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 ¡

2 ¡ Presentation ¡plan • Introduction ¡ • Project ¡goal ¡and ¡objectives • Material ¡and ¡methods • Results ¡and ¡discussion • Conclusion ¡and ¡perspectives • Questions

3 ¡ Introduction: ¡Eutrophication ¡ Anthropogenic ¡eutrophication Natural ¡eutrophication ¡ Oligotrophic ¡ Oligotrophic ¡ Ten ¡years ¡ Thousands ¡of ¡years ¡ Eutrophic ¡ Mesotrophic ¡ • Change ¡in ¡the ¡algal ¡population ¡to ¡harmful ¡invasive ¡species; • Loss ¡of ¡recreational ¡uses; • General ¡reduction ¡in ¡biodiversity… 3 ¡

4 ¡ Introduction: ¡Eutrophication • Phosphorus: ¡nutrient ¡involving ¡eutrophication ¡with ¡N Sources ¡: ¡exogenous ¡and ¡endogenous ¡ ¡ • Chlorophyll ¡ a : ¡a ¡pigment ¡present ¡in ¡all ¡photosynthetic ¡organisms Indicator ¡of ¡algal ¡biomass ¡suspended ¡in ¡water • Transparency: ¡diminishes ¡as ¡the ¡quantity ¡of ¡algae ¡in ¡the ¡lake ¡increases ¡ ¡ ¡ Source ¡: ¡MDDELCC ¡ 4 ¡

5 ¡ Introduction: ¡Contextualization ¡and ¡ problematics Lake ¡Saint-­‑Augustin ¡ ¡ Advanced ¡ state ¡of ¡ eutrophication ¡ ¡ Problematics ¡ Drastic ¡changes ¡since ¡the ¡20 th ¡ century; ¡ Internal ¡contamination ¡ through ¡sediments. ¡ ¡ 5 ¡

6 ¡ Introduction: ¡Transporting ¡of ¡sediment ¡ phosphorus ¡towards ¡the ¡water ¡column Important ¡parameters ¡in ¡the ¡salting ¡out ¡of ¡P ¡ ¡ ¡ • Potential ¡of ¡oxidation-­‑reduction ¡ Recent ¡sediments ¡ 900 ¡to ¡1522 ¡mg ¡of ¡P/kg ¡ hypoxic ¡ P ¡accumulation ¡over ¡time ¡ • pH ¡ ¡ Acid ¡pH ¡ Basic ¡pH ¡ Old ¡sediments ¡ P ¡release ¡related ¡to ¡ P ¡release ¡related ¡to ¡ 400 ¡to ¡900 ¡mg ¡of ¡P/kg ¡ calcium ¡ iron ¡ Lake ¡Saint-­‑Augustin ¡ Roberge ¡& ¡Piennitz ¡2002 ¡ 6 ¡

7 ¡ Introduction: ¡Lake ¡ Saint-­‑Augustin ¡Restoration ¡ � In ¡2007, ¡the ¡city ¡of ¡Québec, ¡in ¡collaboration ¡with ¡Laval ¡ University, ¡implemented ¡a ¡pilot ¡project. 1. Coagulation ¡of ¡phosphorus ¡dissolved ¡with ¡alum ¡(aluminum ¡sulfate) ¡and ¡ active ¡recovery ¡of ¡sediments ¡by ¡limestone ¡(calcite); ¡ 2. Sediment ¡sludging. � A ¡new ¡project ¡has ¡been ¡implemented: ¡absorption ¡of ¡ dissolved ¡phosphorus ¡and ¡active ¡recovery ¡of ¡sediments ¡with ¡ dolomite. 7 ¡

