Original paper

Eintrag von Schwermetallen aus Deponien aufgrund der Ladungsblockierung von Tonoberflächen in mineralischen Basisabdichtungen

[Incorporation of heavy metals from waste deposits due to charge blocking of clay surfaces in mineral basal liners]

Bradl, Heike B.

Kurzfassung

Die Ablagerung von Abfällen erfordert eine wirksame Abdichtung des Müllkörpers, um den Eintrag von Schadstoffen in das Grundwasser zu verhindern. Tone werden aufgrund bestimmter Eigenschaften (geringe Durchlässigkeit, Sorptionsvermögen) als Abdichtungsmaterialien bevorzugt. Im Versagensfall können sich durch den Kontakt des Sickerwassers mit der Tonbarriere Festkörper (z.B. Schwermetallcarbonate) bilden. Der Einfluß der Bildung dieser Festkörper auf die Oberflächenladung verschiedener Tone wurde mithilfe der Polyelektrolyttitration (PET) untersucht. Suspensionen dieser Tone wurden mit verschieden konzentrierten Lösungen von Schwermetallchloriden und Na2CO3 versetzt. Die Verteilung der möglichen Ionenspezies und ihre Konzentration wurden mit dem geochemischen Programm PHREEQE berechnet und mit den gemessenen Daten verglichen. Dabei konnte ein Vorgang beobachtet werden, der als Ladungsblockierung bezeichnet wird. Die Ausfällung von Festkörpern in Gegenwart einer Tonsuspension führt durch Filmbildung auf der Tonoberfläche zu einer erheblichen Reduzierung der Oberflächenladung und damit des Sorptionsvermögens. Im Versagensfall ist dadurch die Funktion der Tonbarriere beeinträchtigt.

Abstract

The deposition of waste requires an effective sealing of the waste body to prevent the incorporation of contaminants into the groundwater. Clays are preferrably used as sealing materials due to certain properties (small permeability, ion sorption capacity). In case of failure solids can be formed due to the contact of the leakage water with the clay barrier. The influence of these solids on the surface charge of clays has been investigated by means of polyelectrolyte titration (PET). Suspensions of these clays have been mixed with solutions of heavy metal chlorides and Na2CO3 in different concentrations. The distribution of the particular ion species and their concentration has been calculated with the geochemical program PHREEQE and has then been compared to the data measured. A process called charge blocking could be observed. The precipitation of solids in the presence of a clay suspension results in a considerable reduction of surface charge due to a film formation on the clay surface. The function of the clay barrier is affected adversely in case of failure.

Keywords

Experimentwaste disposal sitegeological barrierclayssurface chargeheavy metalschloridessodium carbonatesprecipitationcharge blockingfilm formationtitration (PET)computer program (PHREEQE)