Seasonal variations in pore water and sediment geochemistry of littoral lake sediments (Asylum Lake, MI, USA)

BACKGROUND: Seasonal changes in pore water and sediment redox geochemistry have been observed in many near-surface sediments. Such changes have the potential to strongly influence trace metal distribution and thus create seasonal fluctuations in metal mobility and bioavailability. RESULTS: Seasonal trends in pore water and sediment geochemistry are assessed in the upper 50 cm of littoral kettle lake sediments. Pore waters are always redox stratified, with the least compressed redox stratification observed during fall and the most compressed redox stratification observed during summer. A 2-step sequential sediment extraction yields much more Fe in the first step, targeted at amorphous Fe(III) (hydr)oxides (AEF), then in the second step, which targets Fe(II) monosulfides. Fe extracted in the second step is relatively invariant with depth or season. In contrast, AEF decreases with sediment depth, and is seasonally variable, in agreement with changes in redox stratification inferred from pore water profiles. A 5-step Tessier extraction scheme was used to assess metal association with operationally-defined exchangeable, carbonate, iron and manganese oxide (FMO), organic/sulfide and microwave-digestible residual fractions in cores collected during winter and spring. Distribution of metals in these two seasons is similar. Co, As, Cd, and U concentrations approach detection limits. Fe, Cu and Pb are mostly associated with the organics/sulfides fraction. Cr and Zn are mostly associated with FMO. Mn is primarily associated with carbonates, and Co is nearly equally distributed between the FMO and organics/sulfide fractions. CONCLUSION: This study clearly demonstrates that near-surface lake sediment pore water redox stratification and associated solid phase geochemistry vary significantly with season. This has important ramifications for seasonal changes in the bioavailability and mobility of trace elements. Without rate measurements, it is not possible to quantify the contribution of various processes to natural organic matter degradation. However, the pore water and solid phase data suggest that iron reduction and sulfate reduction are the dominant pathways in the upper 50 cm of these sediments

De simultane invloed van de pH en zuur extraheerbaar sulfide op de speciatie van zware metalen in kalkrijke sedimenten

The simultaneous influence of pH and Acid Volatile Sulphide (AVS) on the speciation of heavy metals has been studied in a number of calcareous sediments. Both the sum of the simultaneously extracted metals (SEM: Cd, Cu, Ni, Pb and Zn) and the AVS content and the resulting SEM:AVS ratio, which is a measure of the availability of heavy metals, decreased with increasing values of pH. The corresponding slopes were dependent on the carbonate content of the sediment. In the sediment suspensions, the dissolution of metal due to acid conditions has been described by a simplified exchange model. For the present set of samples, the model could be applied for the metal zinc only due to limitations in the determination of the other metal concentrations. The model was able to predict the speciation of zinc in the sediments quite well. From this model a proton exchange coefficient was obtained, which appeared to be in line with literature data. The results are of practical importance for a correct interpretation of toxicity studies in sediments and, hence, are useful for projects like the setting of environmen-tal quality objectives.In een aantal kalkrijke zoetwater sedimenten is de invloed van de pH en het zuur extraheerbaar sulfidegehalte (AVS) op de speciatie van zware metalen experimen-teel bestudeerd. Zowel de som van de simultaan ge-extraheerde metalen (SEM: Cd, Cu, Ni, Pb en Zn), als het zuur extraheerbare sulfidegehalte en de bijbehorende SEM-AVS verhouding, hetgeen een maat is voor de beschikbaarheid van zware metalen, namen af met toenemende pH. De steilheid van de bijbehorende helling was afhankelijk van het carbonaatgehalte van het sediment. Het oplosgedrag van de metalen in de sedimenten is beschreven met een vereenvoudigd uitwisselingsmodel. Dit model kon alleen toegepast worden voor zink, omdat door analytische beperkingen niet voldoende gegevens voor de andere metalen voorhanden waren. Dit model was in staat om de verdeling van zink over de vrije en vaste fase in het sediment goed te beschrijven. De bijbehorende protonuitwisselcoefficient was in overeenstemming met literatuurwaarden. De resultaten van dit onderzoek zijn van belang voor een juiste interpretatie van ecotoxiciteitsexperimenten in sedimentsystemen en leveren derhalve een bijdrage aan projecten als integrale normstelling (INS)

De simultane invloed van de pH en zuur extraheerbaar sulfide op de speciatie van zware metalen in kalkrijke sedimenten

