Szennyezőanyag-tartalom mélységbeli függése erőművi salakhányókon Angyal Zsuzsanna 1. Bevezetés Magyarország régi nehézipari vidékeit még ma is sok helyen csúfítják erőművekből vagy ipari üzemekből származó salakhányók. Ezek a hányók származásuktól függően különböző mennyiségű és minőségű szennyező anyagot tartalmazhatnak. Lerakásuk történhetett a kikerülő salak szétterítésével, illetve kúpokba történő felhalmozással. A zavaró tájképi megjelenésen túl ezek a hányók megfelelő műszaki védelem hiányában jelentős környezeti, környezet-egészségügyi kockázatot is hordoznak. Kutatásom célja az volt, hogy a salakban már korábban kimutatott szennyező anyagok koncentrációját a mélység függvényében vizsgáljam, azok terjedési tendenciáit leírjam. A csapadék az igen jelentős erodáló tevékenységén kívül a salak mélyebb rétegeibe beszivárogva oldja a vízben oldható anyagokat, melyek megfelelő védelem nélkül könnyen bekerülhetnek a talajba, a talajon keresztül pedig a talajvízbe, ezzel veszélyeztetve a környéken lakók egészségét. A folyamatot egyrészt a salak szemcsemért-eloszlása befolyásolja. Az általam vizsgált salakszelvényekben a több centiméter átmérőjű tömbök és a néhány mikrométeres nagyságú pernye viszonylag sűrűn változik, ami arra enged következtetni, hogy az erőműből kikerült salakot és pernyét rétegezve, egymást váltogatva rakták le. Az egyes szemcsefrakciók szerepe a szennyezés terjedése szempontjából különböző, és szorosan összefügg a részecskék ásványi összetételével, valamint az alakjuk és méretük által meghatározható fajlagos felülettel. A terjedést szintén nagyban befolyásolják a kémiai tényezők; a salakban található különböző elemek kémiai állapota, oldhatósága, illetve a ph-viszonyok. Kutatási területem Salgótarjántól keletre, a város egyik külterületi lakóhelyén (Pintértelep) helyezkedik el. A mintegy másfél négyzetkilométer területű lerakón eredetileg három, szinte szabályos kúp alakú salakhányót halmoztak fel 191 és 1973 között, ezek közül kettő jelenleg is ember által lényegében érintetlen formában áll (1. ábra), alapvetően meghatározva a szomszédos területek képét és környezeti állapotát. A két, 50 és 60 méter közötti magasságú meddőhányót az egész lerakóterületen több tíz centiméteres vastagságban veszi körül olyan megjelenésében különböző salakanyag, mely részben későbbi lerakásból, részben pedig a kúpok lepusztulásából (Angyal, 003) származik. A legkorábban lerakott salakhányónak ma már csak a maradványai fedezhetők fel, vörös színű anyagát az elmúlt húsz évben fokozatosan elhordták, és építési nyersanyagként, illetve sportpályák borítására használták fel. 1
1. ábra: A mintaterületen látható két salakkúp (saját felvétel). Anyag és módszer Kutatásomat terepi mintavételezéssel kezdtem. A mintavételek helyének kiválasztásakor a legalapvetőbb szempontnak azt tartottam, hogy mind a magasság, mind pedig a növényborítottság tekintetében a lehető legkülönbözőbb zónákat válasszam. Ebből a szempontból a korábban lerakott salakmeddő volt a megfelelőbb, mivel a fiatalabb kúp oldala annyira meredek, hogy a felsőbb régió elérhetetlen volt. A növényzeti kép az idősebb kúp északnyugati oldalán mutatta a legváltozatosabb képet mind