Influence of a multi-year artificial aeration of a lake using destratification method on the sediment-water phosphorus exchange

• Autorzy: Brzozowska R. , Gawrońska H.

Warianty tytułu

PL

Wpływ wieloletniego sztucznego napowietrzania jeziora metodą destratyfikacyjną na wymianę fosforu pomiędzy osadami a wodą

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The research was conducted in a relatively small (26.8 ha) but quite deep (17.3 m) Lake Długie in Olsztyn, Poland. For over 20 years the lake was collecting sewage which eventually caused its complete degradation. In 1987-2000 the lake was restored using the artificial aeration method with destratification of water. The results showed that the artificial aeration effectively limited the internal loading. Application of this restoration method resulted in reduction of phosphorus compounds concentrations in the analyzed water strata. The decrease of TP in bottom sediments (to the level of 3-4 mg P g¹ DW) was probably associated with the fact that a new layer of sediments was created, reflecting a change in the aquatic conditions caused by the restoration. The investigations conducted in the reference years showed that the changes were not permanent. A high concentration of phosphorus compounds in bottom sediments, low sorptive capacity and a tendency to oxygen deficiency, indicate that further possibility to decrease the amount of phosphorus compounds in the lake by this restoration method is limited.

PL

Badania prowadzono na małym (26,8 ha), lecz dość głębokim (17,3 m) Jeziorze Długim w Olsztynie. Przez ponad 20 lat jezioro było odbiornikiem ścieków, co doprowadziło do jego całkowitej degradacji. W latach 1987-2000 zbiornik był rekultywowany metodą sztucznego napowietrzania z destratyfikacją. Uzyskane wyniki badań pokazały, że sztuczne napowietrzanie skutecznie ogranicza zasilanie wewnętrzne. Zastosowanie tej metody rekultywaeyjnej poskutkowało obniżeniem stężeń związków fosforu w badanych warstwach wód. Obniżenie zawartości fosforu ogólnego w osadach dennych (do poziomu 3-4 mg P g¹ s.m.) było prawdopodobnie związane z odłożeniem się nowej warstwy osadów, odzwierciedlającej zmienione przez rekultywację warunki środowiskowe w jeziorze. Badania przeprowadzone w latach kontrolnych pokazały, że zanotowane zmiany nic miały charakteru trwałego. Wysokie zawartości związków fosforu w osadach, niska pojemność sorpcyjna i tendencje do wyczerpywania tlenu w warstwach przydennych oznaczają, że możliwości dalszego obniżenia ilości związków fosforu w jeziorze za pomocą tej metody są ograniczone.

Słowa kluczowe

EN

lake restoration; artificial mixing; internal loading; phosphorus

PL

Jezioro Długie; rekultywacja; sztuczne napowietrzanie; destratyfikacja; fosfor

• Wydawca: Institute of Environmental Engineering, Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archiwum Ochrony Środowiska
• Rocznik: 2005
• Tom: Vol. 31, no. 3
• Strony: 71--88
• Opis fizyczny: Bibliogr. 47 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Brzozowska R.

• University of Warmia and Mazury in Olsztyn, Chair of Environment Protection Engineering, ul. Prawochenskiego 1, 10-957 Olsztyn, Poland

autor

Gawrońska H.

• University of Warmia and Mazury in Olsztyn, Chair of Environment Protection Engineering, ul. Prawochenskiego 1, 10-957 Olsztyn, Poland

