The aim of this study was to assess the degree of heavy metal contamination (cadmium - Cd, chromium - Cr, copper - Cu, nickel - Ni, lead - Pb, zinc - Zn) and the potential ecological risk of bottom sediments in the Dobromierz drinking water reservoir (Poland). The study involved sampling within the reservoir's direct and indirect protection zones and at reference points on the Strzegomka River over two seasons (autumn 2023 and spring 2024). Laboratory analyses were performed using the ICP-OES method after sample mineralization in aqua regia, and integrated indicators were used to assess toxicity: the geochemical approach, the Länder-Arbeitsgemeinschaft Wasser Classification (LAWA), the pollution index (Pi), the geoaccumulation index (Igeo), the contamination factor (Cf) and the ecological risk index (Er). The results indicate that the dominant sediment fraction in the reservoir consists of earthy particles (<2 mm), which favor the accumulation of heavy metals. The highest median metal concentrations were recorded in the direct protection zone, as confirmed by the toxicity indicator values. The order of metal toxicity was as follows: Cd > Cu > Ni > Cr > Zn > Pb. The sediments were mostly classified as Class I-II toxicity (slightly or moderately contaminated), but remediation was required at several locations due to elevated Cu and Ni levels. Cluster analysis confirmed the similarity of sediment properties in the reservoir's protection zones and their distinction from samples collected from the Strzegomka River. The results emphasize the importance of comprehensive, multi-indicator assessment methods in diagnosing the ecotoxicity of bottom sediments in drinking water reservoirs. This study fills a knowledge gap regarding heavy metal pollution in Poland and provides a basis for implementing remedial measures and sustainable water resource management.
PL
Celem pracy była ocena stopnia zanieczyszczenia metalami ciężkimi (Cu, Zn, Pb, Cd, Cr, Ni) oraz potencjalnego zagrożenia ekologicznego osadów dennych zbiornika wody pitnej Dobromierz (Polska). Badania obejmowały pobranie próbek w bezpośredniej i pośredniej strefie ochronnej zbiornika oraz w punktach referencyjnych na rzece Strzegomce w ciągu dwóch sezonów (jesień 2023, wiosna 2024). Analizy laboratoryjne wykonano metodą ICP-OES po mineralizacji próbek w wodzie królewskiej, a do oceny toksyczności wykorzystano zintegrowane wskaźniki: podejście geochemiczne, LAWA, Pi, Igeo, Cf i Er. Uzyskane wyniki wskazują, że dominującą frakcją osadów w zbiorniku są części ziemiste (<2 mm), które sprzyjają akumulacji metali ciężkich. Najwyższe mediany stężeń metali odnotowano w strefie ochrony bezpośredniej, co potwierdzają wartości wskaźników toksyczności. Kolejność toksyczności metali była następująca: Cd > Cu > Ni > Cr > Zn > Pb. Osady zostały w większości zaklasyfikowane do klasy toksyczności I–II (lekko lub umiarkowanie zanieczyszczone), ale w kilku miejscach (Cu, Ni) konieczna byłaby remediacja. Analiza skupień potwierdziła podobieństwo właściwości osadów w strefach ochronnych zbiornika i ich różnice w porównaniu z próbkami z rzeki Strzegomki. Wyniki podkreślają znaczenie kompleksowych, wielowskaźnikowych metod oceny w diagnozowaniu ekotoksyczności osadów dennych w zbiornikach wody pitnej. Niniejsze badanie wypełnia lukę w wiedzy na temat zanieczyszczenia metalami ciężkimi w Polsce i stanowi podstawę do wdrażania środków zaradczych oraz zrównoważonego zarządzania zasobami wodnymi.
Zagadnienie zasygnalizowane w tytule będzie odnosiło się do substancji mineralnych typu piasek, żwir, kamienie czy osady denne. Nie będą rozpatrywane kwestie postępowania z materiałami czy przedmiotami zatopionymi w wodach wskutek działalności człowieka czy sił natury.
Osady denne to integralny element wszystkich ekosystemów wodnych. Stanowią one miejsce, w którym kumulowane są różne zanieczyszczenia, w tym także te potencjalnie toksyczne, jak metale. Zanieczyszczenia te mogą być unieruchamiane w osadach dennych jezior, cieków czy też zbiorników wodnych na długi czas. Stan ten może przyczyniać się do negatywnego oddziaływania tych pierwiastków zarówno w wymiarze ekologicznym, jak i zdrowotnym. Dlatego też, poza systematycznym monitorowaniem zawartości metali w osadach dennych, konieczne jest również przeprowadzanie oceny ryzyka zdrowotnego, związanego z obecnością tych pierwiastków.
EN
Bottom sediments are an integral element of all aquatic ecosystems. They are places where various pollutants, including potentially toxic ones, such as metals, are accumulated. These pollutants can be immobilised in the bottom sediments of lakes, streams, or water reservoirs for a long time. This condition may contribute to the negative impact of these elements, both in ecological and health aspect. Therefore, in addition to systematic monitoring of metal content in bottom sediments, it is also necessary to assess health risks associated with the presence of these elements.
