A felsz�n alatti vizek szennyez�se

A szennyez�s terjed�se �s az �ntisztul�s vonatkoz�s�ban l�nyeges k�l�nbs�gek tapasztalhat�k a felsz�n �s a felsz�n alatti vizek k�z�tt.

A felsz�ni vizek eset�ben a szennyez�s m�l�kony, tart�ss�ga n�h�ny nap, legfeljebb n�h�ny h�t. A felsz�n alatti vizek szennyez�se ellenben tart�s, id�tartama �vtizedekre esetleg �vsz�zadokra tehet�. Ha a szennyez� anyag azonnal nem bomlik le vagy immobiliz�l�dik, akkor az a v�gtelens�gig a felsz�n alatti v�zben maradhat.

A felsz�n alatti vizek szennyez� forr�sai

A felsz�n alatti vizek eset�ben term�szetes illetve mesters�ges (antropog�n) forr�sokb�l sz�rmazhat a szennyez� anyag.

A term�szetes eredet� szennyez� anyagok k�miai �s fizikai folyamatok eredm�nyek�nt az atmoszf�r�b�l, bioszf�r�b�l �s a litoszf�r�b�l ker�lnek a felsz�n alatti vizekbe, mindenek el�tt a talajv�zbe.

�gy p�ld�ul a talajv�z s�tartalma a talaj illetve a k�zeli k�zetek v�zoldhat� s�ib�l sz�rmazik. A szennyez�s term�szetes forr�saib�l a v�zad� r�tegbe k�v�lr�l beker�l� anyagok jelent�s m�rt�kben befoly�solj�k a felsz�n alatti vizek min�s�g�t. Ezek k�z� sorolhat�k a v�zad� r�tegek k�z�tti v�zcser�k.

Az emberi tev�kenys�gb�l sz�rmaz� (antropog�n) szennyez�s forr�sai a k�vetkez�k lehetnek

• a szil�rd hullad�k lerak�k

• a szennyv�z t�roz�k

• a mez�gazdas�g

• olaj sziv�rg�s vagy elfoly�s

• m�lyen elf�ldelt toxikus hullad�kok

A felsz�n alatti vizek szennyez�forr�sait mutatja be a 28. �bra.

A hullad�k lerak� az emberi tev�kenys�gek k�z�l az egyik legjelent�sebb, a talajv�z min�s�get befoly�sol� t�nyez�k k�z�l. Az ipari �s h�ztart�si hullad�kok szennyez� anyagai az egyszer� szervetlen ionok (nitr�t, klorid), a neh�zf�mek (pl. kr�m) illetve szintetikus szerves vegy�letek (pl. tetraklorid), stb. lehetnek. Ezeket a hullad�kokat gyakran helyezik el, illetve t�rolj�k a terepfelsz�n alatt, hasonl�k�ppen felsz�n al� ker�lnek az egyedi szennyv�z t�rol�k szeptikus tankok, szennyvizek, ipari szennyv�zt�roz�k, b�ny�szati hullad�ktavak, m�tr�gya t�roz�k, stb.

28. �bra A felsz�n alatti vizek szennyez�forr�sai

Tekintettel arra, hogy a reakci�k sz�ma egyre n�vekszik, a talajv�z szennyez�s lehet�s�ge egyre nagyobb, ugyanis ezek szab�lytalan, nem szakszer� kialak�t�s eset�n a csapad�k vagy a talajv�z a szennyez� esetleg toxikus anyagot kioldja �s ezek a talajv�zbe sziv�rognak (29. �bra).

29. �bra Talajv�zdomb hullad�klerak� alatt, a szennyez� kil�gz�si forr�st �s a szennyez� anyagok m�lybe t�rt�n� besziv�rg�s�t okozva

30. �bra Szennyezett v�zad� r�teg, amely hullad�k lerak�b�l kimos�dott anyagokb�l alakul ki

A 30. �br�n a nagy es�s�, sek�ly m�lys�gben l�v� talajv�zszint kereszt�l megy a lerak�n, kil�gz�st gerjesztve, �s a kioldott szennyez�anyag besziv�rog a talajv�zbe.