Bibliografia

• [1] Auer M.T., N.A. Johnson, M.R. Penn, S.W. Effler: Measurement and verification of rates of sediment phosphorus release for a hypereutrophic urban lake, Hydrobiologia, 253, 301-309, (1993).
• [2] Boström В., J.M. Andersen, S. Fleischer, M. Jansson: Exchange of phosphorus across the sediment - water interface, Hydrobiologia, 170, 229-244 (1988).
• [3] Boström В., M. Jansson, C. Forsberg: Phosphorus release from lake sediments, Arch. Hydrobiol. Beih., 18, 5-59 (1982).
• [4] Brzozowska R.: Wpływ wieloletniego sztucznego napowietrzania, na przykładzie Jeziora Długiego na wymianę związków biogennych między osadami a wodą, rozprawa doktorska, UWM, Olsztyn 2004.
• [5] Brzozowska R., H. Gawrońska, J. Grochowska, K. Lossow: Nutrient release from the bottom sediments of the artificially aerated Lake Długie, Limnological Review, 1, 25-32 (2001).
• [6] Bürgi H., P. Stadelmann: Change of phytoplankton composition and biodiversity in Lake Sempach before and during restoration, Hydrobiologia, 469, 33-48 (2002)
• [7] Cooke G.D., E.B. Welch, S.A. Peterson, P.R. Ncwroth: Restoration and management of lakes and reservoirs, Lewis Pub. (CRC Press Inc.). Boca Raton FL, 1993.
• [8] Drozd H., K. Lossow, Cz. Mientki: Chemizm wód Jeziora Długiego w Olsztynie, Zesz. Nauk. ART Olsztyn, 9, 17-28 (1979).
• [9] Enell M., S. Löfgren: Phosphorus in interstitial water: methods and dynamics, Hydrobiologia, 170, 103-132 (1988).
• [10] Gächter R., В. Wehrli: Ten years of artificial mixing and oxygenation; no effects on the internal phosphorus loading of two eutrophic lakes, Environ. Sei. and Technol., 32, 3659-3665 (1998).
• [11] Gawrońska H., K. Lossow: Possibilities of saprotrophic lake recultivation exemplified by Lake Długie in Olsztyn, Polish Journal of Environmental Studies, 12(3), 301-307 (2003).
• [12] Gawrońska H., R. Brzozowska, J. Grochowska, K. Lossow: Possibilities to reduce internal loading to lake water by artificial aeration, Polish Journal of Environmental Studies, 12(2), 171-179 (2003).
• [13] Gawrońska H.: Wpływ ograniczenia dopływu ścieków na warunki fizyczno-chemiczne wód Jeziora Długiego w Olsztynie, Rocz. Nauk. Rol. H, 100(4), 27-52 (1984).
• [14] Gawrońska H.: Wymiana fosforu i azotu pomiędzy osadami a wodą w jeziorze sztucznie napowietrzanym, Acta Acad. Agricult. Tech. Olst. Protectio Aquarum et Piscatoria, 19, 3-49, (1994).
• [15] Golachowska J.: Frakcjonowanie i oznaczanie mineralnych postaci fosforu w osadach dennych jezior, Rocz. Nauk. Rol. H, 98, 51-63 (1977).
• [16] Golachowska J.: Oznaczanie całkowitej zawartości fosforu mineralnego i organicznego w osadach dennych jezior, Rocz. Nauk. Rol. H, 98, 39-49 (1977).
• [17] Golachowska J.: Prosta i szybka metoda oznaczania fosforu w osadach dennych jezior, Rocz. Nauk. Rol. H, 98, 27-37 (1977).
• [18] Golterman H.L.: The distribution of phosphate over iron-bound and calcium-bound phosphate in stratified sediments, Hydrobiologia, 364, 75-81 (1998).
• [19] Gomez E., C. Durillon, G. Rofes, B. Picot: Phosphate adsorption and release from sediment of brackish lagoons: pH, O, and loading influence, Wat. Res., 33 (10), 2437-2447 (1999).
• [20] Grochowska J., H. Gawrońska: Restoration effectiveness of a degraded Lake using multi-year artificial aeration, Polish Journal of Environmental Studies, 13(6), 671-681 (2004).
• [21] Hartikainen H., M. Pitkänen, T. Kairesalo, L. Tuomincn: Co-occurrence and potential chemical competition of phosphorus and silicon in lake sediment, Wat. Res., 30(10), 2472-2478 (1996).
• [22] Hermanowicz W., W. Dożańska, J. Dojlido, В. Koziorowski, J. Zerbe: Fizyczno-chemiczne badanie wody i ścieków, Arkady, Warszawa 1999.
