Przełącz na polski switch English







ZAKŁAD INŻYNIERII RZECZNEJ SGGW


Zastosowanie kalcytu dla celów wiązania fosforu w osadach dennych eutroficznych jezior polimiktycznych na przykładzie Jeziora Zdworskiego.

Grant promotorski nr N N 305 344939 finansowany przez Narodowe Centrum Nauki
Czas trwania projektu: 24 września 2010- 23 czerwca 2012.
Kierownik projektu:dr hab. Zbigniew Popek, prof. SGGW

Kontakt:
dr inż. Agnieszka Bańkowska-Sobczak
agnieszka_bankowska@sggw.pl
tel. 22 59 35 392

W związku z postępującą eutrofizacją wód coraz więcej uwagi poświęca się ich ochronie, polegającej na redukcji lub eliminacji zewnętrznych ładunków nutrientów. Jednak w przypadku jezior i innych wód stojących, o raczej statycznym ustroju i wynikającymi z tego ograniczonymi możliwościami samooczyszczania, istnieje często konieczność podejmowania zabiegów rekultywacyjnych, których celem jest i) zmniejszenie puli fosforu (już) zalęgającej w ekosystemie lub ii) jego dostępności dla produkcji pierwotnej.
Od kilkudziesięciu lat są stosowane na świecie i w Polsce różnego rodzaju zabiegi rekultywacyjne: napowietrzanie, dezaktywacja fosforu, usuwanie osadów dennych, biomanipulacja, inne.
Wśród wymienionych metod najsilniej rozwijane są techniki dezaktywacji fosforu, polegające na wiązaniu biodostepnej formy fosforu (ortofosforanów) w związkach trudno-rozpuszczalnych, które po sedymentacji i wiązaniu w osadzie dennym nie mogą przedostawać się w formie biodostepnej ponownie do toni wodnej i zasilać produkcji pierwotnej. W tym celu stosuje się obecnie wiele preparatów, w tym głównie sole żelaza i glinu, a także glinę bentonitową wzbogacaną lantanem. Są to środki syntentyczne, które mają pewne istotne ograniczenia w stosowaniu (ponowne uwalnianie fosforu, ryzyko związane z toksycznością, wysokie koszty).
Jednym ze środków wymienianych jako alternatywa dla ww. preparatów jest kalcyt - minerał będący najczystszą postacią węglanu wapnia (CaCO3), powszechnie występujący w środowisku. Ze względu na złożone procesy wiązania fosforu, obejmujące i) adsorpcję, ii) precypitację i iii) współwytrącanie, jest to środek o dużych możliwościach efektywnej i trwałej immobilizacji fosforu, także w warunkach beztlenowych. Jest to jednocześnie środek stosunkowo niedrogi, naturalnie występujący w środowisku, łatwo dostępny. Dlatego też badania nad możliwością jego zastosowania w rekultywacji jezior są szczególnie istotne.
Czynnikiem, który wpływa na efektywność działania preparatów dezaktywujących fosfor i trwałość efektów, są nie tylko właściwości tych środków, ale także sposób ich dozowania do jeziora i cechy zbiornika. Powszechnie stosowane dotąd dozowanie preparatów do toni wodnej pozwala na powstawanie na powierzchni osadu warstwy preparatu, która powinna działać jako bariera uniemożliwiająca ponowne uwolnienie fosforu do toni wodnej. Trwałość takiej bariery jest jednak niewielka, szczególnie w płytkich zbiornikach polimiktycznych. Uwzględniając ten fakt zaproponowano w Polsce alternatywną metodę dozowania preparatów do jeziora, polegającą na ich wprowadzaniu do osadu w trakcie jego wymuszonej resuspensji. Taki zabieg prowadzi do wzbogacenia osadu w czynnik wiążący fosfor i zwiększa możliwości sorpcyjne osadu względem fosforu, a przez to wydłuża czas jego retencji w osadzie. Dotychczasowe badania i doświadczenia in situ z zastosowaniem gliny bentonitowej i chlorku żelaza wskazują, że ten sposób dozowania koagulantów korzystnie wpływa na efekty rekultywacji.
Dotychczas uzyskane dane o efektywności działania kalcytu, a także korzystne wyniki uzyskane przy dozowaniu preparatów dezaktywujących fosfor do osadu dennego, pozwalają przypuszczać, że analogiczne zastosowanie kalcytu może być wysoce efektywną, niedrogą, "bliską naturze" i trwałą w efektach metodą przeciwdziałania eutrofizacji i co ważne - przy wykorzystaniu naturalnego materiału. Hipoteza ta wymaga jednak potwierdzenia, zarówno poprzez szereg eksperymentów laboratoryjnych, jak i aplikacji in situ.
Do badań wybrano Jezioro Zdworskie, które jako płytki zbiornik polimiktyczny, o wysoce zaawansowanej trofii, jest obiektem, dla którego - zgodnie z przyjętą hipotezą - dezaktywacja fosforu z zastosowaniem kalcytu dozowanego do osadu dennego wydają się być metoda odpowiednią.

