Szennyezőanyagok
Vízminőség, vízvédelem 2010. tavasz
Vízszennyezés: minden olyan emberi tevékenység, illetőleg anyag, mely a víz fizikai, kémiai, biológiai és bakteriológiai tulajdonságait (természetes minőségét) károsan megváltoztatja. A vízszennyezés következtében a víz emberi használatra részben, vagy teljesen alkalmatlanná válik, ill. a természetes vízi életfolyamatok kárt szenvednek. Vízszennyeződés a mérgező, fertőző, sugárzó, egyéb ártalmas anyagok, például a kommunális szennyvíz és ipari szennyvíz stb. vízbe vezetése. A vízminőségrontó hatás származhat a vízgyűjtő természetes forrásaiból is (természetes vízszennyezés), sőt magában a vízben is keletkezhet. (Környezetvédelmi Lexikon)
Szennyező csoport Nyomelemek Fém-szerves kombináció Szervetlen tényezők Azbeszt Algák tápanyagai Radionuklidek Savasság, lúgosság Szennyvíz Nyomokban előforduló szerves anyagok Peszticidek PCB Karcinogen kémiai anyagok Kőolaj származékok Patogén Detergensek Hordalékok Íz, szag, víz
Káros hatás Egészségügyi, vízi lények Fém transzport Toxicitás, vízi lények Emberi egészség Eutrofizálódás Toxicitás Vízminőség, vízi élet Vízminőség, oxigén szintek Toxicitás Toxicitás, vízi élet Lehetséges biológiai hatás Rákos daganatok Hatás ** Egészségügyi hatás Eutrofizálódás, vadélet, esztétikai Vízminőség Esztétika
•OXIGÉNELVONÓ ANYAGOK (főként szervesanyagok) •VÍZOLDHATÓ SZERVETLEN ANYAGOK •NÖVÉNYI TÁPANYAGOK (N és P) •MIKROSZENNYEZŐK (Szerves: Peszticidek, gyomirtó szerek, szerves vegyipari hulladékok, stb., szervetlen: Cd, Cu, Cr, Ag, Hg, stb.) •LEBEGŐANYAG •FERTŐZŐ ÁGENSEK (baktériumok, vírusok, stb.) •RADIOAKTÍV ANYAGOK •HŐ
Vízszennyezők csoportosítása 1. a) Élőlények
b) Anyagok
c) Energiák (pl. hőszennyezés)
(baktériumok, vírusok) 1. Mikroszennyezők
Szerves ¾ Fenolok és származékaik ¾ Detergensek ¾ Kőolaj és származékai ¾ PAH vegyületek ¾ PCB vegyületek ¾ Növényvédőszerek ¾ Klórozott szerves vegyületek ¾ Komplexképző szerves vegyületek
2. a) oldott b) szilárd c) mikrobiális
2. Egyéb („Makroszennyezők”) pl. nitrát, foszfát, savak, lúgok Szervetlen ¾ fémek: Al, As, B, Zn, Hg, Cd, Cr, Ni, Pb, Cu ¾ cianid (CN-) Radioaktív szennyezők Cs, Sr, U stb. izotópjai
Szennyezők szerinti megoszlás, felszín alatti víz
Cianidok 0%
Nehézfémek 12%
Egyéb 9%
Fenolok 1% Policiklikus aromás Aromás szénhidrogének - szénhidrogének PAH BTEX 7% 28%
László ÁDÁM VITUKI Kht.
Klórozott szénhidrogének 14%
Ásványi olaj 29%
Mikroszennyezők: azok a vízben µg/l koncentrációban jelenlévő anyagok, amelyek a vízi életfolyamatok feltételeit és a víznek ember számára való felhasználhatóságát csökkentik/megszüntetik. -Károsító hatás oldott formában; az oldott és szilárd frakció közti megoszlást több tényező befolyásolja: • pH < 7 oldott frakció túlsúlya • pufferkapacitás (azaz a nagyobb hidrogén-karbonát koncentráció) Æ kicsapódás • növekvő Eh Æ kicsapódás • lebegőanyag Æ adszorpció -Ált. antropogén úton, de lehet természetes módon is – pl. Cu érceiből
Szervetlen szennyezők Ivóvízre vonatkozó
Földkéreg: 95% oxigén, szilícium, vas, alumínium, kalcium, nátrium
többi 5%, de ércekben feldúsulhatnak, talajban, vízben, növényzetben a határértéket túlléphetik! http://aktweb.chem.u-szeged.hu/
- 2 csoport: ¾ esszenciális elemek (pl. Cr, Fe, Zn) ¾ élő szervezetnek idegen fémek (Tl, Hg, Pb) - milyen? -mennyi? - kis koncentráció – de!: akkumuláció és bioakkumuláció - könnyen átalakulhatnak - ua. elem vízoldható és nem vízoldható módosulatban is (pl. Cr) - szinergizmus – antagonizmus Pl. a cink túladagolása vérszegénységet okoz, amely rézadagolással ellensúlyozható; a mangán a vérképzésben gátolja a vasat.
