A lignit stabilizáló hatásának értékelése, hatásmechanizmusának vizsgálata

A II. kísérlet (külön-külön a nehézfémek három lignit dózis alkalmazásával) eredményei alapján (12.1. melléklet, 22. táblázat) a lignitnek túlnyomórészt szignifikáns a hatása a fémek mobilitás viszonyaira a különböző kioldások esetében (27. ábrák). Ennek magyarázata szintén lehet az, hogy a lignit, mint barnaszén növelheti a fémek megkötésében szerepet játszó komplexképző helyek számát, növelheti az adszorpciós felületet is (Kühner et al., 1989; Vadász, 1997). A lignit növeli a fémsók jelenlétében a modell-talaj kémhatását (12.3. melléklet), ami hatással van a fémek mobilitására.

Az 5 m/m% lignit szignifikánsan csökkenti a Cr (70-83%-kal) és a Zn (~60%-kal) desztillált víz oldható elemtartalmát a 750 mg/kg, vagy a feletti fémkezelés esetében, a 10 m/m% lignit a Cr mobilitását további ~15%-kal, a Zn-ét pedig ~20%-kal csökkenti. Az Pb desztillált víz oldható elemtartalmára azonban nincs hatása a lignitnek, az Pb, a legnagyobb (1500 mg/kg) kezelési dózis kivételével, vízoldhatatlannak bizonyul stabilizálószer nélkül is. Az utóbbinak a magyarázata az Pb-kezelés savanyító hatásában rejlik, azaz csak bizonyos Pb-koncentráció tartomány feletti kezelés csökkenti olyan mértékben a modell-talaj pH értékét, ami már befolyásolja az Pb mobilitását, és ahol a lignit Pb-stabilizáló hatása érvényesülni tud.

Az acetát pufferes kivonatban az 5 m/m% lignit immobilizáló hatása a Cr és a Zn esetében már a legkisebb fémkezelésnél (375 mg/kg) érvényesül, de nagyobb fémkezeléseknél (1125 és 1500 mg/kg) is közel 40%-kal csökkenti e fémek mobilis koncentrációját. Az Pb mobilitását viszont, csak a 750 mg/kg vagy a feletti fémkezelés esetében csökkenti a lignit ~50%-kal. A 10 m/m% lignit csupán a nagyobb fémkezeléseknél (1125-1500 mg/kg) további ~15%-kal növeli mind a három fém stabilitását az acetát pufferes kivonatban.

A Lakanen-Erviö féle kivonatban az 5m/m% lignit a Cr-t hasonló mértékben (~40%-kal) az Pb-t (csak a nagyobb fémkezeléseknél: 1125-1500 mg/kg, ~10%-(~40%-kal) és a Zn-t (~23%) kevésbé immobilizálja, mint az acetát pufferes kivonatban. A Cr és a Zn immobilizációja a 10 m/m% lignit hatására tovább nő (Cr: ~10%-kal, Zn: ~17%-kal), az Pb esetében ez a hatás csak az 1500 mg/kg fémkezelés esetében szignifikáns (~10%). A lignit pH-vezérelt stabilizáló hatása kevésbé tud érvényesülni a Lakanen-Erviö féle kivonatban, hiszen ennek a kivonószernek a pH értéke 4,6.

A 750 mg/kg fémkezelések, és a lignit 5 m/m%-os dózisa esetében a különböző fémfrakciók elemtartalmának változását az „összes” elemtartalom százalékában a 14.

táblázat szemlélteti.

27a. ábra

0 50 100 150 200 250

L0%

L5%

L10%

L0%

L5%

L10%

Cr375 mg/kgCr1125 mg/kg

CrLe CrAp CrDv

A Cr desztillált vízzel (CrDv), acetát pufferrel (CrAp), valamint Lakanen-Erviö féle kivonószerrel (CrLe) oldható elemtartalma a lignit dózis (m/m%) függvényében a

vizsgálati eredmények alapján 27b. ábra

0 200 400 600 800 1000 1200

L0%

L5%

L10%

L0%

L5%

L10%

Pb 375 mg/kgPb 1125 mg/kg

PbLe PbAp PbDv

Az Pb desztillált vízzel (PbDv), acetát pufferrel (PbAp), valamint Lakanen-Erviö féle kivonószerrel (PbLe) oldható elemtartalma a lignit dózis (m/m%) függvényében a

