A TERMÉSZETES ÉS ÉPÍTETT KÖRNYEZET VÉDELME
6.1 6.6
A talaj ólomtartalmának csökkentése Tárgyszavak: ólom; ólomexpozíció; talajszennyezés; biológiai behatás.
Amerikai szakértők szerint az ólommérgezés a leggyakoribb és legsúlyosabb környezeti betegség a gyermekek körében. Az elmúlt 25 év alatt összegyűjtött információk a vér emelkedett ólomszintjének a kognitív fejlődésre kifejtett káros hatásait igazolják. A kutatási eredmények alapján a hat év alatti gyermekek vérének még elfogadható ólomtartalmát 25 µg Pb/dl értékről 10 µg Pb/dl értékre csökkentették. A gépjárműemissziók, festékek, élelmiszert tartalmazó konzervdobozok, illetve az ivóvíz ólomtartalmának csökkentése eredményeképpen a gyermekektől vett vérminták ólomszintjének középértéke 1970-től 1994-ig 15–18 µg Pb/dl értékről 2–3 µg Pb/dl értékre csökkent, ennek ellenére az 1–5 év közötti gyermekek több, mint 2,2%-nak a vére 10 µg/dl-nél még mindig több ólmot tartalmaz. A városok központjában élő gyermekek esetében nagyobb gyakorisággal figyelhető meg a vér magasabb ólomszintje, különösen abban az esetben, ha a talaj ólomtartalma meghaladja az 500– 1000 mg Pb/kg értéket. A káros hatások legjelentősebb forrása az ólomtartalmú festék, ivóvíz, talaj és por, amelyek közül a talajban lévő ólom kockázatait és kezelését ismerik legkevésbé. A hatékony remediálási módszerek kifejlesztéséhez szükség van a talaj ólomszintjeit befolyásoló tulajdonságok alapos vizsgálatára. A talaj ólomtartalmának csökkentésére a hagyományos módszerek eltávolítást, lefedést vagy nem szennyezett talajjal történő hígítást foglalnak magukban. Az EPA egyik kutatólaboratóriuma a DuPont együttműködésével az in situ remediálási technológiákat értékelte, s az alábbiak szerint, egy helyszíni kísérlet alapján bemutatták, hogy az ólom káros hatásának csökkentéséhez nem szükséges a talaj eltávolítása.
Az ólom veszélye Az ólom természetes körülmények között állandóan jelen van a talajban, felszíni vízben és talajvízben. A hulladékégetés, egyes bányászati műveletek és ipari emissziók, illetve az ólmozott benzin, festékek és peszticidek alkalmazása mind hozzájárul a talaj káros ólomszintjéhez. A vizsgálatok alapján a mezőgazdasági talajok ólomtartalma 135 mg Pb/kg értékig terjedhet, míg a városi környezetek talajának ólomszintje meghaladja az 1000 mg Pb/kg koncentrációt. A problémát súlyosbítja, hogy az ólom rendszerint a talajfelszín közelében marad, s ez fokozza a káros hatás valószínűségét. Patkányokon végzett táplálkozási tanulmányokban kimutatták, hogy elégtelen étrendi kálcium- vagy vasbevitel esetén a vérkeringés több ólmot abszorbeál. Humán vizsgálatokban az étrendi komponensek, mint például a kálcium, foszfor, fitát (inozit-hexafoszfát) és a rostanyag csökkenti az ólom abszorpcióját. A kálcium és foszfor kombinált adagolása jobban csökkenti az ólom felszívódását, mint az egyenként megemelt szintek. A gyermekek esetében az étrendi kálciumbevitel csökkentése növelte a vér ólomtartalmát. A vizsgálati eredményeket összesítve megállapítható, hogy a táplálkozási szokásokkal módosítható az ólom abszorpciója a szervezetben. A talajban lévő ólom biológiai elérhetősége jelentősen függ a fém ásványi formájától, részecskeméretétől, koncentrációjától és a talajkémiától. Az ólom biológiai elérhetőségét befolyásoló kémiai, biokémiai és fizikai jellemzők megismerése, az ólom környezetileg stabil formában történő megkötésének javítása lehetővé teheti a talajban lévő ólom remediálásának kevésbé költséges és környezeti szempontból biztonságosabb módszereinek kifejlesztését.
