Spatial arrangement of heavy metals in the dam-reservoir sediments in the conditions of anthropomixion

• Autorzy: Kostecki, M. , Kowalski, E.

Warianty tytułu

PL

Formy specjacyjne metali ciężkich w osadach dennych zbiornika zaporowego w warunkach antropomiksji

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The results of research on the role of water mass movements arising as a result of anthropoprcsion, in heavy metals arrangement in sediments have been presented on the example of dam reservoir in Rybnik. The carried out thcrmo-visual measurements of the thermally polluted Rybnik dam-reservoir revealed spatial diversification of water temperature. The zones of diverse dynamics of water mass movements have been shown, including the zone of intensive water flow and the zone of stagnation. It has been proved that the values of these concentrations arc strongly diverse in space. This is the result of the cutrophication grade, bioaccumu-lation process, and anthropomixtion. As a result of specific water movement, which transports biomass inside the ecosystem, the zone, developed in which the transfer of heavy metals to the sediments is intensified. This zone of about 150 ha in area was located. The maximum concentrations of metals described in this area arc: for cadmium - 30 mg/kg, for nickel - 55 mg/kg, for chromium - 130 mg/kg, for lead - 160 mg/kg, for copper - 1000 mg/kg, for zinc - 1300 mg/kg. In the case of mobile fractions, potentially capable of freeing themselves from sediments the concentration values arc: for cadmium - 14 mg/kg, for nickel - 15 mg/kg, for chromium - 4 mg/kg, for lead - 8 mg/kg, for copper - 100 mg/kg, for zinc - 600 mg/kg. The participation of mobile fractions of metals in their total quantity was: for zinc - 46%, for cadmium - 46%, for nickel - 27%, for copper - 10%, for lead - 5%, for chromium - 3%. The relationship between the total concentrations of metals likewise their mobile forms and the content of organic matter in sediments, points to the role of biomass of plankton organisms and detritus as bio-sorbent in the process of transporting and transferring metals from water to sediments. With reference to water mass dislocation effect inside the reservoir under the influence of anthropogenic factor, in the situation when this factor is stronger than the factors which cause natural water movements, author suggests using the term anthropomixion.

PL

Wykazano, że rozmieszczenie metali ciężkich w osadach dennych badanego zbiornika jest silnie zróżnicowane przestrzennie. Stanowi ono wypadkową ruchów wody, stopnia troficzności, procesu biokumulacji oraz antropopresji. Jako wynik specyficznego ruchu wody transportującego biomasę wewnątrz ekosystemu, wykształciła się strefa, w której kumulacja metali ciężkich jest zintensyfikowana. Strefa ta (o powierzchni około 150 ha) została w przybliżeniu zlokalizowana. Znajduje się on w północno-zachodnicj części zbiornika a maksymalne stężenia oznaczanych metali w tym rejonie wynoszą: dla kadmu 30 mg/kg, dla niklu 55 mg/kg, dla chromu 130 mg/kg, dla ołowiu 160 mg/kg, dla miedzi 1000 mg/kg, dla cynku 1300 mg/kg. Zlokalizowanie stref podwyższonego zanieczyszczenia ma znaczenie z punktu widzenia ewentualnych zabiegów rckultywacyjnych dla poprawienia jakości wody w zbiorniku oraz ogólnego stanu ekosystemu.

Słowa kluczowe

PL

rozmieszczenie; zanieczyszczenia; metale ciężkie; osad denny; zbiornik zaporowy; specjacja

EN

allocation of pollutants; bottom sediments; heavy metal; speciation

• Czasopismo: Archiwum Ochrony Środowiska
• Rocznik: 2007
• Tom: Vol. 33, no. 3
• Strony: 67-80

Twórcy

autor

Kostecki, M.

autor

Kowalski, E.

