Development of analytical and remediation methods for highly polycyclic aromatic hydrocarbon contaminated soils
efficiency of 98.7%. Additionally, with the help of API-FTMS and gas chromatography (GC)-FTMS a detailed analysis of contaminated soil before and after remediation on a molecular level was achieved. This enabled a deeper understanding of selected remediation processes and, more importantly, provided valuable information about the how different PAXH behave under different remediation techniques.
Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) sind als allgegenwärtige
Kontaminanten in der Umwelt bekannt. In den letzten 40 Jahren werden die von PAK kontaminierten Böden aus Industrieanlagen gemäß einer Liste von 16 PAK der United States Environmental Protection Agency (EPA) überwacht. Im kontaminierten Boden können jedoch auch (alkylierte) PAK mit hochmolekularen Massen sowie polyzyklische aromatische Heterozyklen (PAXH, X = N, S, O) vorkommen. Daher müssen Fragen gestellt werden, wie die folgenden: „Wie komplex sind die von PAK kontaminierten Böden?“ oder „Wie verhalten sich andere Kontaminanten als die 16 EPA PAK mit verschiedenen Sanierungsmethoden?“ Um diese Fragen zu beantworten, muss eine neue analytische Strategie angewendet werden. Dies kann durch die Anwendung der modernsten analytischen Instrumente, z.B. Fourier-Transformations-Massenspektrometrie (FTMS), auf eine NonTarget Vorgehensweise, realisiert werden. In einem ersten Schritt wurden die Extraktionseffizienz der Extraktionsmethoden, darunter die Soxhlet Extraktion mit verschiedenen Lösungsmitteln sowie die Extraktion mit überkritischen CO2, mittels Non-Target Analyse von PAXH in einer Modellprobe (Sand mit Erdöl versetzt)
verglichen. Dichlormethan erwies sich als das am besten geeignete Lösungsmittel bei Verwendung der Soxhlet Extraktion für die Non-Target Analyse von PAXH in
kontaminierten Böden. Anschließend wurde ein stark PAXH kontaminierter Boden (mit 64.500 ± 9.500 mg kg-1 lösungsmittelextrahierbaren organischen Stoffen (SEO)) mittels FTMS mit drei Ionisationsmethoden bei Atmosphärendruck (API) in beiden Polaritäten charakterisiert.
Insgesamt konnten 21.958 verschiedene elementare Zusammensetzungen für diese einzelne Probe zugeordnet werden. Die Ergebnisse zeigten, dass sich hoch aromatische PAK mit Doppelbindungsäquivalent (DBE) über 70 sowie PAXH, insbesondere Azaarenes, im kontaminierten Boden zu finden waren. Der pyrogene Ursprung dieses kontaminierten Bodens konnte durch die charakteristischen DBE vs. Kohlenstoffzahlen Verteilungen von PAXH nachgewiesen werden.
Nach der Charakterisierung des kontaminierten Bodens wurde dieser den unterschiedlichen Sanierungstechniken unterzogen, darunter der physikalischen Sanierung mittels Dichtetrennung und Lösungsmittelextraktion sowie der thermischen Sanierung mittels Pyrolyse. Durch die Anwendung integrierter Sanierungstechniken wurde die SEO im kontaminierten Boden auf 860 ± 280 mg kg-1 reduziert, was einer Sanierungseffizienz von 98,7% entspricht. Zusätzlich wurde mit Hilfe der API-FTMS und Gaschromatographie (GC)-FTMS eine detaillierte Analyse des kontaminierten Bodens vor und nach der Sanierung auf
molekularer Ebene erzielt. Dies ermöglichte ein tieferes Verständnis ausgewählter
Sanierungsprozesse und, was noch wichtiger ist, lieferte wertvolle Informationen darüber, wie sich unterschiedliche PAXH unter verschiedenen Sanierungstechniken verhalten