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水銀汚染安定化のための土壌改良材としての硫黄改質バイオ炭の利用.長期経年変化の加速シミュレーション
Sulfur-modified biochar as a soil amendment to stabilize mercury pollution: An accelerated simulation of long-term aging effects.
PMID: 32388301 DOI: 10.1016/j.envpol.2020.114687.
抄録
土壌環境における水銀（Hg）汚染の安定性は、時間の経過とともに変化する可能性がある。このことは、土壌改良材を用いた原位置処理後の長期的な管理が必要とされる農業用地において、水銀（Hg）汚染の安定性が変化することを意味している。本研究では、中国南部貴州省で採取した水銀汚染土壌（土壌中の総水銀含有量28.3mg/kg、C=2%、S=0.1%）に対して、籾殻生炭（RHB）と硫黄改質籾殻生炭（SRHB）を合成し、適用した（適用量=5%乾燥重量）。これらの土壌処理の長期安定化効果は、以下のような複合的な手法を用いて評価した。(i) 104年の模擬経年変化の促進、(ii)植物の取り込み量を表す土壌抽出、(iii)Hg画分の同定のための逐次抽出を組み合わせた手法を用いて、長期安定化効果を評価した。SRHBによる土壌の総S含有率は約1桁上昇（0.9％）したが、シミュレーション期間中はほぼ一定の値を維持した。未処理土壌と処理土壌の初期のpHはアルカリ性で、最初の50年間は7.0から7.5の間で推移したが、シミュレーション時間が長くなるにつれてpHは低下していった。SRHB処理した土壌のpHは、シミュレーション期間中、未処理土壌のpHを下回ることはなかった。0.1Mの塩酸水溶液を用いた土壌抽出試験の結果、RHB及びSRHB処理を行った土壌では、それぞれ少なくとも50年及び75年の間、Hgを効果的に固定化できることが示された。また、模擬50年目の土壌からのHgの抽出量は、RHB処理で200ng/L以下、SRHB処理で100ng/L以下であった。このことから、SRHBが特に有望な土壌改良オプションであることが明らかになった。土壌中のHgは、安定な連続抽出画分(F3-5)に多く含まれていた。シミュレーションの終了時には、SRHB及びRHB処理土壌のF5画分はそれぞれ44.6%及び42.0%減少したが、F4画分はいずれの場合も400%以上増加していた。以上のことから、SRHBは汚染土壌のHg安定化を長期的に実現する可能性があると考えられる。このように、SRHBの安定化技術の開発に向けて、さらなる研究が必要であると考えられる。
The stability of mercury (Hg) contamination in soil environments can change over time. This has implications for agricultural sites under long-term management after in situ treatment involving soil amendments. In this study, rice husk biochar (RHB) and sulfur modified rice husk biochar (SRHB) were synthesized and applied (dosage = 5% dry wt.) to a Hg polluted agricultural soil collected from Guizhou province, Southern China (soil total Hg content = 28.3 mg/kg; C = 2%; and, S = 0.1%). The long-term stabilization effectiveness of the soil treatments was evaluated by a combined approach involving: (i) accelerated aging for 104 simulated years; (ii) soil extraction as a proxy for plant uptake; and, (iii) sequential extraction to identify Hg fractions. The SRHB amendment raised the soil's total S content by approximately an order of magnitude (to 0.9%), which remained at a generally constant level throughout the simulation. The initial pH levels for the untreated and treated soils were alkaline and remained between 7.0 and 7.5 for the first 50 years of simulated aging, before decreasing as the simulation time increased further. The pH of the SRHB treated soils did not drop below that of untreated soils during the simulation. Soil extraction tests with 0.1 M HCl solution indicated that RHB and SRHB treatments could effectively immobilize the Hg in soil for at least 50 and 75 simulated years, respectively. At simulated year 50, the amount of Hg extracted from RHB and SRHB treated soils was <200 ng/L and <100 ng/L, respectively. Thus, showing SRHB to be a particularly promising remedial option. The soil Hg was mostly associated with the stable sequential extraction fractions (F3-5). By the end of the simulation, the F5 fraction for SRHB and RHB treated soils reduced by 44.6%, and 42.0%, respectively, whereas the F4 fraction increased by >400% in both cases. In summary, SRHB may provide long-lasting Hg stabilization at contaminated sites. Therefore, further research toward the development of this stabilization technology is warranted.
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