A Duna nehézfémszennyezésének vizsgálata és értékelése

Átírás

1 VÍZGAZDÁLKODÁS ÉS SZENNYVIZEK 3.3 A Duna nehézfémszennyezésének vizsgálata és értékelése Tárgyszavak: nehézfémek; üledék; vízszennyezés; Duna. A Duna 2800 km-es hosszúságával Európa második leghosszabb folyója. A németországi Fekete-erdő hegységtől a Fekete-tengerig kilenc országon (Németország, Ausztria, Szlovákia, Magyarország, Horvátország, Szerbia, Bulgária, Ukrajna és Románia) folyik keresztül; vízgyűjtő területe körülbelül km 2. Az utóbbi években a Duna vízminőségének javítása és fenntartása egyre intenzívebb nemzetközi erőfeszítést igényel. Az aktuális ökológiai és kémiai állapot jellemzésére, a vízminőség javulásának nyomon követésére 1994-ben megszervezték az egyes országok referencialaboratóriumainak vízgyűjtő terület menti monitorhálózatát, amely a Duna mentén 114 állomáshelyről vizsgált mintákat. A különböző nemzeti programok már hatalmas mennyiségű adatot gyűjtöttek össze, azonban az eredmények egy része nem összehasonlítható a mintavételezési és analítikai módszerek eltérései és a nem kielégítő minőség-ellenőrzés következtében. Az egyes adatbázisok egységesítése céljából 2001-ben létrehozták a Közös Duna Szolgálatot (Joint Danube Survey). Számos kémiai és biológiai paramétert mértek vízben, üledékben, szuszpendált szilárd anyagban és kagylómintákban; ezzel egyidejűleg vizsgálták a vízi növényeket és állatvilágot, analizáltak egyes bakteriológiai jelzőket ez volt az első alkalom, hogy a folyót teljes hossza mentén, Neu-Ulm-tól (2589 folyamkm-nél Németországban) a fekete-tengeri (0 folyamkm-ig) torkolatig tanulmányozták. A vizsgálatban az Al-, As-, Cd-, Cr-, Cu-, Fe-, Pb-, Mn-, Hg-, Ni- és Zn-koncentrációkat határozták meg szuszpendált szilárd anyag és üledékmintákban, háttér-koncentrációk figyelembevételével.

2 Vizsgálati anyagok és módszerek A Duna vízgyűjtő területének geomorfológiája a folyó eredetétől a Fekete-tengerig a kémiai és ökológiai minták széles kiterjedésű változásaival jellemezhető. A vizsgálatra kijelölt terület kilenc, élesen elhatárolható geomorfológiai folyószakaszra osztható fel, amelyek a vidék jellegzetességeivel és antropogén hatásokkal jellemezhetők (1. táblázat). A mintákat a különböző geomorfológiai folyószakaszok bemutatására 98 helyről gyűjtötték össze; ebből 74 a Duna medrében, 24 a fontosabb mellékfolyókban és mellékágakban helyezkedett el. A Duna geomorfológiai szakaszai 1. táblázat Folyószakasz Folyamkilométer Mintavételezési hely Neu-Ulm Inn-folyó Inn folyó Morava-folyó Morava-folyó Gabcikovo (Bős) duzzasztógát Jellemzők alpesi (rhitron) folyó jellegzetessége, vízerőmű antropogén hatása Gabcikovo (Bős)-duzzasztógát antropogén hatása Gabcikovo (Bős)- változás alpesi (rhitron) folyóból síkvidéki duzzasztógát Budapest (potamon) folyóvá Budapest Száva folyó kezeletlen szennyvíz jelentős mennyiségű kibocsátása Budapesten Száva-folyó Vaskapuduzzasztógát Vaskapu-duzzasztógát Jantra-folyó Vaskapu vízerőmű antropogén hatása, kezeáramlása letlen szennyvíz jelentős mennyiségű be- Belgrádban síkvidéki folyó (eolikus üledék és lösz) Jantra-folyó Reni síkvidéki folyó, hordalékos szigetek a Duna két ága között Reni Duna delta a Duna három deltaágra oszlik, jellegzetes vizes élőhelyi és torkolati ökorendszer A szuszpendált szilárd anyagok és üledékek mintavétele A szuszpendált szilárd anyagokat 50 cm-es vízmélységnél mintázták elektronikus szivattyúval felszerelt folyamatos centrifugálással. Az összegyűjtött szuszpendált anyagot polipropilénedényzetben szállították, majd azonnal lefagyasztották.