• Institute of Environmental Engineering of the Polish Academy of Sciences ul. M. Skłodowskiej-Curie 4, 41-819 Zabrze, Poland

Bibliografia

• [1] Beckett R., N.P. Le: The role of organic matter and ionic composition determining the surface charge of suspended particles in natural waters, Colloid Surf., 44, 35-49 (1990).
• [2] Calmano W., U. Forstcr: Chemical Extraction of Heavy Metal in Polluted River Sediments in Central Europe, Science of Total Environ., 28, 128-136 (1983).
• [3] Chandra K.S., N.S. Chary, C.T. Kamala, D.S. Suman, A.S. Sreenivasa: Fraction studies and bioaccumulation of sediment-bound heavy metals in Kolleru Lake bv sdiblefish. Environ. Intcmat., 29, 1001-1008 (2003).
• [4] Harbin X., L. Sigg, R. Gachter: Transport of Cu, Zn and Cd in small agricultural catchments, Wat. Res., 34, 9, 2558-2568 (2000).
• [5] Helios-Rybicka E.: Rola minerałów ilastych w wiązaniu metali ciężkich przez osady rzeczne górnej Wisły, Zeszyty Naukowe AGH, Geologia 32 (1986).
• [6] Korcz M., Z. Strzyszcz: Zanieczyszczenie metalami ciężkimi osadów dennych wybranych zbiorników antropogenicznych województwa katowickiego, [w:] Problemy ochrony, zagospodarowania i rekultywacji antropogenicznych zbiorników wodnych. Materiały XVI Krajowego Sympozjum PK IAWQ, Zabrze 1995.
• [7] Kostecki M., E. Kowalski: Alokacja metali ciężkich w osadach dennych Zbiornika Rybnickiego, Archives of Environmental Protection, 30, 4, 53-64 (2004).
• [8] Kostecki M.: Alokacja i przemiany wybranych zanieczyszczeń w zbiornikach zaporowych hydrowęzla rzeki Kłodnicy i Kanale Gliwickim, Prace i Studia IPIŚ-PAN, nr 57, Zabrze 2003.
• [9] Kostecki M.: Wpływ zabudowy kaskadowej na zawartość metali ciężkich w osadach dennych Kanału Gliwickiego, Archives of Environmental Protection, 27, 4, 63-87 (2001).
• [10] Kostecki M.: Metale ciężkie w osadach dennych zbiorników zaporowych hydrowęzla rzeki Kłodnicy (Dzierżno Duże, Dzierżno Małe, Pławniowice), Konferencja Naukowa "Odra 2000", Karpacz 2000.
• [II] Kostecki M.: Zawiesina jako element zanieczyszczeń antropogennego ekosystemu wodnego na przykładzie zbiornika zaporowego Dzierżno Duże, Archives of Environmental Protection, 26, 4, 75-94 (2000).
• [12] Kostecki M., A. Domurad, E. Kowalski, J. Kozłowski: Badania limnologiczne zbiornika zaporowego Dzierżno Małe. Część Ul. Metale ciężkie w osadach dennych zbiornika. Archives of Environmental Protection, 24, 2, 73-81 (1998).
• [13] Kostecki M., M. Leśniak, M. Stenzel: Metale ciężkie w opadach atmosferycznych na terenie wyrobiska popiaskowego KPP " Szczakowa " oraz zbiornika retencyjnego " Dziećkowice ", Archives of Environmental Protection, 19, 1-2, 93-103 (1993).
• [14] Kostecki M.: Pollutants balances of lowland dam-reservoir of side to the question of water quality, [in:] International Scientific Conference "Water, Eco- and Technologies", Polish Sciences Center, Vienna 2002.
• [15] Kyzioł J.: Minerały ilaste jako sorbenty metali ciężkich, Prace i Studia IPIŚ PAN, nr 43, Zabrze 1994.
• [16] Loska K., D. Wicchuła: Speciation of cadmium in the bottom sediments of Rybnik reservoir. Water, Air and Soil Pollut., 141, 73-89 (2002).
