Luận án tiến sĩ fate transport and environmental availability of copperii applied in catfish aquaculture ponds and enhanced immobilization of soil bound lead using a new class of stabilized iron phosphate nanoparticles

Nghiên cứu về vận chuyển fate và khả năng môi trường của đồng trong ao nuôi cá tra, cùng với việc cố định chì bằng nanoparticle phosphate sắt.

• Tác giả: Ruiqiang Liu
• Người hướng dẫn: Dongye Zhao, Associate Professor
• Trường học: Auburn University
• Chuyên ngành: Civil Engineering
• Đề tài: Tác động của Cu(II) trong ao nuôi cá tra và cách cải thiện khả năng giữ chì trong đất bằng nanoparticle phosphate sắt
• Loại tài liệu: dissertation
• Năm xuất bản: 2007
• Địa điểm: Auburn, Alabama

Mục lục chi tiết

• VITA
• DISSERTATION ABSTRACT
• ACKNOWLEDGMENTS
• TABLE OF CONTENTS
• 1. FATE AND TRANSPOT OF COPPER APPLIED IN CHANNEL CATFISH PONDS
• 1.1. MATERIALS AND METHODS
• 1.2. RESULTS AND DISCUSSION
• 2. THE LEACHABILITY, BIOACCESSIBILITY, AND SPECIATION OF CU IN THE SEDIMENT OF CHANNEL CATFISH PONDS
• 2.1. MATERIALS AND METHODS
• 2.2. RESULTS AND DISCUSSION
• 3. INFLUENCES OF VARIOUS SOIL FRACTIONS ON THE LEACHABILITY AND BIOACCESSIBILITY OF CU(II) IN SOILS
• 3.1. MATERIALS AND METHODS
• 3.2. RESULTS AND DISCUSSION
• 4. REDUCING LEACHABILITY AND BIOACCESSIBILITY OF LEAD IN SOILS USING A NEW CLASS OF STABILIZED IRON PHOSPHATE NANOPARTICLES
• 4.1. MATERIALS AND METHODS
• 4.2. RESULTS AND DISCUSSION
• 5. OVERALL CONCLUSIONS AND FUTURE WORK
• 5.1. RECOMMENDATIONS FOR FUTURE WORK
• LIST OF TABLES
• LIST OF FIGURES

Tóm tắt

I. Tổng Quan Tác Động Cu II Ao Cá Tra Nghiên Cứu Thực Trạng

Sự ô nhiễm kim loại nặng, đặc biệt là Cu(II), trong các ao nuôi cá tra là một vấn đề môi trường đáng lo ngại. Nghiên cứu này tập trung vào việc đánh giá tác động của việc sử dụng đồng sulfat (CuSO4) như một chất diệt tảo trong nuôi trồng thủy sản, cụ thể là cá tra. Việc sử dụng rộng rãi CuSO4 để kiểm soát sự phát triển của tảo lam gây ra các vấn đề về mùi vị ảnh hưởng đến chất lượng cá, tuy nhiên, tác động của nó đến hệ sinh thái ao nuôi và môi trường xung quanh vẫn chưa được hiểu rõ. Các nghiên cứu trước đây về ô nhiễm kim loại nặng thường tập trung vào sông, hồ và các hồ chứa nước, bỏ qua đặc điểm riêng biệt của ao nuôi cá tra, nơi có sự can thiệp của con người lớn hơn như sục khí cơ học, thoát nước thường xuyên và loại bỏ trầm tích. Do đó, việc nghiên cứu tác động của Cu(II) trong ao nuôi cá tra là rất quan trọng để đánh giá những hậu quả tiềm ẩn đối với sức khỏe con người và môi trường.

1.1. Ứng Dụng Đồng Sunfat CuSO4 Trong Nuôi Cá Tra

Đồng sulfat (CuSO4) được sử dụng rộng rãi trong nuôi cá tra để kiểm soát tảo lam, nguyên nhân gây ra mùi vị khó chịu cho cá. Theo tài liệu gốc, khoảng 80.000 ha ao nuôi cá tra ở Mỹ đã nhận được tổng cộng 4.000.000 kg CuSO4.5H2O, tương đương 1.000.000 kg Cu2+, vào năm 2001. Tuy nhiên, việc sử dụng này tiềm ẩn rủi ro về tác động tiêu cực đến môi trường và sức khỏe con người. Do đó, cần có các nghiên cứu chi tiết về sự vận chuyển và biến đổi của Cu(II) trong ao nuôi.