• [23] Holtan H., L. Kamp-Nielsen, A.O. Stuanes: Phosphorus in soil, water and sediment: an overview, Hydrobiologia, 170, 19-34 (1988).
• [24] IRŚ Olsztyn: Mapa batymetryczna i dane morfometryczne Jeziora Długiego w Olsztynie, 1958.
• [25] Januszkiewicz Т.: Studia nad metodą analizy współczesnych osadów dennych jezior, Zesz. Nauk. ART Olsztyn, 187(8), 3-30 (1978).
• [26] Jorgensen S.E.: The influence of phosphate and nitrogen in sediment on restoration of lakes, [in:] Symposium on Interaction between sediments and water, Amsterdam 1976, 387-389.
• [27] Kajak Z.: Eutrofizacja jezior, PWN, Warszawa 1979.
• [28] Kajak Z.: Hydrobiologia - limnología. Ekosystemy wód śródlądowych, PWN, Warszawa 2001.
• [29] Kentzer A.: Fosfor i jego biologicznie dostępne frakcje w osadach jezior o różnej trofii. Wydawnictwo UMK, Toruń 2001, 1-111.
• [30] Klapper H.: Technologies for lake restoration, J. Limnol., 62(1), 73-90 (2003).
• [31] Koski-Vähälä J., H. Hartikainen, P. Tallberg: Phosphorus mobilization from various sediments pools in response to increased pH and silicate concentration, J. Environ. Qual., 30, 546-552 (2001).
• [32] Lijklcma L.: Internal loading — mechanisms and assessment of magnitude, [in:] Lake Pollution and Recovery. European Water Pollution Control Association, Rome 1985, 181-189.
• [33] Lijklema L.: Phosphorus accumulation in sediments and internal loading, Hydrobiological Bulletin, 20 (1/2), 213-224 (1986).
• [34] Lossow K.: Wpływ sztucznej destratyfikacji na układy fizyko-chemiczne wód Jeziora Starodworskiego, Zesz. Nauk. ART Olsztyn, 11, 3-64 (1980).
• [35] Marsden M.W.: Lake restoration by reducing external phosphorus loading: the influence of sediment phosphorus release, Freshwater Biology, 21, 139-162 (1989).
• [36] Mientki Cz., H. Drozd, K. Lossow: Związki azotu i fosforu w Jeziorze Długim w Olszynie, Zesz. Nauk. ART. Olsztyn, 9, 31-45 (1979).
• [37] Pettersson K., В. Boström, O.-S. Jacobsen: Phosphorus in sediments-speciation and analysis, Hydrobiologia, 170, 91-101 (1988).
• [38] Sandman О., K. Eskonen, A. Lichu: The eutrophication history of Lake Särkinen, Finland, and the effects of lake aeration, Hydrobiologia, 214, 191-199 (1990).
• [39] Sarazin G., J.F. Gaillard, L. Philippe, Ch. Rabouille: Organic matter mineralization in the pore water of a eutrophic lake (Aydat Lake, Puy de Dome, France), Hydrobiologia, 315, 95-118, (1995).
• [40] Shapiro J., W.T. Edmondson, D.E. Allison: Changes in the chemical composition of sediments of Lake Washington 1958-1970, Limnol. Oceanogr., 16(2), 437-452 (1971).
• [41] Søndergaard M., J. Windolf, E. Jeppesen: Phosphorus fractions and profiles in the sediment of shallow Danish lakes as related to phosphorus load, sediment composition and lake chemistry, Wat. Res., 30 (4), 992-1002 (1996).
• [42] Søndergaard M., J.P. Jensen., E. Jeppesen: Role of sediment and internal loading of phosphorus in shallow lakes, Hydrobiologia, 506-509, 135-145 (2003).
• [43] Søndergaard M., J.P. Jensen, E. Jeppesen: Internal phosphorus loading in shallow Danish lake, Hydrobiologia, 408/409, 145-152 (1999).
• [44] Vollenweider R.A.: Advances in defining critical level of phosphorus in lake eutrophication, Mem. 1st. Ital. Idrobiol., 33, 53-83 (1976).
• [45] Wiśniewski R.J.: Rola zasilania wewnętrznego w eutrofizacji zbiorników zaporowych, Bibl. Monit. Środ., Łódź 1995, 61-70.
• [46] Wiśniewski R., D. Kopeć, J. Kopeć: Optimization of phosphate inactivation process with ferric chloride in Lake Łosińskie sediments, Limnological Review, 3, 261-268 (2003).
• [47] Woo-Myung H., К. Bomchul: The effect of artificial destratification on phytoplankton in a reservoir, Hydrobiologia, 524, 229-239 (2004).