Vörösiszappal kevert talajok környezettoxikológiai elemzése mikrokozmosz kísérletekbenk Ujaczki Éva Klebercz Orsolya, Feigl Viktória, Gruiz Katalin PhD hallgató Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudományi Tanszék 2012. április 25.
Vörösiszap-katasztrófa Ajkán Katasztrófa Ajka és Devecser között a MAL Zrt. vörösiszap tározójában 2010.10.04. Szennyeződtek: Kolontár, Devecser, Somlóvásárhely, Torna patak, Marcal, Rába, Mosoni-Duna, Duna
A vörösiszapv Timföldgyártás mellékterméke, magas vastartalmú, jellegzetes színű, erősen lúgos szuszpenzió. Mivel egy meddőközetből származik, lényegében talaj-analóg, azonban ph, szemcseméret és Na-tartalom tekintetében különbözik a természetben is megtalálható anyagoktól. ph értéke 12-14 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. Nagy fajlagos felület jellemzi, az átlagos érték körülbelül 10 m 2 /g. Apró szemcseméret: a szemcsék 90%-a általában 75 µm alatti mérettartományba esik, az átlagos szemcsemérete 10 µm-nél is kisebb. Víztartalmát hosszú időn át megőrzi, nedvességtartalma változó: átlagosan 45 50%.
A talajba kevert vörösiszap v környezeti k kockázata Radioaktivitás nem jellemző ph hatása rövid távú hatás Szikesedés hosszú távú hatás Fémtartalom
Kísérlet céljac Meghatározni a károsan még nem ható vörösiszap tartalmat, amely bekeverhető talajba. Mezőgazdasági talajok toxicitás és a növénynövekedés-gátlás a legfőbb kérdés. Az 1. kísérletsorozat a vörösiszap toxicitását jellemzi, a 2. kimondottan a növényekre gyakorolt hatást. Az 1. rövidtávú kísérletsorozat: 0 100%-os vörösiszap tartalom, 1 hét termosztálás.
Kísérlet céljac A 2. hosszútávú kísérletsorozat: 0 40% vörösiszap tartalom, 8 hónap termosztálás, 4 mintavétel, referencia talaj a térségből szennyezetlen területről származott.
Fémtartalom Királyvíz-oldható fémtartalom [mg/kg] a 2. kísérletsorozatban Vörösiszap tartalom Arzén Króm Nikkel kezdeti végső kezdeti végső kezdeti végső 0% kontroll* 4,2 3,40 20,6 22,2 8,6 7,84 0%** 4,2 2,88 15,9 14,2 8,3 6,43 5% 11,0 7,66 58,6 39,5 27,7 19,2 10% 18,6 12,4 107,0 63,4 51,5 30,7 20% 32,3 21,1 216,2 113 101,3 56,1 30% 35,2 29,6 238,4 200 110,4 98,6 40% 35,0 31,2 267,1 205 126,5 96,9 Határérték*** 15 15 75 75 40 40 *a katasztrófa által nem érintett, szennyezetlen területről származó talaj **vörösiszappal elárasztott talaj, amelyek a felszínéről eltávolították a vörösiszapot ***6/2009 (IV. 14.) KvVM-EüM-FVM együttes rendelet a földtani közeg és a felszín alatti víz szennyezéssel szembeni védelméhez szükséges határértékekről
1. Kísérletsorozat K ph Vörösiszap koncentráció [%] ph 0% 8,3 5% 9,8 10% 9,9 20% 10,8 30% 11,1 40% 11,2 50% 11,2 60% 11,9 70% 12,0 80% 12,3 90% 12,2 100% 12,4 ph nő a vörösiszap tartalommal arányosan Referencia talaj is lúgos tartományba esik ph 13 12,5 12 11,5 11 10,5 10 9,5 9 8,5 8 A talaj ph-jának változása a vörösiszap-tartalom függvényében az 1. kísérletsorozatban 1 10 100 Vörösiszap tartalom [%]
I. KísérletsorozatK Mikrobiológiai aktivitás Mikrobiológiai aktivitás megnő 5% és 10% vörösiszap tartalom mellett Vörösiszap kis mennyiségben nem gátolja a mikroorganizmusokat és gombákat, szaporodnak és lélegeznek a mikrokozmoszokban Vörösiszap 4 fontos tényezőn keresztül befolyásolja a sejtszámot: makro- és mikrotápelem tartalom, mobilizálódó toxikus-fémtartalom, lúgos ph, talaj oxigénháztartása. db sejt/g talaj 1,0E+08 1,0E+07 1,0E+06 1,0E+05 1,0E+04 1,0E+03 1,0E+02 1,0E+01 Aerob heterotróf sejt- és gombaszám az 1. kísérletsorozatban 1,0E+00 0% 20% 40% 60% 80% 100% Vörösiszap tartalom [%] heterotróf sejtszám gombaszám
I. KísérletsorozatK Mikrobiológiai aktivitás Mikrobiológiai aktivitás megnő 5% és 10% vörösiszap tartalom mellett Eltolódás az aerob és fakultatív anaerobok maximuma között: aerobok 5%, fakultatív anaerobok 10% a vörösiszap pórusokat elzáró hatása miatt csökken a levegőellátás, így feldúsulnak a fakultatív anaerobok db sejt/g talaj 1,0E+09 1,0E+08 1,0E+07 1,0E+06 1,0E+05 1,0E+04 1,0E+03 1,0E+02 1,0E+01 1,0E+00 1,0E-01 Aerob és fakultatív anaerob élősejtszám az 1. kísérletsorozatban 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Vörösiszap tartalom [%] aerob fakultatív anaerob
