The aim of this paper is to correlate the release characteristics of marine and lake sediment with their vicinal oxic conditions. We performed lab-scale simulation experiments using field sediment and water in order to compare the release concentrations and the release rates one another. To provide a few different kinds of oxic environments we used natural air flow and some oxygen releasing compounds such as $CaO_2$ and $MgO_2$. In case of phosphates, in each oxic condition, removal of phosphorus via biological activity and that via salt precipitation with the metal ions lowered the release rates. The behavior of the nitrogen-origin salts seemed to greatly depend on the typical biological actions - growth of biomass, nitrification, and partial denitrification. Generally speaking, the control of releases of $NH_3$-N, $PO_4$-P, T-N and T-P was successful under the oxic conditions meanwhile COD, nitrates and nitrites were difficult to reduce the releases into the bulk water because of the considerable microbial oxidation. Based on typical diffusive mass transfer kinetics the changes of concentrations of the nutrients were computed for qualitative and quantitative comparisons.
Understanding the behavior of pollutants in the marine environment is essential for coping with the marine pollution problems such as eutrophication. In this study, the effects of environmental parameters on phosphorus release from marine sediment to sea water were investigated. The environmental parameters such as pH in the range of 7 to 9, temperature from 10 to 20C and dissolved oxygen levels (DO) renging 0.7 to 7.0mg/L were examined. Phosphorus release data were taken from batch tests excluding biotic effects, and analyzed using a first-order kinetic model. The effects of environmental parameters were quantified using a statistical methodology. High pH, high temperature, and low DO increased phosphorus release from the sediment to sea water. pH from 7 to 9, temperature from 10 to $20^{\circ}C$, or DO from 7.0 to 0.7 mg/L magnified the equilibrium phosphorus concentration up to 2~3 times.
Chemical forms and release potential of heavy metals were studied in the lime treated sediment of lake Chungcho. Chemical forms of heavy metals were analyzed using a sequential extraction method, and release potential of heavy metals was evaluated by the ratio of the content of labile forms to total metal one. Dominant form of Cd, Cu, Pb, and Zn in the untreated sediments was organic/sulfidic form that is stable in the reducing environment such as the bottom of Lake Chungcho. With liming of the sediment, the chemical forms of studied metals were greatly changed from organic/sulfidic form to adsorbed and reducible form, especially Cd and Cu to adsorbed and reducible form, but Pb and Zn to reducible form. It is believed that increase of unstable form of heavy metals in the sediments by liming was caused by the increase of pH of the pore water at the expense of organic/sulfidic form. Thus, we concluded that the liming approach currently used in the treatment of dredged sediments might cause the increase of labile form which is easily dissolved, and may increase the release of metals from the sediment into overlying water.
This study was conducted to estimate the internal dissolved organic carbon (DOC) loading from sediment in eutrophic shallow Lake Kasumigaura. Contents of water and organic carbon were about 80% and 6.3% with depth in the sediment, respectively. The highest DOC concentration in porewater (104 mg C/l) was observed in September suggesting that the porewater could play an important role as an internal loading of DOC. Results of DOC release experiments showed that the labile-DOC (L-DOC) release was not detected in the oxic condition, while refractory-DOC(R-DOC) release was detected. The L-DOC and R-DOC release rates in the anoxic codition ranged from 14.5${\sim}$ 48.6, 14.4 ${\sim}$27.3 mgC $m^{-2}$$d^{-2}$, respectively. The current study showed that L-DOC released in the oxic condition was rapidly utilized by aerobic bacteria, in contrast, L-DOC and R-DOC released in anoxic codition were slowly utilized by anaerobic bacteria. These results suggested that L-DOC and R-DOC were closely related to sediment release and most of the R-DOC released could be an important source of DOC in eutrophic lakes during summer. Therefore, R-DOC pool should be added as one of the important energy source for microbial-based aquatic food webs in eutrophic lakes.
In this research, effects of water circulation on phosphorus release from sediment into water body were studied. Sediments sampled at the Daechung Lake were used for the column experiments with circulation and non-circulation conditions. Deaeration coefficient, $K_1$ and reaeration coefficient, $K_2$ of non-circulation condition were 0.133 and 0, respectively, while $K_1$ and $K_2$ for circulation condition were 0.46 and 0.018, respectively. Oxidation Reduction Potential (ORP) showed a linear relationship with dissolved oxygen (DO) when DO is over 2 mg/L. Phosphorus concentration induced by phosphorus release from sediment was highly dependent upon DO, ORP, and pH. Under anaerobic condition, phosphorus release rate was higher for $Fe^{2+}$-bounded phosphorus compared to that of $Ca^{2+}$-bounded phosphorus.
