Aluminum toxicity and ecological risk assessment of dried alum residual into surface water disposal

Author： Mortula Maruf Bard Shannon M. Walsh Margaret E. Gagnon Graham A.

ISSN： 1208-6029

Source： Canadian Journal of Civil Engineering, Vol.36, Iss.1, 2009-01, pp. : 127-136

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Abstract

This paper presented a simplified ecological risk assessment of the toxicity of alum residuals from water treatment plants to surface water that is based on the framework recommended by United States Environmental Protection Agency (USEPA). Though few studies have investigated the potential for increased aluminum toxicity with discharge of alum residual streams to the aquatic environment, none have explored the use of ecological risk assessment methodologies to gain additional insight into the potential risk. This systematic approach has been used to elucidate the process of aluminum toxicity from oven-dried alum residuals on aquatic habitats. A laboratory experiment was performed to assess the leaching of dried alum residuals to five lake water samples. The tests were also done to evaluate the effect of pH levels (4, 5.5, and 7) and drying mechanism of alum residual (oven, air or freeze-thaw). Total inorganic aluminum leaching from laboratory analysis was used along with toxicity reference values to determine a risk quotient (RQ) for assessment of risk. Results revealed that alum residuals in surface water could reduce aluminum concentration or potential risk (RQ) for fish in some lake waters at natural pH levels. Surface water pH and drying mechanism of alum residuals did not have considerable effect on leachability of aluminum. Lake waters with and without the addition of alum residual showed a potential risk for chronic sub-lethal toxicity for trout species. Both chronic and acute lethal toxicity was observed in some tests depending on the initial aluminum concentrations in the lake water. A detailed review of toxicological effects of aluminum, its exposure and bioaccumulation was studied for appropriate risk assessment.Cet article présente une évaluation simplifiée des risques écologiques de la toxicité de résidus de sulfates d’aluminium des usines de traitement des eaux pour les eaux de surface; cette évaluation est basée sur le cadre recommandé par la USEPA. Bien que peu d’études aient examiné le potentiel d’augmentation de la toxicité causée par l’aluminium avec la décharge de ruisseaux de résidus de sulfates d’aluminium dans le milieu aquatique, aucune étude n’a exploré l’utilisation de méthodes d’évaluation des risques écologiques afin de mieux connaître les risques potentiels. Cette approche systématique a été utilisée pour élucider le processus de la toxicité sur les habitats aquatiques causée par l’aluminium provenant de résidus de sulfates d’aluminium séchés au four. Une expérience en laboratoire a été réalisée pour évaluer la lixiviation de résidus de sulfates d’aluminium séchés dans cinq échantillons d’eau de lac. Des essais ont également été réalisés pour évaluer l’effet du pH (4, 5,5 et 7) et du mécanisme de séchage des résidus de sulfates d’aluminium (four, air ou gel-dégel). La lixiviation totale de l’aluminium inorganique lors d’une analyse en laboratoire a été utilisée en conjonction avec les valeurs de référence en toxicité afin de déterminer un quotient de risque servant à l’évaluation des risques. Les résultats ont montré que les résidus de sulfate d’aluminium dans les eaux de surface pourraient réduire la concentration d’aluminium ou le risque potentiel pour les poissons dans certaines eaux de lac à des pH naturels. Le pH des eaux de surface et le mécanisme de séchage des résidus de sulfates d’aluminium n’avaient aucun impact significatif sur la lixiviabilité de l’aluminium. Les eaux de lac, avec ou sans ajout de résidus de sulfates d’aluminium, ont montré un risque potentiel de toxicité chronique grave mais non mortelle pour les espèces de truites. Des toxicités mortelles chronique et aiguë ont été remarquées dans certains essais selon les concentrations initiales d’aluminium dans les eaux de lac. Une étude détaillée des effets toxicologiques de l’aluminium, de son exposition et de la bioaccumulation a été entreprise pour déterminer l’évaluation appropriée des risques.