Fractionation of chosen heavy metals in bottom sediments of small water reservoirs

• Autorzy: Madeyski M. , Tarnowski M. , Jasiewicz Cz. , Baran A.

Warianty tytułu

PL

Frakcjonowanie wybranych metali ciężkich w osadach dennych małych zbiorników wodnych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The aim of the study was fractionation of Zn, Cu, Ni, Pb in the bottom sediments of two small reservoirs: at Krempna on the Wisłoka River and at Zesłwice on the Dłubnia River. The partitioning of metals for various fractions was performed with the use of Tessier's sequential chemical extraction method. All together five metal fractions were distinguished: exchangeable metals (fraction I), metals bound to carbonates (fraction II), metals bound to hydrate Fe-Mn oxides (fraction HI), metals bound to organic matter (fraction IV), and metals bound to minerals (fraction V). The largest quantities of metals were bound with fraction V, the smallest occurred in the forms most easily available for living organisms, in faction I. Proportions of Zn, Ni and Pb in the exchangeable fraction were about 1%. The amounts of metals bound with fraction II were also relatively low, except for Zn in bottom sediment at the Zesławice Reservoir. In this bottom sediment the share of Zn bound to carbonates was 33%. Medium metal quantities were associated with hydrate Fe-Mn oxides (fraction III) and with organic matter (fraction IV). Relatively high proportion of metals in fraction V and trace amounts of metals in fraction 1 as well as alkaline and neutral reaction of the sediments may prove a potentially low hazard of the metal release in the case of chemical changes in the reservoirs.

PL

Celem badań było frakcjonowanie Zn, Cu, Ni i Pb w osadach dennych dwóch zbiorników małej retencji wodnej: w Krempnej na rzece Wisłoce oraz w Zesławicach na rzece Dłubni. Podział metali pomiędzy różne frakcje wykonano stosując ekstrakcję sekwencyjną wg Tessiera i in. Wyodrębniono 5 frakcji metali: wymienne (frakcja I), związane z węglanami (frakcja II), z uwodnionymi tlenkami Fe i Mn (frakcja III), z materią organiczną (frakcja IV) oraz trwale związane z minerałami (frakcja V). Największe ilości metali były związane z frakcją V, najmniejsze zaś występowały w formach najłatwiej dostępnych dla organizmów żywych we frakcji I. Udziały Zn, Ni i Pb w tej frakcji kształtowały się poniżej 1%. Również metale w formie związanej z frakcją II były stosunkowo niskie, z wyjątkiem Zn w osadzie Zesławice. Udział Zn związanego z węglanami stanowił 33%. Pośrednie ilości metali były związane z uwodnionymi tlenkami Fe i Mn (frakcją 111) oraz z materią organiczną (frakcją IV). Stosunkowo wysoki udział metali we frakcji V, śladowe ilości metali we frakcji I oraz zasadowy i obojętny odczyn osadów może świadczyć o potencjalnie niskim zagrożeniu ich uwolnienia w przypadku wystąpienia zmian chemizmu wód obu zbiorników.

Słowa kluczowe

EN

bottom sediments; heavy metal; sequential extraction; fractionation

PL

frakcjonowanie; metale ciężkie; osad denny; zbiornik wodny; ekstrakcja sekwencyjna

• Wydawca: Institute of Environmental Engineering, Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Environmental Protection
• Rocznik: 2009
• Tom: Vol. 35, no. 3
• Strony: 47--57
• Opis fizyczny: bibliogr. 51 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Madeyski M.

autor

Tarnowski M.

autor

Jasiewicz Cz.

autor

Baran A.