-Fe, Hg, Ni, Cd, Zn, Cu, Cr, Pb, Mn, As; CN-
„Minden dolog méreg, ha önmagában nem is az; csupán a mennyiség teszi hogy egy anyag nem méreg.” (Paracelsus)
As
légykő, mireny
- méreg vagy ultranyomelem?: 0,01-0,03 mg/nap - termésarzén szulfidok: arzenopirit (FeAsS) realgár (As2S2, auripigmentum (As2S3); oxidok: (As2O3, As2O5).
- AsO43- arzenát (+5) AsO33- arzenit (+3)
nehéz eltávolítani
Az arzenát eltávolítás sokkal nagyobb hatásfokkal oldható meg, ezért a reduktív környezetből származó As3+ komponenseket oxidálni kell!
Hg
(hydrargyrum, mercury, „híg anyag”)
- Reakcióképessége alacsony - ötvözete az amalgám - HgS – cinnabarit •hőmérők, barométerek •tükrök •fogászati tömések •Hg-gőz lámpák •klór előállítása
1950-60: Minamata-kór: HgSO4 Æ HgS Æ szerves Hg-vegyületek [ CH3 – Hg ]+ ; [ CH3 – Hg – CH3] 1970-es: Kazincbarcika: NaCl elektrolízise Hg-katódon Æ NaOH Mellette sósavüzem Æ vízben jól oldódó HgCl
http://hu.wikipedia.org
Cd
(kadany)
- ásványai ritkák; greenockit – CdS http://hu.wikipedia.org
•ötvöző •Ni-Cd elemek (környezetvédelem) •atommag-hasadás szabályozása -Növények elviselik a magas Cd-tartalmat Æ táplálékláncba kerülhet - dohányzás -Zn helyére épül be; erősen toxikus -Fehérjék S-atomcsoportjához kapcsolódva denaturálja azokat
Itai-itai betegség: Japán, Shinzu folyó Szilárd nehézfém-vegyületeket lemosta, a rizsföldeken anaerob körülmények között oldódtak. Csontokban: Ca Æ Cd
Pb
(plumbum)
- galenit - PbS Lúgokban nem oldódik, csak híg savakban.
•akkumulátorok •vezetékek •ólomkristály •festékek •benzinadalék (volt) •védőpajzs (radioaktív-, rtg-sugárzás) •rovarirtó
http://hu.wikipedia.org
-kiszorít egyéb létfontosságú fémeket (vasat, cinket, kalciumot), sejtméregként viselkedik -ólommérgezés -ólom-acetátot édesítőszerként és kozmetikumok alkotórészeként használták Æ köszvény -vízvezetékek, étkező eszközök; mázas kerámiák előállításához
Cr
(chroma)
- krómvaskő •krómbevonatok •korrózióálló, kopásálló, saválló ötvözetek •dikromátokat analitikai kémiában
http://hu.wikipedia.org
+2, +3 nem jól oldódik - szennyvíztisztítási módszerekkel tisztítható +6 kiválóan oldódik (felületvédelemre, cserzésre)
Zn, Cu, Ni emberre kevéssé veszélyes, halakra igen
Fe, Mn (cseleny) - több oxidációs állapot (2 és 3 ill. 2 és 4) - színesek - levegőn könnyen oxidálódnak - élő szervezetben fontosak: oxigénszállítás; enzimműködés - természetes vizek alkotója - oldhatósága a pH , Eh és komplexképző sajátságok (pl. humuszanyagok jelenlétének) függvénye - csak nagy mennyiségben mérgező, de esztétikailag rontja a vizet - csővezetékeket eltömhetik - ivóvízben max. 1 ill. 0,5 mg/l
CN - ércből anyagkinyerésre -hemoglobinhoz kötődik -2000 Nagybánya környéki Au-lelőhely: ércekből cianiddal komplexképzéssel Au-kinyerés A cianidoldatot földmedencékben tárolták, de a gát átszakadt! Szamos 30, Tisza f.sz. 10, Szeged alatt is >1ug/l -Vízben jól oldódik -Ártalmatlanítás: NaOCl-dal oxidálni v. Fe(II)-sóval berlini kék - Fe4[Fe(CN)6]3
http://aktweb.chem.u-szeged.hu/
http://www.terra.hu/cian/cian.html
A tiszai üledék szennyezettsége – nemzetközi összehasonlításban Nehézfém (mg/kg) Cd Pb Cu Ni Cr Zn As Hg
Rajna Rajna Rajna Tisza (2000) kiülepedési zóna kiülepedési zóna kiülepedési zóna (átlagérték az (1945) (1965) (1985) üledékben) 4 170 80 35 110 1100 50 2
20 400 300 60 500 2500 140 11
11 170 100 40 200 1000 25 2
2,5 261 161 36 26 476 29 0,1
A technológia • Aurul SA: modern, környezetbarát technológia, a régi nagybányai szennyezett bányatavakat is megszüntette volna. • Terv: 2,5 millió tonna érc/év, ebből 1,6 tonna/év arany és 9 tonna/év ezüst • Technológia: kivonás nagyon koncentrált cianidoldattal.
