Cel badań osadów dennych rzek i jezior

Na dnie jezior, rzek, kanałów rzecznych i zbiorników zaporowych w wyniku sedymentacji zawiesin mineralnych i organicznych pochodzących z erozji, a także składników wytrącających się z wody, powstają osady. W wielu lokalizacjach w tworzeniu się osadów bierze także udział materiał wnoszony wraz ze ściekami przemysłowymi i komunalnymi oraz spływem powierzchniowym z terenów zurbanizowanych, przemysłowych i rolniczych. W osadach wodnych jest zatrzymywana większość potencjalnie szkodliwych metali i związków organicznych trafiających do wód powierzchniowych. Akumulowane są w nich pierwiastki, które miały lub mają obecnie szerokie zastosowanie w gospodarce m. in. cynk, miedź, chrom, kadm, ołów, nikiel, rtęć. W osadach zatrzymywane są również trwałe zanieczyszczenia organiczne (TZO) m. in. wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA) i związki chloroorganiczne takie jak pestycydy chloroorganiczne i polichlorowane bifenyle (PCB).

Jakość osadów wodnych jest istotna dla dobrego stanu środowiska wód, ponieważ są one integralną częścią środowiska wód powierzchniowych, a bytujące w nich organizmy wodne biorą udział nie tylko w bigeochemicznych transformacjach, ale także odgrywają podstawową rolę w utrzymaniu czystości wód, rozkładzie materii organicznej i produkcji pierwotnej. Obecność wysokich zawartości potencjalnie szkodliwych składników w osadach ujemnie wpływa na jakość środowiska wód powierzchniowych. Zanieczyszczone osady mogą szkodliwe oddziaływać na zasoby biologiczne wód i często pośrednio na zdrowie człowieka. Wstępujące w osadach metale ciężkie i inne substancje niebezpieczne mogą akumulować się w łańcuchu troficznym do poziomu, który jest toksyczny dla organizmów wodnych, zwłaszcza drapieżników, a także mogą stwarzać ryzyko dla ludzi. Osady o wysokiej zawartości szkodliwych składników są potencjalnym ogniskiem zanieczyszczenia środowiska. Część szkodliwych składników zawartych w osadach może ulegać ponownemu uruchomieniu do wody w następstwie procesów chemicznych i biochemicznych przebiegających w osadach, jak również mechanicznego poruszenia wcześniej odłożonych zanieczyszczonych osadów na skutek naturalnych procesów albo podczas transportu bądź bagrowania. Podczas powodzi zanieczyszczone osady mogą być przemieszczane na gleby tarasów zalewowych albo transportowane w dół rzek.

Osady powstające na dnie rzek, jezior, zbiorników zaporowych, kanałów jak również u wybrzeży mórz są powszechnie wykorzystywane do kontroli jakości środowiska pod względem zanieczyszczenia zarówno metalami ciężkimi, jak i szkodliwymi związkami organicznymi. Ze względu na wielokrotnie wyższe stężenia substancji szkodliwych w osadach, w porównaniu do ich zawartości w wodzie, analiza chemiczna osadów umożliwia wykrywanie i obserwację zmian w ich zawartości nawet przy stosunkowo niewielkim stopniu zanieczyszczenia.

