Rückamp, Daniel

Stange, C. F.

Utermann, Jens

German

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Tagungsbeitrag zu:  Jahrestagung der DBG, Kommission II Titel der Tagung:  Unsere Böden – Unser Leben Veranstalter:  DBG Termin und Ort der Tagung: 5.-10.9.2015, München Berichte der DBG (nicht begutachtete  online Publikation) http://www.dbges.de  Substratübergreifende Sorptions-isothermen für Arsenat und  Vanadat Daniel Rückamp1,*, Jens Utermann2,  Florian Stange1 Schlüsselworte Arsen, Vanadium, Sorptionsisotherme, Freundlich-Isotherme Einleitung Um die Bindungsstärke des Bodens für Ionen zu bestimmen, werden häufig Sorp-tionsisothermen experimentell bestimmt. Da diese aber nur für den untersuchten Boden gelten, müssen sogenannte sub-stratübergreifende Sorptionsisothermen entwickelt werden, um Aussagen über wei-tere Böden treffen zu können. An der BGR wurden für viele kationische Schwermetall-ionen solche Isothermen bestimmt. Hier werden substratübergreifende Sorptions-isotherme für Arsen und Vanadium, die unter sauerstoffreichen Bedingungen als die Oxyanionen Arsenat und Vanadat vor-liegen, vorgestellt.   1 Bundesanstalt für Geowissenschaften und Roh-stoffe (BGR), Boden als Ressource – Stoffeigen-schaften und Dynamik, Stilleweg 2, 30655 Han-nover 2 Umweltbundesamt, Maßnahmen des Boden-schutzes, Wörlitzer Platz 1, 06844 Dessau-Roßlau * E-Mail: daniel.rueckamp@bgr.de Material und Methoden Für 119 deutschlandweit repräsentative Bodenproben (39 Oberboden, 80 Unterbo-den oder Untergrund) wurden einzelne Ad-sorptionsisothermen in Batchversuchen ermittelt. Jeweils 7 g trockener Boden wur-de im Verhältnis 1:5 mit einer Lösung, die Arsenat bzw. Vanadat (sechs Konzentrati-onsstufen) und einen Begleitelektrolyt ent-hielt, gemischt. Die Konzentration des Be-gleitelektrolyten wurde bodenspezifisch angepasst, so dass die Ionenstärke des Ansatzes ungefähr der originalen Ionen-stärke der Bodenlösung entsprach. Nach 24 Stunden Schütteln wurde Arsen und Vanadium in der Lösung bestimmt. Initial sorbierte Arsenat- bzw. Vanadat-Gehalte wurden aus der Linearisierung der loga-rithmierten Lösungskonzentrationen und logarithmierten sorbierten Gehalte be-stimmt (nach Gäbler et al., 2009). Für jede Probe wurden Sorptionsisothermen nach dem Freundlich-Modell mittels nichtlinearer Regression angepasst. Die Bodenproben wurden zusätzlich hin-sichtlich Korngrößenzusammensetzung, pH-Wert, elektrische Leitfähigkeit, Kalkge-halt, organischer Kohlenstoff, pedogene Oxide (Oxalat-Extrakt) und effektive Katio-nenaustauschkapazität charakterisiert. Nach einer Korrelationsanalyse blieben Karbonatgehalt, organischer Kohlenstoff  (Corg), Tongehalt, pH(CaCl2), elektrische Leitfähigkeit (EL) und Eisen im Oxalat-Extrakt (Feo) als voneinander unabhängige Bodenkenngrößen für die weitere Auswer-tung erhalten.  Die Abhängigkeit der einzelnen Sorptions-isothermen von den genannten Bodenpa-rametern wurde mittels multipler linearer Regression analysiert. Dabei wurde ange-nommen, dass der Sorptionskoeffizient Kf sowohl von den Bodenparametern abhängt als auch einen intrinsischen Teil beinhaltet. Die Regressionsgleichung zur  Berech-nung der substratübergreifenden Sorp-tionsisotherme nach dem sogenannten S-Ansatz (Utermann et al., 2005) hat dann die folgende Form: log S = log Kf* + a • log Corg +  b • log Karbonat + c • log Ton +  d • pH(CaCl2) + e • log EL +  f • log Feo + n • log c wobei S der sorbierte Gehalt (in mg kg-1), Kf* der intrinsische Sorptionskoeffizient, n der Freundlich Exponent und c die Kon-zentration in der Lösung (in mg l-1) ist. Bei dieser Auswertung wurden sowohl der intrinsische Sorptionskoeffizient Kf* als auch der Freundlich Exponent n bestimmt. Ergebnisse und Diskussion Die einzelnen Sorptionsisothermen zeigen sowohl für Arsenat (Abb.1) als auch für Vanadat eine große Spanne an Sorptions-charakteristika. Die Sorption hängt also stark von den Bodeneigenschaften ab.  Erste Berechnungen der substratübergrei-fenden Isothermen deuten für Arsenat und Vanadat auf einen positiven Zusammen-hang zwischen dem Gehalt an pedogenen Oxiden und dem Tongehalt mit der Sorpti-onsstärke. In Abb. 1 ist der positive Zu-sammenhang zwischen dem Feo-Gehalt (Eisen(hydr-)oxide) in den Bodenproben und der Sorption von Arsenat an diesen Böden dargestellt. Bei der Auswertung zeigt sich, dass die Sorptionsstärke der Böden für Arsenat und Vanadat mit steigenden Corg-Gehalten sinkt. Da gleichzeitig eine Korrelation zwi-schen Corg-Gehalten im Boden und dem gelösten Kohlenstoff in der Lösung des Versuchs festgestellt werden kann, vermu-ten wir, dass gelöste organische Substan-zen eine Sorption von Arsenat und Vana-dat an den Boden verhindern.  Abbildung 1: Die einzelnen Isothermen für die Sorp-tion von Arsenat. Die Isothermen sind eingefärbt nach dem Feo-Gehalt des Bodens. Wie auch in anderen Arbeiten (Gäbler et al., 2009) trägt der pH-Wert des Bodens nicht zur Erklärung der Unterschiede in dem Sorptionsverhalten der Böden für Oxyanionen bei. Schlussfolgerungen Gehalte von oxalatlöslichem Eisen und Tongehalte haben einen positiven Einfluss, Corg-Gehalte einen negativen Einfluss auf die Sorptionsstärke von Arsenat und Va-nadat am Boden. Der pH-Wert des Bodens kann nicht zur Erklärung des unterschiedli-chen Sorptionsverhaltens herangezogen werden. Mittels substratübergreifender Sorptionsisothermen lässt sich das Bin-dungsvermögen der Spurenelemente As und V als verlagerungsbestimmender Pro-zess abschätzen. Literatur Gäbler, H.-E.; Glüh, K.; Bahr, A. & Utermann, J. 2009. Quantification of vanadium adsorption by German soils. J. Geochem. Explor. 103(1), 37–44. Utermann, J.; Meyenburg, G.; Altfelder, S.; Gäbler, H.-E.; Duijnisveld, W.H.M.; Bahr, A. & Streck, T. 2005. Entwicklung eines Verfahrens zur Quantifizierung von Stoffkonzentrationen im Sickerwasser auf der Grundlage chemischer und physikalischer Pedotransferfunktionen. BGR, Hannover.  

Substratübergreifende Sorptionsisothermen für Arsenat und 

Vanadat

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Substratübergreifende Sorptionsisothermen für Arsenat und Vanadat

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