Ochrona zbiorników wodnych i rzek: ocena ich stanu ekologicznego, diagnoza potrzeby naprawy oraz wyboru metod rekultywacji

Transkrypt

1 Ochrona zbiorników wodnych i rzek: ocena ich stanu ekologicznego, diagnoza potrzeby naprawy oraz wyboru metod rekultywacji Barbara Wojtasik Zebranie Polskiego Towarzystwa Hydrobiologicznego, oddziału Morskiego Gdynia, r.

2 Pojęcie rekultywacja wód oznacza przywracanie zbiornikom wodnym cech zbliżonych do naturalnych, w celu podniesienia ich walorów przyrodniczych, rekreacyjnych i gospodarczych (Żmudziński i in. 2002). Żmudziński L., Kornijow R. Bolałek J., Górniak A., Olańczuk-Neyman K., Pęczalska A., Korzeniewski K Słownik Hydrobiologiczny. Terminy, pojęcia, interpretacje. PWN Warszawa: 288 str.

3 Metody chemiczne Metody mechaniczne Usuwanie osadów dennych Budowa opasek, grodzi Bagrowanie Filtrowanie wód Odsączanie osadów w geotubach Wywożenie osadów Natlenianie Preparat Phoslock modyfikowana glina bentonitowa Preparaty PAX Zawierają związki glinu Koagulanty żelazowe Preparaty PIX m.in. Siarczan żelaza wiążący ortofosforany Utylizacja po wywiezieniu osadów REKULTYWACJA Wybór metody rekultywacji powinien uwzględniać: 1. Bezpieczeństwo 2. Skuteczność 3. Trwałość poprawy stanu ekologicznego Baloty ze słomy jęczmiennej Substancje probiotyczne z dodatkiem tlenu Substancje probiotyczne Nasadzenia makrofitów Zarybianie wybranymi gatunkami Metody biologiczne

4 Metody chemiczne Metody mechaniczne Usuwanie osadów dennych Budowa opasek, grodzi Bagrowanie Filtrowanie wód Odsączanie osadów w geotubach Wywożenie osadów Utylizacja po wywiezieniu osadów Natlenianie Którą metodę wybrać? Preparat Phoslock Modyfikowana glina bentonitowa Preparaty PAX Zawierają związki glinu Koagulanty żelazowe Preparaty PIX m.in. Siarczan żelaza wiążący ortofosforany ADMINISTRACJA PAŃSTWOWA PRYWATNI WŁAŚCICIELE JEZIOR REKULTYWACJA? Baloty ze słomy jęczmiennej Substancje probiotyczne z dodatkiem tlenu Substancje probiotyczne Nasadzenia makrofitów Zarybianie wybranymi gatunkami Metody biologiczne

5 Zdegradowany zbiornik wodny Zakwity sinic Zanieczyszczona woda d [m] Zdegradowany osad denny Przykładowa objętość zdegradowanego osadu dennego [m 3 ] Miąższość osadu dennego 1 m 2 m 5 m Powierzchnia zbiornika wodnego 1 ha 10 ha 100 ha 1000 ha ha (0,5 km 3 )

6 1 km 1 km Radiostacja w Chwaszczynie 0,5 km 317 m Osad o objętości 0,5 km 3 Skala: wysokość masztu w Chwaszczynie (na zdjęciu po lewej) Nie wszystkie metody rekultywacji mogą być zastosowane przy dużej objętości zdegradowanych osadów dennych

7 Zdegradowany zbiornik wodny, po zamknięciu dopływu zanieczyszczeń Zmniejszenie zakwitów sinic Poprawa jakości wody Zdegradowany osad denny Zamknięcie dopływu zanieczyszczeń, z pewnością konieczne, nie spowoduje oczyszczenia zbiornika wodnego z nagromadzonego zdegradowanego osadu dennego.

