Bedeutung und Verhalten von Arsen in der Hydrosphäre

Kurzfassung

Der Oxidationszustand der anorganischen Arsenspezies (As(III) und As(V)) hat einen entscheidenden Einfluss auf die Toxizität und Mobilität des Elements. Im Grundwasserleiter finden eine Vielzahl von Sorptions- und Redoxreaktionen zwischen Feststoffen und den gelösten Arsenspezies statt. Manganoxide und Eisenhydroxide spielen hierbei eine entscheidende Rolle. Mangan(IV)oxide sind starke Oxidationsmittel bezüglich des As(III), während Eisen(III)hydroxide beide Arsenspezies stark als Oberflächenkomplexe binden.

Der vorliegende Artikel beschäftigt sich nach einem allgemeinen Überblick zum globalen Stoffkreislauf und Verhalten von Arsen vor allem mit dem Redoxverhalten im aquatischen System in Wechselwirkung mit Manganoxiden und Eisenhydroxiden. Bisherige Forschungsergebnisse werden zusammenfassend dargestellt und durch neue Erkenntnisse aus eigenen Arbeiten ergänzt.

In eigenen Untersuchungen wurden Batchversuche mit beiden Arsenspezies und MnO ₂ bzw. FeOOH unter definierten geochemischen Bedingungen durchgeführt. Durch die Kombination von Elutionsmethoden und Feststoffuntersuchungen mit XANES konnte das Sorptions- und Redoxverhalten der Arsenspezies charakterisiert werden. Die Ergebnisse zeigen, dass anders als bislang angenommen auch an Goethithoberflächen eine langsame Oxidation von As(III) zu As(V) stattfindet.

Abstract

The redox speciation of the inorganic arsenic species As(III) and As(V) has deep influence on the element's toxicity and mobility. In groundwater sorption and redox processes occur with respect to the solid phase and the soluble arsenic species. Thereby manganese oxides and iron hydroxides play an important role. Manganese(IV) oxides are known as effective oxidants of As(III), iron(III) hydroxides surface bind both species by surface complexation. The task of this article is to give a short overview concerning the global cycling and behavior of arsenic and then focus on the redox behavior in the aquatic system influenced by manganese oxides and iron hydroxides. Results of previous investigations are shown and expanded by new findings of own studies.

Studies were carried out under controlled geochemical conditions using batch systems with arsenic and MnO ₂ and FeOOH, respectively. The sorption and redox processes were investigated using extraction methods combined with solid phase surface analyses by XANES. The results indicate a slow oxidation process of As(III) at the iron hydroxide surface.