Univerzitet u Novom SaduPrirodno-matematički fakultetPrirodno matematički fakultetDepartman za hemiju, biohemiju i zaštitu životne sredineUdruženje za unapređenje zaštite životne sredine „Novi Sad“Fondacija "Docent dr Milena Dalmacija"

Zagađeni sediment, rizik po kvalitet vode u agađe sed e t, po va tet vode uizvorištima vode namenjenim

vodosnabdevanjuj

Ms Nataša SlijepčevićMs Nataša SlijepčevićDocent dr Đurđa Kerkez

Novi Sad 23-25. septembar, 2015.

RIZIKRIZIK

Rizik predstavlja verovatnoću pojave određenog štetnog efekta po zdravlje ljudi, Rizik predstavlja verovatnoću pojave određenog štetnog efekta po zdravlje ljudi, materijalna dobra ili životnu sredinu u određenom vremenu, kao posledica realizacije materijalna dobra ili životnu sredinu u određenom vremenu, kao posledica realizacije neke opasne aktivnosti ili situacije, odnosno nastanka akcidenta. neke opasne aktivnosti ili situacije, odnosno nastanka akcidenta.

Svi faktori se moraju uzeti u obzir kada se razvija plan za vodozahvatanjeKarakteristike različitih tipova vodozahvata značajno varirajuZaštitom vodozahvata će se izbeći verovatnoća od neočekivanih pojava koje mogu dovesti do zagađenja koje predstavljaju rizik po kvalitet tretirane vode.

POSREDAN UTICAJ SEDIMENTA NA KVALITET IZVORIŠTA VODE ZA

VODOSNABDEVANJEBrz tehnološki razvoj, povećana emisija polutanata u životnu sredinu i intenzivnaeksploatacija površinskih voda uslovili su degradaciju vodnih resursa, a samim tim idegradaciju kvaliteta sedimenta utičući na kvalitet celokupnog ekosistema.Zagađen sediment ima direktan negativan uticaj na faunu dna i predstavljapotencijalan dugotrajan izvor polutanataProistekla je potreba za analizom sedimenta kao rizika po vodne resurseJednom kontaminiran sediment može postati izvor sekundarnog zagađenjaJednom kontaminiran sediment može postati izvor sekundarnog zagađenjaTakođe, zagađeni sediment može da utiče na kvalitet podzemnih voda što

predstavlja poseban problem zbog njihove moguće upotrebe kao resursa vode zapićepiće.

OSNOVNI POJMOVIOSNOVNI POJMOVI • Sediment je esencijalna, dinamička komponenta svih

vodenih sistema koja zbog snažno izražene tendencije j g jvezivanja predstavlja rezervoar toksičnih i perzistentnih jedinjenja prirodnog i antropogenog porekla (USEPA, 2001)Akumulacija toksičnih supstanci u sedimentu može imatimnogo štetnih efekata na vodeni ekosistem.Adsorpcija i jonska izmena u vodenoj sredini odvija se na površini suspendovanih čestica odnosno sedimentimapovršini suspendovanih čestica, odnosno sedimentima, čije su dve osnovne frakcije mineralna i organska.Mineralna frakcija je u osnovi predstavljena slojevitim silikatima i hidroksidima metala. s at a d o s d a eta aOrganska frakcija, koja je čvrsto vezana za površinu različitih glina, sastoji se od tri osnovne vrste:

huminhuminhhuminskuminska a kiselinkiselina,a,fulvokiselinafulvokiselina

Integralni deo sistema sedimenata čini porna porna g pp(intersticijalna) (intersticijalna) voda koja se definiše kao voda koja se nalazi u intersticijalnom prostoru između čestica sedimenta.

