Ugrás a tartalomhoz

Környezetgazdálkodás

Dr. Barótfi István (2011)

Szent István Egyetem

14. fejezet - Talajvédelem

14. fejezet - Talajvédelem

A talaj egyrészt mind a természeti és a művi környezet eleme, a levegő és a víz szférájához társulva az élővilággal alkotott ökoszisztéma alkotóeleme, másrészt tisztán fizikai hatásával fogadja az anyag és energiaáramlásokat, amelyek a földfelszínt érik, átalakítja ezeket, és egy részüket tárolja. A talaj (föld) jelenti az egyik legfontosabb erőforrást az emberiség számára. A felső rétegnek, a talajnak a termőképessége határozza meg az élelmiszer és jórészt az ipari nyersanyag-, valamint a fontos fűtőanyagként való fatermelés színvonalát. Mélyebb rétegei pedig az ipar fejlődéséhez véges ásványi kincsek forrása.

A Föld szilárd kérge, a litoszféra felső, atmoszférával érintkező felületén az idők során a kőzetek fizikai, kémiai mállása, majd pedig a megtelepedő élőlények-; biológiai tevékenységének eredményeként egy sajátos tulajdonságú réteg, a talaj alakult ki. Ez néhol néhány centiméter, másutt pedig több méter vastagságú, attól függően, hogy a felszínalakító tényezők, a szél és a víz mennyire tették lehetővé annak felhalmozódását. A talaj nem egyszerűen kőzetmálladék, az eredeti két a kémiai és biológiai folyamatok jelentősen átalakították és közben az élőlények maradványai (szerves anyag, humusz) gazdagították azt és abban fizikai, kémiai és biológiai folyamatok zajlanak állandóan, így szerkezet összetételében is egy lassú, de állandó változás következik be. Ebben az átalakulási folyamatban meghatározó az élőlények tevékenysége, a milliárd számú élő mikroorganizmusoktól a magasabb rendűekig. Ezek alkotják a talaj élő összetevőit, és biztosítják, hogy az élőlényekből és élettelen anyagokból, szerves és szervetlen alkotórészekből álló talaj a magasabb rendű növények számára tudjon tápanyagot, vizet és levegőt szolgáltatni. Ezért definiálhatjuk úgy, a talaj a földfelszín laza takarója, polidiszperz rendszer, amelynek legfőbb tulajdonsága a termékenység. Az élet számára tehát olyan közeg, amely az élet feltételeit komplexen tudja biztosítani. A talaj, illetve annak felszíne így az élőlények számára élőhely és táplálékforrás egyidejűleg.

A talajképződés lassú folyamat. Még akkor is mintegy fél évszázadra van szükség ahhoz, hogy 30 centiméteres talajréteg alakuljon ki, ha gyors az üledék lerakódása. Abba pedig százezer év is beletelik, míg a kőzetek elmállásával egy centiméter vastag talaj képződik. Minden kivont terület viszont a bioszféra háztartása számára sérülést jelent, mert a művi környezet korlátozza az élet feltételeit, kedvezőtlenül befolyásolja az adott helyen az anyag és energia áramlását, sőt kedvezőtlen hatása - pl. szilárd légnemű és folyékony szennyező anyagok kibocsátása révén - tágabb környezetében is érvényesül. Ez a talajkivonás korlátozásának alapvető környezetvédelmi indoka. Gazdasági indoka pedig az, hogy minden, az agrártermelésből kivont föld az adott ország agrárpotenciáljának csökkenését okozza. Ezért mind ökológiai, mind pedig ökonómiai szempontból alapvető követelmény, hogy a művi környezet fejlesztésére csak annyit vonjunk ki az agrárszféra kezelésében lévő természeti környezetből, amennyi feltétlenül szükséges. A kényszerű kompromisszum káros következményeit mérsékelni lehet, ha az alacsony fokon hasznosított területek biológiai potenciálját növelik, pl. a meredek fekvésű, valamikori erdők helyén kialakított és ma már jövedelmezően nem hasznosítható szántók, gyepek, szőlők újra erdősítésével, elhagyott bánya- és ipari területek termőképességének visszaállításával (rekultiváció) és mezőgazdasági vagy erdőgazdasági termelésbe vonásával. A természetátalakító programok során a természetes ökoszisztémák súlyosan károsodtak (pl. őserdők), amely ellen küzdeni kell.