A baleset • 2000. január 30, 22:00 Az Aurul bányató gátja átszakad, 100000 m3 hordalék kerül a vízbe, ebben 50-100 tonna cián és nehézfémek (réz) vannak. • Zazar-Lápos-Szamos-Tisza-Duna útvonalon a Fekete tengerbe • Magyarország: ~1240 tonna halpusztulás (a halak x1000 érzékenyebbek a ciánra az embernél). Hosszútávú hatás: nehézfémmel szennyezett folyami üledék. • Gátszakadás oka: heves eső + gyorsan olvadó hó gyorsabban emelte a bányató vízszintjét, mint ahogyan azt a meddő érccel magasítani tudták volna. • Tervezési hiba: nem volt sem terv, sem beépített technológia a vízszintemelkedés ill. a túlfolyás kezelésére.
Szerves szennyezők - mennyiségi jellemzés: lebontáshoz szükséges oxigén mennyiségével - egyesével való minőségi kimutatás drága - eltávolításuk speciális technológiákkal - adott komponens jellemzően jól/rosszul oldódik ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾
Fenolok és származékaik Detergensek Kőolaj és származékai PAH vegyületek PCB vegyületek Növényvédőszerek Halogénezett (klórozott) szerves vegyületek Komplexképző szerves vegyületek
Kőolaj és származékai CH + O, N, S •apoláros, vízzel nem elegyedik •kis sűrűség - víz felszínén monomolekuláris réteget képezve (d=0,2 mm) •kis mennyiség óriási vízfelületet szennyezhet •elzárja az oxigén-, fényfelvétel lehetőségét • mikroszervezeteken bevonatok •autooxidáció •elhárítása: pl. perlit, olajbontó mikroorganizmusok
Tankhajó balesetek 1 m3 Æ 400 m2 1967 Anglia – 60 ezer t 1978 220 ezer t 1989 Exxon Valdez Alaszka 40 ezer t
BTEX vegyületek, PAH (policiklikus aromás szénhidrogének) •tized µg/l is komoly szennyezés!
•benzol: a legegyszerűbb aromás (+toluol, etil-benzol, xilol)
•naftalin: a legegyszerűbb PAH • ipari termék – kőszénkátrány (gyógyszergyártásra), vízben rosszul oldódik, fenéküledékben halmozódik fel
Fenolok és származékaik: „hidroxibenzol” •büdös (klórozott származékok), mérgező •fenéküledékben •fertőtlenítésre használták (karbol)
Klórozott szerves vegyületek: Trihalometánok, pl. kloroform – CHCl3
•Ivóvíz klórozásakor! • többszénatomosak: mutagén hatás (DNS-módosító)
PCB (poliklórozott bifenilek):
Cl
Cl
•2 fenil-gyök és Cl Cl Cl
Cl
Cl
•vasúti talpfák védelmére (rovarölő), transzformátorolajokhoz
Növényvédőszerek (Előzmény: Hozamnövelés Æ műtrágyák – N, P, K (Liebig 19. sz.) Æ eutrofizáció) Æmásik megoldás: kártevők minimalizálása DDT – (diklór-difenil-triklór-metán-etán) 1930-as USA , colorado-bogár ellen, kontakt idegméreg 1960-asban antarktiszi fókák zsírszöveteiben megtalálták Mo. 1968-ban betiltotta az alkalmazását, de gyártás…
http://aktweb.chem.u-szeged.hu/
• Lipidgazdag szövetekben (csontvelő, emlő, gonádok, zsírszövet) akkumulálódik
A különböző országok lakosságának testében felhalmozódott átlagos DDT-mennyiség (mg/kg zsírszövet) a) Anglia b) NSzK, c) Franciaország, d) USA, e) Izrael, f) India
ember.pdf
ha 2000-ben a felhasználás 0 lett volna…
lindán – (gamma-hexa-Cl-ciklohexán) halpusztulások Cl-tartalmú, ezért stabil foszforsav-észterek: 1970-es; 1-2 hét alatt lebomlik atrazin – új növényvédőszer; lassabban bomlik, ezért nagyobb veszélyforrás
