浸出的铬、铜和砷CCA-Treated电线杆

文摘

浓度的铜、铬、以及在土壤周围26道格拉斯冷杉铬酸铜砷酸(CCA)治疗电线杆和雨水径流从一个新的CCA处理电线杆段(日志)悬浮在油缸进行了研究。电线杆的年龄,距离波兰人、降雨量、土壤样本的特征包括阳离子交换量(CEC)、pH值、总有机碳(TOC)被认为是。重的降雨,潮湿的条件,更多的风化波兰人贡献最大的浸出铜、铬,。的最大浓度测量土壤铜、铬、分别为37.5,65.5,和38.9更易/公斤和最大的铜、铬、浓度在雨水径流是14,77.7和55.8μmol / L。金属浓度与两极距离减少,除了在一个电线杆位置,铜是最淋溶的三个元素。似乎有更大的流动性的土壤比沿着输电线路的Cr。最近的海岸和最大数量的样本收集,土壤CEC和TOC值最高,CEC和TOC直接和强烈相关。

1。介绍

铬酸铜砷酸(CCA)自1930年代以来已被广泛使用作为一个木材防腐剂(1- - - - - -3)保护结构如电线杆、篱笆帖子,后院甲板,操场上设备,和海洋结构从真菌和细菌攻击。然而,承认CCA的危害导致了一些减少它的使用,例如,在美国禁止在居民区(4,5]。也有退休的问题目前使用CCA-treated结构(6]。CCA-treated木材的使用寿命50年,它的使用在消费后的产品(如景观覆盖物),2001年在英国确定为0.9%,2061年在英国可能达到12.3% (4,7]。在南非,CCA仍然是常用的和地方食品摊贩在开普敦甚至烹饪食物在火灾引发CCA-treated木材(1]。

不同配方的CCA (CCA-A CCA-B, CCA-C)存在,但CCA-C含有18.5%措(氧化铜)、47.5%的作物₃(氧化铬或无水铬酸),34%₂O₅(五氧化二砷)是最常见的8- - - - - -10]。铜的作用是防止真菌和昆虫,分别和Cr的目的是作为固定剂(11,12]。CCA应用程序期间,铬(VI)降低铬(III)和最终产品可能包括砷酸铬(III) - (CrAsO₄-)木质素复合物,铬酸- (-)木质素和纤维素复合物、铜(II)木羧酸盐复合物,和氢氧化铬(III)10,13,14]。

当地气候、浸出媒体、木属性,和木材处理技术影响浸出的由处理过的木材CCA (14,和引用其中]铜铬砷酸和无机或有机金属配合物(11]。浸出铜,铬,也可能是更大的木头已经风化(7]。尽管CCA木材废料处置在批准的垃圾填埋场,偏好正朝着管理选项包括完整切除CCA和其产品从木材废料处置之前,解决垃圾填埋空间的短缺和安抚公众(15]。

铜(II)与土壤有机质债券,对水生生物有毒,一般上面有毒微量(4,16]。有机物和无机药剂如铁可以减少铬(VI)更少的有毒铬(III)形成复合物,更稳定,更保留土壤(17]虽然Cr物种形成的eh ph条件也会影响土壤(18]。十分关注的是由于人类的曝光效果(19]。砷酸亚砷酸(V)和(3)是最常见的形式在土壤20.),(3)是更多的有毒和丰富14]。既和Cr是已知的人类致癌物4]。

研究6 CCA /聚乙二醇(PEG)电线杆,发现治疗更易与公斤的铜、更易与公斤的Cr更易/公斤在邻近的土壤6]。CCA篱笆帖子治疗的研究报道最大土壤浓度10.1更易/公斤(19]。

一本研究的目的是更好地欣赏的浸出量的铜、铬、以及可能发生的CCA处理的电线杆和如何影响土壤浸出。的野外研究和测量浸出铜、铬,从一个刚治疗木制日志悬浮在汽缸提供一些答案。水和土壤样品,正在努力确定温度的影响,降雨和/或年龄对浸出的金属杆。另一个目标是了解自然的土壤环境进行了实地测试,观察效果,如果有的话,土壤对金属的浸出。为此土壤pH值等特点,阳离子交换量(CEC),和总有机碳(TOC)的土壤样品测定。