Szkodliwe pierwiastki i związki organiczne w osadach dennych

Pierwiastki śladowe

W warunkach naturalnych w osadach wodnych pierwiastki śladowe obecne są w niskich zawartościach. Ich stężenie w osadach zależy przede wszystkim od typu skał występujących na obszarze zlewni i jedynie na obszarach mineralizacji kruszcowej obserwuje się obecność wysokich zawartości pierwiastków śladowych. W zanieczyszczonych osadach wykrywane są najczęściej podwyższone stężenia pierwiastków mających zastosowanie w gospodarce lub uruchamianych do środowiska na skutek wysokotemperaturowego przetwarzania surowców takich jak np.: arsen, chrom, miedź, nikiel, rtęć, cynk. Arsen i jego związki wykorzystywane są w produkcji stopów z ołowiem i miedzią, katalizatorów, bakteriocydów, dodatków do pasz, inhibitorów korozji, leków, środków garbujących i środków do zabezpieczania drewna. Arsen wprowadzany jest do środowiska także na skutek spalania węgli oraz stosowania nawożenia fosforowego. Źródłem zanieczyszczenia osadów chromem jest odprowadzanie ścieków z galwanizerni, produkcji farb i lakierów, z zakładów przemysłu włókienniczego i skórzanego, a także stosowanie preparatów do zwalczania szkodników i impregnacji drewna. Zanieczyszczenie środowiska chromem jest także skutkiem jego emisją z hut stali nierdzewnych, żaroodpornych i stali stopowych, z zakładów przemysłu szklarskiego emalierskiego i ceramicznego. Cynk jest uruchamiany do środowiska z wielu źródeł m. in. na skutek spalania węgla, przetwarzania rud cynkowo-ołowiowych, hutnictwa cynku oraz rolnictwo. Cynk i jego związki mają olbrzymie zastosowanie w gospodarce np. w produkcji stopów z miedzią i glinem, do pokrywania wyrobów z żelaza i stali antykorozyjną powłoką, wykorzystywane są w produkcji farb i lakierów, lekarstw i kosmetyków, a także są stosowanie jako wypełniacz i aktywator w przemyśle gumowym. Do środowiska miedź wprowadzana jest na skutek spalania węgli, przetwarzania rud miedzi, hutnictwa miedzi, transport, rolnictwo (mikronawóz, środki ochrony roślin, dodatek do pasz), rybactwo (kontrola glonów i patogenów w stawach hodowlanych), a także w następstwie niszczenia przez czynniki atmosferyczne budynków oraz środków transportu podczas ich eksploatacji. Zanieczyszczenie osadów wodnych kadmem spowodowane jest najczęściej przez odprowadzanie ścieków pochodzących z górnictwa, przeróbki i przetwarzania rud cynkowoołowiowych oraz ścieków z zakładów przemysłu metalurgicznego, elektronicznego (składnik niskotopliwych stopów, pokrywanie wyrobów metalowych powłokami antykorozyjnymi, produkcja baterii i akumulatorów niklowo-kadmowych), farbiarskiego, tworzyw sztucznych (stabilizator mas plastycznych np. PCV). Nikiel do środowiska jest wprowadzany przez zakłady przemysłu metalurgicznego (produkcja stopów), metalowego (powłoki antykorozyjne), elektrycznego (baterie), spożywczego (katalizatory), tworzyw sztucznych, włókienniczego. Ołów wykorzystywany jest w produkcji przede wszystkim akumulatorów samochodowych, a także w produkcji lutów, łożysk, powłok kablowych, amunicji, barwników oraz past uszczelniających. Powszechne zanieczyszczenie osadów wodnych ołowiem zostało spowodowane przez wieloletnie globalne stosowanie czterometylku ołowiu w produkcji paliw. Antropogenicznymi źródłami rtęci jest nie tylko jej przenikanie z procesów produkcyjnych, w których ona sama lub jej związki są wykorzystywane (zakłady przemysłu elektrotechnicznego, zakłady przemysłu chemicznego – produkcja chloru i sody, produkcja włókien sztucznych), ale przede wszystkim z zakładów, w których surowce podlegają wysokotemperaturowemu przetwarzaniu, a zawarta w nich rtęć uwalniana jest do atmosfery, przede wszystkim na skutek spalania paliw kopalnych oraz hutnictwa metali nieżelaznych.