In een aantal kalkrijke zoetwater sedimenten is de invloed van de pH en het zuur extraheerbaar sulfidegehalte (AVS) op de speciatie van zware metalen experimen-teel bestudeerd. Zowel de som van de simultaan ge-extraheerde metalen (SEM: Cd, Cu, Ni, Pb en Zn), als het zuur extraheerbare sulfidegehalte en de bijbehorende SEM-AVS verhouding, hetgeen een maat is voor de beschikbaarheid van zware metalen, namen af met toenemende pH. De steilheid van de bijbehorende helling was afhankelijk van het carbonaatgehalte van het sediment. Het oplosgedrag van de metalen in de sedimenten is beschreven met een vereenvoudigd uitwisselingsmodel. Dit model kon alleen toegepast worden voor zink, omdat door analytische beperkingen niet voldoende gegevens voor de andere metalen voorhanden waren. Dit model was in staat om de verdeling van zink over de vrije en vaste fase in het sediment goed te beschrijven. De bijbehorende protonuitwisselcoefficient was in overeenstemming met literatuurwaarden. De resultaten van dit onderzoek zijn van belang voor een juiste interpretatie van ecotoxiciteitsexperimenten in sedimentsystemen en leveren derhalve een bijdrage aan projecten als integrale normstelling (INS).The simultaneous influence of pH and Acid Volatile Sulphide (AVS) on the speciation of heavy metals has been studied in a number of calcareous sediments. Both the sum of the simultaneously extracted metals (SEM: Cd, Cu, Ni, Pb and Zn) and the AVS content and the resulting SEM:AVS ratio, which is a measure of the availability of heavy metals, decreased with increasing values of pH. The corresponding slopes were dependent on the carbonate content of the sediment. In the sediment suspensions, the dissolution of metal due to acid conditions has been described by a simplified exchange model. For the present set of samples, the model could be applied for the metal zinc only due to limitations in the determination of the other metal concentrations. The model was able to predict the speciation of zinc in the sediments quite well. From this model a proton exchange coefficient was obtained, which appeared to be in line with literature data. The results are of practical importance for a correct interpretation of toxicity studies in sediments and, hence, are useful for projects like the setting of environmen-tal quality objectives.RIV

Monitoring environmental quality of building materials

Het doel van dit onderzoek is de beschrijving van de milieuhygienische kwaliteit van bouwstoffen na medio 1998 en de evaluatie van: - de toepasbaarheid van bouwstoffen onder de voorwaarden van het Bouwstoffenbesluit, - de consequenties van de normstelling voor het (her)gebruik van bouwstoffen, - de kritische componenten en in hoeverre ze beinvloedbaar zijn, -kwaliteitsverbeteringen t.o.v. de ex-ante evaluatie in 1997, - problemen in de praktijk. Voor dit doel zijn gegevens over samenstelling en uitloging verzameld en geevalueerd. Voor iedere bouwstof is een materiaalblad gemaakt waarin toepasbaarheid, milieuhygienische kwaliteit en kwaliteitsverbeteringen beschreven staan. De milieuhygienische kwaliteit is getoetst aan de normen van het Bouwstoffenbesluit voor drie toepassingshoogten: 0,2 0,7 en 2,0 meter. 98-99% van de bouwstoffen voldoet hieraan. Het totale hergebruik van bouwstoffen is toegenomen van 141 Mton in 1997 tot 155 Mton in 2001. Dit is het gevolg van de verdubbeling van het hergebruik van granulaire secundaire bouwmaterialen. Het totale (her)gebruik van bouwstoffen bestaat voor 76% uit primaire en voor 24% uit secundaire bouwstoffen.Voor een beperkt aantal bouwstoffen zijn er aanzienlijke problemen om aan het normkader van het Bouwstoffenbesluit te voldoen: Gereinigde grond (antimoon); AVI-bodemas (koper, molybdeen; bij aflopen tijdelijke regeling zonder kwaliteitsverbetering 70% niet meer toepasbaar); mijnsteen (antimoon, seleen); granulaten uit bouw- en sloopafval (sulfaat; opsplitsen van partijen); baggerspecie: (fluoride, sulfaat); tarragrond (minerale olie, DDD/DDE/DDT, aldrin/dieldrin/endrin); klei (DDD/DDE/DDT, drins). Algemene kwaliteitsgerelateerde knelpunten zijn de verhoogde keuringsfequentie die het gevolg is spreiding in meetwaarden, het verschil in bemonstweringsinspanning bij grond en de tijd, kosten en kwaliteit van partijkeuringen.The aim of this study is to present the environmental quality of building materials after mid 1998, and to evaluate: - The applicability of building materials under conditions of the Building Material Decree, -The impact of the standards in the Decree on the (re)use of building materials. - The critical components and the extent to which they can be influenced. - Quality improvements compared to the ex-ante evaluation in 1997. - Problems encountered in practice. For this purpose, data on composition and leaching were collected and evaluated. The environmental quality was tested against the standards of the Building Material Decree. In general, data were evaluated for three heights: 0.2, 0.7, and 2.0 meter. 98-99 % of the materials is in compliance with the Building Material Decree. The total reuse of building materials of about 141 Mton in 1997 has increased to 155 Mton in 2001. This is caused by a doubling of the reuse of granular secondary building materials, especially slightly polluted soils and aggregates of construction and demolition waste. 76 % of the total use of building materials are primary and 24 % are secondary building materials.There are considerable problems to meet the requirements of the Building Material Decree for the following materials: cleaned soil (antimony); MSWI bottom ash (copper, molybdenum); mine stone (antimony, selenium); aggregates of construction- and demolition waste (sulphate); dredge spoil (fluoride, sulphate); tare soil (mineral oil, DDD/DDE/DDT, aldrin/dieldrin/endrin) and clay (DDD/DDE/DDT, drins). General quality-related problems are intensified inspections induced by measurement dispersion and time, costs and quality of batch inspections.VRO

