Restoration of eutrophic lake using dolomite to immobilize - - PowerPoint PPT Presentation
Restoration of eutrophic lake using dolomite to immobilize the phosphorus in the water column and sediments April 26-28 2016, Montreal SUSTREM 2016
Presenter: ¡Boris ¡Constantin ¡
3 ¡
Anthropogenic ¡eutrophication Natural ¡eutrophication ¡ Ten ¡years ¡ Thousands ¡of ¡years ¡
Oligotrophic ¡ Oligotrophic ¡ Eutrophic ¡ Mesotrophic ¡
4 ¡
Source ¡: ¡MDDELCC ¡
Sources ¡: ¡exogenous ¡and ¡endogenous ¡ ¡
Indicator ¡of ¡algal ¡biomass ¡suspended ¡in ¡water
¡ ¡ ¡
5 ¡
Lake ¡Saint-‑Augustin ¡ ¡ Advanced ¡state ¡of ¡ eutrophication ¡ ¡ Problematics ¡ Drastic ¡changes ¡since ¡the ¡20th ¡ century; ¡ Internal ¡contamination ¡ through ¡sediments. ¡ ¡
6 ¡
P ¡accumulation ¡over ¡time ¡ Recent ¡sediments ¡ 900 ¡to ¡1522 ¡mg ¡of ¡P/kg ¡ Old ¡sediments ¡ 400 ¡to ¡900 ¡mg ¡of ¡P/kg ¡
Lake ¡Saint-‑Augustin ¡ Roberge ¡& ¡Piennitz ¡2002 ¡
Important ¡parameters ¡in ¡the ¡salting ¡out ¡of ¡P ¡ ¡ ¡
¡ hypoxic ¡ Acid ¡pH ¡ Basic ¡pH ¡ P ¡release ¡related ¡to ¡ calcium ¡ P ¡release ¡related ¡to ¡ iron ¡
7 ¡
active ¡recovery ¡of ¡sediments ¡by ¡limestone ¡(calcite); ¡
8 ¡
Principles
Dolomite
and ¡the ¡environment;
reasonable ¡price. CaMg(CO3)2 ¡
¡ Carbonated ¡sedimentary ¡rock ¡ ¡ ¡
9 ¡
10 ¡
11 ¡
The ¡lake ¡water ¡has ¡ been ¡sampled ¡at ¡3 ¡ depths: ¡
Based ¡on ¡previous ¡ studies, ¡the ¡2 ¡points ¡ should ¡have ¡different ¡ P ¡concentrations ¡in ¡ the ¡sediments. ¡
12 ¡
WTW ¡field ¡multimeter
YSI ¡sensor ¡ Turbidity ¡measurement ¡ Secchi ¡Disk ¡ Transparency ¡ measurement ¡
13 ¡
After ¡adequate ¡treatments:
14 ¡
25 ¡cm ¡of ¡sediments ¡ Unaltered ¡sample ¡ 25 ¡cm ¡of ¡water ¡ Oxic ¡ ¡ conditions ¡ Hypoxic ¡ conditions ¡ De-‑ionized ¡water ¡ Lake ¡water ¡ Lake ¡water ¡ + ¡Dolomite ¡powder ¡ Lake ¡water ¡ + ¡Dolomite ¡powder ¡ + ¡Crushed ¡dolomite ¡ = ¡24 ¡/ ¡sampling ¡point ¡
15 ¡
25 ¡cm ¡of ¡sediments ¡ Unaltered ¡sample 25 ¡cm ¡of ¡water
16 ¡
Oxic ¡condition Hypoxic ¡condition ¡Permanent ¡ bubbling ¡3H/day ¡
