PCBs and heavy metals in water and bottom sediments of the Kozłowa Góra dam reservoir

• Autorzy: Rosińska A. , Dąbrowska L.

Warianty tytułu

PL

PCB i metale ciężkie w wodzie i osadach dennych zbiornika Kozłowa Góra

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The aim of the presented research was to analyse the pollution of the Kozłowa Góra Dam Reservoir with PCBs (28, 52, 101, 118, 138, 153, 180) and heavy metals (Zn, Cu, Ni, Cd, Pb, Cr). The investigated water and bottom sediments were sampled from two sampling points in November, 2009. The sampling points were located in the southern part of the Kozłowa Góra Dam Reservoir. The samples of bottom sediments were taken from the surface layer of 5 cm thickness. The extraction of PCBs from the bottom sediments was performed according to the EPA 3550B standard. For the sequential extraction analysis of metals from the sampled bottom sediments, the method suggested by Tessier was applied. Based on the obtained results the water and bottom sediments from the Kozłowa Góra Dam Reservoir were polluted with polychlorinated biphenyls. The highest concentration of the investigated PCB congeners in bottom sediments was determined in the sampling point No. 1 (2.78 žg/kg d.m.), whereas in the sampling point No. 2 this level was over 20-fold lower which might result from the inflow of these compounds with the waters of the Brynica river. In both sampling points the investigated bottom sediments were predominated by higher chlorinated PCBs with comparable contents of 86% and 85%, respectively. The level of pollution in the investigated bottom sediments (calculated per dry matter) with polychlorinated biphenyls did not exceed the level of TEL (< 0.02 mg/kg). The PEL value (3.5 mg/kg) was exceeded in the case of cadmium in the bottom sediment from the sampling point No. 2 and also lead (91 mg/kg) from both sampling points. The first two fractions with the mobile forms of metals are the most sensitive fractions to any changes of the environmental conditions in the benthic zone. In those fractions significant contents of lead, cadmium, nickel and zinc were observed.

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań dotyczące zawartości PCB o kodach 28, 52, 101, 118, 138, 153, 180 oraz metali ciężkich (Zn, Cu, Ni, Cd, Pb, Cr) w wodzie i osadach dennych zbiornika zaporowego w Kozłowej Górze. Próbki pobrano w listopadzie 2009 r. na 2 stanowiskach, które usytuowane były w południowej, wylotowej (przy zaporze) części zbiornika. Osady denne pobrano z wierzchniej warstwy o grubości 5 cm. Ekstrakcję PCB z osadów dennych wykonano zgodnie z normą EPA 3550B, a analizę specjacyjną metali ciężkich wg schematu Tessiera. Otrzymane wyniki badań potwierdzają, że zbiornik Kozłowa Góra w analizowanym fragmencie jest zanieczyszczony polichlorowanymi bifenylami. W wodzie pobranej w punkcie pomiarowym 1 i 2 wykryto 6 kongenerów PCB. Ich sumaryczne stężenie było odpowiednio równe 7.3 ng/dm3 i 8.1 ng/dm3. Stężenia badanych metali ciężkich były poniżej 0.2 mg/dm3. W osadach dennych najwyższe sumaryczne stężenie analizowanych kongenerów PCB oznaczono w 1 punkcie pomiarowym (2782 ng/kg s.m.), natomiast w punkcie pomiarowym 2 było ponad 20-krotnie niższe, co może być skutkiem dopływu tych związków wraz z wodami. Jednak stopień zanieczyszczenia badanych osadów dennych (w przeliczeniu na suchą masę) polichlorowanymi bifenylami nie przekraczał wartości TEL (< 0.02 mg/kg). Ze względu na zawartość miedzi i niklu osady w obu punktach pomiarowych wg kryteriów geochemicznych klasyfikowane były jako słabo zanieczyszczone, natomiast ze względu na zawartość kadmu i ołowiu jako miernie zanieczyszczone. W przypadku cynku, ze względu na stężenie tego metalu, osad w punkcie 2 klasyfikowany był jako miernie zanieczyszczony, w punkcie 1 jako słabo zanieczyszczony. Wartość PEL została przekroczona w przypadku kadmu w osadzie pobranym w punkcie 2, ołowiu w osadach z obu punktów. Na podstawie przeprowadzonej analizy specjacyjnej stwierdzono, że przy niestabilnym środowisku (zmiana pH, natlenienia, zasolenia wody) istnieje możliwość uwalniania się jonów ołowiu, cynku, kadmu i niklu z osadów dennych do toni wodnej zbiornika Kozłowa Góra.

