The influence of adsorption on cadmium toxicity to soil microorganisms in smectite-rich soils and sediments was quantified as a function of solution and sorbent characteristics. Adsorption and surface complexation experiments were conducted to infer Cd sorption mechanisms to a reference smectite and three fractions of a Veritsol soil, and to elucidate the effects of the surface complexation on Cd bioavailability and toxicity in soils and sediments. Cadmium adsorption isotherms conformed to the Langmuir adsorption model, with adsorptive capacities of the different samples dependent on their characteristics. Equilibrium geochemical modeling (MINTEQA2) was used to predict the speciation of Cd in the soil suspensions using Langmuir and Triple Layer surface complexation models. The influence of adsorption and surface complexation on cadmium toxicity to soil microorganisms was assessed indirectly through the relative change in microbial hydrolysis of fluorescein diacetate (FDA) as a function of total Cd concentration and sorbent characteristics. Adsorption decreased the toxicity of Cd to soil microorganisms. Inner-sphere complexation is more effective than outer-sphere complexation in reducing the bioavailability and toxicity of heavy metals in soils and sediments.
BACKGROUND: Metal contamination of farmlands nearby abandoned mines is a serious environmental problem. This study was conducted to evaluate the efficiency of stabilizers on different type of the soils contaminated with metals. METHODS AND RESULTS: The texture of silt loam soil initially contaminated with heavy metal was artificially adjusted to loam and sandy loam by adding sand, and the soil organic matter content (1.5%) was also altered by adding peat to the soils at 3.5 and 8.0%. The soils were mixed with 3% (w/w) of each limestone, dolomite, and steel slag. For the soils with different textures, the bioavailability of As was found to be the lowest in sandy loam compared to others metals such as Cu, Pb, and Zn. The efficacy of limestone and dolomite was not significantly different compared to the soils having different organic matter contents, but the stabilization efficiency of steel slag increased as the soil organic matter content increased. Moreover, stabilizers showed inhibition effect on the uptake of metals to plant. CONCLUSION: The stabilizers were found as effective materials to immobilize metals in soil and to decrease plant uptake of metals. Studies are needed to deeply elucidate the interaction between influencing factors and various stabilizers.
This study assessed the feasibility of iron oxide nanoparticles impregnated with biochar (INPBC), derived from woody biomass, as a stabilizing agent for the stabilization of farmland soil in the vicinity of an abandoned mine through pot experiments with 28 days of lettuce growth. The lettuce grown in the INPBC amended soils increased by more than 100% and the concentrations of inorganic elements (Cu, Ni, Zn) decreased by more than 40%. As, Cd and Pb were not transferred properly from the soils to the lettuce biomass. The bioavailability of arsenic and heavy metals in the INPBC amended soils were decreased by 26%~50%. It seems that the major mechanisms of stabilization were arsenic adsorption on iron oxides, heavy metal precipitation by soil pH increasing and heavy metal adsorption on organic matter. These results revealed that the lower bioavailability of the inorganic pollutants in the soils stabilized using INPBC induced lower transfer to the lettuce. Thus, INPBC could be used as an amendment material for the stabilization of farmland soils contaminated by arsenic and heavy metals. However, a pre-review of the chemical properties of the amended soil must be performed prior to applying INPBC in farmland soil because the concentration of the nutrients in the soil such as available phosphates and exchangeable cations (Ca, Mg, K) could be decreased due to adsorption on the surface of the iron oxides and organic matter.
The efficiency of removing cadmium, copper, and lead from a contaminated soil of abandoned metal mine was studied in a laboratory investigation where citric acid were used to extract the metal from the soil. The contamination level of Pb, Cu in the soil A were 875.5, 667.5mg/kg respectively. The mobility and bioavailability of the metals in soil were also estimated by Sequential Chemical Extractions. Citric acid were examined for its potential extractive capabilities. Concentrations of the acid examined in this study ranged from 0.025 to 0.15M. The pH of the suspensions and S/S ratio in which the extractions were performed ranged from 2.4 to 8.1, and from 2.1:1 to 20:1. Results showed that the removal of contaminant using citric acid was pH and S/S raton dependent.