Különbözik a talaj a víz és a levegő viselkedésétől abban, hogy általában helyhez kötött és szilárd fázisú, minek következtében a talajt érő szennyezések felhalmozódásának és tartós hatásának veszélye nagy. Míg a légkörzés és a víz mozgása lehetővé teszi e két környezeti tényezőnek hígulását és tisztulását, a talaj esetében ezek a folyamatok nem csökkentik a környezeti károsodás veszélyét.

36. ábra A szennyezés hatása a talajban

A talaj mint a termőhely fontos alkotórésze termékenysége által járul hozzá a rajta élő növény- és állatvilág létéhez és ezen keresztül az ember jólétéhez. A talajtermékenység csökkenése tehát a környezet károsodásának fontos mutatója.

A mezőgazdasági termelés célja a talajtermékenység fenntartása és fokozása, azonban az ennek érdekében folytatott intenzív növénytermesztés az erőteljes gépesítés, valamint a sokféle vegyi anyag felhasználása útján - esetenként pedig az öntözés vagy lecsapolás útján -, a talajtermékenység csökkenését válthatja ki. Előfordulhat, hogy valamely kedvezőtlen talajtulajdonság megszüntetése céljából alkalmazott eljárás más, veszélyesebb termékenységcsökkentő hatást válthat ki, ha alkalmazásakor nem járnak el kellő körültekintéssel.

A környezetvédelemnek ezért a következő feladatokat kell megoldania:

  • megakadályozni a termékeny talajréteg elvékonyodását,

  • védekezni a talaj fizikai tulajdonságainak romlása ellen,

  • kivédeni a talaj kémiai tulajdonságainak kedvezőtlen alakulását,

  • biztosítani a talaj élővilágának kedvező feltételeket,

  • meggátolni, hogy a talajból a vízbe vagy a levegőbe káros szennyezések kerül¬jenek,

  • lehetővé tenni, hogy a talaj—növény—állat—ember tápláléklánc mentes maradjon minden olyan anyagtól, amely bármely szervezetben káros elváltozásokat vált ki.

A környezetvédelem szükségessége az iparvidékeken elsősorban a levegő és a víz romlása következtében jelentkezik. Ezzel szemben a mezőgazdasági tájakon a talaj minőségének változása, a talajtermékenység csökkenése jelenti elsősorban a környezet nagymérvű megváltozását. Ennek következménye, hogy a mezőgazdasági területeken a megelőzésnek, s védekezésnek és kárelhárításnak elsősorban a talajra kell irányulnia. Másrészt jelenti ez azt is, hogy a víz és a levegő szennyezése nagyobbrészt a talaj közvetítésével következik be.

A mezőgazdasági termelésnek a táj arculatában való megjelenése különböző módon és különböző mértékben hat a talajra. Mivel pedig a talaj tulajdonságai visszahatnak a növénytermesztésre, ugyanúgy mint az állattenyésztésre, a kölcsönhatás révén a környezeti károsodás veszélye még fokozódik.

A természetes növénytakaró megváltozása és a szántóföldi növénytermesztés már önmagában is módosítja a talajt, ez a változás lehet kedvező, de lehet hátrányos is a talajtulajdonságokra és ezen keresztül a talajtermékenységre nézve.

A talajok pusztulása

Az erózió

A károsodás egyszerűbb formái a fizikai mozgásokra vezethetők vissza, mint a víz vagy a szél által előidézett talajpusztulás, az ennek következményeként fellépő el-iszapolás vagy talajborítás. Ismeretes, hogy helytelen szántóföldi művelés nagymértékben felgyorsítja a talajpusztulást. Míg a természetes erózióval a talajképződés lépést tud tartani és biztosítani a talaj állandó megújulását, a gyorsuló erózió a talajtulajdonságok megváltozásához és a talaj termékenységjelentős, rohamos csökkenéséhez vezet. A civilizáció magasabb fokán pedig az erózió már nemcsak a természetes, hanem a művi környezetet is rombolja, károsítva a közlekedés vagy a települések létesítményeit.

Magyarország abban a kedvező helyzetben van, hogy az 1951-ben megindult térképezési munka nagy vonásokban feltárta a víz által előidézett talajpusztulást, rögzítve a felületi, valamint a vízmosásos erózió helyét és mértékét. A felületi erózió hatásai sok esetben társulnak a vonalas (vízmosásos) erózióval. A vízmosások is csökkentik a felszín termékenységét, mert rendszerint a nyers talajképző vagy az ágyazati kőzet kerül a felszínre, de ennél sokkal jelentősebb az a hatás, melyet a felszín felszabdalása útján gyakorolnak.