Słowa kluczowe

EN

polychlorinated biphenyls (PCB); heavy metal; bottom sediments; surface water; water reservoir

PL

PCB w wodzie; metale ciężkie; osad denny; woda powierzchniowa; zbiornik wodny

• Wydawca: Institute of Environmental Engineering, Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Environmental Protection
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 37, no. 4
• Strony: 61--73
• Opis fizyczny: Bibliogr. 36 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Rosińska A.

autor

Dąbrowska L.

• Department of Chemistry, Water and Sewage Technology, Częstochowa University of Technology, Dąbrowskiego 69, 42-200 Częstochowa, Poland,

Bibliografia

• [1] Bojakowska I., G. Sokołowska: Geochemiczne klasy czystości osadów wodnych, Przegląd Geologiczny, 49 (1), 49-54 (1998).
• [2] Bojakowska I., T. Gliwicz, K. Małecka: Wyniki geochemicznych badań osadów wodnych Polski w latach 2003-2005, Inspekcja Ochrony Środowiska, Biblioteka Monitoringu Środowiska, Warszawa 2006.
• [3] Bojakowska I., T. Gliwicz: Chloroorganiczne pestycydy i polichlorowane bifenyle w osadach rzek Polski, Przegląd Geologiczny, 53 (8), 649, (2005).
• [4] Cornelissen G., K.A. Hassell, P.C.M. Van Noort, R. Kraaij, P.J. Van Ekeren, C. Dijkema, P.A. H.A.J. De Jager, H. Govers: Slow desorption of PCBs and chlorobenzenes from soils and sediments: relations with sorbent and sorbate characteristics, Environ. Pollu., 108, 69-80 (2000).
• [5] D'Adamo R., S. Pelosi, P. Trotta, G. Sansone: Bioaccumulation and biomagnifications of polycyclic aromatic hydrocarbons in aquatic organisms, Marine Chemistry, 42, 45-49 (1997).
• [6] Dąbrowska L.: Heavy metals content distribution in grain size fractions of the Warta river sediments, Polish Journal of Environmental Studies, 18 (2B), 143-147 (2009).
• [7] EPA Method 3550B: Ultrasonic extraction, A procedure for extracting nonvolatile and semivolatile organic compounds from solids such as soil, sludges and wastes.
• [8] Ericson M.D.: Analytical Chemistry of PCBs, second edition, CRC, Lewis Publishers Boca Raton, New York 1997.
• [9] European Standard ISO 8288:2002. Water quality-Determination of cobalt, nickel, zinc, cadmium and lead -Flame atomic absorption spectrometric methods.
• [10] Fu Ch-Te, S-C.Wu: Seasonal variation of the distribution of PCBs in sediments and biota in a PCBcontaminated estuary, Chemosphere, 62, 1786-1794 (2006).
• [11] Howell N.L., M.P. Suarez , H.S. Riafi, L. Koenig: Concentration of polychlorinated biphenyls (PCBs) in water, sediment, and aquatic biota in the Huston Ship Chanel, Texas, Chemosphere, 70, 593-606 (2008).
• [12] Hung C.-C., G.-C. Gong, K.T. Jiann, K.M. Yeager, P.H. Santschi, T.L. Wade, J.L. Sericano, H.L.Hsieh: Relationship between carbonaceous materials and polychlorinated biphenyls (PCBs) in the sediments of Danshui river and adjacent coastal areas, Taiwan, Chemosphere, 65, 1452-1461 (2006).
• [13] Janosz-Rajczyk M., L. Dąbrowska, A. Rosińska, J. Płoszaj, E. Zakrzewska: Zmiany ilościowo-jakościowe PCB, WWA i metali ciężkich w kondycjonowanych osadach ściekowych stabilizowanych biochemicznie, Monografie: nr 120, Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa 2006.
• [14] Kalajzic T., M. Bianchi, h. Muntau, A. Kettrup: Polychlorinated biphenyls (PCBs) and organochlorine pesticides (OCPs) in the sediments of an Italian drinking water reservoir, Chemosphere, 36, 1615-1625 (1998).
• [15] Kalembkiewicz J., E. Soco: Ekstrakcja sekwencyjna metali z próbek środowiskowych, Wiadomości Chemiczne, 59 (7-8), 697-721 (2005).
• [16] Korfali S.I., B.E. Davies: Speciation of heavy metals in sediment and water in a river underlain by limestone: role of carbonate species for purification capacity of rivers, Advances in Environmental Research, 8, 599-612 (2004).
• [17] Litten S., B. Fowler, D. Luszniak: Identification of a novel PCB source trough analysis of 209 PCB congeners by US EPA modified method 1668, Chemosphere, 46, 1457-1459 (2002).
