Bindungsformen und Mobilität von Arsen in Moorböden
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Arsen ist ein toxisches Element, welches ubiquitär in der Umwelt vorkommt. Moore sind Senken für Arsen, obwohl diese Böden zumeist anoxische Bedingungen aufweisen, unter denen Arsen eher freigesetzt werden sollte. Arsen besitzt eine Affinität zu oxidischen Oberflächen, aber die Bedeutung der organischen Substanz, ist nicht bekannt. In der durchgeführten Arbeit wurden folgende Ziele verfolgt: 1) Erfassung der As-Fraktionen an der Festphase in unterschiedlich belasteten Moorböden durch sequentielle nasschemische Extraktion. 2) Quantifizierung von Ad/Desorption sowie der Hysterese der Sorption von As(III) unter anoxischen Bedingungen sowie von As(V) unter oxischen Bedingungen in unterschiedlichen Moorböden. 3) Bestimmung der netto As-Methylierung in Moorböden mit unterschiedlichen As-Gehalten. Es wurden verschiedene Torfproben aus zwei Niedermooren (Niedermoor Schlöppnerbrunnen und Greifenbachstauweiher) und zwei Hochmooren (Hochmoor Schlöppnerbrunnen und Store Mosse) bezüglich ihrer Sorptionseigenschaften und Bindungsformen von Arsen untersucht. Die Torfproben aus allen vier Mooren wurden mittels einer sequentiellen Extraktion in sieben Schritten auf die Hauptbindungspartner von As untersucht. Für das Niedermoor Schlöppnerbrunnen wurde außerdem eine Rasterbeprobung durchgeführt, bei der 49 Torfproben aus 0-10 cm auf ihre Konzentrationen an Arsen und Fe untersucht wurden. Die Sorption von Arsen wurde zum einen als As(V) unter oxischen Bedingungen und zum anderen als As(III) unter anoxischen Bedingungen untersucht, wobei zur Aufrechterhaltung der pH-Werte eine Hintergrundkonzentration von 4 mM KCl verwendet wurde. Mögliche Bindung von Arsen an die organische Substanz wurde auch mittels FTIR-Messungen in einem Bereich von 4000-400 cm^-1 Wellenzahlen untersucht. Darüber hinaus wurden Torfproben aus dem Schlöppnerbrunnen nach Zugabe von Arsen bezüglich der Methylierung von Arsen untersucht, wobei zum einen die Bildung löslicher Spezies innerhalb einer Woche und zum anderen die Bildung volatiler Spezies innerhalb im Zeitraum von 1 Tag bis 3 Wochen untersucht wurden. Die Rasterbeprobung der Moores Schlöppnerbrunnen lieferte einen signifikanten Zusammenhang zwischen der As- und der Fe-Konzentration in den Torfproben. Während der sequentiellen Extraktion konnten zwischen 59 und 99% des vorhandenen As aus den Proben gelöst werden, wobei der größte Anteil des gelösten As (39-85% vom Gesamtarsen) in der As-Fraktion an reduzierbaren Fe- und Mn-Oxiden wieder gefunden wurde. Das impliziert, dass der größte Anteil des Arsens an Metalloxide und -hydroxyde gebunden wird. Bezüglich der weiteren Arsenverteilung im Torf zeigten sich Unterschiede bei Hoch- und Niedermooren. Bis zu 41% des Gesamt-As in den Niedermoortorfen fanden sich in den Fraktionen wieder, die lösliches und austauschbares As enthalten, in den Hochmoorproben nur bis zu 10%. Dafür befand sich in diesen Proben, im Vergleich zu den Niedermoorproben, ein größerer Anteil des Arsens in der restorganischen und Sulfid-gebundenen As- Fraktion. Bei den Sorptionsversuchen zeigten die Proben mit den höheren Mineralgehalten die größeren Sorptionspotentiale. Allerdings wurde von der Probe aus dem Greifenbachstauweiher, welche das meiste As sorbierte, unter oxischen Bedingungen das gesamt As(V) wieder desorbiert. Ursächlich hierfür ist die Konkurrenz der Ionen aus der Salzlösung. In den Hochmoorproben verliefen die Sorptionskurven für As(III) unter anoxischen und As(V) unter oxischen Bedingungen fast identisch. Methylierte Spezies wurden nur in geringen Konzentrationen gemessen, die höchste Produktionsrate gelöster methylierter Spezies betrug 14,3 µg kg^-1 d^-1. Die maximale Produktion volatiler Arsenspezies entsprach einer Produktion von 0,15 µg kg^-1 d^-1. Die Methylierung von Arsen hat also eine geringe Bedeutung für die Mobilität von Arsen in Torfböden. Insgesamt zeigte sich, dass das Potential für die Arsensorption von den Eigenschaften der Torfe beeinflusst ist, wobei ein hoher Anteil an Mineralen zu einer besseren Sorption beiträgt.