a fajösszetétel, mind a tömegesség tekintetében. A mintavételezés talajfúróval történt a hányó északnyugati oldalán három eltérő magasságú pontból. A legfelső fúrási pontot az összefüggő növénytakaró felső határánál, a legalsót a hányó aljának fás szárúakban igen gazdag, erdőszerű elvégződésénél, míg a középsőt egy az előbbi két pont közötti, fúrásra alkalmas területen jelöltem ki (. ábra). A három fúrásból összesen 17 minta adódott (fentről lefelé: 6, 4 és 7 darab minta). Az egyes fúrásokból ott választottam ki elemzésre mintákat, ahol jellegzetes szín-, illetve szemmel látható szemcseméret-változást tapasztaltam. A mintákat a laboratóriumban levegőn kiszárítottam, majd a különböző méréseknek megfelelően előkészítettem.. ábra: Mintavételi helyek az idősebb kúpon
Először a minták száraz szitálására és tömegeloszlás-meghatározásra került sor. A szitanyílásokat talajoknál használt, tapasztalatokon alapuló forrás (Stefanovits et al 1999) alapján választottam ki: mm felett 1,6 mm - mm 1,5 mm -1,6 mm 1 mm-1,5 mm 0,5 mm 1 mm 0,063 mm 0,5 mm 0,063 mm alatt A leszitált anyagnak tömegeloszlását digitális mérleg segítségével határoztam meg. Mivel a teljes mintasorra (összesen 119 minta) nem volt módom az összes vizsgálatot elvégezni, kiválasztottam négy, kutatásom céljának leginkább megfelelőt, és a továbbiakban ezekkel dolgoztam. Két minta a legfelső fúrás legfelső rétegéből származik, ezek közül az egyik a szemcseösszetétel szempontjából heterogén, szitálatlan (1. minta), a másik pedig a legkisebb frakcióból (. minta) származik. A harmadik és a negyedik mintát az alsó fúrás legalsó részéből vettem, szintén az előbb említett szemcseméretekből (3., illetve 4. minta). A heterogén mintánál feltételeztem, hogy a különböző szemcseméretű összetevők eltérő mennyiségű és minőségű szennyezőket tartalmaznak, míg a legkisebb átmérőjű mintáknál mivel fajlagos felületük a legnagyobb, eltérést vártam a szennyezők megkötésében a heterogén mintákhoz képest. A felső fúrásból származó minták választásának indoka az volt, hogy ez a zóna van legjobban kitéve a csapadék okozta eróziónak, mivel ott a növényzet még ritka és főleg lágyszárúakból áll, így a salakanyag elszállítódása és ennek köszönhetően a felszín felárkolódása még viszonylag jelentős. Ugyanezen okoknál fogva a szél is innen szállítja el a legtöbb, főleg kis szemcseméretű anyagot. Az alsó fúrás mintáinak kiválasztásakor az alapvető szempont az volt, hogy ez az a réteg, amely a legközelebb van a talajhoz, illetve a felszín alatti vizekhez, ugyanakkor térben és időben is legtávolabb van a felső mintavételi helytől. Így mód nyílik a szennyezők vándorlási irányának meghatározására és a koncentrációkülönbségek kimutatására. A salakminták elemösszetételének meghatározását mind a még szemcseeloszlását tekintve heterogén, mind pedig a legfinomabb (0,063 mm alatt) szemcsefrakcióból vett mintákból röntgenfluoreszcens analízissel végeztem. A mérés lényege, hogy az összemorzsolt és tablettaformájúra összepréselt salakot (Nánási 005) amerícium-41 izotóppal gerjesztve a mintában található elemek rájuk jellemző energiájú röntgenfotont bocsátanak ki (Papp 1995). Ezt detektálva akár egymással párhuzamosan is