ROLA ZANIECZYSZCZEŃ PUNKTOWYCH W DYSTRYBUCJI WYBRANYCH METALI W ZBIORNIKU WODOCIĄGOWYM GOCZAŁKOWICE. Magdalena Jabłońska-Czapla Eligiusz Kowalski Jerzy Mazierski Instytut Podstaw Inżynierii Środowiska PAN Zabrze ul. M. Skłodowskiej-Curie 34
Badania zostały wykonane w ramach projektu Zintegrowany system wspomagający zarządzaniem i ochroną zbiornika zaporowego współfinansowanego z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego PO1G 01.01.02-24-078/09
Cel pracy Określenie roli głównych źródeł zasilania Zbiornika Goczałkowice (rzeki Wisły i pięciu przepompowni wprowadzających do Zbiornika wody depresyjne) w dystrybucji wybranych metali/metaloidów.
Obiekt badań Zbiornik Goczałkowice
Charakterystyka hydrologiczna Zbiornika Goczałkowice Całkowita pojemność zbiornika wynosi 165,6 hm3 Powierzchnia maksymalna 3200ha Rzędna maksymalnego piętrzenia zbiornika wznosi się na wysokość max. PP=257,0 m n.p.m. Normalny poziom piętrzenia (NPP) 255,5 m n.p.m. Minimalny poziom piętrzenia ustalono na rzędnej Min PP = 250,5 m n.p.m. Średnia głębokość 5,5 m przy NPP Maksymalna głębokość przy NPP 11 m Długość zapory czołowej 2,98 km Długość zapory bocznej 10,8 km Długość linii brzegowej w zależności od poziomu piętrzenia od 50 do 60 km Wody z terenów depresyjnych zbierane w rowach opaskowych są przepompowywane do zbiornika przez 5 przepompowni.
Metodyka badań Pobór próbek wody: bezpośrednio ze zbiorników czerpni pomp oraz Wisły na dopływie do Zbiornika Goczałkowice w okresie trzyletnim od stycznia 2011 do stycznia 2013 Przygotowanie próbek: bezpośrednio po pobraniu próbki wód powierzchniowych były dostarczane do laboratorium, w którym sączono je przez filtr strzykawkowy PES o średnicy porów 0,22 µm i zakwaszano spektralnie czystym kwasem azotowym (Merck, Niemcy). Tak utrwalone próbki były przechowywane w temperaturze 2-5 0 C przez okres nie dłuższy jak tydzień
Metodyka badań Oznaczanie metali techniką ICP-MS Spektrometr ICP-MS Elan DRC-e 6100 Perkin Elmer palnik kwarcowy ICP nebulizer krzyżowy stożki niklowe pomiar izotopów izotopów 53 Cr, 66 Zn, 75 As, 114 Cd, 208 Pb standard wewnętrzny 103 Rh, wprowadzany on line
Metodyka badań Granice wykrywalności i oznaczalności oraz odzysk CRM NIST 1643-e Analit Granica wykrywalności [ g/l] Granica oznaczalności [ g/l] CRM NIST 1643-e stężenie [ g/l] CRM NIST 1643-e Niepewność [ g/l] n Uzyskany średni wynik [ g/l] Odzysk [%] Zn 0,181 0,543 78,5 2,2 12 63,01 80,27 Cd 0,040 0,120 6,568 0,073 12 6,36 96,81 Pb 0,036 0,107 19,63 0,21 12 20,74 105,67 As 0,096 0,289 60,45 0,72 12 53,19 87,99 Cr 0,013 0,039 20,4 0,24 12 23,75 116,43
Wyniki badań Średnioroczne stężenie pierwiastków w wodach. A-przepompownie; B- rzeka Wisła 2,5 2 Rys. A Cr As Cd Pb 1,4 1,2 Rys. B Cr As Cd Pb 1 μg/dm 3 1,5 1 μg/dm 3 0,8 0,6 0,5 0,4 0,2 0 2010 2011 2012 0 2010 2011 2012 rok rok
Wyniki badań Ładunki metali doprowadzanych do zbiornika A przepompownie; B rzeka Wisła 5,00 4,00 Rys. A Cr As Cd Pb 600 500 Rys. B Cr As Cd Pb kg / rok 3,00 2,00 kg / rok 400 300 200 1,00 100 0,00 2010 2011 2012 rok 0 2010 2011 2012 rok
