine sampling site proximity to sources and the origin of the sampled air masses. Comparing three increasingly sophisticated methods for quantifying source proximity of sampling locations, it was judged necessary to account for the actual history of the sampled air through construction of an airshed, especially if wind is highly directional and population distribution is very non-uniform. The airshed concept was improved upon by introducing a ‘geodesic’ grid of equally spaced cells, rather than a simple latitude/longitude grid, to avoid distortion near Earth’s poles and to allow for the comparison of airshed shapes. Assuming that a perfectly round airshed reveals no information about sources allows the significance of each cell of an airshed to be judged based on its departure from roundness. Combining air-mass histories with a 2 year-long series of SVOC air concentrations at Little Fox Lake in Canada’s Yukon Territory did not identify distinct source regions for most analytes, although γ-hexachlorocyclohexane appears to originate broadly in north-eastern Russia and/or Alaska. Based on this remoteness from sources, the site is judged to be well suited to monitor changes in the hemispheric background concentrations of SVOCs. A model-based exploration revealed wet-gaseous deposition as the dominant process responsible for cold-trapping SVOCs in mountain soils. Such cold trapping is particularly effective if precipitation rate increases with altitude and if temperature differences along the mountain are large. Considerable sensitivity of the modeled extent of cold-trapping to parameters as diverse as scale, mean temperature, atmospheric particle concentration and time relative to emission maxima is consistent with the wide variety of observed enrichment behaviour. Concentration gradients of polycyclic aromatic hydrocarbons and polychlorinated biphenyls in air and soil measured on four Western Canadian mountains with variable distance from sources revealed source proximity as the main driver of concentrations at both the whole-mountain scale and along individual mountain transects.

Solid-phase microextraction (SPME) coupled with gas chromatography/mass spectrometry (GC/MS) is routinely used to analyze polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in water. A common SPME-GC/MS approach quantifies target analytes using isotopically labeled standards (IISs); one IIS is needed for each target analyte. This approach is challenging, even prohibitive since IISs are often expensive; moreover, they are generally not available for each analyte of interest. This study developed a novel SPME-GC/MS approach for the quantification of PAHs in water. The new method, which employs only a small number of IISs, uses relative response factor (RRF) (i.e., analyte corresponding to IIS) to quantify PAHs in water. Possible matrix dependency of RRFs values was examined using water that was modified concerning different physical-chemical characteristics (i.e., ionic strength, pH, suspended solids, humic acid, and biological organic carbon represented by hemoglobin). The results revealed that RRFs are not noticeably affected by changing ionic strength and pH; the other three parameters did affect the RRFs. However, the results also showed that the effect is minimal when the solution is dilute (i.e., low concentrations of suspended solids, humic acid or hemoglobin). Relatively stable RRFs for dilute water solutions indicates that this approach can be used for routine quantification of water that does not contain prohibitive amounts of suspended solids, humic acid, and biological organic matter. The developed method was employed to quantify trace levels of PAHs in three different types of water, namely river water, well water, and bottled water. PAH levels in every kind of water were less than 100 ng/L level (i.e., 0.1 ppb). Analyses of spiked water samples containing 2 ng PAHs revealed correlations between calculated RRFs and the physical-chemical properties of the PAHs investigated (i.e., vapor pressure, boiling point, octanol/water partition coefficient, octanol/air partition coefficient, GC retention time). This implies that RRFs for PAHs not examined in this study can be predicted. Overall, the results presented herein constitute a meaningful contribution to the development of SPME-GC/MS methods for quantitative analysis of PAHs and other chemicals in dilute aqueous solutions. Moreover, the development of methods that alleviate the need for IISs corresponding to each target analyte.