Készítette: Fetter Éva fetter.eva @ vkkt.bme.hu BME Vízi Közmű és Környezetmérnöki Tanszék

1. Készítette: Fetter Éva fetter.eva@vkkt.bme.hu BME Vízi Közmű és Környezetmérnöki Tanszék Felszíni vizek minőségének jellemzői napjainkban Magyarországon, különös tekintettel az Észak-kelet magyarországi régió felszíni vizeireMikroszennyező- helyzetkép

2. Az előadás vázlata Vízminősítés a monitoring adatok tükrében • Mit monitorozunk és hogyan? • Milyen megbízhatósággal? A Sajó víz- és üledékminőségének változása • Minősége a monitoring adatok tükrében- múlt és jelen • Kérdések és válaszok- jogszabályi, társadalmi és gazdasági hatások • A múlt hatásai az üledékben- (lehetséges kémiai időzített bomba?) A haváriák és a vízfolyások állapota –Tisza • Monitoring tapasztalatok- hiányosságok • Az üledék válaszai- eloszlások és biológiai hozzáférhetőség

3. Mikroszennyezők- ismétlés Szerves mikroszennyező anyagok • TPH – totalpetroleumhydrocarbon • PAH – polyaromatichydrocarbons • PCB – polychlorinatedbiphenyls • BTEX – benzol, toluol, etil-benzol, xilol • Klórozott szénhidrogének • Peszticidek Szervetlen mikroszennyező anyagok • 7 nehézfém, Al és az As

4. Mik a PAH-ok? (Policiklikus aromás szénhidrogének) Naftalin Acenaftilén Acenaftén Fluorén FenantrénAntracén Fluorantén Pirén Benz(a)antracén Krizén Benz(b)fluorantén Benz(k)-fluoranténBenz(e)pirén Benz(a)pirén Indenol(1,2,3-cd)-pirén Dibenz(a,h)-antracén

5. PCB (poliklórozottbifenilek) • A molekula szerkezete (200 db. feletti molekulaféleség) • Azon aromás vegyületek, melyek nagy mennyiségben tartalmaznak szubsztituált klórt

6. Nehézfémek – tox. fémek • Higany • Kadmium • Nikkel • Ólom • Króm • Réz • Cink Élettani hatások: Arzén- idegrendszer, gyomorrendszer és bőr; tüdőrák, bőrdaganatok, további karcinogén hatások húgyhólyag, máj, vesék Higany- Idegrendszer, fejlődő magzatot károsítja Kadmium-tüdő- és gyomorkárosítás, csontritkulás; karcinogén Ólom- Csaknem minden szervet károsít, központi idegrendszer a legérzékenyebb, fejlődésbeli rendellenességek; karcinogén

7. A felszíni vizek monitoringja- a mikroszennyezők szemszögéből • Magyarországon: ‘60-as évek második felétől törzshálózati monitoring rendszer, de az analitika? • ‘90-es évek PHARE program: de leginkább a szervetleneket • VKI (EU WFD) által hozott változtatások • Mik a hiányosságok? • Szervetlenből 7-et vizsgálunk, VKI 4-et tart fontosnak • Szerves mikroszennyezők listája 45 tagú • Szervesből 11-et (15 %-a a VKI-ban foglaltaknak)

9. A felszíni vizek monitoringja- a mikroszennyezők szemszögéből A szerves mikroszennyezők mintázása

10. A felszíni vizek monitoringja- a mikroszennyezők szemszögéből De milyen megbízhatósággal végezzük ezt? ?

11. A felszíni vizek monitoringja- a mikroszennyezők szemszögéből Körvizsgálatok szükségessége

12. Mikroszennyezők az üledékben Az üledékben előforduló nehézfémek biológiai hozzáférhetőséget, - és ezen keresztül közvetlen ökotoxikológiai hatását - elsősorban az üledékben fennálló, és gyakorta változó, továbbá a térben rendkívül heterogén oxigén és redox gradiensek, a pH, a hőmérséklet, az adszorpciós folyamatok, a kiülepedési mechanizmusok, a komplex és csapadékképződési folyamatok, és végül de nem utolsó sorban a részecske méreteloszlás szabja meg

