A környezeti kockázatok azonosítása és az új diagnosztikai eljárások a felszín alatti szennyezıdések vizsgálatában: a MIP, ROST (LIF) módszerek alkalmazása Dr Gondi Ferenc - Halmóczki Szabolcs A felszín alatti vizek védelmének fontossága az Európai Unióban, az Únió jogi szabályozásában növekvı hangsúlyt kap. Ennek érzékeltetésére az alábbiakban a teljesség igénye nélkül idézünk néhány lényegi pontot az Európai Parlament és a Tanács a felszín alatti vizek szennyezés és állapotromlás elleni védelmérıl szóló 1855/2006/EK irányelvének szövegébıl, a preambulumból: (1) A felszín alatti vizek értékes természeti erıforrást jelentenek, amelyeket saját jogukon védeni kell az állapotromlással és a kémiai szennyezéssel szemben. Ez különösen fontos a felszín alatti vizektıl függı ökoszisztémák számára, valamint az ivóvízellátásban felhasznált felszín alatti vizekre nézve. (2) A felszín alatti víz az Európai Unió legérzékenyebb, továbbá legnagyobb édesvízkészlete és különösen, sok régióban a köz ivóvízellátásának egyik fı forrása. (3) Az ivóvízkivételre használt vagy a jövıben ilyen célra használni kívánt víztestekben a felszín alatti vizet oly módon kell védeni, hogy az ivóvíz elıállítása során szükséges víztisztítási kezelés mértékének lecsökkentése érdekében a víztestek minıségének romlása kiküszöbölhetı legyen .... (4) A hatodik közösségi környezetvédelmi cselekvési program megállapításáról szóló, 2002. július 22-i 1600/2002/EK európai parlamenti és tanácsi határozat magában foglalja a vizek olyan minıségének elérését, amely nem idéz elı jelentıs hatást és kockázatot az emberi egészségre és a környezetre. (5) A környezet egészének, és különösen az emberi egészségnek a védelme érdekében el kell kerülni, meg kell elızni, vagy csökkenteni kell a felszín alatti vizekben az ártalmas szennyezı anyagok káros koncentrációit. (6) A 2000/60/EK irányelv általános rendelkezéseket határoz meg a felszín alatti vizek védelmére és megırzésére vonatkozóan. Az említett irányelv 17. cikke értelmében a felszín alatti vizek szennyezésének megakadályozására és szabályozására intézkedéseket kell elfogadni, beleértve a felszín alatti vizek jó kémiai állapotának megítélésére szolgáló kritériumokat, és a jelentıs és tartósan emelkedı tendenciák azonosítására, valamint a tendencia megfordulási pontjának meghatározására szolgáló kritériumokat.
1
(7) A felszín alatti vizek állandó védelmi szintje elérésének szükségességére tekintettel minıségi szabványokat és küszöbértékeket kell meghatározni, valamint közös megközelítésen alapuló módszertant, a felszín alatti víztestek kémiai állapotának megítélésére szolgáló kritériumok megállapítása érdekében. Az édesvízi készletek, és ezen belül s felszín alatti vizek szennyezése elleni védelemével uniós szinten jelenleg az alábbi jogszabályok foglalkoznak: • • •
a felszín alatti vizekrıl szóló 80/68/ EGK irányelv, a vizekrıl szóló 2000/60/EK keretirányelv, azaz a Víz Keretirányelv (VKI) a felszín alatti vizek szennyezés és állapotromlás elleni védelmérıl szóló 118/2006/EK irányelv.
A hazai jogi szabályozásban a felszín alatti vizek veszélyes anyagokkal szembeni védelmérıl szóló 80/68/EGK irányelv elıírásait, valamint a Víz Keretirányelv (VKI) célkitőzéseit a felszín alatti vizek védelmérıl szóló 219/2004. (VII.21.) Kormányrendelet vezette be a hazai jogrendbe. A uniós és a hazai jogszabályokban felismerhetı logikai rendszer elemei a diagnosztika – kockázatok azonosítása – kockázatok csökkentése monitoring/visszacsatolás – javulás sorba illeszkednek. A környezeti kockázatok azonosítása és értékelése a beavatkozások, kármentesítések megalapozásának nélkülözhetetlen eleme. A kockázatok azonosításához pedig megfelelı diagnosztikai módszerek szükségesek, azaz a szennyezık térbeli eloszlásának, térbeli és idıbeli terjedésének kellıen részletes értékelését a részletes, horizontális és vertikális értelemben egyaránt információt hordozó, korszerő diagnosztikai eljárások lehetıvé teszik. A felszín alatti szennyezettség megismerésének hagyományos lépései a fúrásos feltárások, mintavétel a felszín alatti környezetbıl, és a minták (földtani közeg, felszín alatti víz, talajgáz) kémiai analitikai vizsgálata. A hagyományos terepi tényfeltárási tevékenységek fıbb hátrányos jellemzıi az alábbiak: •
A terepi fúrásos feltárások idıtartama alatt általában nincs lehetıség a szennyezettség tényének és mértékének megismerésére, sok esetben csak napokkal, vagy hetekkel késıbb válik ismertté az adott fúrás valamely mintájában a szennyezettség ténye és mértéke
•
A szennyezettség eloszlásáról általában elnagyolt képet kaphatunk, a pontmintákból és az átlagmintákból nyert ismeretek egyaránt hiányos képet adnak 2
•
Az említett hagyományos tényfeltárás általában idıigényes, amely a terepi személyzet jelenléte, a hosszabb területhasználat folytán hátrányos és költséges
•
A hagyományos tényfeltárási lépések során hulladékok, veszélyes hulladékok keletkeznek (furadék, öblítıiszap, ideiglenes kútcsövezés anyaga, tisztítószivattyúzás során keletkezı szennyezett víz, a laboratóriumi vizsgálatok során keletkezı egyéb hulladékok, veszélyes hulladékok), amelyek kezelése költséges.