meghatározhatók a mintában található elemek. A mérés során figyelembe kell venni, hogy a kutatás szempontjából érdekes energia-tartományban a sugárzás áthatoló képessége kicsiny, így csak a minta egy vékony felületi rétegéből tud kijönni az elemre jellemző röntgensugárzás (Sükösd 199). Az elemek azonosítása az energia alapján tehát viszonylag egyszerű, sokkal bonyolultabb feladat azonban a mennyiségi meghatározás, amely relatív, úgynevezett addíciós módszerrel történik. Ez azt jelenti, hogy ismert koncentrációjú mintával történő összehasonlítás segítségével kell meghatározni az ismeretlen koncentrációt (Nánási 005). Ez a vizsgálat még folyamatban van, a tanulmány megírásakor még csak részeredmények állnak rendelkezésre. A méréseket nem végezem el minden elemre, csak azokra, amelyek vonalainak intenzitása elég nagy koncentrációt sejtet (ilyen a vas és a 3
bárium), illetve amelyeket minőségi analízis során nem találtam ugyan a mintákban, de környezeti szempontból veszélyesnek ítélek (ilyen az ón és az antimon). A kémiai vizsgálatok során először vizes szuszpenziót készítettem (az empirikus adatok alapján 5 g mintához 45 g desztillált vizet öntve). Lemértem mindegyik minta kémhatását és vezetőképességét, majd intenzíven kevertetni kezdtem. Ezt követően meghatározott időközönként, összesen 4 órán keresztül újra feljegyeztem a két paramétert, és az idő függvényében megrajzoltam a kémhatás-, illetve a vezetőképesség-változás grafikonját. Ezt követően leszűrtem a szuszpenziót, hogy az anionvizsgálatokat a szűrletből végezzem el. Az anionok közül kíváncsi voltam a nitrát-, a szulfát-, a karbonát- és a kloridion mennyiségére, ugyanis a röntgenfluoreszcens analízissel kimutatott elemek mobilitását, vándorlását éppen ezek az anionok befolyásolják. A nitrátion-koncentráció meghatározása reagens nélküli spektrofotométeres méréssel történt. A módszer lényege, hogy a minta fényelnyelését (abszorbanciáját) mérjük, amely arányos a szűrletben lévő nitrátion mennyiségével. A szulfátion kimutatását turbidimetriás módszerrel végeztem. A mérés elve, hogy enyhén savas közegben a bárium-klorid reagens hatására keletkezett bárium-szulfát csapadék által keletkezett zavarosságot mérjük. A karbonáttartalom meghatározására először sósavat cseppentettem minden mintára, de mivel pezsgést nem tapasztaltam, a további vizsgálatokat szükségtelennek ítéltem. A kloridion kimutatása és koncentrációjának meghatározása gyorsteszt segítségével történt. 3. Eredmények és megvitatásuk A vizsgált salakmeddőhányó fúrásaiban a szemcseösszetétel igen jelentős változása volt tapasztalható már első ránézésre is. Előfordult, hogy maximum 10 centiméteres szelvényhosszban megtaláltam a kisebb tömbökben álló salakszemcséket és a nagyon finom eloszlású pernyét is. Ezt a változatosságot a száraz szitálás eredményei megerősítették; az egyes mintákra megrajzolt eloszlás-diagramok szélsőséges tömegarányt mutatnak (3. és 4. ábra). Míg az 1. számú mintában a mm feletti szemcseméret tömegarányát tekintve a mintának több mint 1/3-át alkotja, addig a 3. minta esetén ennek mennyisége elhanyagolható, itt a legkisebb frakció teszi ki a minta mintegy ¾-ét. Ezt az eloszlást minden, itt be nem mutatott mintánál is tapasztaltam. Ebből arra lehet következtetni, hogy a lerakásnál a nagyobb szemcseméretű salakot és a kis szemcseméretű pernyét felváltva, egymásra rétegezve rakták le. A szennyezés terjedése szempontjából ez meghatározó, hiszen az eltérő rétegekben az elemek mobilitása, mozgásának sebessége is más. 4
