VÖRÖSISZAP TALAJJAVÍTÓ HATÁSÁNAK KÖRNYEZETTOXIKOLÓGIAI ELEMZÉSE MIKROKOZMOSZ KÍSÉRLETEKBEN Ujaczki Éva, Simo Zsófia, Dr. Feigl Viktória, Dr. Molnár Mónika, Dr. Gruiz Katalin
Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudományi Tanszék
2013. Június 6.
SAVANYÚ HOMOKTALAJOK MAGYARORSZÁGON •
Kialakulásának alapvető okai:
•
Éghajlati tényezők Talajalkotó kőzet típusa A táj domborzati és hidrológiai viszonyai Biológiai hatások Emberi hatások (ipari és környezeti, a betakarítással kivont kalcium hiánya, műtrágyázás)
Két csoport: Meszes homoktalajok (Duna-Tisza köze) Savanyú homoktalajok (Nyírség)
•
A savanyú talajok javítására használt anyagoknak elsősorban két igényt kell kielégíteniük:
Kalciumot kell minél nagyobb mennyiségben tartalmazniuk Lúgosító hatást kell kifejteniük
http://www.tankonyvtar.hu/en/tartalom/tamop425/0032_termeszetvedelem/ch14s02.html
AJKAI VÖRÖSISZAP
A Bayer által kidolgozott timföldgyártás mellékterméke, jellegzetes vörös színű anyag
•
Felmerülő környezeti kockázatok:
Mivel egy meddőközetből származik, lényegében talaj-analóg, azonban
pH értéke 10–11 között változik, azaz erősen lúgos, maró hatású anyag
Fő összetevői:
pH, szemcseméret és Na-tartalom tekintetében különbözik a természetben is megtalálható anyagoktól
Radioaktivitás pH hatása Szikesedés Fémtartalom
vas-, alumínium-, szilícium-, titán-, nátrium- és kalcium-oxidok, nehéz- és könnyűfémek: Na, K, Cr, V, Ni, Ba, Cu, Mn, Pb, Zn, stb. Vörösiszap száraztechnológiás tárolás (NALCO) (Prasad et al. 1996)
CÉLKITŰZÉSEK
Olyan hulladékhasznosítási technológia kidolgozása, mely egyben javítja a talaj minőségét, de úgy, hogy közben nem terheli a környezetet A hulladékok hasznosítását és a talajok funkciójának és szerkezetének megtartását , javítását kapcsolja össze a SOILUTIL Projekt, melynek részét képezi doktori kutatási témám
Meghatározni a károsan még nem ható vörösiszap arányt, amely bekeverhető talajba Ezáltal a degradálódott talaj javítása
KÍSÉRLETI ÖSSZEÁLLÍTÁS
Homokos, savanyú talajba vörösiszapot kevertünk
6 db 1,5 kg-os vörösiszappal kevert talaj mikrokozmoszban és 1 db referencia talaj mikrokozmoszban (a Nyírségből származó savanyú, homokos talaj) Talaj: pH=5,3, vörösiszap: présszűrős iszap + 3% gipsz (SZAT: 69%)
Sorszám
Bekeverés
Mikrokozmosz szám
1
referencia talaj (0% vörösiszap homokos talaj)
1
2
5 % vörösiszap homoktalajba keverve
2
3
10 % vörösiszap homoktalajba keverve
3
4
20 % vörösiszap homoktalajba keverve
4
5
30 % vörösiszap homoktalajba keverve
5
6
40 % vörösiszap homoktalajba keverve
6
7
50 % vörösiszap homoktalajba keverve
7
MONITORING RENDSZER Integrált módszeregyüttes hulladékok hatásának tanulmányozására talajban
Fizikai-kémiai módszerek
Biológiai módszerek
Ökotoxikológiai módszerek
Talaj-fizikai jellemzők
Talaj kémiai jellemzők
Aerob heterotróf baktériumszám
Vibrio fischeri biolumineszcencia gátlási teszt
Arany–féle kötöttség (TAKI)
pH
Gombaszám
Sinapis alba gyökérés szárnövekedés gátlási teszt
Szárazanyagtartalom
Humusztartalom (TAKI)
Mikrobiális szubsztráthasznosító képesség
Triticum aestivum gyökér- és szárnövekedés gátlási teszt
Víztartóképesség
CaCO3tartalom (TAKI) Tápanyagtartalom (N, P, K) (TAKI) Toxikus fémtartalom (TAKI)
EREDMÉNYEK FIZIKAI KÉMIAI MÓDSZEREK Királyvíz-oldható fémtartalom [mg/kg] Arzén
Króm
Higany
Nikkel
