Original paper

Transport von Fluorid, Bromid und Chlorid in Bodensäulen und in einem natürlich gelagerten Boden

[Transport of Fluoride, Bromide, and Chloride in Soil Columns and in a Soil Profile]

Flühler, Hannes; Ferlin, Peter; Selim, H. M.; Schulin, Rainer

Kurzfassung

In einem fluorbelasteten Boden wurde der Vorgang der 'Dekontamination', also die Auswaschung des immissionsbedingten Fluorgehaltes untersucht. An Bodensäulen unter Laborbedingungen und am natürlich gelagerten Bodenprofil im Feldversuch wurde das infiltrierende Wasser mit Bromid (im Feldversuch auch mit Chlorid) markiert. Die Auswaschung von Fluor hängt von der Sickergeschwindigkeit ab. Bei hohen Sickerraten steigt die Fluorkonzentration im Perkolat deutlich an, da vermutlich die Nachlieferung des Reaktionspartners Calzium aus der festen in die flüssige Phase limitierend und im Verhältnis zur Sickergeschwindigkeit offenbar langsam ist. Während der vierjährigen Beobachtungsperiode 1981--84 wurden im Feldversuch 8 gF m-2 aus dem Oberboden ausgewaschen. Diese Fluormenge entspricht etwa dem Produkt aus der kumulierten Infiltrationsmenge multipliziert mit dem Fluorgehalt, welcher dem Löslichkeitsprodukt von CaF2 entspräche. Somit spielt die an den Bodensäulen beobachtete flußabhängige Austauschkinetik unter Feldbedingungen offenbar eine untergeordnete Rolle.

Abstract

In a soil profile 800 m from an aluminum smelter approximately 900 g F m-2 accumulated since 1908, the year when the smelter wem into Operation. The improved emission control equipment installed in 1980/81 reduced the F-deposition from more than 10 g F m-2y-1 to approximately 0.2 g F m-2y-1. From 1981 to 1984 about 8 g F m-2 were leached from the top soil (0--20 cm of depth) to deeper horizons. The objectives of this study are i) to find the dominant processes which control the leaching of fluoride from this heavily F-polluted soil, and ii) to predict the duration of root zone decontamination. Small columns of disturbed soil from the 10--20 cm depth of the F-contaminated soil profile were leached with distilled water at pore velocities of 123 cm d-1 and 0.3 cm d-1. At low flow rates the F-content in the leachate corresponds with that expected from the CaF2 solubility product. At high flow rates the F-content was doubled when the Ca release from the solid phase was too slow. The cumulated infiltration was estimated from the displacement of a bromide and a chloride pulse applied in april and october 82 respectively, and sampled in may 1983. From the amount of F leached during the four years 1981--84, from the total amount of infiltration, and from the F-contents expected based upon CaF2 solubility it appears that the flow-rate dependent solute exchange mechanisms observed in the laboratory columns does not significantly affect the decontamination process in the field. From this we conclude that a simple equilibrium solute transport model would adequately describe the 'resilience' of this system (fluoride contamination/decontamination cycle).

Keywords

Environmental geologyexperimental studiesatmospheric precipitationinfiltrationsoils (soils columns)leachingbromidefluorideschloridesconcentrationpollutiondecontaminationvelocitychemical reactionsoil profilesphysicochemical pr