Transcript EA 4 kárelhárítás a felszíni vizekben

Környezeti Kárelhárítás
Építő B.Sc. - BMEEOVKASH2
Környezeti kárelhárítás rendkívüli
szennyezések esetén – Tiszai cianid
katasztrófa esettanulmány
Előadó: Jolánkai Zsolt
Környezeti Kárelhárítás - 4 EA - Jolánkai
Zsolt
1
Tiszai cianid katasztrófa tényszerűen
• Nagybányai meddő-zagy tározó gátja átszakadt 2000
január 30.-án 22:00 órakor
• A meddőből ciános kioldással nyertek ki aranyat és
ezüstöt (elavult technológia)
• Kárelhárítási terv hiányában nem is tettek intézkedéseket
a lokalizálásra
• A szennyezőanyag útja:Lápos folyó  Szamosba  Tisza
 Duna Fekete tenger
• A kiömlő cianid ion mennyisége 100-200 t volt (100,000
m3 cianidos zagy)
• Cianidon kívül nehézfémek is nagy mennyiségben
kerültek a befogadóba.
Környezeti Kárelhárítás - 4 EA - Jolánkai
Zsolt
2
Mért maximális cianid ion koncentrációk
Vízminőségi mérések
• Az érintett KÖFÉK óránként-kétóránként vettek
mintát a víztestből
Környezeti Kárelhárítás - 4 EA - Jolánkai
Zsolt
4
Cianid (CN):
B(fk) = 2 mg/kg; B(fav) = 50 μg/l; összes cianid: B(fk)=20 mg/kg, B(fav)= 100 μg/l,
Felszíni vizekre: 0.05 mg/l, K1 listás szennyező
A cianidok olyan vegyületek, melyekben a szén- és nitrogénatom között hármas kötést
tartalmazó C≡N cianocsoport található. Cianidoknak általában a CN− anion sóit
nevezzük.
Források
Jellemzők
Bányameddők, különösen az
aranybányákban,
galvanizálás, bőripar, szerves
cianidokat műszálak,
műanyagokhoz.
Olajfinomítás hulladékvizei.
Gáziszapok (Óbudai-gázgyár)
Vegyületei:
Hidrogén-cianid (HCN)
Nátrium-cianid (NaCN)
Kálium-cianid (KCN)
Bárium-cianid (Ba(CN)2)
Calcium-cianid (Ca(CN)2)
Szerves cianidok (nitrilek)
Környezeti Kárelhárítás - 2 EA - Jolánkai Zsolt
Hatások
Enzim blokkoló
idegméreg. Halált
okozhat. Az alkálicianidok és az alkáli
földfém-cianidok
különösen mérgezőek.
5
A cianid egészségügyi és ökológiai hatásai
• CN egészségügyi határérték 0.1 mg/l
• A halak lényegesen érzékenyebbek a
ciánszennyezésre, mint az ember.
Már 0,005mg/l cianid esetén a halak ívása már leáll.
• Az érzékeny fajok közül több, már 0,03mg/l cián
hatására (ha az tartósan megmarad) elpusztul.
• Tömeges halpusztulást 0,2mg/l cián okoz, ezt már a
legellenállóbbak sem bírják.
• Mikrobiális szervezetek jelentős arányú pusztulást
szenvedtek
A cianid egészségügyi és ökológiai hatásai
A víztér planktonikus élőlényeinek pusztulási aránya az
érintett folyó szakaszokon (László F. 2000, Teszárné
Nagy M. et al. 2000):
• a Szamoson 100%,
• a Tisza Lónya - Dombrád szakaszán 40-90%,
• a Balsa - Tiszakeszi szakaszon 30-40%,
• a Tiszafüred - Tiszaug szakaszon 70-80%,
• a Csongrád - Tiszasziget (országhatár) szakaszon
pedig 90-100% volt.
Gyorsan regenerálódott az állomány
Néhány akut toxikológiai következmény a
gerinces faunában (halak)
• Az összes becsült halelhullás 1241 tonna.
• Ebből 33,8 % ragadozó hal, 13,5 % ponty, 8,1 %
kecsege és 44,6 % növényevő és egyéb hal.
• A Szamos és a Tisza medrében elpusztult 1241 t
haszonhal becsült értéke 874 millió forint.
