Debreceni Egyetem, Földtudományi Intézet, Tájvédelmi és Környezetföldrajzi Tanszék Abstract
A magyarországi települések szennyvízcsatorna hálózatának kiépítése folyamatosan zajlik, a másodlagos közműolló 2016-ban 15% alá csökkent. A beruházások jelentős hatást gyakorolnak a települési környezetre, elsősorban a felszín alatti vízkészletekre. Tanulmányunkban azt vizsgáljuk, hogy a szennyvízcsatorna hálózat kiépítését követően milyen változások mutathatók ki a talajvíz minőségében. A vizsgált településen 2014-ben készült el a csatornahálózat, 2017-ben a háztartások rákötöttségi aránya meghaladta a 90%-ot. 2013 és 2017 nyarán 40 talajvíz kútból gyűjtöttünk be vízmintákat. A vízminőségben bekövetkező változásokat a Backman (1998) által kidolgozott szennyezettségi index használatával értékeltük. A szennyezettségi index számítása során a következő paramétereket vettük figyelembe:
pH, EC, NH4+, NO2-, NO3-, PO43-, KOIps, Na+. A talajvíz szennyezettségi fokát (Cd) 4 kategóriába soroltuk: Cd>3 igen erősen szennyezett, 3>Cd>2 erősen szennyezett, 2>Cd>1 közepesen szennyezett, 1>Cd alacsony mértékben szennyezett. Az eredmények a talajvíz erős elszennyeződését mutatják. 2013-ban a vizsgált kutak 67,5%-ban a vízminőség az igen erősen, vagy erősen szennyezett kategóriába került. Csupán a vízminták 15%-ban volt alacsony a szennyezettség foka. A csatornahálózat kiépítése után 3 évvel jelentős változások figyelhetők meg. Az igen erősen vagy erősen szennyezett kutak aránya 50%-ra csökkent, ezzel párhozamosan több mint kétszeresére nőtt a közepesen szennyezett kutak száma. Az alacsony szennyezettségű kutak száma is növekedett ugyan, de az arányuk még 2017-ben sem érte el a 20%-ot. Az eredmények alapján arra következtetünk, hogy a tisztulási folyamat elkezdődött. A talajvíz tisztulását lassítja, hogy még mindig vannak háztartások, amelyek nem csatlakoztak a szennyvízcsatorna hálózathoz, valamint az olyan pontszerű szennyezőforrások mint a latrinák és trágyadombok továbbra is megtalálhatók a település több pontján. E szennyezőforrások felszámolása érdekébe további környezetvédelmi intézkedések szükségesek.
Kulcsszavak: talajvíz, szennyezettségi index, szennyvíz, vízminőség
1. Bevezetés
A vízminőségi állapot számos fizikai, kémiai és biológiai paraméterrel írható le (Reisenhofer 1998). A nagy mennyiségű adat jelentősen megnehezíti az értékelést és az összehasonlítást. A probléma megoldása érdekében Horton (1965) javasolta az első vízminőség indexet. A különféle szennyezettségi indexek legfontosabb előnye a kémiai, fizikai és biológiai paraméterek egyetlen számmá történő összevonása, amely a vízminőségre vonatkozó információkat közérthetővé teszi a nyilvánosság és a politikai döntéshozók számára is (Bouslah et al. 2017). Így a vízminőség indexek alkalmazása bevett gyakorlattá vált a felszíni és felszín alatti vizek állapotának leírása során (Liou et al. 2004, Bora – Goswamic 2017, Bouslah et al. 2017). A következő évtizedekben számos index módszert fejlesztettek ki, a monitoring adatok egyetlen vízminőségi mutatóba való aggregálásához (Brown et al. 1970, Backman et al. 1998, Reisenhofer et al. 1998, Pesce – Wunderlin 2000).