Szemcseméret (mm) mm felett 1,6- mm 1,5-1,6 mm 1-1,5 mm 0,5-1 mm 0,063-0,5 mm 0,063 mm alatt 0,0 5,0 10,0 15,0 0,0 5,0 30,0 35,0 Tömegarány (%) 3. ábra: Az 1. minta szemcseeloszlása (saját szerkesztés) mm felett Szemcseméret (mm) 1,6- mm 1,5-1,6 mm 1-1,5 mm 0,5-1 mm 0,063-0,5 mm 0,063 mm alatt 0 0 40 60 80 Tömegarány (%) 4. ábra: A 3. minta szemcseeloszlása (saját szerkesztés) A röntgenfluoreszcens-analízis (RFA) méréseiből származó spektrumon két jelentős csúcs jelent meg (5. ábra), melyek a kiértékelés után kapott eredmények szerint bárium és vas jelenlétét bizonyítják. Ezeken kívül jóval kisebb intenzitással ugyan, de megtalálható a mintákban stroncium, ezüst, ón és antimon is. Az egyes 5
mintákat összehasonlítva kijelenthető, hogy lényeges koncentrációbeli különbség nincs a két mintavételi hely és a kétféle szemcseméretű minta között, csupán a bárium esetén mutatkozott némi eltérés a felső szintben végzett fúrás javára. Meg kell azonban jegyezni, hogy a fúrások maximális mélysége csupán 50 cm volt, a mélyebb rétegekben elképzelhető jelentősebb mértékű feldúsulás is. Az általam mért mélységben minden kimutatott elem mennyisége a megengedett egészségügyi határérték alatt marad. 5. ábra: Az 1. mintára kapott spektrum (saját szerkesztés) A kémiai mérések közül a kémhatás és vezetőképesség volt az, amelyek meghatározása elengedhetetlen az anyagmozgás vizsgálatához. Ezek a paraméterek ugyanis, befolyásolják az egyes elemek kémiai formáját, reakciókészségét és mobilitását. Az idő függvényében felvett grafikonok (6. és 7. ábra) jól mutatják az eltérés a felső és az alsó két minta között. 5,3 5, ph 5,1 5 4,9 4,8 4,7 4,6 4,5 0 500 1000 1500 Idő (perc) 1 3 4 6. ábra: A négy salakminta vizes szuszpenziójának kémhatásváltozása (saját szerkesztés) 6
Vezetőképesség (ms/cm) 3,5 1,5 1 0,5 0 0 500 1000 1500 Idő (perc) 1 3 4 7. ábra: A négy salakminta vizes szuszpenziójának vezetőképesség-változása (saját szerkesztés) A kémhatás tekintetében a felső minták savasabbnak mutatkoznak, mint az alsók, ugyanakkor minden mintánál egyértelmű kémhatás-növekedés rajzolódik ki. Emiatt valószínűsíthető, hogy a vizes szuszpenzió további vizsgálatakor a savasabb közegben mozgékonyabb vegyületek lesznek a meghatározók. A vezetőképesség-változást megvizsgálva szintén szembetűnők a felső minták nagyobb és növekvő tendenciát mutató értékei. Ugyanakkor az alsó fúrásból származó minták alacsonyabb szintre álltak be és a kezdeti ingadozást követően stabilitást mutatnak. Az anion-koncentrációkat vizsgálva elmondható, hogy a nitrát- és a szulfátionok esetében a felső fúrásból származó mintáknál volt nagyobb a koncentráció. A nitrátion esetén (8. ábra) feltételezhető, hogy a napsugárzásnak jobban kitett felszíni rétegben a nitrifikáció könnyebben le tud játszódni, mint a napsugárzástól és az oxigéntől elzárt,5 méteres mélységben. Nitrátkoncentráció (mg/l 5 0 15 10 5 0 0,7 14,6 4,4 4,1 1 3 4 A minta sorszáma 8. ábra: A salakminták vizes szuszpenziójának nitrátion-koncentrációja (saját szerkesztés) 7
