Környezetvédelem 2014 VI Előadás Bánki Donát Gépész és Biztonságtechnikai Mérnöki Kar Mechatronikai és Autótechnikai Intézet Környezetvédelem 2014 VI Előadás A Talaj 2.0 Pintér Péter Mihály Email : pinter.peterm@bgk.uni-obuda,hu Szoba : A28

A Talajszennyezés fogalma Bánki Donát Gépész és Biztonságtechnikai Mérnöki Kar Mechatronikai és Autótechnikai Intézet A Talajszennyezés fogalma Amennyiben a talajban közvetlenül vagy levegővel és/vagy vízzel közvetítve a talaj termőképességét csökkentő idegen (szennyező)anyagok jutnak, és ezek illetőleg a belőlük származó másodlagosan keletkezett anyagok mennyisége meghaladja a talaj elbontó képességét, talajszennyezésről van szó. A szennyeződések nem maradnak meg a termőrétegben, a körülményektől függően túlléphetnek a termőréteg fizikai/geometriai határain. Amennyiben ez a helyzet abban az esetben a földtani környezet/litoszféra szennyezéséről beszélhetünk.

Bánki Donát Gépész és Biztonságtechnikai Mérnöki Kar Mechatronikai és Autótechnikai Intézet A közvetlenül bevitt szennyezések ált. antropogének és lokális jellegűek, míg a lég és vízkörzésen át csatolódók a természeti és antropogén folyamatok összefonódásával regionálisak, sőt fél bolygóra kiterjedők is lehetnek. A talaj lepusztulásához képest eltérés hogy a szennyezés nem korlátozódik a földkéreg szemmel látható, közvetlenül vagy műszerrel detektálható felszínére, ezért annak mértéke térben jellegben és időben csak már lettező szennyeződés bizonyos fokú kifejlődését követően érzékelhető.

Bánki Donát Gépész és Biztonságtechnikai Mérnöki Kar Mechatronikai és Autótechnikai Intézet A szennyezések környezetbe való kijutásának és továbbterjedésének, élőlényekhez eljutásának lehetőségei

Számos talajszennyezés volt és következik be Bánki Donát Gépész és Biztonságtechnikai Mérnöki Kar Mechatronikai és Autótechnikai Intézet Számos talajszennyezés volt és következik be Sok szennyezésnek a veszélypotenciálját nem ismerjük A talajszennyezés feltárásának felderítésének még nem túl nagy a gyakorlata, a nagyságából adódóan A talajszennyezés elhárítása fajlagosan a legköltségesebb

Bánki Donát Gépész és Biztonságtechnikai Mérnöki Kar Mechatronikai és Autótechnikai Intézet A határérték A szennyezőanyagok hatalmas mennyisége miatt, teljes körűen és elfogadható számszerűsített ma nincs, a kombinációk számát tekintve nem is biztos hogy lesz. A mindenkori közeg terhelésére szabványok, irányelvek, törvények , előírások határozzák meg a számértékeket, de ezek nem az adott ill. szennyezett területre vonatkoznak. A lehetséges szennyezőanyagok jelen gyakorlat eseteinek túlnyomó részét lefedő határértékek 10/2000 (IV.2.) KöM-EüM- FVM-KHVM együttes rendelete rögzíti, a talaj vonatkozásában mg/kg-ban kifejezett koncentrációban. Tehát mondhatjuk hogy szennyezett a talaj ha az adott szennyezőanyag koncentrációja a hivatkozott rendeletben rögzített határértéket meghaladja.

