Vanadin i mark : kemi och ekotoxicitet

• Svensk järnmalm innehåller förhållandevis höga halter av metallen vanadin vilket medför att t.ex. masugnsslagg från stålindustrin också har förhöjda halter. Vanadin förekommer naturligt i jordar, men vid höga koncentrationer kan den orsaka toxicitet. Kunskapen om vanadins kemi och toxicitet i mark har dock varit bristfällig, vilket gör miljöriskbedömningar osäkra. I det här projektet var syftet att öka kunskapen om vanadins kemi och toxicitet. Detta gjordes dels genom att studera vanadins bindning till jordkomponenter och jordar, och dels genom att avgöra vilka koncentrationer som orsakar toxiska effekter för mikroorganismer och växter. Resultaten visar att vanadin främst förekommer i oxidationstillstånden +IV och +V i syresatta jordar. I det senare tillståndet, vilket är stabilast i de flesta jordar, finns vanadin som anjonen vanadat. Denna binder starkt till järn- och aluminium-(hydr)oxider. På järnoxiden ferrihydrit, som är vanlig i svenska jordar, binds vanadat främst som ett mononukleärt bidentatkomplex. I sura jordar med hög halt organiskt material dominerar dock vanadin(IV) som oxokatjonen vanadyl – denna bildar ett komplex med organiskt material. Av jordens ursprungliga vanadin verkar en stor andel vara hårt bundet i primära mineral som vanadin(IV). I ett fältförsök i Blekinge (Ringamåla) tillsattes K-kalk, ett slaggmaterial med hög halt vanadin, år 1984. Efter att jordarna provtagits på nytt år 2010 undersöktes vad som hänt med vanadinet med hjälp av XANES-spektroskopi och HPLC-ICP-MS. En stor del av vanadinet fanns fortfarande kvar i mårskiktet där den övervägande delen förelåg som vanadyl(IV) komplexbundet till organiskt material. Även i den översta delen av mineraljorden (0-10 cm) fanns en tydlig förhöjning av vanadinhalten – här förelåg det mesta av det tillsatta vanadinet som vanadat. En Freundlich-modell med en pH-beroende-term kunde beskriva bindningen av vanadin till 26 mineraljordsprover väl. Med undantag för en jord (där vanadyl(IV) sannolikt var viktigt) fanns starka samband med jordarnas innehåll av järn- och aluminium-(hydr)oxider. Fem jordar valdes ut för toxicitetsförsök med mikroorganismer och växter. Vanadintillsatser gjordes på tre sätt: som vanadatsalt kort innan toxicitetstesterna (”färska” jordar), som vanadatsalt 150 eller 330 dagar innan testerna (”åldrade” jordar), och försök där istället två masugnsslagger, Merit 5000 och M-kalk blandades med jord 10 månader innan. Resultaten visade att färska jordar hade lägre effektkoncentrationer (EC10- och EC50-värden uttryckta per viktsenhet jord) än åldrade jordar, och att effektkoncentrationerna var starkt beroende av hur starkt jordarna kunde binda vanadat – ju starkare bindning, desto högre effektkoncentration (dvs. lägre toxicitetsrisk). Slaggbehandlad jord uppvisade inga toxiska effekter som kunde hänföras till vanadin. Skillnaderna i effektkoncentrationer mellan olika jordar och behandlingar blev åtskilligt mindre när man istället uttryckte effekten i t.ex. mg/l i markvattnet. Därför - koncentrationen vanadin i markvattnet är betydligt bättre relaterad till toxisk effekt än halten uttryckt per viktsenhet jord.

Ämnesord

NATURVETENSKAP  -- Kemi -- Analytisk kemi (hsv//swe)

NATURAL SCIENCES  -- Chemical Sciences -- Analytical Chemistry (hsv//eng)

NATURVETENSKAP  -- Geovetenskap och miljövetenskap -- Miljövetenskap (hsv//swe)

NATURAL SCIENCES  -- Earth and Related Environmental Sciences -- Environmental Sciences (hsv//eng)

NATURVETENSKAP  -- Kemi -- Oorganisk kemi (hsv//swe)

NATURAL SCIENCES  -- Chemical Sciences -- Inorganic Chemistry (hsv//eng)

NATURVETENSKAP  -- Geovetenskap och miljövetenskap -- Geokemi (hsv//swe)

NATURAL SCIENCES  -- Earth and Related Environmental Sciences -- Geochemistry (hsv//eng)

Publikations- och innehållstyp

vet (ämneskategori)

rap (ämneskategori)