TALAJJAVÍTÁS HULLADÉKOKKAL

Átírás

1 TALAJJAVÍTÁS HULLADÉKOKKAL (SOILUTIL) Nemzeti Technológiai Program TECH_09-A II. Munkaszakasz Rövid áttekintés A beszámolási idıszak tényleges kezdési és befejezési ideje: Támogatott szervezetek.a. S. A. Magyarország Kft. (.A. S. A.) WEPROT Mérnöki Tervezı és Környezetvédelmi Szolgáltató Kft. (WEPROT) Budapesti Mőszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudományi Tanszék (BME) Magyar Tudományos Akadémia Talajtani és Agrokémiai Kutatóintézet (MTA TAKI) A projekt szakmai vezetıje: Dr. Gruiz Katalin, BME A projekt adminisztratív vezetıje: Erdélyi Attila,.A.S.A. A projekt honlapjának címe: augusztus 31.

2 A SOIlUTIL Projekt második munkaszakaszának összefoglaló ismertetése A második munkaszakaszban folytattuk az információ- és adatgyőjtést, rendszerezést, a kutatások és gyakorlati megvalósulások felmérését Európában és a világon, mind a hulladékok, mind pedig a talajromlási, illetve a talajjavítási és talajremediálási technológiák területén. Kibıvítettük a hulladékadatbázisunkat, és a hasznosítható hulladékok részletes jellemzése mellett helyet adtunk a hulladékok veszélyeinek és kockázatainak, valamint viselkedésének és sorsának a környezetben. 65 olyan hulladékot tettünk az adatbázisba, mely geotechnikai elemek és termesztıközegek létrehozására használható. Így összesen 120-ra nıtt a részletesen jellemzett hulladékok száma az adatbázisunkban: lter=0&sheet_type_filter=36&search=&topic=&sheet_lang_filter=hu A hulladékok azon részét, melyeket a kísérletekben terveztük felhasználni, komplex fizikaikémiai és biológiai-ökotoxikológiai vizsgálatnak vetettük alá vizsgáló laboratóriumainkban. Különös gondot fordítottunk a környezetben való viselkedésre, hiszen a környezetbe kirakva, a talajhoz adva fogjuk ezeket a hulladékokat hasznosítani. Az 1. ábra a hulladék környezeti sorsát és viselkedését meghatározó mérhetı jellemzıket foglalja össze. 1. ábra: a hulladékok környezeti viselkedését meghatározó folyamatok A következı hulladékok jellemzıit szereztük be, illetve foglaltuk könnyen áttekinthetı rendszerbe: 1. Bányászati hulladékok: fémbányászati (Cu, Zn, Pb) hulladékokat: flotációs meddıanyag, mátraszentimrei mállott meddıkızet, bányabérci elırehaladott mállást mutatott meddıanyag, károlytárói meddıanyag, bányaudvari, alig mállott meddıanyag, bányaudvari humuszosodott