A földtani környezet/talajszennyezés forrásai Bánki Donát Gépész és Biztonságtechnikai Mérnöki Kar Mechatronikai és Autótechnikai Intézet A földtani környezet/talajszennyezés forrásai Lehetséges veszélyt jelentő tevékenységek, területek egy nem egységes csoportosítása: Régebbi lerakók: - depóniák, vadlerakók, - meddőhányók Potenciális környezetszennyező tevékenységek: - Ipari és üzemi területek, - vegyipari gyárak, - kokszolók, - kátrányfeldolgozók,- gázművek, - agrokémiai centrumok,- töltőállomások, - üzemanyag tárolók, - vasúti átrakóhelyek… Nagy kiterjedésű talajszennyezés területei: - légi úton, imisszió révén terhelt területek.(nehézfém, rádióaktivitás), - elárasztással, - nem megfelelő területhasználat, - szennyvíz, szennyvíziszap, trágyázás Háborús maradványok, katonai területek: - lerombolt üzemek területe, - hadianyag, lőszer, hajtóanyag telepek, - lőterek, - eltemetett lőszerek

A szennyezett terület feltárása körülhatárolása,értékelése Bánki Donát Gépész és Biztonságtechnikai Mérnöki Kar Mechatronikai és Autótechnikai Intézet A szennyezett terület feltárása körülhatárolása,értékelése Az adatgyűjtés és az állapotfelvétel elkészítése a veszélyeztetési potenciál megítéléséhez szükséges munka első lépése. Az első értékelés valóságtartalma szélsőséges lehet Kutatási stratégiák: - hierarchikus: szennyezőanyagok jellemzői a kutatás végén lesznek ismertek - célirányos, - kettő kombinációja: két lépésben előzetes és részletes kutatás

Az adatgyűjtés elvi vázlata Bánki Donát Gépész és Biztonságtechnikai Mérnöki Kar Mechatronikai és Autótechnikai Intézet Az adatgyűjtés elvi vázlata

A talaj szennyező anyagai Bánki Donát Gépész és Biztonságtechnikai Mérnöki Kar Mechatronikai és Autótechnikai Intézet A talaj szennyező anyagai A talaj leggyakoribb szennyező anyagai: az ásványi anyagok a PAH- vegyületek a detergensek a kőolajok

Az ásványi anyagok As Hg Cr Cu Zn Pb Cd Talaj Bánki Donát Gépész és Biztonságtechnikai Mérnöki Kar Mechatronikai és Autótechnikai Intézet Az ásványi anyagok Az ásványi anyagok közvetlenül, vagy a levegőből, ülepedéssel, ill. a csapadék által történő kimosódással kerülhetnek a talajra. Legkárosabbak a nehézfém-ionok (Pb, Cd, Cu, Cr, Hg, stb.) és a kémhatást megváltoztató savak, ill. lúgok. A talajok nehézfém-szennyezettsége (mg/kg szárazanyag): - 1-1,5 50-140 150-300 50-300 1-3 EK- irányértékek 0-59 0-6,5 0-8400 182- 5600 1435- 7600 2470- 7200 16-144 Szennyvízz el öntözőt te 0-40 3,5-9 7080- 10000 7900- 15000 20000- 30700 110- 1550 Roncstelep 2-20 0,4-1,1 1-97 140-600 300-700 0,9-2,1 Városi Kert 40-150 0-39 0-28 0-11000 0-9500 0-16000 0-50 Hulladékler akó telep 0,1-1 2-50 1-20 3-50 01-1 Normál terület As Hg Cr Cu Zn Pb Cd Talaj

Policiklikus aromás szénhidrogének (PAH- vegyületek)‏ Bánki Donát Gépész és Biztonságtechnikai Mérnöki Kar Mechatronikai és Autótechnikai Intézet Policiklikus aromás szénhidrogének (PAH- vegyületek)‏ A PAH-vegyületek 4-7 benzolgyűrű összekapcsolódásából keletkező, nagy molekulasúlyú vegyületek. A kipufogó gázokban kb. 30 féle vegyületet izoláltak, melyek közül 10 bizonyítottan karcinogén hatású, egy részük teratogén, és mutagén. Az egyik legkárosabb PAH.vegyület a benzpirén A talaj öntisztulóképessége általában megakadályozza, hogy a talajvízbe kerüljön. A vízbe jutva íz-és szagrontó hatású. PAH- vegyület