Ez a hatás részben esztétikai, de még inkább a terület hasznosítását gátló elemekből tevődik össze. Ezek között meg kell említeni az utak vezetését befolyásoló hatást, a táblák művelését korlátozó hatást, valamint a gyomosodást fokozó hatást.

A defláció

A talajpusztulás másik formája a defláció, amelynek kiváltója a szél. Általában az a vélemény, hogy a szél pusztító hatása kizárólag a homokos szövetű és a láptalajokon érvényesül. Ezt a felfogást cáfolta meg az 1973. évi szeles tavasz, amikor az Alföldön az agyagos vályog csernozjom talajokon is kifújta a szél a cukorrépavetések nagy részét úgyhogy újravetéssel kellett pótolni az elhurcolt vetőmagot, így pl. a hajdú-szoboszlói gazdaság vetésének mintegy harmadán kellett újravetni a cukorrépát.

A defláció országos felmérése és térképezése jelentősen nehezebb feladat, mint az erózió esetében. A talajréteg elvékonyodása csak abban az esetben adhat útmutatást, ha egy területen csak az elhordás érvényesül. Homok- és lápvidékeinken azonban a kifúvás és a lerakódás ugyanazon a helyen váltakozva lép fel, és a hordott talaj anyaga nehezen különböztethető meg a helyben képződött talajanyagtól. Tágabb értelemben véve az Alföld lepelhomokkal fedett vagy jellegzetes hullámos-buckás homoktájai mind a deflációnak és a homokmozgásnak köszönhetik mai felszínüket, mégis deflációs területnek csak azokat nevezzük, melyeken a talajszemcsék mozgása egyes években ma is fellép. Ezért a deflációt feltűntető országos, vagy részletes térképek inkább a defláció fellépésének általános lehetőségét ábrázolják, ami nem zárja ki azt, hogy erősen szeles években ennél nagyobb területen, illetve nedves és gyengén szeles években ennél kisebb területen lépjen fel talajpusztulás.

A defláció környezeti ártalmai igen sokrétűek. Egy részük a felszín közvetlen károsodását idézi elő, lehordva a talajt, míg más területen felhalmozva a szél által szállított anyagot. Ehhez járul még a homokverés által okozott kár, valamint a lebegő por és homok által az állatok és emberek légzőszerveit ért kár.

A talajvédelem környezeti hatásai

A talajpusztulás, mind a felületi, mind a vízmosásos erózió, valamint a defláció elleni védelem első lépése a helyes talajhasználat és ezen belül a helyes talajművelés és növénytermesztés.

Mielőtt azonban a talajvédelem tényezőit tovább elemeznénk, fel kell hívni a figyelmet arra a veszélyre, ami a racionális földhasználat következményeképpen a talajpusztulás terén jelentkezik. A gazdaságos nagyüzemi termelés megköveteli azt, hogy amint a jobb területeken elért termések növekedése ezt megengedi, a kevésbé termékeny területeket kivonják a szántóföldi és kertészeti termelésből, mert ezeken a gazdaságos növénytermesztés nem folytatható, így a termőterület jelentős részét erdősítik. De az erdősítés nem minden esetben gazdaságos e kisebb termékenységű talajokon, ezért sok esetben az erdészet sem vállalkozhat a biztos ráfizetéses termelésre, így a felhagyott területek parlagon maradnak, és nem tisztázott, kinek feladatát képezi ezeknek a talajpusztulás elleni védelme. Nem tisztázott az sem, hogy milyen módszereket kell alkalmazni ahhoz, hogy ezek a területek ne váljanak a környezet folyton megújuló és terjedő sebeivé. Ezért gondoskodni kell arról, hogy a művelésből kivont

A talaj szennyezői

A talaj kialakulása a kőzetek mállásával kezdődik. A mállás kőzetspecifikus - energia szintekkel vezérelt,- fizikai, kémiai és biológiai folyamatok, hol egymás utáni, hol párhuzamos sora. Ezek a folyamatok a szilárd anyag felaprózódásához, és az ezt követő szétoszlásához vezetnek.

A kőzetek fizikai mállását a gyors és jelentős hőmérséklet ingadozás idézi elő, amely a benne lévő, különböző hőtágulási együtthatójú ásványokra eltérő mértékben hat., ehhez járul az a hatás, amit a jég izochor kristályosodása okoz, melynek során a kőzetek átlagos keménységét messze meghaladó nyomás keletkezik.