vizsgálati eredmények alapján

Cr oldható elemtartalma mg/kg

Pb oldható elemtartalma mg/kg

27c. ábra

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

L0%

A Zn desztillált vízzel (ZnDv), acetát pufferrel (ZnAp), valamint Lakanen-Erviö féle kivonószerrel (ZnLe) oldható elemtartalma a lignit dózis (m/m%) függvényében a

vizsgálati eredmények alapján 14. táblázat

A II. kísérlet eredményei alapján a 750 mg/kg fémkezelések, és a lignit 5 m/m%-os dózisa esetében a desztillált vizes, acetát pufferes és Lakanen-Erviö féle kivonatok elemtartalma

az „összes” elemtartalom százalékában

A 8. és a 14. táblázatot összehasonlítva látható, hogy az egy fémszennyező, illetve a komplex fémszennyezés esetében a lignit stabilizáló hatásának nagysága eltérő. A komplex fémszennyezésnél lignit nélkül a desztillált vizes, és az acetát pufferes kivonatban mind a három fém jóval mobilisabb (elsősorban a komplex fémszennyezés savanyító hatása miatt), és a Cr-ot, illetve az Pb-ot ezen kivonatokban a lignit jobban stabilizálja. A Lakanen-Erviö féle kivonatban csupán a Cr-nál figyelhető ez meg.

Zn oldható elemtartalma mg/kg

A Cr mobilitása miatt vizsgáltuk a Cr³⁺/Cr⁶⁺ átmenetet a II. kísérletben. A Cr-só erősen savanyítja az egyébként is savanyú modell-talajt. A 375 mg/kg-os Cr-kezelés esetében a pH érték 3,1, 1500 mg/kg-nál pedig 2,5. Ennél a pH tartománynál a lúgos kivonat alapján a lignit nélküli, és a lignites talajban is a Cr³⁺ körülbelül 15%-a alakul át a toxikusabb, és mobilisabb Cr⁶⁺-á (28. ábra). (A kémhatásváltozás miatt (12. 3. melléklet) a Cr³⁺/Cr⁶⁺ átmenet az I. kísérletben is végbe mehetett.) Mindezt a szakirodalmi adatok is alátámasztják, hiszen a Cr³⁺/Cr⁶⁺ átmenet erősen savanyú talajokban (pH<5,5) megtörténhet (Csathó, 1994). Tehát a lignit elsősorban a Cr⁶⁺ immobilizálta.

28. ábra

0 50 100 150 200 250

0 375 750 1125 1500

Cr(VI)

A Cr⁶⁺ „összes” elemtartalma 0 m/m% lignit dózis mellett a vizsgálati eredmények alapján

Mivel az 5 m/m% lignit az esetek többségében a különböző kivonószerekkel oldható fémkoncentrációk jelentős százalékát immobilizálta, így a III. kísérletben vizsgáltuk, hogy az 5 m/m% lignit stabilizáló hatása mekkora fémkoncentrációnál éri el a maximumát.

A desztillált víz oldható elemtartalom a királyvizes „összes” elemtartalom százalékában történő változását a 29. ábra szemlélteti. Látható, hogy a három fém közül a Zn a legmobilisabb, és a Zn koncentráció változása telítődési görbét mutat, 3000 mg/kg Zn-kezelés felett a mobilis Zn koncentráció nagysága már nem változik. A Cr desztillált víz oldható mobilis frakciójának nagysága logisztikus összefüggést mutat, és a 3000-4000 mg/kg Cr-kezelés felett a mobilis Cr koncentráció nagysága már nem változik, maximális fémkezelési koncentráció esetében sem éri el az „összes” Cr-tartalom 30%-át. Az Pb immobilis, azaz vízzel nem oldható.

Cr-kezelés mg/kg

Cr⁶⁺ „összes” elemtartalom mg/kg

29. ábra

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000

Cr Pb Zn

A desztillált víz (DV) oldható elemtartalom a királyvizes „összes” elemtartalom százalékában (a lignit 5m/m% dózisa mellett) a vizsgálati eredmények alapján

Az acetát pufferrel oldható elemtartalom a királyvizes „összes” elemtartalom százalékában történő változását a 30. ábra szemlélteti. A Cr acetát pufferrel oldható mobilis frakciójának nagysága itt is logisztikus összefüggést mutat, a maximális kezelési fémkoncentráció esetében itt sem éri el az „összes” fémtartalom 30%-át, és a 3000-4000 mg/kg Cr-kezelés felett a Cr koncentráció nagysága már nem változik. Az Pb esetében függetlenül a kezelési fémkoncentrációtól az „összes” elemtartalom körülbelül 20%-a mobilizálható acetát pufferes kioldásban. Legmobilisabb ez esetben is a telítődési görbét mutató Zn, viszont 2000 m/kg Zn-kezelés felett a mobilis Zn koncentráció nagysága nem változik.

