Elektrochemisches Meßsystem zum on-line Monitoring von Deponien mit Tonabdichtungen. Schlussbericht für den Zeitraum: 01.07.2002 bis 30.11.2004
(Deutsch)
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Im Rahmen des Projektes wurden verschiedene Einflüsse auf ein elektrochemisches System, bestehend aus Elektrodenmaterial und Tonmineralien, mittels Impedanzmessung untersucht. Tonmineralien unterschiedlicher Herkunft wurden in Abhängigkeit ihres Feuchtegehaltes charakterisiert. Es hat sich gezeigt, dass die Tone aufgrund ihrer unterschiedlichen chemischen Zusammensetzung und Morphologie ein deutlich verschiedenes Auslaugverhalten im Kontakt mit Wasser aufweisen. Es wurden 2-Elektroden- und 3-Elektroden-Messungen mit Referenzelektrode durchgeführt. Die 3-Elektroden-Messungen sind apparativ aufwendiger als die 2-Elektroden-Messungen, dafür liefern diese einen höheren Informationsgehalt. In einer Messung mit Referenzelektrode kann ein im Ton enthaltenes Redoxsystem aufgrund seiner Potentiallage eindeutig detektiert werden. Wird eine Tonschicht von einem Elektrolyten durchströmt, so kann der zeitliche Verlauf der Wanderung dieser Flüssigkeitsfront registriert werden. Für diesem Zusammenhang wurden sowohl vertikale als auch horizontale Elektrodenanordnungen mit unterschiedlicher Elektrodengeometrie getestet. Unabhängig von der Zellgeometrie wurden Wanderungsgeschwindigkeiten im Bereich von 2 bis 8 x 10-7 m S-1 bestimmt. Mit der zeitabhängigen Impedanzspektroskopie ist es möglich Veränderungen in einer Tonmatrix zu messen. Es konnten sowohl Änderungen der Materialfeuchte, als auch der Nachweis spezifischer Redoxkomponenten in einer Tonmatrix registriert werden. Mit der potentialabhängigen Impedanzspektroskopie besteht die Möglichkeit mehrere Redoxreaktionen im Ton nebeneinander zu untersuchen und es können störende Elektrodenreaktion erfasst werden. Mittels kinetischer Untersuchungen wurden Transportvorgänge von Wasser sowie anorganischen (NaCl) und organischen (Propylenglycol) Kontaminationen in einer Tonmatrix charakterisiert. Der experimentell gefundene Weg-Zeit-Verlauf kann mit einem t0,5-Gesetz beschrieben werden. Bedingt durch die großen Zeitkonstanten dieser Transportvorgänge in einer realitätsnah durchfeuchteten Tonmatrix, wurden Alternativen in verschiedenen zeitlich gerafften Versuchsdurchführungen gefunden. Mittels gezielter Injektion von Kontaminationen in die Tonmatrix zwischen den Elektroden wurden Impedanzmessungen an bereits geschädigten Abdichtungen simuliert. Die Modellversuche zum Monitoring der Ausbreitung von Durchfeuchtungen und Kontaminationen in trockener Tonmatrix führten innerhalb von praktikablen Messzeiten zu Aussagen über die Kinetik der Transportvorgänge und deren Nachweis mittels Impedanzmessungen. Es konnte im Rahmen des Projektes gezeigt werden, dass es mit Hilfe der Impedanzspektroskopie möglich ist, eine im Ton enthaltene Redoxkomponente zu detektieren und anhand der Potentiallage zu identifizieren. Mit geeignet angeordneten Elektrodenarrays ist weiter möglich, eine den Ton durchströmende Komponente orts- und zeitaufgelöst zu erfassen. Damit konnte die Funktionalität eines Impedanzmesssystems zur Erkennung einer Redoxkomponente mit der Erfassung kinetischer Ausbreitungsvorgängen in einer Tonmatrix kombiniert werden.