English Title: Redox-induced species distribution of arsenic in an iron reducing environment initiated by catechol

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Abstract

In Säulen- und Batchversuchen wurde die Eisenreduktion durch Catechol, als Modellsubstanz für Huminstoffe, und die damit einhergehende Arsenfreisetzung untersucht. Im Vordergrund stand die Frage, ob diese Substanz eine Auflösung von Eisenhydroxiden bewirken und dabei Arsen freisetzen kann. Es wurde weiterhin untersucht, welche Redoxprozesse stattfinden, und wie die Speziesverteilung von Arsen und dessen Mobilität dadurch beeinflusst wird. Die Halbreaktion von Catechol zu ortho-Chinon wurde in das geochemische Modell PHREEQC eingebaut und geprüft, ob mit diesem Ansatz eine realistische Abbildung der Versuchsergebnisse möglich ist. Die Laborversuche zeigen, dass Catechol in einem System aus Quarzsand und Eisenhydroxid eine leichte, konstante Eisenreduktion bewirkt. In dem Säulenversuch zum Transport von Arsen im Milieu der Eisenreduktion trat eine Reduktion des Arsen(V) zu Arsen(III) durch Catechol und eine Reoxidation des Arsen(III) an Eisenhydroxiden parallel zu einer Eisenreduktion durch Catechol auf. Aus dem Säulenversuch zur Arsenfreisetzung von Eisenhydroxid-Oberflächen durch Catechol ergab sich, dass adsorbiertes Arsen(V) zu Arsen(III) reduziert und freigesetzt werden kann. Die Freisetzung des Arsens erfolgte stetig, in geringen Mengen über einen großen Zeitraum, wobei das Arsen(V) hauptsächlich durch Reduktion an der Eisenhydroxid-Oberläche zur mobileren Spezies Arsen(III) freigesetzt wurde. Mit dem Modell PHREEQC kann die Eisen(II)-Freisetzung in der Größenordnung der experimentellen Daten modelliert werden. Die experimentell festgestellte Reduktion des Arsen(V) zu Arsen(III), ergab das bestehende Modell jedoch nicht.

Translation of abstract (English)

In column and batch studies iron reduction by catechol as a model compound for humic substances and the subsequent release of arsenic was studied. The main objecive was to investigate if catechol can cause dissolution of iron hydroxides and a subsequent release of arsenic. Furthermore redox processes that take place were investigated and how they take an effect on the mobility of arsenic. The half-reaction of catechol to ortho-quinone was introduced in the geochemical model PHREEQC and it was examined whether with this approach a realistic modelling of the experimental results is possible. The laboratory experiments show that catechol in a system with quartz sand and goethite caused a slight, constant iron reduction. In a column experiment for investigations of the transport of arsenic in an iron reducing environment, reduction of arsenic(V) to arsenic(III) by catechol and reoxidation of arsenic(III) by iron hydroxides took place parallel to iron reduction by catechol. Another column experiment investigating the arsenic release from iron hydroxide surfaces by catechol showed that sorbed arsenic(V) was reduced to arsenic(III) and released. The release of arsenic was steady, in low amounts and over a long period of time. The sorbed arsenic(V) was mainly released by reduction at the iron hydroxide surface to the more mobile arsenic(III) species and not by dissolution of the solid phase. With the model PHREEQC it was possible to model the experimentally observed iron(II)-release in the order of magnitude. The simulation of a reduction of arsenic(V) to arsenic(III) in the order of magnitude of the measured data was not yet achieved.