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[ENTFÄLLT] Kinetik der Eisenhydroxydbildung unter Einfluss der Atmosphäre

Andrea Hachenberg1
1 Hydrogeochemie & Hydrogeologie, Ruhr Universität Bochum

P 13.4 in Artificial and natural groundwater recharge (co-organized by IAH)

Wenn eisenreiche reduzierte Grundwässer mit der Atmosphäre in Berührung kommen, führt die Sauerstoffaufnahme und gleichzeitige CO2 Entgasung oftmals zur Bildung von Eisenhydroxyden. Diese Eisenhydroxyausfällungen können Brunnenfilter, Rohrleitungen bzw. den Gesteinskörper verstopfen und führen so zu hohen Brunneneintrittsverlusten, bzw. Verblockungen von Rohrleitungen. Andererseits führt die Ko-Fällung bzw. Adsorption von Schwermetallen an den Eisenhydroxyden zur Entfernung von Schwermetallen.

Durch Aufnahme des Boden-CO2 bei der Infiltration von Regenwasser kommt es zur Ansäuerung der Grundwässer, diese Wässer lösen wiederrum Eisen aus den Mineralen im Untergrund. Andererseits führen auch CO2 aus Faltensystemen wie beispielsweise der Periadriatischen Naht und CO2 aus vulkanischer Tätigkeit wie Beispielsweise in der Eifel zu einem niedrigen pH-Wert.

In dieser Arbeit wurde die Kinetik der Bildung von Eisenhydroxiden entlang von Fließstrecken im Feld bei eisenreichen Kohlensäuerlingen in der Eifel und an der Periadriatischen Naht untersucht. Zudem wurde die Eisenhydroxyd-Bildung in Laborexperimenten simuliert und mit Hilfe des hydrogeochemischen Programm PhreeqC modelliert.

Bei den Kohlensäuerlingen kompensiert die CO2-Entgasung den durch die Bildung von Eisenhydroxiden zu erwartenden pH-Wert Abfall. Der pH-Wert nimmt durch die CO2-Entgasung sogar zu. Dies begünstigt die Eisenausfällung und erleichtert, bzw. ermöglicht die Adsorption bzw. Ko-Fällung von Spurenelementen (insbesondere von Ba, Be, Cd, Cr, Cu, Pb, U, Sc, V, Y) und Selten Erden Elementen.

In den Laborexperimenten bildete sich durch die Sauerstoffaufnahme in den ersten Minuten Ferrihydrit, der in wenigen Minuten in Goethit oder Hämatit umgewandelt wird.

Die Verläufe der [O2]-, [Fe]-Konzentrationen und kontinuierlich aufgezeichnete pH-Werte und EH-Werte wurden zur Modellierungen der Kinetik der Eisenausfällung bei Sauerstoffaufnahme und CO2-Entgasung verwendet. Entsprechende Modelle werden in diesem Beitrag vorgestellt.