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Gitterbasierte Modellierung zur Simulation von biologischen Abbauprozessen mineralölkontaminierten Bodens
Oliver Lönker
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1. Einleitung
2. Biologische Sanierung kontaminierten Bodens
2.1 Ex Situ Sanierung kontaminierter Böden
2.1.1 Das
TERRAFERM
Verfahren
2.1.2 Voruntersuchungen und Sanierungsziele
2.2 Charakterisierung typischer Schadensfälle
2.2.1 Ölprodukte und ihre Zusammensetzung
2.2.2 35 unabhängige Schadensfälle
3. Mikrobieller Abbau von Kohlenwasserstoffen im Boden
3.1 Bodeneigenschaften
3.1.1 Die feste Phase
3.1.2 Die flüssige Phase
3.1.3 Die gasförmige Phase
3.1.4 Volumina der Bodenphasen
3.1.5 Wassergehalt
3.2 Transportmechanismen
3.2.1 Konvektion
3.2.2 Diffusion
3.3 Mikrobiologie des Abbaus
3.3.1 Biochemie der Degradation von Mineralölkohlenwasserstoffen
3.3.2 Theoretischer Sauerstoffbedarf
3.4 Bioverfügbarkeit
3.4.1 Löslichkeit von Kohlenwasserstoffen
3.4.2 Sorption
3.4.3 Temperatur, Nährstoffe und pH-Wert
4. Modellierung der Kinetik des Öl-Abbaus
4.1 Statistischer Ansatz
4.2 Mechanistische Modelle
4.2.1 Abbau mit Wachstum
4.2.2 Abbau ohne Wachstum
4.2.3 Biodegradation bei Wachstum auf anderem Substrat
4.2.4 Abbau in Abhängigkeit von der Sauerstoffkonzentration
4.3 Modelle in der Literatur
5. Modellspezifikationen
5.1 Programmiertechnik
5.2 Das zweidimensionale Modell
5.2.1 Geometrie eines Hexagons
5.2.2 Das hexagonale Porensystem
5.3 Das eindimensionale Modell
5.4 Bodenparameter
5.4.1 Porosität
5.4.2 Wassergehalt
5.5 Sauerstoffdiffusion
5.6 Abbaukinetik
6. Ergebnisse
6.1 Referenzläufe
6.2 Variationen der Parameter
6.2.1 Wendeintervall
6.2.2 Maximale Abbaurate
6.2.3 Porosität
6.2.4 Wassergehalt
6.2.5 Sauerstofflimitierung
6.2.6 Diffusionskoeffizient
6.2.7 Exponent in der Substratkinetik
6.2.8 K
c
-Wert
6.3 Räumliche und zeitliche Auflösung
6.4 Beispielhafte Integration einer Basalatmung
6.5 Vergleich mit dem hexagonalen Porenmodell
7. Diskussion
7.1 Gesamtverhalten des Modells
7.2 Wendeintervall
7.3 Maximale Abbaurate
7.4 Porosität und Wassergehalt
7.5 Sauerstoffdiffusion
7.6 Sauerstofflimitierung
7.7 Sauerstoffverbrauch und Basalatmung
7.8 Substratlimitierung
7.9 Räumliche und zeitliche Auflösung
7.10 Ein- und zweidimensionale Modellierung
7.11 Fazit und Ausblick
Zusammenfassung
Danksagung
A. Symbole und Modellvariablen
B. Source-Code des eindimensionalen Modells
C. Source-Code des hexagonalen Porenmodells
Literatur
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Oliver Loenker
