KÖRNYEZETTOXIKOLÓGIA II. a talaj kockázatának kezelésére Gruiz Katalin Gruiz Katalin - KÖRINFO 2009 1
A talaj egy komplex rendszer Gruiz Katalin - KÖRINFO 2009 2
Vegyi anyagok viselkedése a környezetben Vegyi anyagok sorsa és viselkedése a környezetben: mozgékonyság, hozzáférhetıség, biodegradálhatóság befolyásolják az aktuális toxicitást. Integrált megközelítés: fizikai-kémiai jellemzık + biológiaiökotoxikológiai jellemzık helyszín specifikus kockázat. Mozgékonyság, hozzáférhetıség befolyásolja az aktuális toxicitást: kölcsönhatás a szennyezıanyagok, valamint a szennyezıanyag és a mátrix között. Transzport és hozzáférhetıség integrált metodikával jellemezhetı. Szorpciós kapacitás: a szennyezıanyag és toxicitása megoszlik környezeti elemek fázisai között : kilúgzás, deszorpció, párolgás. Gruiz Katalin - KÖRINFO 2009 3
Vegyi anyagok viselkedése a környezetben A toxicitás megoszlása a talaj szilárd víz, valamint szilárd gáz fázisai között kockázatot jelent a felszín alatti vízre és a levegıre. Üledékek esetében a szilárd fázis és a pórusvíz közötti megoszlás a felszíni víz minıségét veszélyezteti. Erıs kötıdés és rossz biodegradálhatóság a kémiai idızített bomba jelenségéhez vezet. Az aktuális toxicitást (az ökoszisztémában realizálódó hatást) szilárd fázisú minták és adszorbeált szennyezıanyag esetében a direkt kontakt vagy interaktív tesztek jellemzik megfelelıen, ahol megnyilvánulhatnak a kölcsönhatások. Ezek eredményei magukba foglalják az összes komponens közötti kölcsönhatást: szennyezıanyagok, szennyezett közeg, organizmus(ok). Gruiz Katalin - KÖRINFO 2009 4
I n t e g r á l t k o c k á z a t i m o d e l l T E R J E D É S I M O D E L L s z e n n y e zıf o r r á s s z e n n y e zı a n y a g o k t a l a j t a l a j v í z ü l e d é k f e l s z í n i v í z l e v e gı k ö r n y e z e t i e l e m e k e m b e r ö k o s z i s z t é m a l e b o n t ó k E X P O Z Í C I Ó S M O D E L L f o g y a s z t ó k t e r m e lı k r e c e p t o r o k Gruiz Katalin - KÖRINFO 2009 5
Szennyezett talaj ökotoxikológiai tesztelése Környezeti minták tesztelésének problémái: Szennyezıanyagok keveréke Kölcsönhatások: szennyezıanyagok, mátrix és a biota között Vizsgált közeg: extraktum, teljes talaj Szennyezett talaj tesztelésének problémái Szennyezıanyag keverék: szinergizmus, antagonizmus Biotranszformáció: termékek hatása Biodegradáció Hozzáférhetıség: eltérı fizikai-kémiai és biológiai hozzáférhetıség Az analitikai program csak a szennyezıanyagok kis hányadát tartalmazza A minta biotikus/abiotikus tulajdonságai befolyásolják az eredményt. Gruiz Katalin - KÖRINFO 2009 6
Szennyezett talaj ökotoxikológiia tesztelése Az ökotoxikológiai tesztelés megoldás a problémák egy részére Integrálja a toxikus anyagok kölcsönhatásait Integrálja a szennyezıanyag és a mátrix kölcsönhatásait A szennyezıanyag biológiailag hozzáférhetı részét méri Kémiai analitikai módszerrel nem kimutatható anyagok hatását is méri Az analitikai programba be nem vett veszélyes anyagok hatását is méri Ökotoxikológiai tesztekkel szemben támasztott követelmények Ökológiai relevancia, környezeti realitás Reprodukálhatóság Megbízhatóság Érzékenység Gruiz Katalin - KÖRINFO 2009 7
Integrált módszeregyüttes szervetlen szennyezıanyaggal szennyezett talajra Integrált módszeregyüttes szervetlen szennyezıanyagokkal szennyezett talajra Fizikai-kémiai és kémiai analitikai módszerek Biológiai módszerek Ökotoxikológiai módszerek A talaj fizikai-kémiai jellemzése Aerob heterotróf baktériumszám és fonalasgombaszám Photobacterium phosphoreum biolumineszcencia teszt Teljes fémtartalom AAS, ICP-AES, XRF Teljes feltárás után Oldható fémtartalom AAS, ICP-AES, XRF részleges (modell) kioldás után Fémtőrı baktériumok és gombák száma Szennyezettséggel, fémtőréssel összefüggı biológiai és genetikai markerek Légzés mérése CO2 termelés Sinapis alba gyökér- és szárnövekedési teszt Lepidum sativum gyökér- és szárnövekedési teszt Azotobacter agile dehidrogenázaktivitási teszt Agardiffúziós talajblokk-teszt fémérzékeny tesztorganizmussal Gruiz Katalin - KÖRINFO 2009 8