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The oil and gas industry produces huge amounts of produced water (PW), a complex effluent. This product is one of the main constituents of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH), which exhibit high toxicity. Therefore, this study aims at developing and validating a method for determining PAH (Benz(a)anthracene, Benzo(b)fluoranthene, Benzo(k)fluoranthene, Benzo(a)pyrene, and Dibenzo (a,h)anthracene) in PW by using magnetic solid phase extraction (MSPE) and high-performance liquid chromatography with fluorescence detector. We synthesized three new adsorbents: FeCt (with ferric chloride and water rich in natural organic matter); FeCc (with ferric chloride, distilled water, and coconut husk), and FeSt (with ferric sulfate and water rich in natural organic matter). The x-ray diffraction and infrared spectroscopy confirmed obtaining the hybrid materials. The best extraction conditions were obtained by using ultrasonic cleaning as a mixing mechanism with time set to 2.5 minutes for adsorption and 2.5 minutes for desorption, using 10 mL of ethyl acetate as an extractor and 20 mg of hybrid FeSt; the values of PAH recovery varied from 84.3 to 92.3 %. The capacity of reusing the material was assessed and the results exhibited a great recovery with up to 4 cycles of adsorption/desorption. The methodology we propose was applied to two PW samples. The recovery values for samples PWW1 (produced water at well 1) enriched with 100μg L-1 were of 81 – 104%, without the presence of B(a)P standard. As for the PAH concentrations in the sample, they varied from 0.63 to 1.66 μg L-1 for PWW1 from 0.54 to 1.62 μg L-1 for PWW2 (produced water at well 2). The validation of the method was performed for the following parameters: linearity, which exhibits a correlation coefficient (r) above 0.9943 within the interval of 0.5 - 25 μg L-1 ; accuracy and precision, with recovery values between 98.2 – 108.9 %, and coefficient of variation 0.64 – 6.72 % for the concentration levels of 3.8 and 15 μg L-1 (n=3), respectively. LODs varied from 0.012 and 0.02 μg L-1 and LOQs, from 0.036 to 0.06 μg L-1. / A indústria de petróleo e gás produz grandes quantidades de água produzida (AP), que é um efluente complexo, sendo que um dos seus principais constituintes são os Hidrocarbonetos Policíclicos Aromáticos (HPA), os quais apresentam elevada toxicidade. Assim, o presente trabalho tem por objetivo desenvolver e validar um método de determinação de HPA (Benzo(a)Antraceno, Benzo(b)Fluoranteno, Benzo(k)Fluoranteno, Benzo(a)Pireno e Dibenzo(ah)Antraceno) em AP utilizando a extração em fase sólida magnética (MSPE) e cromatografia líquida de alta eficiência com detector de fluorescência. Foram sintetizados três novos adsorventes FeCt (com cloreto férrico e água com alto teor de MON), FeCc (com cloreto férrico, água destilada e bagaço de coco) e FeSt (com sulfato férrico e água com alto teor de MON). A difração de raios X e a espectroscopia de infravermelho confirmaram a obtenção dos materiais híbridos. As melhores condições de extração foram obtidas em banho de ultrassom como mecanismo de agitação, com tempo estipulado em 2,5 min para a adsorção e 2,5 min para a dessorção, utilizando 10 mL de acetato de etila como extrator e 20 mg do híbrido FeSt. Os valores de recuperação dos HPA variaram de 84,3 – 92,3 %. A capacidade de reutilização do material foi avaliada e os resultados apresentaram ótima recuperação com até 4 ciclos de adsorção/dessorção. A metodologia proposta foi aplicada em duas amostras de AP e os valores de recuperação para a amostra de APP1 (água produzida poço 1), enriquecida com 100 μg L-1, foram de 81 – 104 %, sem a presença do padrão do B(a)P, e a concentração dos HPA na amostra variou de 0,63 – 1,66 μg L-1 para o APP1, e de 0,54 – 1,62 μg L-1 para o APP2 (água produzida poço 2). A validação do método foi realizada para os parâmetros: linearidade, com o coeficiente de correlação (r) acima de 0,9943 no intervalo de 0,5 - 25 μg L-1; exatidão e precisão, com valores de recuperação entre 98,2 - 108,9 % e coeficiente de variação 0,64 - 6,72 % para os níveis de concentração 3, 8 e 15 μg L-1 (n=3), respectivamente. Os limites de detecção (LD) variaram entre 0,012 a 0,02 μg L-1 e os limites de quantificação (LQ) entre 0,036 a 0,06 μg L-1. / São Cristóvão, SE