The Sf. Gheorghe distributary (the oldest branch of the Danube River) is subject to different hydro-sedimentary impacts due to the anthropogenic meander cut-off plans undertaken in the last decades for navigational purposes. This study aimed to determine the contents of the main lithological levels (i.e., organic matter – TOM%, carbonates – CAR% and siliciclastics – SIL%) in the bed sediments, using the LOI (Loss in Ignition) method. In this sense, a field sediment investigation has been conducted in 58 sampling sites located on the Sf. Gheorghe Arm (km 85 – km 15) (rivers, artificial channels, rectified meanders, including side channels and lakes), during May 2024. The distribution of the organic matter, carbonates and siliciclastics showed a significant spatial variability. The implemented analyses made it possible to distinguish mineral-rich sediments (>15-30%SIL) found especially in river sections, while organic-rich sediments (>15-30%TOM) were mainly identified in lakes. From these outcomes, it seems reasonable to conclude that the sediment deposition and accumulation are strongly influenced by the local hydrodynamic conditions (fluvial and lacustrine environments) which allow the accumulation of a mixture of different sediments. This study enables quantitative evidence related to the main lithological components of the bed sediments within the Sf. Gheorghe Arm (km 85 – km 15), and present a database for future sustainable ecosystem restoration and management measures, to protect and maintain wildlife habitat and biodiversity on the Danube Delta edifice.
The relationship between morphometric conditions and the state of contamination of bottom sediments was investigated in terms of protection and restoration of limnic ecosystems. The study showed a high similarity of spatial variability of various types of pollutants including metals and polycyclic aromatic hydrocarbons, and in the case of phosphorus its speciation forms in the bottom sediments of the studied ecosystem. This indicates a common transport mechanism for these pollutants, in which suspended solids play a decisive role. The linear velocity of water flow is a determining factor in the transport of suspended solids shaping the distribution and degree of contamination of bottom sediments within a shallow, lowland dam reservoir. Morphometric conditions affect the spatial variability of the linear velocity of water flow, which is reflected in the spatial variability of contaminant concentrations in bottom sediments along the direction of water flow. The highest concentrations of pollutants, including organic matter, phosphorus, metals and PAHs are deposited in the pelagic zone of the reservoir. Knowledge of hydrological conditions and understanding of the physical properties of allochthonous suspensions provides an opportunity to control the process of sedimentation of suspensions through appropriate shaping of the bottom and surface of transverse profiles, determining the linear velocity of water flow.
PL
Artykuł koncentruje się na korelacjach między warunkami morfometrycznymi i hydrodynamicznymi a zanieczyszczeniem osadów dennych z punktu widzenia ochrony i rekultywacji ekosystemów limnicznych. Przeprowadzone badania wykazały duże podobieństwo w przestrzennej zmienności różnych zanieczyszczeń, w tym specjajnych form fosforu, metali i wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych, w osadach dennych badanego ekosystemu. Badania wskazują na wspólny dla tych zanieczyszczeń mechanizm transportu, w którym kluczową rolę odgrywają zawiesiny. Prędkość liniowa przepływu wody jest czynnikiem decydującym o transporcie zawiesin. Kształtuje ona rozkład i poziom zanieczyszczeń w osadach dennych w płytkim nizinnym zbiorniku zaporowym. Warunki morfometryczne wpływają na przestrzenną zmienność prędkości liniowej przepływu wody, co znajduje odzwierciedlenie w alokacji zanieczyszczeń w ekosystemie w kierunku przepływu wody. Najwyższe stężenia zanieczyszczeń (w tym materii organicznej, fosforu, metali i WWA) odkładają się w strefie pelagicznej zbiornika. Zrozumienie warunków hydrodynamicznych i znajomość właściwości fizycznych wykazywanych przez zawiesiny allochtoniczne stwarzają możliwość sterowania procesem sedymentacji zawiesiny poprzez odpowiednie ukształtowanie dna i profili poprzecznych określających prędkość liniową przepływu wody.
This study aimed to assess the ecological and human health risks of heavy metals (Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, and Zn) in the bottom sediments of the Pławniowice reservoir, which is located in the Silesian Voivodeship, one of the most polluted regions in Poland. Sediment samples were collected at 5 sampling points located along the main axis of the reservoir. The concentrations of heavy metals were determined using Avio 200 ICP-OES atomic absorption spectrometer (PerkinElmer Inc.). The geochemical quality classification, Geoaccumulation Index (Igeo), Ecotoxicological criteria, and Potential Ecological Risk Factor (ER) were used for the assessment of the ecological risk, while for the human health risks, the Hazard Quotient (HQ), Hazard Index (HI), Carcinogenic Risk (CR) and Total Carcinogenic Risk (TCR). The results of the ecological risk analysis indicated that among the studied metals, only Cd may pose a potential hazard to the fauna and flora of the reservoir. The results of the health risks assessment indicated that the primary exposure pathway for adults and children can be accidental ingestion of polluted sediments. In both cases, children are far more exposed to the health effects. Although the studied metals did not pose a direct threat to human health, due to the values of CRs and TCRs to Cd, Cr and Ni it is recommended to take appropriate steps to reduce the concentrations of these heavy metals in the bottom sediments by their periodical removal.
PL
Celem pracy jest ocena ryzyka ekologicznego i zdrowotnego związanego z obecnością metali ciężkich (Cd, Cr, Cu, Ni, Pb i Zn) w osadach dennych zbiornika Pławniowice, który znajduje się w województwie śląskim, jednym z najbardziej zanieczyszczonych regionów w kraju. Próbki do badań pobierano w pięciu punktach rozmieszczonych wzdłuż głównej osi zbiornika. Stężenia metali ciężkich oznaczano przy użyciu spektrometru absorpcji atomowej Avio 200 ICP-OES (PerkinElmer Inc.). Do oceny ryzyka ekologicznego wykorzystano geochemiczne klasy czystości osadów, Geoaccumulation Index (Igeo), Ecotoxicological criteria oraz Potential Ecological Risk Factor (ER), z kolei do oceny ryzyka zdrowotnego użyto Hazard Quotient (HQ), Hazard Index (HI), Cancirogenic Risk (CR) oraz Total Carcinogenic Risk (TCR). Wyniki analizy ryzyka ekologicznego wskazują, że spośród badanych metali tylko Cd może stanowić potencjalne zagrożenie dla fauny i flory zbiornika. Ocena ryzyka zdrowotnego wykazała, że główną drogą narażenia dla dorosłych i dzieci może być przypadkowe połknięcie zanieczyszczonych osadów. Ponadto w obu przypadkach dzieci są bardziej narażone na skutki zdrowotne. Pomimo że analizowane metale nie stwarzały bezpośredniego zagrożenia dla zdrowia człowieka, to ze względu na wartości indeksów CR i TCR, w odniesieniu do Cd, Cr i Ni, zaleca się podjęcie odpowiednich działań w celu zmniejszenia stężeń tych metali ciężkich w osadach dennych poprzez ich okresowe usuwanie.
