The geochemical and fractionation study on toxic elements in road dust collected from the arterial roads in Kraków

• Autorzy: Adamiec Elżbieta , Jarosz-Krzemińska Elżbieta , Brzoza-Woch Robert , Rzeszutek Mateusz , Bartyzel Jakub , Pełech-Pilichowski Tomasz , Zyśk Janusz

Identyfikatory

DOI

10.24425/aep.2023.145902

Warianty tytułu

PL

Badania geochemiczne i frakcjonowanie pierwiastków toksycznych w pyłach drogowych pobranych z głównych arterii komunikacyjnych Krakowa

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Road dust should be considered as a secondary source of contamination in the environment, especially when re-suspended. In our study road dust samples were collected from 8 high-capacity urban roads in two districts of Kraków (Krowodrza and Nowa Huta). Total concentration of toxic elements, such as Cd, Cr, Cu, Mn, Zn, Co, Pb, Ni, Ba and Se were determined using ICP–MS ELAN 6100 Perkin Elmer. A fractionation study were performed using VI step sequential extraction, according to the modified method provided by Salomons and Fӧrstner. Appropriate quality control was ensured by using reagent blanks and analysing certified reference material BCR 723 and SRM 1848a. Concentration of metals in the road dust varied as follows [mg/kg]: Cd 1.02–1.78, Cr 34.4–90.3, Cu 65–224, Mn 232–760, Zn 261–365, Co 4.32–6.46, Pb 85.6–132, Ni 32.2–43.9, Ba 98.9–104 and Se 78.3–132. Degree of contamination of road dust from Nowa Huta was very high (Cdeg 54) and considerable for road dust from Krowodrza (Cdeg 25). Results revealed that road dust samples were heavily contaminated with Cd, Cu, Zn, Mn, Co, Pb, Ni, Ba and Se, in amounts exceeding multiple times geochemical background values. The chemical speciation study using VI step sequential extraction, followed by assessing risk assessment code (RAC) revealed that elements in road dust are mostly bound with mobile and easy bioavailable fractions such as carbonates and exchangeable cations, with the exception for Cr and Cu being mostly associated and fixed with residual and organic matter fraction.

PL

Zanieczyszczenia pochodzące z transportu drogowego uważane są za główny czynnik ryzyka środowiskowego odpowiedzialny za przedwczesne zgony na całym świecie. Rosnący udział emisji zanieczyszczeń związanych z komunikacją potwierdza konieczność oceny jakość środowiska drogowego poprzez określenia stopnia zanieczyszczenia pyłu drogowego oraz ocenę zagrożenia związanego z potencjalnym uwalnianiem się pierwiastków toksycznych z pyłów drogowych do środowiska wodno-glebowego. Do badań pobrany został pył drogowy z 8 odcinków dróg miejskich o dużej kongestii w dwóch dzielnicach Krakowa (Krowodrza i Nowa Huta). Stężenie metali ciężkich, takich jak Cd, Cr, Cu, Mn, Zn, Co, Pb, Ni, Ba i Se oznaczano metodą ICP–MS (ELAN 6100 Perkin Elmer). Frakcjonowanie przeprowadzono z zastosowaniem VI stopniowej ekstrakcji sekwencyjnej. Badania wykazały silnie zanieczyszczony Cd, Cu, Zn, Mn, Co, Pb, Ni, Ba i Se w ilościach przekraczających wielokrotnie wartości poziomów tła geochemicznego. Stężenia metali w pyle drogowym kształtowały się następująco [mg/kg]: Cd 1,02–1,78, Cr 34,4–90,3, Cu 65-224, Mn 232–760, Zn 261–365, Co 4,32–6,46, Pb 85,6–132, Ni 32,2–43,9, Ba 98,9–104 i Se 78,3–132. Stwierdzono bardzo wysoki stopień zanieczyszczenia pyłu drogowego pobranego w Nowej Hucie (Cdeg 54) i wysoki w Krowodrzy (Cdeg 25). Badania form związani metali z zastosowaniem VI stopniowej ekstrakcji sekwencyjnej, a następnie ocena kodu oceny ryzyka (RAC) wykazały, że metale w pyle drogowym są w znacznym stopniu mobile i potencjalnie łatwo mogące się uwalniać do środowiska (metalami występującymi na pozycjach jonowymiennych i/lub węglany), z wyjątkiem Cr i Cu, które w większości związane są z siarczkami, materią organiczną, ewentualnie pozostają wbudowane w sieć krystaliczna minerałów