Teeröl verarbeitende Betriebe, Gaswerke und Altablagerungen mit Gaswerksrückständen haben in der Vergangenheit eine Vielzahl lang andauernder Boden- und Grundwasserkontaminationen verursacht. Natürliche Abbauprozesse (NA) haben sich zur Reduktion der Schadstofffrachten bereits an vielen Standorten als wirksam erwiesen, wobei bisher in erster Linie Standorte mit stationären Grundwasserfließbedingungen betrachtet wurden. Deutschlandweit existieren jedoch viele Industrieanlagen und Altstandorte in der Nähe großer Flüsse, da über die Flüsse kostengünstig Ausgangsmaterialien an- und Produkte abtransportiert werden konnten. Die Nähe zum Fließgewässer sorgt hierbei an vielen Standorten für instationäre Grundwasserfließ- und Redoxbedingungen. In dieser Studie wurden erstmals die Auswirkungen instationärer Bedingungen auf NA-Prozesse untersucht. Am Beispiel eines ehemaligen Gaswerks und drei Vergleichsstandorten wurden anhand von Grundwasseruntersuchungen das Schadstoffspektrum umfassend analysiert, die Auswirkungen der instationären Bedingungen auf Schadstoffkonzentrationen und Redoxbedingungen untersucht, sowie in Abbauversuchen in Labormikrokosmen der mikrobiologische Abbau teerölbürtiger Schadstoffe unter instationären Bedingungen nachgewiesen. Die Anbindung des Grundwasserleiters an das Oberflächengewässer und dessen Einfluss auf Grundwasserfließverhalten und Redoxbedingungen wurden mithilfe engmaschiger Beprobungen und einer Multiparametersonde belegt. Grundwasserproben des Standorts wurden mittels GC MS auf insgesamt mehr als 100 teerölbürtige Verbindungen untersucht. Neben den routinemäßig an teerölbelasteten Standorten untersuchten BTEX-Aromaten und EPA-PAK wurde eine Vielzahl weiterer mono- und polyzyklischer aromatischer Kohlenwasserstoffe, kurzkettiger Alkylphenole sowie insbesondere heterozyklischer Kohlenwasserstoffe (NSO-HET) analysiert. Zusätzlich zu den EPA-PAK und BTEX-Aromaten erwiesen sich Indan und Inden, sowie viele NSO-HET als besonders relevant. Schadensherdnah sind dies vor allem Chinolin, 2-Methylchinolin, Dibenzothiophen, Benzofuran und Dibenzofuran, im weiteren Abstrom werden insbesondere 2,4 und 2,6-Dimethylchinolin, 3- und 5-Methylbenzothiophen, 2- und 3-Methylbenzofuran sowie 2-Methyldibenzofuran nachgewiesen. Auf Basis der Felddaten (Schadstoffe, Toxizität, Redoxzonierung) und der mikrobiologischen Abbauversuche im Labor wurden natürliche mikrobiologische Abbauprozesse unter wechselnden Redoxbedingungen nachgewiesen und erstmals die Wirksamkeit von natürlichen Abbauprozessen auch unter instationären Bedingungen gezeigt. Die gewonnenen Erkenntnisse können bei der Bearbeitung anderer Standorte mit instationären Bedingungen eingesetzt werden. Die Ergebnisse zeigen, dass sich periodische Wechsel der Redoxverhältnisse, verbunden mit dem Eintrag von Sauerstoff in einen Grundwasserleiter, ausgesprochen günstig auf den Schadstoffabbau und damit die Länge einer Schadstofffahne auswirken können. Für Standorte mit instationären Grundwasserfließverhältnissen ist die Frage relevant, ob und wie weit sich mit der Fließrichtungsumkehr tatsächlich auch die Redoxverhältnisse im Grundwasserleiter ändern und ob es zum Beispiel zu einem Eintrag von Sauerstoff kommt. Durch kontinuierliche Messungen mit Hilfe einer Multiparametersonde über den Zeitraum von zwei Jahren konnte der Eintrag von Sauerstoff in Zeiten mit erhöhten Rheinwasserständen nachgewiesen werden. In Abhängigkeit hierzu ändert sich auch das Redoxpotential. Der Nachweis des periodischen Eintrags von Sauerstoff in den Grundwasserleiter ist von besonderer Bedeutung. Zum einen konnte durch Abbauversuche die schnelle aerobe Umsetzung vieler am Standort gemessenen Substanzen nachgewiesen werden. Zusätzlich kann der in den Grundwasserleiter eingetragene Sauerstoff genutzt werden, um reduziertes Eisen(ll) wieder zu oxidieren. Das so entstandene dreiwertige Eisen steht den Mikroorganismen dann wieder als Elektronen-akzeptor zur Verfügung. Die Bedeutung von Eisen(lll) als Elektronenakzeptor wurde ebenfalls anhand von Labormikrokosmen nachgewiesen. Die günstigen Auswirkungen instationärer Redoxbedingungen sind demnach anhand von Feld- und Labordaten belegt. Auch hinsichtlich des Parameterumfangs der an teerölkontaminierten Standorten relevanten Schadstoffe wurden durch das erweiterte Schadstoffspektrum wichtige Erkenntnisse gewonnen, welche unmittelbar auf andere Standorte übertragbar sind.

The diploma thesis deals with determination of organic compounds in the tar. It is focussed on polycyclic aromatic hydrocarbons, BTEX and n-alkanes. The tar samples were collected by Faculty of Mechanical Engineering BUT Brno during two days and under diferent conditions of biomass gasification. The samples were filtrated and refined using column chromatography on silicagel sorbent. Gas chromatography with mass detection was chosen to determine polycyclic aromatic hydrocarbons and gas chromatography with flame ionisation detection was chosen to determine BTEX and n-alkanes.