1.2. Thiếu Hụt Nghiên Cứu Về Tác Động Môi Trường Của Cu II

Mặc dù việc sử dụng CuSO4 phổ biến trong nuôi cá tra, nhưng vẫn còn thiếu các nghiên cứu chi tiết về tác động của nó đến môi trường. Các nghiên cứu trước đây thường tập trung vào các hệ thống nước mặt khác, không phản ánh đầy đủ đặc điểm riêng của ao nuôi cá tra. Những đặc điểm này bao gồm sự can thiệp của con người, quản lý nước và loại bỏ trầm tích. Vì vậy, cần thiết phải có các nghiên cứu chuyên sâu về sự phân bố, chuyển hóa và ảnh hưởng của Cu(II) đến chất lượng nước, trầm tích và sức khỏe của cá tra.

II. Vấn Đề Ô Nhiễm Cu II Thách Thức Cho Ao Nuôi Cá Tra Hiện Nay

Việc tích tụ Cu(II) trong trầm tích ao nuôi cá tra là một vấn đề đáng lo ngại. Nghiên cứu chỉ ra rằng hầu hết Cu(II) được thêm vào ao đều lắng xuống và tích tụ trong trầm tích. Điều này có thể dẫn đến sự gia tăng nồng độ đồng trong trầm tích, ảnh hưởng đến hệ sinh thái đáy ao và có khả năng gây độc cho các sinh vật sống trong trầm tích. Khả năng hòa tan và sinh khả dụng của Cu(II) trong trầm tích cũng là một yếu tố quan trọng cần xem xét, vì nó ảnh hưởng đến mức độ phơi nhiễm của các sinh vật. Nghiên cứu cũng xem xét ảnh hưởng của các thành phần đất khác nhau đến khả năng hòa tan và sinh khả dụng của Cu(II) trong đất.

2.1. Sự Tích Tụ Đồng Cu II Trong Trầm Tích Ao Nuôi

Nghiên cứu chỉ ra rằng phần lớn Cu(II) được sử dụng trong ao nuôi cá tra cuối cùng lắng xuống và tích tụ trong trầm tích. Theo nghiên cứu thí điểm, hầu như toàn bộ 774g Cu(II) được thêm vào ao thí nghiệm trong 16 tuần hè đã được giữ lại trong trầm tích. Chỉ 0.01% tổng lượng đồng được cá hấp thụ và 0.1% còn lại trong nước ao. Điều này cho thấy trầm tích là nơi lưu trữ chính của đồng trong ao nuôi.

2.2. Đánh Giá Khả Năng Hòa Tan Và Sinh Khả Dụng Của Cu II

Khả năng hòa tan và sinh khả dụng của Cu(II) trong trầm tích là yếu tố then chốt quyết định mức độ rủi ro đối với sinh vật. Nghiên cứu đã sử dụng quy trình chiết tách độc tính (TCLP) để đánh giá khả năng hòa tan và quy trình chiết xuất sinh học dựa trên sinh lý (PBET) để đánh giá sinh khả dụng. Kết quả cho thấy một phần nhỏ đồng trong trầm tích có thể hòa tan, nhưng một tỷ lệ đáng kể có thể sinh khả dụng, cho thấy tiềm năng gây ảnh hưởng đến sức khỏe của sinh vật.

III. Giải Pháp Nano Phosphate Sắt Cố Định Chì Trong Đất Hiệu Quả

Để giải quyết vấn đề ô nhiễm kim loại nặng, đặc biệt là chì (Pb2+), nghiên cứu đã phát triển một loại nanoparticle phosphate sắt ổn định mới (vivianite) với sodium carboxymethyl cellulose (CMC) làm chất ổn định. Mục tiêu là sử dụng các nanoparticle này để cố định chì tại chỗ, giảm khả năng hòa tan và sinh khả dụng của chì trong đất. Các thử nghiệm đã được thực hiện để đánh giá hiệu quả của các nanoparticle này trong việc giảm thiểu rủi ro ô nhiễm chì trong ba loại đất đại diện: đất đá vôi, đất trung tính và đất axit.

