Chemical equilibrium modelling of metal partitioning in soils

Abstract

In dit rapport wordt de toepassing beschreven van speciatiemodellering voor het voorspellen van de partitie van Ni, Cu, Zn, Cd en Pb tussen de vaste en de vloeibare fase in bodems die afkomstig zijn van tien verschillende locaties in Nederland. Bij de modellering is rekening gehouden met complexatie-, redox-, precipitatie- en adsorptieprocessen van de zware metalen. Amorf ijzeroxide is als modelverbinding gebruikt voor de vaste adsorptiefase. Berekende concentraties in de vloeibare fase zijn vergeleken met gemeten concentraties in het poriewater van de bemonsterde bodems. In het algemeen blijkt dat voor Cu en Pb de overeenkomst tussen berekende en gemeten concentraties redelijk is. Voor Cd en Zn wordt alleen een goede overeenkomst gevonden voor monsters met een hoge pH. Tenslotte blijken gemeten en berekende Ni-concentraties slecht met elkaar overeen te komen. Geconcludeerd wordt dan ook dat op dit moment, modelleringsresultaten op een kwalitatieve manier kunnen bijdragen aan het vergroten van het inzicht in de processen die het lot van zware metalen in bodems bepalen. Vooralsnog kan speciatiemodellering van de vaste fase nog niet als kwantitatief instrument worden ingezet. Dit wordt onder andere veroorzaakt door het gebrek aan geschikte adsorptie-data. Additionele adsorptiefases, zoals bijvoorbeeld MnOx, dienen meegenomen te worden om een betere beschrijving van de speciatieprocessen in de bodems te verkrijgen.<br>

The application of chemical equilibrium modelling to predict the partitioning of Ni, Cu, Zn, Cd and Pb between the solid and solution phase in soils from ten different locations in the Netherlands, is described. Complexation, redox, precipitation and adsorption processes are accounted for. Hydrous Ferric Oxide serves as a model compound for the soil adsorption phase. Calculated solution phase concentrations are compared with those measured in soil pore waters. Agreement between calculated and measured concentrations for Cu and Pb is reasonable in all samples. For Cd and Zn, good agreement is observed only for samples with high pH. Poor agreement is observed for Ni. It is concluded that modelling results may be used in a qualitative manner to obtain a better understanding (or formulate new ideas) about processes affecting the fate of metals in soil systems. However, with the present knowledge available, chemical equilibrium modelling can not yet be used as a quantitative instrument for the prediction of metal partitioning in soil systems. This is partly due to the lack of adequate adsorption data. In general, results suggest that additional adsorption phases, such as MnOx, should be included in the model.<br>