Osady denne powstające w rzekach oraz innych zbiornikach wodnych, w świetle prawa stanowią odpad, który należypoddać unieszkodliwieniu lub zagospodarować.
8
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W procesie rewitalizacji zastosowano mieszane mechaniczne metody remediacji wód, takie jak refulacja strefowa, pogłębianie strefowe za pomocą pogłębiarek chwytakowych oraz wycinka biomasy makrofitów zanurzonych i wynurzonych harwesterem wodnym na większym obszarze zbiornika. Następnie zaaplikowano biopreparaty kierunkowe w celu przyspieszenia procesów biodegradacji zanieczyszczeń organicznych w wodach zbiornika zaporowego. Odnotowano znaczące zmniejszenie osadów dennych (miękkich frakcji organicznych) w obszarze, gdzie nie stosowano metod mechanicznych. Wprowadzenie mikrobiologicznych preparatów znacząco złagodziło zaburzenia wynikające z inwazyjnej ingerencji metod mechanicznych oraz poprawiło strefę eufotyczną wody i korzystnie wpłynęło na poprawę profilu tlenowego od wody przydennej do powierzchniowej.
EN
Mech. and biotechnol. methods were used to revitalize the Pasternik reservoir. The dredging process was carried out to restore water retention in zones intensively shallowed by bottom debris. Then, highly effective biomixts. of microorganisms were used to actively biodegrade org. matter in sediments as well as pollutants and nutrients present in water. A significant increase in transparency of water, redn. in nutrient load, and decrease in the layer of soft org. fractions deposited on the bottom of the reservoir were achieved. The conditions of the euphotic zone improved dramatically.
An attempt was made to determine the correlation between the granulometric structure of bottom sediments and the content of speciation forms of phosphorus and selected metals. Using the sedimentation method, the bottom sediments of a thermally contaminated dam reservoir were divided into fast and slow-draining fractions. Measurements of granulometric composition were made, determining the volume proportions of sediment particles in the range of 0.1 m to 650 m. Particle share sizes were determined in the size range: 0.1–50 m (F1), 50–100 m (F2), 100–200 m (F3), 200–400 m. (F4). The study showed that the content of speciation forms of phosphorus and selected metals remains related to the granulometric structure of bottom sediments. The content of organic matter in sediments is determined by the proportion of the smallest particles, from 0.1 to 50 μm, at the same time these particles most strongly aff ect the reduction conditions of sediments. According to Gilford›s correlation thresholds, there was no correlation between the proportion of sediment particles with dimensions of 0.1–50 μm and the concentration of speciation forms of phosphorus. For particles with dimensions of 50–100 μm, the strongest correlation was observed for the concentration of the EP fraction and for the WDP fraction (r2 = 0.4048, r2 = 0.3636). A strong correlation between the size of sediment particles and the concentration of speciated forms of phosphorus was noted for particles with dimensions of 100–200 μm and 200–400 μm. The coeffi cient of determination was forAAP, EP, WDP and RDP, respectively: 0.8292, 0.891, 0.7934, 0.47. The relationship between particles in the 0.1–50 m range and iron (Fe) concentration, R2 – 0.3792, aluminum (Al) R– 0.3208, and zinc (Zn) R2 – 0.4608, was classifi ed as medium. For particles in the 50–100 m range, a medium correlation with calcium (Ca) and magnesium (Mg) concentrations is apparent, R2 0.4443 and 0.3818, respectively. For particles 100–200 mm and 200–400 mm, an almost full correlation is noted for iron (Fe) R2 – 0.9835, aluminum (Al) R2 – 0.9878, calcium (Ca) R2 – 0. 824, very strong for manganese (Mn) R2 – 0.6817, and zinc (Zn) R2 – 0.7343. There is a very strong correlation between the concentration of the AAP fraction with the concentration of iron (Fe) R2 – 0.8694 and a strong correlation between the concentration of EP with the concentration of iron (Fe) R2 – 0.609. There is a strong correlation between the concentration of theAAP and EP fractions with the concentration of aluminum (Al) R2 – 0. 6253 and 0.8327. The concentration of AAP and EP fractions with the concentration of calcium (Ca) R2 – 0.5941 and 0.7576 remains in a strong relationship. The correlation between the concentration of RDP fractions and the concentration of magnesium (Mg) and manganese (Mn) remains in a medium relationship. The concentration of the EP fraction (Olsen-P) is in a strong relationship with the concentration of organic matter (R2 –.0.6763). No correlation was found between the concentration of the residuum form and the concentrations of organic matter, iron (Fe) and aluminum (Al).A medium correlation was found between the concentration of the residuum form and the concentration of calcium (Ca), magnesium (Mg), manganese (Mn) – R2 = 0.4206 and zinc (Zn).
