AZ AJKAI VÖRÖSISZAP KATASZTRÓFA SZENNYEZETT TALAJOK KÖRNYEZETI KOCKÁZATÁNAK FELMÉRÉSE 1 Feigl Viktória Gruiz Katalin, Klebercz Orsolya, Papp Bálint, Szabó Anett, Ujaczki Éva, Lerner Tamás, Anton Áron BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudományi Tanszék BME, Környezeti kockázatmenedzsment, 2016.04.28.
AJKAI KATASZTRÓFA 2010. OKTÓBER 4. 2
NÉHÁNY ADAT A KATASZTRÓFÁRÓL 800 000 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 3
KOCKÁZAT ALAPÚ KÖRNYEZETMENEDZSMENT HIÁNYA Lúgos vörösiszap korrozív hatása helyett fókuszban a nehézfémek Félelem a vörös színtől Több száz minta analízise szennyezőanyagokra, de a Na vizsgálata csak hónapokkal a katasztrófa után Vékony rétegben jelenlévő vörösiszap eltávolítása 4-5 hónappal a katasztrófa után, addigra kimosódás és ph csökkenés a hóolvadás és az esőzések által 4
A KOCKÁZATFELMÉRÉS NEHÉZSÉGEI Kevés publikált általános info a vörösiszapról (2010-ben) Hiányos tudás a veszélyeket és a környezeti és humán kockázatot tekintve Egyszerűnek tűnő probléma: folyadékban szuszpendált szilárd anyaggal elárasztott mezőgazdasági terület DE: kölcsönhatások a környezettel és az ökoszisztémával Esettanulmányok hiánya 5
GYORSINTÉZKEDÉSEK A KATASZTRÓFA UTÁN Célja elsősorban az emberi élet, az állatok és az ivóvíz védelme volt Döntéshozatal alapja az emberi egészség védelme és szociológiai és gazdasági szempontok Rendelkezésre álló anyagok és technológiák Döntő érv: rövid távú kedvező hatások, a hosszú távú következmények kevésbé figyelembe véve Intézkedések: Emberek kitelepítése a megrongált területekről A gát izolálása A lúgos csurgalék semlegesítése gipsz, ph beállítása 9,5-re a vízi ökoszisztéma és a folyás irányában lévő folyóvizek védelmére Lakókörnyezet megtisztítása Megrongálódott épületek és romok, törmelékek eltávolítása A folyómedrek megtisztítása 6
7
KOLONTÁR (2010.11.30.) VÍZFOLYÁSOK ÉRINTETTSÉGÉNEK VIZSGÁLATA ANGOL KUTATÓKKAL EGYÜTTMŰKÖDVE 8
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 mederkotrás Vörösiszap és gipsz kiülepedett a folyóvízi üledékben (finom szemcseméret) 9 A vörösiszap terjedési iránya (MTI)
MINTAVÉTEL 2010. december 1. és 2., Torna, Marcal, Rába, Mosoni-Duna (kezdőbetűk), Referenciaminták a torkolatok előtt (M1, R1, MD1), Minden mintavételi állomáson átlagminta (3 x kb. 500 g minta 12 m 2 - es területről) 10 A mintavételi állomások (Mayes et al., 2011)
VÍZ- ÉS ÜLEDÉK MINTAVÉTEL GÁTTÓL ÉRKEZŐ VÍZ TORNÁBA FOLYÁSA 11
VÍZ- ÉS ÜLEDÉK MINTAVÉTEL TORNA MARCALBA FOLYÁSA 12
VÍZ- ÉS ÜLEDÉK MINTAVÉTEL MARCAL 13
A SZÁRÍTOTT ÜLEDÉKMINTÁK 14
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 T3 776 4517,7 9,06 T4 697 1048 9,22 T5 789 1281,5 8,66 T6 1749 2317,7 9,12 M1 (REF) 60,2 155,4 9,05 M2* 1888 1371,2 9,88 M4 564 861,8 8,67 M5 110 1566,2 8,35 M6* 61 757,7 8,51 M7 195 3887,1 8,39 M8 139 2074,1 8,81 M9 37,2 2897,4 8,16 M10 95,2 4965,5 7,98 M11 77 4542,4 8,31 R1 (REF) 50,3 457,9 8,26 R2 80,4 595,1 8,41 MD1 60 567,7 8,14 15
GIPSZ ADAGOLÓ PONT 16
MARCAL 17
