rola specjacji w ocenie mobilności metali ciężkich w płynących

P R A C E N A U K O W E P O L I T E C H N I K I WA R S Z AW S K I E J
z. 62
Inżynieria Środowiska
2009
Małgorzata Wojtkowska
Wydział Inżynierii Środowiska
ROLA SPECJACJI W OCENIE MOBILNOŚCI
METALI CIĘŻKICH W PŁYNĄCYCH WODACH
POWIERZCHNIOWYCH
Rękopis dostarczono 24.04.2013 r.
Przedmiotem niniejszej pracy było opisanie występowania form metali ciężkich w ekosystemie
rzeki Utraty i określenie form mobilnych i biodostępności metali oraz określenie czynników, które
wpływają na występujące formy. Wykazano, że w badanych wodach ilość i biodostępność metali
ciężkich w toni wodnej i osadach dennych była zróżnicowana; duże różnice w zawartości metali
ciężkich występowały w osadach, na wytypowanych stanowiskach. W pracy oceniono wpływ
wskaźników jakości wody i osadów na rozdział metali między formy rozpuszczone i związane
w fazie stałej (w zawiesinie i osadach). Czynnikami, które wpływały na występowanie metali
w postaci biodostępnej były: zawartość jonów wapnia i magnezu w wodzie, alkaliczny odczyn,
przewodnictwo elektrolityczne oraz twardość i zasadowość wody. Z wykorzystaniem analizy korelacyjnej, analizy czynników głównych i analizy skupień określono współwystępowanie analizowanych metali w elementach środowiska wodnego i na stanowiskach. Zastosowano model matematyczny PHREEQC2 do wyodrębnienia rozpuszczonych form metali w wodzie Utraty. W wodach
rzeki obserwowano wysoki udział procentowy form mobilnych i ekotoksycznych cynku, kadmu
i ołowiu. Miedź w wodzie występowała w 90% w postaci kompleksów hydroksylowych. Wykorzystano sekwencyjny schemat ekstrakcji wg Tessiera do wyznaczenia form występowania metali
w osadach dennych. Badania wykazały duży udział metali w formach labilnych i biodostępnych.
Dla potwierdzenia labilnego wiązania metali w osadach dennych zastosowano analizę pojedynczej ekstracji z wykorzystaniem różnych ekstrahentów. Ekstrakcja wodą, 1M roztworem MgCl2
i roztworami EDTA wykazała dużą mobilność metali zdeponowanych w osadach. Do oceny stopnia
zanieczyszczenia osadów dennych Utraty wykorzystano wskaźniki geochemiczne (indeks geochemiczny i współczynnik wzbogacenia) oraz wskaźniki ekotoksyczności. Wskaźniki geochemiczne potwierdziły, że osady rzeki Utraty najsilniej zanieczyszczone były kadmem, słabiej ołowiem
i miedzią, a najsłabiej cynkiem. Analiza jakości osadów pod względem kryteriów ekotoksykologicznych wykazała silne zanieczyszczenie kadmem i miedzią, a słabsze ołowiem i cynkiem.
Summary
117
257. Załącznik do Uchwały nr 98/06 Sejmiku Województwa Mazowieckiego z dnia 29 maja 2006 r.,
Program ochrony i rozwoju zasobów wodnych województwa mazowieckiego w zakresie udrożnienia rzek dla ryb dwuśrodowiskowych, Warszawa, 2006.
258. Zhang S.Z., Wang S.X., Shan X.Q.: Effect of sample pretreatment upon the metal speciation
in sediments by a sequential extraction procedure. Chemical Speciation and Bioavailability,
13: 69–74, 2001.
259. Zhu G.W., Chen Y.X., Zhou G.D., Wang F.P., Wu J.B.: Distribution of heavy metals in the
sediments from the Grand Canal (Hangzhou section). China Environmental Science, 21(1):
65–69, 2001.
260. Zhuang Y.Y., Allen H.E., Fu G.M.: Effect of aeration of sediment on cadmium-binding. Environmental Toxicology and Chemistry, 13: 717–724, 1994.
THE ROLE OF SPECIATION IN ASSESSING THE MOBILITY OF
HEAVY METALS IN SURFACE WATER STEMMING
Summary
The aim of this study was to describe the occurrence of heavy metals forms in the Utrata river
ecosystem and to determine the forms of mobility and bioavailability of metals, and to identify factors
that affect the occurring forms. It was shown that the amount and bioavailability of heavy metals in
sediments and in the tested water varied; large differences in the content of heavy metals occurred
in the sediment at selected sites. The paper evaluated the redound quality of the water and sediments
on metals separation between dissolved and bound forms in the solid phase (in particular matter and
sediment). The factors which affected the presence of bioavailable form of metals were: the content
of calcium and magnesium ions in water, pH, electrolytic conductivity and hardness. With the use of
correlation analysis, principal component analysis and cluster analysis, the coexistence of analyzed
metals in the aquatic environment and the positions was identified. With the use of mathematical
model PHREEQC2, soluble forms of metals in Utrata’s water were isolated. A high percentage of
mobile and eco-toxic forms of zinc, copper and lead were observed in the river water. 90% copper
forms which occurred in the water were hydroxyl complexes forms. Tessier sequential extraction
scheme was used to determine the form of the presence of metals in the sediments. Studies showed
a large share of metals in labile and bioavailable forms. To confirm the labile binding of metals in
sediments single speciation was performed using different extractants. Water extraction, 1M MgCl2
and EDTA solutions showed a high mobility of metals in deposited sediments. Geochemical
indicators (geochemical index and enrichment factor) and indicators of ecotoxicity were used to
assess the degree of contamination of Utrata bottom sediments. Geochemical indicators have shown
that the Utrata river sediments were most contaminated with cadmium, less with lead and copper
and the least with zinc. Analysis of sediments in terms of ecotoxicological criteria showed heavy
contamination with cadmium and copper, and smaller with lead.