Az emberiség által napjainkig alkalmazott módszerek az eutrofizáció, vagy annak káros hatásainak csökkentésére: vegyszeres kezelés és fizikai módszerek - talán ez is lehetne rendkívül fontos témát boncolgató írásunk alcíme vagy mondhatni mottója. Cikksorozatunk jelen fejezetében igyekszünk egy áttekintést adni arra vonatkozóan, milyen módszereket fejlesztett ki a tudomány napjainkig vizeink kezelésére.
A kezelési módok alapvetően 3 csoportba sorolhatók:
- Fizikai kezelés
- Vegyszeres kezelés
- Biológiai kezelés
Fizikai kezelés (főbb típusok)
Iszapkotrás
A kotrás mint művelet pozitív és negatív hatásai igen megosztják a limnológia és a hidrobiológia képviselőit. Sokan ellenzik, sokan (jobb ötlet híján) kardoskodnak mellette. Megpróbáljuk tárgyilagosan, egyik tábor irányába sem hajolva leírni mind a pozitív, mind a negatív hatásokat. Az iszapkotrás definiálása valószínűleg szükségtelen, a folyamatot mindenki ismeri. A fenéken felhalmozódott üledék eltávolításának a rengeteg negatívum és veszély mellett vitathatatlan pozitív hatásai is vannak, nevezetesen:
- A fenéken lévő üledékréteg többnyire tápanyagban (nitrogén- és foszforforrásokban) igen gazdag, amely anyagok az üledékben, illetve az iszapzóna közvetlen környezetében uralkodó oxigénszegény állapotok miatt működő rothadási folyamatoknak köszönhetően folyamatosan oldódnak vissza a vízoszlopba, serkentve ezzel az eutrofizációs folyamatokat, a vízinövények, algák burjánzását. Az iszap tehát egy állandó tápanyagforrás, amelynek hatása mondhatni hozzáadódik a külső környezetből (talajból, talajvízből, általajvízből) beszivárgó szennyezés hatásaihoz, azaz a helyzetet tovább rontja. Az iszap mechanikai eltávolítása tehát egy szennyezőanyag forrás eltávolítását jelenti, amelynek rövid távon (1-2 év) a vízminőségre gyakorolt pozitív hatása megkérdőjelezhetetlen (amennyiben a kotrás kivitelezése megfelelő, és az iszap nem instabil… az igazság kedvéért tegyük hozzá, hogy e két feltétel ritkán teljesül). Nyugat-európai és USA-beli kutatások szerint az iszapkotrás bizonyos esetekben akár 1,5-2 évig is pozitív hatással lehet a vízminőségre, és lassíthatja az eutrofizációs folyamatokat.
- A hasznos víztérfogat az iszap eltávolításával nő, ezáltal nő igen sok faj (köztük a halak) élettere, ami többnyire a természetes szaporulatra is pozitív hatással lehet.
- Amennyiben vizünkön olyan vízinövények burjánzásával küszködünk, amelyek gyökerüket az iszapba eresztik, a teljes üledékréteg megszűntével a növények elpusztulnak, és néhány évig gátolt a burjánzásuk.
A kotrás negatívumai:
- Hatalmas beruházási költség
- Ha stabil iszapot távolítunk el, élőhelyet távolítunk el, vízben élő fajok sokaságát pusztítjuk ki, vagy csökkentjük számukat. A fajszám és egyedszám egyensúlyának felborításával drasztikusan, hatalmas károkat okozva avatkozunk be a vízi táplálékláncba.
- Ha instabil iszapot távolítunk el (az esetek kb. 99%-a), hatalmas ökológiai kockázatot vállalunk:
- az instabil iszap belsejében hatalmas volumenű, a jellemző vízi élővilágra mérgező hatású gázok képződésével járó folyamatok mennek végbe. Az iszap bolygatásával a gázok felszabadulnak, melyek közül a kénhidrogén és az ammónia a vízoszlopban megtett útja során számottevő mértékben oldódik a vízben (mindkét gáz vízben való oldódása jelentős!). Mindkét vegyület a vízben már alacsony koncentráció esetén is az élővilág részleges vagy teljes pusztulását okozhatja.
