Thesis (M.S.)--University of Nevada, Reno, 2005. / "May, 2005." Includes bibliographical references. Online version available on the World Wide Web.

O presente trabalho fez parte do Projeto QualiSed, uma cooperação entre UFSCar, Unicamp e Cetesb, o qual realizou um levantamento das bases técnico-científicas para a derivação de critérios de qualidade de sedimentos (CQS) para proteção da fauna aquática dos ecossistemas. Nos últimos anos tem havido um grande interesse no desenvolvimento, aperfeiçoamento e aplicação de metodologias para avaliar o grau de contaminação de sedimentos. Estes, apesar de fornecerem habitat para muitos organismos aquáticos, também constituem, um importante depósito para muitos dos mais persistentes químicos que são introduzidos no ambiente. Visando comparar diferentes metodologias que foram desenvolvidas nos últimos anos para avaliar a toxicidade de contaminantes associados a sedimentos de água doce, subsidiando o estabelecimento de protocolos dos procedimentos de testes considerados mais adequados e analisando a qualidade do sedimento de alguns reservatórios do Estado de São Paulo, foram realizados testes de toxicidade aguda, utilizando-se o anfípodo Hyalella azteca como organismo-teste. Foram testados os sedimentos dos reservatórios Billings, Rasgão, Barra Bonita, Bariri e Promissão, além do sedimento do reservatório Pedro Beicht, que foi considerado sedimento controle. Conclui-se que, por meio dos resultados dos testes de toxicidade aguda, que o procedimento sugerido por BORGMANN & NORWOOD (1999) é simples e fácil de ser implantado, enquanto que o teste proposto pela USEPA (1994) é muito trabalhoso, pois exige calibração e monitoramento diário, apresentando um custo inicial bem mais elevado. Em relação à qualidade do sedimento dos reservatórios testados, o reservatório Billings não apresentou toxicidade aguda para nenhuma das amostras testadas, embora os resultados das análises químicas tenham evidenciado a presença de níveis elevados de metais pesados e de contaminantes orgânicos. Verificou-se toxicidade aguda nos reservatórios de Rasgão e Barra Bonita em todas as amostras testadas, e no reservatório de Bariri nas amostras coletadas em junho/2000, diferindo do reservatório de Promissão, o qual não apresentou toxicidade em nenhuma das amostras testadas. Entretanto, o reservatório não está livre de contaminação, já que foram encontrados níveis elevados de arsênio, níquel e cromo. / The present work was part of QualiSed Project, a cooperation among UFSCar, Unicamp and Cetesb, which conducted a survey of technical and scientific bases for derivation of sediment quality criteria (CQS) for protection of ecosystem aquatic fauna. In the last years, there has been a great concern in development, improvement and application of methodologies to evaluate the degree of contamination of sediments, which, although provide habitat to many aquatic organisms, constitute an important deposit for many of the most persistent chemicals added to the environment. Aiming to compare different methodologies to evaluate toxicity of contaminants associated with fresh water sediments, in order to subsidize the establishment of test procedure protocols considered more suitable and to analyse the quality of sediments of some reservoirs of the State of São Paulo, tests on acute toxicity were performed, by using the amphipod Hyalella azteca as test-organism. Sediments of Billings, Rasgão, Barra Bonita, Bariri and Promissão reservoirs were tested, in addition to sediments of Pedro Beicht reservoir which was considered the control sediment. The results of acute toxicity tests showed that the procedure suggested by BORGMANN & NORWOOD (1999) is simple and easy to implement, while the test proposed by USEPA (1994) is quite laborius, since it requires calibration and daily monitoring, presenting a more elevated initial cost. In relation to the quality of sediment ofreservoirs tested, Billings reservoir did not present acute toxicity to any samples tested, while chemical analysis results evidenced the presence of high levels of heavy metals and organic contaminants. Acute toxicity was found in Rasgão and Barra Bonita reservoirs in all samples tested, and at Bariri reservoir in samples collected in June/2000, differing from Promissão reservoir, which did not present toxicity in any samples tested. However, the reservoir is not free of contamination, since high levels of arsenic, nickel and chrome were found.

