Im Porenraum akkumulierte Biomasse wirkt sich auf den Wasserfluss im ungesättigten Boden aus. Das diesbezügliche Prozessverständnis ist noch unbefriedigend, aber von großer Bedeutung für die Vorhersage des Wasser- und Stoffhaushalts in Gebieten mit künstlicher Grundwasseranreicherung, in Abwasserverregnungsgebieten, sowie in Böden, in denen Verfahren der in-situ Biosanierung angewendet werden. Ausreichend hohe Wasserflüsse in diesen Systemen sind von großer ökologischer und ökonomischer Bedeutung, da (i) die Aufenthaltsdauer von Schadstoffen in der ungesättigten Bodenzone deren Abbaurate und gegebenenfalls die Notwendigkeit der technischen Zufuhr von Sauerstoff und Nährstoffen mitbestimmt und (ii) das Phänomen des biogenen Porenverschlusses (bioclogging) für eine ökonomisch effiziente technische Ausführung zu verhindern ist. Für eine modellgestützte Prognose des Wasserflusses in den o.a. Systemen ist eine präzise Bestimmung bodenhydraulischer Eigenschaften und deren Abhängigkeit vom Einfluss mikrobieller Biomasse entscheidend. Obwohl dieser Einfluss unstrittig ist, mangelt es bislang noch an einer systematischen und quantitativen Untersuchung des Zusammenhangs zwischen Biomasseakkumulation und bodenhydraulischem Verhalten. Die überwiegende Mehrheit der Studien beschränkt sich auf die Untersuchung wassergesättigter Systeme und untersucht somit lediglich den Einfluss der Biomasse auf die Bodenparameter Porosität und gesättigte hydraulische Leitfähigkeit. Das Hauptziel dieses Projekts ist es, den Einfluss von Biofilmen im Porenraum von Böden auf bodenhydraulische Eigenschaften, d.h. die Retentions- und ungesättigte hydraulische Leitfähigkeitsfunktion zu quantifizieren. Hierzu werden Experimente auf der Porenskala und transiente Wasserflussexperimente auf der Kontinuumskala (Laborsäulen) durchgeführt, bei denen der Gehalt und die räumliche Verteilung der Biomasse unter Nutzung lebender Bakterienkulturen und künstlicher Analogmedien variiert werden. Die aus den Experimenten gewonnenen Daten werden über inverse Modellierung ausgewertet. Das Ziel ist es, ein effektives mathematisches Modell der Veränderung der bodenhydraulischen Eigenschaften durch die Akkumulation und räumliche Variation mikrobieller Biomasse im Porenraum herzuleiten. Ein solches Modell wird zu einem verbesserten Systemverständnis und besseren Management biofilm-beeinflusster Böden führen.
Mitarbeiter: Prof. Dr. Wolfgang Durner, Dr. Sascha Iden, Dr. Reinhard Nolz, Hella Rosenkranz
Träger: MWK (ZN2629)
Mittel: 112500 Euro
Laufzeit: 23.12.2010 - 31.12.2015
Kooperationen: Dr. Alex Furman, Civil and Environmental Engineering, Technion - Israel Institute of Technologym Haifa, Israel
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