I. KísérletsorozatK Környezettoxikológiai tesztek Pusztulási és gátlási % 120 100 80 60 40 20 0 Gátlási illetve pusztulási százalékok a ph függvényében az 1. kísérletsorozatban 8 9 10 11 12 13 ph Folsomia candida pusztulási % Sinapis alba csírázás gátlási % Vibrio fischeri Fischeri biolumineszcenci a gátlási % 10-es ph-n a növény (Sinapis alba) és talajlakó állat (Folsomia candida) még képes alkalmazkodni A nagyérzékenységű tengeri baktérium (Vibrio fischeri) már nem 11-es ph felett 60%-ra nőttek a gátlási százalékok
II. KísérletsorozatK ph 11,0 10,5 ph az idő függvényében a 2. kísérletsorozatban A vizsgálat ideje alatt 0,5-tel csökken a ph minden vörösiszappal kevert talajban A vörösiszapot nem tartalmazó talajokban nő ph 10,0 9,5 9,0 8,5 8,0 7,5 7,0 6,5 0% kont. 0% 5% 10% 20% 30% 40% klímakamrai egyensúlyi állapot 6,0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 A bekeverés időpontjától eltelt hónapok Vörösiszap koncentráció [%] 0. hónap (1. mintavétel 2011.03.09.) 1. hónap (2. mintavétel 2011.04.11.) 5. hónap (3. mintavétel 2011.09.12.) 7. hónap (4. mintavétel 2011.11.07.) csapadékszeg ény csapadékos 0% (kont. Szennyezetlen referenciatalaj) 6,5 7,0 7,7 7,3 7,1 0% 8,3 8,1 8,4 8,8 8,3 5% 9,6 9,5 9,9 9,2 9,4 10% 9,9 9,9 9,7 9,5 9,5 20% 10,4 10,0 10,0 10,0 9,9 30% 10,5 10,3 10,3 9,9 9,9 40% 10,5 10,4 10,0 9,9 10,0
II. KísérletsorozatK Mikrobiológiai aktivitás 0% vörösiszap tartalomnál nő a mikrobiológiai aktivitás 5% mellett nem változik jelentős mértékben a sejtek száma a kísérlet időtartalma alatt 10%, 20%, 30%, 40% csökkenés tapasztalható 3,0E+07 Heterotróf élősejtszám az idő függvényében a 2. kísérletsorozatban 2,5E+07 db sejt/g talaj 2,0E+07 1,5E+07 1,0E+07 5,0E+06 0,0E+00 0 1 2 3 4 5 6 Mintavételi időpontok 0% kontroll 0% 5% 10% 20% 30% 40%
II. KísérletsorozatK Vibrio fischeri biolumineszcencia-gátl tlás s teszt ED20: 20%-os gátlást okozó talajmennyiség 5% és 10% vörösiszap tartalom mellett a toxicitás időben csökkenő tendenciát mutat 10% felett jelentős toxicitás tapasztalható, amely nem változik a kísérlet ideje alatt 25 ED20 az idő függvényében a 2. kísérletsorozatban 5% ED20 (mg száraz talaj) 20 15 10 5 10% 20% 30% 0 0 1 2 3 4 5 6 A bekeverés időpontjától eltelt hónapok 40%
II. KísérletsorozatK Sinapis alba csírázás-gátl tlás s teszt 20% vörösiszap tartalomig a csírázás gátlás 20% alatt marad Magasabb vörösiszap tartalom mellett enyhe csökkenés tapasztalható pl.: 30%-nál a kezdetben majdnem 70%-os gátlási százalék 30% alá csökken 100 90 80 Csírázás-gátlás az idő függvényében a 2. kísérletsorozatban Csírázás-gátlás [%] 70 60 50 40 30 20 10 0% 5% 10% 20% 30% 40% 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Mintavételi időpontok
II. KísérletsorozatK Folsomia candida mortalitás s teszt Enyhe csökkenés tapasztalható a kísérlet ideje alatt A pusztulási százalék a 30% és 40% vörösiszapot tartalmazó mikrokozmosz kivételével minden esetben 30% alatt marad Folsomia candida pusztulási százalék az idő függvényében a 2. kísérletsorozatban Pusztulási százalék [%] 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 2 4 6 8 Mintavételi időpontok 0% 5% 10% 20% 30% 40%
Összegzés 5% alatti vörösiszap-bekeverés tartósan nem jelent kockázatot a talajra nézve. 10% bekeverés rövidtávon némileg káros lehet, hosszabb távon azonban ez a hatás mérséklődik. 10% feletti vörösiszap-bekeverés után viszont a talajnál már hosszabb távú károsodások jelentkeznek. Végkövetkeztetéseként megállapíthatom, hogy 5 és 10%-os koncentrációban indokolható a vörösiszap bekeverése a katasztrófa által érintett mezőgazdasági talajokba.
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 m a figyelmet!