Identyfikacja parametrów sorpcji związków azotu w środowisku gruntowo-wodnym metodą eksperymentu kolumnowego

• Autorzy: Sieczka A. , Koda E.

Warianty tytułu

EN

Identification of nitrogen compounds sorption parameters in the soil-water environment of a column experiment

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Identyfikacja parametrów sorpcji zanieczyszczeń w środowisku gruntowo-wodnym jest niezbędnym elementem oceny szybkości ich migracji do wód podziemnych. W artykule omówiono wykorzystanie metody przepływowych badań kolumnowych do określenia parametrów sorpcji azotu amonowego i azotanów w gruncie piaszczystym. Badania kolumnowe wykonano w aparacie Trautwein z zachowaniem stałego gradientu, wykorzystując dwa roztwory modelowe stanowiące znaczniki – konserwatywny (chlorki) oraz reagujący (saletra amonowa). W szczególności wyznaczono wartości współczynnika opóźnienia oraz dynamicznej pojemności sorpcyjnej. Na podstawie krzywych przejścia, obrazujących zależność stężenia danego zanieczyszczenia w funkcji czasu, określono, ilokrotnie prędkość migracji zanieczyszczenia ulegającego procesowi sorpcji w gruncie (NH4+ i NO3–) była mniejsza od prędkości przepływu wody podziemnej i zanieczyszczeń konserwatywnych (Cl–). Na podstawie otrzymanych krzywych przejścia wyznaczono wartości pojemności sorpcyjnej badanych gruntów (pył piaszczysty i piasek średni) w punkcie przejścia (C=0,05Co) oraz w punkcie wyczerpania pojemności sorpcyjnej (C=0,95Co).

EN

Identification of contaminant sorption parameters in a soil-water environment is crucial to assessment of their migration velocity to groundwater. In the studies, flow-through column tests were applied in order to determine sorption parameters of ammonium and nitrates in loam and sandy soils. The column testing was conducted in a Trautwein apparatus at a constant head with the use of two tracer solutions: conservative (chlorides) and reactive (ammonium nitrate). In particular, the retardation factor (parameter R) and dynamic sorption capacity were determined. On the basis of breakthrough curves, illustrating correlation between contaminant concentration and time, velocity of a solution undergoing sorption in soil (NH4+ and NO3–) and velocity of groundwater or conservative tracers (Cl–) were compared and retardation factors calculated. In addition, values of dynamic sorption capacity of the tested soils (loam and medium sand) at the breakthrough (C=0.05Co) and exhaustion (C=0.95Co) points were determined.

Słowa kluczowe

PL

badania kolumnowe; krzywa przejścia; współczynnik opóźnienia; woda podziemna; migracja zanieczyszczeń; azot amonowy; azotany

EN

column tests; breakthrough curve; retardation factor; groundwater; contaminants migration; ammonium; nitrates

• Wydawca: Polskie Zrzeszenie Inżynierów i Techników Sanitarnych, Oddział Dolnośląski
• Czasopismo: Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 38, nr 3
• Strony: 29--34
• Opis fizyczny: Bibliogr. 43 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Sieczka A.

• Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie, Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska, ul. Nowoursynowska 166, 02-787 Warszawa

autor

Koda E.

• Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie, Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska, ul. Nowoursynowska 166, 02-787 Warszawa