- az instabil iszap belsejében, a részleges rothadási folyamatok eredményeként igen nagy mennyiségben halmozódnak fel rövid szénláncú, vízoldható szerves vegyületek, melyek az iszap bolygatásával szintén a vízoszlopba kerülnek, növelve ezáltal a víz szerves anyag koncentrációját, ami egyet jelent az oldott oxigén drasztikus csökkenésével. A kotrás tehát oxigénhiány miatti halpusztulást is előidézhet.
- ha instabil az iszap, akkor egyértelmű, hogy a víz szennyezőanyag- ill. tápanyagterhelése igen nagy, az eutrofizációs folyamatok gyors üteműek. Ilyen esetekben a kotrás fent említett pozitív hatásai sem érvényesülnek, mert már a művelet utáni évben finom szerkezetű lágyiszap lepi el a tó fenekét, az ikrák ugyanúgy megfulladnak, az oxigénháztartás ugyanolyan rossz marad, a növényi tápanyagok koncentrációja magas marad, az eutrofizációs folyamatok pedig változatlan ütemben haladnak tovább.
- kotrás után gyakran évekig zavaros marad a víz, rontva ezáltal a fényviszonyokat a vízben.
- A kitermelt iszap elhelyezéséről gondoskodnunk kell (gyakran veszélyes hulladéknak minősül!), ami nem kis gondot jelent, az amúgy is óriási költségeket még tovább növeli.
Az iszap mint veszélyforrás kiiktatása, az instabil iszap stabilizálása és élőhellyé történő átalakítása: ld. a cikksorozat következő részében.
Gyűrűcsatornázás (circular canalisation)
Magyarországon ritkán látott, ugyanakkor igen hatékony, és a világ más országaiban már klasszikusnak mondott megelőző beavatkozásról van szó. Többször említettük már, hogy az állóvizeket terhelő szennyezőanyagok, tápanyagok a talajból, talajvízből, általajvízből szivárognak az élővízbe, vagyis a környezetből. A beavatkozás elvét tekintve rendkívül egyszerű (de nem olcsó), arról szól, hogy a tó köré egy elvezető árkot, csatornát létesítenek, amely befogadja és elvezeti a tó felé áramló, tápanyagban gazdag víz nagy részét, magyarán szólva a szennyezés kikerüli a tavat. Az egyik legismertebb és legnagyobb ilyen beavatkozást az Egyesült Államok hajtotta végre, igen meggyőző eredménnyel (Lake Washington).
Hígítás
Szintén kevés magyarázatra szoruló vízminőség-javítási eljárás. A lényege, hogy élővizünkbe annak vízminőségénél kedvezőbb tulajdonságokkal rendelkező vizet juttatunk, ezáltal „hígítjuk”. A vételi forrás lehet patak, folyó, vagy felszín alatti víztest. Azt gondolná az ember, hogy ennek az eljárásnak igen kicsi az ökológiai kockázata, és bár ez többé-kevésbé így is van, azért a biztonság kedvéért egy-két alapvető dolgot illik betartani:
- Mindig figyeljünk arra, hogy a hígító víz hőmérséklete közel azonos legyen a befogadó élővízével. Ha kicsi a bejuttatott hígító víz napi mennyisége az élővíz össztérfogatához viszonyítva, akkor ennek olyan nagy szerepe nincs, viszont ekkor értelemszerűen az elért pozitív eredmény is minimális. A módszernek akkor van értelme, ha jelentős hígítást tudunk produkálni, ekkor viszont az esetleges hőmérséklet-különbségnek komoly ökológiai szerepe lehet. Ha jóval hidegebb vizet juttatunk az élővízbe hirtelen és nagy mennyiségben, az negatívan befolyásolja a vízben élő populációk életműködését, különös tekintettel a felsőbbrendű fogyasztókat, az állati szervezeteket. Kizökkenthetjük a populációkat a szokásos éves ritmusukból, negatívan befolyásolhatjuk mind aktivitásukat, mind anyagcsere folyamataikat, mind a természetes szaporulatukat. A bejuttatott hideg víz mérsékelt pozitív hatása, hogy az alga és felsőbbrendű növényi vegetáció produkcióját mérsékli, az oxigén-ellátottságot javítja, de ezek az előnyök elhanyagolhatóak a fent említett, néha felbecsülhetetlen mértékű okozott kárhoz viszonyítva. Az élővízénél melegebb víz bejuttatásával szintén károsan befolyásoljuk a vízi élőlény-együtteseket, a negatív hatások megegyeznek a fentiekkel, azzal kiegészítve, hogy ráadásul itt pozitív hatással nem is számolhatunk, ugyanis a hirtelen vízhőmérséklet-emelkedés jelentős alga- és vízinövény szaporulathoz vezethet, az oldott oxigén szintjének csökkenése mellett. Magas tápanyagtartalmú élővizek esetén a fenti folyamat igen gyorsan beindul, jóval azelőtt, hogy a hígítás a pozitív hatásait kifejtené.