TOXICITÁSI TESZTEK EREDMÉNYEI A mintatípusok átlagos relatív toxicitása a tesztekben Az értékelés elve Rádiuszokon a biológiai, ökotoxikológiai tesztek Skálázás toxicitási indexek alapján: a viszonyítási alap az adott teszten legkevésbé gátló minta (100%: leginkább gátol) Levonható következtetések Aerob heterotróf összsejtszámnál anomália! Vibrio 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 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 18 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), 2063-71, 2012
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), 5147 5155, 2011 19
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 421 422 (2012) 253 25 20
A VÖRÖSISZAPPAL ELÁRASZTOTT TALAJOK KOCKÁZATMENEDZSMENTJÉNEK FŐBB LÉPÉSEI A kockázati koncepciómodell felállítása: szennyezőforrások, érintett környezeti elemek, receptorok és útvonalak Területfelmérés és monitoring Laboratóriumi vizsgálatok, környezettoxikológiai tesztelés, szimulációs vizsgálatok Kockázatfelmérés és jellemzés szabadföldi vizsgálatok és laboratóriumi kísérleti eredmények alapján Kockázatcsökkentés a vörösiszap eltávolítása vagy beforgatása által A Na +, a lúgosság és a szikesedés sorsának és transzportjának hosszú távú nyomon követése Újranövényesítés Az alkalmazott tisztítási és talajkezelési technológiák validálása és verifikációja 21
A KOCKÁZATFELMÉRÉS LÉPÉSEI Felmérés három lépésben: 1. A veszélyek és kockázatok azonosítása és az elsőbbséget élvező főbb kockázatok meghatározása 2. A kockázati szcenáriók kvalitatív értékelése, meghatározva a tervezett kockázatcsökkentő lépések (vörösiszap eltávolítása vagy talajba keverése) által 3. A főbb kockázati elemek kvantitatív értékelése 22
KOCKÁZATI SZCENÁRIÓK A KOCKÁZATCSÖKKENTÉSI ALTERNATÍVÁKAT FIGYELEMBE VÉVE Nincs intézkedés A vörösiszap talajról történő eltávolítása és izolált tárolása A vörösiszap beszántása a talajba A talaj újranövényesítése a vörösiszap eltávolítása vagy bekeverése után Az eltávolított vörösiszap vagy vörösiszap és talaj keverékének tárolása és a lerakott vörösiszap izolálása növényesítés vagy fizikai bekapszulálása által 23
A KATASZTRÓFA KÖVETKEZMÉNYEI? Hosszú távú kockázatok vizsgálata a talaj szempontjából Remediációs alternatíva: a vörösiszap beszántása a talajba A felvetődő kérdések: A Na + és OH - ionok mobilitása a területen Az elfogadható Na + koncentráció és lúgosság a talajban és a felszín alatti vizekeben A NaOH-dal elárasztott talajok élőhelyi funkciójának és egyéb ökoszisztéma szolgáltatások vesztesége A talajok víz és levegő háztartásának megváltozása A bekevert vörösiszap hatása a talaj tulajdonságaira A talajba keverhető maximális vörösiszap mennyiség Növénynövekedés és termesztés a vörösiszappal szennyezett talajokon A lakosságot és a gazdálkodókat érintő hosszú távú kockázatok A legkockázatosabb expozíciós útvonalak Rövid és hosszú távú károsodások Milyen területspecifikus határértékeket alkalmazzunk? Mennyi erőfeszítést, munkát és pénzt érdemes a remediációra fordítani? Hogyan fogadnák az emberek a vörösiszappal szennyezett talajokon termesztett terményeket (zöldségek, gabona)? 24