3 felülető meddıanyag, felszíni vízi üledékek: kismedri és nagymedri pataküledékek, ülepítı- és tározótavak üledékei, alumíniumbányászat: a vörösiszapok közül vizsgáltuk az Almásfüzitıi vörösiszaptározó anyagát az ajkai vörösiszap 6 különbözı ph-jú és szemcsemérető változatát; ércfeldolgozóipar: adatokat győjtöttünk kétféle gipszhulladékról. 2. Energiaipari hulladékok: az elızı évben részletesen jellemzett pernyék és hamuk mellé újabb energiaipari hulladékok jellemzésére került sor: 6 pernye, hamu és salak 3. Ivóvízkezelési hulladékok: az elmúlt évi két csapadék mellé újabb kettı 4. Szennyvíz és szennyvízkezelésbıl származó hulladékok: újabb 11 konkrét hulladék 5. Élelmiszeripari és mezıgazdasági hulladékok: az elmúlt évben kiterjedt győjtést folytattunk a mezıgazdasági/erdészeti hulladékok területén, érintve már az élelmiszeripart is, idén további 11 hasznosítható hulladékról győjtöttünk adatot. A KÖRINFO tudásbázisban létrehoztuk a hulladékokra vonatkozó információk rendszerét, valamint a talajromlási folyamatokat bemutató képtárakat és e-tanfolyamokat. Tudásbázisunkban jelenleg az alábbi adatmennyiség érhetı el hulladékokkal kapcsolatban: Lexikon: hulladék: 180 címszóban; talaj: 470 címszóban szerepel. A lexikonhoz ABCszerinti és kibıvített keresési lehetıség tartozik címszóban és tartalomban. Adatlapos adatbázis: 15 db technológia és 120 hulladék Képtár magyarázattal: Hulladék: 40 alképtár több száz képhez csatolt információval Talaj: kb.100 alképtár több száz képhez csatolt információval E-tanfolyam: Hulladék: 55 db Talaj: 120 db Térképtárak: Hulladék: interaktív térképek információval Talaj: 42 db talajtérkép és egy áttekintés az internetes talajtérkép elérhetıségekrıl valamint az interaktív térképek A hulladék-specifikus információk az alábbi linkeken érhetıek el: A SOILUTUIL Projekt központi kérdése és projekt egyik célja a fenntartható talajhasználat, Ez az egész világon elıtérbe került miután mindenütt észleleték a talajok romlási folyamatait. A talajok esetében az antropogén hatások elsı helyen szerepelnek. A direkt hatások között szerepelnek a hosszútávon nem megfelelı agrotechnikák, melyek következményeképpen a talaj tömörödik, szikesedik, szervesanyag-tartalma csökken, savanyodik, sivatagosodik, eródeálódik. Egy másik azonosított ok, a talaj egyre nagyobb részének lefedése burkolatokkal. Általános probléma a talaj erıforrásainak nagyobb mértékő kihasználása, mint amennyi pótlódni képes. A direkt hatásokon kívül jelentısek az indirekt hatások, a savas esık, a globális felmelegedés, melyek a savanyodáshoz, a szervesanyag-tartalom csökkenéséhez, sivatagosodáshoz, a növénytakaró és a termıréteg elvékonyodásához, majd erózióhoz, általános talajromláshoz vezetnek. Az 2. és 3. ábra európai és magyarországi talajromlási térképeket mutat. A SOILUTIL projekt szempontjából két fontos következtetésre jutottunk: 1. csak annyira terhelni a talajt, amennyit a talaj képes feldolgozni, illetve feldolgozóképességét annyira megnövelni, hogy képes legyen a

4 terhelést elviselni 2. annyit kivenni a talajból, amennyit vissza is forgatunk. Mindkét fıszabály alapja az anyagmérleg és a kockázatszámítás. 2. ábra: Európai talajtérkép: szervesanyag tartalom 3. ábra: Magyar talajromlási térképek: környezeti érzékenység (kockázat) és az erózió kockázata További talajkockázati térképeket találhatunk az alábbi linkeken. Ezek a térképek megadják, hogy Magyarország mely területei szorulnak talajjavításra és azt is hogy milyen problémák miatt. Ezek a területek lesznek a talajjavításra alkalmas hulladékok felvevıi. Kísérleti fejlesztéseink két témára koncentráltak: tápanyag- és szervesanyaghiányos leromlott talajok, romtalajok, talajszerő hulladékok javítása, illetve ezekbıl termesztıközegek létrehozása és geotechnikai elemek elıállítása hulladékból. Szervesanyagpótlás: Magyarországon képzıdı hulladékok nagy része jelentıs szervesanyagtartalommal bír, ilyenek a szennyvíziszapok, az erdészeti- és mezıgazdasági hulladékok, melyekbıl különbözı többlépcsıs vagy egyszerő technológiai folyamatok során megfelelı minıségő mezıgazdasági vagy rekultivációs célra felhasználható termıközeg állítható elı. Elemeztük a termıközegek létrehozásához felhasználható hulladékok körét: lakossági- és ipari szennyvíziszapok, mezıgazdasági/lekaszált fő, gally, sövény nyesedék, avar, friss fa/ és élelmiszeripari hulladékok, trágyák. Ezeket adatbázisunkban is nagy számban szerepeltetjük. Az

