Zawartość węgla organicznego a toksyczność osadów dennych · 12 14 16 18 20 22 i 0 10 20 30...
Transcript of Zawartość węgla organicznego a toksyczność osadów dennych · 12 14 16 18 20 22 i 0 10 20 30...
Zawartość węgla organicznego a toksyczność
osadów dennych
Agnieszka Baran1, Monika Mierzwa-Hersztek1, Krzysztof Gondek1,
Magdalena Szara1, Marek Tarnawski2
1Katedra Chemii Rolnej i Środowiskowej, 2Katedra Inżynierii Wodnej i Geotechniki
Uniwersytet Rolniczy im. H. Kołłątaja w Krakowie
VIII Krajowa Konferencja Bioindykacyjna
„Praktyczne wykorzystanie systemów bioindykacyjnych do oceny jakości
i toksyczności środowiska i substancji chemicznych”
Kraków, 18-20.04.2018
Cel badań
1. MO jednym z najistotniejszych związków wchodzących w skład osadów
dennych.
2. MO determinuje fizyczne, chemiczne oraz biologiczne właściwości
osadów:
• magazyn węgla,
• żródło składników pokarmowych dla mikroganizmów i zwierząt
żerujących w osadach,
• zdolności sorpcyjne MO są kluczowe w zapobieganiu migracji
zanieczyszczeń w środowisku, a także wpływają na detoksykację
zanieczyszczeń.
3. Pod względem ekologicznym istotną częścią MO osadów dennych są
substancje humusowe (60-90% MO):
• Kwasy fulwowe (rozpuszczalne w kwasach i wodorotlenkach)
• Kwasy humusowe (rozpuszczalne w wodorotlenkach)
• Huminy (nierozpuszczalne w kwasach i wodorotlenkach)
Czy ilość i skład frakcyjny MO ma wpływ na toksyczność osadów?
1. Lokalizacja:
• Śląsk, Rybnicki Region Węglowy
• zlewnia przemysłowa
Materiał i metody
1. Lokalizacja:
• Małopolska
• zlewnia rolnicza
Zbiornik Rybnik Zbiornik Rożnów
2. Źródła zanieczyszczeń:• Górnictwo
• Energetyka
• Transport
• Drobny przemysł
3. Funkcje zbiornika:• Technologiczna (źródło wody dla elektrowni)
• Przeciwpowodziowa
• Rekreacyjna
• Wędkarska
2. Źródła zanieczyszczeń:• Rolnictwo: spływy z pól
• Zrzuty ścieków bytowo-komunalnych
• Drobny przemysł (np. garbarnie)
3. Funkcje zbiornika:• Energetyczna (EW o mocy 56 MW)
• Przeciwpowodziowa
• Rekreacyjna
• Wędkarska
Charakterystyka zbiornika
Rok powstania 1941 r
Pojemność 228 (cał.), 139 (użyt.) mln m3
Pow. zalewu 1600 ha
Głębokość 4,5 (średnia) / 30 (max) m
Rzeka Dunajec
Dł. zbiornika 16-22 km
Charakterystyka zbiornika
Rok powstania 1972 r
Pojemność 24 (cał.), 4,3 (użyt.) mln m3
Pow. zalewu 444 ha
Głębokość 4,5 (średnia) / 10 (max) m
Rzeka Ruda, Niacyna
Dł. zbiornika 4,5 km
• Emisje gazowe
• Emisje pyłowe
• Zrzuty ścieków
• Odpady
Zbiornik Rybnik Zbiornik Rożnów
Jeden z najszybciej zamulanych zbiorników!!
Zbiornik Rybnik
Zbiornik Rożnów
próbnik Ekman, prace podwodne nurków, próbki powierzchniowe: 0-15 cm
Zbiornik Rybnik – 33 próbki Zbiornik Rożnów – 53 próbki
wlot
wlot
zapora zapora
Parametr Metoda
C ogólny
C organiczny
Ckh (C kwasów huminowych),
Ckf (C kwasów fulwowych),
Cnh (C niehydrolizujący, humin)
Analizator CNS Vario MAX Cube
Ekstrakcja: metodą Schnitzera
Oznaczenie: metoda oksydacyjno-
miareczkowa
Analiza MO w osadach dennych
Ekotoksyczność osadów dennych
Poziom troficzny Producenci Konsumenci Reducenci
Biotest Phytotoxkit Ostracodtoxkit Microtox
Organizm S. alba H. incongruens V. fischeri
Reakcja testowa Inhibicja wzrostu
korzeni
Inhibicja wzrostu Inhibicja
luminescencji
Typ i czas Chroniczny, 72h Chroniczny, 6 dni Ostry, 15 min
Testy skriningowe. Próbka nietoksyczna PE < 20%, niskotoksyczna 20% ≤ PE <50%, toksyczna 50%
≤ PE < 100%, bardzo toksyczna = 100 % (Persoone i in. 2003)
Zawartość C całkowitego i organicznego w osadach
Węgiel
g/kg
Osady zbiornika Rożnów Osady zbiornika Rybnik
średnia zakres CV% średnia zakres CV%
C cał. 28,3 5,3-44,5 28 53,1 1,7-170 99
C. org. 15,6 2,3-24,6 30 51,6 1,9-166 101
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28
Corg. (g . kg-1 s.m.)
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
Lic
zba o
bse
rwacji
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190
Corg. (g . kg-1 s.m.)
0
5
10
15
20
25
30
35
Lic
zba o
bse
rwacjiRozkład zawartości C. org.
w osadów dennych
Rozkład przestrzenny
zawartości C. org.