3.1. Phát Triển Nanoparticle Phosphate Sắt Vivianite

Nghiên cứu đã phát triển một loại nanoparticle phosphate sắt (vivianite) mới, ổn định hóa bằng sodium carboxymethyl cellulose (CMC). Việc sử dụng CMC giúp ngăn chặn sự kết tụ của các nanoparticle, duy trì kích thước nhỏ và tăng cường khả năng phân tán trong môi trường đất. Kích thước trung bình của các nanoparticle này là khoảng 8 nm, cho phép chúng dễ dàng xâm nhập vào các lỗ rỗng trong đất và tương tác với các ion chì.

3.2. Cơ Chế Cố Định Chì Bằng Nanoparticle Phosphate Sắt

Các nanoparticle phosphate sắt hoạt động bằng cách phản ứng với chì (Pb2+) trong đất, tạo thành các khoáng chất phosphate chì ít tan, như pyromorphite. Quá trình này làm giảm đáng kể khả năng hòa tan và sinh khả dụng của chì, giảm thiểu rủi ro phơi nhiễm cho con người và môi trường. Nghiên cứu đã sử dụng các thử nghiệm TCLP và PBET để đánh giá hiệu quả của các nanoparticle trong việc cố định chì.

IV. Ứng Dụng Nanoparticle Giảm Thiểu Khả Năng Rò Rỉ Chì Đến 95

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc sử dụng nanoparticle phosphate sắt có hiệu quả trong việc giảm thiểu khả năng rò rỉ chì (Pb2+) từ đất. Khi đất được xử lý bằng nanoparticle với liều lượng 0.0 mg PO43-/g-đất trong 56 ngày, khả năng rò rỉ chì theo TCLP đã giảm đến 95%. Khả năng sinh khả dụng của chì trong đất cũng giảm đáng kể, từ 31% đến 47%. Điều này cho thấy rằng nanoparticle có thể là một công cụ hiệu quả để xử lý ô nhiễm chì trong đất.

4.1. Kết Quả Thử Nghiệm TCLP Giảm Rò Rỉ Chì

Thử nghiệm TCLP (Toxicity Characteristic Leaching Procedure) cho thấy hiệu quả đáng kể trong việc giảm khả năng rò rỉ chì khi sử dụng nanoparticle phosphate sắt. Khi xử lý đất ô nhiễm bằng nanoparticle với liều lượng phù hợp, khả năng hòa tan và rò rỉ chì đã giảm đến 95% sau 56 ngày, cho thấy hiệu quả cao trong việc cô lập chì trong đất.

4.2. Kết Quả Thử Nghiệm PBET Giảm Sinh Khả Dụng Chì

Kết quả từ thử nghiệm PBET (Physiologically Based Extraction Test) chứng minh rằng việc sử dụng nanoparticle phosphate sắt cũng làm giảm đáng kể khả năng sinh khả dụng của chì trong đất. Khả năng chì được hấp thụ bởi các sinh vật sống giảm từ 31% đến 47% sau khi xử lý bằng nanoparticle trong 56 ngày. Điều này cho thấy nanoparticle không chỉ giảm rò rỉ mà còn giảm nguy cơ chì xâm nhập vào chuỗi thức ăn.

V. Nghiên Cứu Thực Tế Ảnh Hưởng Của Đất Đến Hiệu Quả Cố Định Chì

Nghiên cứu đã xem xét ảnh hưởng của các loại đất khác nhau (đá vôi, trung tính, axit) đến hiệu quả của nanoparticle trong việc cố định chì. Kết quả cho thấy thành phần và tính chất của đất có ảnh hưởng đáng kể đến khả năng của nanoparticle trong việc giảm khả năng hòa tan và sinh khả dụng của chì. Ví dụ, đất giàu carbonate có xu hướng giảm khả năng hòa tan của đồng, nhưng lại làm tăng khả năng sinh khả dụng của nó. Nghiên cứu cũng chỉ ra vai trò của oxit sắt/mangan, chất hữu cơ và khoáng sét trong việc giữ lại đồng trong điều kiện axit.