A magyarországi települések szennyvízcsatorna hálózatának kiépítése folyamatosan zajlik, melynek következtében a másodlagos közműolló 2016-ra 15% alá csökkent (KSH, 2017). A beruházások jelentős hatást gyakorolnak a települési környezetre, elsősorban a felszín alatti vízkészletekre. Tanulmányunkban a szennyvízcsatorna hálózat kiépítésének a talajvízminőségre gyakorolt hatásait kívánjuk értékelni egy esettanulmány alapján a Backman-féle szennyezettségi indexet felhasználva. A vizsgált településen, Bárándon 2013-ban kezdődtek a kivitelezési munkák, a csatornahálózat pedig 2014-ben készült el. 2017-re a háztartások több mint 90%-a rácsatlakozott a hálózatra, ugyanakkor még mindig több olyan háztartás van, amely nem tett eleget a törvényi rendelkezésnek.
2. Anyag és módszer
A mintaterület bemutatása
A vizsgált település Báránd az Alföld keleti részén a Nagy-Sárréten a Sebes-Körös hordalékkúpjának Ny-i lábánál helyezkedik el (1. ábra), lakosságszáma 2643 fő (KSH 2017).
Becsléseink szerint az elmúlt évtizedekben a vizsgált település 1200 háztartásában éves szinten átlagosan 120.000 m3 elhasznált vízből keletkező szennyvíz 30-40%-a szivároghatott a talajba. Ez a jelentős szennyezőanyag kibocsátás pedig a település talajvízkészletének erőteljes elszennyeződéséhez vezetett (Mester et al. 2017). Ennek következtében az ásott talajvíz kutakat ivásra már egyáltalán nem használják, azonban gyakori az állatállomány talajvízzel történő itatása, valamint az öntözővízként történő felhasználás.
Vízmintavétel és laboratóriumi vizsgálatok
A vizsgálatba 40 ásott kutat vontunk be (1. ábra). A kutakból 2013 és 2017 nyarán végzett mintavétel során a talajvízkutak felső 1 méteres vízrétegét mintáztuk meg. A minták pH és EC értékei WTW 315i mérőműszerrel, a begyűjött vízminták NH4+, NO2-, NO3-, PO43- tartalmát MSZ ISO 7150-1:1992, MSZ 448-18:2009 és az MSZ 1484-13:2009 alapján spektrofotométerrel határoztuk meg. A KOIps értékét Kálium-permanganáttal a Na+ értékét PerkinElmer 3110 AAS műszerrel mértük. Az eredmények értékelését és ábrázolását, SPSS 22 és az ArcMap 10.4.1 szoftverek segítségével végeztük el.
184
A szennyezettségi index kiszámítása
A szennyezettségi index kiszámolása során 8 fontos paramétert vettünk figyelembe (pH, EC, NH4+, NO2-, NO3-, PO43-, KOIps, Na+). A számításokat a következő egyenlet alapján végeztük el. (Backman et al. 1998):
Cfi=szennyezettségi faktor i-edik komponensre; CAi=i-edik komponens analitikai értéke; CNi =i-edik komponens szennyezettségi határértéke.
A szennyezettségi index értékeket 4 kategóriába soroltuk, mely alapján amennyiben a Cd<1 a szennyezettség foka alacsony. Amennyiben a Cd = 1-2 közepes szennyezettség; Cd = 2-3 erős szennyezettség; Cd >3 igen erős szennyezettség jellemzi az adott vízmintát.
3. Eredmények
A vizsgált paraméterek 2013-as és 2017-es átlagértékeit a 2. táblázat mutatja. A szennyvízcsatorna hálózat kiépítését követően a Na+ és a KOIps kivételével minden vizsgált paraméter esetében csökkenést mutattunk ki (1. táblázat). A PO4 3-koncentráció 1,22 (± 1,09) átlagértéke a szennyezettségi határérték alá csökkent 0,39±0,39. A szervetlen nitrogénformák közül az NH4+ és az NO3- esetében a koncentrációk átlaga továbbra is a vonatkozó határértékek felett mozog (0,53± 0,55;
142,65± 159,3).
A talajvízkutak szennyezettségi fokát (Cd) a 2. táblázat mutatja. 2013-ban a vizsgált kutak 67,5%-ban a vízminőség az igen erősen, vagy erősen szennyezett kategóriába került. Csupán a vízminták 15%-ban volt alacsony a szennyezettség foka.
