Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Nghiên cứu về việc phục hồi đất ô nhiễm Cadmium/Hợp kim bằng phương pháp rửa: Hiệu quả, Điều kiện và Rủi ro sinh thái
Tóm tắt
Rửa đất là một công nghệ khả thi để đạt được sự phục hồi nhanh chóng và tái sử dụng các địa điểm ô nhiễm. Tuy nhiên, vẫn cần tìm kiếm các tác nhân có thể đạt được tỷ lệ loại bỏ kim loại nặng cao với tác động môi trường thấp. Dựa trên điều này, các tác nhân đơn lẻ và kết hợp đã được sử dụng để rửa đất ô nhiễm. Trong nghiên cứu này, ba loại tác nhân rửa đơn lẻ, rhamnolipid, axit citric và EDTA đã được chọn, và các đặc tính rửa của chúng đối với cadmium (Cd) và thủy ngân (Hg) đã được điều tra. Ảnh hưởng của các yếu tố khác nhau đối với tỷ lệ rửa đã được nghiên cứu bằng cách áp dụng EDTA kết hợp với các axit hữu cơ (axit citric, axit tartaric và axit oxalic), và các thông số vận hành của hệ thống EDTA-axit citric đã được tối ưu hóa bằng phương pháp bề mặt phản ứng. Ngoài ra, sự thay đổi trong các tính chất lý hóa của đất trước và sau khi rửa, cũng như sự ổn định và khả năng di động của các kim loại nặng, đã được đánh giá bằng các chỉ số IR và MF. Kết quả cho thấy hỗn hợp EDTA 2% và axit citric 5% là hiệu quả nhất trong việc loại bỏ các kim loại nặng. Các thông số eluent tối ưu cho S1 (mức độ ô nhiễm nhẹ) là: tỷ lệ thể tích EDTA/axit citric: 1:1, tỷ lệ chất lỏng/đất: 20:1, và thời gian rửa: 120 phút; dưới các điều kiện vận hành này, tỷ lệ loại bỏ Cd và Hg lần lượt là 88.7% và 66.3%. Các thông số eluent tối ưu cho S2 (mức độ ô nhiễm nặng) là: tỷ lệ thể tích EDTA/axit citric: 1.5:1, tỷ lệ chất lỏng/đất: 30:1, và thời gian rửa: 120 phút; dưới các điều kiện vận hành này, tỷ lệ loại bỏ Cd và Hg lần lượt là 91.2% và 71.5%. Cả S1 và S2 đều đạt tiêu chuẩn đất sau khi rửa bằng tác nhân kết hợp này (Cd: 65 mg/kg; Hg: 38 mg/kg). Trong đánh giá rủi ro, các đặc tính lý hóa của đất không thay đổi đáng kể sau khi rửa bằng EDTA-axit hữu cơ. Nội dung kim loại nặng tồn dư ở dạng hiệu quả đã giảm đáng kể, và độ ổn định đã được cải thiện rõ rệt, cho thấy rằng các tác nhân rửa kết hợp có thể giảm thiểu hiệu quả rủi ro sinh thái của đất ô nhiễm. Do đó, việc kết hợp EDTA với các axit hữu cơ là một phương pháp hợp lý để cải thiện công nghệ rửa đất.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
Allman, A., Whiteside, J., Jewell, E., Griffiths, C., McMurray, N., & De Vooys, A. (2020). Surface modification of Cr(III) packaging substrates for enhanced adhesion via citric acid processing. Surfaces and Interfaces, 20, 100545. https://doi.org/10.1016/j.surfin.2020.100545
Amofah, L. R., Maurice, C., Kumpiene, J., & Bhattacharya, P. (2011). The influence of temperature, pH/molarity and extractant on the removal of arsenic, chromium and zinc from contaminated soil. Journal of Soils and Sediments, 11(8), 1334–1344. https://doi.org/10.1007/s11368-011-0411-y
Aşçı, Y., Nurbaş, M., & Açıkel, Y. S. (2007). Sorption of Cd(II) onto kaolin as a soil component and desorption of Cd(II) from kaolin using rhamnolipid biosurfactant. Journal of Hazardous Materials, 139(1), 50–56. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2006.06.004
Ash, C., Tejnecký, V., Borůvka, L., & Drábek, O. (2016). Different low-molecular-mass organic acids specifically control leaching of arsenic and lead from contaminated soil. Journal of Contaminant Hydrology, 187, 18–30. https://doi.org/10.1016/j.jconhyd.2016.01.009
Beiyuan, J., Tsang, D. C. W., Valix, M., Baek, K., Ok, Y. S., Zhang, W., et al. (2018). Combined application of EDDS and EDTA for removal of potentially toxic elements under multiple soil washing schemes. Chemosphere, 205, 178–187. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2018.04.081
Bucheli-Witschel, M., & Egli, T. (2001). Environmental fate and microbial degradation of aminopolycarboxylic acids. FEMS Microbiology Reviews, 25(1), 69–106. https://doi.org/10.1111/j.1574-6976.2001.tb00572.x
