Einfluss von Kalkung auf die Mobilisierbarkeit von kolloidalem Blei, Arsen und Antimon auf Schießplatzböden
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Böden auf Schrotschießübungsplätzen enthalten häufig hohe Mengen an Pb, As und Sb. Kalkapplikation wird derzeit als Maßnahme zur Sicherung betroffener Standorte propagiert, da der damit verbundene pH-Anstieg die Bindung von Pb an mineralische und organische Sorbenten begünstigt. Ziel unseres Projektes war es, den Einfluss der Kalkung auf die Mobilisierbarkeit und Mobilität von gelöstem und Kolloid-gebundenem Pb, As und Sb zu untersuchen, sowie Mechanismen, die zur (Im)Mobilisierung dieser Elemente beitragen, auf zu klären. Dazu führten wir Modellversuche zur Bildung metall-organischer Kolloide durch, quantifizierten dispergierbares Pb, As und Sb aus Humusauflagen- und Mineralbodenproben eines Schießplatzes in Abhängigkeit von pH-Wert und DOM-Konzentration, und charakterisierten die mobilisierten Kolloide. In Säulenversuchen wurde die Mobilität aus Böden extrahierter Kolloide bei unterschiedlichen Versuchsbedingungen ermittelt und in einem Kalkungsexperiment überprüften wir die Übertragbarkeit der Ergebnisse unserer Laborexperimente auf Freilandbedingungen. Unsere Ergebnisse zeigen mit zunehmendem pH-Wert zunehmende Mobilisierbarkeit von dispergierbarem und gelöstem Pb, As und Sb. Die Mobilisierung von gelöstem Pb, As und Sb erklären wir mit der Freisetzung gelöster organischer Substanz und daran gebundener Elemente. Damit bestätigen unsere Daten die in der Literatur postulierte Bindung von As und Sb an Aminogruppen der gelösten organischen Substanz. Die Mobilisierung von Kolloiden ist auf die Absenkung der Oberflächenladung sowie die sterische Stabilisierung durch organische Substanz zurückzuführen. Mithilfe von Kleinwinkelröntgenstreuung konnten wir außerdem die Bildung von sehr mobilen Pb-organischen Kolloiden als Folge des pH-Anstiegs nachweisen. In Anwesenheit zweiwertiger Kationen vermindert sich die pH-bedingte Mobilisierung von Kolloiden und Kolloid-gebundenen Elementen deutlich. Die Ursache dafür ist die Abschirmung der Oberflächenladung durch die Kationen sowie deren Kolloid-vernetzende Wirkung. Wir beobachten außerdem bei pH-Erhöhung mit Ca(OH)2 eine Co-Immobilisierung von gelöstem Pb und organischer Substanz, während gelöstes As durch die Bildung von Ca-Brücken zu nicht mobilisierbaren Sorbenten immobilisiert wird. Antimon, das eine geringere Affinität zu mehrwertigen Kationen aufweist, zeigt keinen Effekt der Zugabe mehrwertiger Kationen. Der immobilisierende Einfluss der Kalkung auf As wird durch unseren Freilandversuch bestätigt: auf gekalkten Parzellen wird signifikant weniger As verlagert als auf nicht gekalkten. In der Summe unterstreichen unsere Daten das Risiko einer kalkungsbedingten Pb-Mobilisierung besonders auf Böden mit hohen C-Konzentrationen. Antimon wird dagegen durch die Kalkung nur geringfügig mobilisiert, As wird immobilisiert.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2005): Size and shape of lead organic associations. Colloids and surfaces. Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects 265; 95-103
Lang, F., H. Egger and M. Kaupenjohann
- Intern. Conference on the Biogeochemistry of Trace Elements, Adelaide (März 2005): Classification of lead-containing colloids
F. Lang
- Arsen-Workshop, Leipzig (April 2006): Microaggregation of colloids: Relevance for the mobilisation of As in soils
F. Lang, S. Klitzke und C. Mikutta
- International Conference Against Pollution, Granada, Spanien (Juni 2006): Cation bridging of colloids as indicated by mulit-stage tangential ultrafiltration
S. Klitzke, J. Kirby, E. Lombi, R. Hamon, und F. Lang
- INTERURBAN Workshop Berlin (März 2006): Cation bridging of colloids as indicated by mulit-stage tangential ultrafiltration
S. Klitzke, J. Kirby, E. Lombi, R. Hamon und F. Lang
- INTERURBAN Workshop Berlin (März 2006): Horizonspecific colloids of a gleyic podsol and their relevance for the mobilisation of Pb, As and Sb
E. Gruitrooy, J. Krüger, G. Smidt, A. Herre, F. Lang, M. Kaupenjohann
- setac 2006, Den Haag (April 2006): Quality of nano-vectors in a shooting range soil - relevance for Pb, As and Sb leaching
E. Gruitrooy, J. Krüger, G. Smidt, A. Herre, F. Lang, M. Kaupenjohann
- Tracel2007 (Trace Elements and Health), Helsinki (Juni 2006): Chronosequenz of Pb and As Uptake by trees
Smidt, G.; Lang, F.; Herre, A.; Kaupenjohann, M.
- Arsen-Workshop, Leipzig (September 2007): Arsenmobilisierung durch Kalkung?
S. Klitzke und F. Lang
- European Geosciences Union – General Assembly, Wien, Österreich (April 2007): Mobilization of Arsenic-containing colloids by liming?
S. Klitzke und F. Lang
- Intern. Conference on the Biogeochemistry of Trace Elements, Peking, China (Juli 2007): Mobilization of As by liming? – Implications for remedial site management
S. Klitzke und F. Lang
- Jahrestagung der Deutschen Bodenkundlichen Gesellschaft, Dresden (Sept. 2007): Arsenmobilisierung durch Kalkung?
S. Klitzke, F. Lang, M. Kaupenjohann
- Jahrestagung der Deutschen Bodenkundlichen Gesellschaft, Dresden (Sept. 2007): Qualität und Mobilisierbarkeit von Oberflächen
F. Lang
- (2008). Increasing pH releases colloidal lead in a highly contaminated forest soil. European Journal of Soil Science. 59 (2), 265–273
Klitzke, S., F. Lang, and M. Kaupenjohann
- (2009). Mobilization of soluble and dispersible Pb, As, and Sb in a polluted, organic-rich soil – Effects of pH increase and counterion valency. Journal of Environmental Quality. 38, 1-7
Klitzke, S., F. Lang