Destrukcyjna działalność człowieka w odniesieniu do ekosystemów wodnych skutkuje znacznymi stratami gospodarczymi ujawniającymi się w postaci zanieczyszczenia źródeł wody, pogarszając jej jakość a tym samym jej dostępność w jeziorach, zbiornikach wodnych, a nawet w glebie. Stąd też wynika potrzeba systematycznie prowadzonej rewitalizacji czy też rekultywacji ekosystemów wodnych. Tego typu działania, aby były racjonalne, wymagają szczegółowego rozeznania przyczyn, a następnie zastosowania odpowiedniej technologii.
W artykułach codziennego użytku bardzo często kryją się niebezpieczne związki chemiczne, Które mogą być przyczyną wielu schorzeń i problemów ze zdrowiem. Jednymi z nich są ftalany, czyli estry kwasu ftalowego, które są powszechnie używane jako dodatki w produkcji tworzyw sztucznych. Dzięki poprawie właściwości polimerów oraz stosunkowo niskiej cenie związki te cieszą się dużą popularnością wśród producentów. Ftalany są nietrwale związane z matrycą polimerową, co w konsekwencji prowadzi do ich uwalniania do środowiska. Po przedostaniu się do środowiska wodnego mają tendencję do adsorpcji na cząstkach stałych, ostatecznie gromadząc się w osadach dennych. W artykule przedstawiono krótki przegląd literaturowy na temat występowania ftalanów w środowisku oraz wyniki badań własnych dotyczących metodyki przygotowania osadów dennych do oznaczenia tych związków z uwzględnieniem różnych rozpuszczalników i czasów ekstrakcji.
EN
Everyday articles contain dangerous chemical compounds that eon cause many diseases and health problems. One of them are phthalates, phthalic acid esters (PAEs), which are commonly used as additives in the production of plastics. With the improvement of polymer properties and relatively low cost, these compounds are very popular among manufacturers. Phthalates are not permanently associated with the polymer matrix, which in turn leads to their release into the environment. After getting into the aquatic environment, they tend to adsorb on solid particles, eventually accumulating in bottom sediments. The article presents a short literature review on the occurrence of phthalates in the environment and the results of own research on the methodology of preparation of sediments for the determination of these compounds, ta king into account various solvents and extraction times.
Zanieczyszczenie zbiorników wodnych metalami ciężkimi (pierwiastkami potencjalnie toksycznymi) stanowi poważny problem w ujęciu środowiskowym, zarówno w Polsce, jak i na świecie. Metale przenikają do wód wraz ze ściekami przemysłowymi i bytowymi oraz ze spływem powierzchniowym (z pól i dróg). Finalnie pierwiastki te kumulowane są w osadach dennych, które pełnią szereg ważnych funkcji w ekosystemach wodnych, m.in. stanowią siedlisko dla organizmów żywych. Biorąc pod uwagę fakt, że metale nie podlegają degradacji w środowisku naturalnym, nadrzędnym elementem w ocenie stopnia zanieczyszczenia środowiska wodnego tymi pierwiastkami jest analiza składu chemicznego osadów dennych. Obecnie w tym celu stosowane są różne wytyczne i grupy wskaźników. Dla pełnej oceny stanu ekologicznego zbiornika wodnego konieczne jest jednak określenie formy chemicznej występowania metali ciężkich w osadach dennych. Takie podejście pozwoli na ocenę potencjalnego ryzyka, jakie pierwiastki te stwarzają dla środowiska i organizmów żywych. Jedną z metod umożliwiających stwierdzenie, z jakimi składnikami osadów dennych związane są poszczególne metale ciężkie, jest proces 3-stopniowej ekstrakcji sekwencyjnej zaproponowanej przez European Community Bureau of Reference (obecnie Standards, Measurements and Testing Programme).
EN
The problem of water reservoirs contamination with heavy metals (potentially toxic elements) is a serious environmental issue in Poland and all over the world. Metals get into the waters along with industrial and domestic sewage, as well as with surface runoff (from fields and roads). Finally, these elements are accumulated in bottom sediments, which perform a number of important functions in aquatic ecosystems, i.a. they provide a habitat for Iiving organisms. Taking into account the fact that metals are non-degradable in natural environment, the analysis of chemical composition of bottom sediments is the main element in assessing the level of aquatic ecosystem pollution with these elements. Currently, various guidelines and groups of indices a reused for this purpose. However, for a full assessment of the ecological condition of a water reservoir, it is necessary, to determine the chemical form of heavy metals in which they occurred in bottom sediments. This approach will allow for the assessment of the potential risk that these elements pose to the environment and Iiving organisms. One of the methods that make it possible to determine with which components of bottom sediments particular heavy metals are associated is the process of 3-step sequential extraction, proposed by the European Community Bureau of Reference (now Standards, Measurements and Testing Program).
The research covered two lakes: Karczemne and Domowe Małe, which served as receivers for rainwater and municipal or industrial sewage. The sediment cores were obtained using a Kajak tube sampler. Analyses of HM, PAH and PCB were done by the AAS, ICP-AES and GC MS methods. OM, SiO2, TH, Ca, Mg, CO2, Fe, Al, Mn, TN and TP were measured. The research showed that the sediments of Lake Karczemne, into which the untreated municipal sewage was discharged, are characterized by a high content of P. It was found that the sediments accumulate toxins, OM and pollutants characteristic for various industries. Karczemne Lake which collected municipal and industrial wastewater, contained a high content of Pb, Cu and PAH in the sediments, and Domowe Małe Lake, receiving stormwater, contained high concentrations of PAH. Research has shown that one of the most important tools for selecting an appropriate method of lake restoration is the analysis of the spatial distribution of pollutants in the bottom sediments. Thanks to such an analysis of the composition of the bottom sediments and the correlation between the components of the sediments and their sorption properties, the restoration of the Karczemne Lake using the Ripl method was planned and the possibility of restoration of the Domowe Małe Lake in this way was eliminated.
