Vanadium in Soils Chemistry and Ecotoxicity
Yüklə 456,72 Kb. Pdf görüntüsü
|
49 8 Sammanfattning (Swedish summary) Vanadin är en metall som förekommer naturligt i många jordar. Dock förekommer även utsläpp av vanadin från mänskliga aktiviteter som exempelvis förbränning av fossila bränslen. I norra Sverige finns det något högre halter av vanadin i berggrunden vilket leder till naturligt högre koncentrationer i de slaggprodukter som bildas under framställningen av råjärn. Dessa slaggprodukter, främst masugnsslagg, används vidare i cement och vägmaterial eller som jordförbättringsmedel. Trots tidigare erfarenhetar av risker med förhöjda vanadinhalter i jorden är kunskapen om vanadins beteende i mark och dess potentiella toxicitet mycket begränsad. Syftet med den här avhandlingen var att öka den kunskapen för att förbättra framtida riskbedömningar. I projektet studerades vanadins adsorption till ferrihydrit, toxicitet och biotillgänglighet i jord samt speciering i mark. Ferrihydrit är en amorf järnoxid som är vanligt förekommande i svenska jordar. Den har en stor specifik yta vilket möjliggör en effektiv adsorption av olika lösta ämnen i marken. Skakförsök visade att vanadin adsorberades starkt till ferrihydrit. Andelen adsorberat vanadin minskade dock vid förekomst av högre halter fosfat. Med röntgenspektroskopiska metoder kunde det fastställas att vanadinet adsorberade som femvärt vanadat i ett mononukleärt bidentatkomplex. Denna kunskap utnyttjades i samband med utvecklingen av en modell som beskrev vanadinets bindning till ferrihydrit i konkurrens med fosfat. Vanadins toxicitet och biotillgänglighet i mark utvärderades genom att utföra toxicitetsförsök med mikroorganismer och växter i vanadinbehandlade jordar. Toxiciteten fastställdes genom EC50-värden som jämfördes mellan olika jordar och vanadinbehandlingar. Försöken med mikroorganismer visade, i enlighet med tidigare studier, att dessa typer av försök hade stora variationer i toxicitet både inom och mellan olika jordar. För växterna fanns det ett tydligt samband mellan toxicitet och jordens förmåga att binda vanadin. Med en ökad 50
bindningskapacitet i jorden ökade EC50-värdena vilka varierade upp till tio gånger beroende på jordart. Toxiciteten påverkades även när
vanadinbehandlade jordar ”åldrades” i upp till 10 månader innan toxicitetstesterna utfördes. Under
åldringsprocessen minskade det växttillgängliga vanadinet genom fixering till metalloxider. I en tredje vanadinbehandling tillsattes masugnsslagg till jordarna. Slaggen innehöll 800 mg V kg -1 men trots de relativt höga vanadinhalterna i jordarna kunde ingen vanadintoxicitet fastställas. Detta berodde på att vanadinet i slaggen endast i mycket liten grad var tillgängligt för växterna. Det stora spann av biologiska effektkoncentrationer som fastställdes för olika jordar och vanadinbehandlingar visade att gränsvärden baserade på den totala koncentrationen vanadin i jorden skulle bli osäkra. Detta eftersom jordegenskaperna starkt påverkar biotillgängligheten av vanadin. Dock fanns det ett tydligt samband mellan vanadinets koncentration i marklösning och dess växttillgänglighet, vilket tyder på att den lösta koncentrationen vanadin vore en betydligt bättre utgångspunkt för riskbedömningar. Ytterligare en aspekt av vanadins kemi i mark är dess speciering. De två vanligaste redoxformerna i jorden är katjonen vanadyl(IV) och anjonen vanadat(V) där vanadat(V) är den mest toxiska. I ett långliggande skogsförsök i Ringamåla, södra Sverige, tillsattes K-kalk 1984. Kalken innehöll nästan 1,5 % vanadin och med hjälp av röntgenspekroskopiska och våtkemiska metoder utvärderades vanadinets speciering i jorden 26 år efter vanadintillsats. Den största delen av det tillsatta vanadinet band till det organiska materialet i måren. Det femvärda vanadin som tillsats med kalken hade samtidigt reducerats till fyrvärt vanadin. I mineraljorden ökade andelen femvärt vanadin till följd av binding till järn- och/eller aluminiumoxider. Sammanfattningsvis har studien bidragit till en ökad förståelse av vanadins kemi i mark genom att belysa att den biotillgängliga delen vanadin främst styrs av mängden löst vanadin i marklösningen. Dessutom styrs specieringen i marken främst av jordens egenskaper och inte av formen vanadin som tillsatts till jorden.
51 References Anke, M., Illing-Günther, H. & Schäfer, U. (2005). Recent progress on essentiality of the ultratrace element vanadium in the nutrition of animal and man. Biomedical Research on Trace Elements, 16(3), pp. 208-214. Antelo, J., Fiol, S., Perez, C., Marino, S., Arce, F., Gondar, D. & Lopez, R. (2010). Analysis of phosphate adsorption onto ferrihydrite using the CD-MUSIC model. Journal of Colloid and Interface Science, 347(1), pp. 112-119. Auger, Y., Bodineau, L., Leclercq, S. & Wartel, M. (1999). Some aspects of vanadium and chromium chemistry in the English Channel. Continental Shelf Research, 19(15-16), pp. 2003-2018. Aureli, F., Ciardullo, S., Pagano, M., Raggi, A. & Cubadda, F. (2008). Speciation of vanadium(IV) and (V) in mineral water by anion exchange liquid chromatography-inductively coupled plasma mass spectrometry after EDTA complexation. Journal of Analytical Atomic Spectrometry, 23(7), pp. 1009-1016. Baes, C.F. & Mesmer, R.E. (1976). The Hydrolysis of Cations. New York, USA: John Wiley & Sons. Beyersmann, D. & Hartwig, A. (2008). Carcinogenic metal compounds: recent insight into molecular and cellular mechanisms. Archives of Toxicology, 82(8), pp. 493-512. Blackmore, D.P.T., Ellis, J. & Riley, P.J. (1996). Treatment of a vanadium- containing effluent by adsorption/coprecipitation with iron oxyhydroxide.
Broos, K., Mertens, J. & Smolders, E. (2005). Toxicity of heavy metals in soil assessed with various soil microbial and plant growth assays: As comparative study. Environmental Toxicology and Chemistry, 24(3), pp. 634-640. Burke, I.T., Mayes, W.M., Peacock, C.L., Brown, A.P., Jarvis, A.P. & Gruiz, K. (2012). Speciation of arsenic, chromium, and vanadium in red mud samples from the Ajka spill site, Hungary. Environmental Science & Technology, 46(6), pp. 3085-3092. Burke, I.T., Peacock, C.L., Lockwood, C.L., Stewart, D.I., Mortimer, R.J.G., Ward, M.B., Renforth, P., Gruiz, K. & Mayes, W.M. (2013). Behavior of aluminum, arsenic, and vanadium during the neutralization of red mud Yüklə 456,72 Kb. Dostları ilə paylaş:
|