Gerinctelenek - tiszavirágzás 2000
Kárelhárítási megoldások
Laboratóriumi körülmények között vas-szulfát adagolásával lehet
semlegesíteni a cianid mérgező hatását:
Fe(II)SO4 + 2CN- Fe(II)(CN)2 + SO42-
Fe(II)(CN)2 + 4CN-  [Fe(II)(CN)6]4Ferro-cianid-ból vas(III) só adagolásával oldhatatlan csapadékot, a berlini-kék
keletkezik.
Ekkora vízmennyiségnél, alacsony hőmérsékleten kivitelezhetetlen volt az
eljárás.
Környezeti Kárelhárítás - 4 EA - Jolánkai
Zsolt
10
Kárelhárítási megoldások
Egyedüli lehetőség a vízkormányzás volt, mivel az oldott szennyezést vegyi
úton érdemben nem lehetett befolyásolni
• A tiszalöki duzzasztási szintet megemelték az szennyezőhullám előtt
• Az így felduzzasztott víztérben a beérkező szennyezőanyag koncentrációja
lecsökkent a hígulás következtében
• A beérkezést követően a vízleeresztést felgyorsították
• A Keleti-főcsatornát is feltöltötték még a szennyezőanyag odaérkezése
előtt, majd elzárták a zsilipeket
• Az ártéri fokokat, holtágakat is lezárták, így vizük nem szennyeződött
Környezeti Kárelhárítás - 4 EA - Jolánkai
Zsolt
11
Kárelhárítási megoldások
Kiskörei tározó
• A Tisza-tó és a Tisza illetve annak hullámtere szolgál tározásra
• A Kiskörei-tározó tulajdonképpen nem tekinthető tónak a speciális
áramlási viszonyok miatt. A Tisza átfolyik a tározón, normális körülmények
között öblítő csatornákon keresztül frissíti a tározótér többi részén a vizet.
• A tározótér az öblítő csatornák lezárásával elszeparálható a Tisza vizétől.
• a mérgező hullám megérkezése előtt a duzzasztó segítségével megemelték
a Tisza-tó vízszintjét 90 cm-rel (50 millió m2 vizet tároltak be). Eleinte napi
10 cm-el, majd napi 25-30 cm-el kellett emelni a vízszintet.
• majd amikor a szennyező hullám megérkezett, intézkedés történt a felvízszint csökkentésére, azaz a korábban betározott víztömeg hígító vízként
történő felhasználására. Ez egyben azt is eredményezte, hogy
szennyezőanyag nem jutott ki a főmederből.
Környezeti Kárelhárítás - 4 EA - Jolánkai
Zsolt
12
Környezeti Kárelhárítás - 4 EA - Jolánkai
Zsolt
13
Kárelhárítási megoldások - folyt
Február 7.-én reggel a cianid koncentráció elérte a 0.2 mg/l-es egészségügyi
határértéket, így megkezdték a tározó ürítését higítás céljából. Eleinte 0.5
cm/órával, majd 1 cm/óra volt az ürítés sebessége (24 cm/nap-gyors!).
Másnap már 2 cm/órás ütemben történt az ürítés, a szennyezőcsúcs higítása
érdekében.
Ezeknek az intézkedéseknek több célja volt:
• a levonuló szennyezőanyagot a lehetőségekhez képest legnagyobb
mértékben felhígítani a főmederben,
• megóvni a mellékágak, holtágak vizét, valamint a hullámteret a
szennyeződéstől,
• biztosítani az egészséges ivóvízellátást ott is, ahol a veszélyeztetett felszíni
víz a vízbázis.
Környezeti Kárelhárítás - 4 EA - Jolánkai
Zsolt
14
Kárelhárítási megoldások - folyt
A kiskörei-tározó vízkormányzási felhasználására később is szükség volt.
A Körösökön is árhullám érkezett, ami a Szegediek részére jelentett
aggodalmat.
A hullámtérre kilépő cianidos víz ott lelassulva és megrekedve plusz veszélyt
jelentett volna az élővilágra.
Ennek elkerülése érdekében a kiskörei-tározót ismét feltöltötték így
csökkentve az árhullám tetőzési vízszintjét.
Sikeres beavatkozás volt  a főmederben maradt a Tisza vize Szegednél is.
