Heavy metal concentrations in soils in the vicinity of a fertilizer factory in Southern Brazil

Smidt, Geerd A.; Koschinsky, Andrea; Macchado de Carvalho, Leandro; Monserrat, José; Schnug, Ewald GND

Eine Halbinsel in Rio Grande do Sul (Südbrasilien) wird seit vier Jahrzehnten durch die Immissionen einer Fabrik zur Herstellung von Phosphordüngemitteln beeinflusst. Diese Studie hatte zum Ziel, diese und andere industrielle Kontaminationsquellen in Ober- und Unterböden und Grundwasser zu identifizieren und ihren Einfluss auf die räumliche Verteilung von Hauptelementen (Al, Ca, Fe, K, Mg, Na und P) und Schwermetallen bzw. Spurenelementen (Cu, Co, Ni, Nb, Pb, Sr, Th, U, V, Zn und Seltene Erd-Elemente inklusive Y (REY)) zu untersuchen. Hohe Anreichungsfaktoren aller Spurenelemente in der Nähe der Fabrik belegen eine starke Kontamination durch die Düngemittelproduktion. Weiterhin wurden eine Holzimprägnierungsfabrik und eine Erdölraffinerie als mögliche Emissionsquellen von Cu und As bzw. V und Ni identifiziert. Hohe Variationskoeffizienten der Spurenmetall-Konzentrationen in Düngemitteln aus Südbrasilien kennzeichnen deren unterschiedliche Herkunft. Durch Untersuchung der REY-Muster der Düngemittel und Böden konnte die sedimentäre oder magmatische Herkunft identifiziert werden. Die Dünger zeigen Zusammenhänge mit Emissionsmustern der Elemente, die bei der Rohphosphat-Verarbeitung freigesetzt wurden und weisen die Düngemittelfabrik als Hauptverursacher der Kontamination der näheren Umgebung aus. Entsprechend kann auch landwirtschaftliche Düngung zum Eintrag von Schwermetallen in Böden führen.

A peninsula in Rio Grande do Sul (Southern Brazil) has been known to be influenced by the immissions of a phosphorus fertilizer factory since four decades. As other industries are assumed to affect the spatial distribution of metals at this site as well, this study was conducted to identify and differentiate between potential contamination sources and their impact on accumulation of environmentally relevant elements in soils and groundwater. The concentrations of major elements (Al, Ca, Fe, K, Mg, Na, and P) and heavy and trace metals (Cu, Co, Ni, Nb, Pb, Sr, Th, U, V, Zn, and rare earth elements including Y (REY)) were determined in top and sub soils and groundwater along a transect. High enrichment factors for all trace metals in the top soil showed a strong contamination at the site of the factory. A petroleum refinery and a wood preservation factory were identified as potential sources for Ni, V, Cu, and As accumulation in soils. Phosphorus fertilizer samples used in Southern Brazil were analyzed to explore coherences with metal emission patterns potentially released by processing of the rock phosphate. High variation coefficients of all metal concentrations in fertilizers indicate different origins and show the potential contamination hazard for soils through agricultural fertilization. The REY patterns of the fertilizers allowed for the identification of the sedimentary origneous origin of the phosphate rock used for fertilizer production. The REY patterns of top soil in the vicinity of the factory confirm that the fertilizer factory is a major source of contamination in the surrounding environment.

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Smidt, Geerd / Koschinsky, Andrea / Macchado de Carvalho, Leandro / et al: Heavy metal concentrations in soils in the vicinity of a fertilizer factory in Southern Brazil. 2011.

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