A tényfeltárási folyamat végén a vizsgálatok során nyert földtani és vízföldtani ismeretekbıl, és a szennyezettség eloszlásáról nyert korlátozott ismeretekbıl összeállított elvi területi modell képezi a további tervezés alapjait. Ha a tényfeltárás során az alkalmazott módszerek korlátai következtében a befogadó üsszletre és a szennyezıdés elterjedésére vonatkozóan kialakított kép csak kevéssé tükrözi a valóságot, akkor kevéssé eredményesek lehetnek a tényfeltárás késıbbi lépései, célt téveszthet a monitoring tevékenység és a mőszaki beavatkozás, végsı soron nem hasznosul jól a felszín alatti környezet minıségének megismerésére és javítását célzó emberi munka és pénz. Jó példát adneak erre a víznél nehezenn nem vizes fázisú szénhifdrogének, azaz a klórozott szénhidrogének felszín alatti migrációjáról rendelkezésünkre álló ismereteink, és a klasszikus diagnosztikai módszerek lehetıségei. Fenti elızmények ismeretében kiemelkedıen fontos és megalapozó jelentıségő közös érdek a felszín alatti környezet diagnosztikájának javítása. Ennek korszerő eszközei a nem diagenizálódott üledékes környezetben alkalmazható lesajtolható („direct push”) érzékelık, mérıfejek, amelyek a felszín alatti környezet kızetfizikai, elektromos és kémiai jellemzıirıl szolgáltatnak ismereteket a vizsgálatok végzésével egyidejőleg („real time”). A mérıfejek és a mintavételi eszközök felszín alá juttatása statikus lesajtolással történik. A berendezés fıbb elemei az alábbiak: •
CPT (Cone Penetrometer Testing) szonda a palástsúrlódás és csúcsnyomás méréséhez,
•
inklinométer, amely a függılegestıl történı elhajlási szöget méri,
•
pórusnyomás érzékelı,
•
a felszín alatti közeg elektromos vezetıképességének mérésére alkalmas érzékelı (EC)
•
MIP (Membrane Interface Probe) szonda DELCD, PID és FID detektorokkal, amely alkalmas az egyes illékony szerves vegyi anyagok szemikvantitatív észlelésére felszín alatti környezetben 3
•
ROST (Rapid Optical Screening Tool) szonda, amely alkalmas PAH vegyületek szemikvantitatív észlelésére a felszín alatti környezetben, monokromatikus lézerfénnyel gerjesztett fluoreszcens sugárzás keltése és detektálása révén (LIFLaser Induced Fluorescence).