2。材料和方法

2.1。网站描述

收集土壤样本从电线杆沿着输电线路(TLs 227、259和225年)在纽芬兰西部。输电线路运行227年和259年北的浆果山以东大约30和60米,分别半岛北部的高速公路,边境圣劳伦斯湾,北到彼得的巴伦在丹尼尔的港口。抽样在TLs 227年和259年才进行内格罗斯莫尔纳国家公园和区域见图1(一)。输电线路225是一条2.4公里的鹿镇湖和湖的北部边界接壤的相同的名称,描述,如图1(一)和详细的图1 (b)。所有的电线杆沿着输电线路是相同的年龄,但是每个TL是一个不同的时代。

收集土壤样本约26 CCA处理电线杆。十八岁的波兰人都格罗斯莫尔纳国家公园区域,14的TL 227和4 TL 259。其余8电线杆的TL 225鹿湖附近。26个波兰人来自24个不同的网站因为1网站包含三个波兰人。土壤样本位置选择根据电力科学研究院提出的标准(21)五、杂酚油治疗两极。所有波兰人道格拉斯冷杉(Pseudotsuga menziesii),已知的年龄,从土壤易接近的地区有变量属性,远离工业区,没有接触到杀虫剂或其他污染,至少1.80米的距离巷道,并位于至少1.80米直径的清算。

测试金属浓度的减少与距离的26个电线杆进行最小二乘线性回归分析的样本。

比较每个金属和降雨量的影响在三个TLs 0厘米的距离,一个不平衡的方差分析(方差分析)(Excel 2010)是对这些样本进行的。方差分析后,图基的过程是用来确定哪些TLs人口意味着有显著不同。

探讨土壤属性之间的相关性(TOC、CEC和pH值)对于每一个TL,采用线性回归分析。

2.2。土壤采样和特征

收集土壤样本的距离0,30和60厘米的26个波兰人和3背景收集土壤样本的距离7 m共有81个土壤样品。

每个样本收集手动清洗不锈钢勺子和放置在一个新的密封塑料袋密封,在4°C冷藏。

土壤样本由美国环保署消化方法3050 B (22在4°C)和存储在冰箱里直到分析铜、铬,。6100年进行分析是一个优秀的SCIEX Elan电感耦合等离子体质谱仪(ICP MS)在加拿大西北大西洋渔业和海洋渔业中心微量元素实验室在圣约翰,纽芬兰、加拿大。分析质量控制监测的国家标准与技术研究所(NIST)认证的参考资料1463 d。ppb的重复分析的结果(NIST的1643 d标准是Cr、铜,当。NIST认证磅值1643 d Cr、铜,当。在稀溶液检测范围为所有三个元素< 1.0磅。雨水样品分析和使用相同的设备在同一个实验室土壤消化。单个NIST 1643进行了分析水样的分析质量控制的目的和结果在十亿分之19.1 Cr,铜21.5,56.8。

TOC的土壤样品进行分析修改Walkely-Black湿氧化法(23]。测定土壤CEC的样品是根据Ca (OAc)₂-CaCl₂方法(23]。土壤pH值决定了1:CaCl 2土壤的比例:0.01米₂(24]。浓度的铜、铬,在复制和CEC值测量样本的10%。所有的pH值测量和三分之二的TOC为每个样品进行重复测量。

2.3。抽样的径流新鲜电线杆段处理

1.50米长,0.30米直径电线杆段或日志,新鲜CCA处理垂直悬挂在高2.40米,直径1.20米的塑料圆筒外暴露到元素。缸的底部被连接到一个出口径流收集。抽样每次降雨事件发生或经过多天的降雨,在这种情况下,总降雨量自前一采样时间使用。采样时间是9月5日至10月28日,2002年,包容,包容,2004年4月27日至9月30日和6月7日至7月25日,2005年,包容性,降雨量和最大温度记录(25]。在2003年没有样本收集日志仍在汽缸但缸布满了董事会和出口被打开。雨水径流样品和一个背景样本与HNO酸化₃pH值小于2,储存在室温下,直到分析。