PL
Celem badań była analiza zawartości i rozmieszczenie zanieczyszczeń mineralnych, organicznych i toksycznych w osadach dennych dwóch zdegradowanych jezior miejskich. Badaniami objęto dwa płytkie jeziora: Karczemne i Domowe Małe (Polska). Rdzenie osadów pobrano za pomocą czerpacza rurkowego typu Kajak i podzielono na warstwy o grubości 30 cm. Analizy metali ciężkich, WWA i PCB : wykonano metodami AAS, ICP-AES i GC MS. W próbkach osadów zmierzono zawartość: MO, SiO2, TO, Ca, Mg, CO2, Fe, Al, Mn, TN i TP. Badania wykazały, że osady Jeziora Karczemnego, do którego odprowadzane były nieoczyszczone ścieki komunalne, charakteryzuje bardzo wysoka zawartość P. Ponadto stwierdzono, że w osadach dennych osadzają się toksyny, MO i zanieczyszczenia charakterystyczne dla różnych gałęzi przemysłu. Jezioro Karczemne, które odbierało ścieki z komunalne i przemysłowe, zawierało w osadach dużą zawartość Pb, Cu i WWA, a Domowe Małe, przyjmujące głównie wody opadowe zawierało wysokie stężenia WWA. Badania wykazały, że jednym z najważniejszych narzędzi umożliwiających dobór odpowiedniej metody rekultywacji jezior jest analiza przestrzennego rozkładu zanieczyszczeń w osadach dennych. Dzięki takiej analizie składu osadów i korelacji między komponentami osadów oraz ich właściwości sorpcyjnych zaplanowano rekultywację Jeziora Karczemnego metodą Ripla i wyeliminowano możliwość rekultywacji tym sposobem Jeziora Domowego Małego.
Szerokie zastosowanie plastyfikatorów, w tym 4-n-nonylofenolu, 4-tert-oktylofenolu, bisfenolu A i ftalanów, w procesach produkcji tworzyw sztucznych powoduje, że są one obecne niemal we wszystkich elementach środowiska. Do środowiska wodnego dostają się głównie ze ściekami oraz są wydzielane i wymywane z plastikowych odpadów zaśmiecających ekosystemy wodne. Substancje te są o tyle niebezpieczne, że należą do grupy związków endokrynnie czynnych (EDC, ang. endocrine disrupting compounds), substancji zaburzających funkcjonowanie układu hormonalnego. Plastyfikatory mogą być nietrwale związane z matrycą polimerową, przez co mogą być ługowane z opakowań plastikowych do żywności i napojów, wywołując przy tym szkodliwe skutki dla ludzi i środowiska. Ze względu na zdolność EDC do bioakumulacji i biomagnifikacji organizmy na najwyższych poziomach troficznych są narażone na ich negatywny wpływ. U zwierząt mogą prowadzić do feminizacji lub hermafrodytyzmu, natomiast u ludzi mogą powodować raka narządów płciowych: jąder, prostaty i piersi.
EN
Due to a wide use of plasticizers, including 4-n-nonylphenol, 4-tert-octylphenol, bisphenol A and phthalates, in the production of plastics, they are present in almost all elements of the environment. They get to the aquatic environment mainly with sewage and are separated and eluted from plastic waste littering water ecosystems. These substances are dangerous because they belong to the group of endocrine disrupting compounds (EDC), substances that disrupt the functioning of the endocrine system. Plasticizers can be impermanently bonded with the polymer matrix and therefore they can be leached from plastic packages into foods and drinks and cause harmful effects to humans and the environment. Due to the ability of EDCs to bioaccumulate and biomagnify, organisms at the highest trophic levels are exposed to their negative impact. In animals, they can lead to feminization or hermaphroditism, and in humans they can cause genital cancers: testicular, prostate and breast cancers.
The research determined the concentrations of selected polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in water and sediments of Kłodnica River reservoirs and distribution depending on number of rings, ecotoxicological impact on studied ecosystems and possible sources of origin. Samples were subjected to qualitative and quantitative analysis by gas chromatography coupled with a GC-MS mass detector, using a ZB-5MS column and electron ionization. The sum of 16 PAHs in water ranged 0.111–0.301 μg/L (mean 0.200 μg/L) in Dzierżno Duże, 0.0410–0.784 μg/L (mean 0.303 μg/L) in Dzierżno Małe and 0.0920–1.52 μg/L (mean 0.596 μg/L) in Pławniowice. While in sediments respectively: 17.5–37.2 μg/g (mean 26.8 μg/g), 4.33–8.81 μg/g (6.43 μg/g) and 2.27–9.50 μg/g (5.30 μg/g). The concentration of PAHs in sediments of reservoirs, which spatial management of the catchment area accounts for over 90% of agricultural and forest land, was up to eight times lower than in sediments of the reservoir which is 69%, while built-up and transport areas are 24%. In sediments of Dzierżno Małe and Pławniowice PAHs with 5 and 6 rings dominate, while in Dzierżno Duże – 2 and 3 rings. Higher concentrations of PAHs with higher molecular weight, found in the bottom water layers, confirm the role of the sedimentation process in the transport of these compounds in reservoirs. Assessment of sediment quality, based on ecotoxicological criteria, showed that PAHs may cause toxic effects in Dzierżno Duże, while in Dzierżno Małe and Pławniowice can cause sporadic adverse effects. The likely source of PAHs in reservoirs is low emissions.