O presente trabalho fez parte do Projeto QualiSed, uma cooperação entre UFSCar, Unicamp e Cetesb, o qual realizou um levantamento das bases técnico-científicas para a derivação de critérios de qualidade de sedimentos (CQS) para proteção da fauna aquática dos ecossistemas. Nos últimos anos tem havido um grande interesse no desenvolvimento, aperfeiçoamento e aplicação de metodologias para avaliar o grau de contaminação de sedimentos. Estes, apesar de fornecerem habitat para muitos organismos aquáticos, também constituem, um importante depósito para muitos dos mais persistentes químicos que são introduzidos no ambiente. Visando comparar diferentes metodologias que foram desenvolvidas nos últimos anos para avaliar a toxicidade de contaminantes associados a sedimentos de água doce, subsidiando o estabelecimento de protocolos dos procedimentos de testes considerados mais adequados e analisando a qualidade do sedimento de alguns reservatórios do Estado de São Paulo, foram realizados testes de toxicidade aguda, utilizando-se o anfípodo Hyalella azteca como organismo-teste. Foram testados os sedimentos dos reservatórios Billings, Rasgão, Barra Bonita, Bariri e Promissão, além do sedimento do reservatório Pedro Beicht, que foi considerado sedimento controle. Conclui-se que, por meio dos resultados dos testes de toxicidade aguda, que o procedimento sugerido por BORGMANN & NORWOOD (1999) é simples e fácil de ser implantado, enquanto que o teste proposto pela USEPA (1994) é muito trabalhoso, pois exige calibração e monitoramento diário, apresentando um custo inicial bem mais elevado. Em relação à qualidade do sedimento dos reservatórios testados, o reservatório Billings não apresentou toxicidade aguda para nenhuma das amostras testadas, embora os resultados das análises químicas tenham evidenciado a presença de níveis elevados de metais pesados e de contaminantes orgânicos. Verificou-se toxicidade aguda nos reservatórios de Rasgão e Barra Bonita em todas as amostras testadas, e no reservatório de Bariri nas amostras coletadas em junho/2000, diferindo do reservatório de Promissão, o qual não apresentou toxicidade em nenhuma das amostras testadas. Entretanto, o reservatório não está livre de contaminação, já que foram encontrados níveis elevados de arsênio, níquel e cromo. / The present work was part of QualiSed Project, a cooperation among UFSCar, Unicamp and Cetesb, which conducted a survey of technical and scientific bases for derivation of sediment quality criteria (CQS) for protection of ecosystem aquatic fauna. In the last years, there has been a great concern in development, improvement and application of methodologies to evaluate the degree of contamination of sediments, which, although provide habitat to many aquatic organisms, constitute an important deposit for many of the most persistent chemicals added to the environment. Aiming to compare different methodologies to evaluate toxicity of contaminants associated with fresh water sediments, in order to subsidize the establishment of test procedure protocols considered more suitable and to analyse the quality of sediments of some reservoirs of the State of São Paulo, tests on acute toxicity were performed, by using the amphipod Hyalella azteca as test-organism. Sediments of Billings, Rasgão, Barra Bonita, Bariri and Promissão reservoirs were tested, in addition to sediments of Pedro Beicht reservoir which was considered the control sediment. The results of acute toxicity tests showed that the procedure suggested by BORGMANN & NORWOOD (1999) is simple and easy to implement, while the test proposed by USEPA (1994) is quite laborius, since it requires calibration and daily monitoring, presenting a more elevated initial cost. In relation to the quality of sediment ofreservoirs tested, Billings reservoir did not present acute toxicity to any samples tested, while chemical analysis results evidenced the presence of high levels of heavy metals and organic contaminants. Acute toxicity was found in Rasgão and Barra Bonita reservoirs in all samples tested, and at Bariri reservoir in samples collected in June/2000, differing from Promissão reservoir, which did not present toxicity in any samples tested. However, the reservoir is not free of contamination, since high levels of arsenic, nickel and chrome were found.

