Risk elements and Hg mobility in stream sediments of the Bílina River

Mgr. Dominik Vöröš, Ph.D.

Doctoral thesis

Abstract:

Expanze těžebního a chemického průmyslu v severních Čechách ovlivnila morfologii původní krajiny. Morfologické změny krajiny zapříčinily odklonění původního toku řeky Bíliny, která je významným přítokem řeky Labe. Z hlediska hodnocení kvality vody byla značná pozornost věnována organickému znečištění. Četné průmyslové havárie v minulosti přispěly do značné míry ke znečištění vody a říčních sedimentů persistentními organickými látkami. Přestože se kvalita vody v řece zlepšuje, některé organické látky mají tendenci se v sedimentech koncentrovat. V minulosti byla věnována pozornost anorganickému znečištění pouze okrajově. Do prostředí se mohou rizikové prvky dostávat zvětráváním okolních hornin, uhlí nebo z antropogenních zdrojů. Pro komplexní zhodnocení míry znečištění je velmi důležitá charakteristika prvkového složení přírodních zdrojů na dané lokalitě. Předkládána práce prezentuje výsledky prvkových analýz, zejména těch rizikových, např. V, As, Pb, Hg v dnových sedimentech, okolních horninách včetně uhelné hmoty. Obsahy těchto prvků byly stanovené různými analytickými metodami (RFA, ICP-MS, AAS). Vzorky uhlí byly podrobeny chemicko-technologickým analýzám včetně odraznosti huminitu pro objasnění stupně prouhelnění. Geochemické podmínky v sedimentech odrážejí přítomné formy daných prvků. Pro zjištění těchto podmínek byly vzorky sedimentů z úseku Záluží-Ohníč a uhelné hmoty podrobeny termální desorpci pro určení Hg forem. Tato práce přispěla k názoru, že zvýšené obsahy rizikových prvků v úseku Záluží-Ohníč jsou zapříčiněny okolními uhelnými výsypkami, které jsou splachovány do říčního systému. Tato interpretace je podpořena zjištěným výskytem úlomků uhlí a produktů nedokonalého spalování v dnových sedimentech. Výsledky termální desorpce ukazují, že rtuť je v dnových sedimentech za přirozených podmínek vázána ve formě stabilních sulfidů, čímž nepředstavuje hrozbu pro životní prostředí.

Abstract:

Expansion of the mining and chemical industries in northern Bohemia (Czech Republic) has affected the morphology of the landscape, including changes caused by deflection of the original flow of the Bílina River, which is a significant tributary of the Elbe River. In terms of assessing water quality, considerable attention has been paid to organic pollution, and numerous industrial accidents have, to a large extent, contributed to pollution of water and river sediments by persistent organic compounds (POPs). However, although water quality has improved in the river, some organic substances tend to concentrate in sediments. In the past, only marginal attention has been paid to inorganic pollution. In the environment, risk elements are released due to weathering of surrounding rocks, coal or anthropogenic sources. For a comprehensive assessment of the level of pollution, the elemental composition of natural resources has been defined as essential. This thesis presents the results of elemental analyses, especially those of risk, e.g. V, As, Pb, Hg in stream sediments; and surrounding rocks including coal. The levels of these elements were determined using various analytical methods (XRF, ICP-MS, AAS). Coal samples were subjected to chemical and technological analyses, including huminite reflectance, to clarify the degree of coalification. Geochemical conditions in sediments are reflected by the present forms of the elements. To determine these conditions, samples of stream sediments from Záluží-Ohníč stretch and coal were subjected to thermal desorption to determine forms of Hg. This work contributed to the view that the increased levels of risk elements are caused by surrounding coal waste dumps in the Záluží-Ohníč stretch, which are washed downstream into the river system. This interpretation is supported by the occurrence of coal and residues of incomplete combustion in river sediments. Thermal desorption results indicate that Hg is bound in the form of stable sulphides under natural conditions, thereby not posing a threat to the environment.

Keywords

River Bílina, stream sediments, coals seam, risk elements, mercury mobility

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 17. 4. 2019

Thesis defence

• Date of defence: 5. 6. 2019
• Supervisor: doc. Mgr. Eva Geršlová, Ph.D.
• Reader: prof. RNDr. Otília Lintnerová, CSc., dr. hab. Magdalena Misz-Kennan

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Geology (4-years) / Geological Sciences