Poliklórozott bifenilek ( PCB ) és származékaik Bánki Donát Gépész és Biztonságtechnikai Mérnöki Kar Mechatronikai és Autótechnikai Intézet Poliklórozott bifenilek ( PCB ) és származékaik Kizárólag ipari eredetűek, (nagy viszkozitásuk, termikus és kémiai stabilitásuk miatt hidraulikai folyadékokban, szigetelő és hűtőfolyadékokban használatos ), vízben nem oldódó hidrofób anyagok. A talajba kerülve a humuszanyagok hidrofób adszorpcióval kötik meg. A szervezetbe kerülve a zsírszövetekben akkumulálódik, az idegrendszert, valamint az anyagcseréért felelős szerveket támadja.

Detergensek (tenzidek)‏ Bánki Donát Gépész és Biztonságtechnikai Mérnöki Kar Mechatronikai és Autótechnikai Intézet Detergensek (tenzidek)‏ A detergensek felületaktív, szintetikus úton előállított mosószerek. A detergensek lehetnek anionaktívak és kationaktívak. Németországban 1964. óta csak az ún. lágy, anionaktív mosószereket szabad forgalmazni, amelyek a biológiai szennyvíztisztításkor 80%-ban lebonthatók. A detergensek csatornázatlan területeken, szennyvízszikkasztóknál, valamint ipari szennyvíz befogadójából kerülhetnek a talajba. A talajban 2-3cm-es vastagságban adszorbeálódik, ha ez a réteg telítődik a talajvízbe kerülhet. A talajvízben íz-és szagromlást, habzást okoz, a talajban és a talajvízben is elősegíti az íz- és szaganyagok, ásványi anyagok, olajok, toxikus anyagok vándorlását.

A mezőgazdaságban alkalmazott peszticidek: Bánki Donát Gépész és Biztonságtechnikai Mérnöki Kar Mechatronikai és Autótechnikai Intézet Növényvédő szerek A mezőgazdaságban alkalmazott peszticidek: herbicidek, vagy gyomirtó szerek inszekticidek, vagy rovarölő szerek fungicidek, vagy gombaölő szerek.

A talaj ásványolaj-szennyeződése Bánki Donát Gépész és Biztonságtechnikai Mérnöki Kar Mechatronikai és Autótechnikai Intézet A talaj ásványolaj-szennyeződése Szerves makroszennyezők legfontosabb forrása: ásványolajok. Éves kitermelés világviszonylatban: 2800- 3500 millió t/év. Szennyezés forrása: kitermelés, szállítás, töltés, tisztítás, lepárlás, stb. Szennyezik: talajainkat, édes és sósvizeinket, a levegőt. Tartósan érvényesülő toxikus hatása a legveszélyesebb környezeti ártalmak egyike.

A talaj ásványolaj-szennyeződése Bánki Donát Gépész és Biztonságtechnikai Mérnöki Kar Mechatronikai és Autótechnikai Intézet A talaj ásványolaj-szennyeződése A kőolaj alifás és aromás szénhidrogének keveréke. A talajba került olaj rontja a talaj öntisztuló-képességét, a talajvízbe jutva íz-és szagrontó hatású. Az alacsonyabb forráspontú vegyületek párolognak (bűzhatás). Az olaj lebomlása természetes úton is végbemehet autooxidáció révén: napfény, S és szerves fémvegyületek hatására biológiai úton: a talajban lévő baktériumok (Aeromonus, Pseudomonas, Arthobacter) révén, melyek lebontó hatását a műtrágyák N- és P-tartalma elősegítik (ezt a folyamatot olajos iszapok mesterséges lebontására is alkalmazzák, a talajon elterítve műtrágya-adagolással)‏

