Mathematische Beschreibung der Stoffauswaschung aus porösen Medien

2003

6 Abb., 19 Lit. Ang.

Artikel aus einer Zeitschrift

200107424

Versuche haben gezeigt, dass die mit einer gegebenen Wassermenge aus einem porösen Medium (PM) ausgewaschene Stofffracht bei niedrigen Wasserapplikationsraten größer ist als bei hohen. Weiterhin nimmt bei gleicher Applikationsrate die Fracht mit steigender applizierter Wassermenge degressiv zu und die Stoffkonzentration im Sickerwasser sinkt. Hier wird eine mathematische Beschreibung der Stoffauswaschung hergeleitet, mit der die Versuchsergebnisse erklärt und der Einfluss von Wassermenge und Applikationsrate auf die Stoffauswaschung qualitativ betrachtet werden können. Stoffe lagern sich an Porenwände an. Bei gleicher Länge hat eine große Pore mehr Wandfläche als eine kleine. In einem PM überwiegen aber kleine Poren, so dass in den aus den kleineren Poren bestehenden 50 % des Gesamtporenvolumens of > 90 % der auslaugbaren Stoffmenge zu finden sind. Eine gegebene Wassermenge verlagert daher mehr Stoffe, wenn viel davon durch kleine Poren fließt, also die Applikationsrate gering ist. Die Wandfläche je Porenvolumen ist invers proportional zum Porenradius (r). Für ein gegebenes Volumen enthälte eine Pore daher umso mehr Stoffe, je kleiner ihr Radius ist. Bei Wasserfüllung stellen sich in kleinen Poren dann höhere Stoffkonzentrationen ein als in großen. Da die Durchflussrate mit r4 steigt, wird die größte am Durchfluss beteiligte Pore zuerst ausgelaugt und dann immer kleinere Poren. Ausgelaugte Poren liefern unbelastetes Wasser, so dass bei gleich bleibender Applikationsrate die Stoffkonzentration im Sickerwasser nach Auslagung der ersten Pore ständig abnimmt. Gleichzeitig führt nun eine steigende applizierte Wassermenge zu einer immer geringeren Zunahme der Fracht.