Zagađujuće materije u vodenoj sredinu raspodeljuju se između čestica sedimenta sedimenta i vode. Zagađujuće materije se adsorbuju na sedimentsediment ili raspodeljuju se predominantno u rečni sistem fizičkim procesima (advekcija, difuzija, disperzija).fizičkim procesima (advekcija, difuzija, disperzija). Polutanti sorbovani na sediment sediment i organsku materiju mogu biti transportovani rečnim strujama u vidu suspenzije ili kao vučeni nanos.suspenzije ili kao vučeni nanos. Fini sprašeni materijal, kao što je prah i glina, će se generalno kretati nizvodno usled dejstva vodenih strujastruja. Sa porastom brzine vode usled oluja ili sezonskih promena čestice peska i krupnijeg materijala će preći u suspendovano stanje i/ili se kretati zajedno sau suspendovano stanje i/ili se kretati zajedno sa rečnim dnom kao nanos.Polutanti mogu da se akumuliraju kao depozit kada opadne brzina kretanja rekeopadne brzina kretanja reke. Nakon depozicije rečno dno je predmet resuspenzije.U slučaju većih vodenih tela, kao što su jezera,

/hemikalije/sediment sediment se kreću putem vetra, vodenih struja i talasa. Generalno, struje su relativno spore i pokreću samo fino-sprašeni materijal.

Neorganske komponente u g psistemu voda-sediment

P kl ll di ž bi i k kPoreklo metalametala u sedimentu može biti kako antropogenotako i prirodno (geohemijsko). MetaliMetali predstavljaju opasnost za sediment, akvatičneekosisteme ali i za čoveka zbog izražene tendencijeekosisteme, ali i za čoveka zbog izražene tendencijeinkorporacije u sediment, perzistentnosti, toksičnosti isposobnosti bioakumulacije. MMetalietali koji su u sediment dospeli iz antropogenih izvora se j p p gnajčešće nalaze u oblicima koji su relativno lakšebiodostupniIntenzitet dospevanja metalametala iz sedimenata zavisi od fizičke

k h k d dstrukture i hemijske prirode sedimenata, jer upravo one opredeljuju silu vezivanja hemijskih elemenata. Fizičko-hemijski uslovi vodene mase opredeljuju oblike migracije metalametala:migracije metalametala:

suspendovani, suspendovani, koloidni,koloidni,rastvoreni jonski i rastvoreni jonski i

id k l k ih j di j jid k l k ih j di j ju vidu kompleksnih jedinjenja. u vidu kompleksnih jedinjenja.

Vodeni sistemi karakterišu se velikom raznolikošću i specifičnošću raspodele i migracije metalametala.

R lji l i d i dRastvorljivost metala u prirodnim vodama diktira nekoliko faktora: (1) pH, (1) pH, (2) tip i koncentracija liganda i helatnog(2) tip i koncentracija liganda i helatnog(2) tip i koncentracija liganda i helatnog (2) tip i koncentracija liganda i helatnog agensa i agensa i (3) oksidaciono stanje komponenti minerala i (3) oksidaciono stanje komponenti minerala i redoks sredine sistema.redoks sredine sistema.redoks sredine sistema. redoks sredine sistema. Suspendovane i koloidne čestice se mogu sastojati od (1) jedinjenja ili heterogene smeše metala u ( ) j j j gobliku hidroksida, oksida, silikata ili sulfida ili (2) gline, silikata ili organskih materija za koje su metali vezani apsorpcijom, jonskom izmenom ili kompleksirani Generalna šema koja ilustruje nalaženje metala u vodi data ju u tabeli.

Pod pogodnim uslovima, neki metali u sklopu sedimenata i suspendovanih čestica se vraćaju u gornji sloj vode remobilišući se i difundujući na gore. Ovaj proces može biti značajan izvor zagađenja metalima.

