空间测定铬污染周围环境的工业区

文摘

这个研究来确定空间层次的铬污染的水,农业土壤和蔬菜在制革工业领域使用光谱光度测量的方法。结果显示高铬从总量的积累mg / Lmg / L,毫克/公斤,毫克/公斤毫克/公斤,毫克/公斤水,农业土壤和蔬菜样品,分别。最高水平的铬(VI)发现的物种形成研究毫克/公斤,mg / L在土壤和水样本,分别与制革厂的距离减少。在蔬菜中,最高负荷的铬(VI)中检测出洋葱根(毫克/公斤)和最低的(毫克/公斤)青椒的水果。铬的检测水平在所有的建议样本高于允许的极限。铬(III)水平的变化和铬(VI)污染环境的距离制革厂是统计学意义()。同样,显著差异水平的Cr检测蔬菜中被记录。水平距离增加而减少污水通道。

1。介绍

是一个环境重要的重金属铬常用在制革厂等各种行业,纺织、镀铬,钢铁生产、耐火材料1]。由于铬危害环境污染严重依赖它的氧化态和溶解性2,3]。铬展品几个氧化态,从0到+ 6,决定其化学反应,因此,其环境和生物学意义。最常见的氧化态铬+ 3,+ 6或者说三价铬(III)和六价铬(铬(VI)) (4]。铬(III)是最稳定的元素,因为它强烈倾向于形成活动惰性hexacoordinate复合物与水、氨、有机酸、硫酸,卤化物,尿素5),作为一个重要的养分在植物(6,表现出相当数量的健康益处在动物和人类7]。铬(VI),另一方面,是酸性的,最环保最重要的铬。这种形式,铬是高度溶于水,因此,移动,而减少铬(III)形式几乎不溶于水,因此不动(8]。先前的研究人员已经证明,铬(VI)在氧化环境中稳定pH值在6.0以上(9]。pH值3到6,化合物的条件下铬(VI)倾向于减少更多的热力学稳定的Cr(哦)₃(10]。铬(VI)的化合物都是强氧化剂,腐蚀性肉,被认为是有毒的和潜在的致癌11]。摄入大量的铬(VI)会导致肾脏和肝脏损伤和皮肤接触会导致皮肤溃疡。

环境中的各种来源的Cr,制革行业中发挥重要作用。的一个主要新兴问题的制革行业chromium-contaminated污泥的处置12,13]。制革厂废水包含一个复杂的混合物产生的有机和无机污染物等操作清洗、削肉,分裂,制革、剃须、抛光动物的残留物(13,14]。铬化合物中无处不在的无机污染物由于其使用的鞣剂Cr的形式₂(所以₄)₃和缺乏适当的污水处理策略15]。从总铬鞣过程中使用,只使用60 - 70%,剩下的30 - 40%是制革厂废水排放到环境16]。这种低效的使用导致铬废水含有高达1500 - 3000 ppm (ppm)和500 - 1000 ppm铬的传统和当下排汽铬鞣方法,分别为(17]。广泛的物理化学和生物方法或两者的结合18)是用于铬的去除废水但通常不会完全去除污染物(19]。传统的废水处理模块依赖的事实Cr盐与氢氧化钠沉淀之后,解散Cr(哦)₃在硫酸。然而,恢复解决方案并不总是最优的质量由于有毒的存在状态的金属,油脂的物质,和其他杂质(20.]。提高铬的回收新技术,以减少其对环境的影响都是可用的,但是这些技术仅限于发达国家由于运营成本较高,有些复杂的管理21]。尽管铬(III)是最期望的形式在制革厂废水,增加六价形式可以发生氧化还原反应的结果发生在污泥,例如,在水中锰氧化物和土壤中移动配体如柠檬酸、二亚乙基三胺五乙酸(二乙三胺五醋酸),和富啡酸介导氧化22]。铬在任何特定的时间取决于工业过程的强度,接近来源,铬释放的数量,和气象因素(23]。铬释放元素来源啤酒粒子(粒径变化witin 0.2 -50毫米)沉积在本地和可以通过个体迁移,特定的媒体环境。由环境中沉积金属的距离取决于气象因素,地形和植被1]。运输在陆地和水系统大大影响化学物种形成:铬的化学形式及其关联化学、光化学氧化还原转换、沉淀/溶解和吸附/解吸过程,例如,发生在生物地球化学循环的各个隔间铬(4]。氧化还原铬(III)转换成铬(VI)可以增加铬(VI)位错从土壤进入水系统(23]。

