Determination of mobile heavy metal forms in the environment

• Autorzy: Rauckyte T.

Warianty tytułu

PL

Oznaczanie mobilnych form metali ciężkich w środowisku

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Forms of elements found in soil influence to a considerable degree their mobility and assimilability by plants. For example, chromium, nickel and lead are less mobile, whereas cadmium, zinc and molybdenum are more mobile. By testing matrices significant for agriculture (soils, composts, sediments, etc.) one can determine which forms of the element may be assimilable by plants and the optimum conditions of the process. Assimilable forms were defined by the term `functional speciation', understood as bioassimilability or bioavailability. Analytical procedures used for fractioning consist in leaching the tested solid samples with the use of solutions of gradually increased activity. Easily exchanged cations are treated with 1.0 M solution of MgCl2; bounded metals in forms of carbonates or adsorbed on carbonate sediments are leached with 1.0 M of acetic acid. In the so-called 5-stage sequential leaching procedure used to fractionate metals from soils, an exchangeable fraction was treated for 1.0 hour in the amount of 0.01 moVdm3 of ammonium acetate (NH4Ac) at pH = 7, and the carbonate fraction - for 1.0 hour with acetic acid (HAc) at a concentration of 0.1 moVdm3 and at pH = 3.5. Due to great diversity of soils and sediments, there are many more or less similar patterns of analytical procedure used to determine mobile forms of elements. They are used depending on sample character and information we need to obtain. There are a few known standard test methods for leaching heavy metals from environmental samples. The widely used method is the American TCLP (US EPA). However, it meets with rather harsh criticism. For example, Poon in his paper [11] shows limitations of TCLP, discussing leaching kinetics, liquid-solid ratio, pH reaction, potential of colloid formation, particle size decrease, aging, volatile loss and depositing with other sediments. Modified methods are applied in European countries. The method of heavy metal leaching with distilled water is applied in Polish Standards. This paper presents the results of research carried out on leaching mobile metal forms such as lead, cadmium, chromium, etc. with the use of TCLP methods and according to the Polish Standards PN-Z- 15009.

PL

Formy występowania pierwiastków w glebie decydują w znacznym stopniu o ich mobilności i przyswajalności przez rośliny. Na przykład chrom, nikiel i ołów są mniej ruchliwe, natomiast kadm, cynk, molibden są bardziej mobilne. Badając matryce ważne dla rolnictwa (gleby, komposty, osady ściekowe itd.), określa się, które formy pierwiastka mogą być przyswajalne przez rośliny i jakie są optymalne warunki tego procesu. Formy przyswajalne określa się terminem specjacji funkcjonalnej, rozpatrywanej jako bioprzyswajalność lub biodostępność. Procedury analityczne w frakcjonowaniu polegają na ługowaniu badanych stałych próbek roztworami o stopniowo wzrastającej aktywności. Łatwo wymienne kationy traktuje się 1,0-molowym roztworem MgCl2 metale związane w formie węglanów czy zaadsorbowane na osadach węglanów ługuje się za pomocą 1,0 M kwasu octowego. W tak zwanej procedurze pięcioetapowego ługowania sekwencyjnego stosowanego do frakcjonowania metali z gleb, frakcję wymienną traktuje się przez 1,0 godzinę w ilości 0,01 moUdm3 octanu amonu (NH4Ac) w warunkach odczynu pH = 7, zaś frakcja węglanowa - przez 1,0 godzinę kwasem octowym (HAc) w stężeniu 0,1 mol/dm3 przy odczynie pH = 3,5. Ze względu na dużą różnorodność gleb i osadów istnieje wiele bardziej lub mniej podobnych schematów postępowania analitycznego w oznaczaniu mobilnych form pierwiastków. Stosowane są one w zależności od charakteru próbki i od informacji, które musimy uzyskać. Znanych jest kilka normowanych metod ługowania metali ciężkich z próbek środowiskowych. Szeroko stosowana jest amerykańska metoda TCLP (US EPA). Spotyka się ona jednak z dosyć ostrą krytyką. Na przykład Poon w swojej pracy wskazuje na ograniczenia metody TCLP, biorąc pod uwagę takie parametry, jak kinetyka ługowania, stosunek cieczy do ciała stałego, odczyn pH, potencjał tworzenia się koloidów, zmniejszenie rozmiarów cząstek koloidalnych, ich wiek, straty lotne i deponowanie z innymi odpadami. W krajach europejskich stosowane są nieco inne metodyki. W Normach Polskich (PN) występuje metoda ługowania metali ciężkich za pomocą wody destylowanej. W pracy przedstawiono wyniki badań prowadzonych nad ługowaniem mobilnych form metali, jak ołów, kadm, chrom itd. z zastosowaniem metod TCLP oraz PN-Z-15009.

Słowa kluczowe

EN

mobile heavy metal forms; leaching; soil

PL

mobilne formy metali ciężkich; ługowanie; gleba

• Wydawca: Towarzystwo Chemii i Inżynierii Ekologicznej
• Czasopismo: Chemia i Inżynieria Ekologiczna
• Rocznik: 2007
• Tom: Vol. 14, nr 2
• Strony: 209--215
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., tab.

Twórcy

autor

Rauckyte T.

• Department of Chemical Technology and Engineering, University of Technology and Life Sciences, ul. Seminaryjna 3, 85-326 Bydgoszcz,

Bibliografia

• [1] Hickey M.G. and Kittrick J.A.: Chemical partitioning of cadmium, copper, nickel and zinc in soils and sediments containing high levels of heavy metals. J. Environ. Qual., 1984, 13, 372-376.
• [2] McLaren R.G. and Ritchie G.S.P.: The long-term fate of copper fertilizer applied to a lateritic sandy soil in western Australia. Aust. J. Soil Res., 1993, 31, 39-50.
• [3] Tessier A., Campbell P.G.C. and Bisson M.: Sequential extraction procedure for the speciation of particulate trace metals. Anal. Chem., 1979, 51, 844-850.
• [4] U.S. Environment Protection Authority (US EPA), Toxicity characteristic leaching procedure (TCLP). Fed. Reg., 1986, 51(216), 40643-40653.
• [5] Phillips I. and Chapple L.: Assessment of a heavy metals-contaminated site using sequential extraction, TCLP, and risk assessment techniques. J. Soil Contam., 1995, 4(4), 311-325.
• [6] US EPA Method 1311, Toxicity characteristic leaching procedure (TCLP), 1992.
• [7] Polish Standard PN-Z-15009, Solid wastes. Preparation of water extraction, 1997.
• [8] US EPA Method 6010, Inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy, 1986.
• [9] Rauckyte T., Richert M. and Pawlak Z.: An assessment of the leaching characteristics of contaminated soil by heavy metals. Proc. XIX-th Int. Symp. Physico-chemical Methods of the Mixtures Separation "ARS SEPARATORIA 2004", P-28, 245-249.
• [10] Paff S.W.: The method of soil purification from heavy metals with the use of acidic extraction (AETS). www.prcemi.com/visit.
• [11] Poon C.S. and Lio K.W.: The limitation of the toxicity characteristic leaching procedure for evaluating cement-based stabilized/solidified waste forms, Waste Manage, 1997, 17(1), 15-23.
• [12] DzU (Polish Journal of Acts) 2002, no.165, item 1359 (in Polish).
• [13] Provincial Inspectorate of Environmental Protection, Bydgoszcz-Report 2000-Part V Soil (in Polish). www.wios.bydgoszcz.pl/r00/r00-5.htm.