Contents of Cu, Zn, Cd, Pb and Fe in rainwater effluents discharged to surface waters in the city of Poznan

• Autorzy: Szpakowska B. , Swierk D. , Goldyn R. , Baralkiewicz D.

Warianty tytułu

PL

Zawartość Cu, Zn, Cd, Pb i Fe w ściekach deszczowych odprowadzanych do wód powierzchniowych miasta Poznania

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Progressing urbanization results in the potential increase of pollution sources such as wastes, industrial or municipal sewage, which may contain hazardous inorganic pollutants such as e.g. metal ions and their compounds. Urbanization has a negative effect also on soil, as a consequence of an increasing share of impermeable surfaces such as pavements, parking lots, housing developments and public buildings. The area of a hardened (impermeable) surface is exposed to intensive surface runoff during rain and as a result pollutants are transported through the storm drainage system directly to surface waters. The aim of this study was to determine the effect of metals contained in rainwater discharged from subcatchments of various land use types on the quality of surface waters (the Cybina River and the Antoninek reservoir) in the city of Poznań, as well as investigate whether metal contents in rainwater effluents depend on the relief and character of the immediate catchment. Investigations were conducted in 2009 along the lower section of the Cybina River. Water samples from the river and reservoir were collected each time when collecting rain water samples. Water and sewage samples were collected 15 times within a year. Analyses were conducted on 5 selected catchments (with different land uses) drained by storm water drainage system discharged to the Cybina River and the Antoninek reservoir. Water was collected from 13 sampling points (5 of which were sewer outfalls and 8 were situated on the river or the reservoir above and below the sewage discharge). Higher concentrations of all tested elements were recorded in rainwater in comparison to the water samples coming from the river or the reservoir. Canonical Variate Analysis (CVA) model presenting differences between water concentrations of Cu, Zn, Cd, Pb and Fe and environmental variables (rainfall intensity measured in a four-point scale, location as divided into industrial areas multi- and single-family housing as well as location of sewage discharge to the river on the reservoir) showed elevated concentrations of these elements especially in water collected directly from the storm water sewer. Elevated metal concentrations in storm system effluents did not have a significant effect on the content of these pollutants in the river or the reservoir. It could have been caused by the intensive immobilization of elemental ions in bottom deposits followed by the metal uptake by aquatic organisms, mainly plants.

PL

Postępujący proces urbanizacji powoduje potencjalne zwiększenie źródeł zanieczyszczeń, jak odpady, ścieki przemysłowe czy komunalne, które mogą zawierać groźne zanieczyszczenia nieorganiczne, m.in. jony metali oraz ich związki. Proces ten oddziałuje niekorzystnie także na glebę, powodując zwiększenie udziału powierzchni nieprzepuszczalnych, jak chodniki, parkingi, budynki mieszkalne i użytkowe. Teren o powierzchni utwardzonej (nieprzepuszczalnej) jest narażony na intensywny spływ powierzchniowy podczas deszczu i transport substancji zanieczyszczających kanalizacją deszczową bezpośrednio do wód powierzchniowych. Celem badań było określenie wpływu metali zawartych w wodzie deszczowej odpływającej ze zlewni cząstkowych o różnym użytkowaniu gruntów na jakość wód powierzchniowych (rzeki Cybiny i zbiornika Antoninek) na terenie Poznania, a także zbadanie, czy zawartość metali w ściekach deszczowych zależy od ukształtowania i rodzaju zlewni bezpośredniej. Badania prowadzono w 2009 r. wzdłuż dolnego odcinka rzeki Cybiny. Próbki wody pobierano z rzeki i ze zbiornika Antoninek podczas opadów deszczu, 15 razy w ciągu roku. Do badań wybrano 5 zlewni (o odmiennym sposobie użytkowania) odwadnianych kanalizacją deszczową uchodzącą do rzeki Cybiny i zbiornika Antoninek. Wodę pobierano z 13 stanowisk (5 to wyloty z kanałów, 8 usytuowano na rzece lub zbiorniku powyżej i poniżej ujścia ścieków). W wodzie deszczowej stwierdzono większe stężenie wszystkich badanych pierwiastków w porównaniu z wodą pochodzącą z rzeki lub zbiornika. Analiza CVA (Canonical Variate Analysis), która umożliwia określenie zależności między stężeniami Cu, Zn, Cd, Pb i Fe oraz zmiennymi środowiskowymi (intensywność opadów atmosferycznych mierzona w 4-stopniowej skali, lokalizacja uwzględniająca tereny przemysłowe, zabudowa wielo- i jednorodzinna, lokalizacja punktów poboru wody deszczowej) jednoznacznie wskazała na wyższe stężenie badanych pierwiastków w wodzie pobranej bezpośrednio z kolektorów deszczowych. Podwyższone stężenie metali w ściekach deszczowych nie wpłynęło znacząco na zawartość tych zanieczyszczeń w rzece i zbiorniku. Mogło to być spowodowane intensywną immobilizacją jonów pierwiastków w osady denne, a następnie pobraniem metali przez organizmy wodne, głównie rośliny.

Słowa kluczowe

EN

copper content; zinc content; cadmium content; lead content; iron content; rain water; effluent; surface water; water pollution; Poznan city

• Wydawca: -
• Czasopismo: Journal of Elementology
• Rocznik: 2014
• Tom: 19
• Numer: 3
• Opis fizyczny: p.779-793,fig.,ref.

Twórcy

autor

Szpakowska B.

• Department of Landscape Architecture, Poznan University of Life Sciences, Dabrowskiego 159, 60-594 Poznan, Poland

autor

Swierk D.