A kémiai mállás egész sor nagyon egyszerű fizikai-kémiai változást foglal magában: a cserebomlástól és a red-oxi folyamatoktól, a koaguláción és a kioldódáson keresztül, a kristályosodásig. A kőzetmállás során a legfontosabb reakciópartnerek a levegő és a víz aktív komponesei ( CO2 , O2 , H+ , OH- ). Az esővíz CO2 -tartalma, amelyet az atmoszférában jelenlévő széndioxid gáz parciális nyomása szab meg, a korhadó növényi massza környezetében két nagyságrenddel ( ! ) is megnövekedhet.

A biológiai tevékenységeknek nemcsak az anyagcsere folyamatok, hanem az enzim- katalízis miatt is a kőzetek mállásában, talajjá válásában hasonlóképpen nagy szerepük van.

A szennyező anyagok

Talajszennyezést minden a talaj felszínre vagy közvetlenül a talajba került folyékony, oldott, vagy oldható antropogén, talajidegen anyag okoz. Ezek a fizika (gravitácó, nyomásviszonyok, fajsúly különbség, kapillarítás, szorpció / deszorpció, stb.) törvényeinek megfelelően vándorolnak, vagy éppen rögzülnek a talaj szemcséi között. Számtalan anyag és anyagcsoport, még nagyobb számú tulajdonságokkal ad színes feladatot a környezet technológusnak kárelhárítás során. Az alkalmazott technológiák ugyan egyediek, mégis a hasonlóság (önálló terjedésük vagy vízzel való mobilizálódásuk) okán kármentesítést két anyagcsoport, az olajok, szerves ipari segédanyagok és a fémvegyületek példáján mutatjuk be. Annál is inkább, mert hazánkban ezek a leggyakrabban előforduló szennyezések. Minden szennyezőanyag csoportnál közös feltétel a környezeti kár azonnali felmérése. Ez a szennyezés szakszerű horizontális és vertikális lehatárolásával kezdődik. Ezután a geofizikai szondák tájékoztató mérései alapján, a szükséges gyakorisággal vett talaj és vízminták helyszíni, majd részletes analízise következik akkreditált laboratóriumban, ezek után célszerű a kockázat elemzést elvégezni, majd a szóban forgó szennyezőanyagokkal, ezek oldataival kapcsolatos fizikai, kémiai és szennyezéskinetikai alapismeret - szennyeződésterjedési modellek - áttekintése után kerülhet sor a kárelhárítási technológia kiválasztására és a kármentesítés megtervezésére.

Az alábbiakban az olajkárelhárítás példáján mutatjuk be a talajkár mentesítés problematikáját, módszertanát és a gyakorlatban bevált technológiáit. Azokban az esetekben, amelyekben más szennyezőanyag (pl. nehézfém, organohalogének, stb.) kezelése miatt lényegesen eltérő eljárásra van szükség külön kitérünk ezekre.

Ahhoz, hogy a talajszennyezés csökkentésére alkalmas technológiákat áttekintsük és eredményesen alkalmazzuk, át kell ismételni mind a talaj, mind a mértékadó gyakorisággal előforduló potenciális szennyezőanyagok (olajok, más szerves anyagok, nehéz fémek) fizikai, kémiai és biológiai tulajdonságait.

Kőolaj és származékai

Olajnak nevezünk a továbbiakban minden olyan kőolaj-féleséget a nyersolajtól a normális (hőmérséklet, nyomás) viszonyok között cseppfolyós szénhidrogénekig, a rektifikálás különféle termékeit, mint a benzin, a kerozin, a könnyű és - nehéz fűtőolaj, valamint az emulgeált termékeket, az ún. fáradt olajokat, és a kárelhárítási technológiák hasonlósága okán a szubsztituált szénhidrogén vegyületeket.

Napjainkban az analitika és a műszerpark fejlődésével világossá vált, hogy a kőolajat és származékait nem lehet egy-egy gyűjtőszóval, vagy analtikai módszerrel olajként kezelni. A nyersolaj ezernél több szénhidrogén komponenst tartalmaz, amelyek közül néhány, külön-külön is és egymást erősítő szinergetikus hatásukkal a legveszélyesebb mikroszennyezők közé sorolható.