Trwałe zanieczyszczenia organiczne

Do związków organicznych akumulowanych w osadach i stanowiących największe zagrożenie dla środowiska należą związki takie jak: polichlorowane bifenyle, pestycydy chloroorganiczne oraz wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne. Zagrożenie dla dobrego stanu środowiska wód stanowią także organiczne związki cyny, ftalan di(2-etyloheksylu) (DEHP) czy też polibromowane difenyloetery (PBDEs). Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA) występują powszechnie w środowisku, do którego są uwalniane głównie podczas przetwarzania węgli kamiennych w koksowniach, spalania węgli w gospodarstwach domowych, spalania paliw przez środki transportu, przetwarzania ropy naftowej w rafineriach, wydobywania, transportowania i magazynowania paliw płynnych, spalania odpadów komunalnych, jak również podczas pożarów naturalnych zbiorowisk roślinnych. Polichlorowane bifenyle (PCB) do środowiska są uwalniane podczas spalania węgli w elektrowniach, spalania odpadów szpitalnych, spalania węgla kamiennego i drewna w sektorze mieszkaniowym i komunalnym. Ich obecność w środowisku jest także następstwem wycieków smarów z pojazdów i maszyn, wycieków z uszkodzonych wymienników ciepła i transformatorów, migracją ze składowisk odpadów, jak również emisji zanieczyszczeń z niektórych procesów technologicznych. Pestycydy chloroorganiczne były wykorzystywane przez kilkadziesiąt lat do usuwania i niszczenia chwastów, do zwalczania pasożytów, a także do ograniczania strat płodów rolnych podczas ich magazynowania. Mimo, że wiele spośród tych związków, ze względu na ich szkodliwe oddziaływanie na organizmy zwierzęce i bardzo małą podatność na degradację w środowisku, zostało wycofanych z produkcji i użycia w wielu krajach, to jednak są one nadal produkowane i stosowane w krajach rozwijających się. Heksachlorobenzen, stosowany w przeszłości, jako środek grzybobójczy i środek do impregnacji drewna, obecnie przenika do środowiska podczas syntezy m.in. chlorku winylu, syntetycznej gumy, a także spalania odpadów komunalnych. Ftalan bis(2-etyloheksylu) (DEHP) jest szeroko stosowany, jako plastyfikator przede wszystkim w produkcji polichlorku winylu (PCV) oraz innych tworzyw sztucznych (guma, styren) oraz w produkcji insektycydów, dielektrycznych wymienników, kosmetyków (mydła w płynie), detergentów, lakierów, farb, olejów i smarów silnikowych, klejów, mas uszczelniających. Heksachlorobutadien (HCBD) jest rozpuszczalnikiem używanym do rozpuszczania węglowodorów o dłuższych łańcuchach oraz elastomerów, stosowany jest także, jako płyn hydrauliczny i izolacyjny oraz ciecz w wymiennikach ciepła, jako produkt pośredni w produkcji freonów i smarów oraz do odzysku chloru w zakładach produkujących chlor. Pentachlorobenzen (PeCB) - C6HCl5 – jest związkiem, który miał szerokie zastosowanie w przeszłości, obecnie ze względu na jego negatywne oddziaływanie na organizmy stosowanie PeCB zostało bardzo ograniczone. Wykorzystywany był jako nośnik w produkcji fungicydów, był także składnikiem dodawanym do produktów zawierających polichlorowane bifenyle w celu obniżenia ich lepkości oraz miał zastosowanie, jako retardant palenia. Polibromowane difenyloetery (PBDEs) są wykorzystywane jako retardanty palenia w tworzywach sztucznych, farbach, lakierach i materiałach tekstylnych. Tributylocyna (TBT) jest związkiem mającym liczne zastosowania w przemyśle i rolnictwie - stabilizator PCV, katalizator, pestycyd, składnik konserwatorów drewna i farb przeciwporostowych. Większość związków chloroorganicznych np. PCB oraz pestycydy chloroorganiczne ze względu na wysoką prężność ich par, stosunkowo łatwo ulatniają się do atmosfery z gleb, wód powierzchniowych, osadników i składowisk odpadów i z tego powodu ich atmosferyczna depozycja zarówno z suchymi jak i mokrymi opadami odgrywa ważną rolę w obiegu tych zanieczyszczeń w środowisku.

Program badań

Badania osadów wodnych rzek i jezior wykonywane są w ramach podsystemu PMŚ – Monitoring jakości śródlądowych wód powierzchniowych i obejmują określenie zawartości metali ciężkich i wybranych szkodliwych związków organicznych w osadach powstających współcześnie w rzekach i jeziorach na obszarze kraju. Badania są wykonywane od 1990 roku. Bezpośredni nadzór nad realizacją programu badań sprawuje Departament Monitoringu i Informacji o Środowisku w Głównym Inspektoracie Ochrony Środowiska.

Osady rzeczne. Punkty obserwacyjne zlokalizowane są: na zamknięciu zlewni, przy ujściach rzek dłuższych niż 50 km; na zamknięciu zlewni, przy ujściach rzek krótszych niż 50 km, jeśli odprowadzane są do nich ścieki z dużych ośrodków miejskich lub zakładów przemysłowych; w punktach rozmieszczonych wzdłuż biegu rzek dłuższych niż 100 km, zlokalizowanych na zamknięciu zlewni jednostkowej (m.in. Wisły, Odry, Warty, Narwi, Bugu, Pilicy, Sanu i Prosny); poniżej ujścia cieków i rzek dłuższych niż 50 km, poniżej dużych miast lub miast, w których zlokalizowane są zakłady przemysłowe; na rzekach dłuższych niż 50 km wpływających lub wypływających z terytorium Polski. Sieć obserwacyjna jest podzielona na punkty monitoringu podstawowego, w których osady do badań pobierane są corocznie oraz sieć monitoringu operacyjnego, w którym osady badane są, co trzy lata.

Osady jeziorne. Badania osadów wodnych jezior wykonywane są w jeziorach należących do sieci regionalnej monitoringu oraz w 22 jeziorach reperowych sieci krajowej monitoringu. Badania w jeziorach należących do sieci regionalnej wykonywane są, co kilka lat, najczęściej, co pięć, natomiast badania w jeziorach reperowych wykonywane są, co 2 lata.

Osady kanałów rzecznych i zbiorników zaporowych. Od 2010 roku rozpoczęto badanie osadów kanałów rzecznych i osadów gromadzących się w cofce zbiorników zaporowych.