<p>Predmet izučavanja ove disertacije, osim poređenja različitih metoda procene rizika na&nbsp;osnovu karakterizacije kvaliteta sedimenta vodotokova Vojvodine, bilo je i ispitivanje&nbsp;mogućnosti imobilizacije te&scaron;kih metalau sedimentu primenom različitih remedijacionih&nbsp;tehnika kao i određivanje njihove efikasnosti (npr. solidifikacija/stabilizacija silikatnim&nbsp;materijalima, portland cementom, kalcijum-oksidom itd.) u zavisnosti od brojnih faktora.&nbsp;Osim pseudo-ukupnog sadržaja metala određene su i specifičnije frakcije metala sa posebnim<br />osvrtom na određivanje potencijalno biodostupnih frakcija.</p><p>Rezultati su ukazali da je naosnovu holandskih preporuka sediment pojedinih vodotokova&nbsp;Vojvodine (Begej, DTD-kanal,Nadela, Sava-&Scaron;abac) zagađen metalima (klasa 4) i da je&nbsp;neohodno izmuljivanje i remedijacija. Prema USEPA i kanadskim preporukama, neki uzorci&nbsp;su potencijalno toksični, ali nije zabeležena akutna toksičnost za test vrste u pornoj vodi. Za&nbsp;neke uzorke, i pored visoke pseudo-ukupne koncentracije (klasa 4), nije potvrđena&nbsp;potencijalna toksičnost na osnovu odnosa kiselog volatilnog sulfida i simultano ekstrahovanih&nbsp;metala. Dok se ne primene skuplje metode remedijacije i tretmana sedimenta, najbolje re&scaron;enje&nbsp;je izolovano skladi&scaron;tenje na specijalnim&nbsp; deponijama. Naredni koraci bi trebali da budu&nbsp;usresređeni na kontrolu i sprečavanje zagađenja kako bi se obezbedilo da revitalizacija ovih&nbsp;vodotoka ima trajni pozitivan uticaj na životnu sredinu i nesmetanu i bezbednu plovidbu, kao&nbsp;i na primenu određenih remedijacionih metoda. Poređenje rezultata koji su dobijeni različitim&nbsp;procenama kvaliteta sedimenta pokazalo je da ponekad nije dovoljan jedan pristup i da je&nbsp;potrebno je uključiti metode procene biodostupnosti, biotestove i aspekt radioaktivnosti. U&nbsp;uzorku sedimenta koji je kori&scaron;ćen za ispitivanje efikasnosti remedijacionih tretmana,&nbsp;pokazano je da cink, nikal i olovo imaju visok rizik po okolinu, jer seprocenat metala u&nbsp;izmenljivoj i karbonatnoj fazi kretao od 40.1 do 45.2%. Cr i Cd imaju umeren rizik, dok je&nbsp;bakar prisutan u ovim frakcijama u koncentraciji koja predviđa nizak rizik (5.3%). Ovo je u&nbsp;skladu i sa rezultatima analize porne vode i simultano ekstrahovanih metala i kiselog&nbsp;volatilnog sulfida.</p><p>Istraživanje prikazano u radu je dalo odgovor na pitanje da li remedijacija može uspe&scaron;no da&nbsp;ukloni zagađenje, u smislu imobilizacije metala u stanje kada oni vi&scaron;e neće biti opasnost po&nbsp;okolinu. Svi primenjeni tretmani doveli su dosmanjenja procenta kumulativno izluženih&nbsp;metala iz S/S sme&scaron;a, ali nijedna sme&scaron;a tretiranog sedimenta i ispitivanih imobilizacionih&nbsp;agenasa ne pripada grupi inertnog otpada ukoliko se kumulativne izlužene koncentracije&nbsp;metala porede sa koncentracijama koje za otpad propisuje Evropska Unija (2003/33/EC).&nbsp;Ukoliko nam je cilj dobijanje nehazardnog otpada onda moramo primeniti u tretmanu&nbsp;sedimenta kontaminiranog metalima najmanje 30% imobilizaconih agenasa (cementa,&nbsp;kalcijum-oksida). Najveća efikasnost u imobilizaciji metala postignuta je kori&scaron;ćenjem&nbsp;cementa i kalcijum-oksida u sme&scaron;i (30% cementa i 10% kalcijum-oksida) i primenom termičkog tretmana na vi&scaron;oj temperaturi (1100⁰C) sa glinom (20% gline) &scaron;to je zaključeno na osnovu koeficijenata difuzije i indeksa izlužljivosti. Dominantan mehanizam izluživanjametala iz ovih sme&scaron;a je difuzija.