8 OCENA STANU EKOLOGICZNEGO ZBIORNIKÓW WODNYCH stosowane metody monitoringu oparte są o parametry: fizyczno-chemiczne temperatura (T), ph, przewodnictwo elektrolityczne (C) zawartość substancji biogenicznych zawartość metali ciężkich, toksycznych zanieczyszczeń organicznych, radioizotopów, etc. biowskaźniki makrofity makrobentos drobnoustroje plankton okrzemki bentoniczne ichtiofauna ocena metodami LHR (Lake Habitat Survey) i RHS (River Habitat Survey)

9 OCENA STANU EKOLOGICZNEGO ZBIORNIKÓW WODNYCH I RZEK stosowane metody monitoringu oparte są o parametry: fizyczno-chemiczne temperatura (T), ph, przewodnictwo elektrolityczne (C) zawartość substancji biogenicznych zawartość metali ciężkich, toksycznych zanieczyszczeń organicznych, radioizotopów, etc. KLASY JAKOŚCI I II III IV V I I Pozaklasowe I II III IV V biowskaźniki makrofity makrobentos plankton okrzemki bentoniczne Poszczególne taksony mają swoje wartości punktowe, która stanowią podstawę do obliczenia odpowiednich wskaźników Wyniki analiz biowskaźników odnoszą się klasy jakości całego zbiornika wodnego, nie uwzględniają jego zróżnicowania.

10 Zbiorniki wodne i rzeki mają urozmaiconą linię brzegową i sposób zagospodarowania brzegu, wypływa to na ich stan ekologiczny przemysł miasto lasy Uprawy i hodowle Ośrodki wypoczynkowe wieś lasy

11

12 JEŚLI WSKAŹNIK MA ZOSTAĆ ZASTOSOWANY W PROCEDURACH ZWIĄZANYCH Z REKULTYWACJĄ ZBIORNIKÓW WODNYCH MUSI ODPOWIADAĆ NA PYTANIA: 1. Czy rekultywacja jest konieczna? 2. Jaką metodę rekultywacji zastosować? 3. Czy w wyniku rekultywacji nastąpiły zmiany w stanie ekologicznym?

13 W celu powszechnego zastosowania w monitoringu środowiskowym oceny stanu ekologicznego przy wykorzystaniu biowskaźników metoda oceny powinna być: Szybka Tania Dobra

14 Rodzaje analiz przy wykorzystaniu biowskaźników Pobieżna analiza taksonomiczna NIEWIELKA LICZBA PRÓBEK OGRANICZENIE LICZBY ANALIZOWANYCH TAKSONÓW Analiza taksonomiczna klasyczna OZNACZANIE SKŁADU GATUNKOWEGO Szybka Szybka Tania Dobra Tania Dobra Analiza taksonomiczna molekularna Szybka Tania Dobra

15 Dokładność analiz Poziom wiedzy potrzebny do analiz Czas potrzebny na analizy Koszty analiz wysoka niska Liczba fachowców Metody biologiczne oceny stanu ekologicznego METODA MAKROFITOWA OCENA FITOPLANKTONU OCENA MAKROZOOBENTOSU ANALIZY MIKROBIOLOGICZNE OCENA FITOBENTOSU OKRZEMKOWEGO

16 Prowadzą do zwiększenia wiedzy Badania naukowe Monitoring Procedury opierają się na wiedzy, wynik naukowy nie jest konieczny, może być elementem dodatkowym Opracowane metody monitoringu biologicznego (makrofity, okrzemki bentoniczne, plankton, makrozoobentos) bardziej odpowiadają procedurom badań naukowych, niż monitoringu

17 Przeciwstawne kierunki konstruowania biowskaźników Bardzo dokładna znajomość reakcji organizmu na różnorodne / wybrane czynniki środowiskowe GATUNEK MODELOWY Biowskaźniki Uogólnienie rozpoznanych procesów jakim podlegają organizmy ANALIZA ZGRUPOWAŃ ORGANIZMÓW Wskaźnik powinien uwzględniać różnego typu zanieczyszczenia: 1. Chemiczne 2. Fizyczne 3. Mechaniczne 4. Biologiczne w wybranym, z uwagi na zakres monitoringu, zakresie.

