A doktori értekezés bázisát jelentő eredmények a szennyvíz és szennyvíziszap minták összetételének meghatározásán alapulnak. Az elemzések során a minták fémtartalmát és tápanyagtartalmát mértem; és a vizsgát 20 elem koncentrációján túl valamennyi iszapminta szárazanyag-tartalmát is ellenőriztem.
Az elvégzett számításokhoz saját mérési eredményeimen túl a hatályos jogszabályokban rögzített határértékeket és szakirodalmi adatokat is felhasználtam, melyek eredetét minden esetben megjelöltem.
A mezőgazdasági hasznosíthatóságra vonatkozó számítások során az általam mért nehézfém koncentrációkat az 50/2001. (IV. 3.) Kormányrendelet mellékleteiben meghatározott határértékekhez viszonyítottam. Az egyes komponensek talajban megengedhető koncentrációját szintén a hivatkozott Kormányrendelet és a 6/2009. (IV. 14.) KvVM-EüM-FVM együttes rendelet tartalmazza.
A tisztított szennyvíz összetételének vizsgálatánál a 28/2004. (XII. 25.) KvVM rendelet előírásaira hivatkoztam.
A jogszabályban megállapított összetételnek megfelelő szennyvíziszapok talajra kihelyezhető mennyiségét alapvetően az iszap nitrogéntartalma határozza meg, amit az 59/2008. (IV. 29.) FVM rendelet rögzít.
A természetes és szennyezett mezőgazdasági talajok jellemző nehézfémtartalmára vonatkozó adatokat korábbi publikációkból és hazai szakemberekkel történő személyes egyeztetés során ismertem meg.
2.1 Mintavétel
A szennyvíztisztító telepen 31 alkalommal került sor a nyers szennyvíz, a tisztított szennyvíz és a víztelenített szennyvíziszap mintavételére. A mintavételek egymást követő napokon, azonos napszakban történtek. A mintavétel gyakoriságának meghatározásában a technológiára jellemző hidraulikai tartózkodási idő jelentett fontos szempontot.
A szennyvíz hidraulikai tartózkodási ideje 24 óra, ezért egy adott nap befolyó szennyvizének nehézfémtartalmát a következő napon vett tisztított szennyvíz nehézfémtartalmával hasonlítottam össze. A keletkező fölösiszap víztelenítése napi rendszerességgel történik, ezért az iszap nehézfémtartalmát az előző napi nyers szennyvíz összetételhez viszonyítottam.
A szennyvíz mintavételek az MSZ 1484-3 szabvány előírásai alapján történtek, az iszapminták pedig az MSZ 21470-1 szabvány szerint kerültek megvételre.
A szennyvíz- és szennyvíziszapmintákat műanyag tárolóedényben szállítottam a mérés helyszínére és a vizsgálatok elvégzéséig +4°C-on tároltam. A vizsgálatokat a minták nedvességtartalmának meghatározásával kezdtem.
2.2 Alkalmazott analitikai meghatározási módszerek
2.2.1 Az elemtartalom meghatározása
2.2.1.1 Veszélyes elemek koncentrációjának meghatározása
A szennyvízminták és az iszapminták nehézfémtartalmát ICP-AES módszerrel (Induktív csatolású plazma-atomemissziós spektrometria) határoztam meg az EPA6010C:2007 szabvány szerint. Az elemzés előtt a mintákat savas körülmények között fel kellett tárni. A minták feltárását zárt mikrohullámú roncsolóban végeztem. A roncsolás királyvizes környezetben (három rész sósav, egy rész salétromsav), meghatározott program szerint 165°C-on, nyomás alatt történő forralással zajlott le.
Az iszapminták vizsgálatánál a kivonatkészítéshez a szárazanyag-tartalom meghatározását követően 1 g szárazanyagnak megfelelő mennyiségű őrölt és szárított mintát mértem be, melyhez kis részletekben sósavat és salétromsavat (3:1 arányban) adagoltam.
Szobahőmérsékleten 2 órán át tartó pihentetést követően a feltárást az előre beállított működési programmal végeztem. A roncsolást követően az edényeket lehűtöttem, tartalmukat leszűrtem és ismert térfogatra hígítottam. Így a kapott extraktumban az egyes nehézfémek koncentrációja ICP-AES módszerrel meghatározhatóvá vált. Az extraktum nehézfém-koncentrációjából a minták szárazanyag-tartalma alapján az elvégzett hígításokat figyelembe véve a szennyvíziszap minták nehézfémtartalma kiszámítható (17. ábra).
a. b.
