The influence of natural organic matter and iron oxides on the redox state and complexation of arsenic in aquatic systems
Final Report Abstract
Wasserressourcen in vielen Teilen der Welt sind durch die Belastung von Arsen gefährdet. Die Prozesse, die zur Freisetzung und zum Eintrag von As führen werden aus diesem Grund weltweit intensiv untersucht. Der Beitrag von Kolloiden und Komplexen zur As-Mobilität wurde bislang jedoch nur wenig untersucht. Gelöstes Fe und DOC sind in natürlichen Systemen oft integrale Bestandteile von mobilen Aggregaten und liegen in erhöhten Konzentrationen auch in vielen As-belasteten Aquiferen vor. Aus diesem Grund wurde in dieser Studie die experimentelle Bildung von Fe- und DOC-haltigen Komplexen und Kolloiden und die Affinität von As zu diesen mobilen Strukturen untersucht. Die Anwesenheit von organischem Material verringerte die Ausfällung von Eisenoxiden und führte zur Bildung von kleinen Fe-Chelatkomplexen und DOM stabilisierten Fe-Kolloiden. Arsen war teilweise an diese Komplexe und Kolloide gebunden. Die Korrelation zwischen Fe- und As-Gehalt der Aggregate weist auf eine Bindung von As in Fe-Brückenkomplexen oder an Fe-Kolloide hin. Insgesamt stieg der Anteil von Arsen in der mobilen Phase deutlich an im Vergleich zu Systemen in denen nur Fe anwesend war. Die Konzentration an DOC bzw. das molare Fe/C-Verhältnis waren von entscheidender Bedeutung für die As-Verteilung zwischen Lösungsphase und Partikeln. Bei geringen Fe/C-Verhältnissen < 0,02 war As überwiegend in freier Form oder in kleinen Partikeln gebunden. Bei Fe/C > 0,1 hingegen bildeten sich große Fe-Partikel (< 0,2 um), die mit der Gravitation sedimentieren und an denen As vollständig sorbierte. Im Übergangsbereich zwischen Fe/C = 0,02-0,1 stieg der Anteil großer, As-haltiger Aggregate nahezu linear an. Diese Ergebnisse haben Auswirkungen auf das Transport- und Retentionsverhalten von As und müssen vor allem in Systemen mit natürlicherweise hohen Gehalten an As, Fe und DOC beachtet werden. Dazu gehören insbesondere Gewässer mit sich verändernden Redoxbedingungen, wie sie auftreten bei der Grundwasser-Exfiltration in Oberflächengewässern, in Torfen mit zeitweise reduzierenden Bedingungen und in Grundwasserleitern im Abstrom von Deponien. Während die Anwesenheit von DOM zu einer erhöhten Präsenz von As in mobilen Komplexen und Kolloiden führte, konnte allerdings in den belebten Durchflusssystemen keine Ablösung von As-haltigen Partikeln beobachtet werden. Die As-Mobilität war vielmehr vor allem von der mikrobiellen Reduktion von Fe-Festphasen abhängig. Insgesamt weist dies darauf hin, dass die Anwesenheit von DOC während der Bildung von Fe-Komplexen und Kolloiden sehr viel stärker deren Größenverteilung und Mobilität beeinflusst als eine DOC-Zugabe zu bereits ausgefällten, As-sorbierenden Eisenoxiden.
Publications
- European Geophysical Union, Jahrestagung 2007, Wien: "Electron Transfer Capacities of Dissolved Organic Matter"
Christian Blodau