A káros hatások csökkentése A káros hatások csökkentésére irányuló hagyományos módszerek a talajeltávolításra és nem helyszíni ártalmatlanításra összpontosítanak. Az elhordással, ex situ kezeléssel és ártalmatlanítással kapcsolatos költségek, logisztikai szempontok, illetve szabályozási követelmények azonban az in situ kezelést vonzó lehetőséggé tehetik. Gyógyszerabszorpciós vizsgálatokból megállapítható, hogy egyetlen állat sem utánozhatja pontosan az emberi gasztrointesztinális traktus jellemzőit, esetleg egy-egy specifikus célra választható ki megfelelő állatmodell. Az állatokon végzett tanulmányok emellett összetettek, költségesek
és időigényesek, emiatt a talajban lévő ólom biológiai elérhetőségének tanulmányozása kémiai vagy fizikai vizsgálatokkal sokkal kedvezőbb. Az EPA kutatólaboratóriuma által kezdeményezett program célja, hogy a talajban levő ólom ásványi formájának megváltoztatási lehetőségét termodinamikai és kinetikai tanulmányok segítségével laboratóriumi körülmények között bemutassák. Az ortofoszfát (vizes foszfát, hidroxiapatit vagy foszfátkőzet) az ólmot az oldatból gyorsan és hatékonyan precipitálja alacsony vízoldékonyságú ólom-foszfátok sorozatának képződésével. Az ólomimmobilizáció végső terméke elsődlegesen piromorfit [Pb5(PO4)3X, ahol X lehet OH, Cl vagy F], amely normál környezeti körülmények között stabil szerkezetű. A vizsgálati eredmények alátámasztják a hidroxi-apatit felbomlási mechanizmusát, és a foszfor reprecipitációját ólommal piromorfit képződése mellett. A talajban oldat formájában gyakori anionok és kationok, illetve egyéb fémek jelenléte kevésbé befolyásolta az ólom immobilizációját. Ólomból történő piromorfitképződést – adszorbeálódva goethiten (Fe(OH)3) és primer ólomásványon, ez utóbbi közé tartozik a cerusszit (PbCO3), anglezit (PbSO4), litargit (α-PbO), massicot (β-PbO) és galenit (PbS) – apatit hozzáadása esetén is tapasztaltak. E transzformáció teljessége és kinetikája az ólom ásványi szerkezetétől, az adagolt apatit mennyiségétől és a rendszer pH-értékétől függ. Az összes esetben a hidroxi-apatit oldódás – amelyet a hidroxi-piromorfit, klór-piromorfit vagy fluor-piromorfit precipitációja követett – volt az elsődlegesen lezajló reakció, bár az ólom adszorpciója, illetve az ólom kalciummal történő kationszubsztitúciója szintén előfordult a hidroxi-apatiton. Az oldható ólom és foszfor között lezajló reakció sebessége, illetve a piromorfittá átalakuló primer ásványi ólom, adszorbeált ólom és a talajban lévő ólom aránya alapján a reakció meglehetősen gyors ahhoz, hogy extrakciós eljárások során végbemehessen. Emiatt a hagyományos talajkémiai extrakciós eljárásokkal (egymást követő és in vitro biológiai elérhetőségi extrakciók) az átalakítás mértéke csak pontatlanul értékelhető. A talajban található ólom ásványi formájának meghatározása, különösen nem nyugalmi állapotban, inkább nem vizes szeparációs vagy spektroszkópos technikára támaszkodik. A hagyományos röntgendiffrakciós detektáláshoz dúsított frakciók szükségesek, mivel az ólom összkoncentrációja az intakt talajrendszerben legtöbbször nem elegendő. A reakciótermékeknek és az ólomformáknak szennyezett talajban történő jellemzésére pásztázó elektronmikroszkópos, energiadiszperziós röntgensugaras és röntgenadszorpciós finomstruktúrás analíziseket alkalmaztak.