A kőolajszennyezés környezet-releváns tulajdonságai

A kőolaj és a termékei mindig kisebb-nagyobb számú vegyületek elegyéből állnak. A nyers kőolaj milyen sok komponenst tartalmaz. Tudni kell, hogy a szénhidrogén molekula lehet nyílt szénláncú, telitett, telítettlen, izomer vagy kettő, négy, sőt többgyűrűs vegyület, amelyekben N, S, O és M (Ni, V, Fe...) atomok is lehetnek. A magas csúcsok a lineárisan növekvő szénatomszámú paraffinek, a közöttük lévő kisebb csúcsok, a szénatomszámnak megfelelő telítettlenek, izomerek, gyűrűs és aromás vegyületek. Ezek között a legártalmatlanabbak a paraffinek (ezeket gyógyszerként is használjuk) és a legveszélyesebbek a többgyűrűs, zártszénláncú vegyületek, amelyeknek nemegyszer karcinogén, teratogén vagy mutagén hatást tulajdonítanak.

A környezetvédelmi határértékek kérdése érdekesen alakul. Vannak általános határértékek és vannak célraorientált határértékek, amelyeket a talaj / terület további felhasználási céljától lehet függővé tenni. Nyilvánvaló, hogy más értéket követel meg a termőföldi hasznosítás és mást a teherpályaudvar. Mivel Magyarországon a hatályos szabvány hiányos, az Európai Közösség sem alakított ki még e tárgyban direktíva szintű véleményt, így napjaink hazai gyakolata szerint az un. "Holland Lista" határértékei javasolhatók irányelvként.

A kőolajszennyezés technológia-releváns tulajdonságai

Szénatomszám. A paraffin sor tagjai pl. 1-4 szénatomszámig gázok, 5-17 szénatomszámig folyadékok, e felett szilárdak, (természetesen normál viszonyok között). A különböző szénhidrogének jól oldódnak egymásban, ennek megfelelően az azonos termékosztályok fizikai és kémiai tulajdonságai is bizonyos határok között (a rektifikáció mértékétől függően) változhatnak. A forráspont, az olvadáspont, valamint a sűrűség is növekszik a szénatomszám növekedésével.

Tenzió. A kárelhárítás során figyelembe kell venni az egyes szénhidrogének tenzióját is. A benzinek és a kerozinok pl. a szabad levegőn könnyen párolognak, a Diesel olaj és a könnyű fűtőolaj lassabban, míg a magasabb forrpontú termékek a gépolajok, a hengerolajok csak minimálisan párolognak, azaz gyakorlatilag nulla a tenziójuk.

Viszkozitás. A forrponti tartomány növekedésével változik az egyes kőolaj féleségek viszkozitása. Ez a kárelhárítási technológia számára azt jelenti, hogy a föld felszínén lassabban terjednek szét, mint a könnyebben forrásba jövők, és ennek megfelelően lassabban is hatolnak a talajba. A talajok permeabilitása a vízhez hasonlóan az olajok esetén is más és más. A viszkozitás hőmérsékletfüggő, ami azt jelenti, hogy melegen hígabban folynak, mint alacsonyabb hőmérsékleten. Azt is tudnunk kell, hogy a magasabb forrpontú ásványolajtermékek viszkozitása nemcsak a forrponti tartományuktól, hanem a kristályosodásra hajlamos vegyület tartalmuktól (kemény és lágy paraffinok) is függ.

Szorpció. A szorpciós jelenségeknél szerepet játszik a talaj olajmegkötő-képessége, azaz az olajok és a talajkomponensek adszorpciós és kemoszorpciós kölcsönhatása, amely változó és technológiai úton változtatható.

Vízoldhatóság. A különböző eredetű nyers olajok tulajdonságai nagymértékben eltérnek egymástól. Igaz, hogy valamennyi nyersolaj gyakorlatilag hasonló vegyületek elegye, de azok mennyiségi aránya a különböző előfordulási helyektől függően különböző. Ennek megfelelően paraffinbázisú, nafténbázisú és vegyesbázísú nyersolajokat különböztetünk meg. Ez azért is fontos, mert kémiai karakterüktől függően különböző mértékben oldódnak a vízben. A paraffinok oldódnak legkevésbé, a naftének jobban, az olefinek és diolefinek még jobban és az aromás vegyületek oldódnak leginkább.

Emulzió képzés. Kétféle emulzióval találkozhatunk a kárelhárítás során: olaj a vízben O/V, ill. víz az olajban V/O formákkal. Ez utóbbi a stabilabb. A kárelhárítás során egyaránt előfordul, hogy a technológiai lépcső emulzióba-vitelt, vagy emulzióbontást igényel. Előfordul, hogy a két ellentétes irányú lépcsőre, egyazon kármentesítés során is szükség lehet. A műveletekhez egyaránt felhasználhatunk fizikai módszereket és vegyszereket, de mindig a környezetkímélő megoldást kell előnyben részesíteni. Mivel az ártalmatlan megoldásoknak is széles skálája van, egyedi, empirikus úton kell az optimálisat kiválasztani.