• University of Agriculture in Krakow, Department of Water Engineering al. A. Mickiewicza 24/28, 30-059 Kraków, Poland,

Bibliografia

• [1] Bartnik W., T. Bednarczyk: Bilans transportu rumowiska w zlewni użytkowanej rolniczo w przekroju zbiornika wodnego na rzece Wisłoce, Zesz. Nauk. AR w Krakowie, s. Inżynieria Środowiska, 341(18), 87 -96(1998).
• [2] Bednarczyk T.: Określenie ilości unoszonego rumowiska w przekroju małego zbiornika wodnego w Zesławicach, Zesz. Nauk. AR w Krakowie, s. Inżynieria Środowiska, 29l( 15), 7-18 (1994).
• [3] Bojakowska A.I., G. Sokołowska: Geochemiczne klasy czystości osadów wodnych, Przegl. Geolog., 46(1), 49-54(1998).
• [4] Bojakowska I.: Kryteria oceny zanieczyszczenia osadów wodnych, Przegl. Geolog., 49(3), 213-218 (2001).
• [5] Bojakowska I., T. Gliwicz., K. Małecka: Wyniki geochemicznych badań osadów wodnych Polski w lalach 2003-2005, Inspekcja Ochrony Środowiska, Biblioteka Monitoringu Środowiska, 2006, ss. 116.
• [6] Calmano W., W. Ahlf, U. Förstner: Sediment Quality Assessment; chemical and biological Approaches, [ in] W. Calmano, U. Förstner (eds), Sediments and Toxic Substances, environmental Effects and Ecotoxicity, Springer Verlag, Berlin 1996, pp. 1-35.
• [7] Dobicki W., R. Polechoński, M. Kowalska-Góralska: Specjacja ołowiu w osadach dennych jeziora Chańcza, Zesz. Nauk. AR we Wrocławiu, Zootechnika XLVIII, 423, 33-44 (2001).
• [8] Förstner U.: Contaminated sediment, Springer, Berlin 1989.
• [9] Förstner U., W. Salomons: Truce metals analysis in polluted sediments, part I, Envir. Technol. Letters, 1, 494-505(1980).
• [10] Förstner U., W. Salomons: Mobilization of metals from sediments, [in] E. Merian (ed.). Metals and their compounds in the environment, VCH, Weinheim 1991, pp. 379-398.
• [11] Fytianos K., A. Lourantion: Speciation of elements in sediment samples collected at lakes Volvi and Koronia. N. Greece, Environment International, 30, 11-17 (2004).
• [12] GołosińskaG.,T. Sobczyński, L. Boszke, K. Bierta, J. Siepak: Fractionation of some heavy metals in bottom sediment from the Middle Odra River (Germany/Poland), Polish Journal of Environmental Studies, 14(3), 305-317(2005).
• [13] Helios-Rybicka F..: Parametry określające rozkład metali ciężkich w systemie woda - osad, Geochemiczne zmiany w środowisku gruntowo-wodnym pod wpływem związków toksycznych, Materiały IV Konferencji Naukowej, AGH, Kraków 1997, pp. 31-38.
• [14) Hulanicki A.: Specjacja w wodach i osadach dennych - tematyka zbieżna czy rozbieżna, Specjacja metali ciężkich w osadach dennych jezior. Wydawnictwo Uniwersytet w Poznaniu, 1998, pp. 9-18.
• [15] Jasiewicz Cz., A. Baran: Charakterystyka osadów dennych dwóch zbiorników malej retencji wodnej, J. Elemental., 11(3), 307-319 (2006)
• [16] Kabata-Pendias A., H. Pendias: Biogeochemia pierwiastków śladowych. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1999.
• [17] Kabata-Pendias A., M. Piotrowska, T. Motowicka-Terelak, B. Maliszewska-Kordybach, K. Filipiak, A. Krakowiak, Cz. Pietruch: Podstawy oceny chemicznego zanieczyszczenia gleb. Metale ciężkie, siarka, WWA, P1OŚ i 1UNG Puławy, Biblioteka Monitoringu Środowiska, 1995.
• [18] Korfali S.I., B.E. Davies: Speciation of metals in sediment and water in river underlain by limestone: role of carbonate species for purification capacity of rivers, Advances in Environmental Research, 8, 599-612 (2004).
