SZENNYEZETT TERÜLETEK

Átírás

1 SZENNYEZETT TERÜLETEK KÖRNYEZETI KOCKÁZATÁNAK FELMÉRÉSE 1 Dr. Feigl Viktória Dr. Molnár Mónika, Dr. Gruiz Katalin BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudományi Tanszék Környezeti Mikrobiológia és Biotechnológia Kutatócsoport, vfeigl@mail.bme.hu A környezetvédelem alapjai,

2 ELŐADÁS TEMATIKA Vegyi anyagok a környezetben, veszély és kockázat Környezeti kockázatfelmérés Esettanulmány: Az ajkai vörösiszap katasztrófa környezeti hatásának felmérése Környezettoxikológia 2

3 VEGYI ANYAGOK GYÁRTÁSA Növekvő tendencia a világ minden részében! Forrás: United Nations Environment Programme,

4 VESZÉLY KOCKÁZAT Vegyi anyag Környezeti minták szennyezett környezet Veszélyessége: kémiai szerkezetéből adódó immanens tulajdonság Mindent ami problémát okoz meg kell ismerni!! Vegyi anyag kikerül a környezetbe Vegyi anyagok tesztelése KOCKÁZATMENEDZSMENT Vegyi anyag kockázata a környezettel való kölcsönhatás révén nyilvánul meg 4

5 SZENNYEZŐFORRÁSOK TÍPUSAI Szennyezés eredete szerint: Természetes eredetű források (vulkáni eredetű, ásványi eredetű stb.) Emberi eredetű (antropogén) források Szennyezőforrás mérete szerint: Pontszerű szennyezőforrások (pl. ipari emisszió, hulladéklerakók stb.) Diffúz szennyezőforrások (kiülepedés a légkörből, műtrágyák használata stb.) 5

6 A TALAJ SZENNYEZETTSÉG FŐBB FORRÁSAI EURÓPÁBAN (2014-ES ADATOK) A talajszennyezés főbb lokális forrásai Átlag (22 ország) (%) Hulladék lerakás és kezelés 38,1 Ipari és kereskedelmi tevékenység 34,0 Tárolás 10,7 Egyéb 8,1 Szállítási balesetek 7,9 Hadászat 3,4 Nukleáris tevékenység 0,1 6

7 SZENNYEZŐANYAGOK A TALAJBAN Toxikus nehézfémek (Pb, Cd, Ni, Hg, Cu, Zn) Ásványolaj és ásványolajtermékek Policiklikus aromás szénhidrogének (PAH) Aromás szénhidrogének (BTEX: benzol, toluol, etilbenzol, xilol) Fenolok Klórozott szénhidrogének, poliklórozott bifenilek (PCB) és egyes származékaik Cianidok EU European Environment Agency felmérése (2011) Hasonló adatok felszíni vizekre és talajvízre! 7

8 AZ AJKAI VÖRÖSISZAP KATASZTRÓFA KÖRNYEZETI HATÁSAINAK FELMÉRÉSE Fókuszban: a felszíni vizek üledéke és a talaj PÉLDA A KÖRNYEZETI KOCKÁZAT FELMÉRÉSÉRE ESETTANULMÁNY: 8

9 AJKAI KATASZTRÓFA OKTÓBER 4. 9

10 NÉHÁNY ADAT A KATASZTRÓFÁRÓL m 3 13-as ph-jú vörösiszap áradása 10 halálos áldozat, 60 sérült 3 elárasztott falu: Kolontár, Devecser, Somlóvásárhely Több, mint ezer hektár mezőgazdasági terület 10 km-en a Torna-patak völgyében Torna, Marcal, Rába, Mosoni-Duna szennyeződése 10

11 A VÖRÖSISZAP Timföldgyártás mellékterméke (Bayer eljárás), nagy vastartalmú, jellegzetes színű ph értéke között változik, erősen lúgos, maró hatású Fő összetevői: vas-, alumínium-, szilícium-, titán-, nátrium- és kalcium-oxidok, fémek: Na, K, Cr, V, Ni, Ba, Cu, Mn, Pb, Zn, stb. Nagy fajlagos felület: 10 m 2 /g. Apró szemcseméret: 90% <75 µm, átl. <10 µm Nedvességtartalma átl % 11