A kőolaj és kőolajszármazékok talajra gyakorolt hatásai: Bánki Donát Gépész és Biztonságtechnikai Mérnöki Kar Mechatronikai és Autótechnikai Intézet A kőolaj és kőolajszármazékok talajra gyakorolt hatásai: eltömi a talaj pórusait, a talaj víz- és levegőháztartása felborul, a növények elpusztulnak a talaj mikrobaközösségeinek működése és összetétele károsodik olajlencse alakulhat ki a talajvízszinten A talaj olajszennyezettségének tisztítása: kis mértékű olajszennyezettség esetén olajfaló baktériumokkal in situ, ex situ talajtisztítási eljárással (költséges eljárások)‏ Az in situ talajtisztítás a talaj kitermelése nélkül, helyben végzett tisztítás, pl. átlevegőztetés, talajmosás, biológiai lebontás, stb. Az ex situ talajtisztításkor a talajt kitermelik, elszállítják és tisztítják, pl. átlevegőztetéssel, mosással, égetéssel, stb. Nagy mennyiségű szennyeződés esetén a szennyezett talaj veszélyes hulladéklerakón helyezhető el.

A talaj ásványolaj-szennyeződése Bánki Donát Gépész és Biztonságtechnikai Mérnöki Kar Mechatronikai és Autótechnikai Intézet A talaj ásványolaj-szennyeződése Az olaj mozgása a talajban Olajtest alakja egynemű talajban Olajtest alakja különböző áteresztőképességű talajban

Az olaj mozgása a talajban Bánki Donát Gépész és Biztonságtechnikai Mérnöki Kar Mechatronikai és Autótechnikai Intézet Az olaj mozgása a talajban Olajtest elhelyezkedése ha olaj át nem eresztő talajhoz ér Az olajtest eléri a talajvízszintet

Az olaj mozgása a talajban Bánki Donát Gépész és Biztonságtechnikai Mérnöki Kar Mechatronikai és Autótechnikai Intézet Az olaj mozgása a talajban Olajtest elhelyezkedése változó talajvízszint esetén Az olajtestből kioldódó olaj útja

Az olaj mozgása a talajban Bánki Donát Gépész és Biztonságtechnikai Mérnöki Kar Mechatronikai és Autótechnikai Intézet Az olaj mozgása a talajban Oldott olaj mozgása a talajvíz áramlás irányába Az olajpárna hatása

A gépipar talajszennyezése Bánki Donát Gépész és Biztonságtechnikai Mérnöki Kar Mechatronikai és Autótechnikai Intézet A gépipar talajszennyezése A gépipar legjellemzőbb talajszennyező anyagai: Nehézfémek Olajok savak, lúgok

Bánki Donát Gépész és Biztonságtechnikai Mérnöki Kar Mechatronikai és Autótechnikai Intézet A nehézfémek A nehézfémek: azok a fémek, amelyek sűrűsége 5 g/cm3-nél, rendszáma 20-nál nagyobb. Legkritikusabb hatású, a bioszférába nagy mennyiségben bekerülő nehézfémek: Pb, Cd, Cr, Cu, Zn, Ni, Hg. A bioszférába kisebb mennyiségben bekerülő nehézfémek: As, Co, Mn, Mo, Se, V. A nehézfémek általában a feltalajokban dúsulnak fel. A talaj egy bizonyos határig pufferként viselkedik, majd később önmaga is szennyezővé válik. A nehézfémek oldott állapotban jelentenek veszélyt az élő szervezetekre (nehézfém- ionok). Pl. a savas eső hatására kioldódnak a talajból, bekerülnek a vizekbe, növényekbe, s a táplálékláncon keresztül az állatokba, emberekbe is.

Jelen lehetnek a talajban: Bánki Donát Gépész és Biztonságtechnikai Mérnöki Kar Mechatronikai és Autótechnikai Intézet TOXIKUS NEHÉZFÉMEK Jelen lehetnek a talajban: a folyadék fázisban: hidratált ionként, oldható szerves és szervetlen komplex formájában, a kolloidok alkotórészeként a szilárd fázisban: oldhatatlan csapadékokban, szerves és szervetlen kolloidok felületén kicserélhető formában, szilikátok kristályrácsaiban. A talajsavanyodás igen veszélyes lehet e szennyezett területeken, mert a talaj eredeti állapotában oldhatatlan nehézfém vegyületek a savanyú kémhatás hatására mobilizálódva súlyos környezeti károkat okozhatnak. A talajszennyeződés környezeti hatásának megismeréséhez ismerni kell: a talaj tulajdonságait, a toxikus fém összes mennyiségét a mobilis készletet.