13. Az üledék és lebegőanyag monitoringja • A VKI elsőbbségi anyagaira minőségi határértékeket idáig csak a vízre dolgoztak ki. Ezek a határértékek a szerves mikroszennyezők tekintetében a lebegőanyagot is tartalmazó „teljes” vízmintára, a fémek esetében az oldott fázisra (szűrt vízre) vonatkoznak. • A lebegőanyag vizsgálat a „teljes” vízminta értékeléséhez két módon járulhat hozzá: • a szűrt vízminta és a lebegőanyag külön vizsgálatával történik a „teljes” vízmintában lévő szennyezőanyag koncentráció megállapítása; • csak lebegőanyag vizsgálat alapján, megoszlási hányados ismeretében végzik a „teljes” vízminta szennyezőanyag koncentrációjának meghatározását. • A lebegőanyag leválasztás a vízből hagyományosan 0,45 m pórusméretű membránszűrővel végezhető. • Nagy mennyiségű lebegőanyag leválasztásához átfolyásos centrifugák is használhatók. Az összehasonlítható eredmények biztosításához a szűrési, centrifugálási körülményeket/követelményeket szabályozni kell.

14. Az üledék és lebegőanyag monitoringja • Az üledék monitoring elsődleges célja a hosszútávú minőségi változások nyomonkövetése. Az üledék összetételének változása általában sokkal lassúbb, mint a vízé, ezért évi egy-két mérés elegendő hosszútávú trendvizsgálathoz. • Mintavétel az ISO 5667-12 jelű szabvány szerint • Elemzés: 63 m-nél kisebb szemcseméretű üledékfrakcióból • KVVM 2001- től: A vizsgálandó komponensek általános üledék-kémiai jellemzők, továbbá nehézfémek, növényi tápanyagok és olyan szerves mikroszennyezők, amelyek a vízi környezetben elsősorban szilárd fázisban, azaz üledékben és lebegőanyagban fordulnak elő megoszlási tulajdonságaik miatt.

15. Üledék mintavétel • Box corer sampler

16. Üledékanalízis STAR1-B

17. Üledékvizsgálat - kronológia • Magyarországon az 1970-es években indult meg a felszíni vizek üledékszennyezettségének vizsgálata: üledékvizsgálati módszertani problémák, üledékvizsgálat a Sajó magyarországi vízgyűjtőjén és a Duna Budapest feletti szakaszán • Az egész országra kiterjedő üledékszennyezettségi felmérésre először 1979-ben, majd ezt követően 1988-ban került sor.

18. Üledékvizsgálat - kronológia • További lényeges állomások: • 1986 ICPDR-Nemzetközi monitoring hálózat a Dunára • Újabb országos felmérés-1995 VITUKI • 1991 - 1992-ben a Cousteau Alapítvány: üledékszennyezettségi állapotfelvétel

19. Üledékvizsgálat - kronológia • 1998-ban a „Ráckevei (Soroksári) Duna-ág vízminőség-javító programja” • 2000. évi tiszai cianid és nehézfém szennyezés – de nincs adatbázis • 2001. aug.- JDS, • 2001. szept.- a JDS tükrében ugyanez a Tiszára

20. De mihez viszonyítsunk ? -az üledékminősítés kérdései • egyensúlyi megoszláson alapuló módszer; • üledéklakó élőlényekre gyakorolt hatáson alapuló módszer; • integrált értékelési módszer; • a vízi élőlény szervezetében kialakult szennyezőanyag koncentráció értékelésén alapuló módszer; • természetes határértékeket figyelembe vevő módszer; • rendelkezésre álló üledékminősítő kritériumok integrálásán alapuló módszer; • talajszennyezettséget minősítő kritériumok integrálásán alapuló módszer. • 40/2006 (X. 6.) KvVM rendelet a felszíni vizeket szennyező egyes veszélyes anyagok környezetminőségi határértékeiről és azok alkalmazásáról

