Diplomarbeit

Mobilisierung von Arsen von Eisenoxiden und Aquifermaterial durch natürliches organisches Material

Markus Bauer (01/2003)

Betreuer: Christian Blodau

Arsen stellt für die Wasserresourcen der Welt eine Gefährdung dar. In manchen Regionen sind Arsen-Kontaminationen im Grundwasser auf den Zustrom von organischem Material zurückzuführen. Die Kohlenstoff-Verbindungen regen das mikrobielle Wachstum an. Indirekt kommt es dadurch zu Veränderungen des Redoxmilieus, was zur Freisetzung von Arsen führt. Über den direkten Einfluss von gelöstem organischem Material auf die Mobilität von Arsen in natürlichen Systemen ist dagegen wenig bekannt. Das Ziel dieser Arbeit war deshalb zu erfassen, ob organisches Material eine direkte Wirkung auf die Arsen-Mobilität ausübt und wie groß dieser Effekt ist. Dazu wurden Batch-Versuche mit verschiedenen As-haltigen Festphasen bei neutralem pH-Wert durchgeführt. Untersucht wurden Systeme mit synthetischen Eisenoxiden und sorbiertem Arsenat oder Arsenit. Diese Festphasen wurden mit Lösungen inkubiert, die natürliches organisches Material (NOM) in Konzentrationen von bis zu 50 mg C/l enthielten. In weiteren Versuchen wurden Proben von verschiedenen As-belastete Standorten (Boden, Aquifer, Sedimente) einer Inkubation mit NOM-Lösungen unterzogen. Das NOM stammte von zwei verschiedenen Moorstandorten. Die Freisetzung von Arsen wurde am Graphitrohr-AAS untersucht. Analysen der Arsen-Spezies mittels HPLC-ICP-MS wurden durchgeführt, um das Ausmass an Redoxtransformation bei der Inkubation festzustellen. Es zeigte sich, dass NOM-Lösung von fast allen untersuchten Festphasen Arsen mobilisiert. Die Freisetzung aus den Eisenoxiden lag bei maximal 20 % für Arsenat und 60 % für Arsenit jeweils bezogen auf den Gesamtgehalt. In den Naturproben war die mobilisierbare Fraktion kleiner (bis zu 5,8 %). Bei parallel durchgeführten Versuchen mit Lösungen ohne NOM wurde eine geringere Arsen-Mobilisierung festgestellt. Die beiden NOM-Arten hatten eine unterschiedlich starke Wirkung. Bei der Inkubation mit den Eisenoxiden kommt es zur Sorption von teilweise mehr als einem Viertel des NOM. Redoxtransformationen von Arsen durch NOM wurden in mehreren Versuchen beobachtet. Die größte Veränderung in der Speziesverteilung von rund 20 % wurde bei der Oxidation von Arsenit festgestellt. Die Ergebnisse zeigen, dass unter den gegebenen Bedingungen direkte Redoxtransformation von Arsen durch NOM nur in geringem Maße stattfindet. Redoxreaktionen sind nicht die entscheidenden Prozesse bei der Freisetzung. Vielmehr führt Konkurrenz um Austauscherplätze zwischen Arsen und Huminstoffen zu erhöhter Mobilisierung in den NOM-Löungen. Das aus Eisenoxiden und Naturproben freigesetzte Arsen stammt dabei überwiegend aus der leicht sorbierten Fraktion. Erhöhte NOM-Einträge an Arsen-kontaminierten Standorten führen deshalb voraussichtlich nur zu einer geringen Erhöhung der Arsen-Mobilität. Erst die langsamere indirekte Wirkung des NOM auf das Redoxmilieu stellt eine Gefährdung ein.