P ć k t ij• Povećana koncentracijasoli

• Promene redoks uslova• Promene pH• Prisustvo

kompleksirajućih agenasap j g• Biohemijska

transformacija

NUTRIJENTINUTRIJENTI

Ni ifik ij /d i ifik ijNitrifikacija/denitrifikacijaProces nitrifikacije se odvija u aerobnom delu sedimenta budući da zahteva kiseonik za njegovo odvijanje, dok se denitrifikacija dešava u dubljim anoksičnim slojevima sedimenta pri čemudešava u dubljim, anoksičnim slojevima sedimenta, pri čemu put kojim se vrši redukcija zavisi od niza fatora (sadržaj ugljenika, tipovi mikroorganizama, temperatura itd.) Asimilacija nutrijenata u akvatičnom sistemu se vrši iz j jintersticijalne vode sedimenta (najviše NH4

+) i vodnog tela (NO3-

i PO43-).

Azot se slabo vezuje za peskovit ili sediment sa visokim d ž ksadržajem organske materije.

EutrofikacijaU toku procesa eutrofikacije, a usled intenzivnije resuspenzije

di t d l i d d d t it j t ij tsedimenta, dolazi do dodatnog emitovanja nutrijenata sorbovanih sedimentom i povećanja njihovog sadržaja iz samog sistema. Usled anoksije vodenog sistema dolazi do povećane produkcijeUsled anoksije vodenog sistema dolazi do povećane produkcije sulfida u sedimentu.

Fosfati se mogu javiti u obliku:ortofosfata, ortofosfata, metameta-- ili polifosfata i ili polifosfata i organski vezanih fosfataorganski vezanih fosfata

Fosfat se akumulira u sedimentu, ali se pod određenim uslovima može osloboditi u vodno telo.

l d k k blNalazi se u sedimentu u organskim i neorganskim oblicima. Neorganski oblici vezani za gvožđe i kalcijum čine frakcije koje su izrazito osetljive prema promenama redoks potencijala i pH vrednosti. O k f f f t ( i ATP) di t i t U l i ž jOrganske forme fosfata (na primer ATP) u sedimentu nisu poznate. Uglavnom se izražavaju kao razlika totalnog sadržaja fosfata i neorganskih oblika. Organska materija ima veoma važnu ulogu u sedimentu budući da njihovom mineralizacijomdolazi do promena pH vrednosti i redoks potencijala koji utiču na ponašanje (biodostupnost)dolazi do promena pH vrednosti i redoks potencijala, koji utiču na ponašanje (biodostupnost) adsorbovanih fosfata.

Organske komponente u sistemu g pvoda-sediment

J d d j č j ijih j di j j k i i i ih l k k čiJednu od najznačajnijih grupa jedinjenja u okviru prioritetnih polutanata svakako čine perzistentni organski polutanti (POPs), koji su većinom polihalogenovana aromatična jedinjenja, kao što su, na primer, polihlorovani bifenilipolihlorovani bifenilipolihlorovani bifenili polihlorovani bifenili organohlorni pesticidi (DDT i njemu slična jedinjenja), organohlorni pesticidi (DDT i njemu slična jedinjenja), polihlorovani dibenzopolihlorovani dibenzo--pp--dioksini dioksini i polihlorovani dibenzofuranii polihlorovani dibenzofuranii polihlorovani dibenzofurani i polihlorovani dibenzofurani Pored polihalogenovanih jedinjenja, POPs obuhvataju i niz drugih pesticida strukturno baziranih na karbamatima i tiokarbamatima, fosfatima, triazinima i brojnim azotnim, sumpornim i fosfornim jedinjenjima. Od značaja su i policiklični aromatični ugljovodonici p j j j j p g j(PAH), kao i halogenovani ili nitro-supstituisani fenoli i anilini.Putevi dospevanja organskih mikropolutanata u vodeni ekosistem obuhvataju direktnoispuštanje iz industrije, ispuštanje tretiranih efluenata (otpadne vode) iz domaćinstava iindustrije, suvu i mokru atmosfersku depoziciju

Osobine hemijskih jedinjenja koje utiču na njihovo ponašanje u životnoj sredini

Molekulska struktura Konstanta kompleksiranjap j

Molekulska masa Redoks konstante

Rastvorljivost u vodi i Konstante polimerizacijeprecipitacija Konstante polimerizacije