Cao, Y., Zhang, S., Zhong, Q., Wang, G., Xu, X., Li, T., et al. (2018). Feasibility of nanoscale zero-valent iron to enhance the removal efficiencies of heavy metals from polluted soils by organic acids. Ecotoxicology and Environmental Safety, 162, 464–473. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2018.07.036
Chang, T., & Yen, J. (2006). On-site mercury-contaminated soils remediation by using thermal desorption technology. Journal of Hazardous Materials, 128(2–3), 208–217. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2005.07.053
Chen, Y., Zhang, S., Xu, X., Yao, P., Li, T., Wang, G., et al. (2015). Effects of surfactants on low-molecular-weight organic acids to wash soil zinc. Environmental Science and Pollution Research, 23(5), 4629–4638. https://doi.org/10.1007/s11356-015-5700-3
Dermont, G., Bergeron, M., Mercier, G., & Richer-Laflèche, M. (2008). Soil washing for metal removal: A review of physical/chemical technologies and field applications. Journal of Hazardous Materials, 152(1), 1–31. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2007.10.043
Finžgar, N., & Leštan, D. (2007). Multi-step leaching of Pb and Zn contaminated soils with EDTA. Chemosphere, 66(5), 824–832. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2006.06.029
Gautam, P., Bajagain, R., & Jeong, S. W. (2020). Combined effects of soil particle size with washing time and soil-to-water ratio on removal of total petroleum hydrocarbon from fuel contaminated soil. Chemosphere, 250, 126206. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2020.126206
Gee, G. W., & Bauder, J. W. (1986). Particle-size analysis. In A. Klute (Ed.), Methods of soil analysis (pp. 383–411). American Society of Agronomy/Soil Science Society of America.
Guo, X., Wei, Z., Wu, Q., Li, C., Qian, T., & Zheng, W. (2016). Effect of soil washing with only chelators or combining with ferric chloride on soil heavy metal removal and phytoavailability: Field experiments. Chemosphere, 147, 412–419. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2015.12.087
Gusiatin, Z. M., & Klimiuk, E. (2012). Metal (Cu, Cd and Zn) removal and stabilization during multiple soil washing by saponin. Chemosphere, 86(4), 383–391. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2011.10.027
Han, Y., Zhang, C., Zhu, L., Gao, Q., Wu, L., Zhang, Q., & Zhao, R. (2019). Effect of alternating electromagnetic field and ultrasonic on CaCO3 scale inhibitive performance of EDTMPS. Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers, 99, 104–112. https://doi.org/10.1016/j.jtice.2019.03.008
Hu, B., Shao, S., Ni, H., Fu, Z., Hu, L., Zhou, Y., et al. (2020). Current status, spatial features, health risks, and potential driving factors of soil heavy metal pollution in China at province level. Environmental Pollution, 266, 114961. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2020.114961
Hu, W., Niu, Y., Zhu, H., Dong, K., Wang, D., & Liu, F. (2021). Remediation of zinc-contaminated soils by using the two-step washing with citric acid and water-soluble chitosan. Chemosphere, 282, 131092. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2021.131092
Huang, K., Shen, Y., Wang, X., Song, X., Yuan, W., Xie, J., et al. (2021a). Choline-based deep eutectic solvent combined with EDTA-2Na as novel soil washing agent for lead removal in contaminated soil. Chemosphere, 279, 130568. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2021.130568
Huang, Q., Yu, Y., Zheng, J., Zhou, J., Wu, Z., Deng, H., et al. (2021b). Understanding and controlling the key phase transformation for selective extracting Ni and Cu from Cr-containing electroplating sludge. Surfaces and Interfaces, 24, 101090. https://doi.org/10.1016/j.surfin.2021.101090
Jiang, J., Yang, M., Gao, Y., Wang, J., Li, D., & Li, T. (2017). Removal of toxic metals from vanadium-contaminated soils using a washing method: Reagent selection and parameter optimization. Chemosphere, 180, 295–301. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2017.03.116
Jiang, Y. F., Zhan, H. Y., Yuan, J. M., Ma, M. G., & Chen, H. (2006). Washing efficiency of heavy metals in soils with EDTA enhanced by surfactants. Journal of Agro-Environment Science, 25(1), 119–123.