12 SZENNYEZŐ- FORRÁS A KÖRNYEZETI KOCKÁZAT KIALAKULÁSA TERJEDÉSI ÚT HATÁSVISELŐ / EXPOZÍCIÓ jelenlegi oldott szennyezőanyag csóva feltételezett csóva Környezeti kockázat akkor alakulhat ki, ha a szennyezőanyagok a vízzel- vagy a levegővel történő terjedés útján vagy direkt kontaktus révén (pl. a szennyezett talaj közvetlen lenyelésével) a hatásviselők (élőlények vagy ember) expozícióját okozzák. A környezeti kockázat az ökoszisztéma, illetőleg az emberi egészség romlásának, károsodásának várható mértéke és bekövetkezési valószínűsége. Forrás: BGT Hungária Kft. 12. kép

13 13

14 AZ AJKAI VÖRÖSISZAP KATASZTRÓFA HATÁSA A FELSZÍNI VIZEK ÜLEDÉKÉRE AZ ÜLEDÉKEK VIZSGÁLATA 14

15 A VÍZFOLYÁSOK ÉRINTETTSÉGE Torna Marcal Rába Mosoni-Duna Torna és Marcal (ph = 12) élővilága teljesen kipusztult, 10 alatti ph Mosoni-Dunában Beavatkozások azonnali: gipsz és ecetsav adagolása Vörösiszap és gipsz kiülepedett a folyóvízi üledékben (finom szemcseméret) 15 A vörösiszap terjedési iránya (MTI)

16 VÍZFOLYÁSOK ÉRINTETTSÉGÉNEK VIZSGÁLATA ANGOL KUTATÓKKAL EGYÜTTMŰKÖDVE Kolontár, gát, Gáttól érkező víz a Tornába 16 Torna a Marcalba Marcal

17 ÜLEDÉKMINTÁK Gipsz adagoló pont Marcal üledéke 17

18 A SZÁRÍTOTT ÜLEDÉKMINTÁK 18

19 A MINTÁK TIPIZÁLÁSA Probléma: a referenciaminták nem reprezentálhatnak egy egész folyószakaszt Tipizálás alapja: indikátor elemtartalmak Vörösiszapos : kics. Na>600 mg/kg Gipszes : össz. S>2000 mg/kg Kevéssé szennyezett (egyik vagy másik anyag által) Referencia (torkolatok felvizéről) kics. Na össz. S ph mg/kg mg/kg - T2 (REF) 16,2 139,1 8,81 T ,7 9,06 T ,22 T ,5 8,66 T ,7 9,12 M1 (REF) 60,2 155,4 9,05 M2* ,2 9,88 M ,8 8,67 M ,2 8,35 M6* ,7 8,51 M ,1 8,39 M ,1 8,81 M9 37,2 2897,4 8,16 M10 95,2 4965,5 7,98 M ,4 8,31 R1 (REF) 50,3 457,9 8,26 R2 80,4 595,1 8,41 MD ,7 8,14 19

20 ÜLEDÉKMINTÁK KÉMIAI ANALÍZISÉNEK EREDMÉNYEI Marcalban: megnövekedett Al, As, V és Mo koncentráció 2 km-en belül a forrástól: Cr, Ga, Ni (ph <13.1) Határérték feletti mennyiségek: Torna-patak és a Marcal felső része As, Cr, Ni, V a reziduális fázishoz kötve immobilis Néhány kiülepedési forró ponton As, Cr, V gyenge savasan extrahálható William M. Mayes, Adam P. Jarvis, Ian T. Burke, Melanie Walton, Viktória Feigl, Orsolya Klebercz and Katalin Gruiz: Dispersal and attenuation of trace contaminants downstream of the Ajka bauxite residue (red mud) depository failure, Hungary, Environmental Science & Technology, 45 (12), ,

21 A GIPSZADAGOLÁS HATÁSÁNAK VIZSGÁLATA Sav és gipsz adagolása a folyóvízbe: ph csökkentése és a lúgos ph-n mobilis oxianionok mobilitásának csökkentése Másodlagos karbonátok kialakulása: As, Cr és Mn megkötése A gipszadagolás által leginkább érintett területeken 36%-a a C-nek az atmoszférából származott: CO 2 megkötés! Renforth, P., Mayes, W.M., Jarvis, A.P., Burke, I.T., Manning, D.A.C. and Gruiz, K.: Contaminant mobility and carbon sequestration downstream of the Ajka (Hungary) red mud spill: The effects of gypsum dosing, Science of the Total Environment (2012)