Napon pare Difuzioni koeficijent

Mogućnost apsorpcijeHenrijeva konstanta Mogućnost apsorpcije svetlosti

Koeficijent raspodeleoktanol/voda Biokoncentracioni faktoroktanol/voda

Konstante raspodele zazamljište, sediment i

f k č iKonstante biodegradacije

atmosferske čestice

Konstanta kisele i bazne disocijacije Konstante hidrolize

Koeficijent aktivnosti Veličina čestica

Osobine vodene sredine koje utiču na sudbinu i transport hemijskih supstanci

Fizičke osobine Hemijske osobine Biološke karakteristike

Veličina površineTemepratura

karakteristike

Veličina površine

Dubina

pH

Ep (za redoks parove i kiseonik)

Mikrobijalne populacije i njihova aktivnost

Protok, stepen mešanjaSuspendovane materije

Tvrdoća, salinitet i jonska jačinaTrofički status

Brzina sedimentacije

Osvetljenost u funkciji talasne

Koncentracija najznačajnijih jona

Konc.rastvorenih organskih materija Sadržaj nutrijenata

Osvetljenost u funkciji talasne dužine i dubine vode Priroda sedimenta

O ki l i i li k ij i d i d d b dOrganski polutanti pri malim koncentracijama u prirodnim vodama mogu da budu prisutni u rastvorenom i/ili vezanom obliku. Najvažniji procesi transporta i transformacija koji utiču na sudbinu organskih mikropolutanata u vodenim ekosistemima su:Fazni prelazi Fazni prelazi (razlaganje, sorpcija, volatilizacija, atmosferska depozicija);TransportTransport (transport i disperzija u vodenoj fazi, sedimentacija, difuzija, vezivanje za pp ( p p j j f j f j jdepozite u sedimentu);Transformacije Transformacije

Abiotički procesiAbiotički procesi (hidroliza fotoliza disocijacija reakcije oksido-Abiotički procesiAbiotički procesi (hidroliza, fotoliza, disocijacija, reakcije oksidoredukcije)Biotički procesiBiotički procesi (aerobna biodegradacija, anaerobna biodegradacija)

P t j d j ći ih tlji ifič l di k štPoznato je da je većina ovih procesa osetljiva na specifične uslove sredine kao što su temperatura, pH, redoks potencijal, koncentracija suspendovanih čestica, kao i na prisustvo određene mikrobiološke populacije i njihove aktivnosti

Fazni prelaziFazni prelazi

Kretanje polutanata između različitih fazaAkumulacija organskih suspstanci u vodenoj fazi i sedimentu –zavisno od polarnosti Sorpcija je jedan od najznačajnijih procesa u sistemu

di t d k ji tič dbi i š j j di j jsediment-voda koji utiče na sudbinu i ponašanje jedinjenja u okolini.Takođe, sorbovana jedinjenja manje su podložna fotohemijskim procesima a sorpcija menja ponašanjefotohemijskim procesima, a sorpcija menja ponašanje jedinjenja i u drugim hemijskim reakcijama, kao što su hidroliza ili redoks reakcije. Raspodela je reverzibilan proces, dok je sorpcija hidrofobnih organskih jedinjenja na zemljištima, sedimentima i huminskim materijama često ireverzibilna, odnosno pokazuje izvestan stepen sorpciono-desorpcione histereze P dl ž d l h i k ji ž bj i iPredložena su dva glavna mehanizma kojim se može objasniti spora desorpcija hidrofobnih organskih jedinjenja sa sedimenata:

difuzija u porama sedimentadifuzija u porama sedimentadifuzija u porama sedimentadifuzija u porama sedimentai difuzija kroz organsku materiju sedimenta. i difuzija kroz organsku materiju sedimenta.