Vörösiszap 2. 5. 2. 5. 2. 5. 2. 5. tartalom hónap hónap hónap hónap hónap hónap hónap hónap
3,51
11,27
9,46
< kh
< kh
6,57
6,26
7,55
28,04
31,34
0,13
< kh
14,26
15,91
10%
12,67 13,11
54,49
51,54
0,22
< kh
26,35
24,29
20%
26,09 21,23 126,58 97,92
0,69
0,38
58,39
45,71
30%
30,29 28,20 136,27 119,97 0,79
0,47
62,99
55,36
40%
39,24 39,08 192,48 185,88 1,31
0,93
90,98
83,22
5%
7.55
50% 46,37 44,24 243,17 231,33 1,82 Határérték 15 15 75 75 0.5 *
1,16 114,79 104,83 0.5
40
*6/2009 (IV. 14.) KvVM-EüM-FVM együttes rendelet a földtani közeg és a felszín alatti víz szennyezéssel szembeni védelméhez szükséges határértékekről
40
CaCO3-tartalom (m/m%)
Referencia 4.82
CaCO3-tartalom változása 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00
2. hónap 5. hónap
EREDMÉNYEK FIZIKAI-KÉMIAI MÓDSZEREK pH
pH változása 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
Bekeverésnél 2. hónap 5. hónap
Víztartóképesség változása
2. hónap 5. hónap
45
WHC % (g víz/100 g talaj)
Arany-féle kötöttség
35 30 25 20 15 10 5 0
43%
50
Arany-féle kötöttség változása
29% 25% 27%
40 35
30
10%
Referencia (homok talaj) 5% vörösiszap 10% vörösiszap
14% 20% vörösiszap
25 30% vörösiszap
20 15
40% vörösiszap
10 50% vörösiszap
5 0
5 hónappal elteltével
EREDMÉNYEK BIOLÓGIAI MÓDSZEREK Heterotróf élősejt- és gombaszám meghatározása lemezöntéssel
0,7 0,65 0,6 0,55 0,5 0,45 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0
Sejtszám [db/g talaj]
AWCD értékek
Mikrobaközösség szubsztráthasznosításának jellemzése Biolog Ecoplate tesztel
1,0E+07 1,0E+06 1,0E+05 1,0E+04 1,0E+03 1,0E+02 1,0E+01 1,0E+00
Sejtszám
Gombaszám
0
20
40
Vörösiszap tartalom[%] 0
1
2
3
4
5
6
7
mérési napok referencia talaj (0%vörösiszap)
5%vörösiszap+homokt.
10%vörösiszap+homokt.
20%vörösiszap+homokt.
30%vörösiszap+homokt.
40%vörösiszap+homokt.
50%vörösiszap+homokt.
8
60
EREDMÉNYEK ÖKOTOXIKOLÓGIAI MÓDSZEREK Vibrio fischeri biolumineszcencia-gátlási teszt eredményei Rézegyenértékek Kiindulás Vörösiszap Homoktalaj 5% vörösiszap homoktalajba keverve 10% vörösiszap homoktalajba keverve 20% vörösiszap homoktalajba keverve 30% vörösiszap homoktalajba keverve 40% vörösiszap homoktalajba keverve 50% vörösiszap homoktalajba keverve
2. hónap
Cu50 [ppm] 5. hónap
2517 Nincs gátlás
Nincs gátlás
Nincs gátlás
Nincs gátlás
Nincs gátlás
Nincs gátlás
367
211
1051
336
1277
471
1232
1014
1396
Összegzett gátlás 50 [µg Cu/ g talaj]
Jellemzés
< 120
Nem toxikus
120-300
Enyhén toxikus
300-500
Toxikus
> 500
Nagyon toxikus
EREDMÉNYEK ÖKOTOXIKOLÓGIAI MÓDSZEREK
ÖSSZEFOGLALÁS •
5% - 10% vörösiszap-bekeverés tartósan nem jelent kockázatot a talajra nézve
•
10% feletti vörösiszap-bekeverés után viszont a talajnál már hosszabb távú károsodások jelentkezhetnek
•
5% - 10% vörösiszap javítja a savanyú homokos talaj fizikai tulajdonságait:
víztartóképességét növeli a pH-ját és a Ca-tartalmát
•
5% - 10% bekeverése jótékony hatással van a talaj mikrobiológiai aktivitására
•
Ebben a tartományban jelentkező toxicitás nem okoz még problémákat és idővel csökken is
KÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS •
•
A munkát a Nemzeti Kutatási és Technológiai Hivatal (SOILUTIL TECH_09A4-2009-0129) támogatta. Az analitikai vizsgálatokat a Magyar Tudományos Akadémia Agrártudományi Kutatóközpont (MTA ATK) munkatársai végezték.
KÖSZÖNÖM A FIGYELMET!