• [18] Loska K., D. Wiechuła, G. Pęciak: Wykorzystanie analizy specjacyjnej w badaniu biodostępności metali w osadzie dennym Zbiornika Rybnickiego, Problemy Ekologii, 7 (2), 69-74 (2003).
• [19] Oliveira T., G. Santacroce, R. Coleates, S Hale, P. Zevin, B. Belasco: Concentrations of polychlorinated biphenyls in water from US Lake Ontario tributaries between 2004 and 2008, Chemosphere, 82, 1314-1320 (2011).
• [20] Pertsemli E., D. Voutsa: Distribution of heavy metals in Lakes Doirani and Kerkini, Northern Greece, Journal Hazardous Materials, 148, 529-537 (2007).
• [21] Rao C.R.M., A. Sahuguillo, J.F. Lopez Sanchez: A review of the different methods applied in environmental geochemistry for single and sequential extraction of trace elements in soils and related materials, Water Air Soil Polut, 189, 291-333 (2008).
• [22] Rosińska A., L. Dąbrowska: PCB i metale ciężkie w osadach dennych zbiornika zaporowego w Poraju, Inżynieria i Ochrona Środowiska, 11 (4), 455-469 (2008).
• [23] Ryborz-Masłowska S., K. Moraczewska-Majkut, J. Krajewska: Metale ciężkie w wodzie i osadach dennych zbiornika w Kozłowej Górze na Górnym Śląsku, Archiwum Ochrony Środowiska, 26 (4), 127-140 (2000).
• [24] Sobczyński T., J. Siepak: Badanie kumulacji związków biogenicznych i specjacji metali w osadach dennych jezior Wielkopolskiego Parku Narodowego, [w]: Materiały V Konferencji Naukowej, Wydawnictwo Uczelniane Politechniki Koszalińskiej, Koszalin 2001, 265-290.
• [25] Świetlik R., M. Trojanowska: Metody frakcjonowania chemicznego stosowane w badaniach środowiskowych, Monitoring Środowiska Przyrodniczego, 9, 29-36 (2008).
• [26] Tessier A., P.G. Campbell, M. Bisson: Sequential extraction procedure for the speciation of particulate trace metals, Analytical Chemistry, 51 (7), 844-851 (1979).
• [27] 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 Chimica Acta, 413, 33-40 (2000).
• [28] Urbaniak M., M. Zieliński, W. Wesołowski, M. Zalewski: Polychlorinated dibenzo-dioxins (PCDDS) and polychlorinated dibenzofurans (PCDFS) compounds in sediments of two shallow reservoirs in central Poland, Arch. Environ. Protect., 35 (2), 125-132 (2009).
• [29] Werner D., C. Higgins, R.G. Luthy: The sequestration of PCBs in Lake Hartwell sediment with activated carbon, Water Res., 39, 2105-2133 (2005).
• [30] Voie Ø.A., A. Johnsen, H.K. Rossland: Why biota still accumulate high levels of PCB after removal of PCB contaminated sediments in Norwegian fjord, Chemosphere, 46, 1367-1372 (2002).
• [31] Yang Zhifeng., Ying Wang, Zhenyao Shen, Junfeng Niu, Zhenwu Tang: Distribution and speciation of heavy metals in sediments from the mainstream, tributaries, and lakes of the Yangtze River catchment of Wuhan, China, Journal of Hazardous Materials, 166, 1186-1194 (2009).
• [32] Yao Zhigang.: Comparison between BCR sequential extraction and geo-accumulation method to evaluate metal mobility in sediments of Dongting Lake, Central China, Chinese Journal of Oceanology and Limnology, 26 (1), 14-22 (2008).
• [33] Yuan Xuyin, Deng Xu, Shen Zhiyong, Gao Yun: Speciation and potential remobilization of heavy metals in sediments of the Taihu Lake, China, Chinese Journal of Geochemistry, 26 (4), 384-393 (2007).
• [34] Yuyang G., J.V. Deptino, G.Y. Rhee, X. Liu: Desorption rates of two PCB congeneres from suspended sediment I. Experimental results, Water Research, 32, 2507-2517 (1998).
• [35] Zhang Q., G. Jiang: Polychlorinated dibenzeno-p-dioxins/furans and polychlorinated biphenyls in sediments and aquatic organisms from the Taihu Lake, China, Chemosphere, 61, 314-322 (2005).
• [36] Zhou W., Z. Zhai, Z. Wang, L. Wang: Estimation of n-octanol/water partition coefficients (Kow) of all PCB congeners by density functional theory, Journal of Molecular Structure: THEOCHEM 755, 137-145 (2005).