31. �bra Elhagyott kavicsb�ny�ban kialak�tott hullad�klerak� agyagr�tegen

A 31. �br�n bemutatott szitu�ci�ban a csapad�k �ltal kil�gozott szennyez� anyagok horizont�lis mozg�st k�vet� vertik�lis mozg�ssal a talajv�zbe ker�lnek.

Olyan esetben amikor a hullad�klerak� �tereszt� talajon (homok, kavics, vagy repedezett k�zet) ker�l kialak�t�sra, a talajv�zbe sziv�rg� szennyez� anyag oldat, l�nyegesen nagyobb ter�letet szennyez mint a lerak� ter�lete (32. �bra).

32. �bra A hullad�klerak�b�l kialakult szennyez�anyag cs�va homoktalajon

(Sured, 1991. nyom�n)

A szennyezett ter�letet az izokoncentr�ci�s vonalak jelzik.

A 32. �br�n bemutatott p�ld�n a hullad�klerak� egy m�rs�kelten �tereszt� homokon ker�lt kialak�t�sra. A szennyezett talajv�z egy nagy szennyv�z cs�v�t eredm�nyezett, amelyet a klorid izokoncentr�ci�s vonalak szeml�ltetnek. A cs�va m�lyen besziv�rgott a v�zad� r�tegbe �s oldal ir�nyban is t�bb sz�z m-re sziv�rgott. Az �br�n l�that� szennyez�s 35 �v alatt alakult ki. A hullad�k lerak�b�l lesziv�rg� v�z, m�g �vtizedekig szennyezi a talajvizet.

�ltal�ban n�h�ny �vtizedre tehet� a hullad�k lerak�k est�ben a kimos�d�s, de l�teznek olyan lerak�k, amelyekn�l ez l�nyegesen hosszabb ideig tarthat, �s bizonyos esetekben a kil�goz�s �vtizedekig, s�t �vsz�zadokig is eltarthat (Smedt 1991.).

A talajv�z szennyez�s m�sik f� forr�sai a szennyv�zt�roz�k. A szennyvizet a f�ldfelsz�nre vagy felsz�n al� helyezik el, k�l�nb�z� m�dokkal, hogy lehetnek szeptikus tavak, dr�ncs�vek, stb., amelyekb�l a talajba sziv�rog, �s talajv�z szennyez�s jelent�s forr�s�v� v�lik (33. �bra). Fejlett orsz�gokban a kommun�lis szennyvizet I. �s II. fok� szennyv�z tiszt�t�snak vetik al�, �s ez cs�kkenti a felsz�ni vizek szennyez�s�t, de nagy mennyis�g� szennyv�ziszap k�pz�dik, mely jelent�s mennyis�g� potenci�lis szennyez�.

33. �bra H�zi szennyv�z elhelyez�s szennyez� hat�sa

Ezt a szennyv�ziszapot mez�gazdas�gi illetve erd�ter�letekre helyezik ki. Ugyancsak kihelyezik a r�szlegesen tiszt�tott szennyvizet is bizonyos ter�leteken.

A szennyv�zt�roz�k t�bb patog�n k�rokoz�t is tartalmazhatnak.

K�zepes szemcs�j� homokon illetve finomabb szemcs�j� anyagban ezek a patog�n k�rokoz�k illetve koliform bakt�riumok csak n�h�ny m�terre jutnak el, azonban heterog�n (homok �s kavics) v�zad� r�tegben t�bb t�z, esetleg t�bb sz�z m�terre is eljuthatnak.

Ezek a mikroorganizmusok napokig, s�t h�napokig �lhetnek a talajv�zszint alatt. Ez repedezett k�zetekben, ahol a talaj mozg�s sebess�ge nagy lehet az elegend� id� ahhoz, hogy esetleg kilom�terekre is eljussanak.

A szennyv�z oldott szerves anyagok sz�zait tartalmazhatja, amelyek k�z�l kev�s ismert toxicit�s�val, illetve mozg�konys�g�val.

A talajv�z min�s�g�t befoly�sol� emberi tev�kenys�gek k�z�l val�sz�n�leg a mez�gazdas�g a legjelent�sebb. A talajv�z min�s�g�nek leroml�s�t okoz� f�bb mez�gazdas�gi tev�kenys�gek a m�tr�gy�k, illetve peszticidek alkalmaz�sa, �s az alom n�lk�li �llattart�sb�l �sszegy�l� h�gtr�gya t�roz�sa.