PL
W badaniach określono stężenia wybranych wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (WWA) w wodach i osadach dennych zbiorników Hydrowęzła rzeki Kłodnicy oraz określono ich rozkład w zależności od ilości pierścieni, wpływ ekotoksykologiczny na badane ekosystemy wodne oraz możliwe źródła ich pochodzenia. Próbki poddano analizie jakościowej i ilościowej metodą chromatografii gazowej sprzężonej z detektorem masowym GC-MS, wykorzystując kolumnę typu ZB-5MS i jonizację elektronową. Suma 16 WWA w wodzie wahała się w granicach 0.111–0.301 μg/L (średnio 0.200 μg/L) w Dzierżnie Dużym, 0.0410–0.784 μg/L (średnio 0.303 μg/L) w Dzierżnie Małym i 0.0920–1.52 μg/L (średnia 0.596 μg/L) w Pławniowicach. Podczas gdy w osadach wynosiła odpowiednio: 17.3–37.2 μg/g (średnio 26.8 μg/g), 4.33–8.81 μg/g (6.43 μg/g) i 2.27–9.50 μg/g (5.30 μg/g). Stężenie WWA w osadach dennych zbiorników wodnych, których zagospodarowanie przestrzenne zlewni stanowi w ponad 90% grunty rolne i leśne, było do ośmiu razy niższe niż w osadach zbiornika, którego powierzchnia ta wynosi 69%, podczas gdy tereny zabudowane i transportowe 24%. W osadach dennych zbiorników Dzierżno Małe i Pławniowice dominują WWA o 5 i 6 pierścieniach, natomiast w zbiorniku Dzierżno Duże WWA o 2 i 3 pierścieniach. Wyższe stężenia WWA o większej masie cząsteczkowej stwierdzone w przydennych warstwach wody potwierdzają rolę procesu sedymentacji w transporcie tych związków w zbiornikach. Ocena jakości osadów w oparciu o kryteria ekotoksykologiczne wykazała, że WWA mogą powodować toksyczne działanie w Dzierżnie Dużym, natomiast w Dzierżnie Małym i Pławniowicach mogą powodować sporadyczne działania niepożądane. Prawdopodobnym źródłem WWA w zbiornikach jest niska emisja.
W pracy przedstawiono badania zawartości sześciu metali ciężkich (cynku, miedzi, ołowiu, niklu, chromu i kadmu) w osadach dennych zbiorników miejskich zlokalizowanych w Gdańsku. Wyniki wskazują na znaczne różnice w zawartości metali w osadach różnych zbiorników zależnie od ich lokalizacji. Zawartość cynku wahała się w zakresie 31,9÷254,4 mg/kg s.m., miedzi 5,20÷338,5 mg/kg s.m., ołowiu 10,3÷103,7 mg/kg s.m., niklu 5,9÷17,5 mg/kg s.m., chromu 24,0÷278,5 mg/kg s.m. i kadmu 0,12÷1,74 mg/kg s.m. Najsilniej zanieczyszczone metalami były osady zbiorników zlokalizowanych na Potoku Oliwskim: zawartość wszystkich badanych metali przekraczała wartości tła geochemicznego. Z pozostałych trzech zbiorników najmniejsze zawartości metali odnotowano w osadach zbiornika „Wileńska”, najwyższe zawartości metali – w osadach zbiornika „Cyganka”. Ocenę stopnia zanieczyszczenia osadów metalami ciężkimi przeprowadzono stosując stopień zanieczyszczenia (Cd), wskaźnik geoakumulacji (Igeo) i wytyczne jakości osadów (SQGs). Ocena oparta na tych metodach wykazała, że osady zostały zanieczyszczone miedzią i chromem. Stężenia tych pierwiastków przekraczały (odpowiednio) nawet 33,8 (zbiornik Kuźnia Wodna) i 25,3 (zbiornik Spacerowa) razy wartości tła geochemicznego. Obliczony stopień zanieczyszczenia osadów (Cd) w przypadku 7 zbiorników klasyfikował badane osady jako ‘znacznie’ lub ‘bardzo silnie’ zanieczyszczone. Na podstawie wartości potencjalnego wskaźnika ryzyka ekologicznego (PERI) oceniono, że metalem powodującym najwyższe zagrożenie dla organizmów wodnych jest kadm.
EN
The concentrations of six heavy metals (Zn, Cu, Pb, Ni, Cr and Cd) were investigated in bottom sediments of urban reservoirs in Gdańsk. The obtained data revealed that the concentrations of the metals differ between reservoirs. The concentrations of Zn changed between 31,9÷254,4 mg/kg d.m., Cu 5,20÷338,5 mg/kg d.m., Pb 10,3÷103,7 mg/kg d.m., Ni 5,9÷17,5 mg/kg d.m., Cr 24,0÷278,5 mg/kg d.m. and Cd 0,12÷1,74 mg/kg d.m. The sediments of reservoirs located on the Oliwa Stream were the most heavily contaminated with metals: the content of all metals tested there exceeded the geochemical background values. Of the remaining three reservoirs, the smallest contents of metals were noted in sediments of the “Wileńska” reservoir, the highest ones – of the “Cyganka” reservoir. The evaluation of sediments heavy metals contamination degree was performed by applying the contamination degree (Cd), the geoaccumulation index (Igeo) and the sediments quality guidelines (SQGs). The assessment based on these methods demonstrated that sediments were polluted with Cr and Cu. The concentrations of Cu and Cr were respectively even 33.8 (reservoir Kuźnia Wodna) and 25.3 (reservoir Spacerowa) times higher than their background values. Based on the potential ecological risk index (PERI) Cd made the most dominant contribution, with the potential ecological risk (Er) being determined as “moderate” or ‘considerable’ in studied reservoirs.
