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Untersuchungen der Auswirkungen von Abwässern der Olivenölproduktion auf Böden

  • Die (un-)kontrollierte Ausbringung von Abwasser aus der Olivenölproduktion (OMW) kann sich sowohl positiv als auch negativ auf die Bodenqualität auswirken. Dabei stellt unter anderem die Verringerung der Benetzbarkeit des Bodens infolge der Ausbringung ein schwerwiegendes Problem dar. Die Auswirkungen der Ausbringung von Abwässern aus der Olivenölproduktion auf Böden zu charakterisieren und die Mechanismen zu untersuchen, die in Verbindung mit der Veränderung der Qualität der organischen Substanz in Abhängigkeit der klimatischen Bedingungen zu einer verringerten Benetzbarkeit des Bodens führen, war Ziel dieser Arbeit. Zu diesem Zweck wurden in Form einer Screening-Studie die Qualität der organischen Bodensubstanz sowie positive und negative Effekte unkontrollierter Ausbringungen bestimmt. Anschließend wurde ein OMW-behandelter, toniger Lehmboden bei vier unterschiedlichen Bodenfeuchten- und Temperaturen inkubiert und ein Feldexperiment in Israel durchgeführt, um die Auswirkungen der OMW-Ausbringung in Abhängigkeit der klimatischen Bedingungen zu untersuchen. Im Fokus stand dabei die Hypothese, dass unter nass-heißen Bedingungen aufgrund eines zügigen Abbaus der organischen Substanz kaum negative Auswirkungen zu erwarten waren. Zur Überprüfung dieser Hypothese wurden neben allgemeinen Bodenparametern (pH, elektr. Leitfähigkeit, Gesamtkohlenstoff, löslicher organischer Kohlenstoff, spezifische UV-Absorption) phenolische Verbindungen, Kohlenstoffisotopenverhältnis, Wassereindringzeit und Kontaktwinkel sowie thermische Stabilität und Brennwert der labilen und stabilen Kohlenstofffraktion ermittelt. Zusammenfassend wurde festgestellt, dass die verringerte Benetzbarkeit OMW-behandelter Böden entsprechend dem vorgeschlagenen Mechanismus von den klimatischen Bedingungen und damit dem Ausbringungszeitpunkt abhängt. Unter trocken-heißen Bedingungen war die Benetzbarkeit des Bodens sowohl im Feld als auch im Labor am stärksten beeinträchtigt. Die thermische Analyse zeigt, dass hierfür wahrscheinlich Substanzen der stabilen Kohlenstofffraktion mit erhöhtem Brennwert verantwortlich sind. Mit höherer Temperatur und insbesondere höherer Bodenfeuchte wurde ein zunehmender Abbau der organischen Substanz des OMW in Verbindung mit einer verbesserten Benetzbarkeit beobachtet. Jedoch kann eine zu intensive Bewässerung oder starker Niederschlag, z.B. im Winter, zu einer Auswaschung von phenolischen Inhaltsstoffen des OMW führen, welche eine Gefährdung des Grundwassers darstellen können. Gleichzeitig hat eine Ausbringung positive Effekte auf den Boden, z.B. durch Zufuhr organischer und anorganischer Nährstoffe. Aufgrund der Ergebnisse stellt die kontrollierte Ausbringung von OMW eine alternative, kostengünstige und nachhaltige Abfallverwendung in Form von Dünger dar. Jedoch sollte, anstatt des bisherigen Ausbringungszeitraumes Winter, das OMW gelagert und erst nach dem letzten Niederschlag am besten unter regelmäßiger Bewässerung ausgebracht werden, um negative Auswirkungen auf den Boden zu vermeiden und von den positiven Effekten zu profitieren.
  • The (un-)controlled application of olive oil mill wastewater (OMW) has positive and negative effects on soil quality. On the one hand it can be used as fertilizer, on the other hand especially the occurrence of soil water repellency is problematic. Due to this fact the objective of this study was to characterize the effects of OMW application on soil and to investigate the mechanisms that are in combination with changes of soil organic matter quality responsible for soil water repellency depending on the climatic conditions. At first several locations of uncontrolled OMW disposal were screened for positive and negative im-pacts. Then, laboratory incubation experiments and finally a field experiment in Israel were conducted in order to determine the influence of climatic conditions. Besides standard soil parameters (pH, elec-tric conductivity, total carbon, dissolved organic carbon , specific UV-Absorption) it was focused on the determination of phenolic compounds, the carbon isotope ratio, the water drop penetration time and the contact angle as well as the thermal analysis. This thesis shows that soil water repellency of OMW-polluted soils depends on the climatic conditions, i.e. the application season. In the laboratory as well as in the field the wettability of the soil was strongly reduced under hot and dry conditions. It was observed, that the stable carbon fraction characterized by a high calorific value is responsible for soil water repellency. In particular, amphiphilic substances, e.g. fatty acids, may interact with soil particles as a consequence of drying. On the contrary, no reduc-tion of the wettability of the soil was determined under moist conditions and degradation of organic matter of the OMW was enhanced. Nevertheless, too strong irrigation or rainfall, e.g. in winter, may leach phenolic ingredients of the OMW into the groundwater. At the same time the application led to an increase of organic and inorganic nutrients, which should be emphasized as a positive effect. Due to these results, a controlled application of olive oil mill wastewater as alternative, low-cost and sustainable treatment option is recommended. But, instead of the current application season winter, the olive mill wastewater should be stored and not be spread before spring in order to avoid negative impacts on the soil.

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Metadaten
Author:Benjamin Peikert
URN:urn:nbn:de:kola-13004
Referee:Gabriele E. Schaumann, Bernd Marschner
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of completion:2016/03/10
Date of publication:2016/03/14
Publishing institution:Universität Koblenz-Landau, Universitätsbibliothek
Granting institution:Universität Koblenz-Landau, Campus Landau, Fachbereich 7
Date of final exam:2015/11/19
Release Date:2016/03/14
Tag:Abwasser; Boden; Olivenölproduktion
OMW; olive oil mill wastewater
Number of pages:147
Institutes:Fachbereich 7
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 54 Chemie / 540 Chemie und zugeordnete Wissenschaften
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