A 2013-as évre vonatkozó szennyezettségi indexek átlagértéke 5,94 volt, legmagasabb szennyezettségi érték pedig a 35.
kútban 17,7 volt, amely a már igen erősen szennyezettségre vonatkozó 3-as határértéket is több mint ötszörösen meghaladja (2. ábra).
A csatornahálózat kiépítése után 3 évvel jelentős változások figyelhetők meg. Az igen erősen vagy erősen szennyezett kutak aránya 50%-ra csökkent, ezzel párhozamosan több mint kétszeresére nőtt a közepesen szennyezett kutak száma. Az alacsony szennyezettségű kutak száma is növekedett ugyan, de az arányuk még 2017-ben sem érte el a 20%-ot (2. táblázat).
A szennyezettségi indexek átlagértéke pedig 5,94-ről 4,75-re csökkent (2. ábra).
A vizsgálatba vont talajvízkutak szennyezettségi fokát és térbeli elhelyezkedését a 3. ábra mutatja. A csatornázás előtti 1. táblázat. A vizsgált paraméterek átlagértékei
Vizsgált paraméterek 2013 2017
pH 8,25 ± 0,46 (7,23 - 9,42) 7,51 ± 0,3 (7,02 - 8,3)
EC 3032,65 ± 1701,25 (340 - 7670) 2845,78 ± 1785,77 (876 - 9290) NH4+ mg/l 0,69 ± 0,37 (0,225 - 1,885) 0,53 ± 0,55 (0,078 - 3,423) NO2- mg/l 0,31 ± 0,33 (0,017 - 1,284) 0,2 ± 0,4 (0,006 - 1,863) NO3- mg/l 187,83 ± 164,38 (2,36 - 564,82) 142,65 ± 159,3 (4,46 - 616,64) PO43- mg/l 1,22 ± 1,09 (0,07 - 4,065) 0,39 ± 0,39 (0,029 - 1,54) KOI mg/l 6,85 ± 3,94 (2,4 - 18,2) 7,65 ± 3,23 (2,9 - 17,68) Na+ mg/l 237,91 ± 141,72 (8,9 - 653,2) 377,94 ± 389,62 (75,8 - 2254,2)
Cd Szennyezettség foka 2013 2017
<1 alacsony szennyezettség 6 7
1-2 közepesen szennyezett 7 13
2-3 erősen szennyezett 10 9
>3 igen erősen szennyezett 17 11
Összesen: 40 40
2. ábra: A szennyezettségi index alakulása 2013-ban és 2017-ben
2. táblázat: A talajvízkutak szennyezettségi foka (Cd)
2013-as állapotot megvizsgálva megállapítható, hogy a település északi része kevésbé szennyezett. Az alacsony vagy közepes szennyezettségű kutak több mint 60%-a itt található. A település déli és keleti része mutat igen erős szennyezettséget. Ez többek között azzal magyarázható, hogy a dél felé áramló talajvízhez egyre több háztartás szennyvize keveredett, így a szennyezés foka a déli területen egyre nagyobb mértékű.
A csatornázást követő harmadik évben az látszik, hogy a település belső területein a szennyezettség foka lecsökken, megszűnik az egyértelmű észak-déli különbség. Mindemellett azonban a talajvízkutak továbbra is szennyezettnek tekinthetők.
4. Következtetések
Tanulmányunkban a szennyvízcsatornahálózat kiépítését követő talajvízminőség változásokat vizsgáltuk a Backman (1998) által kidolgozott szennyezettségi index felhasználásával. Vizsgálataink jól mutatják, hogy a szennyvízcsatorna hálózattal nem rendelkező települések talajvizének minősége az évtizedeken át tartó szennyezés következtében igen erősen leromlik. 3 évvel a csatornahálózat kiépítését követően egyértelműen megállapítottuk, hogy a tisztulási folyamat elindult, az igen erősen vagy erősen szennyezett kutak aránya 50%-ra csökkent, ezzel párhozamosan több mint kétszeresére nőtt a közepesen szennyezett kutak száma. A tisztulási folyamat lassú ütemét tükrözi az a tény, hogy az alacsony szennyezettségű kutak száma 2017-ben sem érte el a 20%-ot. A talajvíz tisztulását lassítja, hogy még mindig vannak háztartások, amelyek nem csatlakoztak a szennyvízcsatorna hálózathoz, valamint az olyan pontszerű szennyezőforrások, mint a latrinák és trágyadombok továbbra is megtalálhatók a település több pontján. E szennyezőforrások felszámolása érdekébe további környezetvédelmi intézkedések szükségesek.