21. Üledékminősítés kérdései- egyensúlyi megoszláson alapuló módszer • Az egyensúlyi megoszláson alapuló módszer azon alapszik, hogy az üledékben szorbeálódott szennyezőanyagok az üledék és a pórusvíz között egyensúlyba kerülnek bizonyos időn belül. A megoszlási hányados segítségével számítható ki az adott szennyezőanyag megengedhető határkoncentrációja. SQC = Kd*WQC Előfeltételek • Az üledék és a pórusvíz közötti szennyezőanyag megoszlás többnyire az üledék szerves szén tartalmának a függvénye; • Az üledéklakó élőlények ugyanolyan érzékenyek, mint a vízben élő szervezetek; • A pórusvízből történő szennyezőanyag felvétel a fő expozíciós mechanizmus; • A vízi környezet egyensúlyban van; • A Koc nagyjából azonosnak vehető a Kow-val ahhoz, hogy Koc adathiány Kow-val pótolható legyen; • A kísérleti körülmények (a megoszlási hányadost viszonylag kis üledék/víz arányban határozzák meg) a természetes üledékviszonyokat szimulálják.

22. Üledékminősítés kérdései- üledéklakó élőlényekre gyakorolt hatáson alapuló módszer • Megfelelő tesztélőlények, módszer standardizálás, adatbázis létrehozása, kompenzációs faktorok, referenciaüledékek • Az üledéklakó élőlényekre gyakorolt hatáson alapuló vizsgálati módszer lényeges problémája a kísérleti eredmények extrapolálása valós környezeti körülményekre. Kompenzációs faktorok bevezetésével oldható meg ez a feladat. • Számolni kell az üledékben lévő különböző szennyezőanyagok kombinált hatásával, vagy a rosszul oldódó szerves mikroszennyezők mikrobiológiai lebomlásánál képződő, vízben jól oldódó, az eredeti anyagnál toxikusabb vegyületek hatásával.

23. Üledékminősítés kérdései- integrált értékelési módszer I. • Az integrált üledékminősítési rendszer az üledék kémiai összetételének analízisét összekapcsolja a biológiai hatások kimérésére alkalmas toxikológiai vizsgálatokkal és az üledéklakó élőközösség strukturális elemzésével. Az in-situ vizsgálatok előnyei a laborvizsgálatokhoz képest: • az üledéket megbolygatja a mintázás, szállítás, ezért a laboratóriumban vizsgált üledék esetleg nem jellemző az eredeti üledékre; • nagyon kevés üledék toxicitási vizsgálati módszert szabványosítottak, ezért lehetséges, hogy a toxicitási mérésekhez kiválasztott fajok nem az adott élőlény közösség "kulcs" fajai, vagy legérzékenyebb tagjai; • a vizsgált helyszínen élő élőlényekben ellenálló képesség alakulhatott ki a természetes vagy antropogén eredetű, hosszú idejű expoziciójú szennyezéssel szemben, ezért a laboratóriumi körülmények között felnevelt élőlényekkel végzett kísérletek esetleg nem alkalmasak a vizsgált helyszínen várható biológiai hatások előrejelzésére; • a vizsgált helyszínen honos bentikus élőlény közösség integrálja az alacsony koncentrációjú szennyezőanyagok komplex keverékének hosszú idejű expoziciós hatását.

24. Üledékminősítés kérdései- integrált értékelési módszer II.

25. Üledékminősítés kérdései- a vízi élőlény szervezetében kialakult szennyezőanyag koncentráció értékelésén alapuló módszer I. • Az eljárás célja annak az üledékszennyezettségi szintnek a megállapítása, amely halakban és üledéklakó élőlényekben káros mértékű szennyezőanyag koncentráció kialakulásához vezet. A módszerrel az üledékminősítési határértékeket (SQC) a következő lépésekben határozzák meg: • kiszámítják azt a kritikus szennyezőanyag koncentrációt az élőlény szervezetére, amely még éppen nem okoz káros hatást (PNECBW); • kiszámítják az üledékminősítési határértéket a biota üledékakkumulációs faktorának segítségével (BSAF). Az üledékminősítési határérték (SQC) kiszámítása: SQCoc=PNECBW,fat/BSAF PNECBW,fat= PNECBWFfat SQC=foc* PNECsed,oc