A legsz�lesebb k�r� hat�sok a m�tr�gy�k alkalmaz�s�b�l sz�rmaznak.

Tekintettel arra, hogy a m�tr�gya alkalmaz�s�ra �vr�l-�vre sor ker�l, bek�vetkezhet, hogy ezek N, P, K tartalm�nak egy r�sze a talajba sziv�rg� vizekkel a talajv�zbe mos�dik, �s a mozg� talajv�zzel tov�bb sziv�rog. A h�rom f� hat�anyag (N, P, K) k�z�l a nitrog�n, nitr�t form�j�ban a leg�ltal�nosabb szennyez�. A talajv�z nagy nitr�t koncentr�ci�ja alakult ki a vil�g azon r�szein, ahol extenz�v gazd�lkod�s folyik. �gy nagyon sok ter�leten (pl. Hollandia) a talajv�z kutak v�z�nek nitr�t-koncentr�ci�ja meghaladta az iv�v�zben megengedett hat�r�rt�ket. Vil�gszerte tapasztalt�k, hogy a m�tr�gy�k sz�lesk�r� alkalmaz�s�val emelkedett a talajv�z nitr�t koncentr�ci�ja.

Eddig m�g nem tapasztalt�k, hogy a nitr�t szennyez�d�s a talajv�z szintje alatt 10-100 m-n�l nagyobb, m�lys�gben bek�vetkezett volna, azonban id�vel elk�pzelhet� a nagyobb m�lys�gre kiterjed� szennyez�s, ha az alkalmaz�s ter�n nem k�vetkezik be v�ltoz�s.

Ugyancsak potenci�lis szennyez� forr�s a peszticidek alkalmaz�sa ter�let�n bek�vetkezett fejl�d�s. Ezek egy jelent�s r�sze v�zben j�l old�dik, �s ebb�l k�vetkezik, hogy a k�l�nb�z� geol�giai alakzatokban j�l, �s gyorsan mozognak, �s ennek k�vetkezm�nye, hogy a v�zad� r�tegek szennyez�dhetnek.

Fejlettebb orsz�gokban a t�lt��llom�sok ezrei tal�lhat�k ac�l �zemanyagtart�lyokban, amelyek a felsz�n al� ker�lnek be�p�t�sre. Emellett a kontinenseken felsz�n alatti cs�vezet�kek haladnak kereszt�l, amelyek k�olaj illetve k�olajsz�rmaz�kokat sz�ll�tanak. A k�zutakon olaj illetve benzinsz�ll�t� tart�ly teherg�pkocsik k�zlekednek folyamatosan. Ezek alapj�n nem meglep�, hogy egyre nagy m�rt�k� talajv�zi szennyez�s tapasztalhat� az eml�tett sz�ll�t�, t�rol� eszk�z�kb�l, j�rm�vekb�l bek�vetkez� reped�s, sziv�rg�s eredm�nyek�nt.

A szennyez�s jellege, kock�zata a k�olajsz�rmaz�kok tulajdons�gait�l f�gg.

A neh�zolajb�l kem�ny inmobil t�meg, aszfalt cement k�pz�dik, m�g az ill�kony sz�nhidrog�nek teljes eg�sz�ben az atmoszf�r�ba p�rolognak. Egy�b sz�nhidrog�nek (k�olajsz�rmaz�kok) a gravit�ci� hat�s�ra a talajon kereszt�l a m�lybe sziv�rognak �s szennyezik a talajvizet (34. �bra).

A k�olaj �s sz�rmaz�kai kisebb-nagyobb m�rt�kben old�dnak a v�zben. A k�nny� benzin v�zoldhat�s�ga 20-80 mg· l^-1, de az �z �s a szag hat�s m�r �szlelhet� 0,005 mg· l^-1 –n�l kisebb koncentr�ci�ban is.

A vesz�lyes hullad�kok nagyobb m�lys�gben t�rt�n� elhelyez�s�nek sz�mos el�nye van a felsz�ni, illetve a felsz�n alatti elhelyez�ssel szemben.