</p> / <p>This work is concerned with the comparison of the different methods of metal risk assessment&nbsp;in sediments based on examination of the qualityof water courses in Vojvodina. Besides, it&nbsp;deals with the possibility of applying remediation treatments of contaminated sediment and&nbsp;with the efficiency of the different methods, that is the techniques, for immobilization of&nbsp;sediment heavy metals by applying S/S and thermal treatments. A dominant mechanism is&nbsp;proposed for the process of leaching ofthe metals from treated mixtures.</p><p>Comparison of the results obtained by the different methods of sediment quality assessment&nbsp;showed that in some cases one approach to solving this problem is not &nbsp;sufficient. Metal&nbsp;concentrations in particular sediment samples (the Begej, the DTD Canal, the Nadela, the&nbsp;Sava at &Scaron;abac) indicate the presence of contamination, the analyzed samples being of Class 4.&nbsp;According to the Dutch regulations, a sedimentof &nbsp;Class 4 is of unacceptable quality and&nbsp;requires urgent intervention in the sense of sediment dredging, disposal into special depots,&nbsp;and, if possible, remediation. For some samples, despite a high pseudo-total concentration&nbsp;(Class 4), no potential toxicity was confirmed onthe basis of the ratioof the acidic volatile&nbsp;sulfide and simultaneously extracted metals. The results showed that, apart from chemical&nbsp;analyses, biological tests are also necessary, but also sequential extraction analysis, which can&nbsp;more clearly define the way of metal binding to the particular sediment fractions, to allow a&nbsp;more reliable prediction of metal mobility, potential toxicity and bioavailability. In the&nbsp;analysis of sediment quality it is also necessary toinclude the aspect of radioactivity, as it has&nbsp;been shown that the results of this analysis can, not only confirm some of the results of the&nbsp;other analyses, but also indicate the sediment age, origin of contamination and potential&nbsp;toxicity.The subsequent steps should be directed to the control and prevention of&nbsp;contamination, in order to ensure that the water course reviatalization has a lasting positive&nbsp;effect on the environment, an unimpared and safe navigation and application of remediation&nbsp;methods.</p><p>In the sediment sample (Class 4) that was usedfor the examination of the efficiency of it&nbsp;appeared that zinc, nickel and lead exhibit a high risk, as the percentages of these metals in&nbsp;the exchangeable and carbonate phases were in the range from 40.1 &nbsp;to 45.2%. On the other&nbsp;hand, chromium and cadmium exhibited a moderaterisk, whereas copperin these fractions&nbsp;was present at the levels corresponding to a low risk (5.3%). This is alsoin agreement with&nbsp;the results of pore water analysis and simultaneously extracted metals and acid volatile&nbsp;sulphide examinations.</p><p>The investigations presented in this work provided an answer to the question whetehr the&nbsp;remediation can successfully remove the contamination in the sense of the immobilization of&nbsp;metals in a state that will not be harmful tothe environment. All the treatments applied&nbsp;yielded a decrease of the percentage of cumulatively leached metals from the S/S mixtures,&nbsp;but none of the mixtures of treated sediments with the tested immobilization agents belongs to&nbsp;the group of inert materials if the cumulative leached concentrations are compared with the&nbsp;concntrations for the wastes given by the EU legislation (2003/33/EC). Ifthe goal is to obtain a non-hazardous material it is necessary to treat the contaminatedsediment with at least 30% of the immobilizing agent (cement or calcium oxide). Based on the diffusion coefficients and leachability index, the highest immobilization efficiency was achieved using a mixture of cement and calcium oxide (30% of cement and 10% of CaO) and by applying thermal treatment at a higher temperature (1100⁰C) with clay (20%). A dominant mechanism of leaching metals from these mixtures is diffusion.</p>