PCB汚染されたハドソン川浚渫土砂の熱処理とファイトレメディエーションによる利用

Utilization of PCB-contaminated Hudson River sediment by thermal processing and phytoremediation.

• Magdalena Urbaniak
• Agnieszka Baran
• Sunmi Lee
• Kurunthachalam Kannan

抄録

近年、浚渫土砂の処理や安全利用のための適切な技術開発の必要性が高まっている。浚渫された新鮮な堆積物は，農業や環境への利用が提案されているが，熱処理された堆積物の利用にも関心が高まっている．そこで、本研究の目的は、1）2 種類の焼却温度（300℃と600℃）が土砂の化学的・生態毒性特性に及ぼす影響を評価すること、2）ズッキーニを用いた更なるファイトレメディエーション実験のための適切な処理方法を選択すること、3）アリイブリオフィセリの反応とズッキーニ（Cucurbita pepo L.cv 'Black Beauty')。化学的分析（誘導結合プラズマ発光分光光度法によるマクロおよび微量元素の測定、ガスクロマトグラフィーによるポリ塩化ビフェニル（PCB）の測定）、生態毒性学的分析（ミクロトックスアッセイ）、植物形態学的分析（バイオマス測定）、生理学的分析（クロロフィルの分光光度法）が適用された。600℃で焼却した河川堆積物は、300℃で焼却した場合や焼却しない場合に比べて、化学的・生態毒性特性が良好であった。600℃で焼却した場合、沈殿物からPCBが除去された。ズッキーニを用いた培養実験では、300℃で処理した沈殿物は、未処理の沈殿物に比べてPCB濃度が51～81％減少した。4週間の生育後、生の沈殿物はK、Fe、Cr、Pb、Zn濃度の有意な増加を示したが、熱処理した沈殿物はCa、Na、P、Cd、Cu、Ni、Zn濃度の減少を示した。生土と熱処理土のどちらのタイプも植物の生育にプラスの影響を与え、対照土壌に比べて高いバイオマス生産量を示した。クロロフィル含量は、処理土と未処理土の混和によって負の影響を受けたが、熱処理土の混和ではクロロフィルのa/b比が低かった。これらの結果から、堆積物を生育培地成分として利用することは、廃棄物から貴重な資源へと転換し、環境への恩恵を高めるための有望な方法であることが示唆された。

The need to dispose of dredged sediments and development of appropriate technology for their safe utilization has become a growing problem in recent years. It has been proposed that dredged, fresh sediments can be utilized in agriculture or environment; however there is also growing interest in the use of thermally-treated sediments. Hence, the aim of this study was threefold: 1) to evaluate the effect of two incineration temperatures (300 °C and 600 °C) on the chemical and ecotoxicological properties of sediment; 2) select the appropriate treatment for further phytoremediation experiments with zucchini; and 3) assess the impact of sediment admixture on the physico-chemical parameters of soil, based on the responses of Aliivibrio fischeri and growth of zucchini (Cucurbita pepo L. cv 'Black Beauty'). A range of chemical (inductively-coupled plasma optical emission spectrophotometry for macro- and trace elements; gas chromatography for polychlorinated biphenyls (PCBs)), ecotoxicological (Microtox assay), and plant morphology (biomass measurement) as well as physiological analyses (spectrophotometry for chlorophyll) were applied. River sediments incinerated at 600 °C resulted in better chemical and ecotoxicological properties than incinerated at 300 °C or no incinerated. Incineration at 600 °C removed PCBs from sediment. In culture experiments conducted with zucchini, sediment treated at 300 °C demonstrated a 51-81% reduction in PCB concentrations compared to untreated sediment. After four weeks of growth, the raw sediment showed a significant increase in K, Fe, Cr, Pb, Zn concentrations, whereas the thermally-processed sediment showed a decrease in Ca, Na, P, Cd, Cu, Ni, and Zn concentrations. Both the fresh and thermally-treated sediment types influenced plant growth positively: they demonstrated higher biomass production than plants grown in control soil; however, plants grown on soil with thermally-processed sediment demonstrated lower biomass than those grown in raw sediment. Chlorophyll content was affected negatively by admixtures of soil with treated or untreated sediment, while a lower chlorophyll a/b ratio was observed in plants grown on an admixture of thermally-treated sediment with soil. Our findings suggest that the use of sediments as a growth medium component may be a promising way for their utilization and transformation from waste material to a valuable resource enhancing the benefits to the environment.

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