TransportTransport

AdvekcijaAdvekcija-kretanje hemijskih materija kao posledica kretanja vodene maseKretanje vode odvija se kroz mešanje i turbulencije što dovodi do disperzije i raspoređivanjaKretanje vode odvija se kroz mešanje i turbulencije, što dovodi do disperzije i raspoređivanja hemijske komponente u širem vodenom području.Uticaj suspendovanog sedimentaZa jedinjenja koja imaju izražen afinitet ka vezivanju za sedimente, prisustvo organskih polutanata u sloju sedimenta može biti posledica depozicije suspendovanih čestica kontaminiranih njima.Uticaj režima protoka i sedimentacije na transport organskih polutanata i njihove koncentracije u sedimentuU svakom vodotoku postoje područja u kojima dolazi do erozije sloja sedimenta, kao i ona u kojima U s a o odo o u pos oje pod učja u oj a do a do e o je s oja sed e a, ao o a u oj ase sediment akumulira, što u najvećoj meri određuje protok vode. Fine suspendovane čestice koje mogu dospeti iz spoljašnje sredine ili resuspenzijom sedimenta, deponovaće se, dugoročno gledano, u zonama akumulacije (zone u kojima slab protok omogućava depoziciju i sporu resuspenziju)depoziciju i sporu resuspenziju). Generalno, fin muljeviti sediment će imati veći sadržaj organskog ugljenika u odnosu na krupniji peskoviti sediment. Zbog toga, kao i zbog većeg odnosa površine u odnosu na zapreminu, sediment finije strukture

d ž ć ć k l č k h lzadržavaće veće količine organskih polutanata. Privremene i trajne varijacije koncentracije organskih polutanata u suspendovanom sedimentu.mogu biti posledica promena u protoku, Takođe sa porastom udaljenosti od izvora zagađenja može doći i do razblaživanja suspendovanihTakođe, sa porastom udaljenosti od izvora zagađenja može doći i do razblaživanja suspendovanih materija koje na sebi nose kontaminante, drugim nezagađenim suspendovanim materijama

Transport organskih mikropolutanata u sedimentu

Uticaj bioturbacije na transport i sudbinu organskih polutanata usedimentu

Kretanje organskih mikropolutanata iz vode do sedimenta na dnu, unutar njega, kao i iz sedimenta ponovo u vodenu sredinu,

sudbinu organskih polutanata u sedimentuDnevne aktivnosti bentičke makrofaune (ishrana, sakrivanje, prilagođavanje na

kontrolisano je različitim mehanizmima. difuziju kontrolisanu koncentracionim gradijentom u pornoj vodi sedimenta;

stanište, pravljenje kanala, irigacijaUtiču na:Osobine slojeva sedimentaOsobine slojeva sedimenta

povećanje difuzije kada su vezane za rastvoreni organski ugljenik ;maseni transport kojim se površinska voda može infiltracijom pomešati sa podzemnom vodom;

Efektivnu veličinu česticaEfektivnu veličinu česticaDistribuciju čestica po veličini i dubiniDistribuciju čestica po veličini i dubiniSadržaj vode i propustljivostSadržaj vode i propustljivost

infiltracijom pomešati sa podzemnom vodom; redistribucija kao posledica fizičkog mešanja sedimenta od strane makrofaune bentosa (bioturbacije);

Stabilnost sedimenta u odnosu na Stabilnost sedimenta u odnosu na eroziju/resuspenzijueroziju/resuspenzijuTransport neorganskih rastvorenih Transport neorganskih rastvorenih

k d dk d d( j );resuspenzija i mešanje sedimenta u vodenom stubu i kretanje vezivanjem za koloide gline Ovi mehanizmi će takođe biti pod uticajem

materija kroz sediment i vodumaterija kroz sediment i voduPotrebu sedimenta za kiseonikom i Potrebu sedimenta za kiseonikom i Redoks potencijalRedoks potencijal

vezivanja jedinjenja sa česticama sedimenta i razlaganja u pornoj vodi ili u sorbovanom stanju

Faktori relevantni za transformacije polutanataFaktori relevantni za transformacije polutanata

Uticaj sedimenta na degradaciju u vodenom slojuUticaj sedimenta na degradaciju u vodenom slojuDegradacija u sloju sedimentaDegradacija u sloju sedimentaDegradacija u sloju sedimentaDegradacija u sloju sedimenta