26. Üledékminősítés kérdései- a vízi élőlény szervezetében kialakult szennyezőanyag koncentráció értékelésén alapuló módszer II. Az alábbi módszerekkel lehet az élőlényre vonatkozó kritikus szennyezőanyag koncentrációt megállapítani: • vízi és üledéklakó élőlényekkel végzett toxicitás vizsgálatok alapján; • a vízi élőlények védelmére megállapított határértékek alapján, megfelelő biológiai akkumulációs tényezők alkalmazásával; • élelmiszerre megállapított megengedhető legnagyobb értékek alapján, vagy a szennyezett vízi élőlények fogyasztásával kapcsolatban megállapított egészségügyi kockázati kritériumok alapján; • a szennyezett vízi élőlények fogyasztásával összefüggő, a madarak és emlősök védelmére megállapított határértékek alapján.

27. Mit kell tenni a VKI értelmében? • Szennyezőanyagok leválogatása • Kiindulási alap • Átvilágítás (screening) • Információgyűjtés (hatályos jogszabályok, forrás, hatás, egyedi szennyezőanyag tulajdonságok) • A víztestet elérő szennyezőanyagok listájának előállítása • Relevancia teszt • A víztestekben megjelenő koncentráció értékek és a víztestekre irányuló terhelések meghatározása • A koncentráció értékek összehasonlítása a "Viszonyítási jelzőkkel„ • Biztonsági háló felállítása • Végeredmény: A vízgyűjtő kerület vagy a vízgyűjtő kerületben található egyes víztestek releváns sajátos szennyezőanyagainak listája

28. A Sajó „Ez a fölséges víz, Miskolczon át haladva, a város szennyétől peczeszerűvé válik de a városi malmok kallóiban akad Petényi-márna és kövi csík”. Herman Ottó „A magyar halászat könyve” 1887 A több évtizedre visszatekintő eredmények alapján megállapítható, hogy a Sajó vízminősége folyamatos javulást mutatott és jelenleg is javul.

29. Néhány adat a Sajóról • A Sajó Szlovákiában a Gömör-Szepesi-érchegységbenaStolica-hegy oldalában 1220 m-en ered. • Hossza: 223 km, magyarországi szakasza 125 km és 0,8 km-en határfolyó Szlovákiával. • Vízgyűjtő területe: 12700 km2 , amelynek zöme Szlovákiában van. • Sajópüspökinél lép be 150 m-en és Tiszaújváros felett ömlik a Tiszába, a 492,5 fkm-nél 89 m-en. • Átlagos vízhozama a torkolatnál 60 m3/sec. • A folyó esése a hazai szakaszon 50 cm/km. • A szélessége 20-80 m. A vízfolyási sebessége 5-2 km/óra.

30. A Sajó „flash” folyó úgy apad és árad, mint a villám A valahamértlegkisebbvízhozam. ** Többévesátlagosközépvízihozam. ***Az 50 éventeelőfordulólegnagyobbvízhozam

31. A Sajó „hordaléka” – ez azért fontos, mert a mikroszennyező anyagok ehhez „tapadnak” • A Sajó és a Hernád folyóvölgye könnyen erodálható anyagokból áll • A víz átlagos lebegőanyag tartalma: 300 mg/L – áradáskor: több ezer g/m3 • éves szállított lebegőanyag eléri • az 1,5 x 109 kg/év nagyságrendet

