VÖRÖSISZAP TALAJJAVÍTÓ HATÁSÁNAK KÖRNYEZETTOXIKOLÓGIAI ELEMZÉSE MIKROKOZMOSZ KÍSÉRLETEKBEN Ujaczki Éva, Simo Zsófia, Dr. Feigl Viktória, Dr. Molnár Mónika, Dr. Gruiz Katalin Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudományi Tanszék 2013. Június 6.
SAVANYÚ HOMOKTALAJOK MAGYARORSZÁGON Kialakulásának alapvető okai: Éghajlati tényezők Talajalkotó kőzet típusa A táj domborzati és hidrológiai viszonyai Biológiai hatások Emberi hatások (ipari és környezeti, a betakarítással kivont kalcium hiánya, műtrágyázás) Két csoport: Meszes homoktalajok (Duna-Tisza köze) Savanyú homoktalajok (Nyírség) A savanyú talajok javítására használt anyagoknak elsősorban két igényt kell kielégíteniük: Kalciumot kell minél nagyobb mennyiségben tartalmazniuk Lúgosító hatást kell kifejteniük http://www.tankonyvtar.hu/en/tartalom/tamop425/0032_termeszetvedelem/ch14s02.html
AJKAI VÖRÖSISZAP A Bayer által kidolgozott timföldgyártás mellékterméke, jellegzetes vörös színű anyag Mivel egy meddőközetből származik, lényegében talaj-analóg, azonban ph, szemcseméret és Na-tartalom tekintetében különbözik a természetben is megtalálható anyagoktól Felmerülő környezeti kockázatok: Radioaktivitás ph hatása Szikesedés Fémtartalom ph értéke 10 11 között változik, azaz erősen lúgos, maró hatású anyag Fő összetevői: vas-, alumínium-, szilícium-, titán-, nátrium- és kalcium-oxidok, nehéz- és könnyűfémek: Na, K, Cr, V, Ni, Ba, Cu, Mn, Pb, Zn, stb. Vörösiszap száraztechnológiás tárolás (NALCO) (Prasad et al. 1996)
CÉLKITŰZÉSEK Olyan hulladékhasznosítási technológia kidolgozása, mely egyben javítja a talaj minőségét, de úgy, hogy közben nem terheli a környezetet A hulladékok hasznosítását és a talajok funkciójának és szerkezetének megtartását, javítását kapcsolja össze a SOILUTIL Projekt, melynek részét képezi doktori kutatási témám Meghatározni a károsan még nem ható vörösiszap arányt, amely bekeverhető talajba Ezáltal a degradálódott talaj javítása
KÍSÉRLETI ÖSSZEÁLLÍTÁS Homokos, savanyú talajba vörösiszapot kevertünk 6 db 1,5 kg-os vörösiszappal kevert talaj mikrokozmoszban és 1 db referencia talaj mikrokozmoszban (a Nyírségből származó savanyú, homokos talaj) Talaj: ph=5,3, vörösiszap: présszűrős iszap + 3% gipsz (SZAT: 69%) Sorszám Bekeverés Mikrokozmosz szám 1 referencia talaj (0% vörösiszap homokos talaj) 1 2 5 % vörösiszap homoktalajba keverve 2 3 10 % vörösiszap homoktalajba keverve 3 4 20 % vörösiszap homoktalajba keverve 4 5 30 % vörösiszap homoktalajba keverve 5 6 40 % vörösiszap homoktalajba keverve 6 7 50 % vörösiszap homoktalajba keverve 7
MONITORING RENDSZER Integrált módszeregyüttes hulladékok hatásának tanulmányozására talajban Fizikai-kémiai módszerek Biológiai módszerek Ökotoxikológiai módszerek Talaj-fizikai jellemzők Talaj - kémiai jellemzők Aerob heterotróf baktériumszám Vibrio fischeri biolumineszcencia gátlási teszt Arany féle kötöttség (TAKI) ph Gombaszám Sinapis alba gyökérés szárnövekedés gátlási teszt Szárazanyagtartalom Humusztartalom (TAKI) Mikrobiális szubsztráthasznosító képesség Triticum aestivum gyökér- és szárnövekedés gátlási teszt Víztartóképesség CaCO 3 - tartalom (TAKI) Tápanyagtartalom (N, P, K) (TAKI) Toxikus fémtartalom (TAKI)