TALAJT ÉRINTŐ KOCKÁZATOK A folyékony lúgos fázis beszivárgása a talajba és a felszín alatti vizekbe Talaj és talajvíz lúgosodása A talaj és talajvíz megnövekedett Na-tartalma A kémiai elemek mobilitásának és kémiai formájának megváltozása A talaj tápanyag- és vízforgalmának megváltozása, a talaj víz-egyensúlyának felborulása Szikesedés kockázatának növekedése Talaj és talajvíz toxicitás Növény növekedés gátlása, korlátozott tápanyag hozzáférés, leromlott tápanyag háztartás Maró/korrozív hatás Emberekre gyakorolt káros hatás 25
TALAJT ÉRINTŐ KOCKÁZATOK Kis szemcseméretű vörösiszap a talaj felszínén és a talajban A vörösiszap eltömíti a talaj pórusait anoxikus körülményeket okozva Ugyanakkor: a dugók megakadályozzák további szennyeződések bejutását Az (átmeneti) anoxikus körülmények káros hatása a talaj élővilágára Az (átmeneti) anoxikus körülmények káros hatása a növénynövekedésre A kis szemcseméretű vörösiszap száradását követő kockázatok Porzás, por kiülepedés távolabbi területeken és belélegzés, a PM10 és PM2,5-es szemcseméret veszélye Maró hatás, emésztéssel Toxikus elem tartalom 26
TALAJT ÉRINTŐ KOCKÁZATOK A vörösiszap talajba szántása a maradék vörösiszap mélyebb talajrétegekbe keverése a kiprozás megakadályozására Növekvő ph, Na és Fe tartalom Szikesedési hajlam növekedése Toxikus hatása az ökoszisztémára és a termesztett növényekre Újranövényesítés/növénytelepítés Sikeres növénytelepítés csökkentheti a kiporzást, de növelheti a toxikus anyagok mennyiségét a táplálékláncban a növényi bioakkumuláció által Növény növekedés gátlás Másodlagos mérgezés a növényeken keresztül az emberi fogyasztás által 27
KVALITATÍV KOCKÁZATFELMÉRÉS 28
HUMÁN EGÉSZSÉGKOCKÁZAT Hatás: Szemcsék és maró hatás Expozíció: Belélegzés, bőrkontaktus és emésztés Forrás: Por és élelmiszer Kiporzás A katasztrófát követően 12 új PM10 mérőállomás felállítása (a meglévő 2 mellé) A 12-ből 4 mérőállomáson a katasztrófát megelőzőhöz képest több határérték átlépés, főként az első 5 hónapban A kármentesítési munkálatok befejeztével megszűnik De: a száraz technológiára való átállás növelte a por mennyiségét a levegőben! Pormérés Kolontáron 29
PORMÉRÉS 2010.11.30. Kolontár 30
HUMÁN EGÉSZSÉGKOCKÁZAT Maró hatás - NaOH Szem, bőr és légzőszervek Főként foglalkozás kapcsán RCR (Risk Characterization Ratio) számítása munkahelyi egészségügyi határértékekhez vagy epidemiológiai adatokhoz viszonyítva, ph figyelembevételével Belélegzett mennyiség túlbecsülése: a szikkadt vörösiszap 10%-a NaOH Eredmények: Belélegzett NaOH és emésztés: elhanyagolható kockázat Bőrkontaktus: 6 kockázati szcenárió 31
TALAJOK VÖRÖSISZAP BORÍTOTTSÁGA MINTAVÉTELI HELYSZÍNEK http://www.katasztrofavedelem.hu/index2.php?pageid=lakossag_kolontar_satellite Somlóvásárhely Szántók Mintavételi parcellák Gátszakadás V3-jelű minták Devecser V2-jelű minták Kolontár
