Estuarine sediments are frequently polluted with hydrocarbons from fuel spills and industrial wastes. Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are components of these contaminants that tend to accumulate in the sediment due to their low aqueous solubility, low volatility, and high affinity for particulate matter. The toxic, recalcitrant, mutagenic, and carcinogenic nature of these compounds may require aggressive treatment to remediate polluted sites effectively. In petroleum-contaminated sediments near a petrochemical industry in Gwangyang Bay, Korea, in situ PAH concentrations ranged from 10 to 2,900 ${\mu}g/kg$ dry sediment. To enhance the biodegradation rate of PAHs under anaerobic conditions, sediment samples were amended with biostimulating agents alone or in combination: nitrogen and phosphorus in the form of slow-release fertilizer (SRF), lactate, yeast extract (YE), and Tween 80. When added to the sediment individually, all tested agents enhanced the degradation of PAHs, including naphthalene, acenaphthene, anthracene, fluorene, phenanthrene, fluoranthene, pyrene, chrysene, and benzo [a] pyrene. Moreover, the combination of SRF, Tween 80, and lactate increased the PAH degradation rate 1.2-8.2 times above that of untreated sediment (0.01-10 ${\mu}g$ PAH/ kg dry sediment/day). Our results indicated that in situ contaminant PAHs in anoxic sediment, including high molecular weight PAHs, were degraded biologically and that the addition of stimulators increased the biodegradation potential of the intrinsic microbial populations. Our results will contribute to the development of new strategies for in situ treatment of PAH-contaminated anoxic sediments.
In order to solve water quality problem of domestic dam reservoir, many projects have been performed in a point of view to restoration of water quality. This study was carried out to evaluate the effect of release from sediment on water quality and release characteristics. Daecheong dam reservoir was investigated for two years, from 1998 to 1999. The nutrient release rates of Daecheong reservoir is less than foreign eutrophic reservoir at anoxic condition. For the evaluation of the effect of nutrient release on water quality, internal and external loading was calculated at Daecheong reservoir. As total phosphorus loading from sediment is calculated 9.3 ton/yr and inflow loading from Daecheong reservoir watershed 118 ton/yr, internal loading shows the portion of 7.88% to external loading. At this study, because sampling point was choosed at the point where much sediment is accumulated, experimental result is more than average release rates. Because Daecheong reservoir shows complete thermal stratification and anoxic condition below 30m from water surface in summer seasons, released phosphorus from sediment can not transfer to epilimnion and eventually resettles. Therefore sediment has insignificant impacts on water quality on Daecheong dam reservoir.
자연호소의 혐기성 저질을 특정한 chlorophenol(CP)에 적응시킨 후 다른 구조물 가진 CP에 대한 탈염소 특성을 검토하였다. CP에 노출되지 않는 혐기성 저질에서는 mono-CP의 경우 ortho > meta > para-염소의 손으로 di-CP의 경우는 ortho > par > meta- 염소의 순서로 짧은 지체기를 거친 후 탈염소가 발생하였다. Mono-CP 중 2-CP에 적응된 저질은 4-CP와 3,4DCP를 제외하고, 3-CP에 적응시킨 저질은 4-CP를 제외한 모든 시험물질에 대하여 지체기 없이 탈염소 특성을 나타내었다. DCP에 적응된 모든 저질은 2-CP, 2,3,-, 2,4-, and 3,4-DCP를 지체기 없이 탈염소가 발생하지 않았다. 이 결과에서 볼 때 mono-와 di-CP를 탈염소시키는 혐기성 미생물의 종류가 다양함을 알 수 있다.
Five sediment cores from the tidal flat of artificial Lake Shihwa are analyzed in terms of sedimentology and geochemistry to evaluate the heavy metal contamination and redox condition of surficial sediment following the Shihwa seawall construction. The variability of concentrations of various elements depends on the depositional environment, and reflects the various redox conditions and sediment provenances. The amounts of Ti and Al and their ratio of Ti/ Al with respect to Li clearly indicate that there is an anthropogenic contribution to the surficial sediment. The high concentrations of heavy metals suggest an anthropogenic contribution at ST. 34 and ST. 22. Concentrations of most elements (Cr, Cu, Zn and Pb) are higher near the Shihwa-Banwol industrial complex than in the central part of Lake Shihwa. Concentrations of heavy metal in surficial sediment near the Shihwa-Banwol industrial complex are two to eight times higher than in the center of Lake Shihwa. Enrichment factors (EF), which are normalized by the unpolluted shale, suggests a significant metallic contamination near the Shihwa-Banwol industrial complex (SBIC). The redox condition is divided into two anoxic and mixed oxi $c_oxic zones based on the carbon:sulfur (C/S) ratios of organic matter and elemental relationships. Correlations among geochemical elements Mn, U and Mo are significantly different from site to site, and may therefore be an indicator of the spatial redox condition. Controlling factors for switching anoxic/oxic conditions are thought to be water depth and the differences in industrial effluent supply. The variations of the Cu/Mn ratio in the sediments confirms above mentioned spatial differences of a redox condition in part, and therefore shows a location-dependence redox condition in sediments at four other sites. The redox condition of the surficial sediment characteristics of the Shihwa Lake are controlled by its geographic location and water depth.th.