- Végeztessünk többszöri KOMPLEX vízminőség-vizsgálatot akkreditált laboratóriummal arra a vízre vonatkozóan, amivel hígítani szeretnénk. Ne csak az eutrofizációs folyamatok szempontjából fontos tápanyagok koncentrációit méressük meg, hanem pH-ját, az összes só koncentrációt, nehézfém tartalmát is. Jobb biztosra menni. A pH érték különösen nagy jelentőséggel bír.
- Mindig kérjük ki szakember véleményét a művelettel kapcsolatban.
Levegőztetés és mesterséges keverés
A módszerekkel részletesen cikksorozatunk később foglalkozik, a téma nagy terjedelme miatt egy önálló fejezetben.
Vegyszeres kezelés (főbb típusok, és vegyületek)
Mészhidrát
Előszeretettel használják (sajnos) élővizek kezelésére, különösen a nyári algavirágzások idején az algaszám csökkentésére. A vegyület hatóanyaga (kb. 90%-ban) a kalcium-hidroxid (Ca(OH)2), aminek telített vizes oldata lúgos. A hatásmechanizmusa azon alapul, hogy a vegyület kicsapja a fehérjéket, amivel érintkezésbe kerül, így öl. Nem válogat, hogy alga vagy zooplankton, vízi baktérium vagy iszapbaktérium, magyarán szólva nem jelenthető ki egyértelműen (sőt!), hogy többet javítunk, mint amennyit ártunk az alkalmazásával. Ezenkívül még egy, legalább ekkora veszélyt jelent az alkalmazása: ellentétben sok más országgal, ahol az állóvizek savanyodása okoz problémákat, a magyarországi vizek domináns többsége lúgos kémhatású, sok tó pH-ja meghaladja a 9-es, ún. rizikós határt. (Mivel a hazai vizek tápanyagterhelése igen magas, az ammónium-ion koncentrációja is az, és 9-es pH érték felett az ammónium jelentős része szabad ammónia formájában van jelen a vízben, ami igen mérgező a halakra nézve, és komoly pusztulást is okozhat). A mészhidrát vízbe juttatásával a helyzetet tovább rontjuk, a negatív hatás kettős. Egyrészt tovább növeljük az amúgy is lúgos víz pH-ját, pedig ennek ellenkezője lenne a cél, másrészt a mészhidrát növeli a víz „pufferkapacitását”, ami azt jelenti, hogy minél több meszet öntünk a vízbe, annál jobban stabilizálódik a lúgos pH, és annál nehezebben tudjuk (ember, vagy maga az élővilág) azt a kedvező érték irányába csökkenteni a későbbiekben.
A negatív kép a mészhidrát alkalmazásával kapcsolatban nem ennyire egyértelmű, ha egy állóvíz savanyodásra hajlamos, azaz pH-ja 7 alatti, és szépen lassan kúszik lefelé. Mint említettük, ez Magyarországon ritka, de Észak-Amerikában például a savanyodást elősegítő talpréteg és a savas esők együttes hatása igen sok tó esetében eredményezi a fenti folyamatot. Enyhén savanyú vízben a mész kevésbé károsítja az élővilágot, a víz pH értékére pedig pozitív hatással van. Növeli a pH-t, savanyú víz esetében ugye ez a kívánatos folyamat, és növeli a víz pufferkapacitását is, azaz lassítja a későbbi savanyodási folyamatot. A tengerentúli állóvizek e típusait magas karbonát-tartalom jellemzi. A meszet ott többnyire nem mészhidrátként, hanem égetett mész (CaO) formájában alkalmazzák. Az égetett mészről azt kell tudni, hogy a kalcium-karbonát (CaCO3) hevítésével állítják elő. A folyamatban a kalcium-karbonát széndioxidra és kalcium-oxidra (égetett mész) bomlik. Az égetett mész nem stabil, igen reaktív anyag, nedvességgel érintkezve szinte azonnal kalcium-hidroxiddá (Ca(OH)2) alakul. Egy tavon való alkalmazását nézve a következő történik:
- a szilárd kalcium-oxid vízbe kerül, és kalcium-hidroxiddá alakul (a reakció jelentős hőfejlődéssel jár),
- ami azonnali pillanatreakcióban reagál a vízben lévő karbonát-ionokkal, és vízben gyakorlatilag oldhatatlan kalcium-karbonát keletkezik (CaCO3), még mielőtt a mész az élővilágra káros hatását (jelentős mértékben) kifejtené,
- a kivált kalcium-karbonát süllyedni kezd a vízoszlopban; a vegyület azzal az érdekes tulajdonsággal bír, hogy képes megkötni a vízben lévő foszfátot,
- egy bonyolult reakciót követően az együttes ásványi apatittá alakul, és lesüllyed a fenékre.