Környezeti Kárelhárítás - 4 EA - Jolánkai
Zsolt
15
Kárelhárítási megoldások – folyt2
Szolnok:
• Szolnok és környező 6 település a Tisza felszíni vízkészletéből nyeri ivóvizét
• a még tiszta Tiszából kivett víz felhasználásával jó minőségű
ivóvíztartalékot képeztek,
• a szennyeződés megérkezésekor (Február 8.) megszüntették a vízkivételt,
• A maximális koncentráció 2.92 mg/l volt és a levonulási idő 30 óra volt.
• A szolnoki vízmű tisztítási technológiája 3.5 mg/l-es cianid koncentrációig
meg tudja tisztítani a vizet ivóvíz minőségűre.
• Az Operatív Bizottság úgy döntött, hogy 2 mg/l-es koncentráció felett
szüneteltetni kell a vízkivételt.
• Ez alatt az idő alatt a betározott vízkészletből folyt az ellátás
• a megyeszékhely lakosságát felszólították, hogy három-öt napra előre
tartalékoljanak ivóvizet, személyenként legalább három-öt litert,
Környezeti Kárelhárítás - 4 EA - Jolánkai
Zsolt
16
Kárelhárítási megoldások – folyt3
Szolnok -folyt:
• a Tisza-tó környéki tározókból vizet engednek a folyóba, ezzel egy időben
megkezdték a kiskörei tározó vízszintjének lassú emelését (hogy így tovább
hígulhasson a szennyezőanyag-koncentráció).
• A vízkorlátozás mintegy 120 ezer embert érintett Szolnokon és hat
környező településen. A vízmű legfontosabb célja az volt, hogy elkerüljék
az ivóvízrendszer teljes elzárását, mert ez az intézkedés később súlyos
problémákat okozhatott volna:
– a visszatöltésnél csőtörés,
– szennyvízbeszivárgás, majd ennek következtében
– fertőzésveszély lehet a leállás következménye.
Környezeti Kárelhárítás - 4 EA - Jolánkai
Zsolt
17
Kárelhárítási megoldások – folyt4
Eredményes volt a Keleti-főcsatorna mentesítése is Debrecen ivóvízbázisának
védelme érdekében. A Keleti- és a Nyugati-főcsatorna zsilipjeit pénteken éjjel,
még idejében lezárták a méreggel szennyezett víz előtt, de ezt megelőzően
felduzzasztották a vízszintet (így a főcsatornában maradó víz hosszabb ideig
biztosítja Debrecen és más környező települések ivóvízellátását).
A haltetemek lehalászása is a kárelhárítás feladatkörébe tartozik, a mérgezett
tetemek megsemmisítésével együtt.
Környezeti Kárelhárítás - 4 EA - Jolánkai
Zsolt
18
Második szennyezés hullám
• Ólomszennyezések (Borsabánya) 2000. március 10. (+
kisebb, egy héten át tartó szennyezések) kb. 20,000
tonna iszap (ólom, cink, réz)
• Szintén ülepítő tározó gátja szakadt át a sok csapadék
miatt
• Partikulált szennyezés, kiülepedés a legfontosabb
mechanizmus
Környezeti Kárelhárítás - 4 EA - Jolánkai
Zsolt
19
Szervetlen mikroszennyezők
Nehézfémek
Szennyezőanyagok ismertetése
Ólom (Pb):
B(fk) = 100 mg/kg; B(fav) = 10 μg/l; felszíni vizekre: AA-EQS – 7.2 μg/l;
Források
Jellemzők
Autó és építőipar használta.
Akkumulátorokban.
Nagyfeszültségű villamos
kábelek köpenyeként, csövek
és vízvezetékekben, vegyipar,
nyomdaipar, festékipar
(festékmáz).
Talajban erősen lekötött
állapotban van. pH 5
felett nem oldható. Bőrön
keresztül, belélegezve,
vagy táplálékkal vehetjük
fel.
Környezeti Kárelhárítás - 2 EA - Jolánkai Zsolt
Hatások
Növényekben nem
mérgező. Állatokra és
emberre toxikus.
Sejtméreg, ideg és
érrendszert károsítja.
Teratogén.