18 OCENA STANU EKOLOGICZNEGO ZBIORNIKÓW WODNYCH Brak jest procedury oceny stanu ekologicznego dla poszczególnych obszarów zbiornika i oceny potencjału biologicznego osadów umożliwiającej podjęcie decyzji dotyczącej konieczności lub braku potrzeby rekultywacji oraz wyboru metody rekultywacji.

19 OCENA STANU EKOLOGICZNEGO wg autorskiej metody Wojtasik (2010, 2013ab) BENTOS mikrobentos meiobentos makrobentos min 0,042 mm 1,0 mm wymiary osobników max Wojtasik B a. Zgrupowanie meiobentosu do zastosowania w ujednoliconym systemie oceny stanu ekologicznego osadów zbiorników wodnych i rzek, w szczególności osadów dennych oraz do zastosowania w tworzeniu map stanu ekologicznego. Wniosek patentowy nr P406458, Urząd Patentowy RP. Wojtasik B b. Ocena-Diagnoza-Naprawa (ODN) kompleksowa metoda ochrony zbiorników wodnych. [W:] R. Wiśniewski [Red.] Ochrona i rekultywacja jezior. Toruń: Wojtasik B Meiobentos jako wskaźnik zmian środowiskowych w zbiornikach słodkowodnych [Meiobenthos as an environmental changeability conditions indicator in freshwater reservoirs]. [W:] R. Wiśniewski [red.] Ochrona i rekultywacja jezior. Salus Toruń:

20 Przebieg zmian liczebności i bioróżnorodności zgrupowania meiobentosu w zależności od stanu ekologicznego zbiornika wodnego

21 Przebieg zmian liczebności i bioróżnorodności zgrupowania meiobentosu w zależności od stanu ekologicznego zbiornika wodnego oraz typu zbiornika (maksymalnej trofii, jaką może osiągnąć)

22 Liczba osobników Wskaźnik równowagi taksonomicznej gdzie: A B C D E N liczba osobników w próbie; N > 0 n i, n j liczba osobników i-tego oraz j-tego taksonu, 0 n i n j n M N, gdzie M liczba taksonów głównych w próbie Taksony są uszeregowane w kolejności wynikającej z rosnącej liczby osobników w kolejnych grupach. k zależy od numeru grupy w szeregu, k = 1 dla (n M - n M 1 ) k = 2 dla (n M 1 - n M 2 ) k = M-1 dla (n 2 - n 1 ) W celu odróżnienia od N liczba osobników, w tym przypadku (N) oznacza liczby naturalne B W wskaźnik równowagi taksonomicznej B równowaga (ang. balance) Wojtasik B Nowy wskaźnik równowagi taksonomicznej formuła matematyczna i zastosowanie. [w:] J. Koszałka i in. [red.] Wody przejściowe. Materiały konferencyjne XXI Ogólnopolskie Warsztaty Bentologiczne, Elbląg-Olsztyn-Sztutowo: Wojtasik B. 2013c. Ecological condition of small water reservoirs of Wdzydze Landscape Park (Northern Poland) based on meiobenthos assemblages analyzes. TEKA Komisji Ochrony I Kształtowania Środowiska OL PAN, 10: Wojtasik B a. Zgrupowanie meiobentosu do zastosowania w ujednoliconym systemie oceny stanu ekologicznego zbiorników wodnych i rzek, w szczególności osadów dennych oraz do zastosowania w tworzeniu map stanu ekologicznego. Wniosek patentowy nr P406458, Urząd Patentowy RP S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 Próba / takson

