Remediation of environment contaminated by lead using synthetic and natural apatites

Abstract

Lead contamination is an environmental concern due to its effect on human health. One of the ways of remediating lead contamination is the in situ stabilization of this heavy metal. This can be achieved by converting different types of lead species into Pb-phosphates (pyromorphites), which are among the least soluble Pb-bearing solids. Synthetic hydroxyapatite (Ca5(PO4)3OH) and natural apatite can be used for this purpose. Both hydroxyapatite and some natural apatites are effective in reducing the aqueous Pb concentration to below 15 μgT1 (EPA drinking water limit). The main mechanism in the case of hydroxyapatite is its dissolution and subsequent precipitation of pyromorphites. The mechanism and the effectiveness of natural apatites depend on the type of apatite, its composition, crystallinity and presence of impurities. Apatites are also effective in reducing the Pb concentration in leachets from contaminated soils in the pH range from 6 to 10. The percentage of Pb concentration reduction is from 60 to 99.9% depending on the type of contamination and type of apatite amendment applied. These data suggest that apatites have potential to provide cost-effective in situ Pb immobilization.

Ljudske aktivnosti su dovele do promene distribucije i oblika u kojem se nalaze različiti elementi, uključujući olovo. Olovo je pretvoreno iz nereaktivnog, geohemijski stabilnog oblika u rastvorljiva jedinjenja te je tako postalo dostupno za biosferu. Jedan od mogućih pristupa saniranju zagađenja olovom je promena smera ovog procesa, odnosno transformacija reaktivnih i rastvornih jedinjenja ovog metala u stabilnije oblike. Ovim procesom se olovo ne ukljanja iz životne sredine, ali se sprečava njegova akumulacija u biosferi. Jedan od materijala koji se ispituju za korišćenje u ovu svrhu je sintetički hidroksiapatit (Ca5(PO4)3OH) i prirodni apatit. Ovi materijali omogućavaju formiranje Pb-fosfata (piromorfita) koji su veoma slabo rastvorljivi i u skladu sa tim, slabo dostupni biosferi. Korišćenje obe ove vrste apatita omogućava snižavanje koncentracije olova u vodenim rastvorima ispod 15 μgT1, što je gornja granica za pijacu vodu Američke agencije za zaštitu životne sredine (EPA). U slučaju hidroksiapatita osnovni mehanizam ovog procesa je njegovo rastvaranje i taloženje piromorfita. Efikasnost prirodnog apatita mnogo zavisi od sastava minerala, stepena kristaličnosti i količine prisutnih nečistoća. Mehanizam stabilizacije olova prirodnim apatitom nije u potpunosti utvrđen. Postoje dokazi koji potvrđuju mehanizam rastvaranje apatita i taloženja piromorfita, ali potrebna su dalja istraživanja u ovoj oblasti. Apatiti su takođe efikasni u smanjivanju koncentracije rastvorljivog olova u zagađenom zemljištu u opsegu pH od 6 do 10. Ovo smanjenje se kreće od 60 do 99.9 % u zavisnosti od vrste zagađenja i primenjenog apatita. Ovi podaci ukazuju da apatiti mogu biti korišćeni za in situ stabilizaciju olova.