Bányászat és környezet­­védelem

A kutatást végző konzorcium tagjai: a hosszú évek óta bá­nyászati és környezetvédelmi szolgáltatásokat nyújtó, valamint önálló, akkreditált környezet­analitikai vizsgáló­laboratórium­mal rendelkező MECSEKÉRC Kör­nyezet­védelmi Zrt. mellett Magyarország egyik elismert mező­gazdasági-környezeti felsőoktatási intézménye, a Szent István Egyetem, to­vábbá az ipari és környezetvédelmi biotechnológiai kutatások legjelentősebb hazai központja, a Bay Zoltán Alkalmazott Kutatási Közhasznú Nonprofit Kft.

Gaburi Imre, a MECSEKÉRC Zrt. földtudományi osztályvezető-helyettese, a projekt szakmai vezetője a fejlesztést indokló okokról szólva elmondta, hogy a Föld robbanásszerű népesség­növekedése a nyersanyagok iránti igények radikális növekedésével jár. Mint folytatta, az ércek bányászata során a kőzetek relatív kis fémtartalma miatt rengeteg hulladék keletkezik. Egyetlen tonna réz kinyeréséhez 100 tonna ércet kell kibányászni, és valószínűleg egyetlen jegyespár sem gondolná, hogy két aranygyűrűjük a felelős 5 tonna hulladék keletkezéséért valamely aranybánya környezetében. Kínában a globálishoz mérten is kiugróak a bányászat, illetve a bányászati meddőhányók által okozott környezeti károk, melyek ismert problémát jelentenek Magyarországon és az Európai Unió több államában is.

Veszélyeztetett ivóvízbázisok

„A hátramaradó meddőkőzetek legnagyobb problémája, hogy az alkalmazott dúsítási technológiák közel sem százszázalékos hatásfoka miatt a hulladék toxikus fémtartalma magas marad, és a beszivárgó csapadék által először a talajba, a talajvízbe, akár az ivóvízbázisokba, majd onnan az élő szervezetekbe juthat” – fi­gyelmeztetett az egyik leg­nagyobb problémára Gaburi Imre, rámutatva, hogy a bányászat által sújtott területek újbóli hasznosítása nemcsak környezetvédelmi, hanem jelentős gazdasági kérdés is.

Szulfátredukáló baktérium mikroszondás felvétele

A problémát elsősorban az okozza, hogy a Föld mélyében nagy nyomáson és magas hőmérsékleten keletkezett ércásványok a felszínen instabillá válnak: az oxigén és a víz jelenlétében olyan kémiai mállási folyamatok indulnak be a meddőhányókon, melyek során például a szulfidokból vízben könnyebben oldható szulfátok, részben pedig kénsav keletkezik. „Ennek eredményeképpen a környezet kémhatása erősen savas lesz, ami a nehézfémek – például ólom, higany vagy kadmium – szilárd ásványfázisokból való kioldódását elősegíti, ellenben a talajkolloidok felületén való megkötődést gátolja” – magyarázta az osztályvezető-helyettes, aki szerint a meg­oldás egyrészt a környezet pH-jának növelésében keresendő, ugyanis így csökkenteni lehet a fémek oldhatóságát, másrészt pedig a könnyen oldható, másodlagosan kialakult ásványfázisokat visszaalakíthatják eredeti formájukba. „Ehhez a kutatásunk során az emberiség által évezredek óta használt, természetben előforduló baktériumokat hívtuk segítségül (hasonló baktériumok felelősek a fémek vagy beton biokorróziójáért is)” – számolt be a kutatás részleteiről a projekt szakmai vezetője.

Savtermelő és savsemlegesítő kapacitás mérése titrálással

A kutatók számára a szulfátot (SO₄^2–) és az elemi ként (S⁰) energia előállításához hasznosító anaerob (oxigéntől elzártan végbemenő – a szerk.) anyagcserét folytató baktériumok jelentették a megoldást. Gaburi Imre arra is felhívta a figyelmet, hogy az anaerob légzés számos változata közül a szulfát­redukció az egyik legszembetűnőbb folyamat a záptojás­szagú kén-hidrogén-képződés miatt. E vegyület, illetve vizes közegben a szulfid-ionok kémiailag különösen reaktívak, ennek következtében rosszul oldódó csapadékokat képeznek fém-ionokkal (pl. réz, cink, arzén, nikkel és vas), emiatt az eredeti oldottion-koncentráció akár 10-20 százalékra is csökkenhet. A redukciós folyamat során a közeg pH-ja is emel­kedni fog, ezzel kettős hatást vált ki. Egyrészt csökkenti a kioldódó fémek mennyiségét, másrészt a már oldatban lévő fémek kicsapódását is elősegíti.

Szulfátredukció tesztelése laboratóriumi körülmények között

„Ahhoz, hogy ki tudjuk választani a különböző tulajdonságú szennyezett területekre a legmegfelelőbb kezelési eljárást, először meg kellett értenünk a meddő­hányókban lejátszódó folyamatokat” – ismertette a következő lépést a szakmai vezető. Ehhez geokémiai és ásvány­tani teszteket végeztek a potenciálisan toxikus elemek mobilitásának meg­határozá­sára, majd mikro­biológiai vizsgálatokkal beazonosították a területen élő baktériumfajokat. „Ez utóbbinál fontos kérdés, hogy a területen lévő endogén, vagyis helyben élő mikroflóra alkalmas-e az általunk elvégeztetendő »munkára«, vagy szükséges exogén, azaz külső eredetű baktérium bejuttatása” – fűzte hozzá.

Folyamatos monitoringozás

A kutatás során világossá vált az is, hogy a meddőhányók – mint szennyezőforrások – kezelését alapvetően két irányból lehet megközelíteni. „Az első, az úgynevezett immobilizáció, amely a nehézfémek megkötését, helyben maradását igyekszik elérni. Megfelelően magas fémkoncentrációk esetén ennek az ellenkezőjét, tehát a nehézfémek mobilizálását ‒ gazdaságos kinyerését ‒ is meg lehet valósítani ellenőrzött körülmények között. Hogy a mikrobák hatékonyan tudják végezni a dolgukat, tápoldatot kell a meddőbe juttatni, melynek hatására a baktériumok elszaporodnak. A megfe­lelő tápoldatok optimali­zá­lása (létfontosságú biogén elemek: foszfor, nit­rogén; elektron­donor; valamint, ha szükséges, a redox­potenciál be­állításához anyagok) laboratóriumi körülmények között zajlik. Amennyiben megkötni szeretnénk a fémeket, a szulfátredukáló baktériumok számára kedvező tápoldatot használunk, fémkinyerés esetén pedig a kénoxidáló mikrobákat etetjük” – részletezte a kutatási folyamatot Gaburi Imre, aki szerint az elért eredmények alapján az is nyilvánvalóvá vált, hogy a módszert körültekintően kell alkalmazni, ugyanis az eljárás megváltoztatja a meddőhányók ásványos összetételét, aminek következtében meg­mozdul­hat­nak olyan nehézfémek, amelyek addig stabilan kötött fázisban voltak jelen. Ezért fontos az anyag pontos összetételének az ismerete és a folyamatos monitoringozás.

Nehézfém-koncentrációk mérése ICP-MS készülékkel

A mikrobiológiai kutatásokat a Bay Zoltán Kutatóintézet, míg a geokémiai kutatásokat a MECSEKÉRC Zrt. és a Szent István Egyetem szakemberei végezték el. A kutatók reményei szerint az általuk összeállított módszertani útmutató elősegíti a különböző tulajdonságú szennyezett területekre legmegfelelőbb remediációs eljárások kidolgozását.