Wuana, Raymond A.;Eneji, Ishaq S.;Ugwu, Ezekiel C.
Advances in environmental research
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제6권4호
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pp.281-299
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2017
Single (0.005 M DTPA), sequential (six-step) and kinetic (0.05 M EDTA) extractions were performed to assess Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, and Zn mobilization and their potential ecological risks in Abuja (Nigeria) water (WTS) and wastewater (WWTS) treatment sludges. Total metal levels (mg/kg) in WTS and WWTS, respectively were: Cd(3.67 and 5.03), Cr(5.70 and 9.03), Cu(183.59 and 231.53), Ni(1.33 and 3.23), Pb(13.43 and 17.87), Zn(243.45 and 421.29). DTPA furnished metal extraction yields (%) in WTS and WWTS, respectively as: Cd(11 and 6), Cr (15 and 7), Cu(17 and 13), Ni(23 and 3), Pb(11 and 12), and Zn(37 and 33). The metals were associated with the soluble/exchangeable, carbonate, Mn/Fe-oxide, organic matter and residual forms to varying degrees. Kinetic extractions cumulatively leached metal concentrations akin to the mobilizable fractions extracted sequentially and the leaching data fitted well into the Elovich model. Metal mobilities were concordant for the three leaching procedures and varied in the order:WTS>WWTS. Calculated ecological risk indices suggested moderate and considerable metal toxicity in WTS and WWTS, respectively with Cd as the worst culprit. The findings may be useful in predicting heavy metals bioavailability and risks in the sludges to guide their disposal and use in land applications.
In order to investigate the dispersion patterns and contamination level of heavy metals in the soil-ecosystem and to evaluate the efficiency of soil remediation by reversed soil method, soils and plants were collected from the Dongjin Au-Ag-Cu mine area and analysed for heavy metals. The dispersion patterns of heavy metals in soils and plants show that heavy metal pollutions caused by waste rump around Dongjin mine are mainly found in the vicinity of the waste rump and in the southward slanting of mine. Toxic metallic pollutants from the mine influence heavy metal contents in paddy soils in downstream area, and may be a potential sources of heavy metal pollution on crop plants. Soil samples collected from the remediated rice farming field by reversed method show similar levels of heavy metal content to those from the polluted rice farming field, but topsoil enrichment of heavy metals are not found. Heavy metal contents of the rice plants collected from remediated rice farming field are significantly lower than those from polluted rice farming field, and it suggests that the reversed soil method is effective for the reduction of bioavailability of heavy metals.
목포연안 갯벌의 중금속 오염 및 생물농축정도를 평가하기 위하여 북항 및 복길리 갯벌의 퇴적물 및 서식생물 중의 중금속 함량을 측정하였다. 갯벌 퇴적물중의 중금속 함량은 Pb를 제외하고는 모두 배경값에 비해 매우 높게 나타나 조사지역 갯벌이 인위적인 금속 오염원에 의한 누적오염이 진행되었음을 시사하였다. 퇴적물에서 가용성 금속함량은 갯벌에 관계 없이 공통적으로 Mn(32-53 mg/kg)>Zn(14-42 mg/kg)>Cu(2.5-17.0 mg/kg)>Pb(2.4-6.8 mg/kg)>Cd(0.5-0.7mg/kg)순으로 높았다. 그러나 가용성염으로 존재하는 중금속 함량은 복길리 갯벌에 비해 북항 갯벌쪽이 높았다. 갯벌내에서 서식하는 해조류 및 저서생물에서 Pb를 제외한 모든 중금속들이 높은 비율로 축적되어있음을 보였다. 중금속의 생물축적 정도는, 농도면에서는 모든 생물이 공통적으로 Mn(129-374 mg/kg)>Zn(19-106 mg/kg)>Cu(6-87 mg/kg)>Cd(4.6-7.6 mg/kg)>Pb(0.2-3.7 mg/kg) 순이었으나, 생물축적률면에서는 파래가 Cd>Mn>Cu>Zn>Pb, 개불이 Cu>Cd>Mn>Zn>Pb, 털콩게가 Cd>Zn>Mn>Cu>Pb 순을 나타냈다. 파래중의 일부 중금속들 특히 북항의 Cu, Zn 그리고 미약하게 Pb, 복길리의 Mn, Cd은 퇴적물중의 중금속 함량과 비례적인 관계를 보여, 각 갯벌에서 이들 중금속들이 인위적 오염원에 의해 상대적으로 더 오염되어있음을 시사하였다. 이상의 결과들은 북항은 물론 청정지역으로 알려진 복길리 갯벌의 해산물이 중금속에 의해 오염되어 있음을 나타내었다.