Integrált módszeregyüttes szerves szennyezıanyaggal szennyezett talajra Integrált módszeregyüttes Fizikai-kémiai és kémiai analitikai módszerek Biológiai módszerek Ökotoxikológiai módszerek Atalaj fizikai-kémiai jellemzése Aerob heterotróf baktériumszám Photobacterium phosphoreum biolumineszcencia teszt FT-IR TPH mérésére Szerves szennyezıanyagot bontó baktériumok száma Sinapis alba gyökér- és szárnövekedési teszt GC-FID TPH mérésére Légzés mérése: CO2 termelés Lepidum sativum gyökér- és szárnövekedési teszt GC-MS Különleges szennyezıanyagkomponensek és metabolitok Folsomia candida mortalitási teszt HPLC, VRK, stb. vegyületspecifikus analízis Gruiz Katalin - KÖRINFO 2009 9
Az integrált módszeregyüttessel kapott eredmények értékelése A fizikai-kémiai és a biológiai eredmények közötti összefüggések 1. C = B: a kémiai és a biológiai eredmény egyezik 1.1. ++: nagy szennyezıanyag koncentráció, erıs negatív hatás, nagy kockázat 1.2. - -: nincs vagy kevés szennyezıanyag, nincs mérhetı hatás, kis kockázat 2. C > B: Nagy koncentráció, de nincs hatás a tesztorganizmusokra 2.1. A szennyezıanyag nem toxikus kémiai formában van jelen: látens kockázat 2.2. A szennyezıanyag jelen van, de nem hozzáférhetı: kémiai idızített bomba 3. C < B: Kémiailag nem mért vagy nem mérhetı, de erıs hatás 3.1. Kis koncentrációban is toxikus: nagy kockázat 3.2. A toxikus anyag nem szerepelt az analitikai tervben: nagy kockázat 3.3. Nincs megfelelı analitikai módszer: nagy kockázat Gruiz Katalin - KÖRINFO 2009 10
Környezeti fázisok integrált felmérése A kockázat jellemzését szolgálhatja az oldott és a szorbeált szennyezıanyag toxicitásának összehasonlítása, például a teljes üledék és a pórusvíz párhuzamos vizsgálata. Talajok toxicitást pufferoló képessége is mérhetı: az oldott és a talajon szorbeálódott toxikus anyag hatása közötti különbség, illetve a két görbe közötti terület a talaj semlegesítı kapacitásával arányos. Toxikus fémek hatása nagy agyagtartalmú talajban az oldott forma 1 20% át mutatta. Gruiz Katalin - KÖRINFO 2009 11
Hozzáférhetıség: oldott és adszorbeált Cd hatása a baktérium lumineszcenciára Cd in soil [%] Cd in solution [%] 150 100 50 0-50 0,12 1,2 2 5 10 12 20 100 120 Cd [ppm] Gruiz Katalin - KÖRINFO 2009 12
Hozzáférhetıség: oldott és adszorbeált Cd hatása a baktérium lumineszcenciára Cd in solution Cd in soil [%] Root growth inhibition [%] 100 50 0 [%] 0 100 200 300 400 500 600 Cd [ppm] Gruiz Katalin - KÖRINFO 2009 13
Környezeti fázisok f integrált felmérése A toxicitás megoszlása szennyezett Duna-üledék fázisai között Pórus víz toxicitása: P Teljes üledék toxicitása: S Megoszlási hányados: K 1. P+, S+ Toxikus, biológiailag hozzáférhetı, nagy K 2. P+, S- Toxikus, biológiailag hozzáférhetı, mobilis/vízoldható 3. P-, S+ Toxikus, biológiailag hozzáférhetı, immobilis/szorbeált 4. P-, S- Nem toxikus vagy biológiailag nem hozzáférhetı A kémiai mérések fognak dönteni! Gruiz Katalin - KÖRINFO 2009 14
Hozzáférhetıség - feltáródás Gruiz Katalin - KÖRINFO 2009 15
Hozzáférhetıség - feltáródás Minta Azotobacter agile dehidrogenáz aktivitás Sinapis alba gyökérnövekedés Vibrio fischeri lumineszcencia Flotációs szürke meddıanyag Nem toxikus Enyhén toxikus Nem toxikus Meddıhányót részlegesen takaró talaj Nagyon toxikus Toxikus Nagyon toxikus Gruiz Katalin - KÖRINFO 2009 16
Hozzáférhetıség - feltáródás Minta ph Teljes fémtartalom mg/kg Mozgékony fémtartalom mg/kg Zn Pb Cu Zn Pb Cu Szürke meddı Vörös meddı Sárgásszür ke Takaró talaj 7,0 31 858 4 971 2 450 3,4 1,2 0,6 7,1 2 248 481 114 4,3 0,1 0,0 7,3 7 571 2 766 984 3,9 1,7 0,6 4,7 603 186 72 42,2 1,9 0,5 Gruiz Katalin - KÖRINFO 2009 17
Technológiamonitoring: toxicitás csökkenése a remediáció során 2000 Σ Cu20 [mg/kg] 1500 1000 500 0 Start 1 month 2 months 4 months 10 months Transf. oil CD 0% 500 1140 1050 790 220 Transf. oil CD 0.5% 417 1600 810 505 76 Transf. oil CD 1.0% 1667 1333 1200 593 79 Gruiz Katalin - KÖRINFO 2009 18