在最近的研究中,土壤中铬的形态,水,蔬菜样品收集在不同的地方附近的埃塞俄比亚制革厂分享公司和影响进行调查。几个分析技术包括电感耦合等离子体质谱法、电感耦合等离子体原子发射光谱法,电化学分析、分光光度法、中子活化分析和原子吸收分光光度法(AAS)的可用的决心和物种形成铬(III)和铬(VI)在离线或在线方法(24]。离线方法,分离和预浓缩的铬物种使用颜色等样品预处理技术进行复杂的形成,可溶膜过滤技术、色谱方法,共同沉淀、离子交换、溶剂萃取样品导入前的检测仪器。在线方法,分离系统是加上检测系统难以在实验室条件下模拟。在这项研究中,脱机程序用于光谱光度测量的决心和物种形成的铬(III)和铬(VI)。络合的铬(VI) 1, 5-diphenylcarbazide和决心的浓度spectrophotometrically被用作一个方便、快捷的方法25]。因此,采用原子吸收光谱法测定总铬和铬(VI)的紫外吸收。物种形成是基于两种方法结果的不同。

2。材料和方法

2.1。设备和化学品

原子吸收分光光度计(美国巴克科学,210型虚地磁极AAS)配备氘背景校正器和空气乙炔火焰喷雾器用于测定环境样品中总铬。分光光度计(模型UNICAM uv - 300,英格兰)是用于测定铬(VI)。所有的试剂包括1 5-diphenylcarbazide H₂O₂,HNO₃、铬₂(所以₄)₃和K₂Cr₂O₇均为分析纯,且作为收到供应商(奥尔德里奇,ACS试剂,德国)。连续稀释的标准解决方案AAS分析准备从标准股票的解决方案(巴克科学校准标准,美国)含有1000 mg / L的总铬。Milli-Q水是用于所有解决方案准备。

2.2。研究设计和研究区域的描述

这项研究是由地方附近的埃塞俄比亚制革厂分享公司(ETSC) Ejersa地区位于亚的斯亚贝巴东南85公里的参考坐标格网8°27.154′纬度和经度03.894 39°。这个地区的特点是半干旱气候有海拔1630米,年平均降水量800毫米,最小和最大温度为17.5°C和26°C,分别。废水的收集目标区域选择,土壤和蔬菜样品3公里范围内的污水排放。Koka湖(目的地制革厂的废水)的出口2.5公里远离制革厂废水,废水、土壤和蔬菜抽样地区选择的下游部分废水排水运河。

2.3。样品收集

抽样地点选择基于接近预期人为排放源。额外的网站选择远离潜在的排放源控制样本。废水、土壤和蔬菜样本在选定的采样站点附近的埃塞俄比亚制革厂共享控制样本公司和15公里远。抽样从5到3月9日,2016年。

地表水样品收集与塑料容器从五个代表采样点200米的间隔2小时污水出口在湖边Koka入口点。收集到的污水样本保存,存储在冰箱和运送到实验室里,储存在4°C到进一步分析。

蔬菜(白菜,青椒,西红柿,洋葱)样本收集制革厂废水灌溉栽培地点。两组蔬菜样本收集。第一组包括16个样本(四个样品每个蔬菜在不同采样地点)收集在制革厂废水灌溉栽培地点和第二组由16个样本(四个样品每个蔬菜在不同采样地点)收集种植地点,使用正常(没有制革厂废水)河水在偏远地区(15公里的制革厂工厂)控制样本。每个样本,从采样站点,来自10米距离间隔。

土壤样品的表面能级深度(0-20厘米)收集在现场蔬菜抽样用木铲,被带到实验室的聚乙烯塑料袋进行分析。复合土样来自每个采样点,和每一个取样位置尺寸的20厘米宽20厘米深度。从两个抽样地点,共有8个土壤样本(四个制革厂和四个制革厂面积控制)收集。

2.4。制备的样品进行分析

消化废水和总铬用原子吸收光谱法测定土壤样品进行了如前所述[15]。蔬菜对原子吸收光谱法分析样品的制备也表现之前报道但用细微的修改26]。蔬菜样本的重量来确定鲜重和干在烤箱80°C 24小时来确定他们的干重。干样品磨成细粉用杵和臼和通过1毫米筛。最后,1.0 g的每一个蔬菜样品转移到一个酸洗瓷坩埚置于马弗炉四小时在500°C。从炉坩埚被移除并冷却。10毫升的6 M盐酸是补充道,覆盖,在蒸气浴加热15分钟。另一个1毫升HNO₃添加了由连续加热和蒸发干燥一小时完全消化有机化合物。最后,5毫升的6 M盐酸和10毫升的去离子水添加和混合物被加热蒸气浴完成解散。混合物冷却,过滤后通过绘画纸41号滤纸为50毫升容量瓶和蒸馏水由标记。紫外分析,0.3 g地面蔬菜样本重的玻璃烧杯和25.0毫升0.1 Na₂有限公司₃添加和混合物在热板煮15分钟。后通过绘画纸45号滤纸过滤,沉淀是洗几次与0.1 Na₂有限公司₃。示例解决方案的最后一卷之前25.0毫升蒸馏水稀释分析1,5-diphenylcarbazide方法在540海里。同样的过程也适用于1克土壤样本。测定铬(VI)的废水,废水样本通过绘画纸45号滤纸过滤。50毫升的整除,来自每个样本然后酸化5毫升的0.2 M硫酸到50毫升的标志。样本分析铬(VI)的紫外可见分光光度计的方法使用1,5-diphenylcarbazide试剂(0.25 g 1, 5-diphenylcarbazide 50毫升的丙酮)作为络合剂,与铬(VI)反应,形成一个颜色复杂,吸收540海里。

