Preparation of Cu2+ and Pb2+ spiked sediment for sediment toxicity tests: a case study from Soai Rap estuary in Sai Gon - Dong Nai river system

Abstract

Heavy metals contamination in river sediment is becoming more severe, as is also the case in Soai Rap estuary, Vietnam, where Cu and Pb polution is significant. The evironmental risks posed by heavy metals are usually assessed by toxicity tests using sediment spiked with contaminants in different concentrations. In order to recreate natural conditions, the preparation of sediment samples spiked with heave metals must be carried out following strict procedures. The objective of the study is therefore to determine the adsorption kinetic and equilibrium parameters of two heavy metals (Cu2+ and Pb2+) on surface sediment collected from an intertidal mudflat in the Soai Rap estuary of Vietnam. The experiments were conducted with a liquid (Cu2+ and Pb2+ solutions) to solid (sediment) ratio of approximately 1:10. Elutriates were prepared by shaking the spiked sediment sample in artificial seawater at a ratio of 1:4 (wet sediment/water). The Cu2+ solution reached equilibrium after about 12 hours and the maximum adsorption capacity of 0.86 mg/g while the Pb2+ solution reached equilibrium after 10 hours, with the maximum adsorption capacity of 35.2 mg/g. The regression analysisof experimental data of Cu2+ and Pb2+ adsorption on sediment has shown good consistency with both Langmuir and Freundlich models, whereas the Langmuir model was found to be more appropriate. The adsorption kinetic of both heavy metals was well described by the pseudo second-order adsorption kinetic model and the desorption processes were characterised using the Langmuir and Freundlich models (both models were suitable for Cu2+ desorption but only Freundlich for Pb2+). Using the present methodology, the concentrations of heavy metals spiked on sediment could be calculated, however the maximum adsorption capacity for both substances was not yet achieved. Further findings include the determination of the equilibrium time for adsorption, very relevant when spiking sediments for toxicity tests to evaluate the environmental risks of polution with heavy metals in the Soai Rap estuary, Vietnam.
 Ô nhiễm kim loại nặng trong trầm tích cửa sông ngày càng trầm trọng, như trường hợp ở cửa sông Soài Rạp, Việt Nam, nơi mà ô nhiễm Cu, Pb là đáng kể. Rủi ro môi trường do kim loại nặng gây ra thường được đánh giá bằng các thử nghiệm độc tính sử dụng trầm tích kết hợp với các chất gây ô nhiễm ở các nồng độ khác nhau. Để tái tạo các điều kiện tự nhiên, việc chuẩn bị các mẫu trầm tích kết hợp với kim loại nặng phải được thực hiện theo những quy trình nghiêm ngặt. Do đó, mục tiêu của nghiên cứu là xác định các thông số động học và cân bằng hấp phụ của hai kim loại nặng (Cu2+ và Pb2+) lên trầm tích mặt được thu thập từ một bãi bồi tại cửa sông Soài Rạp, Việt Nam. Các thí nghiệm được thực hiện với tỷ lệ chất lỏng (dung dịch Cu2+ và Pb2+) và chất rắn (trầm tích) xấp xỉ 1:10. Dung dịch rửa giải được chuẩn bị bằng cách lắc mẫu trầm tích đã kết hợp trong nước biển nhân tạo theo tỷ lệ 1: 4 (trầm tích ướt/nước). Dung dịch Cu2+ đạt trạng thái cân bằng sau khoảng 12 giờ và dung lượng hấp phụ tối đa 0,86 mg/g trong khi dung dịch Pb2+ đạt trạng thái cân bằng sau 10 giờ, với dung lượng hấp phụ tối đa 35,2 mg/g. Phân tích hồi quy dữ liệu thực nghiệm của quá trình hấp phụ Cu2+ và Pb2+ lên trầm tích đã cho thấy phù hợp với cả hai mô hình Langmuir và Freundlich, nhưng mô hình Langmuir được tìm thấy là phù hợp hơn. Động học hấp phụ của cả hai kim loại nặng được mô tả là phù hợp với mô hình động học hấp phụ bậc hai giả và các quá trình giải hấp được đặc trưng bằng mô hình Langmuir và Freundlich (cả hai mô hình đều phù hợp với giải hấp Cu2+ nhưng chỉ Freundlich cho Pb2+). Sử dụng phương pháp hiện tại, nồng độ kim loại nặng kết hợp lên trầm tích có thể được tính toán, tuy nhiên khả năng hấp phụ tối đa của cả hai chất vẫn chưa đạt được. Hơn nữa, việc xác định thời gian cân bằng cho hấp phụ, rất phù hợp khi sử dụng trầm tích kết hợp cho thử nghiệm độc tính để đánh giá rủi ro môi trường ô nhiễm kim loại nặng ở cửa sông Soài Rạp, Việt Nam.