ELÁRASZTOTT TALAJOK ÁLLAPOTÁNAK FELMÉRÉSE MINTAVÉTELEK Kolontári és devecseri elárasztott kertek 2010.10.08. 2010.10.28. 2010.11.11. Szántóföldek Kolontár, Devecser és Somlóvásárhely között 2010.10.28 29. 33
MINTAVÉTEL 34
MINTAVÉTEL VÖRÖSISZAPOS FELSŐ RÉTEG ELTÁVOLÍTÁSA UTÁN 35
KONTROLL MINTA 36
Integrált monitoring módszeregyüttes vörösiszappal szennyezett terület felméréséhez Talajminták vizsgálata Fizikai tulajdonságok Kémiai tulajdonságok Biológiai-ökotoxikológiai tulajdonságok Talajmikroflóra aktivitása Toxicitás Arany-féle kötöttség ph Aerob heterotróf sejtszám lemezöntéses eljárással Bakteriális toxicitás: Vibrio fischeri lumineszcencia-gátlás Szárazanyagtartalom Humusztartalom FDA fluoreszcein hidrolízis Növényi toxicitás: Sinapis alba (kétszikű) növekedésgátlás Iontartalom (leggyakoribb anionok, kationok) Szubsztráthasznosítás BIOLOG Ecoplate Állati toxicitás: Folsomia candida mortalitás teszt Makrotápelem-tartalom (N, P, K, Ca) Aerob és anaerob sejtszám határhígításos eljárással Kioldható toxikus elemtartalom 37
0-5 cm 5-10 cm 10-20 cm 20-30 cm 0-5 cm 5-10 cm 10-20 cm 20-30 cm 0-5 cm 5-10 cm 10-20 cm 20-30 cm 0-5 cm 5-10 cm 10-20 cm 20-30 cm ph Na tartalom (mg/kg) KÉMIAI MÉRÉSEK EREDMÉNYEI ELÁRASZTOTT KERTEK 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 A kertekben vett átlagminták ph értékei 0-5 cm 5-10 cm 10-20 cm 20-30 cm 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 Na-tartalom a kertekben vett átlagmintákban V01 kontroll V2-MF1A Kolontár, 5cm vi V2-MF2A Kolontár, 8cm vi V3-MF2A Devecser 10 cm vi
ph Na-tartalom (mg/kg) KÉMIAI EREDMÉNYEK ELÁRASZTOTT SZÁNTÓK 10 9 8 Mezőgazdasági talajok ph értékei 5000 4500 Mezőgazdasági talajokban mért Natartalmak 7 4000 6 5 4 3 2 1 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 referencia átlag/1 referencia átlag/2 ER-jelű minták LE-jelű minták mélyebb rétegek 0 referencia referencia átlag/1 átlag/2 ER-jelű minták LE-jelű minták mélyebb rétegek Jelmagyarázat: ER- Vörösiszappal együtt vett talaj minták LE- Vörösiszap nélkül vett talaj minták (a minta vétel előtt a vörösiszapot eltávolították) Mélyebb rétegek - 30-60 cm mélységből származó minták átlagai Referencia/1 0-30 cm mélységből származó szennyezetlen mezőgazdasági kontroll minta Referencia/2 30-60 cm mélységből származó szennyezetlen mezőgazdasági kontroll minta
KÉMIAI EREDMÉNYEK - PH 10 cm-nél mélyebbre nem jutott a vörösiszapból a lúg és fémionok 0 1,5 ph növekedés a felsőbb rétegekben Kockázat alapú kategóriák a Torna-patak völgyére (helyi talaj ph-ja 8,15±1,1, ill. geológiai, hidrogeológiai és talaj tulajdonságok alapján) ph<8 elhanyagolható kockázat (vörösiszap eltávolítása után, növényesítés még tovább csökkenti) ph=8,0 8,5 kis kockázat ph=8,5 a mérsékelt kockázat határa ph=8,5 9,0 mérsékelt kockázat (50 cm mélyen vörösiszap bekeverés) ph=9 a szignifikáns/jelentős kockázat határa (10% vörösiszap bekeverése) ph>9 szignifikáns kockázat (>9,5 növényi növekedés gátolt) 40