The role of phosphorus contained in bottom sediments of water reservoirs is crucial in the whole eutrophication process. It is an element responsible for the proper functioning of aquatic ecosystems, and its excess leads to deterioration of water quality. The release of phosphorus from bottom sediments directly into the water depends on many factors. This process is particularly intensified at the moment of anaerobic conditions occurring in the bottom layer, or the phenomenon of resuspension of sediments due to external factors, such as intense waving. The persistence of phosphorus deposition in sediments also depends on the nature of chemical connections and changing oxidation-reduction conditions, temperature and pH. Bottom sediments from eight selected lakes of Wielkopolskie Lakeland were investigated for their total phosphorus content and the possibility of its rerelease into water. The subject of the study were the following lakes: Wolsztyńskie, Winiary, Jelonek, Siekiera, Pniewskie, Umultowskie, Góreckie, Strykowskie. The investigated water reservoirs are glacial lakes, usually shallow and characterized by large variations in water level. The samples of bottom sediments were collected from profundal zone with a tube probe from the surface layer of 10 cm thickness, i.e. the layer that exchanges matter with the surrounding water. The collected sediments were placed in sealed, plastic containers to their full capacity. Before proceeding to carry out detailed laboratory analyzes, samples were prepared accordingly. First, the bottom sediments were thoroughly homogenized. Then, they were dried and subjected to further testing. The obtained results were statistically analyzed in the program Statistica 6 PL. Phosphorus was fractionated by means of a sequential extraction described by Psenner. The sediments were also analyzed for the content of phosphorus binding components such as organic matter, iron, aluminium and calcium. Phosphorus was found to be bound mostly to organic matter, aluminium and calcium – the fractions from which it was difficult to release into water. The share of exchangeable and most mobile and bioavailable iron-bound fraction of phosphorus was the lowest but it was still high enough to cause phytoplankton blooms. No clear relationships between the content of individual phosphorus-binding components and the share of phosphorus fractions related to them in total phosphorus pool were identified. Total content of phosphorus in the sediments of the investigated lakes was analogue and similar to that determined in bottom sediments of other eutrophic lakes of Wielkopolskie Lakeland. The content of aluminium, calcium, iron and organic matter were much more variable.
PL
Rola fosforu zawartego w osadach dennych zbiorników wodnych jest kluczowa w całym procesie ich eutrofizacji. Jest pierwiastkiem odpowiedzialnym za prawidłowe funkcjonowanie ekosystemów wodnych, a jego nadmiar prowadzi do pogorszenia się jakości wody. Uwalnianie się fosforu z osadów dennych bezpośrednio do toni wodnej zależy od wielu faktorów. Szczególnie proces ten intensyfikuje się w momencie pojawienia się w warstwie naddennej warunków beztlenowych, czy też zjawiska resuspensji osadów na skutek oddziaływania czynników zewnętrznych, np. intensywnego falowania. Trwałość deopozycji fosforu w osadach zależy również od charakteru połączeń chemicznych oraz zmiennych warunków oksydacyjno-redukcyjnych, temperatury, a także pH. Badano osady denne z ośmiu wybranych jezior Pojezierza Wielkopolsko-Kujawskiego pod kątem całkowitej zawartości fosforu i potencjalnej możliwości jego ponownego uwalniania do toni. Przedmiotem badań były następujące jeziora: Wolsztyńskie, Winiary, Jelonek, Siekiera, Pniewskie, Umultowskie, Strykowskie, Góreckie. Badane zbiorniki wodne to jeziora polodowcowe, zwykle płytkie, charakteryzujące się dużymi wahaniami poziomu wody. Próbki osadów dennych pobierano za pomocą sondy rurowej z powierzchniowej warstwy osadu o miąższości 10 cm, czyli warstwy, która uczestniczy w wymianie materii z tonią. Pobrany osad umieszczano w szczelnych, plastikowych pojemnikach napełniając je do pełna. Przed przystąpieniem do przeprowadzania szczegółowych analiz laboratoryjnych próbki zostały odpowiednio przygotowane. W pierwszej kolejności osady denne dokładnie zhomogenizowano. Następnie wysuszono oraz przeprowadzono kolejne analizy. Uzyskane wyniki badań poddano analizie statystycznej w programie Statistica 6 PL. Frakcjonowanie fosforu realizowano na drodze ekstrakcji sekwencyjnej wg schematu zaproponowanego przez Psennera. Dodatkowo w osadach oznaczano materię organiczną oraz żelazo, glin i wapń, czyli składniki osadu wiążące fosfor. Stwierdzono, że w ogólnej puli fosforu poszczególnych osadów największy udział miały frakcje związane z materią organiczną i glinem oraz z wapniem, czyli stosunkowo trudniej uwalniane do toni. Udział frakcji wymiennej i związanej z żelazem, czyli frakcji najbardziej mobilnych, biodostępnych, był mniejszy co jednak było wystarczające, aby w wodach tych jezior występowały zakwity fitoplanktonu. Nie zaobserwowano natomiast wyraźnych zależności pomiędzy zawartością w osadach poszczególnych składników wiążących fosforany, a udziałem frakcji fosforu z nimi związanych w ogólnej jego puli. Łączna zawartość fosforu w osadach badanych jezior była analogiczna i podobna do tej stwierdzonej w osadach dennych innych eutroficznych jezior Pojezierza Wielkopolskiego. Zawartość glinu, wapnia, żelaza i materii organicznej była znacznie bardziej zmienna.
