Ecological and human health risks assessment of heavy metals in bottom sediments of the Pławniowice water reservoir – artificial lake (Silesian Voivodeship, Poland)

• Autorzy: Tytła Malwina , Kernert Joanna

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0053.8571

Warianty tytułu

PL

Analiza ryzyka ekologicznego i zdrowotnego związanego z obecnością metali ciężkich w osadach dennych zbiornika wodnego Pławniowice – sztuczne jezioro (Województwo Śląskie, Polska)

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

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.

Słowa kluczowe

EN

bottom sediments; heavy metals; ecological risk; human health risk; artificial water reservoir

PL

osady denne; metale ciężkie; ryzyko ekologiczne; ryzyko zdrowotne; sztuczny zbiornik wodny

• Wydawca: Szkoła Główna Służby Pożarniczej
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe SGSP / Szkoła Główna Służby Pożarniczej
• Rocznik: 2023
• Tom: Nr 87
• Strony: 35--51
• Opis fizyczny: Bibliogr. 31 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Tytła Malwina

• Institute of Environmental Engineering, Polish Academy of Sciences

autor

Kernert Joanna

• Institute of Environmental Engineering, Polish Academy of Sciences

Bibliografia

• 1. Aendo, P., Netvichian, R., Thiendedsakul, P., Khaodhiar, S., Tulayakul, P., (2022). Carcinogenic Risk of Pb, Cd, Ni, and Cr and Critical Ecological Risk of Cd and Cu in Soil and Groundwater around the Municipal Solid Waste Open Dump in Central Thailand. Journal of Environmental and Public Health, pp. 3062215. https://doi. org/10.1155/2022/3062215.
• 2. Act of 14 December 2012 on waste (Polish Journal of Laws, 2013, Item. 21); in Polish: Ustawa z dnia 14 grudnia 2012 r. o odpadach; Dz.U. 2013 poz. 21).
• 3. Bojakowska, I., Sokołowska, G., (1998). Geochemiczne klasy czystości osadów wodnych. Przegląd Geologiczny, no. 46(1), pp. 49–54.
• 4. Hakanson, L., (1980). Ecological risk index for aquatic pollution control, a sedimentological approach. Water Research, no. 14(8), pp. 975–1001. https://doi.org/10.1016/ 0043-1354(80)90143-8.
• 5. Jaguś, A, Rzętała, M.A., Rzętała M., (2013). Assessment of sediment contamination in water reservoirs in the aspect of land use. Proceedings of ECOpole, no. 7(13), pp. 349–355. https://doi.org/10.2429/proc.2013.7(1)047.
• 6. International Agency for Research on Cancer (IARC) (2012). IARC monographs on the evaluation of carcinogenic risks to humans. Arsenic, metals, fibers and dusts. A review of human carcinogens (No. 100C). Lyon (France).
• 7. Integrated risk information system of the US Environmental Protection Agency (IRIS) https://www.epa.gov/iris 8. Jiménez-Oyola, S., García-Martínez, M.J., Ortega, M.F., Chavez, E., Romero, P., García-Garizabal, I., Bolonio, D., (2021). Ecological and probabilistic human health risk assessment of heavy metal(loid)s in river sediments affected by mining activities in Ecuador. Environmental Geochemistry and Health, no. 43, pp. 4459–4474. https://doi. org/10.1007/s10653-021-00935-w.
• 9. Kostecki, M., (2012). Rekultywacja zbiornika antropogenicznego metoda usuwania hypolimnionu (południowo-zachodnia Polska). Inżynieria i Ochrona Środowiska, no. 15(2), pp. 101–117.
• 10. Kostecki, M., Suschka, J., (2013). The successful results of Pławniowice reservoir (Upper Silesian Region—South of Poland) restoration by hypolimnetic withdrawal. Archives of Environmental Protection, no. 39(1), pp. 17–25. https://doi.org/10.2478/aep-2013-0004.
• 11. Kabata-Pendias, A. (2011). Trace elements in soils and plants. 4th ed. London, New York: Taylor & Francis.
• 12. Machowski, R., Rzętała, M., (2015). Dorzecze Odry, In Encyklopedia Województwa Śląskiego, Vol. 2. Instytut Badań Regionalnych Biblioteki Śląskiej. http://ibrbs.pl/mediawiki/index.php/Dorzecze_Odry.
• 13. Machowski, R., Rzętała, M., (2018). Zlewnia Kłodnicy, In: Encyklopedia Województwa Śląskiego, Vol. 5. Instytut Badań Regionalnych Biblioteki Śląskiej. http://ibrbs.pl/mediawiki/index.php/Zlewnia_K%C5%82odnicy.
• 14. Machowski, R., Rzętała, M., ed. Kaczmarek, R., (2020). Zbiornik Pławniowice. “Encyklopedia Województwa Śląskiego T. 7” [projekt WWW]. Katowice: Instytut Badań Regionalnych Biblioteki Śląskiej. http://hdl.handle.net/20.500.12128/19072.