2.5。统计分析

统计学意义的差异水平的Cr的样本中发现不同类型(土壤和水,不同的蔬菜)或网站(参照制革厂废水出口点)进行评估使用单向方差分析。所有统计分析使用SAS 9.1版。

3所示。结果与讨论

3.1。废水的pH值表征水

物种形成的Cr环境看,在其他事物之外,在pH值的样本。因此,污水水的pH值测量光谱光度测量的物种形成之前的Cr。在水中的pH值不同的样本点的制革厂出口呈现在图1。通常,pH值略有变化与源的距离变得更加酸性随着距离的增加。pH值随着距离的增加可能是由于接触水的气氛从而导致解散₂在大气中。土壤的pH值不低于6这意味着环境中铬的主要形式应该是三价的形式。

3.2。制革厂废水中的铬水平

埃塞俄比亚制革厂的废水排放份额公司用于灌溉和渔业的农村社区生活污水通道附近的下游。因此,它是重要的,以确定的Cr物种水平制革厂废水评论其适用性和/或预测的威胁存在。因此,分析了废水的总铬浓度和物种形成使用常用的方法进行。总浓度的铬废水样本在不同距离沿着污水通道被呈现在图2。结果显示总浓度下降沿距离最大的废水排放点mg / L的排放点和最小mg / L(下游)排放点的距离。此外,两种浓度的降低铬的废水通道记录显示的依赖的环境污染水平对工业过程的强度和接近来源(4]。因为排放的废水流远点,吸附的金属墙壁内的污水通道土壤会发生。除此之外,由于废水中的铬可以以颗粒形式存在或与微粒或在溶液中,沉淀的颗粒会导致铬浓度减少下游(3]。Cr记录下游的浓度(在最后排放点:从制革厂15公里)相比也明显高于1998 Cr的限制污水排放标准(日内瓦)是1球型投手⁻¹。Cr检测到的高价值上面的水样是归因于这样一个事实:Cr通常用作鞣剂和当前污水处理过程的低效率受雇于制革厂。上述结果表明制革厂废水灌溉的不幸的使用以及钓鱼可能导致的健康问题和其他环境影响人类和动物。

3.3。Cr在下游农业土壤的水平

Cr检测到的高水平随距离的废水污水来源指出某些形式的Cr的可能吸收到土壤。这可能会导致当地的土壤中铬浓度的增加。因此,知识水平的铬在土壤制革厂废水排水区评论是重要的农业和环境适应性的土壤和预测由于Cr存在潜在危险。总铬的平均浓度在农业土壤样本收集10米远离污水通道和在不同距离的制革厂废水排放点呈现在图3。最大平均浓度毫克/公斤对应样本收集在最近的距离(200米)的废水排放点和最低浓度毫克/公斤,与示例1公里远从污水排放点。Cr的水平记录在农业土壤样本采集到1公里距离更远的制革厂废水浓度高于平均总铬的记录在控制农业土壤收集从远程(20公里)的地区。农业土壤中铬浓度升高的附近的制革行业因此可能归因于Cr的处置污泥对环境的污染。所有记录的值高于给定的值在国家土壤环境质量标准(NEQS) 20毫克/公斤。有趣的是,铬在土壤样本的水平高于水样如预期的持续积累污染物在土壤中。方差分析还表明,平均浓度的铬在土壤和水样本统计学意义()。此外,土壤以及水样本的平均浓度废水来源与距离之间存在着显著的差异。此外,Cr在农业土壤的水平附近的制革厂明显不同于价值记录与控制土壤样本收集的制革厂的偏远地区。的广泛分布在农业土壤污染物可能部分由于迁移,部分因为使用废水灌溉的目的。上述结果指向的重要性划分农业地区,参照工业地区,以确保良好的实践和人类的福利。