Zakres oznaczeń chemicznych obejmuje:

Pierwiastki – srebro, arsen, bar, chrom, cyna, cynk, fosfor, kadm, kobalt, magnez, molibden, mangan, miedź, nikiel, ołów, rtęć, siarkę, srebro, stront, wapń, wanad, węgiel organiczny, żelazo;

Trwałe zanieczyszczenia organiczne (TZO) w tym: 19 wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (WWA) tj. naftalen, acenaftylen, acenaften, fluoren, fenantren, antracen, fluoranten, piren, benzo(a)antracen, chryzen, benzo(a)fluoranten, benzo(b)fluoranten, benzo(k)fluoranten, benzo(a)piren, benzo(e)piren, perylen, indeno(1,2,3-cd)piren, dibenzo(a,h)antracen, benzo(ghi)perylen) (oznaczenia wykonywane od 1998 roku, za wyjątkiem naftalenu i benzo(a)fluorantenu), 7 kongenerów polichlorowanych bifenyli (PCB) tj .PCB 28, PCB 52, PCB 101, PCB 118, PCB 138, PCB 153, PCB 180 (oznaczenia wykonywane od 2004 roku), Heksachlorobenzen (oznaczenia wykonywane od 2012 roku), 21 pestycydów chloroorganicznych - α-HCH, β-HCH, γ-HCH, δ-HCH, heptachlor, aldryna, epoksyd heptachloru, γ-chlordan, endosulfan I, endosulfan II α-chlordan dieldryna, izodryna, p,p’-DDE, p,p’-DDD, p,p’-DDT, endryna i aldehyd endryny, siarczan endosulfanu, keton endryny, p,p'-metoksychlor (oznaczenia wykonywane od 2004 roku, za wyjątkiem izodryny), polibromowane difenyloetery (oznaczenia wykonywane od 2013 roku w wybranych próbkach), chlorfenwinfos (oznaczenia wykonywane od 2013 roku w wybranych próbkach), trichlorobenzen i heksachlorobutadien (oznaczenia wykonywane od 2013 roku w wybranych próbkach), organiczne związki cyny (oznaczenia wykonywane od 2013 roku w wybranych próbkach), C10-13 chloroalkany (oznaczenia wykonywane od 2013 roku w wybranych próbkach), ftalan di(2-etyloheksylu) (DEHP) (oznaczenia wykonywane od 2013 roku w wybranych próbkach), parametr AOX (oznaczenia wykonywane od 2013 roku w wybranych próbkach).

Od roku 2016 zakres wskaźników podlegających monitoringowi osadów dennych rzek i jezior uległ modyfikacji i obejmuje:

Zadanie obejmuje analizę laboratoryjną pobranych w 2016 roku próbek na zawartość:

• pierwiastki (Ag, Al, As, Ba, Ca, Cd, Co, Cr, Cu, Hg, Mg, Mo, N, Ni, Pb, Sn, Sr, V, Zn, Corg, Fe, Mn, P, S, Ti, K)
• wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (naftalen, fenantren, antracen, fluoranten, chryzen, benzo(a)piren, benzo(a)antracen, benzo(a)fluoranten, benzo(ghi)perylen, acenaftylen, acenaften, fluoren, piren, benzo(b)fluoranten, benzo(k)fluoranten, benzo(e)piren, indeno(1,2,3-c,d)piren, dibenzo(a,h)antracen, perylen) –
• pozostałe związki:
  • polichlorowane bifenyle (kongenery o nr 28, 52, 101, 118, 138, 153, 180), pentachlorobenzen, heksachlorobenzen, γ-HCH, δ-HCH, β-HCH, α-HCH, heptachlor i epoksyd heptachloru, aldryna, endryna, dieldryna, izodryna, endosulfan, DDT (w tym izomer para-para), p,p’-DDE, p,p’-DDD- obowiązkowo we wszystkich ppk
  • ftalan di(2-etyloheksylu), chloroalkany C10-C13, fluorki, chlorfenwinfos, bromowane difenyloetery (kongenery nr 28, 47, 99, 100, 153, 154), związki tributylocyny (kation tributylocyny), heksachlorobutadien, trichlorobenzeny – w wybranych ppk monitoringu corocznego rzek oraz we wszystkich ppk położonych na jeziorach reperowych;

• nonylofenole (4-nonylofenol), oktylofenole (4-(1,1’,3,3’-tetrametylobutylo)-fenol), pentachlorofenol, trifluarlina, dikofol, kwas perfluorooktanosulfonowy i jego pochodne (PFOS), chinoksyfen, dioksyny i związki dioksynopodobne, cypermetryna, heksabromocyklododekan, chlordekon, heksabromodifenol, toksafen, alachlor, chlorpiryfos, aklonifen, bifenoks, cybutryna) – w wybranych ppk;
• pH, przewodność elektrolityczna.

  Dysponentem wyników badań osadów dennych rzek i jezior, znajdującej się bazie danych „OSADY”, jest Główny Inspektorat Ochrony Środowiska.