Original paper

Schwermetalltransport im ungesättigten Boden: Kadmium in einem Bodenmonolithen

[Heavy metal transport in unsaturated soil: Cadmium in a soil monolith]

Hinz, Christoph; Buchter, Bernhard; Flühler, Hannes

Kurzfassung

Schwermetallverlagerung in natürlichen Böden hängt einerseits von den chemischen Eigenschaften des Bodens und anderseits von den physikalischen Transportprozessen ab. Es konnte gezeigt werden, daß bei konvexen Isothermen die Form der Konzentrationsfront beim konvektiv-dispersiven Transport vom gleichzeitigen Zusammenwirken der hydrodynamischen Dispersion und der Nichtlinearität der Isothermen bestimmt wird. Im Gegensatz dazu ist die Frontausbildung beim stochastisch-konvektiven Transport bei der Ausbreitung eines Schadstoffes unabhängig von der Sorptions-Nichtlinearität. Um dieses gegensätzliche Verhalten experimentell zu untersuchen, wurde ein Monolith aus einem skeletthaltigen Boden entnommen. Dieser wurde unter ungesättigten Bedingungen mit Chlorid und Kadmium perkoliert. Durchbruchskurven wurden gleichzeitig an 12 verschiedenen Stellen an der Unterseite gemessen. Nach Abschluß der Perkolationsexperimente wurden mit einer Färbungsmethode die befeuchteten Zonen in acht horizontalen Schnitten nachgewiesen. Diese Experimente zeigten sehr deutlich, daß die Heterogenitäten des Wasserflusses schon im cm- bis dm-Bereich einen großen Einfluß auf den Stofftransport haben.

Abstract

The migration of heavy metals in soils is influenced by chemical properties of the soil and physical transport processes. Concentration fronts of convective-dispersive transport for convex isotherms depend on the interaction of hydrodynamic dispersion and sorption nonlinearity. In contrast, front shapes for a concentration increase of stochastic-convective transport are independent on the sorption nonlinearity. In order to investigate these contrasting behaviors, a monolith was taken from a stony field soil. This monolith was then percolated with chloride and cadmium under unsaturated conditions. Breakthrough curves were measured at 12 different outlets at the bottom of the column. After completion of the percolation experiments the wetted zones were determined with a dye method at eight horizontal cross sections. All experiments indicated that heterogeneities of the flow at the cm to dm scale greatly affect solute transport.