• [17] Loska K., J. Cebula, J. Pelczar, D. Wicchuła, J. Kwapuliriski: Use of enrichment, and contamination factors together with geoaccumulation indexes to evaluate the content of Cd, Cu, and Ni in the Rybnik Water Reservoir in Poland, Water, Air Soil Pollut., 93, 347-365 (1997).
• [18] Loska K., D. Wiechuła, J. Pelczar, J. Kwapuliński: Occurrence of heavy metals in bottom sediments of a heated reservoir (the Rybnik Reservoir, Southern Poland), Acta Hydrobiol., 36, 281-295 (1994).
• [19] Magiera T., Z. Strzyszcz, M. Kostecki: Seasonal changes of magnetic susceptibility in sediments from Lake Żywiec (South Poland), Water, Air, and Soil Pollution, 141, 55-71 (2002).
• [20] Modak DP., K.P. Singh, H. Chandra, P.K. Ray: Mobile and bound forms of trace metals in sediments of the lower Ganges, Wat. Res., 24, 373-379 (1992).
• [21] Moller G.: Die Schwermetallbelastung den Sedimenten des Neckars und Seiner Nahbahnflusse, Chcmi-kcr-Zcitung, 6, 157-164 (1981).
• [22] Moore J., J. Ramamoorthy: Heavy Metals in Natural Waters, Springer Vcrlag, Berlin 1984.
• [23] Nakashima S.: Partitioning of Manganese, Iwn, Arsenic, Cadmium, Lead, Copper, Zinc, Cobalt and Nickel in Sediments from Lake Biva, J. Earth Sci., 35,365-380 (1987).
• [24] Pardo R., E. Barrado, L. Perez, M. Vega: Determination and speciation of heavy metals in sediments of the Pisuerga River, Wat. Res., 24, 373-379 (1990).
• [25] Reuther R., R.F. Wright, U. Forstner: Distribution and Chemical Forms of Heavy Metals in Sediments Cores from two Norwegian Lakes Affected by Acid Precipitation, [in:] Proceedings of International Symposium "Heavy Metals in the Environment", Amsterdam 1983, p. 318-321
• [26] Rusu V., T. Lupascu, M. Revenco: Heavy metals partitioning in sediments from River Prut, Environm. Eng. and Manag. J., 3, 4, 675-682 (2004).
• [27] Sacki K., M. Okazaki: Heavy metal accumulations in semi-enclosed hypereulrophic system Lake Teganuma, Japan, Part 2. Heavy metal accumulation in sediments, Water, Air and Soil Pollut., 69, 79-91 (1993).
• [28] Schintu M., N. Sechi, G. Sarritzu, A. Contu: Reservoir sediments as potential source of heavy metals in drinking water (Sardinia, Italy), Water Sci. and Tcchnol., 12, 21-28 (1989). [29] Tessier A., P.G.C. Campbell, M. Bisson: Trace Metal Speciation in the Yamashe and St. Francois River (Quebec), Canad. J. Earth Sci., 17, 38^14 (1980).
• [30] Tsai L., K.C. Yu, S.T. Ho, J.S. Chang, T.S. Wu: Correlation of particle sizes and metals speciation in river sediments, Diffuse Pollution Conference, Poster Papers, Dublin 2003.
• [31] Unmesh C.P., P. Rath, K.Ch. Sahu, S. Majumadar, S.K. Sundaray: Study of geochemical association of some trace metals in the sediments ofChilika Lake: a multivariate statistical approach, Environ. Monitor. Assess., 123, 125-150(2006).
• [32] Wicchula D., J. Kwapuliński, A. Paukszto: Speciation of heavy metals in the bottom sediment of the barrage reservoir Goczałkowice, [in:] Proceedings of International Symposium "Heavy Metals in Environment" Toronto 1993, vol. 1, p. 193-195.
• [33] Zakrzewski S.F.: Podstawy toksykologii środowiska, PWN, Warszawa 1995.