A legfontosabb el�ny, hogy a szennyez� anyagok migr�ci�ja a felsz�nre korl�tozott, vagy lehetetlen, �s �gy elegend� id� �ll rendelkez�sre az instabil vegy�letek lebont�s�hoz, a radionukleidek boml�s�hoz, illetve a toxikus anyagok h�gul�s�hoz.

34. �bra A k�olaj �s sz�rmaz�kai viselked�se a talajv�zben

A szennyez�k t�pusai

A term�szetes felsz�n alatti vizek sz�mos �sszetev�t tartalmaznak a k�rnyezettel val� k�lcs�nhat�s k�vetkezt�ben.

A v�z min�s�ge a k�l�nb�z� vegy�letek mennyis�g�t�l f�gg.

Ezek mennyis�g�t a felsz�ni vizekhez hasonl�an koncentr�ci�ban (mg· l^-1, g· m^-3) adj�k meg, de vonatkoztatj�k ezen t�meget a v�z t�meg�re is (ppm, mg/kg).

A term�szetes talajv�zben az �sszes oldott szil�rd anyag (total dissolved solids; TDS) mennyis�ge 100-1000 mg· l^-1 k�z�tti, de enn�l nagyobb is lehet.

A kationok k�z�l a Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺, az anionok k�z�l a HCO₃^-, SO₄^-2, �s a Cl^- fordulnak t�bbnyire el� �s ezek koncentr�ci�ja �ltal�ban t�bb mint 5 mg· l^-1. �ltal�ban kisebb koncentr�ci�ban fordulnak el� a K⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, F^-, B^-, NO₃^- �s CO₃^-2. Ezeken k�v�l nyomokban m�g m�s elemek is el�fordulhatnak, de 0,1 mg· l^-1-n�l kisebb koncentr�ci�ban.

M�rhet� az elektromos vezet�k�pess�g is, melynek �rt�ke 0-1 mS· cm^-1 k�z�tt v�ltoznak.

Ennek �tsz�m�t�sa a koncentr�ci�ra a k�vetkez� tapasztalati �sszef�gg�ssel lehets�ges

S= 1500 EC

ahol

S – s� illetve �sszes ionkoncentr�ci� (mg· l^-1)

EC – az elektromos vezet�k�pess�g (mS· cm^-1)

A felsz�n alatti (talaj) vizek min�s�gi jellemz�se a domin�ns kationok illetve anionok alapj�n t�rt�nik (pl. magn�zium szulf�tos v�z).

A v�zmin�s�g meghat�rozhat� indirekt m�dszerekkel, �gy pl. a pH-val, melynek �rt�ke 7-8 k�z�tt alakul.

Az oldott oxig�n mennyis�ge l�nyegesen kisebb, mint 10 mg· l^-1.

A f�bb szennyez� anyagok a talajv�zben a nitr�t, a neh�z f�mek, a n�h�ny nyomokban lev� nem f�mes �s szerves vegy�let.

A nitr�t f� forr�sa a mez�gazdas�gi tev�kenys�g keret�ben v�gzett m�tr�gy�z�s illetve a szennyv�zt�roz�k. A nitr�t nem k�v�natos jelenl�te vil�gszerte s�lyos gondot jelent a nagyobb v�zb�zisok eset�ben.

B�r a nitrog�n f� form�ja a talajv�zben a nitr�t, de az oldott nitrog�n vegy�letek k�z�l az amm�niumion (NH₄⁺), az amm�nia (NH₃), nitrit (NO₂^-) nitrog�n oxid (N₂O) �s szerves nitrog�n form�j�ban is el�fordulhat.

A nitr�t a felsz�nen, a feltalajban �s a sek�ly altalajban elhelyezett nitrog�nben gazdag hullad�kokb�l illetve szennyv�zb�l is sz�rmazhat. Az �talakul�si folyamat rendszerint a talajv�z f�l�tti talajz�n�ban j�tsz�dik le, ahol szervesanyag �s oxig�n b�s�gesen van jelen (35. �bra).