5.1. Ảnh Hưởng Của Carbonate Đến Cố Định Đồng Và Chì

Các loại đất có hàm lượng carbonate cao có ảnh hưởng phức tạp đến sự di chuyển và sinh khả dụng của đồng và chì. Nghiên cứu cho thấy khả năng hòa tan của đồng giảm ở đất giàu carbonate, nhưng sinh khả dụng của nó lại tăng. Điều này cần được xem xét khi áp dụng các biện pháp xử lý ô nhiễm kim loại nặng trong đất carbonate.

5.2. Vai Trò Của Oxxit Sắt Mangan Chất Hữu Cơ Và Khoáng Sét

Trong điều kiện axit, oxit sắt/mangan, chất hữu cơ và khoáng sét đóng vai trò quan trọng trong việc giữ lại đồng trong đất. Khoáng sét, đặc biệt, thể hiện ái lực mạnh nhất với đồng, giúp ngăn chặn sự di chuyển và phát tán của đồng trong môi trường đất. Điều này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc hiểu rõ thành phần đất để thiết kế các biện pháp xử lý ô nhiễm hiệu quả.

VI. Kết Luận Tương Lai Ứng Dụng Rộng Rãi Công Nghệ Nano

Nghiên cứu này cung cấp cái nhìn sâu sắc về tác động của Cu(II) trong ao nuôi cá tra và đề xuất một giải pháp tiềm năng để xử lý ô nhiễm chì trong đất bằng cách sử dụng nanoparticle phosphate sắt. Kết quả cho thấy việc sử dụng nanoparticle có thể là một phương pháp hiệu quả để giảm thiểu rủi ro ô nhiễm kim loại nặng, góp phần bảo vệ môi trường và sức khỏe con người. Tuy nhiên, cần có thêm nghiên cứu để đánh giá hiệu quả và tính an toàn của nanoparticle trong điều kiện thực tế và để tối ưu hóa quy trình sản xuất và ứng dụng.

6.1. Triển Vọng Ứng Dụng Nanoparticle Phosphate Sắt

Công nghệ sử dụng nanoparticle phosphate sắt để cố định chì trong đất hứa hẹn nhiều tiềm năng trong việc xử lý ô nhiễm kim loại nặng. Với khả năng giảm thiểu khả năng hòa tan và sinh khả dụng của chì, công nghệ này có thể được ứng dụng rộng rãi trong các khu vực bị ô nhiễm bởi hoạt động công nghiệp, khai thác mỏ và các hoạt động khác.

6.2. Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo Về An Toàn Và Hiệu Quả

Mặc dù kết quả nghiên cứu ban đầu đầy hứa hẹn, nhưng cần có thêm nhiều nghiên cứu để đánh giá đầy đủ tính an toàn và hiệu quả của việc sử dụng nanoparticle phosphate sắt trong thực tế. Các nghiên cứu tiếp theo nên tập trung vào đánh giá tác động dài hạn của nanoparticle đối với hệ sinh thái đất, cũng như tối ưu hóa quy trình sản xuất để giảm chi phí và tăng tính khả thi của ứng dụng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

FATE, TRANSPORT, AND ENVIRONMENTAL AVAILABILITY OF CU(II) APPLIED IN CATFISH AQUACULTURE PONDS AND ENHANCED IMMOBILIZATION OF SOIL-BOUND LEAD USING A NEW CLASS OF STABILIZED IRON PHOSPHATE NANOPARTICLES Ruiqiang Liu A Dissertation Submitted to the Graduate Faculty of Auburn University in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Doctor of Philosophy Auburn, Alabama May 10, 2007 UMI Number: 3245484 UMI Microform 3245484 Copyright 2007 by ProQuest Information and Learning Company. All rights reserved. This microform edition is protected against unauthorized copying under Title 17, United States Code. ProQuest Information and Learning Company 300 North Zeeb Road P.