Difuzija organskih mikropolutanata u i kroz sedimentDifuzija organskih mikropolutanata u i kroz sedimentBioturbacijaBioturbacija

Uticaj sorpcije na biodostupnost organskih polutanata Uticaj sorpcije na biodostupnost organskih polutanata vodenim organizmimavodenim organizmima

Mogući uticaj sorpcije/desorpcijeMogući uticaj sorpcije/desorpcijeMogući uticaj sorpcije/desorpcijeMogući uticaj sorpcije/desorpcije

b čk d db čk d d čk d dčk d dAbiotički putevi degradacijeAbiotički putevi degradacije

HidrolizaHidroliza (proizvodi hidrolize su

Biotički putevi degradacijeBiotički putevi degradacije

Odvijaju se pod aerobnim iHidrolizaHidroliza (proizvodi hidrolize su rastvorljivi u vodi u odnosu na sups.od kojih potiču što je značajno za procenu ekspozicije)

Odvijaju se pod aerobnim i anaerobnim uslovimaDegardacija se odvija brže pri aerobnim uslovimap p j )

Redoks reakcije Redoks reakcije (degradacija organskih polutanata)FotolizaFotoliza (degradacija polutanata koji

aerobnim uslovimaMnoge vrste polutanata se degradiraju sporije u dubljim slojevima sedimentaFotoliza Fotoliza (degradacija polutanata koji

mogu apsorbovati prirodnu svetlost)DisocijacijaDisocijacija (utiče na sve procese u okruženju kao i na osobine kao što

slojevima sedimentaKad jednom dospeju u takvu sredinu ostaju perzistentni

okruženju, kao i na osobine kao što su sorpcija, biokoncentracija i toksičnost

Monitoring AgencijeAgencije zaza zaštitu životne zaštitu životne sredine i Gradskog zavoda za javnosredine i Gradskog zavoda za javnosredine i Gradskog zavoda za javno sredine i Gradskog zavoda za javno zdravlje Beograd za 2013. godinuzdravlje Beograd za 2013. godinu

Ispitivanje kvaliteta vode i sedimenta je obavljeno na akumulacijamanamenjenim vodosnabdevanju BarjeBarje, SjenicaSjenica, PrvonekPrvonek, i na jezerima Zobnatica i Bela Crkva namenjenim rekreaciji.Prekoračene su vrednosti za živuživu (MDK je 0,07 µg/l) i kadmijumkadmijum (MDK 0,9 µg/l). Npr. Sjenica ( Hg 0,3 µg/l; Cd 4,61 µg/l), Barje (Cd 1,19 µg/l)p j ( g µg µg ) j ( µg )Na osnovu monitoringa Gradskog zavoda za javno zdravlje Beograd-merene su vrednosti teških metala za ocenu kvaliteta sedimenta Prema Uredbi (Službeni glasnik RS br 50/2012) prekoračene su graničnePrema Uredbi (Službeni glasnik RS br. 50/2012) prekoračene su granične vrednosti za Ni (Kolubara), i Cu (Topčiderska reka).Merena je koncentracija POPs u sedimentu – koncentracije PCB su na lokacijama reke Veliki Lug Topčiderska reka Barička reka –prekoračene premalokacijama reke Veliki Lug, Topčiderska reka, Barička reka –prekoračene prema gore navedenoj Uredbi.Analiza sedimenta potvrđuje svoj značaj pri donošenju odluka o kontaminiranim Analiza sedimenta potvrđuje svoj značaj pri donošenju odluka o kontaminiranim lokacijama kao izvorima zagađenja izvorišta vode za vodosnabdevanjelokacijama kao izvorima zagađenja izvorišta vode za vodosnabdevanjelokacijama kao izvorima zagađenja izvorišta vode za vodosnabdevanjelokacijama kao izvorima zagađenja izvorišta vode za vodosnabdevanje

HVALA NA PAŽNJI!