• Department of Landscape Architecture, Poznan University of Life Sciences, Dabrowskiego 159, 60-594 Poznan, Poland

autor

Goldyn R.

• Department of Water Protection, Adam Mickiewicz University in Poznan, Poznan, Poland

autor

Baralkiewicz D.

• Laboratory Trace Elements Analysis by Spectroscopy Method, Adam Mickiewicz University in Poznan, Poznan, Poland

Bibliografia

• Budai P., Clement A. 2007. Estimation of nutrient load from Urban diffuse sources: Experiments with runoff sampling at pilot catchments of lake Balaton, Hungary. Water Sci. Technol., 56(1): 259-302. DOI:10.2166/wst.2007.464
• Dougherty M., Dymond R.L., Grizzard Jr.T.J., Godrej A.N., Zipp er C.E., Randolph J. 2006. Quantifying long-term NPS pollutant flux in an urbanizing watershed. J. Environ. Engin., 132(4): 547-554. DOI:10.1061/(ASCE)0733-9372(2006)132:4(547)
• EPA 2009. National Recommended Water Quality Criteria. US EPA, Office of Water. http://www.epa.gov/ost/criteria/wqctable
• Gnecco I., Berretta C., Lanza L.G., La Barbera P. 2005. Storm water pollution in the urban environment of Genoa, Italy. Atmospheric Res., 77: 60-73. DOI:10.1016/j.atmosres.2004.10.017
• Göbel P., Dierkes C., Coldewey W.G. 2007. Storm water runoff concentration matrix for urban areas. J. Contaminant Hydrol., 91: 26-42. DOI:10.1016/j.jconhyd.2006.08.008
• Gołdyn R., Dondajewska R., Szeląg-Wasielewska E., Szyper H. 2010. An appraisal of changesin seasonal water quality during passage through a shallow reservoir in Western Poland. Environ. Monit. Assess. 151: 181-188.
• Herngren L. Goonetilleke A., Godwin A. 2005. Understanding heavy metal and suspended solids relationships in urban stormwater Rusing simulated rainfall. J. Environ. Manage., 76, 149-158. DOI:10.1016/j.jenvman.2005.01.013
• ISO 9964-1, 1993(E). Water quality. Determination of sodium and potassium.
• ISO 17294-2, 2003. Water quality – Application of inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS). Part 2. Determination of 62 elements.
• Jang A., Seo Y., Bishop L. 2005. The removal of heavy metals in urban runoff by sorption on mulch. Environ. Pollut., 133:117-127. DOI:10.1016/j.envpol.2004.05.020
• Kang J-H., Lee Y.S., Ki S.J., Lee Y.G., Cha S.M., Cho K.H., Kim J.H. 2009. Characteristics of wet and dry weather heavy metal discharges in the Yeongsan Watershed, Korea. Sci. Total Environ., 407: 3482-3493. DOI:10.1016/j.scitotenv.2009.02.021
• Kozłowska M., Jóźwiak A., Szpakowska B., Goliński P. 2009. Biological aspects of cadmium and lead uptake by Phragmites australis (cav. Trin ex steudel) in natural water ecosystems. J. Elem., 14(2): 299-312. DOI: 10.5601/jelem.2009.14.2.10
• Obarska-Pempkowiak H., Kołecka K. 2005. Experiences from application of salix viminalis for water and sewage treatment. Rocz. Ochr. Środ., 7: 55-69. (in Polish)
• Ordinance of the Minister of the Environment of 24 July 2006 on conditions to be met when discharging wastewater to waters or soil and on substances particularly noxious to the aquatic environment. (Journal of Laws no. 137, item 984).
• Padovesi-Fonseca C., Philomeno M.G. 2004. Effects of algicide (Copper sulfate) application on short-term fluctuations of phytoplankton in Lake Paranoá, Central Brazil. Braz. J. Biol., 44(4): 819-826.
• Rajfur M. 2013. Algae – Heavy metals biosorbent. Ecol. Chem. Eng., 20(1): 23-40. DOI: 10.2478/eces-2013-0002.
• Salt D.E., Smith R.D., Raskin I. 1998. Phytoremediation. Ann. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol., 49: 643-668.
• Senze M., K owalska-Góralska M., Pokorny P. 2009. Metals in chosen aquatic plants in a lowland dam reservoir. J. Elem., 14(1): 147-156. DOI: 10.5601/jelem.2009.14.1.15
• Shirasuna H., Fukushima T., Matsushige K., Imai A., Ozaki N. 2006. Runoff and loads of nutrients and heavy metals from an urbanized area. Water Sci. Technol., 53(2): 203-213. DOI:10.2166/wst.2006.054
• Shrestha R., Krebs P., Roeske I. 2003. A study on environmental improvement of the River Bagmati of Kathmandu Valley, Nepal. Rocz. Ochr. Środ., 5: 59-65. (in Polish)
• Świerk D., Szpakowska B. 2011. Occurrence of heavy metals in aquatic macrophytes colonizing small aquatic ecosystems. Ecol. Chem. Eng., 18(3): 369-384. http://tchie.uni.opole.pl/SECE/index.php/ece-s/ece-s-183
• Walker D.J., Hurl S. 2002. The reduction of heavy metals in a stormwater wetland. Ecol. Engine., 18 407-414.
• Wardas M., Aleksander-Kwaterczak U., Jusik S., Hryc B., Zgoła T., Sztuka M., Kaczmarska M., Mazurek M. 2010. An attempt to assess the impact of anthropopressure on the ecological state of urbanised watercourses of Krakow Conurbation and the difficulties encountered. J. Elem., 15(4): 725-743. DOI: 10.5601/jelem.2010.15.4.725-743

Identyfikatory

DOI

10.5601/jelem.2014.19.2.522