22 AZ ÖKOSZISZTÉMÁRA GYAKOROLT HATÁS VIZSGÁLATÁNAK EGYIK ESZKÖZE: A KÖRNYEZETTOXIKOLÓGIA A környezettoxikológia a vegyi anyagoknak az ökológiai rendszerek szerkezetére és funkciójára gyakorolt (káros) hatását vizsgálja és ebből igyekszik előrejelzést adni a teljes ökoszisztémára (része az ember). Teljes ökoszisztémák minden részletére kiterjedő vizsgálata nem lehetséges, ezért kiválasztott, jellemző fajok vagy laboratóriumi tesztorganizmusok válasza alapján következtetünk az ökoszisztéma egészére

23 EGY FAJT ALKALMAZÓ KÖRNYEZETTOXIKOLÓGIAI TESZTEK - PÉLDÁK KÖRNYEZETTOXIKOLÓGIA 23

24 ALIIVIBRIO FISCHERI BIOLUMINESZCENCIA GÁTLÁSI TESZT Tesztorganizmus: Aliivibrio fischeri Tengeri baktérium, fényt emittál A kurtafarkú tintahal hordozza a Aliivibrio fischeri-t az úgynevezett "fényszervben". A teszt elve a Aliivibrio fischeri által emittált lumineszcens fény detektálása; toxikus anyagok jelenlétében a fényemisszió csökken. Kurtafarkú tintahal Euprymna scolopes Baktériumszuszpenzió mikroszkópos képe (fluoreszcens festett sejtek) Folyadék kultúra jól megvilágított helyen Folyadék kultúra sötétben 24

25 KONCENTRÁCIÓ-VÁLASZ ÖSSZEFÜGGÉS Szigmoid görbe NOEC LOEC EC20 EC50 EC 10, EC 20, EC 50, EC 90 = hatásos koncentráció (Effect Concentration), mely a mérési végpont 10, 20, 50, 90%-os csökkenését okozza NOEC = (No Observed Effects Concentration), az a legnagyobb koncentráció, amelynek 25 nincs megfigyelhető hatása LOEC = (Lowest Observed Effects Concentration) az a legkisebb koncentráció, amelynek hatása már megfigyelhető

26 VÍZIBOLHA (DAPHNIA MAGNA) TESZT Daphnia magna tesztorganizmus Akut teszt Daphnia magna immobilitási teszt (ISO 6341:1996, OECD 202), óra Daphnia magna szívritmus teszt B3q4&feature=related Krónikus teszt Daphnia magna reproduktivitási teszt (ISO 10706:2000, OECD 211), 21 nap 3Y 26

27 BÉKALENCSE (LEMNA MINOR) TESZT A békalencsék a víz felszínén úszó egyszikű, lágyszárú vízinövények. Ritkán virágoznak, általában testük sarjadzásával szaporodnak. Mérés végpontja: levélkeszám, ép, zöld levélrészek területe, klorofill tartalom (etanolban extrahálva, mérés: spektrofotométer) 27

28 Fehér mustár NÖVÉNYI BIOTESZTEK Sinapis alba réz-oldatban, növekvő koncentráció balról jobbra Alkalmazott tesztnövények: fehér mustár (Sinapis alba), kerti zsázsa (Lepidium sativum), retek (Raphynus sativus), búza (Triticum aestivum), angolperje (Lolium perenne) stb. A növényi magokat közvetlenül a talajba ültetjük direkt kontakt a növényi gyökerek és a talaj között, vagy 28 szűrőpapírra mért tesztoldatra/vízmintára.

29 FOLSOMIA CANDIDA MORTALITÁSI TESZT A Folsomia candida (Collembola) az ugróvillások rendjébe tartozó, ősi rovar. Apró (3 4 mm hosszú) fehér állatkák. Talajban élnek (m 2 -enként ~ állatka). Fontos szerepük van a talajfunkció fenntartásában Hasi tömlővel lélegeznek, talajgőzökre érzékenyen reagálnak Illékony szerves szennyezőanyagokra érzékenyek. Mérési végpont: pusztulás (akut), utódok száma (reprodukciós) issouri.edu 29 Kifejlett állat petékkel Kifejlett egyedek fiatal állatokkal Kifejlett Collembola