• [19] Kowalkowski T., B. Buszewski: Specjacja i modelowanie transportu metali ciężkich w glebach. Ekologia i Technika, 1, 3-11 (2002).
• [20] Kwapuliński J., D. Wiechuła: Forms of selected heavy metals in the bottom sediment of Goczałkowice Reservoir, Chemistry and Environmental Protection, Ed. Polytechnical University of Lublin, 1993.
• [21] Kwon I.T., C.W. Lee: Ecological risk assessment of sediment in wastewater discharging area by means of metal speciation, Microchemical Journal, 70(3), 255-264 (2001).
• [22] Luoma S.N.: Can we determine the biological availability of sediment-bound trace elements? Hydrobiologia, 176-177,379-396(1989).
• [23] Madeyski M.: Możliwość usunięcia osadów dennych z dna stawów i zbiorników, Zesz. Nauk. AR w Krakowie, s. Inżynieria Środowiska, 404(24), 89-97 (2003).
• [24] Madeyski M., N. Florencka, M. Tarnawski: Rozkład przestrzenny zawartości metali ciężkich w osadach dennych wybranego stawu rybnego, Zesz. Nauk. AR w Krakowie, s. Inżynieria Środowiska, 26, 381-390 (2005).
• [25] Madeyski M., M. Tarnawski: Silting of small water reservoirs as an effect of surface erosion in the catchment basins, [in:] Proceedings of the International Symposium on Sediment Transfer Through the Fluvial System, August 2-6, 2004, Moscow, IAHS Publ., no. 288, vol. Poster Report Booklet, 30-34 (2004).
• [26] Murray Y.G.P., W.IH. Hendershot: Trace metal speciation and bioavailability in urban soil. Environmental Pollution, 107, 137-144(2000).
• [27] Norvell W.A.: Comparison of dictating agents for metals in diverse soil material. Soil. Sci. Soc. Am. J., 48, 1285-1292(1984).
• [28] Pempkowiak J., A. Sikora, E. Biernacka: Speciation of heavy metals in marine sediments vs. their bioac-cumulation by mussels, Chemosphere, 39(2), 313-321 (1999).
• [29] Perin G., R. Fabris, S. Manente, A.R. Wagener, C. Hamacher, S. Scotto: A five-year study on the heavy-metal pollution of Guanabara Bay sediments (Rio de Janeiro, Brazil) and evaluation of the metal bioavailability by means of geochemical speciation. Water Research, 31(12), 3017-3028 (1997).
• [30] Pizarro J., M.A. Rubio, X. Castillo: Study of chemical speciation in sediments: as approach to vertical metals distribution in Rape! Reservoir (Chile), Journal Chil. Chem. Soc, 48(3), 45-50 (2003).
• [31] Protasowicki M., E. Niedźwiecki: Zawartość metali ciężkich w osadach dennych portów ujścia Odry, Studia i Materiały MIR, pp. 117-120(1993).
• [32] Protasowicki M., E. Niedźwiecki, A. Ciemniak, I. Bochenek: Cynk w osadach dennych ujścia Odry, Cynk w środowisku - problemy ekologiczne i metodyczne, Zesz. Nauk. Komitetu PAN Człowiek i środowisko, 33,237-241 (2002).
• [33] Ryborz-Masłowska S., K. Moraczewska-Majkut, J. Krajewska: Metale ciężkie w wodzie i osadach dennych zbiornika w Kozłowej Górze na Górnym Śląsku, Archives of Environmental Protection - Archiwum Ochrony Środowiska, 26(4), 127-140 (2000).
• [34] Rzętala M.A.: Procesy brzegowe i osady denne wybranych zbiorników wodnych w warunkach zróżnicowanej antropopresji (na przykładzie Wyżyny Śląskiej i jej obrzeży). Wydawnictwo Uniwersytetu Śląskiego, 2003.