17. ábra. A mintaelőkészítés és a nehézfémtartalom meghatározásának menete a.: szennyvíziszap mintáknál; b.: szennyvízminták esetében
A szennyvízminták fémkoncentrációjának meghatározását az iszapmintákénál ismertetett módon végeztem azzal a különbséggel, hogy a homogén szennyvízminta szárazanyag-tartalmának meghatározására és annak figyelembevételére nem volt szükség (17. ábra).
Az ICP-AES módszer során a mintaoldatot 99,99% tisztaságú argongáz árammal induktív módon kapcsolt plazmává aeroszolosítják. A plazmában a minta összetevői elpárolognak és porlasztódnak. Az atomok és az ionok gerjesztés esetén fotonokat bocsátanak ki az elemekre jellemző frekvencián. A plazma fénykibocsátást spektrálisan felbontva, meghatározható az egyes elemek spektrális vonalának intenzitása. A vonal intenzitása és a koncentráció között általában lineáris kapcsolat van. Az adszorpciós skála a kalibrációs vakpróba és a törzsoldatokból készített kalibrációs standard oldatok felhasználásával rögzíthető. Az egyes elemekre vonatkozó lineáris összefüggés a koncentráció és az intenzitás között adott hullámhosszon több nagyságrenden keresztül biztosított. Az alkalmazott hullámhosszokat és az egyes elemek kimutathatósági határértékeit a 2. táblázat foglalja össze.
2. táblázat. A veszélyes elemek meghazározásánál alkalmazott hullámhosszok és a jellemző detektálási határok
Elem Hullámhossz Detektálási határ Megengedhető koncentrációk mezőgazdasági felhasználás esetén1 iszapmintában vízmintában iszapmintában vízmintában
nm mg/kg µg/l mg/kg µg/l
Ag 328.068 0,2 1 - -
Al 160.079 10 10 - 10 000
As 189.082 1 1 75 200
B 208.958 10 10 - 700
Ba 233.527 10 10 - 4 000
Cd 214.438 0,2 0,5 10 20
Co 228.616 1 1 50 50
Cr 205.560 5 1 1 000 2 500
Cu 324.754 5 5 1 000 2 000
Hg 184.950 0,1 0,2 10 10
Mo 202.030 1 2 20 20
Ni 231.604 2 2 200 1 000
Pb 220.353 1 1 750 1 000
Se 196.090 0,2 1 100 -
Sb 206.833 1 0,5 - -
Sn 189.989 1 1 - -
Zn 213.856 5 5 2 500 5 000
150/2001. (IV. 3.) Kormányrendelet alapján
2.2.1.2 Tápanyagtartalom meghatározása
A szennyvíziszap minták összes nitrogéntartalmának meghatározását az MSZ 318/18-81 szabvány alapján végeztem. A módszer elve, hogy az iszapban található nitrogén-tartalmú
vegyületeket roncsolással ammóniummá alakítjuk, majd a nitrogéntartalmat lúgos desztillációt követően titrálással határozzuk meg.
A szennyvíz- és szennyvíziszapminták Ca-, K-, Mg-, Mn- és P-tartalmának meghatározása a veszyéleselem-tartalom meghatározásánál ismertetett módon történt. Az alkalmazott hullámhosszok és az egyes elemek kimutathatósági határértékei a 3. táblázatban láthatók.
3. táblázat. A tápanyagok esetében alkalmazott hullámhosszok és a jellemző detektálási határok Elem Hullámhossz Detektálási határ
iszapmintában vízmintában
nm mg/kg µg/l
Ca 315.887 20 20
K 769.896 20 20
Mg 279.079 20 20
Mn 257.610 5 5
N - 50 500
P 213.618 20 50
2.2.2 Szárazanyag-tartalom meghatározása
Az iszapminták szárazanyag-tartalmának meghatározását az MSZ 260/3-73 szerint végeztem.
Az összes szárazanyag-tartalom meghatározása a minta 105°C-on tömegállandóságig történő szárításából áll. A szárazanyag-tartalmat százalékban kifejezve a szárítást követően kapott tömeg és a minta eredeti (nedves) tömege hányadosának 100-zal történő szorzata adja.