Amint a vizsgálatokból nyilvánvalóvá vált, hogy a talajban lévő ólom ásványi formája laboratóriumi körülmények között könnyen megváltoztatható, az EPA kutatólaboratóriuma a DuPont együttműködésével létrehozott egy fórumot az in situ technikák fejlesztésére. Helyszíni kísérletekkel vizsgálták azt a hipotézist, hogy reaktív anyagok adagolása az ólommal szennyezett talajhoz kevésbé veszélyes ólomformákat eredményez. A vizsgálatban az EPA sertésmodelljével értékelték a talajban lévő, helyspecifikus ólom orális biológiai elérhetőségét. Logisztikai és gazdasági megfontolások alapján a sertés in vivo vizsgálatot csak a foszforsavas kezeléseken hajtották végre. A vizsgálatok során a foszforsavval kezelt talaj esetében megfigyelhették a sertésvér ólomszintjének statisztikailag szignifikáns csökkenését, s ez alátámasztotta az elsődleges hipotézist, amely szerint az in situ helyszíni kezelések csökkentik a talajban lévő ólom biológiai elérhetőségét. A talajban lévő ólom biológiai elérhetőségének százalékos csökkenése az 1%-os foszforsavval kezelt talaj esetében 29%-ot ért el a 3 hónapos mintánál, amely 71%-ra növekedett a 32 hónapos mintában. A 0,5%-os foszforsavval kezelt talajban a csökkenés a 3 hónapos minta esetében 32%, a 32 hónapos minta esetében pedig 52%. A sertés in vitro vizsgálatokat patkány in vivo biológiai elérhetőségi vizsgálatokkal is összehasonlították a 3 hónapos és 32 hónapos 1%-os, illetve 32 hónapos 0,5%-os foszforsavas kezelés esetében. A foszfort tartalmazó talajjal kezelt állatok vérének ólomtartalma statisztikailag nem tért el azon állatok vérének ólomszintjétől, amelyekbe kontrolltalajt juttattak. A kontrollhoz képest a 32 hónapos mintavételezésnél az 1%-os foszforsavval kezelt talajban 40%-os, 0,5% foszforsav esetén pedig 23%-os csökkenést tapasztaltak az ólomtartalomban. A patkány és sertés in vivo vizsgálati eredmények hasonlóak voltak az 1%-os foszforsavas kezelés esetében a 3 hónapos mintavételezésnél, míg a patkány in vivo biológiai elérhetőség 32 hónapos mintavételezése kisebb csökkenést mutatott a sertésénél. Az összefüggések pontosabb értékelése nagyobb mennyiségű adatállományt igényel, ennek ellenére az állatokon végzett vizsgálatokból levonható az a következtetés, hogy az in situ kezelés csökkenti a talajban található ólom biológiai elérhetőségét. Az ólom adszorpcióját koplaló felnőttekben is tanulmányozták stabil izotóp analítikai módszer felhasználásával, amelynek során az ólom biológiai elérhetőségében nagyobb csökkenést tapasztaltak, mint bármelyik
állaton végrehajtott modellben. A különböző in vivo modellek közötti öszszefüggések feltárásához az oldódási és precipitációs reakciók, illetve az állatok fiziológiai folyamatainak összetettsége következtében jelentős mennyiségű alapkutatás szükséges. Az in vivo állatmodelleken kívül in vitro kémiai extrakciókat is terveztek az emberi és állati emésztőrendszerek fiziológiai folyamatainak imitálására, amelyek során különféle eljárásokkal értékelték az enzimek, szerves savak és pH-szintek szerepét. A módszert az EPA sertésmodelljén talajmintákkal is tanulmányozták, s a vizsgálatok során azt tapasztalták, hogy 1,5 vagy 2,0 (glicinpufferezett HCl) extrakciós pH jól megfelel az EPA sertés biológiai elérhetőségi méréseknek. A helyszíni kísérletekből származó talajmintákat az egyszerűsített in vitro módszerrel három pH-értéknél (1,5, 2,0 és 2,5) extrahálták. A kezelés hatása az extrakció pH-jának 1,5-ről 2,5-re történő növelésével egyértelműen nyilvánvalóvá vált, viszont az in vivo biológiai elérhetőségnek a mintavételezési idővel összefüggő változását ezzel az in vitro extrakcióval nem sikerült előrejelezni. A tanulmány eredményeit összesítve megállapítható, hogy foszfát in situ adagolása ólommal szennyezett talajhoz helyszíni körülmények között megváltoztathatja a talajban lévő ólom formáját és biológiai elérhetőségét, és ezáltal lehetővé válik a talajban lévő ólom biológiai elérhetőségének mérése állati biológiai vizsgálatok és kémiai in vitro módszerek felhasználásával. A vizsgálatokkal bebizonyították, hogy helyszíni körülmények között az in situ talajkezelések megváltoztatják a talajban található ólom formáját és biológiai elérhetőségét. A reakciótermékek környezeti stabilitása, a foszfát könnyű elérhetősége és alacsony költsége azt sugallja, hogy ez az eljárás kiemelkedő figyelmet érdemel az ólom gazdaságos in situ immobilizációja esetében szennyezett talajban és hulladékban. A különféle in vivo, in vitro, illetve egy-egy in vivo és in vitro modell közötti mennyiségi összefüggés meghatározásához azonban a rendelkezésre álló adatok még nem elegendőek. Összeállította: Molnár Kinga Ryan, J. A.; Scheckel, K. G. stb.: Reducing children's risk from lead in soil. = Environmental Science and Technology, 38. k. 1. sz. 2004. p. 19–24. Dijkstra, J. J.; Meeussen, J. C. L.; Comans, R. N. J.: Leaching of heavy metals from contaminated soils: an experimental and modeling study. = Environmental Science and Technology, 38. k. 16. sz. 2004. aug. 15. p. 4390–4395.