• [35] Segarra M.J., R. Pręgo, M.J. Wilson, J. Bacon, J. Santos-Echeandia: Metal speciation in surface sediments of' Vigo Ria (NW Iberian Peninsula), Scienta Marina, 72(1), 119-126 (2008).
• [36] Sekhar K.Ch., N.S. Chary, C.T. Kamala, D.S. Suman-Raj, A.S. Rao: Fractionation studies and bioaccumulation of sediment-bund heavy metals in Kolleru Lake by edible fish. Environment International, 29, 1001-1008(2003).
• [37] Sobczyński I'., H. Elbanowska, J. Zerbe, J. Siepak: Mineralizacja próbek osadów dennych jako etap poprzedzający oznaczanie ogólnej zawartości metali ciężkich. Gospodarka wodna, 6, 173 (1996).
• [38] Sobczyński T., J. Siepak: Specjacja metali ciężkich w osadach dennych jezior, w: Analiza specjacyjna metali w próbkach wody i osadów dennych, (J. Siepak red.), Wydawnictwo Uniwersytetu w Poznaniu, 67, Poznań 1998.
• [39] Sobczyński T., J. Siepak: Badania kumulacji związków biogenicznych i specjacji metali w osadach dennych jezior Wielkopolskiego Parku Narodowego, Zesz. Nauk. Wydziału Budownictwa i Inżynierii Środowiska Politechniki Koszalińskiej, 20, 256-290 (2001).
• [40] Sobczyński T., J. Siepak: Speciation of heavy metals in bottom sediment of likes in area of Wielkopolski National Park, Polish Journal of Environmental Studies, 10(6), 463^t74 (2001).
• [41] SOLLAR HELP, Thermo Elemetal 2002.
• [42] Szarek-Gwiazda E.: Zróżnicowanie stężeń i specjacja metali ciężkich w wodzie i osadzie eutroficznego zbiornika zaporowego (Zbiornik Dobczycki), Praca doktorska, PAN, Kraków 1999.
• [43] Tarnawski M.: Charakterystyka osadów dennych w niektórych małych zbiornikach wodnych, Rozprawa doktorska, AR, Kraków 2003.
• [44] Tarnawski M., E. Słowik-Opoka: Rozkład materiału dennego w zbiorniku w Zesławicach, Zesz. Nauk. AR w Krakowie, s. Inżynieria Środowiska, 393(23), 359-366 (2002).
• [45] Templeton D.M., F. Ariese, R. Cornelis, L. Danielsson, H. Muntac, H.P. van Leeuwen, R. Łobiński: Guidelines for terms related to chemical speciation and fractionation of elements, Definitions, structural aspects, and methodological approaches. Pure Appl. Chem., 72(8), 1453-1470 (2000).
• [46] Tessier A., P.G.C. Campbell, M. Bisson: Sequential Extraction Procedure for the Speciation of Paniculate Trace Metals, Analytical Chemistry, 51(7), 844-851 (1979).
• [47] Tokalioglu S., S. Kartal, L. Elci: Determination of heavy metals and their speciation in lake sediments by flame atomic absorption spectrometry after a four-stage sequential extraction procedure, Analytica Chemica Acta, 413, 33-40 (2000).
• [48] Wasiak A.: Analityka specjacyjna związków metaloorganicznych. Nowe horyzonty i wyzwania w analityce i monitoringu środowiska. Centrum Doskonałości Analityki i Monitoringu Środowiskowego, 653-667 (2003).
• [49] Weisz M., K. Polak, J. Halavay: Fractionation of elements in sediment samples collected in rivers and harbors at Lake Balaton and its catchment area, Mirochemical Journal, 67, 207-217 (2000).
• [50] Wenhong F., W. Wen-Xiong, J. Chen, L. Xiangdong, Y. Yu-Fong: Cu, Ni and Pb speciation in surface sediments from a contaminated bay of northern China, Baselin/Marine Pollution Bulletin, 44, 816-832 (2002).
• [51] Zerbe J., T. Sobczyński, H. Elbanowska, J. Siepak: Speciation of heavy metals in bottom sediments of Likes, Polish Journal of Environmental Studies, 8(5), 331-339 (1999)