3所示。结果与讨论

3.1。径流从暂停日志

3.1.1。浸出的金属与降雨量的趋势

观察趋势的浸出铜、铬、与降雨量杆段,水样本单独考虑每一个三岁,这样极可能是孤立的一个因素,而只有降雨量≥10毫米。选择了10毫米截止(1)确保降雨量将足够强度和日志(2)给足够的时间被浸泡在所需的情况下这是金属的浸出。结果从2002年开始,2004年和2005年的数据所示2(一个),2 (b),2 (c),分别。

2002年的最大降雨量36.4毫米的最大数量的浸出铜、铬,从日志中。2004年的降雨量22.8毫米,30.6和100.9毫米给大量的淋溶金属最高的三个。2005年42.6毫米的最大降雨产生的浸出金属的登录。

的浓度淋溶铜、铬,类似于2002年和2005年(数字2(一个)和2 (c))。然而,一个区别是,2002年铜浓度大于其他两个元素和2005年浓度低于其他两个元素。浸出铜最为明显的年,但特别是在第一年。去年的浸出铜的Cr变得更加相似。

2004年有7实例当淋溶元素的浓度超过了最大数量在2002年和2005年和显示的最大浸出的三个事件按时间顺序检查和讨论。这些事件是8月31日,9月5日和9月20日,如图2 (b)和每个降雨量发生在代表了多天的雨。

与第一个事件在2004年8月31日,有一个总降雨量30.6毫米(跟踪,1.2毫米,跟踪,16.4毫米,13.0毫米,8月27日28日,29日,30日和31日)和浓度的铜、铬、淋滤从暂停日志分别为29.4,13.6和8.87μ分别mol / L。集合的之前的采样和排空气缸已于8月26日。降雨发生于8月17日至31日每天包容性和总计58.6毫米。连续15天的潮湿条件最终以淋溶金属的大量观察8月31日。

2004年9月5日(第二个事件)的降雨量22.8毫米(16.2和6.6毫米9月4和5)和浓度的铜、铬、淋滤从日志149,77.7和55.8μ分别mol / L。但是,这一次有连续20天的雨从8月17日到9月5日包容的总降雨量83.6毫米。采样前长时间的潮湿条件可能增强的铜、铬、以及从日志。

9月4 - 5日最高气温只有11.9°C和11.1°C,三周后,平均最高温度为19.5°C。后20天的温暖,潮湿的天气,收缩的木头冷却器温度可能会迫使一些长期保留水驱逐,这可能也导致了最高记录浓度的铜、铬、淋滤从暂停日志。其他人观察到铜和淋滤更随着温度上升而Cr淋溶略低于30°C (26]。

2004年9月20日(第三个事件)的降雨量100.9毫米(跟踪,2.3毫米,0毫米,0毫米,跟踪,6.4毫米,62毫米和30.2毫米9月13日,14日,15日,16日,17日,18日,19日和20)。浓度的铜、铬、并从日志中分别为60.8,46.2和50.5μ分别mol / L。98.6毫米的雨落在抽样前连续4天是最大的降水量观测到的样本测量和高降雨量可能是重要的。之前的抽样前9月12日或8天。

这三个实例的最大浸出铜、铬、以及可能归因于总降雨量,长期潮湿时期前样品测量,并可能温度下降。鉴于长期潮湿似乎提高了酸浸出,曾有意从木材废料中提取CCA (15),潮湿、酸性垃圾填埋场环境创造理想的浸出条件的CCA木材废料垃圾填埋场。

在2002年,2004年和2005年进行抽样时,全部或部分月降雨量最高9月30时,2002(104.6毫米),2004年9月(205.7毫米),和2005年6月7-30(103毫米)。2004年9月降雨积累大约是最高测量几个月在2002年和2005年的两倍,这可能导致两个实例的最大浸出从暂停日志。从1981年到2010年平均降水量在圣约翰9月是129.6毫米27]。2004年9月降雨积累显然是例外。