8 ¡ Introduction: ¡Solution ¡examined Principles • Contamination ¡retention; • Physical ¡isolation ¡of ¡contaminants; • Bioturbation ¡reduction. Dolomite • Good ¡P ¡absorption ¡capacity; • Non ¡toxic ¡for ¡aquatic ¡species ¡ and ¡the ¡environment; • Easily ¡available ¡material ¡at ¡a ¡ reasonable ¡price. CaMg(CO 3 ) 2 ¡ ¡ Carbonated ¡sedimentary ¡rock ¡ • Powder ¡= ¡12 ¡μm ¡ ¡ ¡ • Crushed ¡= ¡1.25 ¡to ¡5 ¡mm 8 ¡ ¡

9 ¡ Goal ¡and ¡objectives ¡ EVALUATING ¡THE ¡PERFORMANCE ¡OF ¡THE ¡DOLOMITE ¡ BASED ¡RESTORATION ¡METHOD � Conducting ¡small ¡scale ¡column ¡tests ¡to ¡simulate ¡treatment ¡ by ¡dolomite � Ensure ¡regular ¡follow-­‑up ¡of ¡phosphorus ¡in ¡the ¡water ¡column � Assess ¡phosphorus ¡removal ¡(dissolved ¡and ¡total ¡amounts) ¡in ¡ the ¡water ¡column ¡ 9 ¡

10 ¡ Material ¡and ¡methods ¡ � Field ¡activities � Characterization ¡of ¡lake ¡water � Laboratory ¡water ¡column ¡tests 10 ¡

11 ¡ Material ¡and ¡methods ¡ Field ¡activities Sampling ¡points ¡localization Based ¡on ¡previous ¡ ¡ studies, ¡the ¡2 ¡points ¡ should ¡have ¡different ¡ P ¡concentrations ¡in ¡ the ¡sediments. ¡ The ¡lake ¡water ¡has ¡ been ¡sampled ¡at ¡3 ¡ depths: ¡ • Surface ¡ • Mid-­‑depth ¡ • Bottom ¡ 11 ¡

12 ¡ Material ¡and ¡methods ¡ Field ¡activities Field ¡measurements WTW ¡field ¡multimeter YSI ¡sensor ¡ Secchi ¡Disk ¡ • pH: ¡Sentix ¡sensor Turbidity ¡measurement ¡ Transparency ¡ • Conductivity: ¡TetraCon ¡sensor measurement ¡ • Oxygen: ¡FDO ¡sensor ¡ 12 ¡

13 ¡ Material ¡and ¡methods ¡ Characterization ¡of ¡lake ¡water After ¡adequate ¡treatments: Alkalinity � Calorimetric ¡titration � Dissolved ¡metals � Heated ¡atomic ¡absorption ¡spectroscopy � Chlorophyll ¡ a � Acetone ¡extraction ¡and ¡measurement ¡using ¡spectrophotometry � Suspended ¡matter � Gravimetric ¡method: ¡filtration ¡and ¡filter ¡weight ¡difference � Soluble ¡phosphorus � Ascorbic ¡acid ¡method ¡with ¡spectrophotometry � Total ¡phosphorus � Ammonium ¡persulfate ¡digestion ¡and ¡spectrophotometry � 13 ¡

14 ¡ Method ¡and ¡material ¡ Column ¡tests � Column ¡preparation Oxic ¡ ¡ Hypoxic ¡ conditions ¡ conditions ¡ ¡ De-­‑ionized ¡water ¡ 25 ¡cm ¡of ¡water ¡ Lake ¡water ¡ Lake ¡water ¡ + ¡Dolomite ¡powder ¡ 25 ¡cm ¡of ¡sediments ¡ Lake ¡water ¡ Unaltered ¡sample ¡ + ¡Dolomite ¡powder ¡ + ¡Crushed ¡dolomite ¡ = ¡24 ¡/ ¡sampling ¡point ¡ 14 ¡

15 ¡ Method ¡and ¡material ¡ Column ¡tests � Column ¡preparation ¡ 25 ¡cm ¡of ¡water 25 ¡cm ¡of ¡sediments ¡ Unaltered ¡sample 15 ¡

