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Kupfer- und Zinkentfernung aus Niederschlagsabfluss von Dächern in einem Eisen-Korrosionssystem
Ludwig, Thomas
Niederschlagsabläufe von Kupfer- und Zinkdächern enthalten hohe Konzentrationen der Schwermetalle Kupfer bzw. Zink. Zur Vermeidung von lokalen Boden- und Grundwasserbelastungen bei der Versickerung von Metalldachabläufen werden künstliche Barrieresysteme vorgeschlagen. In der vorliegenden Arbeit wurde der Rückhalt von gelöstem Kupfer und Zink aus Dachablauf bei der sauerstoffinduzierten Korrosion von Eisenspänen in geschlossenen, aufwärts durchströmten Korrosions-Adsorbersäulen untersucht. Bei der Sauerstoffkorrosion der Eisenspäne entstehen Rostdeckschichten aus Eisenoxid, an die die im Dachablauf gelösten Schwermetalle Kupfer und Zink adsorbieren. Die Versuchsergebnisse bestätigen, dass sich die Korrosions-Adsorbersäulen als wirksames Barrieresystem zum Rückhalt von gelöstem Kupfer und Zink aus Dachablauf vor einer Versickerung eignen. Die Beschaffenheit des ionenarmen und ungepufferten Dachwassers ist offensichtlich günstig für die Eisenkorrosion und die daran gekoppelte Kupfer- und Zinkelimination. Lediglich die DOC-Gehalte im Dachablauf führten zu gewissen nachteiligen Effekten. Mit dem Korrosionsverfahren konnten hohe Deckschichtbeladungen mit Kupfer und Zink erzielt werden. Die ermittelten Kupfer- und Zinkbeladungen lagen mit Werten zwischen ca. 50 bis 100 µg/mg über den Kupfer- und Zinkbeladungen, die in Batchversuchen mit granuliertem Eisenhydroxid (GEH) oder mit natürlichen Ionenaustauschmaterialien (Klinoptilolit) ermittelt wurden. In Hinblick auf die Beladungskapazität deuten sich damit Vorteile des Korrosionsverfahrens gegenüber dem Sorptionsverfahren mit GEH und gegenüber dem Ionenaustauschverfahren mit Klinoptilolit an. In einem Sonderkapitel werden zudem die Ergebnisse von Felduntersuchungen zur qualitativen Charakterisierung eines Niederschlagabflussereignisses einer Berliner Stadtautobahn beschrieben. Die Probenahme erfolgte dabei im August 2003 unter extrem trockenen sommerlichen Randbedingungen. Als wesentliche Ergebnisse werden die frachtgemittelten Konzentrationen ausgewählter Qualitätsparameter (ungelöste Stoffe, NH4, CSB, DOC, polare Organika, Cu, Zn), der zeitliche Konzentrationsverlauf gelöster Stoffe während des Regenereignisses sowie die dimensionslosen kumulierten Frachtganglinien dargestellt. Das Transportverhalten der gelösten Stoffe im Niederschlagsabfluss (first flush) konnte mit einem deterministischen Modell in Abhängigkeit von den System- und Randbedingungen des Einzugsgebietes zufriedenstellend abgebildet werden.
Storm runoff from copper and zinc roofs contain high concentrations of copper and zinc. For the protection of soil and groundwater during infiltration of metal roof runoff artificial barrier systems are recommended. In the present work the removal of dissolved copper and zinc from roof runoff using oxygen induced corrosion of iron fillings in closed corrosion columns were investigated. The dissolved copper and zinc adsorb onto the rust layers which were built during the corrosion of iron fillings. Results verify that the corrosion columns are efficient barrier systems for the removal of dissolved copper and zinc from roof runoff. Obviously the quality of the unbuffered roof runoff water is favourable for the corrosion of iron and for the coupled copper and zinc elimination. However, the dissolved organic constituents (DOC) in roof runoff had some adverse effects. The column tests showed relatively high copper and zinc loads (50 to 100 µg/mg) of the rust layers. The high capacity of rust layers for copper and zinc adsorption indicate some advantages of the corrosion process compared to the sorption process using granulated iron hydroxide or compared to the ion exchange process using Clinoptilolite. In a special chapter the monitoring results for the characterization of a highway runoff event in Berlin are described. The sampling was performed under extremely dry mid-summer climatic conditions during summer 2003. The event mean concentration levels of selected quality parameters (undissolved substances, NH4, COD, DOC, polar organics, Cu, Zn), the concentration plots of dissolved substances and the dimensionless cumulative plots are shown as the main results. In addition the transport of dissolved substances (first-flush) could be described by a deterministic model which incorporates the system and boundary conditions as well as the main properties of the dissolved substances.