5 alkalmazható technológiákat (aerob- és anaerob stabilizálás, komposztálás, meszes kezelés, idıszakos tárolás) mind a termékek minısége, mind a technológiák üzemeltetési költségei alapján összehasonlítottuk. Komposztot az ASA telephelyén összegyőlt hulladékokból készítettünk szabadföldi felhasználásra (4. ábra). 4. ábra: Komposztkészítés rekultiváció célra az ASA által győjtött hulladékokból A saját gyártású komposztot kisparcellás kísérletekben vizsgáltuk, egyrészt fedésre használt terméketlen hulladéktalajok szervesanyag- és tápanyagpótlására, másrészt termesztıközegek elıállítására. Geotechnikai elemek, konstrukciók kialakítására jól használhatóak például inert építési és bontási hulladékok, hamuk és salakok, szennyvíziszapok és üveghulladékok. Az alkalmazási példákat tanulmányban győjtöttük össze. Geotechnikai konstrukciók nagy részénél valamilyen hagyományosan alkalmazott alkotóelemet, pl. homok, cement helyettesítenek hulladékokkal, de a hulladékok rendelkezésre állása újszerő, kreatív megoldásokat is eredményez, például a gumiabroncsok felhasználása rugalmas burkolatok készítésére. Lerakók izolálására, kapilláris rétegek kialakításához használhatóak beton és téglahulladékok. A rétegsor kapilláris gátból és kapilláris vezetı rétegbıl áll. Elıbbi szerepe, hogy megakadályozza a lerakóról a nedvesség felszivárgását a takarórétegbe, míg az utóbbi esetén cél a jó víztartó képesség (5. ábra) 5a. ábra Kapilláris gát beton törmelékbıl 5b. ábra kapilláris gát tégla törmelékbıl 5. ábra: Geotechnikai elemek inert hulladékból: kapilláris gát laboratóriumi liziméterben

6 A hulladék beton útépítések alapanyagaként és szerkezeti töltıanyagként is hasznosíthatóak. Égetésbıl származó, puzzolán aktivitással rendelkezı pernyék és salakok cement helyettesítésére alkalmazhatóak. Agyaggal keverve hulladéklerakókat szigetelı válaszfalrendszer részeként is használhatóak. Kezelt szennyvíziszapokat rézsőkön alkalmaznak elıszeretettel erózió gátlására, a növénytakaró kialakulásának elısegítésére. A hulladéküveg alkalmas homok helyettesítésére betonban, habosított formában rézsők eróziójának gátlására használható. Laboratóriumi kísérletek eredményei Biomassza tüzelésbıl származó hamumaradék hatása fémmel szennyezett, savanyú és tápanyaghiányos talajra A biomassza tüzelésébıl származó hamumaradék a kísérletek során sikeresnek bizonyult a talaj ph-jának lúgos irányba való eltolására, a talaj tápanyagtartalmának (foszfor és kálium) növelésére, valamint a mobilis fémfrakciók stabilizálására is. Az eredmények azt mutatják, hogy a hamumaradék 1%-ban történı alkalmazása mindhárom talajprobléma által okozott kockázatot képes csökkenteni anélkül, hogy az adalékanyag alkalmazása maga kockázatot jelentene. A 3%- os és 5%-os bekeverés során a Sinapis alba tesztorganizmusra a fahamu már jelentıs (30 50%) gátló hatást mutatott (6. ábra). Gátlási % 150,0 100,0 50,0 0,0-50,0-100,0-150,0-200,0-250,0-300,0-350,0 0% 1% 3% 5% a b c d 6. ábra: A hamumaradék kezelés hatása a gyökér növekedésére gátlási %-ban kifejezve a: szennyezetlen savanyú homok, b: Pb és Zn sóval szennyezett savanyú homok, c: bányameddıvel szennyezett vályogtalaj, d: szennyvíziszappal szennyezett vályogtalaj Vörösiszap hatása a talajra Ahogy azt már korábbi vörösiszapos kísérleteinkben is tapasztaltuk, a vörösiszap kis (5 10%) koncentrációban határozottan serkenti a talajmikroorganizmusok növekedését. Az olyan vörösiszap esetén, amelyben nincsenek toxikus fémek, és a fı kockázati tényezı a lúgosság, illetve a nagy Na-tartalom, toxikológiai szempontból 20% körül van a még tolerálható mennyiség határa. Nem lúgos vörösiszapoknál ez a határ 20% feletti érték is lehet. A kis koncentrációban alkalmazott vörösiszap (1 5%) serkenti a talajmikroorganizmusokat, tápanyagszegény talajokban a növénynövekedést, homokos talajban pedig a talajtextúrát is javítja (7. ábra). Szennyezett talajokban segíti az ionos fémek immobilizálását (stabilizálását), ezzel csökkenti azok vízoldhatóságát és vízzel történı transzportját, valamint a biológiai felvételt, a növényekbe való bekerülés kockázatát.