16 ¡ Method ¡and ¡material ¡ Column ¡tests � Column ¡preparation Oxic ¡condition Hypoxic ¡condition � ¡3H/day ¡ � ¡Permanent ¡ bubbling Bottle ¡of ¡N 2 16 ¡

17 ¡ Method ¡and ¡material ¡ Column ¡tests � Sampling ¡schedule ¡and ¡parameters ¡analyzed Days ¡ Analyses ¡ Regular ¡analyses: 0 ¡ Regular ¡+ ¡Metals ¡+ ¡Alkalinity ¡ • Potential ¡oxidation-­‑reduction; 1 ¡ Regular • pH; ¡ 2 ¡ Regular • Dissolved ¡O2; • Conductivity; 4 ¡ Regular ¡+ ¡Metals ¡+ ¡Alkalinity • Turbidity; 8 ¡ Regular • Soluble ¡P; 12 ¡ Regular • Total ¡P. 20 ¡ Regular Day ¡4: ¡ addition ¡of ¡dolomite ¡powder 24 ¡ Regular Day ¡8: ¡addition ¡of ¡crushed ¡dolomite 28 ¡ Regular ¡+ ¡Metals ¡+ ¡Alkalinity ¡ 32 ¡ Regular ¡+ ¡Metals ¡+ ¡Alkalinity 17 ¡

18 ¡ Results ¡and ¡discussion ¡ Characterization ¡of ¡the ¡lakewater ¡column Point ¡1 ¡ Point ¡2 ¡ [P] dissolved ¡< ¡10 ¡ppb ¡ [P] dissolved ¡= ¡20.7 ¡ppb ¡ 19.3°C ¡ 23.6°C ¡ [P] total ¡= ¡27.3 ¡ppb ¡ [P] total ¡= ¡115.5 ¡ppb ¡ 103% ¡ 91% ¡ Conductivity ¡= ¡719 ¡μS/cm ¡ Conductivity= ¡746 ¡μS/cm ¡ 15 ¡cm ¡ 10 ¡cm ¡ [P] dissolved ¡= ¡21.9 ¡ppb ¡ [P] dissolved ¡< ¡10 ¡ppb ¡ 19.3°C ¡ 22.3°C ¡ 105% ¡ 82% ¡ [P] total ¡= ¡139.7 ¡ppb ¡ [P] total ¡= ¡26.4 ¡ppb ¡ Conductivity ¡= ¡691 ¡μS/cm ¡ Conductivity ¡= ¡716 ¡μS/cm ¡ 125 ¡cm ¡ 265 ¡cm ¡ 18.3°C ¡ 22.1°C ¡ [P] dissolved ¡< ¡10 ¡ppb ¡ [P] dissolved ¡= ¡31.3 ¡ppb ¡ 73% ¡ 53% ¡ [P] total ¡< ¡10 ¡ppb ¡ [P] total ¡= ¡231.8 ¡ppb ¡ 235 ¡cm ¡ 500 ¡cm ¡ Conductivity= ¡638 ¡μS/cm ¡ Conductivity ¡= ¡574 ¡μS/cm ¡ % ¡= ¡% ¡in ¡dissolved ¡ O 2 ¡ Spectrophotometer: ¡P ¡detection ¡limit ¡ ¡= ¡10 ¡ppb ¡ 18 ¡

19 ¡ Results ¡and ¡discussion ¡ Tests ¡during ¡incubation • pH ¡ • Conductivity • Alkalinity • Soluble ¡ phosphorus • Total ¡phosphorus 19 ¡

20 ¡ Abbreviations Contents ¡of ¡incubation ¡ Oxic Hypoxic core De-­‑ionized ¡water O-­‑N ¡ A-­‑N ¡ Lake ¡water O-­‑L ¡ A-­‑L ¡ Lake ¡water O-­‑LP ¡ A-­‑LP ¡ + ¡Dolomite ¡powder Lake ¡water + ¡Dolomite ¡powder O-­‑LPC ¡ A-­‑LPC ¡ + ¡Crushed ¡dolomite 20 ¡