The aim of the study was to assess the quality of bottom sediments of the Dzierżno Duże water reservoir by applying a set of guidelines on sediment quality (SQG) and spatial analysis. These guidelines are widely used to study sediment pollution by comparing sediment pollution with relevant values determining the quality of sediments in aquatic ecosystems. The assessment of sediment contamination with trace elements was based on threshold effect concentration (TEC) and probable effect concentration (PEC) methods. To determine potential risk to the benthic fauna, values of trace elements were compared to corresponding TEC and PEC values. Another performed assessment was based on the potential ecological risk index (PERI) which consists of: potential ecological risk of the trace elements, contamination factor, measured background values of the trace elements in studied area. Bottom sediment samples were collected at 57 measuring points. The network of measurement points has been planned in the form of a regular grid of squares using the GIS system. The collected samples were analyzed for the content of selected trace elements. PECQ values ranged from 0.02 to 1.66 with an average of 0.55. PERI from 6.95 to 753.74 on average 194.06. High values of the coefficient of determination between PERI and PECQ and the analyzed trace elements (values above 0.7) were observed. Spatial analysis carried out in the geostatistical software allowed to determine the areas with the greatest ecological risk. The largest values of heavy metals and PERI and PECQ are found in the northern part of the reservoir, while the lower values are localized in the southern and south-eastern part. The Dzierżno Duże reservoir mainly has recreational functions. Due to the high ecological risk values and the constant threat due to nearby agricultural areas (runoff of plant protection products) and industrial plants, it should be constantly monitored.
PL
Celem przeprowadzonych badań była ocena osadów dennych zbiornika wodnego Dzierżno Duże przy zastosowaniu wytycznych dotyczących jakości osadów (ang. SQGs – Sediment Quality Guidelines) oraz analiz przestrzennych. Próbki osadów dennych pobrano z 52 stanowisk pomiarowych. Sieć punktów pomiarowych została zaplanowana w postaci regularnej siatki kwadratów z wykorzystaniem systemu GIS. Pozyskane próbki podano badaniom laboratoryjnym obejmującym oznaczenie całkowitej zawartości metali ciężkich, materii organicznej oraz azotu Kjeldahla w materiale badawczym. Wyznaczone wartości wskaźnika PECQ wahały się w zakresie od 0,02 do 1,66 (przy średniej wynoszącej 0,55). W przypadku wskaźnika PERI wartości znajdowały się w przedziale od 6,95 do 753,74 (średnia wartość to 194,06). Stwierdzono wysokie wartości współczynnika determinacji między PERI i PECQ a analizowanymi metalami ciężkimi (wartości powyżej 0,7). Analiza przestrzenna badanych elementów pozwoliła na wyznaczenie obszarów charakteryzujących się wysokim ryzykiem ekologicznym. Stwierdzono, że największa zawartość metali ciężkich w osadach dennych obiektu oraz wartości wskaźnika PERI i PECQ znajduje się w północnej części zbiornika, natomiast niższymi wartościami charakteryzuje się część południowa i południowo-wschodnia. Zbiornik Dzierżno Duże pełni przede wszystkim funkcję rekreacyjną. Ze względu na wysokie wartości ryzyka ekologicznego, związane między innymi z ciągłym transportem zanieczyszczeń z obszarów rolniczych i zakładów przemysłowych, jego stan powinien być stale monitorowany.
19
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Praca zawiera przegląd literatury na temat metod usuwania zanieczyszczeń organicznych z wydobytych osadów dennych. Wśród tych technologii wyróżnia się metody fizyczne, chemiczne, termiczne, biologiczne oraz łączone. Do oczyszczania wydobytych osadów dennych najczęściej stosuje się metody biologiczne. Wymagają one jednak długiego czasu prowadzenia procesu i często toksyczność usuwanych substancji oraz ich ubocznych produktów rozkładu przyczynia się do zahamowania biodegradacji. W tym celu należy poszukiwać nowych, lepszych rozwiązań. W ostatnich latach coraz bardziej popularne są procesy z wykorzystaniem pola ultradźwiękowego oraz odczynnika Fentona, które wpisują się w zasady zielonej chemii. Ponadto metody te można prowadzić w układach łączonych, które zazwyczaj pozwalają na uzyskanie wyższego stopnia degradacji zanieczyszczeń organicznych w porównaniu z procesami pojedynczymi.
EN
The work contains a review of the literature on the methods of removing organic pollutants from dredged bottom sediments. These technologies include physical, chemical, thermal, biological and combined methods. The biological methods are most often used for the treatment of dredged bottom sediments. However, they require a long process time and often the toxicity of the removed substances and their by-products of decomposition contributes to the inhibition of biodegradation. For this purpose, new and better solutions are sought. In recent years, processes using the ultrasonic field and the Fenton reagent, which are part of the principles of green chemistry, are becoming more and more popular. In addition, these methods can be carried out in combined systems, which usually allow a higher degree of degradation of organic contaminants compared to single processes.
Gromadzenie się nadmiernej ilości osadów dennych w rzekach i zbiornikach wodnych powoduje zmniejszenie ich pojemności i głębokości oraz wpływa niekorzystnie na walory użytkowe zbiorników. Nagromadzone osady powodują zmętnienie wód, są miejscem depozycji zanieczyszczeń oraz mają negatywny wpływ na jakość wody. W związku z tym, szczególnie w przypadku płytkich zbiorników małej retencji konieczne jest okresowe usuwanie osadów, czyli bagrowanie. Pozyskane po tym zabiegu osady muszą zostać odpowiednio zagospodarowane bądź unieszkodliwione w zależności od ich składu chemicznego, aby nie stanowiły zagrożenia dla środowiska i organizmów żywych.
EN
The accumulation of excessive amounts of bottom sediments in rivers and water reservoirs reduces their capacity and depth and adversely affects usable properties of reservoirs. Accumulated sediments cause water turbidity, are a source of pollution and have a negative impact on the quality of water. Therefore, it is necessary to periodically remove deposits, i.e. dredging. Bottom sediments obtained after the dredging process must be properly disposed of or management of so that they do not pose a threat to the environment and living organisms.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.