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000

Cr Pb Zn

Az acetát puffer (AP) oldható elemtartalom a királyvizes „összes” elemtartalom százalékában (a lignit 5m/m% dózisa mellett) a vizsgálati eredmények alapján

Cr, Pb, Zn-kezelés mg/kg DV-vel oldható elemtartalom/ „összes” elemtartalom*100 %AP-vel oldható elemtartalom/ „összes” elemtartalom*100 %

Cr, Pb, Zn-kezelés mg/kg

A Lakanen-Erviö féle kivonószerrel oldható elemtartalom a királyvizes „összes”

elemtartalom százalékában történő változását a 31. ábra szemlélteti. A Cr Lakanen-Erviö féle kivonószerrel oldható mobilis frakciójának nagysága logisztikus összefüggést mutat, de a maximális kezelési fémkoncentráció esetében itt sem éri el az „összes” fémtartalom 30%-át. A 3000-4000 mg/kg Cr-kezelés felett a Cr koncentráció nagysága nem változik. A Zn-nél, eltérően az előbbi kioldási vizsgálatoknál a mobilis frakció konstans tartományban mozog (75-90% körüli). Az Pb esetében az „összes” fémtartalom közel 90%-a mobilis.

31. ábra

0 20 40 60 80 100 120

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000

Cr Pb Zn

A Lakanen-Erviö (LE) féle kivonószerrel oldható elemtartalom a királyvizes „összes”

elemtartalom százalékában (a lignit 5m/m% dózisa mellett) a vizsgálati eredmények alapján

A III. kísérlet alapján elmondható, hogy a lignitnek a Cr és a Zn esetében van stabilizációs maximuma.

A IV. kísérlet eredményei szerint (15. táblázat) a lignit hatással van a modell-talaj szervesanyag-tartalmára. Míg a 10 m/m% lignit a H %-ot 4-szeresére növeli (Tyurin-féle szervesanyag-tartalom meghatározásából következtetett H%), addig a környezetvédelmi humuszminőségi koefficiensek értékei (K, R) csökkennek a lignit dózis növelésének hatására. Mivel a K és R értékek annál kedvezőbbek, minél több potenciális kelátképző csoporttal rendelkező szerves anyag van jelen a talajban (Hargitai, 1986), látható, hogy a lignit a Hargitai féle optikai módszer szerint nem növeli a nehézfémek megkötésére szolgáló ligandumok számának nagyságát. Az általános környezetvédelmi kapacitás (EPCG) értéke viszont több, mint 3-szorosára nő a 10 m/m%-os lignit dózis hatására, az EPCS érték pedig konstans marad. (Az EPCG érték egy összegzett integrált érték, ami

LE-vel oldható elemtartalom/ „összes” elemtartalom*100 %

Cr, Pb, Zn-kezelés mg/kg

jellemző a talaj potenciális kompenzáló képességére, melyet kifejt a mérgező hatásokkal, elsősorban a nehézfémekkel szemben (Hargitai, 1986).)

15. táblázat

A modell-talaj humusztartalmának, humuszminőségének (K, R) illetve általános (EPC_G)²⁴ és speciális (EPC_S)²⁴ környezetvédelmi kapacitásának változása a lignit dózis

függvényében környezetvédelmi humuszminőségi koefficiensek értékei szerint viszont nem növeli a komplexképző helyek számát, úgy tűnhet, hogy a lignit immobilizáló hatása egyszerűen a pH növelésében nyilvánul meg. Ezért olyan kezeléskombinációkat kerestünk a kísérletekben, ahol a pH értéke ugyanaz (16. táblázat).

16. táblázat

Azonos pH értékekhez tartozó mobilizálható nehézfém frakciók koncentrációinak aránya pH 2,8

I. kísérlet:

0 m/m% lignit, a Cr, Pb, Zn 750 mg/kg

II. és III. kísérlet:

5 m/m% lignit, Cr 1500 mg/kg A II. kísérletben, mind a három kioldási frakcióban kisebb a mobilizálható Cr

koncentrációja, mint az I. kísérletben. A II. kísérletben mind a három kioldási frakció esetében a Cr mobilitása kisebb

az I. kísérlethez képest. Az 1500 mg/kg Zn koncentráció, illetve az 5 m/m% lignit dózis esetében, mind a három kioldási frakcióban kisebb a mobilizálható Zn koncentrációja, mint a 0

m/m% lignit, és a 750 mg/kg Zn kezelésnél.