NA KOCKÁZATA Nagy Na-tartalom szikesedés Háttérérték: 200 300 mg/kg Területspecifikus határérték: 900 mg/kg Na felezési idő (hígulás): 3 hónap 41
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 As magyar határérték: 15 mg/kg, helyszínspecifikus: 25 mg/kg Se magyar határérték: 1 mg/kg, Eu: 3 mg/kg ez alatti értékek Feltételezés: lúgos közegben történő mobilizáció Szántóknál kivéve: Cr, Ni, As A határérték kétszeresét nem érik el nem kockázatos 42
sejtszám(*106 dbsejt/g talaj) sejtszám(*106 dbsejt/g talaj) KERTEK AEROB HETEROTRÓF ÉLŐSEJT SZÁM Aerob heterotróf élősejt szám a frissen elöntött kertekben Aerob heterotróf élősejt szám változása időben a kertekben 140 0-5 cm mélység 5-10 cm mélység 10-20 cm mélység 20-30 cm mélység 40 0-30 cm mélység 30-60 cm mélység 120 35 100 30 80 60 40 25 20 15 10 20 5 0 Referencia (nem mezőgazd.) Kolontár, 5 cm Vi Kolontár, 8 cm Vi Devecser, 10 cm Vi 0 Referencia, 11-11 (mezőgazd.) Devecser, 10-08 Devecser, 10-28 (gipszes) Devecser, 11-11 (teteje leszedve)
GIPSZ KISZÓRÁSA A KERTEKBEN 44
gyökérhossz (cm) szárhossz (cm) KERTEK S. ALBA NÖVEKEDÉS GÁTLÁS Megjegyzés: Aliivibrio fischeri és Folsomia candida: nincs gátló hatás 40 S. alba gyökérhossza frissen elöntött kerti talajokon 0-5 cm mélység 5-10 cm mélység 10-20 cm mélység 20-30 cm mélység 35 S. alba szárhossza a frissen elöntött kerti talajokon 0-5 cm mélység 5-10 cm mélység 10-20 cm mélység 20-30 cm mélység 35 30 30 25 20 25 20 15 15 10 10 5 5 0 Referencia (nem mezőgazd.) Kolontár, 5 cm Vi Kolontár, 8 cm Vi Devecser, 10 cm Vi 0 Referencia (nem mezőgazd.) Kolontár, 5 cm Vi Kolontár, 8 cm Vi Devecser, 10 cm Vi
sejtszám (106 db sejt/g talaj) SZÁNTÓK AEROB HETEROTRÓF ÉLŐSEJT SZÁM 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0-20 Mezőgazdasági talajok élősejt és gombaszáma húslé agar ER átlag LE átlag referencia átlag/1 mélyebb rétegek referencia átlag/2 Jelmagyarázat: ER- Vörösiszappal együtt vett talaj minták LE- Vörösiszap nélkül vett talaj minták (a minta vétel előtt a vörösiszapot eltávolították) Mélyebb rétegek - 30-60 cm mélységből származó minták átlagai Referencia/1 0-30 cm mélységből származó szennyezetlen mezőgazdasági kontroll minta Referencia/2 30-60 cm mélységből származó szennyezetlen mezőgazdasági kontroll minta
ED50 (mg talaj) gátlás (%) SZÁNTÓK VIBRIO FISCHERI LUMINESZCENCIA GÁTLÁS ÉS COLLEMBOLA MORTALITÁS 30 V. fischeri biolumineszencia gátlás a mezőgazdasági talajokon 25 Collembola mortalitás a mezőgazdasági talajokon 25 20 20 15 15 10 10 5 5 0 ER átlag LE átlag mélyebb rétegek referencia átlag/1 referencia átlag/2 0 ER átlag LE átlag mélyebb rétegek referencia átlag/1 referencia átlag/2 Jelmagyarázat: ER- Vörösiszappal együtt vett talaj minták LE- Vörösiszap nélkül vett talaj minták (a minta vétel előtt a vörösiszapot eltávolították) Mélyebb rétegek - 30-60 cm mélységből származó minták átlagai Referencia/1 0-30 cm mélységből származó szennyezetlen mezőgazdasági kontroll minta Referencia/2 30-60 cm mélységből származó szennyezetlen mezőgazdasági kontroll minta