Phytoextraction is a method of phytoremediation using plants to remediate metal-contaminated soils. Recently, various chelating agents were used in this method to increase the bioavailability of metals in soils. Even though phytoextraction is an economic and environment-friendly method, this cannot be applied in highly metal-contaminated areas because plants will not normally grow in such conditions. This research focuses on identifying chelating agents which are biodegradable and applicable to highly metal-contaminated areas. Lead (Pb) as a target metal and cysteine (Cys), histidine (His), citrate, malate, oxalate, succinate, and ethylenediamine (EDA) as biodegradable chelating agents were selected. Ethylenediamine tetraacetic acid (EDTA) was used as a comparative standard. Plants were grown on agar media containing various chelating agents with Pb to analyze the effect on root growth. Cys strongly increased the inhibitory effect of Pb on root growth of plants, while, His did not affect on it significantly. The inhibitory effect of oxalate is weak, and malate, citrate, and succinate did not show significant effects. Both EDTA and EDA diminished the inhibitory effect of Pb on root growth. The effect of EDA is correlated with decreased Pb uptake into the plants. In conclusion, as biodegradable chelating agents, EDA is a good candidate for highly Pb-contaminated area.
In this research we determined the levels of heavy metals in soil and metal-accumulating plants from a D military shooting site in the Kyungkido district of Korea. The data obtained may be useful in the development of methods for the efficient phytoremediation of contaminated soil. The total Cd, Cu, Pb, and Zn concentrations in the soil were found to be 1.67-5.04 mg/kg, 52.51-106.26 mg/kg, 37.24-90.32mg/kg, and 111.45-188.19mg/kg, respectively. These results show that the soil is contaminated with Cd and Cu, and this contamination is particularly severe in the case of Cd because of its high bioavailability (25-57% of the total metal in the soil is exchangeable). The high concentrations of heavy metals in the shoots of Persicaria thunbergii and Artemisia princeps var. orientalis indicate that these plants (all perennial herbs) accumulate heavy metal efficiently. Further, these plants were found to contain more Cd in its shoots (>60% of the total metal found in the plant) than any other plant; these results indicate that these native species are particularly suited to use in Cd phytoextraction.
Enormous volumes of mining wastes from the abandoned and closed mines are disposed without a proper treatment at Southeastern part of Kangwon Province. Erosion of these wastes contaminates soil, surface water, and sediments with heavy metals. Objectives of this research were to fractionate heavy metals in the mine waste and to assess the potential S. P. A. G.(Soil Pollution Assesment Guidance) of each metal fraction. Mine wastes analyzed for physical and chemical properties. pH of wastes ranged from 3.3 to 8.0. Contents of total N and loss on ignition matter were in the ranges of 0.2~5.6%, and 0.8~15.3%, respectively. Heavy metals in the wastes were higher in the coal mines than those in the other mine wastes. Total concentrations of metals in the wastes were in the orders of Pb > Zn > Cu > Cd, exceeded the corrective action level of the Soil Environment Conservation Law and higher than the natural abundance levels reported from uncontaminated soils. Relative distribution of heavy metal fractions was residual > organic > reducible > carbonate > adsorbed, reversing the degree of metal bioavailability. Mobile fractions of metals were relatively small compared to the total concentrations. Soil Pollution Assesment Guidance(SPAG) values were ranged from 0.08 to 9.14 based on labile fraction of metal concentrations. SPAG values of labile concentration were lower than those of total concentration.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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