Monitoring environmental quality of building materials

The aim of this study is to present the environmental quality of building materials after mid 1998, and to evaluate: - The applicability of building materials under conditions of the Building Material Decree, -The impact of the standards in the Decree on the (re)use of building materials. - The critical components and the extent to which they can be influenced. - Quality improvements compared to the ex-ante evaluation in 1997. - Problems encountered in practice. For this purpose, data on composition and leaching were collected and evaluated. The environmental quality was tested against the standards of the Building Material Decree. In general, data were evaluated for three heights: 0.2, 0.7, and 2.0 meter. 98-99 % of the materials is in compliance with the Building Material Decree. The total reuse of building materials of about 141 Mton in 1997 has increased to 155 Mton in 2001. This is caused by a doubling of the reuse of granular secondary building materials, especially slightly polluted soils and aggregates of construction and demolition waste. 76 % of the total use of building materials are primary and 24 % are secondary building materials.There are considerable problems to meet the requirements of the Building Material Decree for the following materials: cleaned soil (antimony); MSWI bottom ash (copper, molybdenum); mine stone (antimony, selenium); aggregates of construction- and demolition waste (sulphate); dredge spoil (fluoride, sulphate); tare soil (mineral oil, DDD/DDE/DDT, aldrin/dieldrin/endrin) and clay (DDD/DDE/DDT, drins). General quality-related problems are intensified inspections induced by measurement dispersion and time, costs and quality of batch inspections.Het doel van dit onderzoek is de beschrijving van de milieuhygienische kwaliteit van bouwstoffen na medio 1998 en de evaluatie van: - de toepasbaarheid van bouwstoffen onder de voorwaarden van het Bouwstoffenbesluit, - de consequenties van de normstelling voor het (her)gebruik van bouwstoffen, - de kritische componenten en in hoeverre ze beinvloedbaar zijn, -kwaliteitsverbeteringen t.o.v. de ex-ante evaluatie in 1997, - problemen in de praktijk. Voor dit doel zijn gegevens over samenstelling en uitloging verzameld en geevalueerd. Voor iedere bouwstof is een materiaalblad gemaakt waarin toepasbaarheid, milieuhygienische kwaliteit en kwaliteitsverbeteringen beschreven staan. De milieuhygienische kwaliteit is getoetst aan de normen van het Bouwstoffenbesluit voor drie toepassingshoogten: 0,2 0,7 en 2,0 meter. 98-99% van de bouwstoffen voldoet hieraan. Het totale hergebruik van bouwstoffen is toegenomen van 141 Mton in 1997 tot 155 Mton in 2001. Dit is het gevolg van de verdubbeling van het hergebruik van granulaire secundaire bouwmaterialen. Het totale (her)gebruik van bouwstoffen bestaat voor 76% uit primaire en voor 24% uit secundaire bouwstoffen.Voor een beperkt aantal bouwstoffen zijn er aanzienlijke problemen om aan het normkader van het Bouwstoffenbesluit te voldoen: Gereinigde grond (antimoon); AVI-bodemas (koper, molybdeen; bij aflopen tijdelijke regeling zonder kwaliteitsverbetering 70% niet meer toepasbaar); mijnsteen (antimoon, seleen); granulaten uit bouw- en sloopafval (sulfaat; opsplitsen van partijen); baggerspecie: (fluoride, sulfaat); tarragrond (minerale olie, DDD/DDE/DDT, aldrin/dieldrin/endrin); klei (DDD/DDE/DDT, drins). Algemene kwaliteitsgerelateerde knelpunten zijn de verhoogde keuringsfequentie die het gevolg is spreiding in meetwaarden, het verschil in bemonstweringsinspanning bij grond en de tijd, kosten en kwaliteit van partijkeuringen