CaCO 3 -tartalom (m/m%) EREDMÉNYEK FIZIKAI KÉMIAI MÓDSZEREK Királyvíz-oldható fémtartalom [mg/kg] Arzén Króm Higany Nikkel Vörösiszap tartalom 2. 5. 2. 5. 2. 5. 2. 5. CaCO 3 -tartalom változása Referencia 4.82 3,51 11,27 9,46 < kh < kh 6,57 6,26 5% 7.55 7,55 28,04 31,34 0,13 < kh 14,26 15,91 10% 12,67 13,11 54,49 51,54 0,22 < kh 26,35 24,29 20% 26,09 21,23 126,58 97,92 0,69 0,38 58,39 45,71 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 2. 5. 30% 30,29 28,20 136,27 119,97 0,79 0,47 62,99 55,36 40% 39,24 39,08 192,48 185,88 1,31 0,93 90,98 83,22 50% 46,37 44,24 243,17 231,33 1,82 1,16 114,79 104,83 Határérték 15 15 75 75 0.5 0.5 40 40 * *6/2009 (IV. 14.) KvVM-EüM-FVM együttes rendelet a földtani közeg és a felszín alatti víz szennyezéssel szembeni védelméhez szükséges határértékekről
Arany-féle kötöttség WHC % (g víz/100 g talaj) ph EREDMÉNYEK FIZIKAI-KÉMIAI MÓDSZEREK ph változása 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 Bekeverésnél 2. 5. Víztartóképesség változása 35 30 25 20 15 10 5 0 Arany-féle kötöttség változása 2. 5. 50 45 40 35 30 25 20 15 10 10% 14% 25% 27% 29% 43% Referencia (homok talaj) 5% vörösiszap 10% vörösiszap 20% vörösiszap 30% vörösiszap 40% vörösiszap 5 50% vörösiszap 0 5 pal elteltével
EREDMÉNYEK BIOLÓGIAI MÓDSZEREK Sejtszám [db/g talaj] AWCD értékek Mikrobaközösség szubsztráthasznosításának jellemzése Biolog Ecoplate tesztel 0,7 0,65 0,6 0,55 0,5 0,45 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 mérési napok Heterotróf élősejt- és gombaszám meghatározása lemezöntéssel 1,0E+07 1,0E+06 1,0E+05 1,0E+04 1,0E+03 1,0E+02 1,0E+01 1,0E+00 0 20 40 60 Vörösiszap tartalom[%] Sejtszám Gombaszám referencia talaj (0%vörösiszap) 10%vörösiszap+homokt. 30%vörösiszap+homokt. 50%vörösiszap+homokt. 5%vörösiszap+homokt. 20%vörösiszap+homokt. 40%vörösiszap+homokt.
EREDMÉNYEK ÖKOTOXIKOLÓGIAI MÓDSZEREK Vibrio fischeri biolumineszcencia-gátlási teszt eredményei Rézegyenértékek Cu50 [ppm] Kiindulás 2. 5. Összegzett gátlás 50 [µg Cu/ g talaj] Jellemzés Vörösiszap 2517 < 120 Nem toxikus Homoktalaj Nincs gátlás Nincs gátlás Nincs gátlás 120-300 Enyhén toxikus 5% vörösiszap homoktalajba keverve 10% vörösiszap homoktalajba keverve Nincs gátlás Nincs gátlás Nincs gátlás 367 300-500 Toxikus > 500 Nagyon toxikus 20% vörösiszap homoktalajba keverve 211 1051 30% vörösiszap homoktalajba keverve 336 1277 40% vörösiszap homoktalajba keverve 471 1232 50% vörösiszap homoktalajba keverve 1014 1396
EREDMÉNYEK ÖKOTOXIKOLÓGIAI MÓDSZEREK
ÖSSZEFOGLALÁS 5% - 10% vörösiszap-bekeverés tartósan nem jelent kockázatot a talajra nézve 10% feletti vörösiszap-bekeverés után viszont a talajnál már hosszabb távú károsodások jelentkezhetnek 5% - 10% vörösiszap javítja a savanyú homokos talaj fizikai tulajdonságait: víztartóképességét növeli a ph-ját és a Ca-tartalmát 5% - 10% bekeverése jótékony hatással van a talaj mikrobiológiai aktivitására Ebben a tartományban jelentkező toxicitás nem okoz még problémákat és idővel csökken is
KÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS A munkát a Nemzeti Kutatási és Technológiai Hivatal (SOILUTIL TECH_09- A4-2009-0129) támogatta. Az analitikai vizsgálatokat a Magyar Tudományos Akadémia Agrártudományi Kutatóközpont (MTA ATK) munkatársai végezték.
KÖSZÖNÖM A FIGYELMET!