Kandpal, G., Srivastava, P. C., & Ram, B. (2005). Kinetics of desorption of heavy metals from polluted soils: Influence of soil type and metal source. Water Air Soil Pollut, 161(1–4), 353–363. https://doi.org/10.1007/s11270-005-5548-0
Lee, C. S. L., Li, X., Shi, W., Cheung, S. C. N., & Thornton, I. (2006). Metal contamination in urban, suburban, and country park soils of Hong Kong: A study based on GIS and multivariate statistics. Science of The Total Environment, 356(1), 45–61. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2005.03.024
Lee, D. H., Cody, R. D., Kim, D. J., & Choi, S. (2002). Effect of soil texture on surfactant-based remediation of hydrophobic organic-contaminated soil. Environment International, 27(8), 681–688. https://doi.org/10.1016/s0160-4120(01)00130-1
Li, L. I., Zhang, S., He, Q., & Hu, X. B. (2015b). Application of response surface methodology in experiment design and optimization. Research and exploration in laboratory, 34(8), 41–45.
Li, Y. J., Hu, P. J., Zhao, J., & Dong, C. X. (2015a). Remediation of cadmium- and lead-contaminated agricultural soil by composite washing with chlorides and citric acid. Environmental Science and Pollution Research, 22(7), 5563–5571. https://doi.org/10.1007/s11356-014-3720-z
Lian, M., Wang, L., Feng, Q., Niu, L., Zhao, Z., Wang, P., et al. (2021). Thiol-functionalized nano-silica for in-situ remediation of Pb, Cd, Cu contaminated soils and improving soil environment. Environmental Pollution, 280, 116879. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2021.116879
Liu, C. C., & Lin, Y. C. (2013). Reclamation of copper-contaminated soil using EDTA or citric acid coupled with dissolved organic matter solution extracted from distillery sludge. Environmental Pollution, 178, 97–101. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2013.02.034
Liu, Q., Deng, Y., Tang, J., Chen, D., Li, X., Lin, Q., et al. (2019). Potassium lignosulfonate as a washing agent for remediating lead and copper co-contaminated soils. Science of The Total Environment, 658, 836–842. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.12.228
Mao, X., Jiang, R., Xiao, W., & Yu, J. (2015). Use of surfactants for the remediation of contaminated soils: A review. Journal of Hazardous Materials, 285, 419–435. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2014.12.009
Mukhopadhyay, S., Mukherjee, S., Adnan, N. F., Hayyan, A., Hayyan, M., Hashim, M. A., & Gupta, B. S. (2016). Ammonium-based deep eutectic solvents as novel soil washing agent for lead removal. Chemical Engineering Journal, 294, 316–322. https://doi.org/10.1016/j.cej.2016.02.030
Mulligan, C. N. (2005). Environmental applications for biosurfactants. Environmental Pollution, 133(2), 183–198. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2004.06.009
Mulligan, C. N., Yong, R. N., & Gibbs, B. F. (2001). Heavy metal removal from sediments by biosurfactants. Journal of Hazardous Materials, 85(1–2), 111–125. https://doi.org/10.1016/s0304-3894(01)00224-2
Navarro, A., Cañadas, I., Martinez, D., Rodriguez, J., & Mendoza, J. L. (2009). Application of solar thermal desorption to remediation of mercury-contaminated soils. Solar Energy, 83(8), 1405–1414. https://doi.org/10.1016/j.solener.2009.03.013
O’Connor, D., Hou, D., Ok, Y. S., Mulder, J., Duan, L., Wu, Q., et al. (2019). Mercury speciation, transformation, and transportation in soils, atmospheric flux, and implications for risk management: A critical review. Environment International, 126, 747–761. https://doi.org/10.1016/j.envint.2019.03.019
Qiu, R., Zou, Z., Zhao, Z., Zhang, W., Zhang, T., Dong, H., & Wei, X. (2010). Removal of trace and major metals by soil washing with Na2EDTA and oxalate. Journal of Soils and Sediments, 10(1), 45–53. https://doi.org/10.1007/s11368-009-0083-z