Köszönetnyilvánítás
A tanulmány alapjául szolgáló kutatást az Emberei Erőforrások Minisztériuma által meghirdetett Felsőoktatási Intézményi Kiválósági Program támogatta, a Debreceni Egyetem 4. tématerületi programja keretében.
5. Irodalomjegyzék
Backman, B. – Bodiš, D. – Lahermo, P. – Rapant, S. – Tarvainen, T. (1998): Application of a groundwater contamination index in Finland and Slovakia. Environmental Geology, 36(1-2), 55-64.
Bora, M. – Goswami, D. C. (2017): Water quality assessment in terms of water quality index (WQI): case study of the Kolong River, Assam, India.
Applied Water Science, 7(6), 3125-3135.
Bouslah S. – Djemili L. – Houichi L. (2017): Water quality index assessment of Koudiat Medouar Reservoir, northeast Algeria using weighted arithmetic index method. Journal of Water and Land Development. No. 35 p. 221–228. DOI: 10.1515/jwld-2017-0087.
Dövényi, Z. (2010): Magyarország kistájainak katasztere. MTA Földrajztudományi Kutatóintézet, Budapest, p. 876.
Horton, R. K. (1965): An index number system for rating water quality. Journal of Water Pollution Control Federation, 37(3), 300-306.
Liou, S. M. – Lo, S. L. – Wang, S. H. (2004): A generalized water quality index for Taiwan. Environmental Monitoring and Assessment, 96 (1), 35-52.
Mester T. – Szabó Gy. – Bessenyei É. – Karancsi G. – Barkóczi N. – Balla D. (2017): The effects of uninsulated sewage tanks on groundwater. A case study in an eastern Hungarian settlement. Journal of Water and Land Development. 33, 123–129.
Pesce, S. F. – Wunderlin, D. A. (2000): Use of water quality indices to verify the impact of Córdoba City (Argentina) on Suquı́a River. Water Research, 34 (11), 2915-2926.
Reisenhofer, E. – Adami, G. – Barbieri, P. (1998): Using chemical and physical parameters to define the quality of karstic freshwaters (Timavo River, North-eastern Italy): a chemometric approach. Water Research, 32 (4), 1193-1203.
MSZ-21464:1998. Mintavétel a felszín alatti vizekből.
MSZ ISO 7150-1:1992 Az ammónium meghatározása vízben. Manuális spektrofotometriás módszer.
MSZ 448-18:2009. Az ortofoszfát és az összes foszfor meghatározása spektrofotometriás módszerrel.
MSZ 1484-13:2009. A nitrát- és a nitrittartalom meghatározása spektrofotometriás módszerrel.
Reay, W. G. (2004): Septic Tank Impacts on Groundwater Quality and Nearshore Sediment Nutrient Flux. Ground Water, Vol. 42, No. 7, 1079-1089.
Szabó, Gy. – Bessenyei, É. – Hajnal, A. – Csige, I. – Szabó, G. – Tóth, Cs. – Posta, J. – Mester, T. (2016): The Use of Sodium to Calibrate the Transport Modeling of Water Pollution in Sandy Formations Around an Uninsulated Sewage Disposal Site. Water Air and Soil Pollution 227 (2), 1-13.
3. ábra: A szennyezettségi index alakulása 2013-ban és 2017-ben
186
Internetes források:
6/2009. (IV. 14.) Kvvm-Eüm-Fvm Együttes Rendelet a földtani közeg és a felszín alatti víz szennyezéssel szembeni védelméhez szükséges határértékekről és a szennyezések méréséről
https://net.jogtar.hu/jogszabaly?docid=a0900006.kvv
KSH. 2017 http://www.ksh.hu/docs/hun/xstadat/xstadat_eves/i_zrk006.html
KSH. 2017 http://www.nyilvantarto.hu/letoltes/statisztikak/kozerdeku_lakossag_2017.xlsx