Bottle ¡of ¡N2
17 ¡
Days ¡ Analyses ¡ 0 ¡ Regular ¡+ ¡Metals ¡+ ¡Alkalinity ¡ 1 ¡ Regular 2 ¡ Regular 4 ¡ Regular ¡+ ¡Metals ¡+ ¡Alkalinity 8 ¡ Regular 12 ¡ Regular 20 ¡ Regular 24 ¡ Regular 28 ¡ Regular ¡+ ¡Metals ¡+ ¡Alkalinity 32 ¡ Regular ¡+ ¡Metals ¡+ ¡Alkalinity
Regular ¡analyses:
Day ¡4: ¡addition ¡of ¡dolomite ¡powder Day ¡8: ¡addition ¡of ¡crushed ¡dolomite ¡
18 ¡
Point ¡1 ¡ [P]dissolved ¡< ¡10 ¡ppb ¡ [P]total ¡= ¡27.3 ¡ppb ¡ Conductivity ¡= ¡719 ¡μS/cm ¡
19.3°C ¡ 103% ¡ 19.3°C ¡ 105% ¡ 18.3°C ¡ 73% ¡
[P]dissolved ¡< ¡10 ¡ppb ¡ [P]total ¡= ¡26.4 ¡ppb ¡ Conductivity ¡= ¡716 ¡μS/cm ¡ [P]dissolved ¡< ¡10 ¡ppb ¡ [P]total ¡< ¡10 ¡ppb ¡ Conductivity= ¡638 ¡μS/cm ¡ Point ¡2 ¡
23.6°C ¡ 91% ¡ 22.3°C ¡ 82% ¡ 22.1°C ¡ 53% ¡
[P]dissolved ¡= ¡20.7 ¡ppb ¡ [P]total ¡= ¡115.5 ¡ppb ¡ Conductivity= ¡746 ¡μS/cm ¡ [P]dissolved ¡= ¡21.9 ¡ppb ¡ [P]total ¡= ¡139.7 ¡ppb ¡ Conductivity ¡= ¡691 ¡μS/cm ¡ [P]dissolved ¡= ¡31.3 ¡ppb ¡ [P]total ¡= ¡231.8 ¡ppb ¡ Conductivity ¡= ¡574 ¡μS/cm ¡
10 ¡cm ¡ 265 ¡cm ¡ 500 ¡cm ¡ 235 ¡cm ¡ 125 ¡cm ¡ 15 ¡cm ¡
Spectrophotometer: ¡P ¡detection ¡limit ¡ ¡= ¡10 ¡ppb ¡
% ¡= ¡% ¡in ¡dissolved ¡ O2 ¡
19 ¡
phosphorus
Contents ¡of ¡incubation ¡ core Oxic Hypoxic De-‑ionized ¡water O-‑N ¡ A-‑N ¡ Lake ¡water O-‑L ¡ A-‑L ¡ Lake ¡water + ¡Dolomite ¡powder O-‑LP ¡ A-‑LP ¡ Lake ¡water + ¡Dolomite ¡powder + ¡Crushed ¡dolomite O-‑LPC ¡ A-‑LPC ¡
20 ¡
21 ¡
OXIC HYPOXIC
Final ¡ concentrations ON ¡ OL ¡ OLP ¡ OLPC ¡ [P]dissolved ¡(ppb) ¡ < ¡10 ¡ < ¡10 ¡ 17 ¡ 15 ¡ Final ¡ concentrations AN ¡ AL ¡ ALP ¡ ALPC ¡ [P]dissolved ¡(ppb) ¡ 25 ¡ 240 ¡ 70 ¡ < ¡10 ¡
Spectrophotometer: ¡P ¡detection ¡limit ¡= ¡10 ¡ppb ¡
22 ¡
[P]total ¡(ppb) ¡ Day ¡4 Final ¡day O-‑N ¡ 9 ¡ 18 ¡ O-‑L ¡ 23 ¡ 26 ¡ O-‑LP ¡ 102 ¡ 44 ¡ O-‑LPC ¡ 94 ¡ 47 ¡ [P]total ¡(ppb) ¡ Day ¡4 Final ¡day A-‑N ¡ 21 ¡ 62 ¡ A-‑L ¡ 24 ¡ 338 ¡ A-‑LP ¡ 83 ¡ 127 ¡ A-‑LPC ¡ 147 ¡ 28 ¡
OXIC HYPOXIC
Eutrophication ¡threshold ¡[P]total ¡set ¡by ¡the ¡MDDELCC: ¡ 30 ¡ppb
