Monitoring půd kontaminovaných kovy a polokovy

Michal Fait

Bachelor's thesis

Monitoring of soils contaminated with metals and metalloids

Abstract:

Tato bakalářská práce pojednává o aktuální a závažné problematice kontaminace půd kovy a polokovy. Práce je zaměřena na rizikové prvky Cd, As, Pb a Zn. Cd, Pb a As patří mezi neesenciální prvky, zatímco Zn je esenciální kov, a proto je v organismech do jisté míry potřebný. Spolu s výzkumem toxických prvků byla snaha o stanovení přijatelného maximálního množství těchto rizikových prvků v půdě, a tak začaly vznikat právní normy a legislativní úpravy, které nejen maximální množství rizikových prvků stanovují. Pro stanovení obsahu a frakcionace rizikových prvků v půdě vznikly jednoduché a sekvenční chemické extrakční postupy. „Pseudo-celkové“ množství daných rizikových prvků je extrahováno lučavkou královskou, která je použita i pro stanovení limitů daných zákonem. Tato extrakce není absolutní, jelikož lučavka královská nerozpouští některé pevně vázané sloučeniny a křemičitanové fáze. Ke stanovení obsahu rizikových prvků v různých frakcích lišících se svou vazbou, mobilitou a dostupností v půdě, se používají rozličná extrakční činidla. Standardizovaným sekvenčním extrakčním postupem je tzv. BCR sekvenční extrakce, která rozděluje kovy v půdě do 4 operativně definovaných frakcí. V rámci experimentální části byly analyzovány vzorky půdy odebrané na Příbramsku, kde je vlivem antropogenních činností kontaminace rizikovými prvky velmi vysoká. U vzorků bylo stanoveno pH, pseudo-celkový obsah rizikových prvků (extrakce lučavkou královskou) a byla provedena jednoduchá (0,01M CaCl₂) a sekvenční (BCR) extrakce. Půdní prostředí bylo naměřeno jako kyselé při použití činidla KCl. Bylo zjištěno, že na vybrané lokalitě u říčky Litavky jsou „pseudo- celkové“ limity několikanásobně překročeny, a to obzvláště u zinku a olova. Jako nejrizikovější prvek na dané lokalitě se jeví Zn, který je nejmobilnější a je zastoupen nejvíce ze sledovaných prvků v nejmobilnějších frakcích (vyměnitelná frakce a frakce extrahovatelná 0,01M CaCl₂), ačkoli jeho toxicita není tak vysoká jako u zbylých prvků As, Pb a Cd. Nejdostupnějšími prvky, na základě extrakce 0,01 M CaCl₂, jsou Cd a Zn. Pb, které vykazuje podobné „pseudo-celkové“ obsahy jako zinek, je zastoupeno nejvíce ve vazbě s oxidy železa a manganu. Autor práce se domnívá, že je velice důležité nadále monitorovat rizikové prvky v půdním prostředí. Současně je nutné vyvíjet nové technologie, jež budou zabraňovat dalšímu šíření těchto prvků.

Abstract:

This bachelor's thesis deals with the current and serious issue of the contamination of soils with metals and metalloids. This thesis focuses on risk elements of Cd, As, Pb and Zn. Among them, Cd, Pb, and As belong to non-essential elements, while Zn is an essential metal and is, therefore, to some extent needed in organisms. With the research of toxic elements, efforts were made to establish a maximum acceptable amount of these risk elements in the soil, thus allowing norms and legislation to be established, which set the maximum amount of risk elements. Simple and sequential chemical extraction procedures were developed to determine the content and fractionation of risk elements in the soil. The "pseudo-total" amount of the risk elements in question is extracted by the aqua regia, which is also used to set the limits set by law. This extraction is not absolute since aqua regia does not dissolve some tightly bound compounds and siliceous phases. Various extraction agents are used to determine the content of risk elements in various fractions differing in their bond, mobility, and availability in the soil. The standardized sequential extraction process, the so-called BCR sequential extraction, divides the metals in soil into 4 operationally defined fractions. Within the experimental part, soil samples collected in the Příbram region were analysed. In this area, the contamination with risk elements is very high due to anthropogenic activities. Soil pH was determined within the samples, and the pseudo-total content of risk elements (aqua regia extraction) was determined, and simple (0.01M CaCl₂) and sequential (BCR) extraction were performed. The resulting soil pH was acidic using the reagent KCl. It was found that at the selected site near the Litavka river, the "pseudo-total" limits are exceeded several times, especially for Zn and Pb. The riskiest element on the site appears to be Zn, which is the most mobile and the most abundant element in the most mobile fractions (exchangeable fraction and fraction extractable with 0.01M CaCl₂). However, its toxicity is not as high as that of the remaining elements such as As, Pb, or Cd. Relatively the most available elements, based on the extraction of 0.01 M CaCl₂, are Cd and Zn. The biggest portion of Pb, which exhibits similar "pseudo-total" content as the Zn, is associated with the Fe and Mn oxides. The author of the thesis believes that it is very important to continue to monitor risk elements in the soil environment. At the same time, new technologies need to be developed to prevent the further spread of these elements.

Keywords

olovo, kadmium, zinek, arzen, kontaminace

Keywords

contamination, lead, cadmium, zinc, arsenic

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 30. 3. 2021

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Zuzana Vaňková, Ph.D.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Environmental Sciences

Bachelor programme / field:
Environmental Sciences / Applied Ecology