Termikus stabilitás. Mind a szénhirogének, ezek szubsztituáltjai, mind a toxikus fémek ártalmatlanításánál (a talajdesztillációtól, a plazma technológiáig) szükséges információ a hőstabilitás / hőbomlás értéke.

Az olaj mozgása a talajban

A következőkben egészen leegyszerűsítve mutatjuk be azt a folyamatot, hogy hogyan kerül a felszínen kiömlött olaj a talajba, talajvízbe és miként okoz ott vízszennyezést. Az olaj talajbani mozgásánál alapvető különbséget kell tenni az olajnak, mint fázisnak szétterülése és a vízben oldott olaj mozgása között. Amíg ugyanis az oldott anyagok a szivárgó- és talajvízzel együttesen vándorolnak, addig az olaj laza kőzetekben, talajokban összefüggő olajtestet képez.

Ha olaj hatol be a talajba, lényegében a nehézségi erő hatására húzódik lefelé és ún. olajtest alakul ki, melynek alakja és nagysága a talaj és az alatta elhelyezkedő földtani összlet nemétől és szerkezetétől, valamint az olaj mennyiségétől és fizikai tulajdonságaitól függ.

Első esetben vizsgáljuk az olajtest alakját, egyenletes, egynemű talajban. Ilyenkor a 37. ábrán bemutatott szabályos alakú olajtest alakul ki. Behatolási mélysége empirikus képlettel számítható. (Az ábrák baloldalán látható négyszögek a talajöszlet homogenitását / inhomogenitását jelzik.)

37. ábra Olajtest alakja egynemű talajban

Ha azonban nem egynemű talajjal van dolgunk, és ez a természetben rendszerint így van, akkor az olajtest többé-kevésbé szabálytalan alakot fog felvenni.

A 38. ábrán látható, hogy a kisebb áteresztő képességű réteg a szivárgó keresztmetszet szétterülését eredményezi, míg a jobb áteresztő képességű rétegbe történő átmenetnél lényegében azonos marad a szivárgási keresztmetszet. Ha a beszivárgási hányad az áteresztőképességhez képest valamely rétegben nagy, akkor oldalirányba terjed ki a határfelület egészen addig, míg erősen áteresztő réteghez ér.

38. ábra Olajtest alakja különböző áteresztőképességű talajban

Viszont az igen kis áteresztőképességű, finom szemcsézetű közbenső rétegek (39. ábra), melyek erősebb mértékben képesek visszatartani a szivárgó vizet, pl. iszapos, agyagos homokok vagy agyagok, jelentős mértékben akadályozhatják vagy akár teljesen megszüntethetik az olaj behatolását a mélyebben fekvő képződményekbe. Ilyen esetben az olaj a talajvízszintig nem is jut el.

Ha a beszivárgott olajmennyiség meghaladja a szivárgási tartomány olajvisszatartó képességét, akkor az olaj egészen a talajvízig hatol. Elegendő nyomás esetén az elszivárgási hely alatt behatolhat a talajvízbe, ez esetben azonban a kapilláris zónában vízszintesen szétterül. A 24. ábrán látható asszimetria a talajvíz áramlási iránya miatt jött létre. Ha az olaj a nyomás miatt közvetlenül behatol a talajvíztartó rétegbe, akkor a nyomás kiegyenlítődése után gyorsan felemelkedik a talajvíz felszínéig és egyensúlyi helyzetet vesz fel a kapilláris sávban, elsősorban a talajvízáramlás irányában.

39. ábra Olajtest elhelyezkedése ha olajat át nem eresztő talajhoz ér

Áttekintve az eddigieket, megállapíthatjuk, hogy amíg a szivárgási tartományban az olajbeszivárgás befejeződése után csak a talajszemcsékhez adszorbeált (viszonylag kis mennyiségű) olajtartalom van jelen, addig a kapilláris sávban a szabad olajmennyiségek feldúsulnak és mozgásukat korlátozza a kapilláris erő hatása. Míg a szivárgó sávban viszonylag gyorsan mozog az olaj, addig a kapilláris sávban hónapok múlva, sőt évek múlva is maradnak nagyobb olajmennyiségek. Következésképpen a kapilláris zóna a kárelhárítás szempontjából egy jeles hely.