23 Analiza 3W (N 10, N taxa, B W ) Analiza 3W w porównaniu z analizą 2W pozwala na uzyskanie dokładniejszych wyników dotyczących stanu ekologicznego badanych zbiorników słodkowodnych i rzek Wojtasik B Nowy wskaźnik równowagi taksonomicznej formuła matematyczna i zastosowanie. [w:] J. Koszałka i in. [red.] Wody przejściowe. Materiały konferencyjne XXI Ogólnopolskie Warsztaty Bentologiczne, Elbląg-Olsztyn-Sztutowo: Wojtasik B. 2013c. Ecological condition of small water reservoirs of Wdzydze Landscape Park (Northern Poland) based on meiobenthos assemblages analyzes. TEKA Komisji Ochrony I Kształtowania Środowiska OL PAN, 10: Wojtasik B a. Zgrupowanie meiobentosu do zastosowania w ujednoliconym systemie oceny stanu ekologicznego zbiorników wodnych i rzek, w szczególności osadów dennych oraz do zastosowania w tworzeniu map stanu ekologicznego. Wniosek patentowy nr P406458, Urząd Patentowy RP.

24 Przykład: wynik analizy 3D zgrupowania meiobentosu dla strefy litoralu Zbiornika Czorsztyńskiego i Sromowieckiego MAPA STANU EKOLOGICZNEGO LITORALU ZBIORNIKÓW CZORSZTYŃSKIEGO I SROMOWIECKIEGO

25 DIAGNOZA - ocena potencjału biologicznego Wyniki przeprowadzonych eksperymentów i analiz wskazują na szeroki zakres tolerancji C. rectangulata w stosunku do różnorodnych czynników, takich jak: - temperatura, w tym szybkie zmiany temperatury w zakresie 0-50 o C, - wysokie stężenie metali ciężkich (Cu, Co, Pb, Mo, Ni) oraz DDT - ph w zakresie zasadowym - zasolenie (do około 3 psu) - deficyt tlenu (warunki beztlenowe) - alkohol etylowy (do około 1%) - skumulowany wpływ czynników środowiskowych (woda wysokozmineralizowana) - zdolność estywacji Wrażliwość występuje w przypadku: - szybkich przemian fazowych woda lód - braku oświetlenia (brak żerowania, przechodzenie w stan anabiozy) C. rectangulata Wojtasik B. 2012/2015. Małżoraczek Candona rectangulata Alm, 1914 do zastosowania jako wskaźnik degradacji i/lub możliwości rekultywacji zbiorników wodnych. Wniosek patentowy (2012) nr P , Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (patent nr ) Wojtasik B Candona rectangulata Alm, 1914, jako wskaźnik w badaniach klimatycznych i środowiskowych. Candona rectangulata Alm, 1914 as an indicator used in the environmental and climate studies. Wydawnictwo Oskar, Gdańsk:

26 C. rectangulata DIAGNOZA - ocena potencjału biologicznego możliwość naturalnej (biologicznej) odnowy lub konieczność rekultywacji CrecTest Metoda autorska: Wojtasik 2015/2012 (Patent nr ) W oparciu o uzyskane wyniki badań oraz ocenę aktywności życiowej C. rectangulata (normalna aktywność, anabioza, warunki letalne) opracowano trzystopniową skalę zdolności naturalnej rekultywacji zbiornika wodnego: 1. Degradacja zbiornika) warunki letalne dla C. rectangulata, 2. Niski potencjał biologiczny osadów dennych przechodzenie C. rectangulata w stan anabiozy, 3. Obniżenie potencjału biologicznego osadów dennych niska aktywność C. rectangulata 4. Potencjalna możliwość samoodnowy (naturalnej rekultywacji) C. rectangulata wykazuje normalną aktywność życiową na poziomie prób kontrolnych w warunkach środowiska nieskażonego. Wojtasik B. 2012/2015. Małżoraczek Candona rectangulata Alm, 1914 do zastosowania jako wskaźnik degradacji i/lub możliwości rekultywacji zbiorników wodnych. Wniosek patentowy (2012) nr P , Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (patent nr ) Wojtasik B Candona rectangulata Alm, 1914, jako wskaźnik w badaniach klimatycznych i środowiskowych. Candona rectangulata Alm, 1914 as an indicator used in the environmental and climate studies. Wydawnictwo Oskar, Gdańsk:

