IDUB PW: Wpływ naturalnych substancji o właściwościach sorpcyjnych na stabilizację metali śladowych w zanieczyszczonych osadach dennych zbiorników słodkowodnych

Tytuł projektu: Wpływ naturalnych substancji o właściwościach sorpcyjnych na stabilizację metali śladowych w zanieczyszczonych osadach dennych zbiorników słodkowodnych
Kierownik Projektu: dr hab. Małgorzata Wojtkowska, prof. uczelni
Instytucja realizująca: WIBHiIŚ
Źródło finansowania: BEYOND POB II

Metale ciężkie często można znaleźć w środowisku jako efekt z działalności wielu gałęzi przemysłowych, co stanowi istotne zagrożenie ze względu na ich toksyczność dla życia wodnego i lądowego. W wyniku działalności człowieka metale ciężkie dostają się do obiektów wodnych (jezior, rzek), kumulując się najczęściej w powierzchniowej warstwie osadów dennych, a przemieszczanie się ich w głąb osadów jest powolne. Nadmierna ilość metali ciężkich powoduje chemiczną degradację właściwości osadów. Jest również przyczyną wtórnego zanieczyszczenia toni wodnej. Może to prowadzić do skażenia środowiska wód słodkowodnych i morskich. Metale ciężkie nie ulegają biodegradacji i mają potencjał akumulacyjny w organizmach, powodując różne choroby i zaburzenia. Powszechnie wiadomo, że niektóre metale są szkodliwe dla życia. Należą do nich między innymi antymon, chrom, miedź, ołów, rtęć, kadm. Są one silnie toksyczne dla człowieka i środowiska ekologicznego. Toksyczność metali ciężkich zależy od stopnia skażenia środowiska, od ich udziału w reakcjach biochemicznych, od stopnia wchłaniania i wydalania, co jest zależne od formy chemicznej i fizycznej, w jakiej występują (specjacji). Dlatego metale ciężkie powinny być eliminowane ze środowiska. Procesy oczyszczania środowiska wodnego zanieczyszczonego metalami obejmują strącanie chemiczne, filtrację membranową, wymianę jonową, absorpcję i współstrącanie z adsorpcją.

W projekcie podjęty został problem zanieczyszczonych osadów dennych zbiorników wód słodkowodnych w aspekcie zastosowania sorbentów immobilizujących metale ciężkie zanieczyszczające osady. Badania prowadzone będą na zbiorniku wód powierzchniowych, położonym na terenach dużej aglomeracji miejskiej, w obszarze krajobrazowo chronionym i użytkowanym rekreacyjnie, w którym występują wysokie stężenia metali ciężkich w osadach dennych.

Celem projektu jest zbadanie efektywności i określenie optymalnych warunków stabilizacji metali ciężkich w osadach w obecności naturalnych sorbentów. Wyjątkowe właściwości fizyczne i chemiczne naturalnych sorbentów sprawiają, że znajdują one zastosowanie w wiązaniu podwyższonych stężeń metali, jakie są obserwowane w środowisku wodnym. Dla wytypowanego obiektu wodnego zostanie zbadany aktualny stan jakości wód i osadów dennych. Szczegółowe cele badań to: (I) sprawdzenie możliwości stosowania materiałów pochodzenia naturalnego do trwałego wiązania i immobilizacji metali ciężkich w środowisku wodnym; (II) poznanie statyki, kinetyki i dynamiki procesu adsorpcji; (III) określenie pojemności sorpcyjnej wybranych sorbentów; (IV) wybór optymalnych parametry procesu (wyznaczanie izoterm); (V) ocena wpływ stężenia początkowego, czasu oddziaływania i wymiarów kolumny adsorpcyjnej na efektywność usuwania metali z roztworów wodnych. Do badań wybrano metale: cynk, miedź, ołów, nikiel i kadm, gdyż coraz częściej są one wykorzystywane w różnych gałęziach przemysłowych i w coraz większych stężeniach obserwowane są w środowisku wód powierzchniowych. Informacje o ich szkodliwości dla biocenoz wodnych są znane, a ryzyko potencjalnego uwolnienia do środowiska wysokie. Przeprowadzone zostaną równoległe eksperymenty na: surowym osadzie oraz na osadzie zmieszanym z sorbentami. Eksperymenty zostaną powtórzone czterokrotnie w cyklu rocznym, z wykorzystaniem rzeczywistych osadów. Układy doświadczalne umożliwią poznanie właściwości użytych sorbentów w obniżaniu stężeń mobilnych form toksycznych metali śladowych w osadach dennych, pochodzących z zanieczyszczonych zbiorników słodkowodnych. W badaniach zastosowana zostanie analiza specjacji metali ciężkich do określenia stężeń form metali w osadach surowych i w osadach z zastosowanym sorbentem, co pozwoli ocenić immobilizację metali.

Jako rezultat projektu zostaną określone najkorzystniejsze warunki reakcji dla mechanizmów sorpcji w układzie woda – osad. Przeprowadzone badania pozwolą opisać procesy transformacji metali między formami mobilnymi i stabilnymi w zmiennych warunkach fizyczno-chemicznych środowiska wodnego. Ustalone zostaną parametry warunkujące ich zdolność sorpcyjną. Zaproponowane zostaną równania opisujące równowagi sorpcji metali w osadach dennych. Przedstawiony zostanie opisy kinetyki procesu sorpcji metali dla sorbentów oraz model opisu adsorpcji metali na sorbentach. Uzyskane wyniki rozszerzą wiedzę dotyczącą metod stabilizacji metali w zanieczyszczonych osadach dennych wód powierzchniowych.