Box 1346 Ann Arbor, MI 48106-1346 FATE, TRANSPORT, AND ENVIRONMENTAL AVAILABILITY OF CU(II) APPLIED IN CATFISH AQUACULTURE PONDS AND ENHANCED IMMOBILIZATION OF SOIL-BOUND LEAD USING A NEW CLASS OF STABILIZED IRON PHOSPHATE NANOPARTICLES Except where reference is made to the work of others, the work described in this dissertation is my own or was done in collaboration with my advisory committee. This dissertation does not include proprietary or classified information. Ruiqiang Liu Certificate of Approval: Mark O. Barnett Dongye Zhao, Chairman Associate Professor Associate Professor Civil Engineering Civil Engineering Claude E.

Shaw Professor, Associate Professor Fisheries and Allied Agronomy and Soils Aquacultures Yucheng Feng Joe F. Pittman Associate Professor Interim Dean Agronomy and Soils Graduate School FATE, TRANSPORT, AND ENVIRONMENTAL AVAILABILITY OF CU(II) APPLIED IN CATFISH AQUACULTURE PONDS AND ENHANCED IMMOBILIZATION OF SOIL-BOUND LEAD USING A NEW CLASS OF STABILIZED IRON PHOSPHATE NANOPARTICLES Ruiqiang Liu Permission is granted to Auburn University to make copies of this dissertation at its discretion, upon request of individuals or institutions and at their expense. The author reserves all publication rights. Signature of Author Date of Graduation iii VITA Ruiqiang Liu, son of Wuwang Liu and Xuede Zhang, was born in Taiyuan, Shanxi, China on February 3, 1971.

He earned his bachelors degree in Environmental Engineering from Taiyuan University of Technology, China in 1994. He earned his M. in environmental engineering from the same university in 1997. Since August 2002, he has been a Ph.

student in the Department of Civil Engineering. During his stay at Auburn, he has produced one U. patent (pending), four journal papers (two published, one in review, another being submitted) and two technical reports, and delivered five presentations at various national meetings. iv DISSERTATION ABSTRACT FATE, TRANSPORT, AND ENVIRONMENTAL AVAILABILITY OF CU(II) APPLIED IN CATFISH AQUACULTURE PONDS AND ENHANCED IMMOBILIZATION OF SOIL-BOUND LEAD USING A NEW CLASS OF STABILIZED IRON PHOSPHATE NANOPARTICLES Ruiqiang Liu Doctorate of Philosophy, May 10, 2007 (M., Taiyuan University of Technology, 1997) (B., Taiyuan University of Technology, 1994) 226 Typed Pages Directed by Dongye Zhao Copper sulfate has been the most commonly used algaecide for about a century in the U.

to control the off-flavor problem caused by blue-green algae in channel catfish (Ictalurus punctatus) ponds. In 2001, the ~80,000 hectares of channel catfish ponds in the U. received a total dose of 4,000,000 kg of CuSO4·5H2O or 1,000,000 kg of Cu2+. However, no detailed studies have been available pertaining to the potential adverse impacts of the copper applied in catfish ponds on human and environmental health.

A pilot-scale study and various field measurements at commercial ponds were conducted to investigate the environmental fate of copper applied as an algaecide in catfish ponds. In the pilot study, a total of 774 g Cu(II) were applied to an experimental catfish pond over a period of 16 summer weeks. Copper mass balance indicated that v virtually all Cu(II) applied was retained in the sediment.01% of the total Cu applied was taken up by fish and 0.1% remained in pond water. Data from three commercial fishponds of different ages (1-25 years) and with different sediment types (acidic, neutral and calcareous) supported the pilot-scale observation.

Field monitoring of groundwater quality suggested that the copper leaching into the groundwater surrounding the ponds was insiginificant. Sediments taken from the three commercial catfish ponds were studied for content, leachability, bioaccessibility, and speciation of sediment-bound Cu(II). Results showed that copper was concentrated in the top 10 cm of the sediments. Leachability tests based on the toxicity characteristic leaching procedure (TCLP) showed ~1-8% of sediment- bound copper was leachable, while the bioaccessible copper, determined following a physiological based extraction test (PBET) procedure, accounted for up to ~40-80% of total Cu.