Słowa kluczowe

EN

air pollution; heavy metals; traffic; fractionation; road dust

PL

zanieczyszczenie powietrza; metale ciężkie; ruch uliczny; frakcjonowanie; pył uliczny

• Wydawca: Institute of Environmental Engineering, Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Environmental Protection
• Rocznik: 2023
• Tom: Vol. 49, no 2
• Strony: 104--110
• Opis fizyczny: Bibliogr. 30 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Adamiec Elżbieta

• AGH – University of Science and Technology, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-3207-4904

autor

Jarosz-Krzemińska Elżbieta

• AGH – University of Science and Technology, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-9654-1420

autor

Brzoza-Woch Robert

• AGH – University of Science and Technology, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-8340-5454

autor

Rzeszutek Mateusz

• AGH – University of Science and Technology, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-0488-4435

autor

Bartyzel Jakub

• AGH – University of Science and Technology, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-8163-2680

autor

Pełech-Pilichowski Tomasz

• AGH – University of Science and Technology, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-2212-7806

autor

Zyśk Janusz

• AGH – University of Science and Technology, Poland

Bibliografia

• 1. Adamiec, E., Jarosz-Krzemińska E., Wieszała R. (2016). Heavy metals from non-exhaust vehicle emissions in urban and motorway road dusts. Environmental monitoring and assessment 188, 1-11
• 2. Adamiec, E. (2017a). Road Environments: Impact of Metals on Human Health in Heavily Congested Cities of Poland. Int J Environ Res Public Health 14(697), 1–17, DOI: 10.3390/ijerph14070697.
• 3. Adamiec, E. (2017b). Traffic related metals as sources of urban environment pollution: a case study of Kraków, Poland. WIT Transactions on Ecology and the Environment 214, 87–89.
• 4. Ali-Taleshi M. S., Moeinaddini M., Feiznia S., Squizzato S. (2020). Heavy Metal Pollution in Street Dust from Tehran in 2018: Metal Richness and Degree of Contamination Assessment. Journal of Envir. Health Engin. 7 (2) :179-194
• 5. Ali-Taleshi, M.S., Feiznia, S., Bourliva, A., Squizzato, S. (2021). Road dusts-bound elements in a major metropolitan area, Tehran (Iran): Source tracking, pollution characteristics, ecological risks, spatiotemporal and geochemical patterns. Urban Climate, 39, 100933.
• 6. Ali-Taleshi M.S., Squizzato S., Feiznia S., Carabalí G. (2022). From dust to the sources: The first quantitative assessment of the relative contributions of emissions sources to elements (toxic and non-toxic) in the urban roads of Tehran, Iran. Microchemical Journal, 181, 107817, DOI: 10.1016/j.microc.2022.107817.
• 7. AQEG (2012) Fine Particle Matter (PM2.5) in the United Kingdom. Air Quality Expert Group. https://www.gov.uk/goverment/publications/fine-particulate-matter-pm2-5-in-the-uk.
• 8. Ayrault S., Catinon M., Boudouma O., Bordier L., Agnello G., Reynaud S., Tissut M. 2013. Street Dust: Source and Sink of Heavy Metals To Urban Environment. E3S Web of Conferences, Vol 1, Proceedings of the 16th International Conference on Heavy Metals in the Environment, DOI:10.1051/e3sconf/2013012000.
• 9. Brewer, P. 1997. M.Sc. Thesis: ‘Vehicles as a source of heavy metal contamination in the environment’. University of Reading, Berkshire, UK.
• 10. EPA (2020). Smog, Soot, and Other Air Pollution from Transportation, https://www.epa.gov/transportation-air-pollution-and-climate-change/smog-soot-and-local-air-pollution
• 11. Filgueiras, A. F., Lavilla, I., & Bendicho, C. (2002). Chemical sequential extraction for metal partitioning in environmental solid samples. Environmental Monitoring, 4, 823–857.
• 12. Godłowska J., Kaszowski K, Kaszowski W. (2022). Application of the FAPPS system based on the CALPUFF model in short-term air pollution forecasting in Krakow and Lesser Poland. Archives of Environmental Protection. 48 (3), 109-117, DOI: 10.24425/aep.2022.142695
• 13. Gunawardana C., Goonetilleke A., Egodawatta P., Dawes L., Kokot S. (2012). Source characterisation of road dust based on chemical and mineralogical composition. Chemosphere 87 (2), 163-170, DOI: 10.1016/j.chemosphere.2011.12.012.