7 7. ábra: A talajban mért aerob heterotróf sejtszám és vörösiszap-koncentrációja közötti összefüggés 0 100%-os bekeverési arányok mellett Vörösiszap hatása a talaj szikesedésére A talajba került vörösiszap szikesedésre hajlamosító hatását vizsgáló mikrokozmoszok erısen pesszimista szcenáriókat jelenítenek meg. Ebben a kísérletben az derült ki, hogy szélsıséges körülmények (magas talajvíz, intenzív párolgás és magas hımérséklet) esetén vörösiszap 10%- os koncentrációban jelentıs, de már 5%-os koncentrációban is kimutatható szikesedési folyamatokat indít meg: a kapilláris vízemelés a szennyezetlen kontrolhoz képest 50%-ra csökkent, a talajok víztartóképessége 20 50%-os emelkedést mutatott. Az egy hónapos kísérlet végére a Sinapis alba gyökér- és szárnövekedési tesztben 50%-os gátlást figyeltünk meg a kontrollhoz képest, és a vörösiszappal szennyezett talajok a Vibrio fischeri lumineszcenciagátlási tesztre is toxikusnak bizonyultak. Vörösiszappal szennyezett talajok szabadföldi monitoringja 5% vörösiszaptartalom mellett rövidtávon (fél év) nem mutatott szikesedésre utaló jegyeket, ez összefügg azzal, hogy a szabadföldön nagymértékő Naiontartalom csökkenést mértünk, vagyis a talajvíz kimosta és elvitte a talajba beszivárgott Naionokat. Liziméteres kísérletben a vörösiszapból származó Cr és Ni mellett a lúgosság növekedésével a talajból mobilizálódó Mo, és Se ionokat is detektáltuk. Ugyanakkor mobilizálódtak a foszforvegyületek is, ami javította a növényi tápanyagellátottságot, így a növénynövekedés serkentését mérhettük a kísérlet toxikológiai monitoringja során. A talajmikroorganizmusokat is serkentette a talajba kevert vörösiszap. Egyik tesztorganizmus sem mutatott megnövekedett toxicitást. A Na-ionok a modell esıvízzel néhány hónap leforgása alatt kimosódtak a talajoszlopból, a liziméter-oszlopba töltött talaj nem kezdett el szikesedni (8. ábra). 8. ábra: Vörösiszap hatása a talaj Na-tartalmára liziméteres kísérletben