Becasue of the high redox potential in the surface sediments, acid volatile sulfide was not a significant sink for copper. Tests following a sequential extraction method revealed that the residual phase copper (i. Cu bound in the lattices of primary and secondary minerals) was the major Cu fraction in the ponds with acidic and calcareous sediments but carbonate-bound, Fe/Mn oxide-bound and organically bound Cu, as well as the residual fraction, seemed equally important in the pond with neutral sediment. Effects of various soil fractions and soil compositions on the leachability and bioaccessibility of soil-bound Cu were investigated with three representative soils (calcareous, neutral, and acidic).

The synthetic precipitation leaching procedure (SPLP) was used to assess the metal leachability, the PBET was used to assess the vi bioaccessibility, and a selective dissolution approach was applied to fractionate the soil fractions. Data showed that soil carbonates played an important role in Cu desorption from soil. The leachability of Cu bound in carbonate-rich soils was less than that in soils with lower carbonate content. However, the bioaccessibility of copper in carbonate-rich soils was greater than that for soils with low carbonate content.

Leachability and bioaccessibility of Cu in different particle size fractions fractionated on were found to be correlated with the carbonate contents in each fraction. Results also showed Fe/Mn oxides, organic matter and clay minerals are responsible for Cu retention under acidic leaching conditions, and clay minerals consistently showed the strongest affinity for Cu. This study developed a new class of iron phosphate (vivianite) nanoparticles, prepared with sodium carboxymethyl cellulose (CMC) as a stabilizer, and tested the feasibility of applying the nanoparticles for in-situ immobilization of lead (Pb2+) in soils. TEM measurements indicated that the mean particle size was about 8.

Batch test results showed that the CMC-stabilized nanoparticles can effectively reduce the TCLP leachability and PBET-based bioaccessibility of Pb2+ in the 3 representative soils. When the soils were treated with the nanoparticles at a dosage ranging from 0.0 mg as PO43-/g-soil for 56 days, the TCLP leachability of Pb2+ was reduced by up to 95%, whereas the bioaccessibility of Pb2+ in the soils was reduced by 31~47%. vii Style manual or journal used Water, Air and Soil Pollution Computer Software used Microsoft Excel 2003, Microsoft Word 2003, Sigmaplot 8.0, and Visual MINTEQ 2. viii ACKNOWLEDGMENTS The author would like to express his sincere and profound gratitude to Dr.

Dongye Zhao for his support, invaluable advice, guidance and patience throughout the duration of his studies. The author would also like to extend his great appreciation to the members of his advisory committee: Dr. Boyd and Dr. Yucheng Feng for their constant support throughout this research.

Many advices from my late committee member, Dr. Jim F Adams, were also unforgettable. Great thanks are due to Dr. Jinling Zhuang and Dr.

Junchen Liu for providing and operating the related research facilities. Special thanks are also extended to Dr. Ming- Kuo Lee for his assistance in dissertation writing. The author would also like to express his deepest appreciation to his parents and family for their versatile and continuous support.

The author has special appreciation to his wife, Miao Guo and his son Eric Liu for bringing a lot into his life that he stands too short to count. This work was partially funded by Auburn University Environmental Institute, USGS Alabama Water Resources Research Institute, Auburn University Highway Research Center and the Strategic Environmental Research and Development Program (SERDP) under the direction of Dr. ix TABLE OF CONTENTS LIST OF TABLES………………………………………………………………. xii LIST OF FIGURES.

FATE AND TRANSPOT OF COPPER APPLIED IN CHANNEL CATFISH PONDS ……. MATERIALS AND METHODS……………………………………. RESULTS AND DISCUSSION………………………………………. THE LEACHABILITY, BIOACCESSIBILITY, AND SPECIATION OF CU IN THE SEDIMENT OF CHANNEL CATFISH PONDS ……….

MATERIALS AND METHODS……………………………………… 45 3. RESULTS AND DISCUSSION………………………………………. 74 CHAPTER IV INFLUENCES OF VARIOUS SOIL FRACTIONS ON THE LEACHABILITY AND BIOACCESSIBILITY OF CU(II) IN SOILS……. MATERIALS AND METHODS……………………………………… 79 3.

