Frakcionace kovů a polokovů v půdách ošetřených elementálním nanoželezem

Vilém Bodlák

Bachelor's thesis

Fractionation of metals and metalloids in soils amended with nano zerovalent iron

Anotácia:

Aluviální oblast řeky Litavky u Příbrami je vysoce kontaminovaná vlivem intenzivní těžby a zpracování rud během 18. až 20. století. Rizikové prvky jako je kadmium, arsen, zinek, olovo, chrom a rtuť se tak vyskytují ve vysokých koncentracích v půdě. Tyto prvky mohou způsobovat vážné zdravotní problémy, a proto je třeba je stabilizovat. Jelikož se ale prvky vyskytují v různých formách, nelze přímo určit jejich rizikovost z celkové koncentrace v půdě. Jedním ze způsobů stabilizace rizikových prvků je využití elementárního nanoželeza (nZVI). Aplikací tohoto činidla přímo do kontaminované půdy vznikají v krátkém časovém intervalu různé oxidy železa, které mají schopnost na sebe rizikové prvky vázat. Tato práce se zabývá chováním a mobilitou těchto prvků v půdním prostředí, metodou jejich stabilizace a frakcionací těchto prvků podle vazeb v půdě. Experimentální část se zabývá dvěma různými typy nZVI. Jedním je nZVI a druhým sulfidované nZVI (S-nZVI). Tato činidla jsou aplikována do půdy a frakcionace kontaminantů je sledována v pěti inkubačních intervalech od 1 týdne do 5 měsíců. Pro rozdělení prvků do frakcí byla využita BCR sekvenční extrakce. Oba typy nZVI se prokázaly jako vhodná činidla pro stabilizaci kadmia a zinku. Byl zaznamenán pokles koncentrace obou prvků v nejmobilnější frakci a zvýšení koncentrace vazeb na nově vniklé oxidy železa. Po aplikaci činidel se snížilo množství olova vázaného na oxidech železa a manganu. Naopak bylo zaznamenáno zvýšení koncentrace olova v organické hmotě a sulfidech. Obě použitá činidla zapříčinila rozpuštění oxidů manganu v půdě. Z krátkodobého hlediska se projevilo nZVI jako vhodnější stabilizační činidlo než S-nZVI. S narůstajícím časem byl tento trend opačný.

Abstract:

The alluvial area of Litavka river close to Příbram city is highly contaminated due to intensive mining and ore processing from the 18th to 20th century. Heavy metal(loid)s such as cadmium, arsenic, zinc, lead, chromium, and mercury are highly concentrated in this soil. These metal(loid)s may cause serious health issues, therefore it is necessary to stabilize them. Because these substances are present in many forms, it is impossible to determine their toxicity just based on the total digestion. One option for metal(loid)s stabilization is the use of nano zero-valent iron (nZVI). By applying this amendment straight into the soil, various iron oxides are formed, that can subsequently bind targeted metal(loid)s. This thesis is focused on the behavior and mobility of contaminating metal(loid)s in soils, methods of stabilization, and their fractionation based on the type of bounding in soil. The experimental part is focused on the use of the two types of nZVI. The first one is the standard bare nZVI, while another one is sulfidated nZVI (S-nZVI). Amendments are applied to the soil and let to incubate for five different incubating times ranging from 1 week to 5 months. Standardized BCR sequential extraction was used to separate present metal(loid)s into fractions. Both types of nZVI successfully stabilized cadmium and zinc. A decrease in their concentrations in the most mobile fraction and an increase in fraction bound to iron and manganese oxides were recorded. The concentration of lead in fraction bound to iron and manganese oxides decreased after the application of the amendments. On the other hand, an increase in lead concentration bound to organic matter and sulfides was recorded. Both amendments caused the dissolution of manganese oxides in soil. The nZVI was a more suitable stabilizing agent than S-nZVI in a short time scale. This trend was the opposite with the increasing time of the experiment.

Kľúčové slová

kontaminace, nZVI, speciace, sekvenční extrakce, rizikové prvky

Keywords

contamination, nZVI, speciation, sequential extraction, risk elements

Jazyk práce: Czech

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 2. 4. 2023

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 22. 5. 2023
• Vedúci: Ing. Zuzana Vaňková, Ph.D.
• Oponent: Adéla Šípková, Ing.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Environmental Sciences

Bachelor programme:
Applied Ecology