30 TOXICITÁSI TESZTEK EREDMÉNYEI AZ ÜLEDÉKMINTÁKRA Az értékelés elve Skálázás toxicitási indexek alapján: a viszonyítási alap az adott teszten legkevésbé gátló minta (100%: leginkább gátol) Levonható következtetések Aerob heterotróf összsejtszámnál anomália! Aliivibrio fischeri és Lemna minor: csak vörösiszapszennyezettségre érzékenyek Sinapis alba és Heterocypris incongruens: vörösiszap- és gipszszennyezettség egyaránt érzékenyek A kevéssé szennyezett minták toxicitása a tesztek többségén nem jelentősen nagyobb a referenciamintákénál Heterocypris incongruens A mintatípusok átlagos relatív toxicitása a tesztekben Lemna minor "vörösiszapos" aerob heterotróf összsejtszám 100,0 80,0 60,0 40,0 20,0 0,0 "kevéssé szennyezett" "gipszes" "referencia" Vibrio fischeri Sinapis alba szár Orsolya Klebercz, William M. Mayes, Áron Dániel Anton, Viktória Feigl, Adam P. Jarvis, Katalin Gruiz: Ecotoxicity of fluvial sediments downstream of the Ajka red mud spill, Hungary, Journal of Environmental Monitoring, 14 (8), , 2012 Aliivibrio 30

31 AZ AJKAI VÖRÖSISZAP KATASZTRÓFA HATÁSA AZ ELÁRASZTOTT KISKERTI ÉS MEZŐGAZDASÁGI TALAJOKRA A TALAJ VIZSGÁLATA 31

32 TALAJOK VÖRÖSISZAP BORÍTOTTSÁGA MINTAVÉTELI HELYSZÍNEK Somlóvásárhely Szántók Mintavételi parcellák Gátszakadás V3-jelű minták Devecser V2-jelű minták Kolontár 32

33 ELÁRASZTOTT TALAJOK ÁLLAPOTÁNAK FELMÉRÉSE MINTAVÉTELEK 33

34 Integrált monitoring módszeregyüttes vörösiszappal szennyezett terület felméréséhez Talajminták vizsgálata Fizikai tulajdonságok Talajmikroflóra aktivitása Kémiai tulajdonságok Biológiaiökotoxikológiai tulajdonságok Toxicitás Arany-féle kötöttség Szárazanya g-tartalom ph Humusztartalo m Aerob heterotróf sejtszám lemezöntéses eljárással FDA fluoreszcein hidrolízis Bakteriális toxicitás: Aliivibrio fischeri lumineszcencia-gátlás Növényi toxicitás: Sinapis alba (kétszikű) növekedésgátlás Iontartalom Szubsztráthasznosít ás BIOLOG Ecoplate Állati toxicitás: Folsomia candida mortalitás teszt Makrotápelem -tartalom Toxikus elemtartalom Aerob és anaerob sejtszám határhígításos eljárással 34

35 0-5 cm 5-10 cm cm cm 0-5 cm 5-10 cm cm cm 0-5 cm 5-10 cm cm cm 0-5 cm 5-10 cm cm cm ph Na tartalom (mg/kg) KÉMIAI MÉRÉSEK EREDMÉNYEI ELÁRASZTOTT KERTEK A kertekben vett átlagminták ph értékei 0-5 cm 5-10 cm cm cm Na-tartalom a kertekben vett átlagmintákban V01 kontroll V2-MF1A Kolontár, 5cm vi V2-MF2A Kolontár, 8cm vi V3-MF2A Devecser cm vi

36 KÉMIAI EREDMÉNYEK TOXIKUS FÉMTARTALOM Toxikus fémtartalom határérték alatti - 6/2009 (IV. 14.) KvVM-EüM-FVM együttes rendelet Kerteknél kivéve: Se és As Feltételezés: nem a vörösiszappal összefüggő szennyezettség, lúgos közegben történő mobilizáció As magyar határérték: 15 mg/kg, helyszínspecifikus: 25 mg/kg Se magyar határérték: 1 mg/kg, Eu: 3 mg/kg ez alatti értékek Szántóknál kivéve: Cr, Ni, As A határérték kétszeresét nem érik el nem kockázatos 36

37 ÖSSZEFOGLALÁS - ÖKOTOXIKOLÓGIAI ÉS BIOLÓGIAI EREDMÉNYEK A talaj mikroflóráját nem gátolja a vörösiszap borítottság Kertek A trófikus szinteknél egyedül a növényteszt mutatott ki (kismértékű, kb.15%-os) gátlást Szántók Vörösiszappal együtt vett mintáknál mindhárom trófikus szintről származó tesztorganizmussal van gátlás (A. fischeri 25%, S.alba 15 20%, Collembola 5 10%) Vörösiszap eltávolítása után vett mintáknál a A. fischeri (15%) és a S. alba (5 10%) mutatott ki gátlást 37

