客观日本

日本明确天然砷在土壤中富集机制

2020年01月08日 农林牧渔

东京农工大学的副教授桥本洋平和名誉教授细见正明、国立环境研究所的室长肴仓宏史和特别研究员上岛雅人,以及产业技术综合研究所的主任研究员保高彻生和井本由香利组成的研究团队发现,土壤中的天然有害元素砷富集在莓状黄铁矿中。

中央新干线建设等大规模基础设施工程产生了大量建筑弃土,其中所含的天然砷时常会超出土壤溶出量标准。通过了解天然砷在土壤中富集机制后,还明确了一直未知的土壤中砷的溶出机制。这些成果有望用于对每年约300万吨建筑弃土的处理技术开发,以及对污染进行的风险管理。

相关研究成果已于2019年12月3日发布在《Environmental Science and Technology》上。

日本明确天然砷在土壤中富集机制

图1:含天然砷的土壤中存在的莓状黄铁矿分析

现状

由于地质原因,日本地表有不少分布有含砷等重金属的地方。中央新干线等大规模基础建设产生的大量建筑弃土中经常含有天然砷。砷对人体的毒性比较高,以列入法律限制和设定测量标准的对象。日本《土壤污染对策法》将这些地质源重金属超过标准值的土壤定义为“天然污染土壤”,与人为污染土壤相区别。迄今为止尽管已报告过多起溶出天然砷超出土壤溶出量标准的案例,但一直不清楚其背后具体机制。

研究成果

研究团队利用以世界三大高能大型同步辐射设施之一的SPring-8的辐射光为光源的X射线吸收光谱法分析了天然污染土壤中的砷,发现砷元素都富集在树莓状黄铁矿的表面。另外还同方法确认,砷元素以砷酸和毒砂(砷黄铁矿、白砒石)等多种化合物形式存在。虽然莓状黄铁矿几乎不溶于水,但研究发现添加氧化剂过氧化氢后,会部分溶解。这表明,从地下挖掘出来的天然污染土壤在地上暴露于大气中,发生氧化时就可能发生砷溶出。

未来展望

该研究明确了砷从天然污染土壤中溶出的机制,有助于对挖掘土进行更适当的管理及采取积极的措施。另外,本研究还确认土壤中天然来源和人为来源的砷的化学形态不同。如果利用该特性判定砷是天然还是人为来源,还有望成为《土壤污染对策法》判定污染来源的指南。

论文信息
论文题目:Speciation and Fractionation of Soil Arsenic from Natural and Anthropogenic Sources: Chemical Extraction, Scanning Electron Microscopy, and Micro-XRF/XAFS Investigation
发表期刊:《Environmental Science and Technology》
URL: https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.est.9b03864

日文新闻发布全文

文:JST客观日本编辑部翻译

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