A szulfátion nagyobb koncentrációja (9. ábra) a felszíni rétegben azzal magyarázható, hogy a szulfátion a báriumionnal reakcióba lépve vízoldhatatlan, immobilis csapadékot képez, mely felhalmozódik. Ezzel magyarázható egyébként a felső réteg némileg magasabb bárium-koncentrációja is. Szulfát-koncentráció (mg/ 00 180 160 140 10 100 80 60 40 0 0 165 17 145 98 1 3 4 A minta sorszáma 9. ábra: A salakminták vizes szuszpenziójának szulfátion-koncentrációja (saját szerkesztés) A kloridiont tekintve elmondható, hogy koncentrációja (10. ábra) nagyságrendileg megegyező, ám összességébe alacsony mindkét mintavételi helyen. Klorid-koncentráció (mg/l) 16 14 1 10 8 6 4 0 14, 14, 10,7 10,7 1 3 4 A minta sorszáma 10. ábra: A salakminták vizes szuszpenziójának kloridion-koncentrációja 4. Összegzés és kitekintés Összegzésként elmondható tehát, hogy a vizsgált salakmeddőhányók szemcseösszetétele nagyon heterogén és térben változó. A kiválasztott mintákban többféle toxikus, a környezetre veszélyes elem mutatható ki, ezek azonban a vizsgált rétegben a határérték alatti koncentrációban vannak jelen. A felső és az alsó réteg mintái között különbség mutatkozik a mobilis komponenstartalom tekintetében. 8
Anyagmérleg szempontjából kimutathatók és egyensúlyban vannak azok az anionformák, amelyek meghatározzák, hogy mely toxikus elemek mobilizálhatók. A továbbiakban vizsgálataim folytatását tervezem, hiszen az itt bemutatott adatok egy nagyobb kutatási programnak részeredményei. Vizsgálataimat a jövőben kiterjesztem az összes mintámra, és mérési módszereim körét is bővíteni fogom. Az eddig kimutatott makroelemek mellett totálröntgenfluoreszcens analízis (TXRF) módszerével a mikroelemek kimutatását is szükségesnek tartom. Környezetegészségügyi szempontból nagyon fontos a salakmeddők radioaktivitásának vizsgálata. Mivel a salaklerakó közvetlen közelében lakóházak vannak kiskertekkel, érdemes mind a természetes, mind a termesztett növények toxikus anyagakkumulációját megvizsgálni. Ezt a már ismertetett röntgenfluoreszcens analízis módszerrel tervezem elvégezni. A kapott adatok függvényében indokoltnak látszik a környéken lakók egészségügyi állapotának felmérése is, ezt kérdőívek, illetve a helyi egészségügyi intézmények (háziorvos, szakrendelők) adataiból fogom meghatározni. 5. Irodalomjegyzék Angyal, Zs 003: Salgótarján környéki salakkúpok természetföldrajzi viszonyai és környezeti értékelése (szakdolgozat), pp. 17-1. Horváthné, O 1994: Alkalmazott kémiai laboratóriumi gyakorlatok kémia tanár szakos hallgatók részére, ELTE Eötvös Kiadó, Budapest, pp. 19-33. Nánási, I (szerk.) (005): Humánökológia, Medicina Könyvkiadó Rt., Budapest, pp. 59-63, 76-77. Papp, E. 1995: Modern fizikai laboratórium, ELTE Eötvös Kiadó, Budapest, pp. 97-103. Stefanovits, P., Filep, Gy., Füleky, Gy. 1999: Talajtan, Mezőgazda Kiadó, Budapest, pp. 31-347. Sükösd, Cs. 199: Magfizikai laboratóriumi gyakorlatok, ELTE Eötvös Kiadó, Budapest, pp. 11-119. Varga, E Garay, F 1999: Környezetkémiai analitika, ELTE Eötvös Kiadó, Budapest, pp. 101-13. 9