Sandoz-baleset: Basel – vegyi üzem, 1986 szennyezőanyagok (növényvédőszerek) jutottak a Rajnába -hosszmenti diszperzió - késleltetés a tározókban - mellékfolyók, csapadék hígító hatása - vízkorlátozás - kavicsszűrő rétegek - tisztítás - laborellenőrzés -aktív szén adszorberek
Baleset: 1986. nov. 01. , 1 óra Info a baleset bekövetkeztéről: 12 h Info a szennyezőkről: 72 h Basel – Karlsruhe: 200 km, 86 h Karlsruhe – Wiesbaden: 140 km, 34 h, 50 μg/l Wiesbaden – Düsseldorf: 236 km, 42 h, 10 μg/l
-hosszmenti diszperzió - késleltetés a tározókban - mellékfolyók, csapadék hígító hatása - vízkorlátozás (felszíni vízkivétel, parti szűrésű kutak) - kavicsszűrő rétegek - tisztítás - laborellenőrzés -aktív szén adszorberek
Detergensek •felületaktív anyagok • víztaszító Æ vízkedvelő pl. szappan hosszú apoláros C-lánc, rövid vízkedvelő poláros rész (ionos) /zsírsav+ásványi lúg sója/ •Az élő szervezetek számára veszélyes hidrofób anyagok ezáltal hidrofillé válnak és bejuthatnak az élő szervezetbe. •madarak testéről zsírt old le •a kemény detergensek (habképzők) biológiailag nem bonthatók http://hu.wikipedia.org
Lebegőanyagok: -Fenékiszapban Æ feltöltődés - szuszpendálva Æ zavarosság - adszorbeálják, koncentrálják a veszélyes anyagokat - vízi állatok pusztulása
Hőszennyezés: - korlátozza a vízhasználatot - megzavarja a vízben végbemenő életfolyamatokat - oldott oxigéntartalmat csökkenti
Radioaktív anyagok: 226Ra, 228Ra, 228Sr, 238U, …
- pl. Csernobil után: Balaton 3-4 Bq/l, Duna 50 Bq/l, parti szűrésű vizek ~ 1 Bq/l (határérték: 1 Bq/l) α: atommag Æ He-atommag (erősen kötött 2 proton és 2 neutron) válik ki. Erősen ionizáló, hatótávolsága levegőben 1 cm alatti. β: az atommagban neutronból lesz proton, elektron kibocsátása közben. Közepesen ionizáló hatású, hatótávolsága levegőben pár 10 cm. γ: energia távozik nagy energiájú fotonként. Az előbbiek kísérőjelensége. Hatótávolsága légüres térben praktikusan végtelen, a nagy tömegszámú elemek (pl. Pb) gyöngítik hatékonyan.
http://hu.wikipedia.org
- ionizáló sugárzás (α-, β-, γ-sugárzás) kibocsátói - az életfontosságú biológiai molekulák egyes kötéseit felhasítják - mutációt, öröklődési hibát vagy karcinogén megbetegedést váltanak ki - hatása élő szervezetekre nagymértékben függ a fajtájától és az energiájától -geotermikus kutakból, atomerőművekből, egészségügyi intézményekből, ipari és kutatólaboratóriumokból
Dihidrogén-monoxid (DHMO), a színtelen, szagtalan gyilkos – A savas esők fő komponense – Belélegezve halált okozhat – Gázállapotában súlyos égési sérüléseket okozhat – Megtalálható minden rákos daganatban – Csökkenti a gépjármű fékek hatásfokát A lelketlen ipar mégis számtalan helyen használja a DHMO-t: - Nukleáris erőművekben - Biológiai és vegyi fegyverek gyártásához - Haláltáborokban és börtönökben Kínában, Vietnámban, Líbiában és Irakban - Növényvédőszerek és mosószerek gyártásához - Állatkísérletekben és génmanipulált élelmiszerek előállításához http://aktweb.chem.u-szeged.hu/