共有57个样本的径流日志,平均数量的铜、铬、分别为8.98,5.30和3.88μ分别mol / L。一个背景雨水样品中含有铜、铬、浓度为1.134,0.015和0.002μ分别mol / L。然而,5 57径流样品在后台包含铜低于水,铜浓度最低的0.52μmol / L。可能会有小的变化的雨水浓度和本研究的目的这些浓度可以忽略不计。

3.1.2。金属浓度径流水质指南相比从日志

年平均、最大和标准差的浓度的铜、铬,以径流从暂停日志表1。水质指南铜、铬、保护饮用水,淡水和海洋生物,农业家畜和农作物(28)还包括进行比较。

与图2、表1显示出类似的金属浓度在2002年和2005年径流和更高的数量在2004年。饮用水中铜的指南是为审美目的铜是一个重要的营养(高铜浓度可能会导致绿色涂料形成在浴室和厨房设备)。每年的平均径流的Cr浓度高于允许的饮用水。

浓度的平均每年超过所有的容许极限对水有一个例外是2005年平均低于灌溉用水的容许极限。众所周知,因为可以迁移到地下水,造成污染。在佛罗里达尤其如此,农药含有已经应用于高尔夫球场,因为频繁灌溉,多孔底层土壤系统,和一个表浅层地下水,地下水已成为污染(29日]。

3.2。土壤样本的特性

pH值的平均值和范围,CEC, TOC决定为每一个TL和每个三个距离的电线杆,展示在表2。回归分析显示,TOC和CEC值显著正相关,TL 227 0, 30、60厘米和这些相关性的线性趋势线值为0.00152,0.00864和6.56×10⁻⁷分别为,值为0.581、0.450和0.882,分别。没有这样的相关性被发现的少采样TLs 225年和259年,没有明显的相关性被发现在其他土壤属性。

CEC和TOC之间有很强的正相关关系也可能被解释成的土壤有机质含有大量的羧基组分离,为负电荷,导致高CEC (30.]。它是由Zagury et al。6),有机土壤CEC值高于粘土土壤和有机物质贡献CEC将大于粘土的贡献。

表2显示更多类似的小灵通沿着平行TLs 227年和259年的土壤,虽然沿着沿海TL 227土壤有机质含量的两倍,表明土壤的有机浓缩接近海岸。

大部分的土壤样本微酸性pH值和大约40%的TOC含量范围为0至1%。人们已经发现,铜的浸出CCA木材增加更多的酸性土壤31日而[32]发现铜的浸出增加更多的碱性土壤。与被暂停日志、暴雨和潮湿的条件似乎有重大影响的浸出铜、铬,。

3.3。土壤采样在0、30和60厘米距离电线杆和降水的效果

详细总结了采样的土壤相关表3。岁的波兰人表示多久他们被暴露于降水采样的时候是在2002年7月。表的最后一列是月平均降水的时间估计杆安装,直到时间样本收集。鹿湖车站(49°13′N, 57°24′W和EL 21.90米)被用来确定TL 225年的沉淀。站在牛的头(49°54′42 N, 57°47′20 W, EL 15.2米,图1(一)),通过TL 227运行时,被用来确定TL 227年的沉淀和并行TL 25925]。

最小二乘线性回归分析的结果的土壤样本距离的电线杆铜、铬,浓度数据所示3,4,5,分别。这些数据显示的趋势下降的铜、铬、浓度与波兰人的距离,除了两种金属在TL 259,只有四个波兰人被取样,这种趋势显著。通常线性和指数减少金属浓度符合数据,但在每种情况下给最合适的线或最高值显示在图。减少铜、铬,浓度与两极距离被Zagury等人也报道,Hingston et al。6,14]。

数据3,4,5显示每个TL和为每一个金属的最大的散射是0厘米距离和减少金属的趋势随着距离的铜杆是最为明显的。

方差分析的结果比较三个TLs降雨量的影响,随着每个TL的平均值和标准偏差值在0厘米(表4),表明至少两个TLs为每个金属和不同显示所有三种金属的平均金属浓度最高的TL 259(也从数据明显3,4,5)和最低TL 225。这些可以看到相对金属浓度成比例的月平均降水数量表3。