Az �talakul�st k�vet�en a nitr�t az a forma, amely a talajvizet szennyezi. Ennek oka, hogy koncentr�ci�t nem korl�tozza az oldhat�s�g �s a nitr�t igen mozg�kony a talajv�zben. Ez�rt �ltal�ban a talajv�zzel mozog, �talakul�s n�lk�l, �s minim�lis vagy nincs k�sleltet�s.

Az ut�bbi �vekben a toxikus neh�zf�m ionok a talajv�zben val� mozg�sa ker�lt az �rdekl�d�s k�z�ppontj�ba, k�l�n�sen azok, amelyek maxim�lis megengedett mennyis�ge az iv�v�zszabv�nyokban is szerepel.

35. �bra A nitrog�nform�k �talakul�sa a talajban

�gy az Ag⁺, Cd²⁺, Cr⁶⁺, Cu²⁺, Hg²⁺, Mn²⁺ �s Zn²⁺. Ezek koncentr�ci�ja a talajv�zben ritk�n haladja meg a megengedhet� hat�r�rt�ket. A koncentr�ci� a forr�st�l �s a k�miai k�rnyezett�l f�gg. A szennyezett talajv�zben ezek koncentr�ci�ja �ltal�ban 1 mg· l^-1 alatt van. Az alacsony koncentr�ci� oka az �sv�nyok �s amorf vegy�letek oldhat�s�ga �s az anyag�sv�nyokon vagy a vas illetve mang�n hidroxidokon, illetve szerves anyagokon t�rt�n� adszorpci�. �gy a neh�zf�mek koncentr�ci�j�t az oldhat�s�g �s az adszorpci�s folyamatok befoly�solj�k.

A nem f�mes szennyez�k k�z�l egy n�h�nyra k�l�n�s figyelmet ford�tanak a talajv�z vizsg�latokban. Ilyenek a sz�n, a kl�r, k�n, nitrog�n, fluor, arz�n, szel�n, foszfor �s a b�r.

Oldott form�ban a szel�n, a kl�r �s a k�n a legt�bbsz�r term�szetes �s szennyezett talajv�zben jelent�s mennyis�gben fordul el�.

Valamennyi talajv�z tartalmaz term�szetes eredet� oldott szervesanyagot. Ezek a vegy�letek �ltal�ban a humin illetve fulv� savak, amelyek a v�z min�s�ge szempontj�b�l nem jelent�sek.

Az emberi tev�kenys�gb�l sz�rmaz� szerves vegy�letek nagy gondot okoznak.

A szerves vegy�letek v�ltozatoss�ga igen jelent�s. A mesters�ges szerves anyagok sz�ma megk�zel�ti a 2 milli�t. A gond, hogy ezek jelent�s r�sze ellen�ll a biol�giai lebont�snak. T�bb mint 1200 szintetikus vegy�letet hat�rozz�k meg az iv�v�z ell�t�s keret�ben.

A szerves vegy�letek a peszticidek haszn�lat�b�l, a szennyv�zt�roz�kb�l, a k�olajsz�rmaz�kok t�rol�s�b�l, sz�ll�t�s�b�l sz�rmazhatnak. A hullad�kok f�bb szennyez�anyagait a 31. t�bl�zatba soroljuk fel.

31. t�bl�zat A k�l�nb�z� forr�sokb�l sz�rmaz� szennyez�k

A szennyez� anyagok terjed�se a talajv�zben

A szennyez� anyagok talajv�zben val� terjed�s�t sz�mos t�rv�ny illetve jelens�g befoly�solja.

Ezek a k�vetkez�k:

• a talajv�z sziv�rg�s�nak Darcy t�rv�nye

• az advekci�

• a diszperzi�

• az adszorpci�

• a degrad�ci�

• az elegy�tetlen mozg�s

A talajba lesziv�rg� szennyez� anyagok, amint el�rik a talajvizet, mozg�sukat, terjed�s�ket, terjed�s�k sebess�g�t a talajv�z sziv�rg�s�nak Darcy t�rv�nye befoly�solja a k�vetkez� �sszef�gg�s szerint:

v= k· I (m· d^-1)

ahol

v – a talajv�z sziv�rg�si sebess�ge, m· d^-1

k – a talajra (v�zvezet� r�tegre) jellemz� sziv�rg�si t�nyez�, m· d^-1

I – a talajv�z relat�v es�se (dimenzi� n�lk�li sz�m)

A sziv�rg�si t�nyez� �rt�ke a talajt�l f�gg�en 10²-10^-5 m/d k�z�tt alakul.