38 VÖRÖSISZAP BEKEVERÉSES MIKROKOZMOSZ KÍSÉRLET 38

39 ph A TALAJ PH-JÁNAK VÁLTOZÁSA A VÖRÖSISZAP-TARTALOM FÜGGVÉNYÉBEN A talaj ph-jának változása a vörösiszap-tartalom függvényében 13,00 12,50 12,00 11,50 11,00 10,50 10,00 9,50 9,00 8,50 8, Vörösiszap koncentráció [%] 39

40 Pusztulási és gátlási % KÖRNYEZETTOXIKOLÓGIAI TESZTEK Gátlási illetve pusztulási %-ok a ph függvényében % és 10% bekeverés Folsomnia Folsomia candida pusztulási % Sinapis alba alba csírázás gátlási % ph Vibrio Aliivibrio Fischeri fischeri biolumineszcencia gátlási % 40

41 KÖVETKEZTETÉSEK 10% alatt nem tapasztalható, ill. elfogadható gátlás 20 30%-os tartományban azonban számottevő Remediáció: 3 4 cm-s vörösiszap-réteget szántással be lehetne forgatni cm mélységben, a talajban ez az 5 10%-os tartománynak felel meg Ujaczki, É., Klebercz, O., Feigl, V., Molnár, M., Magyar, Á., Uzinger, N., Gruiz, K. (2015): Environmental toxicity assessment of the spilled Ajka red mud in soil microcosms for its potential utilisation as soil ameliorant. Periodica Polytechnica Chemical Engineering, Paper 7839, 9 p. 41

42 KOCKÁZATCSÖKKENTÉSI LÉPÉSEK Az emberi élet védelme és az életet veszélyeztető hatások megszűntetése. A gát lezárása: végső bezárás 7 hónappal a katasztrófa után A lúgos áradat semlegesítése: nagy mennyiségű gipsz hozzáadása a ph 9,5-esre állításához és a vízi ökoszisztéma védelméhez Lakókörnyezet és nyílt területek megtisztítása, sérült épületek és törmelékek eltávolítása A folyómedrek fokozatos megtisztítása Másodlagos szennyezőforrások eltávolítása: vörösiszappal borított felületek, mocsarak és tavak. Mezőgazdasági területek: vörösiszap eltávolítása vagy beszántása Hosszú távú monitoring: Na, lúgosság és szikesedés Újranövényesítés Talajkezelési technológiák verifikációja 42

43 GÁT LEZÁRÁSA 43

44 LAKÓKÖRNYEZET MEGTISZTÍTÁSA 44

45 MEZŐGAZDASÁGI TERÜLETEK MEGTISZTÍTÁSA 45

46 FELSZÍNI VIZEK SZEPTEMBER Kolontár 2 Marcal 3 Marcal 9 46 Torna 3

47 KOLONTÁR 2014 ŐSZ 47

48 DEVECSER 2014 ŐSZ 48

49 REMEDIÁCIÓ SIKERESSÉGE A FELSZÍNI VIZEKNÉL ÉS A MEZŐGAZDASÁGI TERÜLETEKEN Felszíni vizek: A vörösiszapnak nincs geokémiai lenyomata a vörösiszappal és gipsszel szennyezett üledék eltávolítása sikeres volt! Szennyezőanyagok a kis szemcseméretű (< 8 µm) vörösiszap szemcsékhez kötődve gyorsan távoznak és kihígulnak a rendszerből Mezőgazdasági területek: Sikeres remediáció! A területnek csak 6,5%-a nem alkalmas átmenetileg takarmány és élelmiszer növények termesztésére Anton et al. (2014) Geochemical recovery of the Torna Marcal river system after the Ajka red mud spill, Hungary, Environmental Science: Processes and Impacts, 16, Uzinger et al. (2015) Results of the clean-up operation to reduce pollution on flooded agricultural fields after the red mud spill in Hungary, Environ Sci Pollut Res, on-line

50 TOVÁBBI INFORMÁCIÓ K Gruiz, E Vaszita, V Feigl O Klebercz, É Ujaczki, A Anton: Environmental risk assessment of red mud contaminated soil in Hungary, Proceedings of Aquaconsoil Conference, April 2013, Barcelona, Spain, paper 2292, 2013 Katalin Gruiz, Emese Vaszita, Viktoria Feigl, Orsolya Klebercz, Attila Anton: Environmental risk assessment of red-mud contaminated land in Hungary, Proceedings CD of Geo-Congress March 2012, Oakland, USA, , és 50