32. A Sajó víz- és üledékminőségét érő hatások a rendszerváltás óta • Határontúli szennyezések • Gazdasági recesszió és privatizáció: aki talpon maradt, környezetvédelmi beruházásokat vitt véghez • Ipari kibocsájtások (fémkohászat (Ózd, Diósgyőr), gépipar (Diósgyőr, Miskolc és Borsodnádasd), vegyipar (BorsodChem Kazincbarcika és ÉVM Sajóbábony, élelmiszeripar (Szerencs, miskolci húsipari vállalatok, bőcsi sörgyár). • Kommunális terhelések (22 kisebb-nagyobb szennyvíztisztító telep hazai területen; A miskolci városi szennyvíztelep felelős a Sajót érő kommunális terhelések 80%-áért ) • Egyéb források: diffúz mezőgazdasági, állattartó telepek, erőművek, hulladékégetők

33. Lakossági bebocsájtások változásai-közműolló • Csökkenő talaj és talajvíz terhelés (lakossági szennyvizek) • Csökkenő ipari kibocsátások (szerves és szervetlen mikroszennyezők, N és P terhelések), oxigén háztartás javulása

34. Lakossági bebocsájtások változásai-közműolló • Csökkenő talaj és talajvíz terhelés (lakossági szennyvizek) • Csökkenő ipari kibocsátások (szerves és szervetlen mikroszennyezők, N és P terhelések), oxigén háztartás javulása • A kommunális szennyvíz kibocsátások csökkentek (növekvő vízdíjak, melyek, BAZ megyében az országos átlaghoz viszonyítva magasak), azonban a terhelések változása, a hagyományos szennyezőanyagok tekintetében, ezt a tendenciát nem követette meredek csökkenéssel. A víztakarékosabb háztartások KOI (kémiai oxigénigény), BOI (biokémiai oxigénigény), összes-N és összes-P kibocsátásai kisebb térfogatáramban jelennek meg, azonban az anyagáramok nem, vagy alig csökkentek. • EU VKI hatása: Az EU követelmények megfelelő (CouncilDirective 91/271/EEC of May 1991 concerning Urban WastewaterTreatment) csatornázotts ág megvalósulásával, a felszíni vizeket érő terhelés (KOI, N és P formák) emelkedni fog még korszerű szennyvíztelep közbeiktatása esetén is.

35. Jelenlegi vízminőség és toxicitás A Sajó vize napjainkban, illetve az elmúlt évtizedben nem mutatott toxikus hatásokat, nagyobb térségekre kiterjedő hal, más gerinces állomány (pl. madarak), vagy gerinctelenek (kagylók, csigák) pusztulásáról nincs tudomásunk. A korábban eltűnt fajok visszatértek a Sajó vízrendszerébe

36. Az üledék állapota a Sajóban A Sajó hidrológiai jellegzetessége az üledékszállítás szempontjából- a részecskeméret, a lebegőanyag koncentráció, és a folyó áramlási sebessége befolyásolják a mikroszennyezők akkumulációját • Kiülepedési zónák alakulhatnak ki • Helyspecifikus mechanizmusok a biológiai hozzáférhetőséget illetően- ezek általában ismeretlenek • Az eutrofizáció, savasodás, lokális szennyvíz bevezetések hatásai a fémek kioldódási folyamatait (release) elősegít(het)ik

37. Mi a helyzet havária típusú szennyezések esetén- Tisza Nehézfém szennyezés Rövid szennyezés krónika • Cianid szennyezés • (Nagybánya) 2000. jan. 30.-31 éjszaka kb. 100,000 m3 cianidos szennyvíz • (Zazar Lápos Szamos Tisza Duna) • Becsült (belépett) cianid mennyiség (cianidion-ban számolva 100-200 tonna) + fémek! • Ólomszennyezések (Borsabánya) 2000. március 10. (+ kisebb, egy héten át tartó szennyezések) kb. 20,000 tonna iszap (ólom, cink, réz) CN szennyezés