Wyniki
C g/kg Osady zbiornika Rożnów Osady zbiornika Rybnik
średnia zakres średnia zakres
Ckh 0,48 0,09-1,32 0,87 0,09-2,3
Ckf 8,50 0,87-15,1 11,5 1,0-33,6
Cnh 6,59 0,03-15,2 39,2 0,04-144
Zawartość C we frakcjach materii organicznej w osadach dennych
Udział Ckh, Ckf i Cnh [%] w stosunku do zawartość C.org.
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
zbiornik Rożnów zbiornik Rybnik
Ckh kw. humusowych Ckf kw. fulwowych Cnh niehydrolizujacy
58%
24%
2%
22%
76%
3%
55%
42%
C.e
ks
tra
ho
wa
ny
C.e
ks
tra
ho
wan
y
huminowych
Ckh g/kgCkf g/kg
Cnh g/kg
0
20
40
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26
Corg. (g . kg-1 s.m.)
-4
-2
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
CN
H (
g . k
g-1
s.m
.)
0 20 40
y = -7,494 + 0,81587x
r = 0,74959
p < 0,05
Zależność pomiędzy Cnh i Corg. w osadach dennych
CV %=51
r = 0,32
CV %=41
r = 0,42
CV %=61
r = 0,75
Zb
iorn
ik R
ożn
ów
0
20
40
-40 -20 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220
Corg. (g . kg-1 s.m.)
-40
-20
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
CN
H (
g .
kg
-1 s.
m.)
0 20 40
y = -2,614 + 0,81145x
r = 0,99577
p < 0,05
Zależność pomiędzy Cnh i Corg. w osadach dennych
Ckh g/kg Ckf g/kg
Cnh g/kg
CV %=67
r = 0,75
CV %=87
r = 0,90
CV% = 107
r = 0,99
Zb
iorn
ik R
yb
nik
Inhibicja wzrostu korzeni
S. alba [%]
Inhibicja wzrostu
H. incongruens [%]
Inhibicja luminescencji
V. fischeri [%]
PE % średnia zakres CV%
S. alba 3 -47- 45 92
H. incongruens 43 11 - 100 40
V. fischeri 37 8 - 70 51
11 %
51 %
38 %
rodzaj próbki
toksyczna
niskotoksyczna
nietoksyczna
Zb
iorn
ik R
ożn
ów
51 %
22 %
27 %
rodzaj próbki
niskotoksyczna
nietoksyczna
stymulacja
7 %
76 %
18 %
rodzaj próbki
toksyczna
niskotoksyczna
nietoksyczna
PE % średnia zakres CV%
S. alba 24 -17 - 100 101
H. incongruens 54 4 - 100 54
V. fischeri 62 15 – 96 26
Inhibicja wzrostu korzeni
S. alba [%]
Inhibicja wzrostu
H. incongruens [%]
Inhibicja luminescencji
V. fischeri [%]
Zb
iorn
ik R
yb
nik
6 %
55 %
21 %
12 %
rodzaj próbki
bardzo toksyczna
toksyczna
niskotoksyczna
nietoksyczna
stymulacja
12 %
39 %
39 %
9 %
rodzaj próbki
bardzo toksyczna
toksyczna
niskotoksyczna
nietoksyczna15 %
85 %
rodzaj próbki
toksyczna
niskotoksyczna
Współczynnik korelacji C org. Ckh Ckf Cnh
H. incongruens 0,40 -0,12 0,24 0,18
V. fischeri -0,12 -0,17 0,13 -0,19
S. alba 0,30 0,06 0,27 0,11
Zbiornik Rożnów
S.
alb
a
V. fischeri
V.
fis
ch
eri
S.
alb
a
H.incongruens
H.incongruens
Zależność pomiędzy badanymi parametrami w osadach dennych, przy p ≤0,05
Współczynnik korelacji C org. Ckh Ckf Cnh
H. incongruens 0,12 0,16 0,14 0,13
V. fischeri 0,20 0,17 0,18 0,21
S. alba 0,12 0,09 0,13 0,11
Zbiornik Rybnik
S.a
lba
H.incongruensV. fischeri
S.a
lba
V.
fis
ch
eri
H.incongruens
Zależność pomiędzy badanymi parametrami w osadach dennych, przy p ≤0,05
Podsumowanie
1. Zawartości C org. w osadach dennych była zróżnicowana nie tylko ze względu
na zbiornik, z którego próbki zostały pobrane (Rożnów, Rybnik), ale również w
obrębie zbiornika. Większą zawartość C. org. wykazano w osadach zb. Rybnik.
2. W osadach dennych zb. Rożnów dominowała forma mobilna węgla łatwo
ekstrachowalna Cex (∑Ckf +Ckh), natomiast w osadach zb. Rybnik stabilna
frakcja - Cnh.
3. Zawartość węgla we frakcji kwasów huminowych Ckh była znacząco mniejszą
niż zawartość węgla we frakcji kwasów fulwowych Ckf, niezależnie od zbiornika.
4. Większą toksyczność dla organizmów testowych wykazały osady zb. Rybnik,
jednak nie stwierdzono istotnych zależności pomiędzy zawartością różnych
from węgla a odpowiedzią organizmów testowych w osadach tego zbiornika.
5. Osady zb. Rożnów były nietoksyczne lub niskotoksyczne dla organizmów,
ponadto wykazano istotną zależności pomiędzy zawartością C org. i Ckf a
odpowiedzią H. incongruens oraz S. alba.
Dziękuję za uwagę
Badania finansowane przez Narodowe Centrum Nauki, grant badawczy
2016/21/B/ST10/02127 (2017-2020) “Ocena wpływu materii organicznej
osadów dennych na biodostępność i toksyczność związków chemicznych”