40. ábra Az olajtest eléri a talajvízszintet

A régebben bekövetkezett nagy olajbalesetek esetén ebből a zónából lehet eltávolítani nem egyszer tekintélyes olajmennyiséget. Ugyanakkor a szennyeződés nem rögzül az olajlencséhez, mert a csapadék az adszorbeált olajból, a talajvíz pedig az olaj lencséből old ki olajkomponenseket.

Ezek után vizsgáljuk meg azt az esetet, amikor a talajvízszint változik. A 40. ábrán három helyzetet látunk. A középső (B) helyzet megegyezik a 41. ábrával. A baloldali (A) ábrán a talajvízszint süllyedés helyzetét vizsgáljuk egynemű összlet esetén. Ebben az esetben az összegyűlt olaj a talajvízszint és a kapilláris zóna süllyedésével együtt süllyed le, a jobboldali (C) ábrán pedig, amikor a talajvízszint emelkedik, a koncentrált olajtestet felnyomja a talajvíztükör és csak az adszorbeálódott olajnyomok maradnak az alsóbb rétegekben.

41. ábraOlajtest elhelyezkedése változó talajvízszint esetén

A valóságban azonban a helyzet bonyolultabb. Ugyanis az olajkomponensek egy igen tekintélyes, - az anyagspecifikus oldékonysági hányadossal leírható egyensúlynak megfelelő mennyiségű - része képes oldódni a vízben. Ha a kőolaj összefüggő fázisként hatol be a talajba és ott esővízzel érintkezik, akkor egyes alkatrészei oldatba mennek át és a vízzel együtt vándorolnak tovább.

42. ábra Az olajtestből kioldódó olaj útja

Ez a folyamat jön létre, ha az olaj fázisként van jelen a szivárgási tartományban és szivárgó vízzel lép érintkezésbe (42. ábra), vagy ha az olaj fázisként van jelen a talajvíz-tartományban és állandóan érintkezik az áramló talajvízzel 43. ábra). Ha az olajtest - azaz az olaj, mint fázis - a talajvíz felszíne felett helyezkedik el, akkor a szivárgó víz oldhat ki olajrészeket és a talajvíz felszínére vezeti azokat. Itt kezdődik a horizontális irányú szétterülés a talajvíz áramlási irányába. Ha viszont az olajtest egészen a talajvíz-tartományig ér el, akkor az áramló talajvíz old ki olajkomponenseket és azokat magával ragadja. A kioldott olajmennyiség függ az érintkező felületektől, a víz áramlási sebességétől, a víz telítettségi fokától és az olajfajta milyenségétől.

43. ábra Oldott olaj mozgása a talajvíz áramlás irányába

Végül pedig vizsgáljuk meg azt az esetet teljes bonyolultságában, amikor figyelembe vesszük azt, hogy az olajtestből a kis forrpontú, könnyen illó üzemanyagok a talajban is viszonylag könnyen párolognak. A felszínalatti párolgás függ az olajtermék minőségétől, a nyomástól, a hőmérséklet-gradienstől és a talaj áteresztő képességétől. A szivárgási tartományban elhelyezkedő olajtest körül tehát szénhidrogén-gőzökből álló olajpárna fog képződni. Hasonlóképpen a talajvízen elfekvő olajlencse felett is kialakul ez a gázburok. Minthogy a gázosodó üzemanyag-gőzök a levegőnél nehezebbek, ezek zömmel a kapilláris sáv feletti rétegben helyezkednek el, mint ahogy a 44. ábra mutatja. Mindebből következik, hogy ezek a gázok a szivárgó tartományban vándorló vízben oldódnak és növelik a talajvíz szennyeződését.

44. ábraAz olajpárna hatása

Videó 3

A talajszennyezés csökkentése tisztítástechnológiai módszerekkel (kárelhárítás)

A kárelhárítási tevékenységet két nagy csoportra kell felosztani.

  • Az azonnali beavatkozást igénylő esetekre, amelyeknél általában váratlanul fellépő, üzemi Kárelhárítási Tervekben meghatározott konkrét feladatokat, illetőleg a Kárelhárítási Művelettervekben leírt teendőket kell ellátni. Ezek a feladatok a kiváltó ok megszüntetésére és a kár lokalizálására terjednek ki. A munkálatokat a kár elhárítására kiképzett egységek, így pl. a tűzoltóság, a vízügyi- és környezetvédelmi biztonsági osztagok, a Polgári Védelem és az e célra szakosodott és akkreditált magán vállalkozók végzik. A koordinációt és a szakmai irányítást az illetékes környezetvédelmi felügyelőség látja el.

