Entnahme von Grundwasserproben aus verschiedenen Tiefen durch unsere Projektpartner beim Injektionsversuch

Nanosan

BMBF-Projekt "Nanosan: Nanoparticle-based remediation: In situ application of iron oxide nanoparticles to remove organic contaminants from the groundwater of contaminated sites"
Entnahme von Grundwasserproben aus verschiedenen Tiefen durch unsere Projektpartner beim Injektionsversuch
Foto: Nanosan

Thema und Ziele

Bodenbürtige Lösungen mit natürlichen kolloidalen Fe-OM-Kopräzipitaten Bodenbürtige Lösungen mit natürlichen kolloidalen Fe-OM-Kopräzipitaten Foto: Andreas Fritzsche

Kolloidale Eisenoxide (FeOx-NP) sind Substanzen, die den mikrobiellen Abbau von organischen Kontaminanten (z.B. BTEX) unter in situ Bedingungen stimulieren können. Im Gegensatz zu alternativen Elektronenakzeptoren wie Sulfat, Nitrat und Sauerstoff, können FeOx-NP über die Änderung ihrer Aggregatgröße in einem porösen Medium (z.B. Aquifer) kontrolliert immobilisiert werden. Das bietet die Möglichkeit, mit einer einzelnen FeOx-NP-Injektion eine Zone zu errichten, in der die Aktivität von autochthonen mikrobiellen Gemeinschaften und damit der Schadstoffabbau erhöht ist. Das Projekt „Nanosan“ testete dieses Sanierungskonzept für BTEX-belastetes Grundwasser auf Labor- und Feldskala.

Um eine größtmögliche Mobilität der FeOx-NP zu erreichen, waren vor der Anwendung im Pilotversuch umfangreiche Aggregations- und Transportexperimente gekoppelt mit der Beschreibung der physikochemischen Eigenschaften der FeOx-NP notwendig. Mit Huminstoffen assoziierte Goethit-NP zeigten die besten Voraussetzungen für die Anwendung im Feldversuch. Durch die Kopplung von chemometrischen Ansätzen mit FTIR- und Fluoreszenzanalysen konnte Goethit im Grundwasser direkt quantitativ bestimmt und Aussagen zur Zusammensetzung des DOM getroffen werden. Die im Feldversuch injizierten FeOx-NP wurden nach ca. 3 m Transportlänge effektiv immobilisiert. In der reaktiven Zone konnte jedoch nur an einzelnen Lokationen ein Schadstoffabbau detektiert werden.

Um die Eigenschaften der synthetisierten FeOx-NP besser einordnen zu können, wurde ein Verfahren etabliert, mit dem reproduzierbar natürliche, bodenbürtige FeOx-NP (organo-mineralische Ferrihydrit-Aggregate) generiert wurden. Untersuchungen zeigten, dass bodenbürtige FeOx-NP deutlich toxischer für Caenorhabditis elegans waren als die im Feldversuch injizierten, synthetischen FeOx-NP. Sowohl Suspensionen mit bodenbürtigen als auch synthetischen FeOx-NP zeigten breite Größenverteilungen der koexistenten Aggregate. Das impliziert, dass die Ausprägung aggregatgrößenabhängiger Eigenschaften (z.B. Mobilität, Toxizität) ebenfalls eine breite Verteilung aufweisen kann.

Publikationen

Fritzsche A., Bosch J., Rennert T., Heister K., Braunschweig J., Meckenstock R. U. and Totsche K. U. (2012) Fast microbial reduction of ferrihydrite colloids from a soil effluent. Geochim. Cosmochim. Acta 77, 444-456. DOI: 10.1016/j.gca.2011.10.037

Fritzsche A., Schröder C., Wieczorek A.K., Händel M., Ritschel T. and Totsche K.U. (2015) Structure and composition of Fe-OM co-precipitates that form in soil-derived solutions. Geochim. Cosmochim. Acta 169, 167-183. DOI: https://doi.org/10.1016/j.gca.2015.07.041

Höss S., Fritzsche A., Meyer C., Bosch J., Meckenstock R.U. and Totsche K.U. (2015) Size- and composition-dependent toxicity of synthetic and soil-derived Fe oxide colloids for the nematode Caenorhabditis elegans. Environ. Sci. Technol. 49, 544-552. DOI: http://dx.doi.org/10.1021/es503559n

Fritzsche, A., Pagels, B. and Totsche, K.U. (2016) The composition of mobile matter in a floodplain topsoil: A comparative study with soil columns and field lysimeters. Journal of Plant Nutrition an Soil Science 179, 18-28. DOI: https://doi.org/10.1002/jpln.201500169