3.4。物种形成的铬(III)和下游废水和土壤中铬(VI)

环境的影响Cr的程度取决于在其他事物之外在其流动性,进而取决于其物种形成(5]。三价和六价铬形式有不同的流动性和环境的影响。因此它是重要的进行物种形成不同形式的研究环境样品中的元素。物种形成研究的结果总结表1可以看出三价的形式是主要形式。尽管三价的形式是最期望的形式在制革厂废水,六价的形式记录在水的发病率(马克斯:mg / L和分钟:mg / L)可能是由于氧化还原反应发生在污泥由其它无机和有机成分(22]。土壤中铬(VI)的平均浓度范围从样品毫克/公斤,毫克/公斤的极端值对应于200米和800米采样站点。有趣的是,铬(VI)的土壤样本中检测到的浓度高于水样本。这表明土壤中铬(VI)积累多年的接触制革厂废水样品。结果还显示,环境污染的程度或元素的两种形式的影响取决于生产和强度接近制革行业(4]。因此不幸的使用的制革厂废水灌溉的农村人口生活在附近的污水通道意味着他们暴露于潜在的危害六价铬包括其腐蚀性影响肉,毒性和致癌性(11]。孩子更容易受到这些影响像以前玩土和泥而保护牛在受污染地区。

3.5。的Cr下游污水灌溉的蔬菜

制革厂废水灌溉栽培的蔬菜可能会导致明显的金属浓度积累在他们的组织。这不仅可以对生产率的影响,也使蔬菜不适合消费。当我们知道的污水用于灌溉的蔬菜含有铬的浓度升高,我们应该好奇水平的植物。的确,Cr的水平,可以积累在植物组织不仅取决于它的存在土壤中,不同植物之一。在当前的研究中,四个主要蔬菜生长在研究区包括卷心菜、洋葱、青椒、番茄检测铬积累的水平在可食用植物的一部分。平均铬浓度(毫克/公斤)发现在附近的蔬菜样品收集埃塞俄比亚制革厂分享公司和控制领域呈现在图4。最高水平的Cr在洋葱根(毫克/公斤)和最低水平在绿胡椒毫克/公斤)。最高和最低水平的Cr检测控制样本毫克/公斤洋葱根和分别在青椒毫克/公斤水果。Cr的水平的四个蔬菜遵循增加订单:青椒水果,番茄,洋葱和卷心菜根。洋葱被发现含有最高负荷的Cr。这符合植物积累Cr的最高水平根(27]。最高水平的Cr记录在洋葱根(毫克/公斤)也与以前的报告(11毫克/公斤)28]。最高水平的铬(VI)中检测出根洋葱(毫克/公斤)和最低的水果青椒(毫克/公斤)。其他作者报道一系列Cr负载在植物与制革厂废水灌溉8,29日]。但在167毫克公斤⁻¹Cr检测到的植物来自农村地区暴露在水泥厂排放(29日],Cr检测蔬菜样本的水平在当前的研究中没有一样高度污染的报道。然而,Cr的水平在所有的调查中发现蔬菜样本仍高于设定的容许极限(1988)0.19 mg·公斤⁻¹。

4所示。结论

物种形成的铬(III)和铬(VI)成功进行的土壤、水和蔬菜样品收集在制革行业区域使用光谱光度测量的方法。研究表明,所有的研究环境样品包括农业土壤和蔬菜含有高负载的铬(III)。两种形式的水平的土壤中铬(三价和六价)和水样本高于世界卫生组织的标准和显示下降趋势与制革厂废水排放点的距离。附近的土壤样本制革行业含有较高负荷的Cr表示不适合农业用途和潜在危害人类和动物如果适当清理策略实现。测试所有的蔬菜(白菜、洋葱、番茄、青椒)包含的铬(III)高于允许的水平组织中的浓度最高的可食用根洋葱。铬(VI)不是蔬菜样品中发现可能由于缺乏吸收。方差分析表明,不同水平的Cr检测蔬菜中有统计学意义。这证实了铬从土壤中吸收蔬菜取决于最高的植物根的积累。在农业土壤附近的制革厂,铬(III)的水平和铬(VI)是更大的比控制在偏远地区采集土壤样本。总之,Cr丰富污泥的排放对环境和不幸的用于农业用途的社区生活污水通道附近的Cr可能导致潜在的危险,尤其是六价的形式,在人类和自然资源影响的质量在制革工业。 Therefore, appropriate reclamation methods are crucial to reducing Cr contamination.

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突。

确认

作者非常感谢Hawassa大学(胡)提供实验室进行的实验设施。Dereje Homa也感谢胡锦涛的科研和技术转移办公室部分财政支持的研究。

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