Weirs are conventional structures that control water level and velocity in streams to facilitate water resource management. Despite many weirs built in streams, there is little information how weirs change hydrology regime and how that translates to sediment and phosphorus (P) responses. This study evaluated the influence of weirs on P retention and mobilization in an urban tributary of the Han River in Korea. Total P concentrations in sediments upstream of weirs were higher than the downstream site, mainly due to the increase of potentially available fractions (labile P and aluminum- and iron-bound P) (p < 0.05). Equilibrium phosphorus concentrations ($EPC_o$) were lower than soluble reactive phosphorus (SRP) concentrations of stream waters, but there was an increasing trend of sediment $EPC_o$ upstream of weirs compared to the downstream site (p < 0.001) indicating a greater potential for P release upstream of weirs. Sediment core incubation showed that SRP release rates upstream of weirs were higher than the downstream site under anoxic conditions of the water column (p < 0.01), but not under oxic conditions. SRP release rates under anoxic conditions were greater than that measured under oxic conditions. Un-neutral pH and increased temperature could also enhance SRP release rates upstream of weirs. We conclude that weirs can increase P retention within stream sediments and potentially promote significant P releases into waters, which in turn cause eutrophication.
In order to determine the changes of sediment facies and metal levels in surface sediments after the construction of Shiwha Lake, surface sediments were sampled at 8 sites located on the main channel monthly from June, 1995 to August, 1996 and analysed for 12 metals (Al, Fe, Mn, V, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Cd, As and Pb) by ICP/AES and ICP/MS. Two groups of sampling sites(the inner lake with 3 sites and the outer lake with 5 sites) are subdivided by the surface morphology ; the inner lake is a shallow channel area with a gentle slope, while the outer lake is relatively deep and wide channel with a steep slope which has many small distributaries. After the construction of dam, fine terrestrial materials were deposited near the outer lake, which resulted in the change of major sediment facies from sandy silt to mud. With the deposition of fine sediments in the outer lake, anoxic water column induced the formation of sulfide compounds with Cu, Cd, Zn and part of Pb. Metal (Cr, Ni, Cu, Zn and Cd) contents in sediments increased up to twice within 2 years after the construction of dam. This is due to the direct input of industrial and municipal wastes into the lake and the accumulation of metals within the lake. In addition, frequent resuspension of contaminated sediments in a shallow part of the lake may make metal-enriched materials transport near the outer lake with fine terrestrial materials. As the enrichment of Cu, Zn, Cd and part of Pb in the Shiwha Lake may be related to the formation of unstable sulfide compounds by sulfate reduction in anoxic water or sediment column, the effect of mixing with open coastal seawater is discussed.
Benthic organisms dwell in sediment-water interface that contains significant amount of organic and inorganic contaminants. Their feeding behavior is highly related with sediment itself and pore water in the sediments, especially in ease of deposit feeder (i.e. polychaete, amphipod). The acid volatile sulfide (AVS) is one of the important binding phases of sediment-bound metals in addition to organic matter and Fe and Mn oxide fractions in sediments, particularly in anoxic sediments. The AVS model is a powerful tool to predict metal bioavailability and bioaccumulation in benthic organisms considering SEM/AVS mole ratios in surficial sediments. However, several biogeochemical factors must be considered to use AVS model in the sediment-bound metal bioavailability.
A novel MgO-based binder was developed and applied to treat the anoxic sediment that was collected from Seonakdong river, Korea and was contaminated with heavy metals. The treated sediment was evaluated by measuring compressive strength, expansion, leaching of heavy metals and storage characteristics for $CO_2$. Initially, an optimal blending ratio of lime (L)/fly ash (FA)/blast furnace slag (BFS) that was to be mixed with MgO was screened to be $L_{0.3}-FA_{0.1}-BFS_{0.6}$. Long-term strengths of the sediments that were treated by various mixtures of MgO and $L_{0.3}-FA_{0.1}-BFS_{0.6}$ were then evaluated and the blending ratios between 4 : 6 and 6 : 4 were found optimal, which yielded a compressive strength of 4.09 MPa. On this basis, the optimal MgO-based binder was selected to be a 5 : 5 mixture of MgO and $L_{0.3}-FA_{0.1}-BFS_{0.6}$. The good performance of the MgO-based binder was believed to be due to the formation of Mg $(OH)_2$, which filled the micropores and also increased the density of the solidified matrices. The MgO-based binder exhibited an average stabilizing capacities for heavy metals of 92.9%, which was similar to or higher than that of Portland cement. It was found that 69.1 kg of carbon dioxide could be sequestrated after 365 days of curing when treating a ton of anoxic sediments.
The marine sediment sustains from the anoxic condition due to increased nutrients of external sources. The nutrients are liberated from the sediment, which acts as an internal source. In hypoxic environments, anaerobic respiration results in the formation of several reduced matters, such as N2 and NH4+, N2O, Fe2+, H2S, etc. The experimental results have shown that nitrogen and sulfur played an influential, notable role in this biogeochemical cycle with expected chemical reductions and a 'diffusive' release of present nutrient components trapped in pore water inside sediment toward the bulk water. Nitate/ammonium, sulfate/sulfides, and ferrous/ferric irons are found to be the key players in these sediment-waters mutual interactions. Organonitrogen and nitrate in the sediment were likely to be converted to a form of ammonium. Reductive nitrogen is called dissimilatory nitrate reduction to ammonium and denitrification. The steady accumulation in the sediment and surplus increases in the overlying waters of ammonium strongly support this hypothesis as well as a diffusive action of the involved chemical species. Sulfate would serve as an essential electron acceptor so as to form acid volatile sulfides in present of Fe3+, which ended up as the Fe2+ positively with an aid of the residential microbial community.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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