Ólom ( Pb) Humán és állategészségügyi szempontból erősen toxikus elem. Bánki Donát Gépész és Biztonságtechnikai Mérnöki Kar Mechatronikai és Autótechnikai Intézet Ólom ( Pb) Humán és állategészségügyi szempontból erősen toxikus elem. Ólomszennyeződés fő forrásai: ólomtartalmú üzemanyagok, szénégetés, fémkohók, ólomfeldolgozás, szennyvíziszapok, stb. Ólomkoncentráció nem szennyezett területen: 2-20 mg kg-1 (ppm), nagy forgalmú utak mentén: 500-600 mg kg-1, ólomfeldolgozó közelében : 3000 mg kg-1. Az ólom megkötődése, viselkedése a talajban: Az ólom a legerősebben lekötött fém, szerves komplexekben, specifikus adszorpciós folyamatok révén kötődik, lemosódása igen kismértékű.

Kadmium koncentráció nem szennyezett területen:< 1 mg kg-1 Bánki Donát Gépész és Biztonságtechnikai Mérnöki Kar Mechatronikai és Autótechnikai Intézet Kadmium (Cd ) Az emberre és állatra is nagyon kis koncentrációban toxikus hatású (csontzsugorodást, vesék károsodását, tüdőkárosodást okoz). Kadmium szennyezés fő forrásai: ércbányászat, fémfeldolgozás, hulladékégetés, szennyvíziszapok, közlekedés. Kadmium koncentráció nem szennyezett területen:< 1 mg kg-1 nagy forgalmú utak mentén: 3 mg kg-1 nagyvárosi parkokban: 0,5-5 mg kg-1

Higany (Hg) Gőze és oldható vegyületei rendkívül mérgezőek. Bánki Donát Gépész és Biztonságtechnikai Mérnöki Kar Mechatronikai és Autótechnikai Intézet Higany (Hg) Gőze és oldható vegyületei rendkívül mérgezőek. Higanyszennyezés fő forrásai: fa és fémfeldolgozó ipar, csatorna iszapok, komposztált lakossági hulladék, Hg tartalmú fungicidek, kőolaj elégetése. Higanykoncentráció nem szennyezett területen: < 0,1 mg kg-1(ppm) Ipari és városi területeken: 0,1-0,4 mg kg-1 Szennyezett területeken: 7-10 mg kg-1(ppm) A higany megkötődése, viselkedése a talajban: A higany rendkívül gyenge mozgékonysága miatt a termesztett növények csak igen kismértékben tudják kivonni a talajból, ezért Hg tartalmuk alacsony.

Szerves szennyezőanyagok Bánki Donát Gépész és Biztonságtechnikai Mérnöki Kar Mechatronikai és Autótechnikai Intézet Szerves szennyezőanyagok A szerves szennyező anyagok előfordulnak a talaj folyékony, szilárd és gázfázisában is. A szerves szennyezők többsége az emberi és állati szervezetre egyaránt toxikus hatású, mely hatás szájon keresztül, belélegezve és bőrön át felszívódva is érvényesülhet. A talajba kis mennyiségbe bekerülő toxikus szerves anyagokat ( peszticidek, policiklikus aromás szénhidrogének, poliklórozott bifenilek ), összefoglalóan szerves mikro-szennyezőknek nevezzük.

A kárelhárítás alapelvei Bánki Donát Gépész és Biztonságtechnikai Mérnöki Kar Mechatronikai és Autótechnikai Intézet A kárelhárítás alapelvei A szennyeződött talaj kármentesítési technólógiák kiválasztásának részfeladatai: A jövőbeni hasznosítás tisztázása A szennyezés okozta kockázat becslése A megtűrt maradék szennyezés nagyságának meghatározása A kármentesítési technológia kiválasztása A végrehajtás 100%an alkalmazható módszer nincs. Az elérendő eredmények a mindenkori technikai/jogi/gazdaságossági szempontok szerint határozandóak meg.