This research was carried out to understand the impacts of thickness of sand capping to control phosphorus release from sediment into overlying water. As capping effectively retards release flux, phosphorus concentration in water body can be maintained if phosphorus release rate was kept under microbial degradation rate. With capping thickness increases, deaeration rate become less, while reaeration coefficient become higher. Phosphorus release rate and capping thickness were linearly correlated. The results of regression analysis indicated that phosphorus release can be controlled effectively by sand capping of least 20${\sim}$40 mm thickness.
This study was investigated to improve the phosphorus release and water quality by transformation of sedimentary P fraction for application of $CaO_2$. For the experiment, 0.5% (w/w) of $CaO_2$ was homogenized in the sediment and incubated with the control for 20 days. The analytical results showed that pH increased with $CaO_2$ and redox potential (ORP) was improved in the sediment of the reactor. The growth rate of chlorophyll-a was lower in the $CaO_2$ reactor and Dissolved Oxygen (DO) of overlying water maintained higher than that of the control. Total phosphorus (T-P) concentration in the overlying water increased from the initial concentration to 0.304mg/L in the control at 20 days. The reactor of $CaO_2$ was lowered by 29.3%. Ex-P, Fe-P and Ca-P in sediment P fraction were increased with the $CaO_2$. The formation of bound Fe-P and Ca-P in the sediments seemed to control the release of P by removing the Soluble Reactive Phosphorus (SRP) presented in the pore water. From the result, this indicated that the reduction of P release from the sediments seems to be effective in suppressing the eutrophication of P and improving the oxygen condition in the water quality with the application of $CaO_2$.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.13
no.1
s.28
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pp.93-102
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2007
Particle materials sink in bottom and dissolved inorganic substances release from sediment and many kinds of materials continuously exchange in sediment and water column as well as transfer and transformation in sediment. The study of sediment quality means the state of sediment pollution relation of the water quality, sediment biota, materials fluxes between sediment and water column, transformation of materials in sediment is being important in recent. The state of sediment quality imply that the history of water pollution for long time, because the sediment quality does not change temporally. The sediment quality of bottom water can be used as a good indicator of pollution at present and in future. The major index of sediment qualities are the content of nutrients and hazard materials such as metals, Ignition Loss (IL), Total Sulfur (TS), Oxidation Reduction Potential (ORP), sediment COD, color, odor and the release of nutrients from sediment. However, there are some arguments between researchers about compare to estimation of sediment quality and sampling and analysis of sediment. In this study, I will introduce the method of sediment sampling, analyzing and estimating of the sediment pollution.
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.56
no.3
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pp.11-17
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2014
We investigated the applicability of steel slag as a capping material in order to minimize phosphorus(P) release into seawater. Steel slag is a byproduct from the iron and steel industries and the use of steel slag has some advantages in respect of both cost and environmental concern. P removal by steel slag were studied in a batch system with respect to changes in contact time and initial concentration. Kinetic adsorption data were described well by pseudo 2nd order model, indicating rate limiting step for P adsorption to steel slag is chemical sorption. Equilibrium adsorption data fitted well to Langmuir isotherm model which describes for single layer adsorption. The maximum P adsorption capacity of steel slag was 7.134 mg-P/L. Increasing the depth of steel slag produced a positive effect on interruption of P release. More than 3 cm of steel slag was effective for blocking P release and 5 cm of steel slag was recommended as the depth for capping of P contaminated marine sediments. Increasing P concentration and flow rate had a negative effect on P removal ratio. It was concluded that the steel slag has a potential capping material for blocking P release from marine sediments.
This study investigated the effect of the sediment phosphorus fraction sampled from the southern coast of Korea on the release characteristics of sediments by environmental changes of water quality. We conducted the release experiment in the laboratory for 20 days and measured the phosphorus fraction properties, the environmental factors of water quality, and the release rate of total phosphorus. The results showed a decrease in dissolved oxygen by the growth of microorganisms in the water layer, leading to the anaerobic condition in which the redox potential of the sediments decreased. As such, the decreasing variability of phosphates bonded to iron oxide in the sediment phosphorus was higher after 20 days of the release experiment than the first day. It means that the metal ions and the separated inorganic phosphorus transfer into the water when the iron oxide is reduced. The separated inorganic phosphorus is easily absorbed by the plankton. The analysis of total phosphorus in the water layer showed that it continuously increased to up to 0.304 mg/L for 20 days, and the release rate had a high correlation with the decrease of dissolved oxygen after 5 days of culture. Therefore, it is necessary to pay attention to the characteristics of iron bonded to phosphorus in the phosphorus fraction and dissolved oxygen to manage the eutrophication of the system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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