Bibliografia

• 1. G. MALINA: Likwidacja zagrożenia środowiska gruntowo-wodnego na terenach zanieczyszczonych. Seria Monografie 132, Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa 2007.
• 2. H. RUBIN, N. NARKIS, J. CARBERRY: Soil and Aquifer Pollution. Non-aqueous Phase Liquids – Contamination and Reclamation. Springer-Verlag, Berlin 1998.
• 3. J. DOWGIAŁŁO, A.S. KLECZKOWSKI, T. MACIOSZCZYK, A. RÓŻKOWSKI: Słownik hydrogeologiczny. Państwowy Instytut Geologiczny, Warszawa 2002.
• 4. N. J. JARVIS: A review of non-equilibrium water flow and solute transport in soil macropores: Principles, controlling factors and consequences for water quality. European Journal of Soil Science 2007, Vol. 58, pp. 523–54.
• 5. E. KODA: Influence of vertical barrier surrounding old sanitary landfill on eliminating transport of pollutants on the basis of numerical modeling and monitoring results. Polish Journal of Environmental Studies 2012, Vol. 21, No. 4, pp. 929–935.
• 6. N.Z. SUN: Mathematical modeling of groundwater pollution. Springer, Berlin-Heidelberg-New York 1995.
• 7. C.W. FETTER: Contaminant hydrogeology. Prentice Hall Inc., Upper Saddle River 1999.
• 8. S.R. BUSS, M.O. RIVETT, P. MORGAN, C.D. BEMMENT: Attenuation of Nitrate in the Subsurface Environment. Environment Agency, Almondsbury 2005.
• 9. J.J. MAŁECKI [red.]: Wyznaczanie parametrów migracji zanieczyszczeń w ośrodku porowatym dla potrzeb badań hydrogeologicznych i ochrony środowiska. Poradnik metodyczny. Uniwersytet Warszawski, Warszawa 2006.
• 10. M. OKOŃSKA: Identyfikacja parametrów migracji zanieczyszczeń w porowatym ośrodku hydrogeologicznym metodą modelowania eksperymentu kolumnowego. Geologos 2006, nr 9, ss. 1–97.
• 11. C.W. FETTER: Applied Hydrogeology. Prentice Hall, Upper Saddle River 2001.
• 12. E. OSMĘDA-ERNST, S. WITCZAK: Parametry migracji wybranych zanieczyszczeń w wodach podziemnych. W: A.S. KLECZKOWSKI [red.]: Ochrona wód podziemnych w Polsce. Stan i kierunki badań. Ochrona i Kształtowanie Środowiska Przyrodniczego. Wydawnictwo SGGW, Zeszyt nr 56, Warszawa 1991, ss. 201–216.
• 13. S. DĄBROWSKI, J. KAPUŚCIŃSKI, K. NOWICKI, J. PRZYBYŁEK, A. SZCZEPAŃSKI: Metodyka modelowania matematycznego w badaniach i obliczeniach hydrogeologicznych – poradnik metodyczny. Ministerstwo Środowiska, Warszawa 2011.
• 14. A. NUNEZ-DELGADO, E. LOPEZ-PERIAGO, F. DIAZ-FIERROS-VIQUEIRA. Breakthrough of inorganic ions present in cattle slurry: Soil column trials. Water Research 1997, Vol. 31, No. 11, pp. 2892–2898.
• 15. E. LOPEZ-PERIAGO, A. NUŃEZ-DELGADO, F. DIAZ-FIERROS: Groundwater contamination due to cattle slurry: modeling infiltration on the basis of soil column experiments. Water Research 2000, Vol. 34, No. 3, pp. 1017–1029.
• 16. M.S. ÇELIK, B. ÖZDEMIR, M. TURAN, I. KOYUNCU, G. ATESOK, H.Z. SARIKAYA: Removal of ammonia by natural clay minerals using fixed and fluidised bed column reactors. Water Science and Technology: Water Supply 2001, Vol. 1, No. 1, pp. 81–88.
• 17. M. MARCINIAK, P. MAŁOSZEWSKI, M. OKOŃSKA: Wpływ efektu skali eksperymentu kolumnowego na identyfikację parametrów migracji znaczników metodą rozwiązań analitycznych i modelowania numerycznego. Geologos 2006, nr 10, ss. 167–187.
• 18. M. KACZMAREK, K. KAZIMIERSKA-DROBNY, M. MARCINIAK, M. OKOŃSKA: Identyfikacja parametrów hydrogeologicznych na podstawie modelowania krzywej przejścia w środowisku Matlab. Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego 2008, nr 431, ss. 75–84.
• 19. D. WYCHOWANIAK, Ł. ZAWADZKI, M. LECH: Application of column tests and electrical resistivity methods for leachate transport monitoring. Annals of Warsaw University of Life Sciences – SGGW. Land Reclamation 2015, No. 47(3), pp. 237–247.
• 20. J. FRONCZYK, A. SIECZKA, M. LECH, M. RADZIEMSKA, Z. LECHOWICZ: Transport of nitrogen compounds through subsoils in agricultural areas: Column tests. Polish Journal of Environmental Studies 2016, Vol. 25, No. 4, pp. 1505–514.
• 21. P. ANASTASIADIS: Groundwater pollution from agricultural activities: An integrated approach. Rocznik Ochrona Środowiska 2004, t. 6, ss. 19–30.
• 22. C. ROSIK-DULEWSKA, U. KARWACZYŃSKA, T. CIESIELCZUK: Migracja WWA z nieuszczelnionego składowiska odpadów do wód podziemnych. Rocznik Ochrona Środowiska 2007, t. 9, ss. 335–343.
