Διερεύνηση της φυσικής εξασθένησης ρύπων σε θαλάσσια ιζήματα: μέθοδοι προσδιορισμού διαθεσιμότητας και κινητικότητας βαρέων μέταλλων

Abstract

The aim of this thesis is to examine the natural attenuation of heavy metals in marine sediments. It was examined by the determination of potential available and mobile metals transferred from the sediment to the water column. The effects of the specific natural attenuation processes of elutriation, erosion, acidification and changes in redox potential of the water column on the leaching of metals from the sediment to the water column were studied. For the assessment of the potential available fraction of the metals affected by various environmental conditions, a sequential extraction procedure was developed. This sequential extraction procedure is applied so as to determine five binding fractions of heavy metals in the sediments which are considered potentially mobile and bioavailable. The natural attenuation was simulated by a sequential leaching procedure with continuous agitation and regular oxygenation. Furthermore, a number of leaching procedures were applied for the assessment of the mobility and availability of the metals. Moreover, the effect of changes in the environmental conditions (ph, dissolved oxygen) on the mobility of metals and their transfer from the sediment to the water column was examined by submitting sediments to a modified elutriation test. The consequence of the erosion procedure on the fate and transport of metals in the environment was investigated with the erosion device microcosm. The results Showed that the mass of metals leached into the deionised water and the seawater was low and it was a small percentage of the concentration of the total metals in the sediments. Fractionation analysis showed prevailing patterns in metal partitioning. Also, the metal mobility was slightly influenced by mild environmental changes in ph values and the concentration of dissolved oxygen of the water column. This behaviour of the marine sediments was attributed to their constituents, their alkalinity and buffer capacity.

Σκοπός της έρευνας ήταν η διερεύνηση της φυσικής εξασθένησης μέταλλων σε θαλάσσια ιζήματα. Προσδιορίστηκε το διαθέσιμο και δυνητικά διαθέσιμο κλάσμα των μετάλλων εφαρμόζοντας δοκιμές εκπλυσης και διαδοχικές δοκιμές εκπλυσης. Στη συνέχεια εξετάστηκε ο τρόπος δέσμευσης των μετάλλων στο ίζημα εφαρμόζοντας μέθοδο διαδοχικών εκχυλίσεων ώστε να προσδιοριστεί η κατανομή των μετάλλων σε διάφορα κλάσματα. Τα προσδιοριζόμενα κλάσματα του ιζήματος επηρεάζονται με διαφορετικό τρόπο από μεταβολές των περιβαλλοντικών συνθηκών. Διερευνήθηκε η επίδραση μεταβολών των περιβαλλοντικών συνθηκών (ph, διαλυτού οξυγόνου) στη διαθεσιμότητα των μετάλλων από τα ιζήματα. Επίσης πραγματοποιήθηκαν δοκιμές διάβρωσης με κατάλληλη βαθμονομημένη συσκευή. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι ένα πολύ μικρό ποσοστό της ολικής συγκέντρωσης των μετάλλων στο ίζημα, εκλύεται στην υδάτινη στήλη. Η κλασματοποιηση των μετάλλων έδειξε ότι τα μέταλλα παρουσίασαν χαρακτηριστική κατανομή στις εξεταζόμενες γεωχημικές φάσεις. Επιπλέον διαπιστώθηκε η σημαντική ρυθμιστική Ικανότητα των ιζημάτων στις επιφερομενες μεταβολές του Ph και του διαλυτού οξυγόνου της υπερκείμενης υδάτινης στήλης η οποία συμβάλει στη δέσμευση και στη μη κινητοποποίηση των μετάλλων από το ίζημα προς την υδάτινη στήλη.