Release of metals during oxidation of sludges : environmental-chemical aspects of dredged material disposal

Die Oxidation von sulfidischen Mineralien und organischen Substanzen, teilweise vermittelt durch Bakterien, bewirkt eine Mobilisierung kritischer Spurenelemente wie Cadmium aus reduzierten Schlämmen sowohl in terrestrischen als auch aquatischen Milieus. Chemische Extraktionsexperimente zeigen bei kurzfristiger Belüftung typischer Schlicksedimente in Suspension einen Übergang von sulfidisch/organischen zu leicht reduzierbaren Phasen; bei Gefrier- oder Ofentrocknung (60 °C) werden carbonatische und austauschbare Bindungsformen gebildet, die unter veränderten hydrochemischen Bedingungen relativ leicht löslich sind. Untersuchungen an einem Vertikalprofil in gezeitenbeeinflußten Süßwasserablagerungen des Elbe-Ästuars deuten darauf hin, daß eine teilweise Cd-Mobilisierung aus Oberflächensedimenten stattfindet, begünstigt durch das oxidative Pumpen. Bei höherer Salinität werden die freigesetzten Cadmiumanteile zum Teil durch Chloro-Komplexierung in Lösung gehalten, wobei die Remobilisierung wesentlich von der zeitabhängigen Verfügbarkeit aus den Bindungsformen bestimmt wird, in der die Cadmiumanteile nach der Oxidation vorliegen. Eine Umlagerung reduzierter Schlämme in Ästuarien führt ebenso zu einer Remobilisation von Schwermetallen wie eine flächenhafte Dispersion kontaminierter Sedimente in Flachmeergebieten. Die chemische Stabilisierung kritischer Metalle läßt sich durch Zugabe von Kalk (Landdeponie gering gepufferter Schlämme) oder durch stabile Einlagerung unter permanent anoxischen Bedingungen außerhalb produktiver Zonen, z.B. in einer küstennahen Untersedimentdeponie, erreichen.Oxidation of sulfide minerals and organic substances, partially mediated by bacteria, affects mobilization of critical trace elements such as cadmium from reduced sludges both in terrestrial and aquatic environments. Chemical extraction experiments indicate, that during short-term aeration of sediment slurries a transformation takes place for cadmium from sulfidic/organic to easily reductible phases; after freeze drying or oven drying (60 °C) carbonatic and exchangeable associations are formed, which are easily soluble under various hydrochemical conditions. Investigations on a vertical profile of a tidally affected freshwater mud flat in the Elbe estuary suggest that Cd is in part remobilized from surface sediments by processes involving oxidative pumping. At higher salinity cadmium contents remobilized were partly kept in solution by the mechanism of chloro-complexation. The rates of mobilization depend upon the availability of Cd from the binding sites formed after the oxidation of the sulfidic phases. Disposal of reduced sludges in estuaries should be avoided as well as areal dispersal of contaminated sediments in shallow marine areas due to remobilization effects. Chemical stabilization of critical metal components can be achieved by additon of calcium carbonate (land disposal of less buffered sludges) or by storage under permanently anoxic conditions out of the range of productive zones, e.g. in near-coast sub-sediment deposits