TLs的两两比较的结果用图基的过程中,需要确定显著不同的浸出金属的TLs,展示在表5。最小的差异或手段值之间的TLs相比实际的差异意味着有95%信心确认TLs 225和259是不同的金属(粗体字体)和TLs 227和259是不同的Cr(粗体字体)。227年和225年最不同的TLs是TLs。这些结果可以解释为杆的组合年龄、月平均降雨量,多余的CCA被淋溶出最新的波兰人。

紫外线照射的风化过程中起着重要作用CCA-treated木头和铜的浸出,Cr,和7,33从风化木)报告,浸大。风化雨,风,阳光、盐和温度变化可以帮助释放CCA组件的木头。增加杆年龄通常会增加暴露极的风化。也可能有“重大洗掉效应”与新治疗两极(4]。

最不同的和最近的年龄TLs 1 - 2岁的TLs(227和225)。最不同的TLs, 225年和259年,经验丰富的月平均降雨量最大的差异(13.7毫米)除了11年的年龄差距。TLs的原因227年和259年不同的是低于TLs 225年和259年,尽管12年的年龄差距,可能是因为额外的浸出从一岁的波兰人和月平均降雨量少差异(7.3毫米)。降雨量是同样重要的金属浸出暂停日志。

分区之间的金属土壤和孔隙流体阶段,一个部分的金属被保留,另一个部分迁移,而且在某种程度上金属保留土壤与金属浓度增加。更多的金属能够积聚在13岁的波兰人的土壤(TL 259)。在表中使用金属浓度均值4,金属的比例在13年的土壤相比,1年1.77(铜),6.10 (Cr)和3.33()和2年相比是4.64(铜),14.0 (Cr)和11.4 ()。在早期更多铜被删除从暂停日志可以解释更多类似的铜去除1和13年(表4和5)。Cr的最大相对积累在13年的土壤可能表明Cr至少是移动的。如有低于Cr积累在土壤由13年也可能意味着更多的移动比Cr Zagury等人也注意到了一些和史迪威Gorney [6,12]。

在洪水、厌氧条件下(如暴雨和长时间的降雨导致土壤成为饱和脂肪),砷酸亚砷酸(V)减少(III)和任何(V)连着土壤可以释放(III) [34]。等动员(III)可以促进其向下迁移(可能地下水)只要强降雨仍在继续。如果减少条件结合降低pH值的观察TLs 227年和259年,沿岸土壤胂气体,二甲胂也可以形成和被释放到大气中34]。

移动越少铬(III)时可能发生有机物和无机铁的化合物存在于土壤(17]。人为铬(VI)排放对环境通常是转换为铬(III),这是更常见的在环境中(35]。使用木醋中提取铜、铬,CCA-treated木材废料是最成功的Cr (15]。因此,有一些文献支持,可能比Cr移动环境中。

当人为引入铜表面土壤对有机物质有很强的亲和力和粘土36]。即使表面土壤释放的它会连着任何活性细颗粒土壤,包括有机和粘土土壤深度和通常不移动(36]。三种金属的浸出铜可能最关心的,因为它往往仍连着土壤。

比较比例的铜、铬,CCA-C(18.5%措,CrO的47.5%₃和34%,₂O₅)与土壤样品在这项研究中(表4)导致的结论是,铜是最容易移除整个时间段正在考虑从两极。另一项研究的金属浸出从CCA处理电线杆6)发现,土壤中铜浓度样本总是高于Cr和浓度和36建议铜不是动员在土壤含有细活性土壤颗粒有机物或粘土等。25的26个波兰人在这项研究中铜浓度最高,但这不是明显的13岁的波兰人在TL 259(表4和图4)因为在0厘米从一个磁极(101页)铬浓度最高,是如此之高,以至于改变了平均值观察到的趋势。如果这个特殊的电线杆是低质量的木头,这样更容易成为风化或如果它是安装在一个特别暴露位置更容易风化,这也许可以解释所有金属的高水平的浸出。在三种金属中,木醋最成功的将铜从CCA-treated木材废料(15]。尽管铜可以最容易从电线杆,很可能保留的土壤。