• 15. Miletić, A., Lučić ,M., Onjia, A., (2023). Exposure Factors in Health Risk Assessment of Heavy Metal(loid)s in Soil and Sediment. Metals, no. 13(7), pp. 1266. https://doi. org/10.3390/met13071266.
• 16. Müller, G., (1969). Index of geoaccumulation in sediments of the Rhine River. Geo Journal, no. 2(3),108–118.
• 17. Macdonald, D.D., Ingersoll, C.G., Berger, T.A., (2000). Development and evaluation of consensus-based sediment quality guidelines for freshwater ecosystems. Archives of Environmental Contamination and Toxicology, no. 39(1), pp. 20–31. https://doi.org/10.1007/ s002440010075.
• 18. Pohl, A., Kostecki, M., (2020). Spatial distribution, ecological risk and sources of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in water and bottom sediments of the anthropogenic lymnic ecosystems, under conditions of diversified anthropopressure. Archives of Environmental Protection, no. 46(4), pp. 104–120. https://doi.org/10.24425/ aep.2020.135769.
• 19. Pohl, A., Tytła, M., Kernert, J., Bodzek, M., (2022). Plastics-derived and heavy metals contaminants in the granulometric fractions of bottom sediments of anthropogenic water reservoir—Comprehensive analysis. Desalination and Water Treatment, no. 258, pp. 207–222. https://doi.org/10.5004/dwt.2022.28459.
• 20. Siebielec, S., Siebielec, G., Smreczak, B., (2015). Zanieczyszczenia osadów dennych rzek i zbiorników wodnych. Studia i Raporty IUNG-PIB, no. 46(20), pp. 163–181. https://doi.org/10.26114/sir.iung.2015.46.09.
• 21. Sojka, M., Jaskuła, J., Siepak, M., (2019). Heavy Metals in Bottom Sediments of Reservoirs in the Lowland Area of Western Poland: Concentrations, Distribution, Sources and Ecological Risk. Water, no. 11(1), p. 56. https://doi.org/10.3390/w11010056.
• 22. Sojka, M., Ptak, M., Jaskuła, J., Krasniqi, V., (2023). Ecological and Health Risk Assessments of Heavy Metals Contained in Sediments of Polish Dam Reservoirs. International Journal of Environmental Research and Public Health, no. 20(1), p. 324. https:// doi.org/10.3390/ijerph20010324.
• 23. Świercz, A., Tomczyk-Wydrych, I., Bąk, Ł., (2022). Quality of Bottom Sediments of Sołtmany Lake (Masurian Lake District, Poland) in the Light of Geochemical and Ecotoxicological Criteria—Case Study. Water, no. 14(13), p. 2045. https://doi.org/10.3390/ w14132045.
• 24. Şimşek, A., Özkoç, H.B., Bakan, G., (2022). Environmental, ecological and human health risk assessment of heavy metals in sediments at Samsun-Tekkeköy, North of Turkey. Environmental Science and Pollution Research, no. 29, pp. 2009–2023. https:// doi.org/10.1007/s11356-021-15746-w.
• 25. Tytła, M., Kostecki, M., (2019). Ecological risk assessment of metals and metalloid in bottom sediments of water reservoir located in the key anthropogenic “hot spot” area (Poland). Environmental Earth Sciences, no. 78, p. 179. https://doi.org/10.1007/s12665- 019-8146-y.
• 26. Tytła, M., Kernert, J., (2021). Ocena zanieczyszczenia osadów dennych metalami ciężkimi oraz analiza potencjalnego ryzyka ekologicznego stwarzanego przez te pierwiastki na przykładzie zbiornika zaporowego Kozłowa Góra (województwo śląskie, Polska) – studium przypadku. In: Nyćkowiak, J., Leśny, J. (eds.), Badania i Rozwój Młodych Naukowców w Polsce, Ochrona środowiska, Poznań: Wydawnictwo Młodzi Naukowcy, pp. 66–73.
• 27. United States Environmental Protection Agency (USEPA) (1989). Risk Assessment Guidance for Superfund, Volume I, Human Health Evaluation Manual (Part A). Washington, DC. EPA/540/1-89/002.
• 28. United States Environmental Protection Agency (USEPA) (2001). Risk Assessment Guidance for Superfund: Vol III - Part A, Process for Conducting Probabilistic Risk Assessment. Washington, DC. EPA 540-R-02-002 OSWER 9285.7-45, PB2002 963302.
• 29. United States Environmental Protection Agency (USEPA) (2002). Supplemental Guidance for Developing Soil Screening Levels for Superfund Sites. Office of Solid Waste and Emergency Response. Washington, DC. OSWER 9355.4-24.
• 30. Wuana, R., Ogbodo, C., Itodo, A.U, Eneji, I.S., (2020). Ecological and Human Health Risk Assessment of Toxic Metals in Water, Sediment and Fish from Lower Usuma Dam, Abuja, Nigeria. Journal of Geoscience and Environment Protection, no. 8(5), pp. 82–106. https://doi.org/10.4236/gep.2020.85006.
• 31. https://www.arcgis.com/home/webmap/viewer.html.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2024).