W związku z powyższym celem projektu jest ocena możliwości dezaktywacji fosforu w jeziornych osadach dennych z użyciem kalcytu, a w szczególności:
- ocena efektywności i trwałości immobilizacji fosforu w osadzie przez kalcyt w warunkach Jeziora Zdworskiego,
- rozpoznanie mechanizmów immobilizacji fosforu przez kalcyt w ww. warunkach,
- ocena oddziaływania zastosowania kalcytu na warunki fizyko-chemiczne panujące w jeziorze,
- określenie wpływu zróżnicowanych warunków (warunki tlenowe, bioturbacja, resuspensja) na efektywność i trwałość wiązania fosforu w osadzie,
- porównanie działania kalcytu z innymi powszechnie stosowanymi preparatami,
- uzupełnienie istniejących wytycznych do stosowania kalcytu w rekultywacji jezior.
Badania będą prowadzone równolegle z zastosowaniem dwóch materiałów kalcytowych oraz dwóch popularnie stosowanych preparatów: chlorku żelaza i gliny bentonitowej wzbogaconej lantanem, celem porównania efektywności ich działania i związku wymienionych czynników z ich wydajnością. Materiały kalcytowe wybrane do badań to wapień i precypitat, posiadające odmienne właściwości fizyczne (powierzchnia właściwa - odpowiednio 3,45 i 37 m2/g) i wykazujące zróżnicowaną efektywność wiązania fosforu.

Zakres badań obejmuje:
- rozpoznanie właściwości osadów dennych Jeziora Zdworskiego,
- laboratoryjne badania nad wiązaniem fosforu przez kalcyt i inne preparaty w wodzie interstycjalnej Jeziora Zdworskiego ("batch experiments"),
- laboratoryjne badania nad zastosowaniem kalcytu i innych preparatów w immobilizacji fosforu w osadach dennych Jeziora Zdworskiego, z uwzględnieniem zróżnicowanych warunków tlenowych i zróżnicowanej presji bentosu ("incubation experiments") oraz wpływu resuspensji; w badaniach tych zostaną zamodelowane także warunki występujące w innych niż Zdworskie zeutrofizowanycyh akwenach.

Wyniki badań
Bańkowska A., Popek Z., Eiche E., Neumann T., Fischer U. 2012: Immobilizacja fosforu z zastosowaniem kalcytu – wyniki badań typu „batch” (streszczenie przygotowane na Międzynarodową Konferencję Limnologiczną „Natural and Anthropogenic Transformations of Lakes”)

Streszczenie wyników projektu

Serdecznie dziękujemy przedsiębiorstwu Rheinkalk Eifel Sauerland GmbH & Co. KG, Branch Akdolit, Lhoist Group, Niemcy za udostępnienie preparatów do badań.





Webmaster
Copyright ©  2010