Teeröl verarbeitende Betriebe, Gaswerke und Altablagerungen mit Gaswerksrückständen haben in der Vergangenheit eine Vielzahl lang andauernder Boden- und Grundwasserkontaminationen verursacht. Natürliche Abbauprozesse (NA) haben sich zur Reduktion der Schadstofffrachten bereits an vielen Standorten als wirksam erwiesen, wobei bisher in erster Linie Standorte mit stationären Grundwasserfließbedingungen betrachtet wurden. Deutschlandweit existieren jedoch viele Industrieanlagen und Altstandorte in der Nähe großer Flüsse, da über die Flüsse kostengünstig Ausgangsmaterialien an- und Produkte abtransportiert werden konnten. Die Nähe zum Fließgewässer sorgt hierbei an vielen Standorten für instationäre Grundwasserfließ- und Redoxbedingungen. In dieser Studie wurden erstmals die Auswirkungen instationärer Bedingungen auf NA-Prozesse untersucht. Am Beispiel eines ehemaligen Gaswerks und drei Vergleichsstandorten wurden anhand von Grundwasseruntersuchungen das Schadstoffspektrum umfassend analysiert, die Auswirkungen der instationären Bedingungen auf Schadstoffkonzentrationen und Redoxbedingungen untersucht, sowie in Abbauversuchen in Labormikrokosmen der mikrobiologische Abbau teerölbürtiger Schadstoffe unter instationären Bedingungen nachgewiesen. Die Anbindung des Grundwasserleiters an das Oberflächengewässer und dessen Einfluss auf Grundwasserfließverhalten und Redoxbedingungen wurden mithilfe engmaschiger Beprobungen und einer Multiparametersonde belegt. Grundwasserproben des Standorts wurden mittels GC MS auf insgesamt mehr als 100 teerölbürtige Verbindungen untersucht. Neben den routinemäßig an teerölbelasteten Standorten untersuchten BTEX-Aromaten und EPA-PAK wurde eine Vielzahl weiterer mono- und polyzyklischer aromatischer Kohlenwasserstoffe, kurzkettiger Alkylphenole sowie insbesondere heterozyklischer Kohlenwasserstoffe (NSO-HET) analysiert. Zusätzlich zu den EPA-PAK und BTEX-Aromaten erwiesen sich Indan und Inden, sowie viele NSO-HET als besonders relevant. Schadensherdnah sind dies vor allem Chinolin, 2-Methylchinolin, Dibenzothiophen, Benzofuran und Dibenzofuran, im weiteren Abstrom werden insbesondere 2,4 und 2,6-Dimethylchinolin, 3- und 5-Methylbenzothiophen, 2- und 3-Methylbenzofuran sowie 2-Methyldibenzofuran nachgewiesen. Auf Basis der Felddaten (Schadstoffe, Toxizität, Redoxzonierung) und der mikrobiologischen Abbauversuche im Labor wurden natürliche mikrobiologische Abbauprozesse unter wechselnden Redoxbedingungen nachgewiesen und erstmals die Wirksamkeit von natürlichen Abbauprozessen auch unter instationären Bedingungen gezeigt. Die gewonnenen Erkenntnisse können bei der Bearbeitung anderer Standorte mit instationären Bedingungen eingesetzt werden. Die Ergebnisse zeigen, dass sich periodische Wechsel der Redoxverhältnisse, verbunden mit dem Eintrag von Sauerstoff in einen Grundwasserleiter, ausgesprochen günstig auf den Schadstoffabbau und damit die Länge einer Schadstofffahne auswirken können. Für Standorte mit instationären Grundwasserfließverhältnissen ist die Frage relevant, ob und wie weit sich mit der Fließrichtungsumkehr tatsächlich auch die Redoxverhältnisse im Grundwasserleiter ändern und ob es zum Beispiel zu einem Eintrag von Sauerstoff kommt. Durch kontinuierliche Messungen mit Hilfe einer Multiparametersonde über den Zeitraum von zwei Jahren konnte der Eintrag von Sauerstoff in Zeiten mit erhöhten Rheinwasserständen nachgewiesen werden. In Abhängigkeit hierzu ändert sich auch das Redoxpotential. Der Nachweis des periodischen Eintrags von Sauerstoff in den Grundwasserleiter ist von besonderer Bedeutung. Zum einen konnte durch Abbauversuche die schnelle aerobe Umsetzung vieler am Standort gemessenen Substanzen nachgewiesen werden. Zusätzlich kann der in den Grundwasserleiter eingetragene Sauerstoff genutzt werden, um reduziertes Eisen(ll) wieder zu oxidieren. Das so entstandene dreiwertige Eisen steht den Mikroorganismen dann wieder als Elektronen-akzeptor zur Verfügung. Die Bedeutung von Eisen(lll) als Elektronenakzeptor wurde ebenfalls anhand von Labormikrokosmen nachgewiesen. Die günstigen Auswirkungen instationärer Redoxbedingungen sind demnach anhand von Feld- und Labordaten belegt. Auch hinsichtlich des Parameterumfangs der an teerölkontaminierten Standorten relevanten Schadstoffe wurden durch das erweiterte Schadstoffspektrum wichtige Erkenntnisse gewonnen, welche unmittelbar auf andere Standorte übertragbar sind.