  • A folyamatosan végzendő, esetleg hónapokig, évekig tartó mentesítési munkákra, amelyek vagy az előző pontban leírt tevékenységek utómunkálatai, vagy olyan környezeti károk, melyek hosszantartó gondatlan kezelés, üzemeltetés következményei. Ezeket a munkálatokat - közszolgáltatási kapacitás hiányában - minden esetben szak vállalkozásoknak kell elvégezni. A továbbiakban csak a hosszabb időhorizontú, folyamatos kárelhárítási tevékenységekkel fogunk foglalkozni.

A kárelhárítási technológia kiválasztása

A kárelhárítást eredménye szerint három - éles határokkal el nem választható - célállapotra oszthatjuk:

  • első cél lehet a szennyezés továbbterjedésének megakadályozása, az ún. lokalizáció;

  • második lehet a részleges mentesítés, pl. az olajfázis (olajlencse) kitermelése;

  • harmadik - és környezetvédelmi szempontból korrekt cél - lehet a terület teljes ártalmatlanítása.

Eddigiekben áttekintettük azokat az anyag specifikus tulajdonságokat, amelyek egyrészről behatárolják, másrészről széttárják a környezettechnológia lehetőségeit. Azonban a technológiai módszer kiválasztása során meghatározó lehet néhány egyéb társadalmi-gazdasági tényező is, melyeket külön-külön, de egymással szoros kölcsönhatásban kell mérlegelni.

Meghatározóak az anyagi források, melyek megléte, ütemezése, fajtája (költségvetés, privatizáció, hatósági kötelezés), döntő hatással lehet a választandó megoldásra. Elvileg ugyan független, de az anyagiakkal kapcsolatban van a környezetvédelmi követelményrendszer is, melynek eredményeképpen alakulnak ki, a kívánatos és tűrhető határértékek, az ideiglenes és távlati célállapotok. A környezetvédelmi, vízügyi és egészségügyi követelményeket, illetőleg a finanszírozási csatornák számát bővítheti egy korszerű kockázatelemzés. Fontos az időtényező is, mely egyaránt összefüggésben van a beavatkozás sürgősségével és a technológia időigényével. A mérlegelés fontos tényezői a különleges helyi adottságok, így a terület jelenlegi és távlati funkciója. Ez nemcsak a környezeti, vízügyi és egészségügyi határértékek megállapítására hat vissza, hanem a választott technológiára is, ugyanis más technológiát választunk lakótelep vagy gyárterület, illetőleg mezőgazdasági terület vagy vízmű-védőidom (pl. nyitott karszt) közelében.

A technológia kiválasztásánál azt is figyelembe kell venni, hogy a mentesítendő területnek és az azokon lévő létesítményeknek a kárelhárítási tevékenységek ideje alatt is el kell-e látni eredeti funkciójukat (pl. közút, vasút, repülőtér, gyárterület, raktár esetén).

Végül, de nem utolsósorban megfontolás tárgyává kell tenni a szakhatósági és a lakossági (önkormányzati) akceptálhatóság kérdését is (Tájékoztatás, felvilágosítás, döntéshozatalba való bevonás, konfilktuskezelés). Nyilvánvaló, hogy azok a környezetkímélő kárelhárítási megoldások élveznek prioritást, melyek legkevésbé károsítják a természeti értékeket, a tájképi és épületkörnyezetet, a területek használati értékét és a keletkezett melléktermékeket a természeti vagy a társadalmi körforgásba ártalommentesen (biológiai lebontás vagy hasznosítás útján) vezetik vissza. A 45.-56. ábrák néhány kárelhárítási technológiát mutatnak be példaként.

45. ábra In-situ talajlevegőztetés

46. ábra In-situ kioldás

47. ábra In-situ kombinált levegőztető kioldó módszer

48. ábra Elektrokémiai talajtisztítás

49. ábra Kombinált hő és elekromos tisztítás

50. ábra Ex-situ kilevegőztetés

51. ábra In-situ bioremediáció

52. ábra Ex-situ bioremediáció

53. ábra Ex situ bioremediáció

54. ábra Fitoremediáció

55. ábra Égetéses talajtisztítás

56. ábra Ivóvíz védelme lehatárolással

Önellenőrző kérdések

  1. Milyen talajokon érvényesül a defláció?

  2. Mi idézi elő a mállást?

  3. Mi a kárelhárítási technológia elérendő célja?