3 Az üledéket minden egyes kijelölt helyen a folyó jobb és bal partjáról lapáttal vagy kézi markolással (kotrással) mintázták. A mellékfolyókban és a folyó mellékágaiban csak egy mintát vettek középről, vagy a mindkét oldalról vett üledéket összekeverték a további kezelés előtt. Az üledékeket poli(vinil-klorid) vödrökbe töltötték, azután alaposan homogenizálták. Az üledékek egy részét desztillált vízzel keverték, a 63 µm-nél kisebb szemcseméretű nedves frakciót összegyűjtötték, és azonnal lefagyasztották polietiléntartókban. A nehézfémek meghatározása A liofilizált és újra homogenizált mintákat mikrohullámú sugárzás segítségével, 65%-os salétromsav/víz keverékével extrahálták. Az így nyert oldatot papírszűrőn keresztül polietilénpalackokba szűrték. Az Al, Cd, Cr, Cu, Fe, Pb, Ni, Mn és Zn meghatározását az ISO nemzetközi szabványnak megfelelően hajtották végre. Minőségbiztosítás Az analitikai módszer pontosságának, illetve bizonytalanságának ellenőrzése céljából a minták minden egyes extrakciós sorozata tartalmazott vak extrakciót és referenciaanyagot. A minőség-ellenőrzési próbák eredményei alapján a nehézfémek meghatározása kielégítő teljesítményű, az 5% és 15% közötti bizonytalanság megfelelőnek bizonyult ahhoz, hogy monitorozzák a nehézfémek változásait a Duna mentén. A mennyiségi határértékek a szakirodalomban szereplő háttér-koncentrációk tartományában vagy azok alatt helyezkedtek el, s ennek következtében lehetőség nyílt a nehézfémek dúsulásának vizsgálatára a szuszpendált szilárd anyagokban és üledékekben. Vizsgálati eredmények és értékelésük A nehézfémek koncentrációi a Duna szuszpendált szilárd anyagaiban és üledékeiben A Dunának egyetlen, mellékfolyóinak néhány mintavételezési helye kivételével az As, Cr, Cu, Ni, Pb, Cd, Hg és Zn koncentrációs profilja a szuszpendált szilárd anyagokban megfelelt az Al, Fe, és Mn koncentrációjának, amelyek az antropogén változások által nem befolyásolt üledékek és szuszpendált szilárd anyagok fő összetevőit képviselik. A vizsgálatok során átlagos mennyiség tekintetében a legkisebb koncentrációkat

4 a magyarországi síkvidéken, az 1500-as folyamkm körüli szakasznál (az 1. táblázat alapján az 5-ös jelzésű geomorfológiai szakasz) találták. Az 1300 km-től kezdődően a szuszpendált szilárd anyagokban a nehézfémtartalom erőteljes növekedése figyelhető meg. Az 1000-es folyamkm-től a Duna-deltatorkolat felé a nehézfémek koncentrációi ezen a szinten maradnak vagy enyhén csökkennek. A legnagyobb koncentrációk a Vaskapu-víztározónál (6-os geomorfológiai folyószakasz) és a 493-as folyamkm (8-as geomorfológiai folyószakasz) szakasznál tapasztalhatók. Hasonló eredményeket mértek egy nemzetközi vizsgálat során ban. E tanulmány vizsgálati eredményei alapján a szuszpendált szilárd anyagok nehézfémszennyezése a Duna ausztriai és magyarországi szakaszán különösen csekély. A szuszpendált szilárd anyag minták maximális koncentrációi meghaladták az 1998-ban mért mennyiségeket. Abban a vizsgálatban nem monitorozták a Duna alacsonyabban fekvő folyószakaszait. A Duna és mellékfolyóinak üledékmintáiban a nehézfémek legkisebb koncentrációit az 1800 km-es szakasz körül tapasztalták. A Vaskapu-víztározó irányába haladva (körülbelül 1000 km-nél) a szennyezés mértéke növekedik, majd tovább a Duna-torkolat felé állandó szint vagy enyhe csökkenés figyelhető meg. Ezek a vizsgálati eredmények megegyeznek egy korábbi elemzéssel, amely szerint a nehézfémek szintje a folyó alsó szakaszánál általában 50%-kal nagyobb, mint a felsőbb folyószakaszon. A Duna szennyezettségi állapotának értékelése A szuszpendált szilárd anyagok és üledékek nehézfémszennyezésének értékeléséhez a vizsgálatokkal meghatározott koncentrációkat össze kell hasonlítani minőségi adatokkal vagy háttér-koncentrációkkal. Az utóbbi esetben a szuszpendált szilárd anyagok és üledékek szennyezésnek még nem tekinthető nehézfémszintjének felállításához üledék magmintákat, illetve érintetlen, nem iparosított területekről származó üledékeket analizáltak, vagy az elemek átlagos palában levő koncentrációinak irodalmi adatait alkalmazták. Az ilyen háttér-koncentrációk segítségével dúsulási tényezőket lehet kiszámítani a természetes szintek fölötti, jelentős nehézfémmennyiségek meghatározására. A vizsgálat során észlelt legkisebb koncentrációk megegyeznek a különböző folyók üledékeinek háttérszintjeivel. A Duna és mellékfolyói szennyezési szintjének bármilyen értékelésekor figyelembe kell venni a folyó menti változó geokémiai jelleget,