38. Mit mutatott az üledék?- horizontálisan A nagybányai szennyezés után • A Szamos határszelvényében (Csenger) a hazai beavatkozási határértéket az arzén, cink, kadmium és réz mennyisége is meghaladta. • A Szamos üledékében négy nehézfém (As, Zn, Cd és Cu) mindhárom mintavételi ponton a szennyezettségi határértéket meghaladó mennyiségben volt mérhető. • A tiszai üledékben a hazai beavatkozási határértéket a kadmium koncentrációja 3 mintavételi ponton, az arzén 2 mintavételi ponton, a cink 1 mintavételi ponton haladta meg. A borsabányai szennyezés után • Az elsődleges kiülepedési térségek Milota és Tivadar körzetében voltak a mért nehézfém mennyiségek (cink, kadmium, ólom és réz) alapján. A kiugróan magas értékek szerint elsődlegesen a Vásárosnamény feletti Tisza-szakaszon (a 733 fkm és 705 fkm között) ülepedtek ki a lebegőanyaghoz kötötten szállított nehézfémek. • A cianidos szennyezéskor referenciaként használt tivadari mintavételi helyen a kadmium, réz, ólom és higany mennyisége egy nagyságrenddel megemelkedett (a borsabányai eseményt megelőző értékekhez viszonyítva): kadmium 0,33→ 1,89 mg/kg, réz 23 → 147 mg/kg, ólom 14,7 → 212 mg/kg, higany 0,05 → 0,16 mg/kg.

39. Mit mutatott az üledék vertikálisan a Tiszai nehézfém szennyezések után Tudja-e kezelni a mikro - környezetben mutatkozó heterogenitást a hazai határérték rendszer? mg/kg Üledék felszín 10 cm

40. Bioakkumulációs hatások-a tiszai csukák izomszövetében a kadmium Kadmium Tisza-tó felett Tisza-tó alatt

41. Biomonioring vs. Kémiai komponensek A kémiai komponensek azért kaptak nagy szerepet a minősítő és vízminőség-szabályozó gyakorlatban mert: • Közvetlen kapcsolat figyelhető meg a szennyezőanyag-kibocsátás és egyes kémiai komponensek között; • Könnyen kivitelezhető, szabványosított eljárásokról van szó; • A vízminőség-védelmi célok és a minőségi standard értékek mint határértékek definiálhatók; • A vízszennyezés következtében károsított ivóvíz-bázis, vagy egyéb közvetlen vízhasználati károk az átlagember számára sokkal nyilvánvalóbbak, mint a vizek biológiai állapotának kedvezőtlen változásai.

42. Biomonitoring vs. Kémiai komponensek • A bentikus élőlények a természetes és antropogén hatások széles skálája mentén "válaszolnak". A pontszerű és nem-pontszerű szennyezések, a toxikus szennyezések, a szervesanyag-terhelés, szélsőséges vízjárás és az élőhely-degradáció jelentős változásokat idézhet elő az állomány tér- és időbeli eloszlásában; • Az élőlények képesek a hatások térbeni összegzésére, mivel jelzik a felvízi hatásokat, monitorozásuk során tehát a vízgyűjtőt érő antropogén hatások értékelhetők; • A vízi élőlények az időbeni hatásokat is összegzik, mivel különböző fejlődési stádiumú egyedeik a vízhez kötöttek. Ezáltal az epizodikus szennyezések, a társulás szerkezetében bekövetkező változások, vagy az egyedekben a szennyezőanyag-feldúsulás alapján jól értelmezhetők; • Bizonyos anyagok esetén a biológiai válaszok jóval érzékenyebbek, mint a hagyományos kémiai vizsgálatok (pl. bioakkumuláció); • A közvélemény számára fontos a vizek biológiai állapotára vonatkozó információ. Napjainkban nagy hangsúlyt kap a vizek természetes állapotának, élővilágának megőrzése, védelme, ökológiai állapotának javítása.

43. Gravel, pebble: Rheophilous insectlarvae 744 rkm

44. SandybottomintheUpper Tisza: insectscrustaceans, fewmolluscs 669 rkm Ametropus fragilis, a tinymayflylarva livingonsandybottom

45. Sand, silt, loesintheLower Tisza: mussels, snails, burrowinginsectlarvae Samplingwithdredgefrom boot 172 rkm Samplingwithpolypgrab fromship

46. „Kick & sweep” sampling

47. On-siteselection

48. Pond net sample

49. Dredgingindeepwater

50. Dredginginthe Tisza River