• 14. Hakanson L. (1980). An ecological risk index for aquatic pollution control: A sediment ecological approach. Water Res.14:975–1001.
• 15. Holnicki P., Kałuszko A., Nahorski Z. (2021) Analysis of emission abatement scenario to improve urban air quality. Archives of Environmental Protection. 47(2) 103–114. DOI 10.24425/aep.2021.137282.
• 16. Hu X., Zhang Y., Luo J., Wang T. & Lian H. (2011) Total concentrations and fractionation of heavy metals in road-deposited sediments collected from different land use zones in a large city (Nanjing), China, Chemical Speciation & Bioavailability, 23:1, 46-52, DOI: 10.3184/095422911X12971903458891
• 17. Kowalik R., Gawdzik J., Bąk-Patyna P., Ramiączek P., Jurišević N. (2022), Risk Analysis of Heavy Metals Migration from Sewage Sludge of Wastewater Treatment Plants. Int J Environ Res Public Health, 19(18):11829. DOI: 10.3390/ijerph191811829. PMID: 36142102; PMCID: PMC9517408.
• 18. Li J.L., He M., Han W., Gu Y.F. (2009). Availability and mobility of metal fractions related to the characteristics of the coastal soils developed from alluvial deposits. Environ Monit Assess 158:459–469, DOI: 10.1007/s10661-008-0596-8
• 19. Lis J., Pasieczna A. (1995). Atlas geochemiczny Krakowa i okolic 1:100 000. Państwowy Instytut Geologiczny, Warszawa.
• 20. Marin J., Colina M., Ledo H., Gardiner P. H. E. (2022). Ecological risk by potentially toxic elements in surface sediments of the Lake Maracaibo (Venezuela). Environ. Eng. Res, 27(4), 210232, DOI: 10.4491/eer.2021.232.
• 21. Matabane D. L., Godeto T. W., Mampa R. M., Ambushe A. A. (2021). Sequential Extraction and Risk Assessment of Potentially Toxic Elements in River Sediments. Minerals, 11(8), 874, DOI: 10.3390/min11080874.
• 22. Muschack W. (1990) Pollution of street run-off by traffic and local conditions. Science of The Total Environment, 93, 419-431, DOI: 10.1016/0048-9697(90)90133-f.
• 23. Miazgowicz A., Krennhuber K., Lanzerstorfer C. (2020). Metals concentrations in road dust from high traffic and low traffic area: a size dependent comparison. Int. J. Environ. Sci. Technol. 17, 3365–3372, DOI:1007/s13762-020-02667-3.
• 24. Michlaski R., Pecyna-Utylska P. (2022). Chemical characterization of bulk deposition in two cities of Upper Silesia (Zabrze, Bytom), Poland. Case study. Archives of Environmental Protection, 48(2),106–116, DOI 10.24425/aep.2022.140784.
• 25. Perin G., Craboledda L., Lucchese M., Cirillo R., Dotta L., Zanetta M. L., Oro A. A. (1985). Heavy metal speciation in the sediments of northern Adriatic Sea. A new approach for environmental toxicity determination. In Heavy Metals in the Environment; LakkasT.D., Ed.; CEP Consultants: Edinburgh, Scotland; 2, 454–456.
• 26. Sabouhi, M., Ali-Taleshi, M.S., Bourliva, A., Nejadkoorki, F., Squizzato, S. (2020).Insights into the anthropogenic load and occupational health risk of heavy metals in floor dust of selected workplaces in an industrial city of Iran.Science of The total Envir.744, 140862.Salomons W. , Förstner (1985). U. Metals in the Hydrocycle (Springer Verlag)
• 27. Sutherland R. A., Tack F. M. G, Ziegler A.D. (2012) Road-deposited sediments in an urban environment: A first look at sequentially extracted element loads in grain size fractions. Journal of Hazardous Materials 225– 226, 54– 62.
• 28. Świetlik, R., Trojanowska, M., Strzelecka, M., & Bocho-Janiszewska, A. (2015). Fractionation and mobility of Cu, Fe, Mn, Pb and Zn in the road dust retained on noise barriers along expressway. A potential tool for determining the effects of driving conditions on speciation of emitted particulate metals. Environmental Pollution, 196, 404–413
• 29. Vlasov D., Ramirez O., Luhar A. (2022). Road dust in Urban and Industrial Environments: Sources, Pollutants, Impacts, and Management. Atmosphere, 13, 607, DOI: 10.3390/atmos13040607.
• 30. Zhang, M. & Wang, H. (2009) Concentrations and chemical forms of potentially toxic metals in road-deposited sediments from different zones of Hangzhou, China. J. Environ. Sci., 21, 625 – 631.

Uwagi

PL

Opracowane ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023)