Hidrológiai Közlöny 1978 (58. évfolyam)
1. szám - Dr. Bacsó József–Dr. Kiss Keve Tihamér–Dr. Szalay Sándor: Arzén, ólom és más nehéz fémek felhalmozódása a városi vízvezetékek vasmangán oxid-hidroxid csapadékában
22 Hidrológiai Közlöny 1978. 1. sz. Dr. Bacsó J., dr. Kiss Keve T., dr. Szalay S.: Arzén, ólom Arzén, ólom és más nehézfémek felhalmozódása a városi vízvezetékek vas-mangán oxid-hidroxid csapadékában Dr. BACSÓ JÓZSEF", Dr. KISS KEVE TIHAMÉR*. Dr. SZALAY SÍSBOE" Szerzők több magyarországi városi vizvezeték vasmangán hidroxid csapadékában 0,1—0,01% nagyságrendben arzén és Debrecenben 3—4% nagyságrendben ólom felhalmozódását találták. Megállapították, hogy ez a nagy felületű kolloidális csapadék igen nagy dúsítási tényezővel felhalmozza a vízben egyébként csak jelentéktelen kis mennyiségben található arzént, ólmot és más nehéz elemeket. Bevezetés A vizsgálatok, amelyekről itt beszámolunk, egy sejtésből indultak ki. Összefüggés van a városi vízvezetékekben vas és mangán oxidáló baktériumok hatására kicsapódó jól ismert csapadék és az óceánok fenekén manapság napion sokat vizsgált vasmangán nodulusok keletkezése között és így a nyomelem-tartalmukban is sejthető hasonlóság. Az óceáni vas-mangán nodulusok, amint az ismeretes, a tömegük túlnyomó részét képező vasmangán oxid-hidroxidon kívül még megközelítőleg százalékos nagyságrendet elérő mennyiségben tartalmaznak rezet, nikkelt és kobaltot, kisebb menynyiségben^más'elemeket is}[l, r2, 3]. A két egymástól látszólag független jelenség között van egy összekötő kapocs, egy redox potenciál diszkontinuitás. Úgy a vas, mint a mangán csak az alacsony vegyértékű redukált, ferro (Fe 2 + ) és mangáno (Mn 2 +) Tállapotukban oldhatók és mobilizálhatók jól, közel neutrális pH mellett. Ha oxidáció következtében pl. a vízben oldott oxigén hatása : alá kerülve oxidálódnak ferri'(Fe 3 +) és mangani (Mn 4 +) ionokká, akkor ezek az' ionok pH % 7 körül azonnal hidrolizálnak és a legkülönbözőbb felületekre gyorsan szorbeálódva mozgathatatlanokká válnak. A mangani- és ferriionok vegyes oxid és hidroxidjai barnásfekete, nagy felületű kolloidális csapadék formájában rakódnak le. Ezt a termodinamikailag megengedett — mert energiát felszabadító — oxidációs folyamatot különféle mikroszkopikus élőlények, vasmangán-baktériumok katalizálják, energiafejlesztésükre is felhasználják és ilyenkor az oxid-hidroxid-hártya a sejtfaluk külsejére választódik ki a vízvezetékben, amelynek falán a baktériumok fonalas, pelyhes telepeket képeznek. így pl. Debrecen város — sok más városhoz hasonlóan — a vizet fúrott kutakból, geológiailag fiatal (pleisztocén korú) üledékes rétegekből, szivattyúzás útján nyeri, mintegy 150—200 m mélységből. E mélységbeli víz szabadoxigén-mentes, redukáló hatású, a vasat és a mangánt az alacsony vegyértékű ionok alakjában oldva tartalmazza. A gyakorlatból ismeretes, hogy ilyen redukáló hatású víz agresszív, a csőhálózatból is vasat old és ezért mielőtt a csőhálózatba továbbítanák, a tisz* Városi Vízművek, Debrecen ** MTA ATOMKI, Debrecen tító-szűrő telepeken levegőt komprimálnak bele, hogy oxidatívvá tegyék és ez után egy közömbös kőzúzalékkal (pl. kvarcit) megtöltött szűrőn eresztik át. A vízben a levegő-bekomprimálás hatására literenként kb. 3—6 mg oxigén oldódik. A nyersvíz literenként 1—3 mg (KMn0 4) oxigénfogyasztású, tehát redukál, míg a levegő-bekeverés hatására az oxigénfogyasztás 0,5—1,5 mg/l-re csökken. A szűrőn gyorsan kialakulnak a vas-mangán baktériumtelepek és az oxidált kationok jelentős része (kb. 1 mg/l) ott kiválik. A vas és magán egy csekély része (< 0,1 mg/l) azonban még tovább jut a vezetékhálózatba, ahol lassan fonalas fürtökben, pelyhekben szintén vas-mangán-baktériumtelepek nőnek, amelyeket időnként nagy vízáramlási sebességgel tisztítanak ki. Ilyenkor egy ideig a fogyasztó vízcsapján át is barnás, iszapos víz jön. Amint látjuk, a vas-mangán oxid-hidroxid-csapadék keletkezésének kémiai-termodinamikai oka egy redoxpotenciál-diszkontinuitás, azaz a redox-potenciál ugrásszerű emelkedése redukálóból oxidáló kémhatásig, levegő bekomprimálása által. Hasonló mechanizmust tételeznek fel [1, 2, 3] az óceánok fenekén fellelhető vas-mangán nodulusokra is, mert az óceánok üledéke az állandóan aláhulló szervestörmelék-tartalmánál fogva redukáló hatású. Ezzel szemben az üledék—víz határán redox-potenciál-diszkontinuitásnak kell lennie, mert az óceánok fenekén a sarkok felől odaáramló hideg víz oxigénben igen dús. A redukáló üledékből feldiffundáló 1Fe 2 + és|Mn 2 + ionok átmennek'ezen a redox diszkontinuitáson és az óceán fenekén levő hideg, oxigénben dús vízzel érintkeznek. A nodulusok keletkezésének kémiai-termodinamikai mechanizmusa tehát érthető, bár ez nem ad magyarázatot arra, hogy miért történik a gumók növekedése egyszerű kéreg, vagy csapadék helyett gömbölyded, szeszélyes formákban. Ez utóbbinak feltehetően biogén oka van. 4000 méter mélységben ezt felderíteni természetesen nem könnyű feladat, de kétségtelenül kimutattak az óceánból felhozott mangán nodulusok belsejében a felület sterilizálása után mangán- és vasoxidáló baktériumokat [1, 2, 3]. Az óceáni mangángumókat több szerző baktériumtelepek aktivitása eredményének tekinti. Egy másik hasonlóság is feltételezhető a két jelenség között. A mangán nodulusok jelentős Ni-, Cués Co-tartalma a nagy felületű kolloidális vas-mangán-csapadékon szorpció következménye. Hasonló jelenség a vízvezetéki csapadékban is felléphet. Vizsgálatainkban elsősorban a vízvezetékből öszszegyűjthető vas-mangán oxid-hidroxid-csapadék összetételét és különösen nehézfém-tartalmát vizsgáltuk. Tartalmaz-e mangán Modulusokhoz hasonlóan, a fő tömeget alkotó vason és mangánon kívül, kisebb mennyiségben egyéb megkötött fémeket, nehéz elemeket?
