Masterarbeit

Schwefel-induzierte Arsen-Remobilisierung von natürlichem organischem Material

Anne Eberle (11/2016-08/2018)

Betreuer: Britta Planer-Friedrich, Johannes Besold, Katharina Palmer, Carolin Kerl

Arsen, ein häufiger Schadstoff in Bergbauabwässern, kann in Abwasseraufbereitungsmooren effizient zurück gehalten werden. Allerdings können hohe Sulfatkonzentrationen aus Bergbauabwässern im Zusammenhang mit reduzierenden Bedingungen in den Mooren die Bildung von Arsen-Schwefel Spezies, sogenannten Thioarsenaten, begünstigen, welche verglichen mit den Oxyanionen Arsenit und Arsenat als mobiler gelten. Ob die in situ Bildung von Thioarsenaten zur Remobilisierung von As aus Torf beitragen kann, wurde bisher noch nicht untersucht. Hierzu wurde ein Moor, welches im finnischen Lappland zur Aufreinigung von Bergbauabwässern einer Goldmine verwendet wird, chemisch charakterisiert und zwei Desorptionsexperimente durchgeführt, um den Einfluss von nullwertigem Schwefel (ZVS) und Sulfid auf die Remobilisierung von über Sulfhydrylgruppen an natürliches organisches Material gebundenem As und die Bildung von Thioarsenaten zu untersuchen. Ein Experiment wurde mit Sulfid- und Arsenit-beladenem, gereinigten Modelltorf unter verschiedenen pH-Bedingungen durchgeführt und ein weiteres mit Torf aus dem finnischen Moor unter sterilen und unsterilen Bedingungen. Im Porenwasser des Moores betrug der Anteil von Thioarsenaten an Gesamt-As bei hohen Konzentrationen von As, Sulfid und ZVS bis zu 9 %. Die hohen As-Konzentrationen wurden allerdings nur nahe des Abwasser-Zuflusses gefunden, was darauf hinweist, dass das Moor weiterhin eine gute Rückhaltung von As aufweist und eine abrupte Freisetzung unwahrscheinlich ist. In den Desorptionsexperimenten wurden Thioarsenate unter allen Bedingungen, außer niedrigem pH gebildet. Sulfid- oder ZVS-Zugabe, hohe Schwefelsättigung des Torfes und zunehmender pH-Wert führten zu einer Bildung von bis zu 98 % Thioarsenaten und nur niedrigen Anteilen von Oxyanionen. In allen Experimenten wurden Di- und Trithioarsenat aufgrund hoher Konzentrationen von reduziertem Schwefel gebildet. Ähnliche Ergebnisse bei ZVS- und Sulfidzugabe weisen darauf hin, dass es nicht ausschlaggebend ist welche der Schwefelspezies hinzugegeben wird. Auch zusätzliche Sulfidproduktion durch Mikroorganismen veränderte die Thioarsenatbildung nicht wesentlich. Des Weiteren wurden unter neutralen bis alkalischen Bedingungen Thioarsenate auch ohne ZVS in Lösung gebildet, was auf eine entscheidende Rolle der Festphase in der Thioarsenatbildung hinweist. Die Mobilisierung von Thioarsenaten könnte entweder durch Reaktion von Sulfhydryl-gebundenem As mit gelöstem ZVS und Sulfid und anschließender Freisetzung oder durch Desorption von Arsenit und schneller Reaktion mit ZVS und Sulfid in Lösung erfolgen. Folglich ist die Thioarsenatbildung ein möglicher Mobilisierungspfad, der exakte Mechanismus bleibt jedoch aufzuklären. Da der Anteil von Thioarsenaten im Feld niedrig war (< 9 %), ist die Bildung von Thioarsenaten möglicherweise nicht der einzige Prozess, der zur As-Mobilisierung in dem untersuchten Moor beiträgt. Jedoch wurde in den Desorptionsexperimenten mit Torf aus diesem Moor gezeigt, dass potentiell bis zu 90 % Thioarsenate ohne und bis zu 98 % mit Schwefelzugabe gebildet werden können.