Specjacja wybranych składników rozpuszczonych w wodach gruntowych układu katenalnego na Pojezierzu Poznańskim

• Autorzy: Kozłowski M. , Komisarek J , Wiatrowska K

Warianty tytułu

EN

Chemical speciation of selected dissolved components of groundwater in the catena of the Poznań Lakeland

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

EN

The purpose of this research was to assess speciations of dissolved components of groundwater in a typical for the Poznan Lakeland catena of arable Albeluvisols and Chernozem. The researches were carried out in the cultivated catchment area of the Przybroda Experimental Station located in the north-central part of the Poznan Lakeland (west part of Poland) within the Szamotuly Plain. Every two or four weeks from 04.2005 to 03.2006 the groundwater samples, from six stationary points (wells) were collected. In groundwater samples the concentration of fallowing ions Ca²⁺, Mg²⁺, K⁺, Na⁺, HCO₃^-, CO₃^2-, SO^2-₄, PO₄^3-, and pH, EC were determined. Taking into consideration that dissolved components in groundwater can occur in many chemical forms, the computer programs Visual Mineq was used to assess their speciations. The observed values of groundwater pH were ranged from 6.3 to 8.3, therefore the simulations of speciation at 7.0, and 8.0 pH were done. The results of the researches indicate, that the quantity of dissolved components in groundwater was connected both with soil location in the relief and properties of soil parent materials. The groundwater of soil located higher in a catena were characterized by lower concentrations of the analyzed components, compared with water of lowest elements of the slope. It would seem that the chemistry of groundwater in P4 well should be characterized by concentrations of the analyzed components similar to those observed in P5 and P6 soils. However, studies show that the quantities of these components in groundwater of P4 well were similar to P1-P3. It could be related to water inflow from the higher parts of catena which are neutralized and less aggressive to components contained in the soil. Result obtained from simulation showed that calcium at pH 7.0 occurs mainly as a free ion (Ca²⁺), whose share ranged from 85% (P5) to 90% (P3). The second form of calcium was a aqua complex CaSO₄(aq) (7-13%), and third-CaHCO₃^- (1-3%). The content of FCa²⁺, CaSO₄(aq) and CaHCO₃^- significantly decreases when pH increases to the value 8. From geochemical point of view at a thermodynamic equilibrium state there were conditions suitable for precipitation of calcium in the form of calcite and dolomite. In groundwater of the Albeluvisols calcite is precipitated mainly calcite while in Chernozem dolomite. Magnesium also accrued mainly as a free ion Mg²⁺ (87-92%), aqua complex MgSO₄(aq) and MgHCO₃^- at pH 7. The increase to pH 8caused the precipitation of magnesium in the form of dolomite. In Albeluvisols (P1-P3) groundwater, this form do not exceed 30% of the total amount of magnesium speciation, whereas in the groundwater of Chernozem (P4-P6) the participation of CaMg(CO₃)₂was much higher. Potassium and sodium, these two metals occurred mainly as a free ion at 7 and 8 pH. At pH 7.0 in the analyzed groundwater from carbonate speciations bicarbonate (HCO₃^-) occurred most frequently (75%). Aqua complex H₂CO₃(aq) was a second speciation of carbonates (from 21% to 22%). CaHCO₃^- and MgHCO₃^- accounted for about 1% of all carbonate speciations, but in the groundwater of Chernozem the participation of MgHCO₃^- was greater than CaHCO₃^-, while in the groundwater of Albeluvisols vice versa. Significant changes in speciations of carbonates occurred when the pH increased to value 8. At this pH, content of HCO₃^- decreased to about 60% in groundwater of Albeluvisols while in Chernozem to 67%. The share of H₂CO₃(aq) also decreased to 2%. This decrease of HCO₃^- and H₃CO₃ (aq) in the analyzed groundwater was due to the precipitation of calcite and dolomite. In the P1-P4 wells carbonates could be precipitated both in form of calcite and dolomite (predominantly calcite), while in the groundwater of the P5 and P6 wells in the form of dolomite. In the analyzed groundwater a free ion of SO₄^2- was a dominant speciation of sulphates, whose participation increased from 75-80% (pH 7) to 83-91% (pH 8.0) with increasing pH. Other important forms of sulphates MgSO₄ (aq) and CaSO₄ (aq) but in the P1-P4 were more CaSO₄(aq) then CaSO₄(aq), while in groundwater of the P5 and P6 vice versa. At 7.0 pH among phosphate spetiations H₂PO₄^- ion dominated (38-43%), followed by HPO₄^2-(from 34% to 36%). Also, a large percentage of MgHPO₄ (aq) and CaHPO₄(aq) were observed. In groundwater of P1-P4 wells CaHPO₄ (aq) dominated over MgHPO₄(aq), when in P5 and P6 reverse. The increase of pH to value 8 resulted in the dominance of HPO₄^2- ion. Result from simulation test showed that analysed elements occur mainly as a free ions and aqua-complexes at 7.0 pH. At a higher pH, from thermodynamic point of view, conditions for precipitation of calcium and calcium-magnesium carbonates occurred. Furthermore, quantity of dissolved elements in groundwater and their speciations are connected with soil (well) location in the catena and properties of soil parent material.