- Amennyiben a meszes kezelést néhány év leforgása alatt többször ismétlik, egy úgynevezett telítési pont után az ásványban kötött foszfor nem képes többé a fenékiszapból a rothadási folyamatok következtében felszabadulni, tehát az eutrofizáció folyamatát gátolni lehet ezáltal, hiszen a „fő ellenséget”, az oldott foszfort kötjük meg.
A nyomatékosság kedvéért még egyszer hangsúlyozzuk: a fenti folyamat alacsony pH-jú, savanyodásra hajlamos, magas karbonát-tartalmú vizek esetén vezet(het) eredményre. Idehaza óvatosan kellene bánni a meszezéssel mint vízkezelési eljárással, mert ugye nem árt hosszú távon a víz és a természet érdekeit szem előtt tartva gondolkodni.
Klórmész
A klórmeszet a kalcium-hidroxid klórozásával állítják elő. Mivel a cikksorozat nem a vegyész-vegyészmérnök társadalomnak szól elsősorban, a reakcióegyenlet leírásától eltekintünk, a lényeg az, hogy a klórmész vizes oldatában alapvetően 4 ion található: kalcium-ion (Ca2+), hidroxidion (OH-), hipoklorit-ion (OCl-) és kloridion (Cl-). A klórmeszet mint fertőtlenítőszert ismerte meg a társadalom, mivel fő hatóanyaga a kalcium-hipoklorit (Ca(OCl)2). A hatásmechanizmusa rendkívül egyszerű: a vegyületet vízben oldva a hipoklorit az igen instabil hipoklórossav (HOCl) formájában van jelen, ami gyorsan bomlik sósavra (HCl) és atomos oxigénre (O). Mindkét bomlástermék rendkívül káros az élővilágra, de a vegyület fertőtlenítő hatása az igen reaktív atomos oxigénnek köszönhető. Köznyelven ezt úgy lehetne megfogalmazni, hogy, az az élő mikroorganizmus (vagy akár többsejtű élőlény) amivel az atomos oxigén érintkezésbe kerül igen gyorsan elpusztul, ugyanis a kémiai reakció károsítja a sejte(ke)t felépítő összes szerves vegyületet. A tudományos mondatok után, fogalmazzuk meg röviden, mi történik, ha a sok alga miatt egy horgásztóba öntjük a klórmeszet: megöljük az algaállomány jelentős részét, ezzel elérjük a célunkat, ugyanakkor minden mást is gyilkolunk, ami a vízi tápláléklánc része: baktériumokat a vízben, az iszapban, a zooplanktont stb.. Ezenkívül a klórmész túladagolásának eredménye, mivel a fentiek értelmében alkalmazása igen nagymértékű pusztítással jár, a vízoszlopban lévő óriási mennyiségű halott szerves anyag lesz, ami igen gyorsan képes a víz oldott oxigén tartalmát lecsökkenteni, ez pedig halpusztulást eredményezhet. Gyakori tévhit, hogy a klórmész vizes oldatának a pH-ja semleges, ezért jobb, mint a mészhidrát, mert ugye nem lúgosítja tovább a vizet. EZ NEM IGAZ! A klórmész említett hatóanyaga, a kalciumhipoklorit egy erős bázis (Ca(OH)2) és egy gyenge sav (HOCl) sója, tehát lúgos kémhatású. Telített oldatának pH-ja a klórmész minőségétől függően 12-13 közötti, tehát igen erősen LÚGOS!!!