3.4。最大的铜、铬、和土壤中的浓度

表6显示最极端情况下的浸出铜、铬,电线杆。只有极P101表现出更强的Cr比铜的浸出。尽管铬浓度出乎意料地高,所有的土壤样本以30 - 60厘米,铬浓度最高的这两个距离也观察到在这个极,所以这个数字在表6是合理的。

尽管抽样只进行4波兰人TL 259,值得注意的是周围土壤样品3的4杆含有一些金属浓度最高。这似乎是更大的浸出的证据从年长的电线杆,更多的暴露于降雨,和风化也由美世和Frostick7]。

3.5。相比土壤样本测量距离和指导方针

表7包含平均、标准偏差和最大的金属浓度在0值,30和60厘米的电线杆,在7米的三个电线杆。金属浓度在7米被送往近似的自然背景浓度铜、铬、和土壤中。所有样本的收集(0)30和60厘米,九个金属浓度最高的七杆101页。

砷是令人担忧,因为它的毒性和一般称为浓度在0厘米,30厘米,60厘米,7 m在土壤超过允许的限度。最高的土壤浓度测量是允许水平的2431倍。土壤在纽芬兰和拉布拉多的浓度通常很高,通常高于指南。平均铜浓度在0和30厘米超过允许限制铜在农业和住宅土壤和Cr平均浓度在0厘米也超过了土壤中铬的限制。

4所示。结论

对径流从暂停日志、铜溶滤最第一年,在最后一年(四)Cr淋溶差不多一样的铜和淋溶明显低于其他两个金属。2004年205.7毫米的降雨最多的一个月的雨,它与这个月的29年平均129.6毫米,几乎两倍湿其他个月期间降雨径流收集样品,并与金属的总浸出的两个最高的事件日志。重降雨和长时间的潮湿前样品测量似乎增加了金属的径流。也有可能收缩的木头当温暖的气温变冷了可能挤压金属的日志。

关于水质指南,最大的超过数点的雨水径流。平均浓度大于所有容许水限制除了灌溉用水和仅在2005年超过了大约8到42倍饮用水准则的限制。铬浓度在雨水径流平均约3 - 7倍饮用水准则限制在雨水径流平均铜浓度都低于饮用水指标限制。

关于土壤样本,减少金属浓度有显著趋势电线杆的距离和最大的分散金属浓度发生在0厘米距离。TL 259份土壤样本在0厘米从电线杆包含金属浓度最高,这些波兰人最风化最古老的,因为他们接触到的最高累计降雨量。TL 227份土壤样本在0厘米包含第二金属浓度最高,可能是由于新波兰人“洗掉”效应。TL 225份土壤样本金属浓度最低,这些波兰人都暴露在最低月平均降水。

关于土壤浓度的三种金属,铜是通常最淋溶进入土壤,虽然平均铜浓度超过土壤质量方针限制在0厘米和住宅/农业指南范围0厘米和30厘米,它可能是最关心的往往是更多的保留的土壤(或少在土壤中移动)。土壤是最关键的,因为平均浓度的两极,距离超过了可接受的容许浓度和土壤中似乎最移动。可能有理由担心,可以从CCA防腐处理木材浸出,迁移到地下水,并达到井或池塘,尤其是底层土壤多孔。土壤铬只超过了可接受的容许浓度在0厘米距离,似乎不如一样这样的担忧比移动。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

作者感谢渔业和海洋部提供他们使用icp,实验室人员在工程和应用科学学院在纽芬兰纪念大学(妈妈),和琳达温莎女士MUN化学部门。作者感谢妈妈工程和应用科学学院和副总裁研究的财政支持。嘉丁纳先生特里,输电和配电工程经理纳尔科,是感谢他在TLs能够提供细节。作者也欣然承认英国女王伊丽莎白二世的地图室图书馆在妈妈准备的地图。

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