Słowa kluczowe

PL

wody gruntowe; Pojezierze Poznańskie; specjacja

• Wydawca: Politechnika Koszalińska
• Czasopismo: Rocznik Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2012
• Tom: Tom 14
• Strony: 607--622
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., tab., rys.

Twórcy

autor

Kozłowski M.

• Uniwersytet Przyrodniczy, Poznań

autor

Komisarek J

• Uniwersytet Przyrodniczy, Poznań

autor

Wiatrowska K

• Uniwersytet Przyrodniczy, Poznań

Bibliografia

• 1. Adams S., Titus R., Pitersen K., Tredoux G., Harris C.: Hydrochemical characteristic of aquifer near Sutherland in the Western Karoo, South Africa. J. Hydrol. 241, 91–103 (2001).
• 2. Drzymała S., Cieślak W., Zadrodzińska A.: Zawartość i rozmieszczenie składników rozpuszczonych w wodzie w glebach pod wieloletnim doświadczeniem z różnymi uprawami i przy zróżnicowanym nawożeniu. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln. 458, 341–349 (1998).
• 3. Durkowski T.: Chemizm wód drenarskich obiektów Pomorza Zachodniego. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln. 458, 349–356 (1998).
• 4. Hermanowicz W., Dojlido J., Dożańska W., Koziorowski B., Zerbe J.: Fizyczno-chemiczne badanie wody i ścieków. Wyd. Arkady. Warszawa. 1999.
• 5. Jeong Ch.: Effect of land use and urbanization on hydrochemistry and contamination of groundwater from Taejon area, Korea. J. Hydrol. 253, 194–210 (2001).
• 6. Kemmers R. H.: Calcium as hydrochemical characteristic for ecological states. Tech. Bull. ICW 47, 1–16 (1986).
• 7. Komisarek J.: Kształtowanie się właściwości gleb płowych i czarnych ziem oraz chemizmu wód gruntowych w katenie falistej Pojezierza Poznańskiego. Rocz. AR Pozn. Rozp. Nauk. 307 (2000).
• 8. Kozłowski M.: Reżim wodny gleb i chemizm wód gruntowych w układach katenalnych Pojezierza Poznańskiego. Maszynopis Kat. Gleboznawstwa i Rekultywacji (2007).
• 9. Liu CW., Lin KH., Kuo YM.: Application of factor analysis in the assessment of groundwater quality in a blackfoot disease in Taiwan. The Science of the Total Environmental. 313, 77–89 (2003).
• 10. Macioszczyk A., Dobrzyński D.: Hydrogeochemia strefy aktywnej wymiany wód podziemnych. Wyd. PWN. Warszawa, 2002.
• 11. Marcinek J. Kaźmierowski C. Komisarek J.: Rozmieszczenie gleb i zróżnicowanie ich właściwości w katenie falistej moreny dennej Pojezierza Poznańskiego. Zesz. Prob. Post. Nauk Roln. 460, 53–73 (1998).
• 12. Marcinek J., Komisarek J., Kaźmierowski C.: Dynamika składników rozpuszczonych w wodach gruntowych uprawnych gleb płowych i czarnych ziem. Rocz. AR Pozn. 268, Melior. Inż. Środ. 15, cz. 1, 69–82 (1994).
• 13. Marcinek J., Komisarek J., Kaźmierowski C.: Czasowa i przestrzenna zmienność chemizmu wód gruntowych w układzie katenalnym gleb Wielkopolski. Zesz. Probl. Post. Nauk Roln. 418, 149–156 (1995).
• 14. Misztal M., Smal H.: Skład chemiczny wód gruntowych i wyciągów glebowych w terenach różnie użytkowanych. Rocz. Glebozn. 31, 3/4, 271–279 (1980).
• 15. Płochniewski Z.: Zmiany jakości wód podziemnych. W: Przemiany stosunków wodnych w Polsce w wyniku procesów naturalnych i antropogenicznych. Red. I. Dynkowska. Wyd. UJ, Kraków. 1993.
• 16. PN-88-C04537/04. Woda i ścieki. Badania zawartości związków fosforu. Oznaczanie rozpuszczonych ortofosforanów kolorymetryczną metodą molibdenianową z kwasem askorbinowym jako reduktorem. Polski Komitet Normalizacyjny. Warszawa.
• 17. PN-EN 25667-1. Jakość wody. Pobieranie próbek.. Wytyczne dotyczące opracowania programów pobierania próbek. Polski Komitet Normalizacyjny. Warszawa. 2003.
• 18. Pondel H.: Wpływ nawożenia mineralnego na wymywanie składników pokarmowych do wód gruntowych. Zesz. Nauk. AR Krak. 169, 16–28 (1980).
• 19. Pondel H., Terelak H.: Skład chemiczny wód drenarskich jako podstawa oceny strat składników mineralnych wymywanych do wód gruntowych. Pam. Puław. 75, 149–166 (1981).
• 20. Pondel H., Terelak H.: Skład chemiczny wód opadowych oraz wód glebowo-gruntowych w rejonie Puław. Pam. Puław. 88, 57–70 (1986).
• 21. Schecher W.D., McAvoy D.C.: MINEQL+ user manual. Environmental research software. Hollowele. 1994.