8 A vörösiszapos kísérleti eredmények tehát igen reménykeltıek, hiszen toxicitás 10% vörösiszap bekeverésig nem jelentkezik, az elızı évben kimért hatékony toxikus fém stabilizálási képességgel együtt azt jelenti, hogy savanyú talajok ph-jának normalizálása, túl laza, finom szemcseméretfrakciót nem vagy nem elegendı mennyiségben tartalmazó talajok textúrájának kialakítása és mozgékony, vízoldható kationos formájú fémek stabilizálása vörösiszap adagolásával elérhetı a talajban. A szikesedés folyamatát kell tovább vizsgálni, hogy megtaláljuk azt a határt, ami még hosszú távon sem jelent szikesedési kockázatot a talajban. Meg kell jegyezni ugyanakkor, hogy a vörösiszapot talajjavításra nem híg lúgos oldat formájában alkalmazzák (ahogy ez a balesetkor a talajra került vörösiszap esetében fennállt és a mi kísérleteinkben is szerepelt), hanem a tározókban beszikkadt, illetve ma már döntıen száraz technológiából kikerült, tehát lúgmentes vagy kis lúgtartalmú vörösiszapokat. Tehát a kockázatot adó és a felhasználást korlátozó lúgosság és a Na-ionok nagyobb része nem veszélyezteti a talajt. A technológiai kísérletek monitoringja A talajra alkalmazott hulladékok felméréséhez és talajra alkalmazásukat követı monitoringjuk során mindig integrált felmérést, illetve monitoringot alkalmazunk. Ez azt jelenti, hogy a hagyományos fizikai-kémiai felmérési és monitoring-módszereket kiegészítjük a hatások mérésével. A hatások között mind a pozitív, serkentı, javító hatásokat, mind pedig a káros, toxikus, gátló hatásokat mérjük. Kidolgoztuk az integrált monitoring módszert leromlott, illetve hulladékkal javított talajokra, termesztıközegekre és geotechnikai elemekre, valamint a vörösiszap környezetre gyakorolt hatásának felmérésére üledék- és talajminták esetében. Integrált monitoring metodikát dolgoztunk ki talajszikesedés vizsgálatára is. Ennek érdekében eddig nem alkalmazott mikrobiológiai és növényi toxicitát mérı teszteket és a talajtextúra jellemzését is bevontuk a tesztek körébe. A káros hatások mellett nagyobb hangsúlyt fektettünk a hulladékok környezetben való viselkedésének jellemzésére, idısorok felvételére. Növényi bioakkumulációs tesztet vezettünk be szennyezett talajokból való növényi felvétel mérésére. A laboratóriumban alkalmazott integrált technológiamonitoringot több kísérletben is verifikáltuk. A szabadföldi kísérletek követésére módosítottuk a monitoring-eljárást, kiegészítettük a szabadföldön növı növények mennyiségi és minıségi vizsgálatával és elhagytunk néhány szabaföldön nem releváns módszert (9. és 10 ábra).

9 9. ábra: Bekeveréses és szikesedést vizsgáló mikrokozmosz-kísérletek monitoringja 10. ábra: Integrált felmérési és monitoring metodika szabadföldi tesztelésre

10 Szabadföldi pilot kísérletek eredményei A tápanyag- és humuszhiányos hulladék talajok javítására beállított és termesztıközeg létrehozására vonatkozó kísérletek eredményei azt mutatják, hogy a felhasznált adalékanyagok egyike sem toxikus. A kezelések hatására nıtt a kezelt talaj, illetve a termesztıközeg alapját adó inert hulladék szervesanyag-tartalma, a szervetlen tápanyagok mennyisége és a sejtszám illetve a biomassza tömeg is. Az adalékanyagok közül általában a háromféle (nyers, rothasztott és komposztált) szennyvíziszap keveréke kombinálva a biomasszatüzelésbıl származó fahamuval bizonyult a leghatékonyabbnak. A szabadföldi eredmények azt mutatják, hogy az adalékanyagok közül önmagában csak pernyét alkalmazó kezelés viszonylag gyenge eredményt adott erre a hulladék-talajra, növényborítottsága nagyjából az NPK-mőtrágyával kezelt kontrolléval megegyezı volt. A szerves hulladékkal, illetve a szerves hulladékkal + pernyével kezelt parcellákban azonban mind a talaj összetételében, mind a biomassza-növekményben jelentıs javulást tapasztaltunk. A szabadföldi kísérletek alapján a mikrokozmosz kísérletek eredményei validálhatóak, az elıkísérletekben kiválasztott adalékok meghozták a várt pozitív hatást: a több éve terméketlen hulladék megindult a talajjá alakulás útján és a növényzet képes volt kifejlıdni rajta (11. ábra). 11. ábra:.a.s.a. gyáli hulladéklerakójának kísérleti parcellái különbözı idıpontokban