Rézgálic
Még az is fizikai fájdalmat okoz, hogy ennek a vegyületnek a nevét leírjuk, lévén élővizek kezeléséről szól a cikk. Sajnos tény, hogy a rézgálicot nagyon sokáig alkalmazták az algaszám csökkentésére világszerte, így Magyarországon is. A horgászok és az élővizek nagy szerencséjére ezt ma már tilos (!) alkalmazni. A rézgálic, más néven kristályvizes rézszulfát (CuSO4.5H2O) egy nehézfém, a réz kationjának a kénsav sav-anionjával alkotott sója, vizes oldatának kémhatása erősen savas. A fő veszélyt természetesen a nehézfém rézion jelenti, amely bekerülve az élővilágba, értelemszerűen nem távozik onnan, hanem felhalmozódik. Beépül szinte a teljes táplálékláncba, a mikroorganizmusoktól kezdve, a fito- és zooplankton szervezeteken át a felsőbbrendű termelőkbe (pl. vízinövények) és felsőbbrendű fogyasztókba is (pl. halak). A rézre az élő szervezeteknek - más fémekhez hasonlóan - szüksége van, de csak mint NYOMELEMRE (!), rendkívül kis mennyiségben, e felett az elenyészően kis koncentráció felett a rézvegyületek nagy része súlyos méregként hat! Nehézfém vegyületek vízbe juttatásánál kevés nagyobb bűnt tud elképzelni olyan ember, akinek fontos a környezetvédelem és az élővilág védelme.
Flokkulens vegyületek alkalmazása
A szennyvíztechnológiában a foszforeltávolítás területén igen kedvelt vas és alumínium sókról van szó. Ezek a vegyületek a vízben lévő szervetlen foszfort kötik meg, és jól ülepedő pelyhet (flokkot) képezve süllyednek le az iszapba a megkötött foszforral együtt. Alkalmazásuk élővizeken az Unió területén belül nem engedélyezett. Máshol, élővizek esetében inkább az alumíniumvegyületek a kedveltek, ugyanis a vasvegyületeknél jóval erősebb kötéssel rögzítik a foszfort, és jóval később engedik felszabadulni. Ezzel tulajdonképpen el is árultuk a módszer egyik negatívumát: mint minden vegyszeres kezelés, ez is tüneti, „ambuláns” kezelés, semmiképpen nem hosszú távú. Az alumíniumvegyületek közül egyébként az alumínium-szulfát és a nátriumaluminát alkalmazása a leggyakoribb. A legfontosabb tudnivalók az alkalmazásukról általánosan, pozitívumok és negatívumok vegyesen:
- KIZÁRÓLAG (!) mély vizű (>10 m átlagmélység) tavakon lehet sikert elérni, olyan helyen, ahol már kialakul a mélyben az állandó hőmérsékletű hideg, stagnáló, oxigénszegény, úgynevezett hipolimnetikus zóna az üledékréteg felett. Ebben az esetben egy jól kivitelezett kezelés a kicsapott foszfort 5-6 évig képes megkötni és az iszapzónában tartani. Sekély vizek esetében, mint amilyenek a magyarországiak is, a kezelés teljesen eredménytelen, a kicsapott foszfor néhány hét vagy hónap után újra a vízoszlopba kerül.
- Az alumínium, bár közel sem olyan veszélyes mint a réz, mindenképpen KÁROS nagy mennyiségben az élővilágra nézve, szintén nem ürül ki a tóból, hanem felhalmozódik és beépül a vízi szervezetekbe.
- Egyes vegyületek kémhatása erősen SAVAS.
- A túladagolás HALPUSZTULÁST idézhet elő.
- Alkalmazásával nem kizárólag a szervetlen foszfort csapja ki, hanem igen sok vízben lévő lebegőanyagot, algákat stb.. Ez látszólag üdvözítő, ugyanis a kezelés után néhány napig gyönyörű, tiszta, az eddiginél jóval átlátszóbb vizünk lesz. Azonban mivel a fényviszonyok megváltoznak a vízben, javul a víz fényellátása, így az algák életfeltételei is, a kezelés a pillanatnyi pozitív hatása után ezzel egy újabb heves algaburjánzást indukálhat.
Következő rész: Biológiai kezelés, biomanipuláció, bioremediáció
Malaczkó Szabolcs
okl. biomérnök - ügyvezető igazgató
Malatech Water Kft.
Vass Endre (endru)
okl. halászati szakmérnök - Élővíz üzletágvezető
Malatech Water Kft.