Heavy metals and acid volatile sulphide in lake Ketelmeer: vertical and horizontal distribution

In het Ketelmeer zijn op vier locaties, die verschillen in sedimentatiesnelheid, sedimentkernen gestoken. Hieruit zijn 4 profielen bemonsterd over een diepte varierend van 7 tot maximaal 15 cm. Bovendien zijn van 2 kernen per locatie mengmonsters gemaakt van de bovenste 7 tot 15 cm van het sediment. De profielen en mengmonsters zijn gekarakteriseerd met betrekking tot gehalten aan Acid Volatile Sulphide (AVS), Simultaan Geextraheerd Metaal (SEM), totaal metaal, droge stof, totaal koolstof, totaal zwavel, carbonaat en de deeltjesgrootteverdeling. Het effect van beluchting van het sediment op de distributie van een aantal zware metalen is bestudeerd aan de hand van een sequentiele extractie gebaseerd op de methode van Tessier. Het AVS gehalte blijkt voornamelijk to te nemen met de diepte, het SEM gehalte vertoont geen eenduidig patroon. In alle kernen neemt de SEM/AVS ratio in de bovenste 2-4 cm snel af, maar blijft overal gelijk aan of groter dan 1. Het droge stof gehalte neemt toe met de diepte. Het carbonaatgehalte is vrij constant in de diepte en er is weinig verschil in gehalten tussen de vier locaties (11-19 % carbonaat). Ook de geconstateerde deeltjesgrootteverdeling met de diepte is in overeenstemming met de andere analytische data en de verwachte sedimentatiesnelheden. De variatie van gemeten parameters in de mengmonsters op de verschillende locaties is gering. waaruit geconcludeerd wordt dat de samenstelling van het sediment horizontaal in de ruimte gezien homogeen is. Uit de sequentiele extractie blijkt dat voor alle gemeten zware metalen het grootste deel teruggevonden wordt in de fractie gebonden aan organisch materiaal en sulfides. Dit beeld blijft gelijk na beluchten, waarbij er voor Zn en Cd wel een significante verschuiving optreedt in de verdeling over de andere fracties, te weten naar water oplosbaar, uitwisselbaar, gebonden aan carbonaten en het residu.Sediment cores were taken in Ketelmeer at 4 locations, differing in sedimentation rate. Slicing the cores under anaerobic conditions (0.5 - 1 cm slices), 4 profiles were subsampled over a depth varying from 7 to a minimum of 15 cm of the sediment. For each location, two cores were used to prepare mixed samples of the top 7 to 15 cm of the sediment. The profiles and mixed samples were characterised with respect to Acid Volatile Sulphide (AVS), Simultaneously Extracted Metals (SEM), total metal dry weight, total carbon, total sulphur, and carbonate and particle size distribution. Using a sequential extraction method based on the method of Tessier, the effect of aeration of the sediment on the distribution of a number of heavy metals (Cu, Pb, Ni, Zn and Cd) was studied. AVS concentrations mainly increase with depth, for SEM there was more variation in the four profiles. For all profiles in the top 2-4 cm, the SEM/AVS ratio decreased sharply, but is higher than or equal to 1 at all depths. Dry weight content increases with depth. Carbonate content is reasonably constant in depth without much variation between the four locations (11-19% carbonate). The particle size distribution is also in accordance with the other analytical data and expected sedimentation rates. The mixed samples of the different locations contained little variation in the measured parameters. Horizontally, the sediment is rather homogeneous. The results of the sequential extraction show the largest part of the metals to be found in the fraction bound to organic material and sulphides. After aeration, this situation is similar, although for Zn and Cd a significant shift i.e. towards water soluble, exchangeable, bound to carbonated and residual, occurred in the distribution over the other fractions.DGM/SV