24 D = 1

pH 4,3 I. kísérlet:

10 m/m% lignit, a Cr, Pb, Zn 750 mg/kg

II. kísérlet:

5 m/m% lignit, Zn 750 mg/kg Az I. kísérletben az acetát pufferes és a Lakanen-Erviö féle kivonószerrel

oldható Zn koncentrációja kisebb a II. kísérlethez képest.

Feltételezés szerint a lignit, a kémhatás növelésén túl az adszorpciós felület növeléssel növeli a nehézfémek immobilizációját. Ezért a IV. kísérletben mértük a lignit hatását a modell-talaj kationkicserélő kapacitására (CEC). A 32. ábrán látszik, hogy már a legkisebb lignit dózis is szignifikánsan növeli a kationkicserélő kapacitás nagyságát, a 10 m/m% pedig kétszeresére növeli azt a lignit nélküli talajhoz képest. A lignit dózis függvényében a modell-talaj kationkicserélő kapacitás változása logisztikus összefüggést mutat.

32. ábra

2 4 6 8 10 12

0 2 4 6 8 10 12

kationkicserélő kapacitás

A modell-talaj kationkicserélő kapacitása a lignit dózis függvényében a vizsgálati eredmények alapján

A lineáris korreláció vizsgálat szerint (17. táblázat) a 375-750 mg/kg fémkezeléseknél igazolható negatív összefüggés van a különböző kivonószerekkel oldható Cr, az acetát pufferrel oldható Pb és Zn fémkoncentrációk, valamint a kémhatás között. A CEC a Cr immobilizációjának növekedését magyarázza. Az 1125-1500 mg/kg-nál szoros negatív kapcsolat van a Cr és Zn különböző kivonószerekkel oldható elemfrakció és a pH, valamint a CEC értékek között, míg az Pb immobilitására a pH változásnak van hatása a desztillált vizes, és az acetát pufferes kivonatban (a pH hatása a Lakanen-Erviö féle kivonatban nem mutatkozik, hiszen annak kémhatása 4,6).

lignit m/m%

kationkicserélő kapacitás mgeé/100g

Így elmondható, hogy a lignitnek amennyiben van igazolható Pb-stabilizációs hatása, csak a kémhatás növelésével immobilizálja az Pb-t, a Cr és a Zn esetében pedig a kémhatás, illetve a kationkicserélő kapacitás növelésével is hat a mobilis frakciókra. Ennek magyarázata az lehet, hogy a Cr és a Zn átmérője kisebb²⁵, mint az Pb-é, így azok könnyebben és jobban adszorbeálódnak a lignit felszínén.

Ez összhangban van a szakirodalomi adatokkal, hiszen a kationcserélődés reverzibilis, diffúzió által szabályozott, sztöchiometrikus folyamat, és bizonyos szelektivitás érvényesül az adszorpció során. Ez a szelektivitás a kationok közötti meghatározott adszorpcióképességekben nyilvánul meg (McBride, 1994; Adriano, 2001).

17. táblázat

A kémhatás és a CEC, valamint a fémek oldható frakciója közötti összefüggések vizsgálata lineáris korrelációval

A lineáris korreláció koefficiensei és valószínűségi szintjei

Cr Pb Zn

375-750 mg/kg

DV AP LE DV AP LE DV AP LE

pH -0,78^X -0,85^XX -0,90^XX - -0,84^XX - - -0,73^X -

CEC - -0,73^X -0,78^X - - - - - -

1125-1500 mg/kg

pH -0,91^XX -0,91^XX -0,92^XX -0,76^X -0,93^XXX - -0,99^XXX -0,99^XXX -0,97^XXX CEC -0,90^XX -0,89^XX -0,88^XX - - - -0,89^XX -0,90^XX -0,82^XX

DV-desztillált vízzel, AP-acetát pufferrel, LE-Lakanen-Erviö féle kivonószerrel oldható elemtartalom

XXX=p<0,01; XX=p<0,05; X=p<0,10

6.4.2. A lignit és az alkalmazott nehézfémek talajmikrobiótára

In document Nehézfém immobilizációs modellkísérletek lignittel (Pldal 91-99)