Vörösiszappal kevert talajok környezettoxikológiai elemzése mikrokozmosz kísérletekben 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 vörösiszap 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 m2/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 környezeti kockázata
Radioaktivitás – nem jellemző pH hatása – rövid távú hatás Szikesedés – hosszú távú hatás Fémtartalom
Kísérlet célja Meghatározni a károsan még nem ható vörösiszap tartalmat, amely bekeverhető talajba. Mezőgazdasági talajok kérdés.
toxicitás és a növénynövekedés-gátlás a legfőbb
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 célja 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 Arzén
Króm
Nikkel
Vörösiszap tartalom
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 pH pH nő a vörösiszap tartalommal arányosan pH
0%
8,3
5%
9,8
10% 20%
9,9 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
Referencia talaj is lúgos tartományba esik
A talaj pH-jának változása a vörösiszap-tartalom függvényében az 1. kísérletsorozatban
pH
Vörösiszap koncentráció [%]
13 12,5 12 11,5 11 10,5 10 9,5 9 8,5 8 1
10 Vörösiszap tartalom [%]
100
I. Kísérletsorozat 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. Aerob heterotróf sejt- és gombaszám az 1. kísérletsorozatban 1,0E+08
db sejt/g talaj
1,0E+07 1,0E+06 1,0E+05
heterotróf sejtszám
1,0E+04
gombaszám
1,0E+03 1,0E+02 1,0E+01 1,0E+00 0%
20%
40%
60%
Vörösiszap tartalom [%]
80%
100%
I. Kísérletsorozat 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
Aerob és fakultatív anaerob élősejtszám az 1. kísérletsorozatban 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 fakultatív anaerob
0
10
20
30
40
50
60
70
Vörösiszap tartalom [%]
80
90 100
I. Kísérletsorozat Környezettoxikológiai tesztek Gátlási illetve pusztulási százalékok a pH függvényében az 1. kísérletsorozatban Pusztulási és gátlási %
120 Folsomiacandida candida Folsomia pusztulási %
100 80 60
Sinapisalba alba Sinapis csírázás gátlási %
40 20
Vibriofischeri Fischeri Vibrio
0 8
9
10
11
12
13
biolumineszcenci a gátlási %
pH
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. Kísérletsorozat pH
pH az idő függvényében a 2. kísérletsorozatban
11,0 10,5 10,0
pH
A vizsgálat ideje alatt 0,5-tel csökken a pH minden vörösiszappal kevert talajban A vörösiszapot nem tartalmazó talajokban nő
9,5
0% kont.
9,0
0%
8,5
5%
8,0
10%
7,5
20%
7,0
30% 40%
6,5 6,0
klímakamrai egyensúlyi állapot
0
1
2
3
4
5
6
A bekeverés időpontjától eltelt hónapok
7. hónap Vörösiszap 0. hónap 1. hónap 5. hónap (4. mintavétel 2011.11.07.) koncentráció (1. mintavétel (2. mintavétel (3. mintavétel csapadékszeg [%] 2011.03.09.) 2011.04.11.) 2011.09.12.) csapadékos ény 0% (kont. Szennyezetlen referenciatalaj) 6,5 7,0 7,7 7,3 7,1 0% 5% 10% 20% 30% 40%
8,3 9,6 9,9 10,4 10,5 10,5
8,1 9,5 9,9 10,0 10,3 10,4
8,4 9,9 9,7 10,0 10,3 10,0
8,8 9,2 9,5 10,0 9,9 9,9
8,3 9,4 9,5 9,9 9,9 10,0
7
8
II. Kísérletsorozat 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
Heterotróf élősejtszám az idő függvényében a 2. kísérletsorozatban 3,0E+07
db sejt/g talaj
2,5E+07 0% kontroll
2,0E+07
0% 5%
1,5E+07
10% 1,0E+07
20% 30%
5,0E+06
40% 0,0E+00 0
1
2
3
4
Mintavételi időpontok
5
6
II. Kísérletsorozat Vibrio fischeri biolumineszcencia-gátlás 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
ED20 az idő függvényében a 2. kísérletsorozatban
5%
ED20 (mg száraz talaj)
25 10%
20 15
20% 10 30%
5 0 0
1
2
3
4
A bekeverés időpontjától eltelt hónapok
5
6
40%
II. Kísérletsorozat Sinapis alba csírázás-gátlás 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
Csírázás-gátlás az idő függvényében a 2. kísérletsorozatban 100 90
Csírázás-gátlás [%]
80 70 0%
60
5% 50
10%
40
20%
30
30%
20
40%
10 0 0
1
2
3
4
5
Mintavételi időpontok
6
7
8
II. Kísérletsorozat Folsomia candida mortalitás teszt Enyhe csökkenés tapasztalható a kísérlet ideje alatt A pusztulási százalék a 30% és 40% vörösiszapot tartalmazó mikrokozmosz kivételével minden esetben 30% alatt marad
Pusztulási százalék [%]
Folsomia candida pusztulási százalék az idő függvényében a 2. kísérletsorozatban 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
0% 5% 10% 20% 30% 40%
0
2
4 Mintavételi időpontok
6
8
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 a figyelmet!