20
Szervetlen mikroszennyezők
Nehézfémek
Szennyezőanyagok ismertetése
Réz (Cu):
B(fk) = 75 mg/kg; B(fav) = 200 μg/l; felszíni vizekre: oldott réz 10 μg/l
Források
Jellemzők
Hatások
Ötvözetekhez használják,
elektromos ipar,
desztillálókhoz használják stb
Réztartalmú peszticidek,
nyomelem pótló trágyaként,
szennyvíziszapokban,
takarmány adalékokban
Emberre nem mérgező,
esszenciális mikroelem az
ember számára
Nagy koncentrációban
fitotoxikus lehet. 150-400
mg/kg
Környezeti Kárelhárítás - 2 EA - Jolánkai Zsolt
21
Szennyezőanyagok ismertetése
Szervetlen mikroszennyezők
Nehézfémek
kadmium (Cd):
B(fk) = 1 mg/kg; B(fav) = 5 μg/l; felszíni vizekre:K1 listás szennyező
Itai-Itai kór: Japánban egy kadmium üzem szennyvizével árasztották el a rizsföldeket.
Felhalmozódott a rizsben, majd az emberekben. Vesekárosodást, ízületi bántalmakat,
csontkárosodást okozott, mely nagy fájdalommal járt.
Források
Korrózióvédelem,
akkumulátor gyártás, festék
adalék, galvanizálás,
műanyagok, atomtechnika.
Szennyvíziszap, foszfor
műtrágyák,
növényvédőszerek
Jellemzők
Ezüstfehér fém. Alacsony
forráspont. Egyik
legveszélyesebb
nehézfém. Növények
nagy mennyiségben
raktározzák, bekerül a
táplálékláncba.
Környezeti Kárelhárítás - 2 EA - Jolánkai Zsolt
Hatások
Toxikus, Rákkeltő
22
Hogyan mérték, monitorozták a szennyezéseket – a hazai
(bio)monitoring
• A levonulás közben a KÖF a sodorvonalból:
 Vízkémia (CN-, nehézfémek, ált. vízkém)
 Fitoplankton
 Zooplankton
 Akut víztoxikológia (Daphnia, guppi, csíranövényteszt)
• A követő mérések során (KÖF-ek, VIZIG-ek, ÁNTSZ Intézetek,
egyetemek, NP-k, VITUKI, KGI, stb.)
• Vizsgálatok:
 Mint fent
 Makrozoobenton
 Halfauna
 Emlősök, madarak, hüllők, kétéltűek, stb.
Arzén – nehézfém
– csuka
- nevek módszerek
Mintavételi
program
és mérési
TT
$
$
T
$
T$
$
TT
T$
$
T $
Tuzsér Lónya
U
%
Aranyosapáti#
Tímár
S
S Jánd Milota
#
U
%
Tiszaszalka
Tiszabecs
UTokaj
Tiszalök%
Tivadar Tiszakóród
U
%
Tunyogmatolcs#
S
Tiszaújváros
Csenger disco#
U
%
S
Csenger
Tiszafüred j Tiszadorogma
U
%
##
S
S Tiszafüred
b
T5Kisköre
U
#%
S
UTiszaroff
%
S
#
Martfû
%%
U
U
Tiszaug
U
%
1. üledék mintavételi sorozat (cianidos szennyezés)
U
%
2. üledék mintavételi
sorozat (nehézfém szennyezés)
Halak (Tisza, Tisza-tó
és
Duna)
U
%
ICP-MS módszer – teljes elemmennyiség
Mindszent
Szeged
Nemzetközi ökológiai határértékek összehasonlítása a
hazai talajokra (földtani közegre) vonatkozó értékekkel
– mg/kg (g/g) egységben, (szárazanyagra)
Komponens
Cianid (össz.)
Kadmium
Ólom
Higany
Arzén
Nikkel
Cink
KöM (talaj)
B érték
20
1,0
100
0,5
15
40
250
KöM (talaj)
C érték
100
2,0
150
1,0
30
150
500
NIPHEP
(holland
érték)
Szt. Lőrinc Szt. Lőrinc
folyam – még
folyam
nem káros toxikus érték
konc.