A szennyezett területek kárelhárításának módszerei Bánki Donát Gépész és Biztonságtechnikai Mérnöki Kar Mechatronikai és Autótechnikai Intézet A szennyezett területek kárelhárításának módszerei

Kárelhárítás A kárelhárítást eredménye szerint három – éles határokkal el nem választható – célállapotra oszthatjuk: első cél lehet a szennyezés továbbterjedésének megakadályozása, az ún. lokalizáció; második lehet a részleges mentesítés, pl. az olajfázis (olajlencse) kitermelése; harmadik – és környezetvédelmi szempontból korrekt cél – lehet a terület teljes ártalmatlanítása

Bánki Donát Gépész és Biztonságtechnikai Mérnöki Kar Mechatronikai és Autótechnikai Intézet Lehetőségek A szennyezett talaj helyszínen hagyása, használat korlátozásával. Lefedni, ill. bedobozolni(kapszulázni), vízzáró módon. A kiemelt szennyezett tömböt hulladéktárolóban őrizni szabályozott feltételek mellett. Megtisztítani( dekontiminálni ) a szennyezett térrészt. In situ, off site módion. A tisztítás során a káros anyagkoncentrációkat a megengedett határérték alá vinni.

Ártalmatlanítás átrakással

Hidraulikus védelmi eljárások

A szennyezett talaj környezettől való elszigetelése

Talajkitermelés nélküli mentesítési módszerek (in situ)

In situ talajtisztítás Bánki Donát Gépész és Biztonságtechnikai Mérnöki Kar Mechatronikai és Autótechnikai Intézet In situ talajtisztítás

Talajlevegőztetés Nyelőkutak elhelyezése Bánki Donát Gépész és Biztonságtechnikai Mérnöki Kar Mechatronikai és Autótechnikai Intézet Talajlevegőztetés Nyelőkutak elhelyezése

Bánki Donát Gépész és Biztonságtechnikai Mérnöki Kar Mechatronikai és Autótechnikai Intézet

Bánki Donát Gépész és Biztonságtechnikai Mérnöki Kar Mechatronikai és Autótechnikai Intézet Biológiai lebontás

Bánki Donát Gépész és Biztonságtechnikai Mérnöki Kar Mechatronikai és Autótechnikai Intézet

A talaj kitermelésével járó módszerek (ex situ) Bánki Donát Gépész és Biztonságtechnikai Mérnöki Kar Mechatronikai és Autótechnikai Intézet A talaj kitermelésével járó módszerek (ex situ)

Bánki Donát Gépész és Biztonságtechnikai Mérnöki Kar Mechatronikai és Autótechnikai Intézet Termikus eljárás

Bánki Donát Gépész és Biztonságtechnikai Mérnöki Kar Mechatronikai és Autótechnikai Intézet Biológiai lebontás

Biológiai talajgeneráló rendszer folyamatábrája Bánki Donát Gépész és Biztonságtechnikai Mérnöki Kar Mechatronikai és Autótechnikai Intézet Biológiai talajgeneráló rendszer folyamatábrája

Talajkezelő rendszer szerkezeti felépítése Bánki Donát Gépész és Biztonságtechnikai Mérnöki Kar Mechatronikai és Autótechnikai Intézet Talajkezelő rendszer szerkezeti felépítése

Talajmosás (extrakció) Bánki Donát Gépész és Biztonságtechnikai Mérnöki Kar Mechatronikai és Autótechnikai Intézet Talajmosás (extrakció)

Olajkár elhárítása a talajban Bánki Donát Gépész és Biztonságtechnikai Mérnöki Kar Mechatronikai és Autótechnikai Intézet Olajkár elhárítása a talajban (talaj víz, olaj, gázfázisú rendszer kezelése)