RESULTS AND DISCUSSION………………. REDUCING LEACHABILITY AND BIOACCESSIBILITY OF LEAD IN SOILS USING A NEW CLASS OF STABILIZED IRON PHOSPHATE NANOPARTICLES………………………………………. MATERIALS AND METHODS……………………………………… 116 3. RESULTS AND DISCUSSION……………………………………….

OVERALL CONCLUSIONS AND FUTURE WORK………… 164 1. RECOMMENDATIONS FOR FUTURE WORK……………………. 193 xi LIST OF TABLES Table 2. Pond water quality and soil property data for the experimental pond and the commercial ponds.

Summary of Cu budget calculations ……. Cu concentrations in tissues of the catfish raised in commercial ponds ……………………………………………. Pond water quality and soil property data for the commercial catfish ponds ………………………………………………………………………… 47 Table 3. Experimental conditions for sequential extraction procedures ….

Chemical characteristics of the sediments at different sites and depths ………………………………………………………………………. Salient physical and chemical properties of soils used in study ………………………………………………………………………. Correlating SPLP-leachable Cu concentration with total Cu in soils… 90 Table 4. Correlating PBET-leachable Cu concentration with total Cu in soils….

Dissolution of various soil minerals under SPLP and PBET conditions and their effects on final pH……………………………………… 110 Table 5. Salient physical and chemical properties of soils used in study. Experimental conditions for sequential extraction of Pb from soils. Changes of Pb concentration in TCLP extract with time after soils were amended with vivianite nanoparticles in Case 1 (nanoparticle suspension -to-soil ratio = 2:1 mL/g)………………………………………….

Changes of Pb concentration in the TCLP extract with time after soils were amended with vivianite nanoparticles in Case 2 (nanoparticle suspension-to-soil ratio = 10:1 mL/g)………………………. Pb concentrations in PBET extracts for three soils before and after nanoparticle treatments……………………………………. Effects of chloride on TCLP leachable Pb in soils amended with stabilized vivianite nanoparticles……………………………………………. Phosphate leached from soils after being amended with vivianite nanoparticle suspension or sodium phosphate (NaH2PO4) solution for 7 days ……………………………………………………….

Changes of Pb concentrations in the TCLP extracts with treatment time after soils were amended with 1.43 mM FeS nanoparticle suspension ………………………………………………………………. Changes of Pb concentrations in the TCLP extracts with treatment time after soils were amended with 30 mM magnetite nanoparticle suspension …………………………………………………………………. 160 xiii LIST OF FIGURES Figure 2. A plan view (not to scale) of the experimental pond and location of the water and sediment sampling points………………………………….

Transient change in concentration of total Cu in pond water at Points A, C and E following a Cu application ………. Transient change in concentration of dissolved Cu in pond water at Points A, C and E following a Cu application……………………………….3 Dynamic profiles of DO and pH in pond water following a copper application. Copper added at t = 0. Accumulation of Cu in sediment at point E (a) during the Cu application season ………………………………………………………….

Accumulation of Cu in sediment at point A (b) during the Cu application season ……………………. Accumulation of Cu in sediment at point D (c) during the Cu application season …………………………………………………………… 25 Figure 2. Vertical distributions of Cu in sediment at Point B at the beginning, middle and end of the study period …………………………………………. Changes in copper concentrations in selected fish tissues with time …………….

Vertical distribution in Cu concentration and bulk density with depth of the pond sediment/bottom soil for 1-year pond……………………. Vertical distribution in Cu concentration and bulk density with depth of the pond sediment/bottom soil for 5-year pond……………………. Vertical distribution in Cu concentration and bulk density with depth of the pond sediment/bottom soil for 25-year pond …………………. Spatial distributions of Cu in the 5-year pond sediment…………….

Spatial distributions of Cu in the 1-year and 25-year pond sediments……………………………………………………………………. Spatial distributions of acid volatile sulfide (AVS) and simultaneously extracted Cu (SEMCu) in the 1-year pond sediment…………. Spatial distributions of acid volatile sulfide (AVS) and simultaneously extracted Cu (SEMCu) in the 5-year pond sediment…………. Spatial distributions of acid volatile sulfide (AVS) and simultaneously extracted Cu (SEMCu) in the 25- year pond sediment……….

Spatial variations of the TCLP leachable Cu in the pond sediments… 62 Figure 3.