OL ¡ OLP ¡ OLPC ¡ Lake ¡water pH ¡ 8.4 ¡ 8.0 ¡ 8.3 ¡ 7.9 ¡ Conductivity ¡(μS/cm) 811 ¡ 823 ¡ 799 ¡ 679 ¡ Alkalinity ¡(mg/L ¡of ¡CaCO3) 149 ¡ 132 ¡ 137 ¡ 113 ¡ AL ¡ ALP ¡ ALPC ¡ Lake ¡water pH ¡ 7.8 ¡ 8.2 ¡ 8.2 ¡ 7.9 ¡ Conductivity ¡(μS/cm) 766 ¡ 822 ¡ 774 ¡ 679 ¡ Alkalinity ¡(mg/L ¡of ¡CaCO3) 146 ¡ 164 ¡ 155 ¡ 113 ¡ The ¡addition ¡of ¡dolomite ¡did ¡not ¡affect ¡these ¡parameters
24 ¡
OXIC HYPOXIC ¡
Final ¡ concentrations ON ¡ OL ¡ OLP ¡ OLPC ¡ [P]dissolved ¡(ppb) ¡ 14 ¡ 13 ¡ 26 ¡ < ¡10 ¡ Final ¡ concentrations AN ¡ AL ¡ ALP ¡ ALPC ¡ [P]dissolved ¡(ppb) ¡ 362 ¡ 677 ¡ 151 ¡ < ¡10 ¡
Spectrophotometer: ¡P ¡detection ¡limit ¡ ¡= ¡10 ¡ppb
25 ¡
[P]total ¡(ppb) ¡ Day ¡4 Final ¡day O-‑N ¡ 24 ¡ 60 ¡ O-‑L ¡ 30 ¡ 44 ¡ O-‑LP ¡ 60 ¡ 38 ¡ O-‑LPC ¡ 68 ¡ 23 ¡ [P]total ¡(ppb) ¡ Day ¡4 Final ¡day A-‑N ¡ 166 ¡ 565 ¡ A-‑L ¡ 140 ¡ 879 ¡ A-‑LP ¡ 175 ¡ 246 ¡ A-‑LPC ¡ 155 ¡ 25 ¡
OXIC ¡ HYPOXIC ¡ Eutrophication ¡threshold ¡[P]total ¡set ¡by ¡the ¡MDDELCC: ¡ 30 ¡ppb
The ¡addition ¡of ¡dolomite ¡did ¡not ¡affect ¡these ¡parameters OL ¡ OLP ¡ OLPC ¡ Lake ¡water pH ¡ 8.2 ¡ 8.2 ¡ 8.3 ¡ 8.0 ¡ Conductivity ¡(μS/cm) 622 ¡ 629 ¡ 624 ¡ 670 ¡ Alkalinity ¡(mg/L ¡of ¡CaCO3) 150 ¡ 148 ¡ 155 ¡ 142 ¡ AL ¡ ALP ¡ ALPC ¡ Lake ¡water pH ¡ 7.1 ¡ 7.4 ¡ 8.2 ¡ 8.0 ¡ Conductivity ¡(μS/cm) 631 ¡ 720 ¡ 717 ¡ 670 ¡ Alkalinity ¡(mg/L ¡of ¡CaCO3) 157 ¡ 218 ¡ 179 ¡ 142 ¡
27 ¡
Oxic ¡ Hypoxic ¡ Point ¡1 ¡ Point ¡2 ¡ Point ¡1 ¡ Point ¡2 ¡ LP ¡ 57% ¡ 37% ¡
LPC ¡ 50% ¡ 66% ¡ 81% ¡ 84% ¡
*Percentage ¡removed ¡calculated ¡between ¡day ¡4 ¡and ¡the ¡final ¡day ¡of ¡incubation
There ¡is ¡more ¡P ¡salted-‑out ¡in ¡hypoxic ¡conditions The ¡best ¡removal ¡was ¡obtained ¡from ¡the ¡cores ¡that ¡received ¡powdered ¡
Dolomite ¡has ¡good ¡potential ¡to ¡retain ¡contaminants Without ¡the ¡addition ¡of ¡crushed ¡dolomite: ¡the ¡P ¡concentrations ¡
With ¡the ¡addition ¡of ¡crushed ¡dolomite: ¡the ¡P ¡concentrations ¡are ¡
With ¡an ¡adequate ¡dosage, ¡dolomite ¡may ¡bring ¡the ¡[P]total ¡ ¡under ¡
Larger ¡scale ¡tests ¡(in ¡situ) ¡to ¡confirm ¡dolomite’s ¡potential
28 ¡
29 ¡