A regisztrátumok nyomon követése a szondázás folyamán („real time”) a berendezésekkel összeköttetésben lévı számítógép képernyıjén lehetséges. A MIP mérırendszer felszín alatti része egy CPT szondából, egy felfőthetı, félig-áteresztı membránból, a fejhez kapcsolódó rudazatból, a rudazatban húzódó elektromos kábelekbıl, és egy kapilláris csıbıl áll. A CPT-MIP vizsgálatok során a mérıfej és a hozzá csatlakoztatott rudazat statikusan kerül lesajtolásra a felszín alatti környezetbe, és közben a detektorok mérik a felszín alatti környezet elektromos vezetıképességét, a hagyományos CPT rendszer által szolgáltatott csúcsellenállás, palástsúrlódás és pórusvíz nyomás értékeket, továbbá a MIP rendszer felszíni detektorai mérik a felszín alatti illékony szerves szennyezık koncentrációjával arányos jeleket. A 120 °C-ra f elfőtött félig áteresztı membrán környezetében gázhalmazállapotba kerülı illékony szénhidrogének a membránon keresztül a rudazatban lévı kapilláris nitrogén gázáramába kerülve a hordozó tehergépjármőbe telepített detektorokba jutnak. A PID (10,6 eV), FID, DELCD detektorok jelei alapján az illékony szerves szennyezık koncentrációja megfelelı kalibrálást követıen szemikvantitatív módon megadható. A MIP mérırendszer illékony ásványolaj eredető szénhidrogének és halogénezett alifás és aromás szénhidrogének koncentrációjának szemikvantitatív mérésére alkalmas, az alsó kimutatási határ általában 0,2-0,5 mg/dm3 közötti. A szénhidrogén szennyezettség egyes típusainak (LNAPL, DNAPL és oldott) feltárásához a poliaromás (PAH) vegyületek jelenlétének érzékelésére alkalmas ROST diagnosztika alkalmas. A ROST mérırendszer lényege, hogy a monokromatikus lézerrel (290 nm, 50 Hz) gerjesztett felszín alatti környezetben a PAH vegyületek elektronjai abszorbeálják az adott hullámhosszú lézersugárzás energiáját, gerjesztıdnek, majd eredeti állapotukba visszatérve fotont bocsátanak ki, amely a szennyezı anyag koncentrációjával arányos intenzitású jelet ad. A fluoreszcens fotonokat négy meghatározott hullámhossz-tartományokban detektálják, ezen intenzitások összege jelenik meg az eredményközlı lapon. A fluoreszcencia intenzitását egy standard olaj intenzitásához viszonyítják az eredmények összehasonlíthatósága végett, a standard intenzitásértékét 100 %-nak tekintve. Az egyes hullámhosszakon detektálható intenzitások (wavelength shift) alapján elkülöníthetık az egyes szénhidrogéntípusok és azok vertikális eloszlása is. A nagyobb hullámhosszokon nagyobb intenzitásokat a nehezebb szénhidrogén frakciók (kátrány, kreozot, hidraulika olaj, 4
kvencs, stb.) adják, míg a nagyobb intenzitások jelentkezése kisebb hullámhosszokon a könnyebb szénhidrogén frakciók (kerozin, diesel, petróleum, stb.) jelenlétét jelzik. Az eredményközlı lapokon a nehezebb frakciókat piros, a könnyebb frakciókat kék szín jelöli. Az elektromos vezetıképesség mérésére alkalmas EC szondával győjtött eredmények ismeretében az anomálisan magas elektromos ellenállások mélységében szigetelı vagy rossz elektromos vezetıképességő anyagok jelenléte valószínősíthetı (pl. víznél könnyebb és víznél nehezebb szénhidrogén fázisok). Anomálisan magas vezetıképességő zónák magas ionkoncentrációjú zónákat jelezhetnek. A MIP és ROST és EC szondázással győjtött mérési eredmények validálására és kalibrálására vagy meglévı kutak vízkémiai eredményeit használhatjuk, vagy ha lehetıség van rá BAT (újabb nevén GeoNordic) mintavételi eljárással vett kvázi pontszerő reprezentatív vízminták kémiai analitikai vizsgálati eredményeit érdemes felhasználni. A fentiekben bemutatott korszerő diagnosztikai módszeregyüttes fıbb sajátosságai az alábbiak: •
A terepi és laboratóriumi tényfeltárási munkák idıtartama lerövidül a hagyományos tényfeltárásokhoz képest. Egy 2007. évi magyarországi tényfeltárás keretében 160 ponton összesen 2600 folyóméter MIP és ROST szondázás került elvégzésre 3 hét alatt.
•
A hagyományos tényfeltáráshoz képest kevesebb ideig szükséges a terepi személyzet jelenléte, lerövidül a területhasználat idıtartama, ami költségmegtakarítást eredményezhet
•
A szennyezettség ténye és mértéke már a szondázás során ismertté válik, a mérıberendezéshez csatlakoztatott számítógép képernyıjén megjeleníthetı, ennek ismeretében a tényfeltárási program szükség szerint módosítható
•
A szennyezettség vertikális eloszlásáról centiméteres sőrőséggel nyerhetı adat
•
Az elıírt kritériumrendszernek meg nem felelı környezetminıségi paraméterek esetén a szondázás leállítható, ezzel elkerülhetı a víznél nehezebb szennyezıanyag fázisok átfejtıdése mélyebb víztartókba
•
A földtani felépítésrıl objektív, kızetfizikai paraméterekbıl számított nagy felbontású kép állítató elı, gyakorlatilag centiméterenként van adat a talajtípusról. Ennek nagy jelentısége lehet bizonyos típusú szennyezıanyagok felszín alatti környezetben való terjedésének elırejelzése kapcsán.
•
A hagyományos tényfeltáráshoz képest gyakorlatilag nem keletkezik hulladék, veszélyes hulladék, ezek kezelésérıl nem kell gondoskodni.
5
