The effect of soil organic matter on the mobility of the metalloids arsenic and antimony in soils

Promovendus/a: Mieke Verbeeck

Promotor(en): Prof. dr. ir. Erik Smolders

Arseen (As) en antimoon (Sb) zijn natuurlijk voorkomende elementen, maar beide toxisch voor levende organismen bij milieu relevante concentraties. Bodems, sedimenten, oppervlakte- en grondwaters kunnen gecontamineerd zijn met As en Sb door natuurlijke verweringsprocessen of door menselijk toedoen. De gezondheid van miljoenen mensen wereldwijd is bedreigd door natuurlijke vervuiling van grondwater met As. De chemische vorm, ofwel de speciatie, van As en Sb bepaalt hun mobiliteit en toxiciteit, en dus hun risico in het milieu. In bodems is de speciatie van As en Sb sterk beïnvloed door organische stof, met verschillende onderliggende mechanismen. Het doel van deze studie is om het effect van organische stof op de mobiliteit van As en Sb in bodems beter te begrijpen en te kwantificeren, en dit onder verschillende condities, namelijk in aerobe en anaerobe condities en op de lange termijn. Bodem organische stof, As en Sb interageren allemaal heel sterk met ijzer (Fe) en aluminium (Al) hydroxides in de bodem. Onze hypothese is dat de As en Sb mobiliteit in bodems stijgt door de competitie met bodem organische stof voor bindingssites op de Fe en Al mineralen. We verwachten ook dat de aanwezigheid van organische stof reductie versneld in waterverzadigde bodems en dat dit een groot effect zal hebben op de speciatie van de redox-gevoelige elementen As en Sb, én op de Fe mineralen. Tenslotte kan de organische stof gradiënt in een bodemprofiel de lange-termijn migratie van As en Sb beïnvloeden. Observaties, experimenten en mathematische beschrijvingen werden uitgevoerd tijdens deze studie om de verschillende mechanismen die bodem organische stof kan hebben op de mobiliteit van As en Sb te ontrafelen. Het was aangetoond dat, in aerobe omstandigheden, stijgende organische stof concentraties de mobiliteit van As en Sb verhogen en dat dit mathematisch kan beschreven worden met een proces-gebaseerd geochemisch model door competitieve en elektrostatische effect van bodem organische stof op de interacties van As en Sb met de Fe en Al mineralen in bodems in rekening te brengen. Verder controleert de concentratie aan organische stof de mobilisatie van As en de immobilisatie van Sb in waterverzadigde bodems door reducerende omstandigheden te versnellen. Tenslotte is Sb onderhevig aan fixatie in Sb-aangerijkte bodems, wat de mobiliteit van Sb doet dalen en dit was meer uitgesproken in bodems met een hoge concentratie Fe en Al hydroxides, terwijl de organische stof concentratie minder van belang was. Modellen voor As en Sb risicoanalyse zouden het belangrijk effect van organische stof in rekening moeten brengen, en dit kan nu gedaan worden met de gekalibreerde parameters van reactieve organische stof van dit werk.