• 23. A.L. COLLINS, D.F. McGONIGLE: Monitoring and modelling diffuse pollution from agriculture for policy support: UK and European experience. Environmental Science & Policy 2008, Vol. 11, No. 2, pp. 97–101.
• 24. W. GORCZEWSKA-LANGNER: Wpływ niejednorodności pola prędkości na dyspersję hydrodynamiczną w nienasyconym ośrodku gruntowym: Badania eksperymentalne i modelowanie numeryczne. Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego 2010, nr 442, ss. 43–48.
• 25. E. KODA: Stateczność rekultywowanych składowisk odpadów i migracja zanieczyszczeń przy wykorzystaniu metody obserwacyjnej. Wydawnictwo SGGW, Warszawa 2011.
• 26. C. LINDIM, J. van GILS, I.T. COUSINS: A large-scale model for simulating the fate & transport of organic contaminants in river basins. Chemosphere 2016, Vol. 144, pp. 803–810.
• 27. E. KODA, P. OSIŃSKI, A. SIECZKA, D. WYCHOWA-NIAK: Areal distribution of ammonium nitrogen contamination of soil-water environment in the vicinity of old municipal landfill site with vertical barrier. Water 2015, Vol. 7, No. 6, pp. 2656–2672.
• 28. L.M. de OLIVEIRA, P. MAILLARD, E.J. de ANDRADE PINTO: Modeling the effect of land use/land cover on nitrogen, phosphorous and dissolved oxygen loads in the Velhas River using the concept of exclusive contribution area. Environmental Monitoring and Assessment 2016, Vol. 188, No. 6, pp. 1–19.
• 29. J. FRONCZYK, M. LECH, M. RADZIEMSKA, A. SIECZ-KA, Z. LECHOWICZ: Monitoring of groundwater chemical composition in areas of crop production. IICBE & IA-E INT’L Conference Proceedings ‛5th International Conference on Biological, Chemical and Environmental Sciences’, London 2016, pp. 36–41.
• 30. M. RAUBA: Zawartość związków azotu i fosforu w wodach gruntowych zlewni użytkowanej rolniczo na przykładzie zlewni rzeki Śliny. Ochrona Środowiska i Zasobów Naturalnych 2009, nr 40, ss. 505–512.
• 31. D5084–00: Standard test methods for measurement of hydraulic conductivity of saturated porous materials using a flexible wall permeameter. American Society for Testing and Materials 2001.
• 32. L.K. WANG, Y. HUNG, N.K. SHAMMAS [Eds.]: Physicochemical Treatment Process: Vol. 3. Handbook of Environmental Engineering. Humana Press, Totowa (NJ) 2005.
• 33. N.V. MEDVIDOVIĆ, J. PERIĆ, M. TRGO: Column performance in lead removal from aqueous solutions by fixed bed of natural zeolite – clinoptilolite. Separation and Purification Technology 2006, Vol. 49, pp. 237–244.
• 34. M. TRGO, J. PERIĆ, N. VUKOJEVIĆ-MEDVIDOVIĆ, I. NUIĆ: Competitive removal of lead(II) and zinc(II) from a binary aqueous solution on a fixed bed of natural zeolite. Zeolites and Related Materials: Trends, Targets and Challenges. Proc. of ‛4th International FEZA Conference’, Paris 2008, pp. 509–512.
• 35. S. KANANPANAH, M. AYAZI, H. ABOLGHASEMI: Breakthrough curve studies of PUROLITE A-400 in an adsorption column. Petroleum & Coal 2009, Vol. 51, No. 3, pp. 189–192.
• 36. R.J. WAGENET: Salt and water movement in the soil profile. In: I. SHAINBERG, J. SHALHEVET [Eds.]: Soil Salinity Under Irrigation, Chapter 4: Movement and Accumulation of Salts in Soils, Springer-Verlag, Heidelberg 1984.
• 37. M.K. SHUKLA: Soil Physics: An Introduction. CRC Press, Taylor Francis Group, London 2014.
• 38. A. MACIOSZCZYK [red.]: Podstawy hydrogeologii stosowanej. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2006.
• 39. T. MAZUR: Ekologiczne skutki stosowania nawozów. Wieś Jutra 1998, nr 5, s. 32.
• 40. F.T. WAKIDA, D.N. LERNER: Non-agricultural sources of groundwater nitrate: A review and case study. Water Research 2005, Vol. 39, pp. 3–16.
• 41. J. MIZERA, B. SZYMANIEC, M. FOLWACZNY: Usuwanie azotanów z wody podziemnej na przykładzie ujęcia „Wierzchowisko” eksploatowanego przez Wodociągi Częstochowskie (Groundwater nitrate removal in the example of Wierzchowisko water intake exploited by ‛Wodociagi Czestochowskie’ waterworks). Ochrona Środowiska 2013, vol. 35, nr 3, ss. 35–38.
• 42. P. WALLER, M. YITAYEW: Irrigation and drainage engineering. Verlag: Springer International Publishing, Cham 2016.
• 43. A. DELLE SITE: Factor affecting sorption of organic compounds in natural sorbent/water systems and sorption coefficients for selected pollutants. A review. Journal of Physical and Chemical Reference Data 2001, Vol. 30, No. 1, pp. 187–439.