27 + normalna aktywność życiowa ANABIOZA

28 Zastosowanie metody oceny stanu ekologicznego zbiorników wodnych i rzek za pomocą analiz meiobentosu MeioEco i testu CrecTest: 1. zmiany jakości zbiorników wodnych i rzek: stopień rozwoju zbiorników wodnych skala degradacji skuteczność przeprowadzanej rekultywacji i remediacji 2. monitoring wieloletni stanu ekologicznego zbiorników wodnych i rzek 3. monitoring stanu ekologicznego nowopowstających zbiorników naterenach poprzemysłowych, 4. analizy dla celów porównawczych i z innymi metodami monitoringowymi. B. Wojtasik

29 3. NAPRAWA wg Wiśniewski W., Wojtasik B. 2014/2011 (Patent nr ) PIROLITYCZNA UTYLIZACJA ZDEGRADOWANYCH OSADÓW DENNYCH METODA OPARTA NA ROZWIĄZANIU TECHNICZNYM: WYPRAŻACZ ZANIECZYSZCZONYCH OSADÓW PÓŁPŁYNNYCH. Wiśniewski W., Wojtasik B. 2014/2011. Wyprażacz zanieczyszczonych osadów półpłynnych. Patent nr , Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej

30 PRZYKŁAD DZIAŁAŃ, GDY BRAK JEST POTENCJAŁU BIOLOGICZNEGO OSADÓW DENNYCH ORAZ SĄ SILNIE ZANIECZYSZCZONE (metale ciężkie, toksyczne zanieczyszczenia organiczne) Wojtasik B., Wiśniewski W Kompleksowa procedura ochrony zbiorników: ocena stanu ekologicznego, diagnoza metod rekultywacji i naprawa (ODN). [w:] Innowacyjne rozwiązania rewitalizacji terenów zdegradowanych. The comprehensive method for protecting water reservoirs: assessment of the ecological status, diagnosis of repair methods and remediation (ADR). [w:] J. Skowronek [red.] Innowacyjne rozwiązania rewitalizacji terenów zdegradowanych. Instytut Ekologii Terenów Uprzemysłowionych w Katowicach. Katowice:

31 Pirolityczna utylizacja osadów dennych: umożliwia oczyszczenie zbiornika przy jednoczesnej ochronie niezdegradowanych obszarów zysk ekologiczny odbywa się w miejscu powstania, nie wymaga transportu osadów poza zbiornik / zlewnię zysk finansowy pozwala na zagospodarowanie zdegradowanych osadów dennych poprzez ich utylizację i odzysk znaczącej ilości energii w postaci gazów palnych zysk finansowy. umożliwia zdecydowaną poprawę jakości zbiornika wodnego nawet przy braku całkowitej eliminacji dopływu zanieczyszczeń, co nie jest osiągalne w dotychczas stosowanych metodach brak ograniczeń w stosowaniu metody Zdegradowany osad denny stanowi w takim przypadku odnawialne źródło energii, które wymaga w oszacowanym czasie (przyrost masy osadów i ich wpływ na warunki ekologiczne) wykorzystania poprzez jego pirolityczną utylizację. może mieć również zastosowanie w usuwaniu osadów w oczyszczaniach ścieków i pofermentów w biogazowniach zysk finansowy i ekologiczny

32 PODSUMOWANIE Zastosowanie kompleksowej metody ochrony zbiorników wodnych pozwala na: 1. szybką ocenę stanu ekologicznego - analiza zgrupowania meiobentosu MeioEco oraz podstawowych parametrów fizyczno-chemicznych (ph, C), 2. podjęcie decyzji co do konieczności przeprowadzenia rekultywacji (testy oparte o przeżywalność C. rectangulata) CrecTest, 3. w przypadku zdegradowanych zbiorników wodnych wprowadzenie metody pirolitycznej utylizacji osadów dennych (utylizator pirolityczny). Wszystkie elementy kompleksowej metody oceny stanu ekologicznego są relatywnie szybkie do wykonania i nie wymagają znacznych nakładów finansowych w porównaniu z innymi obecnie stosowanymi procedurami. Szybka Tania Skuteczna

33 Dziękuję