nem találtunk adatot
nem találtunk adatot
nem találtunk adatot
1,4
160
1,6
45
100
300
0,2
23
0,05
0,05
35
100
3,0
170
1,0
0,5
61
540
USEPA
Region 5
osztályozás
„erősen
szennyezett”
0,25
6,0
60
1,0
8,0
50
200
0
Tisza, Tápé
Tiszaroff
Tisza, T5 öblitő
Tisza, Tfüred, j. part
Tisza, Tiszafüred
b.part
Tisza, Tiszaszalka
Tisza, Aranyosapáti
Szamos,
Tunyogmatolcs
Szamos, Csenger,
Tvirág disco
Szamos, Csenger,
vizmérce
Cd (mg/kg )
Eredmények – az üledék állapota 2000-ben (a
cianidos csóva levonulása után)
Kadmium koncentráció
6
5
4
Cd
3
B érték
C érték
2
1
A nehézfémes bányazagy hatása – ólom
koncentrációk az üledékben közvetlenül a
szennyezés utáni napokban
2000
mg/kg
1820
1800
Primer kiülepedési zónák
1600
1400
1340
1200
1000
800
600
400
207
200
152
109
144
49,6
36,6
0
Tiszabecs
Milota
T.kórod
Tivadar
Jánd
Aranyosapáti
Lónya
Tuzsér
Vertikális gradiensek az üledékben a nehézfém csóva
levonulása után (Tiszabecs)
200
180
160
mg/kg
140
Üledék felszín
120
10 cm
100
80
60
40
20
0
Cd
Co
Cr
Cu
nehézfémek
Hg
Pb
Zn
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
alapján
• A tiszai üledék „átlagos szennyezettsége” az európai preindusztriális
szintet mutatja
• A nehézfém koncentrációk eloszlása a hossz-szelvény mentén
erősen inhomogén – kiülepedési zónák
• A nehézfémek biológiai hozzáférhetőségét szabályozó helyspecifikus mechanizmusok jórészt ismeretlenek
• Az eutrofizáció, savasodás, lokális szennyvíz bevezetések hatásai a
fémek kioldódási folyamatait (release) elősegít(het)ik
A csuka izomszövet kadmium tartalma
2000-ben
Kadmium
Tisza-tó felett
25
Cd konc. (mikrogr/kg)
20
15
Tisza-tó alatt
Cd
10
5
0
180
280
380
480
folyamkilométer
580
680
780
Izomszöveti kadmium koncentráció a tiszai
csukákban
15
15
16
18
18
1
1
2 2
1
2
1
19
A hullámtér és a
folyómeder
szélessége a Tisza
hazai szakaszán
A csuka izomszövet réz tartalma
1000
900
800
Cu konc. (mikrogr/kg)
700
y = 1,191x + 24,154
R2 = 0,7859
600
Cu
500
Lineáris (Cu)
400
300
200
100
0
180
280
380
480
folyamkilométer
580
680
780
Izomszöveti arzénkoncentrációk a tiszai csukákban
Tisza-tó
245
60
270
1243
215
2065
200
1630
Megemelkedett
As koncentrációk
1593
1530
1153
1060
1135
Biomonitoring
Következtetések a csukák izomszövetében
mért nehézfém koncentrációk alapján
• A szöveti koncentrációk alapján nem-paraméteres
statisztikai módszerekkel a tiszai csukák különálló
csoportokra oszthatók
• A hossz-szelvény mentén mért szöveti koncentráció
különbségek határozott eltéréseket jeleznek a
biológiai hozzáférhetőségben (pl. As, Cd, Pb)
• A toxikus nehézfém komponensek esetében a
„választóvonal” a Tisza-tó
• A tiszai „ragadozó halak” korlátozások nélkül
fogyaszthatóak a hazai előírások alapján*
Mit tehet a mérnök?
Környezeti Kárelhárítás - 4 EA - Jolánkai
Zsolt
36
• A kárenyhítés, -megelőzés céljából modellt
épít, amellyel pontosan előrejelezhető a
levonulás
• Ennek segítségével tovább fejleszthető a
vízkárelhárítási terv.
Környezeti Kárelhárítás - 4 EA - Jolánkai
Zsolt
37
koncentráció
koncentráció
Hosszirányú diszperzió– balesetszerű szennyezések
leírására
id ő
X1
id ő
Q
X2
C
C
C
= Dx  2 - vx
- KC
t
x
x
2
Diszperzió advekció lebomlás
Eq.4.2
távolság
 (x- vx t )2

M
C(x,t ) =
exp-
+ Kt
A 4 Dx t
 4 Dx t

tömeg felület
sebesség idő
Környezeti Kárelhárítás - 4 EA - Jolánkai
Zsolt
39
Szimulációs kísérlet a Duna Vízgyűjtő Vész-modellel (ICPDR)
(Ami csúfosan megbukott – újrakalibráció hiánya?)