hossz (mm) hossz (mm) SZÁNTÓK S. ALBA NÖVEKEDÉS GÁTLÁS Sinapis alba gyökér hossza a mezőgazdasági talajokon Sinapis alba szár hossza a mezőgazdasági talajokon 30 25 25 20 20 15 10 15 10 5 5 0 ER átlag LE átlag mélyebb rétegek referencia átlag/1 referencia átlag/2 0 ER átlag LE átlag mélyebb rétegek referencia átlag/1 referencia átlag/2 Jelmagyarázat: ER- Vörösiszappal együtt vett talaj minták LE- Vörösiszap nélkül vett talaj minták (a minta vétel előtt a vörösiszapot eltávolították) Mélyebb rétegek - 30-60 cm mélységből származó minták átlagai Referencia/1 0-30 cm mélységből származó szennyezetlen mezőgazdasági kontroll minta Referencia/2 30-60 cm mélységből származó szennyezetlen mezőgazdasági kontroll minta
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 ER jelű (vörösiszappal együtt vett) mintáknál mindhárom trófikus szintről származó tesztorganizmussal van gátlás (V. ficheri 25%, S.alba 15 20%, Collembola 5 10%) LE jelű (vörösiszap eltávolítása után vett) mintáknál a V. fischeri (15%) és a S. alba (5 10%) mutatott ki gátlást
OSZLOPKÍSÉRLET Irrigation 10 cm red mud 0 30 cm: sandy loam with gravel Pannon Egyetem Georgikon Kar, Növénytermesztéstani és Talajtani Tanszék 30 50 cm: sand with higher gravel content 50 80 cm: sand with gravel and at 60 cm a coherent gravel layer 80 100 cm: sand with gravel Effluent collection 50
OSZLOPKÍSÉRLET KÉMIAI EREDMÉNYEK 0-30 cm 30-50 cm 50-80 cm 80-100 cm 51
OSZLOPKÍSÉRLET KÉMIAI EREDMÉNYEK 52 Korreláció a ph-val és a szerves anyag tartalommal
OSZLOPKÍSÉRLET BIOLÓGIAI EREDMÉNYEK Toxikus hatás: 0-30 cm, sejtszám és S. alba: serkentő hatás 53
SZIKESEDÉS VIZSGÁLATA MIKROKOZMOSZBAN 54 Mesterséges esővíz: 0,16 mmol/l-es CaCl 2 oldat
WHC% magasság [mm] SZIKESEDÉS VIZSGÁLATA KÉMIAI EREDMÉNYEK Szennyezetlen és szennyezett talajok víztartóképessége Szennyezetlen és szennyezett talajok kapilláris vízemelése 38,00 37,00 36,00 35,00 34,00 33,00 32,00 31,00 30,00 29,00 3 9 9 5% 9 10% minta 250 200 150 100 50 0 0 1 2 3 4 5 6 idő [h] 9 9 5% 9 10% 3 Mintajelölések: 3: Szennyezetlen kontroll talaj 9: Vörösiszappal elöntött talaj, melynek felszínéről a vörösiszpos talajréteget eltávolították 9 5%: 9-es jelű talajba kevert 5% vörösiszap 9 10%: 9-es jelű talajba kevert 10% vörösiszap 55
koncentráció [m/m %] koncentráció [m/m %] koncentráció [m/m %] A SZIKESEDÉSI MIKROKOZMOSZOK ÁLLAPOTA A KÍSÉRLET MEGBONTÁSA UTÁN 0,12 0,1 0,08 0,06 0,04 0,02 0 Össz-só tartalom öntözött mikrokozmosz AF3 AK3 AA3 AF9 AK9 AA9 AF9 5% AK9 5% minta AA9 5% AF9 10% AK9 10% AA9 10% Össz-só tartalom magas talajvízszintet modellező mikrokozmosz 0,18 0,16 0,14 0,12 0,1 0,08 0,06 0,04 0,02 0 BF3 BK3 BA3 BF9 BK9 BA9 minta BF9 5% BK9 5% BA9 5% BF9 10% BK9 10% BA9 10% Össz-só tartalom mély talajvízszintet modellező mikrokozmosz 0,20 0,18 0,16 0,14 0,12 0,10 0,08 0,06 0,04 0,02 0,00 CF3 CK3 CA3 CF9 CK9 CA9 minta CF9 5% CK9 5% CA9 5% CF9 10% CK9 10% CA9 10% Mintajelölések: 3: Szennyezetlen kontroll talaj 9: Vörösiszappal elöntött talaj, melynek felszínéről a vörösiszpos talajréteget eltávolították 9 5%: 9-es jelű talajba kevert 5% vörösiszap 9 10%: 9-es jelű talajba kevert 10% vörösiszap F: felső réteg, k: középső réteg, A: alsó réteg 56