Samaksaman, U., Peng, T. H., Kuo, J. H., Lu, C. H., & Wey, M. Y. (2016). Thermal treatment of soil co-contaminated with lube oil and heavy metals in a low-temperature two-stage fluidized bed incinerator. Applied Thermal Engineering, 93, 131–138. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2015.09.024
Shen, F., Liao, R., Ali, A., Mahar, A., Guo, D., Li, R., et al. (2017). Spatial distribution and risk assessment of heavy metals in soil near a Pb/Zn smelter in Feng County, China. Ecotoxicology and Environmental Safety, 139, 254–262. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2017.01.044
Sierra, M. J., Millán, R., López, F. A., Alguacil, F. J., & Cañadas, I. (2015). Sustainable remediation of mercury contaminated soils by thermal desorption. Environmental Science and Pollution Research, 23(5), 4898–4907. https://doi.org/10.1007/s11356-015-5688-8
Son, H. O., & Jung, M. C. (2010). Relative extraction ratio (RER) for arsenic and heavy metals in soils and tailings from various metal mines, Korea. Environmental geochemistry and health, 33(S1), 121–132. https://doi.org/10.1007/s10653-010-9356-0
Tang, J., He, J., Liu, T., & Xin, X. (2017). Removal of heavy metals with sequential sludge washing techniques using saponin: Optimization conditions, kinetics, removal effectiveness, binding intensity, mobility and mechanism. RSC advances, 7(53), 33385–33401. https://doi.org/10.1039/c7ra04284a
Wu, B., Guo, S., Zhang, M., Chen, C., & Zhang, Y. (2022). Coupling effects of combined thermal desorption and stabilisation on stability of cadmium in the soil. Environmental Pollution, 310, 119905. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2022.119905
Xiao, R., Ali, A., Wang, P., Li, R., Tian, X., & Zhang, Z. (2019). Comparison of the feasibility of different washing solutions for combined soil washing and phytoremediation for the detoxification of cadmium (Cd) and zinc (Zn) in contaminated soil. Chemosphere, 230, 510–518. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2019.05.121
Xiao, R., Wang, S., Li, R., Wang, J. J., & Zhang, Z. (2017). Soil heavy metal contamination and health risks associated with artisanal gold mining in Tongguan, Shaanxi, China. Ecotoxicology and Environmental Safety, 141, 17–24. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2017.03.002
Yoo, J. C., Beiyuan, J., Wang, L., Tsang, D. C. W., Baek, K., Bolan, N. S., et al. (2018). A combination of ferric nitrate/EDDS-enhanced washing and sludge-derived biochar stabilization of metal-contaminated soils. Science of The Total Environment, 616–617, 572–582. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.10.310
Yue, R., Zhang, X., Zhong, Y., Chen, Z., Zhao, Y., Wang, D., et al. (2022). Thermal reduction-desorption of cadmium from contaminated soil by a biomass co-pyrolysis process. Journal of Hazardous Materials, 423, 126937. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2021.126937
Zaki, M. S., Zakaria, A., Eissa, I. A. E. M., & Eldeen, A. I. N. (2016). Effect of cadmium toxicity on Vertebrates. Electron physician, 8(2), 1964–1965. https://doi.org/10.19082/1964
Zhao, C., Dong, Y., Feng, Y., Li, Y., & Dong, Y. (2019). Thermal desorption for remediation of contaminated soil: A review. Chemosphere, 221, 841–855. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2019.01.079
Zhu, Z., Wang, J., Liu, X., Yuan, L., Liu, X., & Deng, H. (2021). Comparative study on washing effects of different washing agents and conditions on heavy metal contaminated soil. Surfaces and Interfaces, 27, 101563. https://doi.org/10.1016/j.surfin.2021.101563
Hindersmann, I., & Mansfeldt, T. (2014). Trace element solubility in a multimetal-contaminated soil as affected by redox conditions. Water, Air, & Soil Pollution, 225(10). https://doi.org/10.1007/s11270-014-2158-8
Ministry of Ecology and Environment (2021). China ecological environment status bulletin. Central People’s Government of the People’s Republic of China website. https://www.mee.gov.cn/hjzl/sthjzk/zghjzkgb/202205/P020220608338202870777.pdf