Stężenie Zn [ug/l] Wyniki badań Stężenie Zn wahało się w granicach: w wodach z przepompowni 9,72-60,80 μg/l, a w wodzie z Wisły 0,83-17,71 μg/l Kategoria jakości wody A1 70,00 60,00 50,00 Przepompownie Wisła 40,00 30,00 20,00 10,00 0,00 Data poboru
Wyniki badań Roczne ładunki zanieczyszczeń doprowadzanie do zbiornika z wodami z przepompowni stanowią od 0,5 do 5,2 % całkowitego ładunku dostarczanego do zbiornika Największe zagrożenie dla zbiornika, stanowi rzeka Wisła, która doprowadza duże ładunki Cr, Cd, Pb i As, pomimo znacznie niższych stężeń niż w wodach depresyjnych Wyraźna tendencja malejąca ilości doprowadzanych zanieczyszczeń do zbiornika Roczne ładunki Cd, Cr, Pb i As w ciągu trzech lat zmniejszyły się odpowiednio: z 40,9 kg/r do 5,2 kg/r, z 286,1 do 86 kg/r, z 499,8 kg/r do25,51 kg/r i z 224 kg/r do 61 kg/r.
Analiza składowych głównych PCA Principal Component Analysis umożliwia eliminację zbędnych (nadmiarowych) informacji ze zbioru danych. Rozszerzeniem metody PCA jest analiza czynnikowa FA Factor analysis Wprowadzenie rotacji w przypadku analizy czynnikowej (FA) umożliwia uzyskanie prostszej interpretacji poszczególnych czynników. FA stanowi zespół metod i procedur statystycznych pozwalających na badanie wzajemnych relacji między dużą liczbą zmiennych i wykrywanie ukrytych uwarunkowań, które wyjaśniają ich występowanie.
Analiza składowych głównych PCA Zidentyfikowano 3 grupy czynników, które opisują 74% ogólnej zmienności. Pierwszy czynnik PC1 wyjaśniający ok. 32% ogólnej zmienności związany jest z ołowiem i kadmem, co można uzasadnić współistnieniem tych metali w środowisku Drugi czynnik PC2 wyjaśniający 26% ogólnej zmienności związany jest z chromem i arsenem Trzeci opisujący PC3 opisujący 16% zmienności dotyczy stężenia cynku
Analiza składowych głównych PCA Położenie wektorów ładunków czynnikowych po zastosowaniu rotacji Varimax względem trzech pierwszych składowych głównych
Wyniki analizy czynnikowej Zmienna Czynnik PC1 PC2 PC3 Cr -0,309 0,687 0,336 Zn 0,123 0.095 0,880 As 0.197 0,883-0,087 Cd 0,637 0.054 0,508 Pb 0,886 0,040 0,041
Podsumowanie 1. Stężenia Cr, Cd, Zn, Pb i As w źródłach punktowych (przepompowniach) są znacznie wyższe niż w rzece Wiśle, ale znaczenie ich dla jakości wody w zbiorniku jest minimalne ze względu na relatywnie niewielki udział w całkowitym ładunku zanieczyszczeń doprowadzanych do zbiornika. 2. Spośród przebadanych zanieczyszczeń największe zagrożenie jest ze strony Cd, którego stężenia w wodach depresyjnych są tylko o około połowę niższe od dopuszczalnych w wodach powierzchniowych przeznaczonych do zaopatrzenia ludności w wodę do picia. 3. Wyróżniono 3 czynniki wyjaśniające zależności pomiędzy stężeniami badanych pierwiastków, które obejmują 74% ogólnej zmienności. Największy udział w ogólnej zmienności ma czynnik PC1 związany z występowaniem Cd i Pb, stanowiący 32% ogólnej zmienności
Dziękuję za uwagę Badania zostały wykonane w ramach projektu Zintegrowany system wspomagający zarządzaniem i ochroną zbiornika zaporowego współfinansowanego z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego www.zizozap.pl