VÖRÖSISZAP BEKEVERÉSES MIKROKOZMOSZ KÍSÉRLET 57
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 8,00 1 10 100 Vörösiszap koncentráció [%] 58
Pusztulási és gátlási % KÖRNYEZETTOXIKOLÓGIAI TESZTEK Gátlási illetve pusztulási %-ok a ph függvényében 120 100 80 Folsomnia Folsomia candida pusztulási % 60 40 Sinapis alba alba csírázás gátlási % 20 0 7 8 9 10 11 12 13 ph Vibrio Aliivibrio Fischeri fischeri biolumineszcencia gátlási % 59
KÖVETKEZTETÉSEK 10% alatt nem tapasztalható gátlás 20 30%-os tartományban azonban számottevő Remediáció: 3 4 cm-s vörösiszap-réteget szántással be lehetne forgatni 30 40 cm mélységben, a talajban ez az 5 10%-os tartománynak felel meg, amely serkentő hatással bír Hosszú távú hatások vizsgálata további mikrokozmosz kísérletekben 60
A KÖRNYEZETI KOCKÁZATFELMÉRÉS LEGFONTOSABB EREDMÉNYEI A por általi levegőszennyezés és ennek egészségügyi kockázata elfogadható lett a kármentesítési munkák végére. A száraz vörösiszap tárolás növelte a kiporzást! A lúgos talaj belélegzése, lenyelése és a bőrkontaktus elhanyagolható kockázatot jelent a kármentesítési munkák végére. A lúgos beszivárgás nagy kockázatot jelent a talaj struktúrára és a növényzetre, de a lúgosság hígulása jelentős. A vörösiszap apró szemcséi eltömítették a talajpórusokat anaerob körülményeket okozva és elpusztítva a talajlakó élőlényeket. A szántás helyreállítja az aerob körülményeket. A vörösiszapos bekeveréses mikrokozmosz kísérletek eredményei nagyobb elfogadható bekeverhető mennyiséget (8-10%) mutattak, mint a számított 5%. A Na-ion koncentráció szignifikánsan növekedett, átlépve a terület specifikus szűrési határértéket. Szignifikáns Na-hígulás (felezési idő: 3 hónap) csökkentheti a hosszú távú kockázatokat. Direkt kontakt toxicitási eredmények nem voltak szignifikánsak és főként a lúgossághoz kötődtek. A toxikus fémek kockázata nem szignifikáns, néhány fém mobilizálódott a talajból a lúgos körülmények következtében (foszfát, arzenát, nikkelát, kromát, molibdenát és szelenát), de toxikus hatás, növény növekedés gátlás vagy táplálékláncra gyakorolt hatások nélkül. 61
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 62
GÁT LEZÁRÁSA 63
LAKÓKÖRNYEZET MEGTISZTÍTÁSA 64
MEZŐGAZDASÁGI TERÜLETEK MEGTISZTÍTÁSA 65
FELSZÍNI VIZEK 2013. SZEPTEMBER Kolontár 2 Marcal 3 Marcal 9 66 Torna 3
KOLONTÁR 2014 ŐSZ 67
DEVECSER 2014 ŐSZ 68
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, 2677-2685 69 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
FELHASZNÁLT FORRÁSOK 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, 16-19 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 25 29 March 2012, Oakland, USA, 4156 4165, 2012 Valamint BME-ABÉT Diplomamunkák http://soilutil.hu/node/21 és http://soilutil.hu/node/150 70