5 amint ezt a kilenc különféle geomorfológiai folyószakasz és egyes elemek, például Al és Fe koncentrációs szintje tükrözi. Ennek következtében a felállított háttér-koncentrációkkal vagy minőségi adatokkal való egyszerű összehasonlítás nem elegendő. Az üledékösszetétel térbeli változásaiból adódó nehézségek kiküszöbölése céljából csak a 63 µmnél kisebb szemcseméretű frakciókat analizálták, majd kiszámították az alumíniumtartalomhoz viszonyított dúsulási tényezőket. A háttér-koncentrációkat a Duna vízgyűjtő területe esetén arányosították a vizsgálat során tapasztalt minimális koncentrációkhoz. Az antropogén szennyezésre utaló háttértartalom kétszeresénél nagyobb elemkoncentrációt feltételezve, kettőnél nagyobb dúsulási tényező szennyezett helyet jelöl. Az 2. táblázat a legnagyobb dúsulási tényezőkkel jellemezhető mintavételezési helyeket mutatja be. 2. táblázat A nehézfémek legnagyobb dúsulási tényezői a Duna és mellékfolyóinak szuszpendált szilárd anyagaiban és üledékeiben Elem As Cd Cr Cu Fe Üledékek Duna dúsulási tényező folyamkm 3, , , Üledékek mellékfolyók 16,1 43,7 6,8 845 a 637 b 498 anyagok Duna anyagok mellékfolyók 1, ,0 17, , , , , , ,4 2,1 1,5 1,9 c Elem Pb Mn Hg Ni Zn Üledékek Duna dúsulási tényező folyamkm 2, Üledékek mellékfolyók 9,0 637 anyagok Duna anyagok mellékfolyók a Timok-mellékfolyó b Iskar-mellékfolyó c Velika Morava-mellékfolyó 1, ,5 1, , , ,6 6, , ,9 2, , ,8 2, , , ,8

6 Az 1. ábrán látható, kettőnél nagyobb dúsulási tényezővel jellemezhető mintavételezési állomások százalékos aránya átfogó képet nyújt a Duna és mellékfolyóinak szennyezettségi szintjéről. Az eredményekből megállapítható, hogy a Duna szuszpendált szilárd anyagai és üledékei szennyezésmentesnek tarthatók As, Cr, Hg, Cu és Ni esetén. A Duna majdnem összes mintájában Pb és Zn dúsulási tényezője szintén kettőnél kisebb, azonban a vizsgált mellékfolyók több, mint 20%-ában mindkét elem koncentrációja emelkedett. Mn Fe Zn Cd Ni Cu Pb Hg Cr As üledékek - Duna üledékek - mellékfolyók szuszpendált szilárd anyagok - Duna szuszpendált szilárd anyagok - mellékfolyók kettőnél nagyobb dúsulási tényezővel jellemezhető mintavételezési helyek százalékos aránya 1. ábra A kettőnél nagyobb dúsulási tényezővel jellemezhető szuszpendált szilárd anyag és üledékminták százalékos aránya a Dunában és mellékfolyóiban A vizsgálatból levonható következtetések Az eredmények széles körű áttekintést nyújtanak az Al-, As-, Cd-, Cr-, Cu-, Fe-, Pb-, Mn-, Hg-, Ni- és Zn-koncentrációk mennyiségéről a Duna szuszpendált szilárd anyagaiban és üledékeiben a teljes folyószakasz mentén és számos fő mellékfolyóban. A legkisebb koncentrációkat a magyarországi 1500-as folyamkm szakasznál figyelték meg, ezt 1300 km-nél kezdődően növekedés követte. Az áramlás irányában lefelé haladva a Duna-torkolatig az 1000-es folyamkm szakasztól a nehézfémek

7 koncentrációi stabilak maradtak vagy enyhén csökkentek néhány kiemelkedően nagy koncentráció kivételével. A szuszpendált szilárd anyagok és üledékek nagyon hasonló elemösszetétele következtében bármelyik anyagot fel lehet használni monitorozás céljaira, azonban a Duna környezeti állapotának értékelésénél figyelembe kell venni az anyagoknak a folyó áramlása mentén tapasztalható változó geokémiai összetételét. Ezt a problémát a vizsgálatban úgy küszöbölték ki, hogy az adatokat összehasonlították arányosított háttérkoncentrációkkal és normalizálták a minták részlegesen extrahálható alumíniumtartalmához a dúsulási tényezők kiszámítása segítségével. A Duna egyetlen mintavételezési helye és néhány mellékfolyó kivételével a szennyezettség az As-, Cr-, Cu-, Pb-, Hg-, Ni- és Zn-elemekkel különösen alacsonynak tekinthető. Ezzel ellentétesen azonban emelkedett Cdkoncentrációkat figyeltek meg mindkét vizsgálati anyagban, különösen az alsófolyáson a Vaskaputól kezdődően. Összeállította: Molnár Kinga Woitke, P.; Wellmitz, J.; Litheraty, P.: Analysis and assessment of heavy metal pollution in suspended solids and sediments of the river Danube. = Chemosphere, 51. k. 8. sz jún. p Botterweg, T.; Rodda, D. W.: Danube river basin: Progress with the environmental programme. = Water Science and Technology, 40. k p Gruiz, K.; Muranyi, A. stb.: Risk assessment of heavy metal contamination in Danube sediments from Hungary. = Water Science and Technology, 37. k p