Raten-limitierte Freisetzung anorganischer Schadstoffe aus komplex belasteten Böden
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Viele Böden oder bodenbildende Substrate können aufgrund anthropogener Einträge oder des geogenen Hintergrunds mit anorganischen Schadstoffen wie Schwermetalle oder Arsenspezies kontaminiert sein. Diese Belastung kann eine Gefahr für die Schutzgüter Mensch, Tier, Pflanze und Grundwasser darstellen. Steuergrößen der Schadstofffreisetzung wie pH- Wert und Redoxpotenzial sind bereits detailliert untersucht worden, jedoch nur in geringerem Maß die Zeitabhängigkeit der Freisetzung unter dynamischen Bedingungen. Dies geschah in diesem Vorhaben in einer Kombination aus Säulenversuchen und Modellierungen. Die Metallfreisetzung aus schwach sauren Auenböden zeigte sich in Säulenversuchen relativ gering und konnte mit einem Modellansatz, der die Freisetzungskinetik berücksichtigte, adäquat wiedergegeben werden. Modellierte initiale Lösungskonzentrationen spiegelten die mit einfachen Schüttelversuchen Gewonnenen wider, die in der Bundes-Bodenschutzverordnung vorgeschrieben sind. Am Beispiel eines weiteren Auenbodens konnten die im Gelände gemessenen Schadstoffkonzentrationen in der Bodenlösung mit Säulenversuchen quantitativ bestätigt und durch die höhere zeitliche Auflösung der Messungen sowie der Möglichkeit, Milieuveränderungen zu induzieren, prozessual erklärt werden. Oberflächlich deponierte Abfallprodukte der Kupferverhüttung (Theisenschlämme) wurden umfassend charakterisiert und die Schadstofffreisetzung aus ihnen bestimmt. Die beträchtliche Freisetzung toxischer Schwermetalle war dabei in geringerem Maße zeitlich verzögert und konnte insbesondere in Kreislaufsäulenversuchen nachvollzogen werden. Geochemische Modellierungen ergaben, dass die Lösungskonzentrationen von der Auflösung von Sulfaten und eventuell auch Karbonaten gesteuert werden. Die Schadstofffreisetzung aus Oberböden des Ruhrtals war ebenfalls bedeutend und kinetisch beeinflusst, wenn keine Fe-Oxidakkumulationen (Verockerungen) vorhanden waren. Die Ergebnisse dieses Vorhabens zeigen, dass zu einer realistischen Abschätzung der Freisetzung anorganischer Schadstoffe aus Böden unbedingt die mögliche zeitliche Verzögerung, d.h. die Ratenlimitierung zu beachten ist. Zu ihrer Untersuchung haben sich Säulenversuche als erfolgreich erwiesen, die, insbesondere in Verbindung mit Modellrechnungen, zur Prozessidentifizierung dienen können.