A talajv�z �s a szennyez� anyagok mozg�s�t jelen�s m�rt�kben befoly�solj�k a talaj �s a v�zvezet� r�teg tulajdons�gai.

�gy a repedezett k�zetekben, az azokban l�v� reped�sekben, csatorn�kban k�l�n�sen nagy a mozg�s sebess�ge, �s �gy a szennyez� anyag nagy t�vols�gra t�rt�n� terjed�se.

Emellett a szennyez� anyagok a diff�zi�, illetve mechanikai kevered�s �ltal diszperg�l�dnak is, ugyanakkor az ioncser�vel, illetve a szorpci�val a szil�rd anyagokhoz k�t�d�s k�slelteti ezek terjed�s�t, a term�szetes k�miai illetve biok�miai folyamatok lebontj�k a szennyez�k egy r�sz�t.

A talajv�zben l�v� szennyez� anyagok viselked�se a talajv�zben ezek fizikai �s k�miai tulajdons�gait�l �s terjed�s�ket befoly�sol� folyamatokt�l f�gg.

Az egyik els�dleges terjed�st befoly�sol� folyamat az advekci�, amely alatt az oldott k�miai anyagoknak a talajv�z sziv�rg�sa ment�n t�rt�n� mozg�s�t �rtj�k.

Ez�rt a talajv�z mozg�sir�ny�nak �s nagys�g�nak ismerete a szennyez� anyagok terjed�se szempontj�b�l n�lk�l�zhetetlen.

A szennyez� anyagok terjed�s�ben l�nyeges szerepet j�tszik a diszperzi�, amely alatt a szennyez� anyagok mind az advekt�v sziv�rg�s (hosszir�ny� diszperzi�), mind egy k�zel erre mer�leges ir�nyban (transzverz�lis diszperzi�) t�rt�n� terjed�s�t �rtj�k (36. �bra).

36. �bra A hosszir�ny� �s a transzverz�lis diszperzi�

A k�t mozg�s t�pust hidrodinamikai diszperzi�nak nevezz�k.

A szennyez� anyagok terjed�s�ben, illetve ezek visszatart�s�ban fontos szerepet j�tszik a vegy�leteknek a por�zus k�zeg szil�rd anyagainak fel�let�n bek�vetkez� adszorpci�ja.

A szennyez�k adszorpci�ja relat�ve el�g gyors folyamat a talajv�z mozg�s�hoz viszony�tva. Az oldatban l�v� anyag �s a szil�rd anyagok fel�let�n adszorbe�lt szennyez� anyag mennyis�ge k�z�tt egy egyens�lyi helyzet alakul ki.

Ezek ar�nya az eloszl�si egy�tthat�val fejezhet� ki:

ahol

M_a – az adszorbe�lt szennyez� t�mege

M_d – az oldott szennyez� t�mege

A degrad�ci� a talajv�zben l�v� szennyez� anyagok leboml�sa k�l�nb�z� mechanizmusok r�v�n, mint a hidrol�zis, biok�miai lebont�s, radioakt�v boml�s, stb. t�rt�nhet. Az eml�tett folyamatok egzakt le�r�sa el�g neh�z, ez�rt �ltal�ban ezek egyszer�s�t�s�re t�rekszenek.

Ezek k�z�l k�l�n�sen �rdekes a term�szetes biok�miai lebont�s, a talajban �l� dekompon�l� szervezetek tev�kenys�ge r�v�n. Ezekhez a biok�miai folyamatokhoz elektron akceptorok, mint O₂, NO₃^-, SO₄^2-, stb. jelenl�te sz�ks�ges.

Az elegy�tetlen mozg�s a k�l�nb�z� cs�vezet�kekb�l, meghib�sodott tart�lyokb�l, vagy egy�ni balesetekb�l sz�rmaz� k�olaj �s sz�rmaz�kai talajv�zben t�rt�n� mozg�s�ra jellemz�.

Ezek t�rgyal�s�ra a k�vetkez� fejezetben ker�l sor, tekintettel ezek fontoss�g�ra.