Problematika záchytu a uvolňování toxických kovů v horninovém prostředí

Na brněnské pobočce ČGS se dlouhodobě zabýváme problematikou sorpce a desorpce toxických kovů v horninovém prostředí. Významným cílem prováděných prací je experimentální ověření vlivu hlavních složek půd, jako jsou např. jílové minerály, oxidy Fe, karbonáty a organická hmota, na imobilizaci těžkých kovů. Například v rámci spolupráce ČGS s Přírodovědeckou fakultou MU byla v létech 1995 - 2005 provedena série statických (tzv. „batch tests“) i dynamických kolonových experimentů se sorpcí a desorpcí Cu, Cd, Zn a Cr.

Roztoky na analýzu obsahu Cr po statické sorpci (dichromanu draselného).

Od roku 2005 se v rámci výzkumného záměru této problematice věnujeme samostatně. Pro experimenty byly vybírány jak přírodní vzorky, tak vhodné materiály v čisté formě a jejich směsi. Např. jílové minerály byly zastoupeny kaolinitem, oxidy Fe sraženinou oxyhydroxidů Fe, karbonáty mletým kalcitem a organická hmota vrchovištní rašelinou. Tyto materiály byly podrobeny sérii experimentů ověřující jejich vliv na mobilitu vybraných těžkých kovů v izolované formě a ve směsích simulujících složení půdy. Statické sorpční testy představují první fázi pro zjištění základních údajů pro hlavní část experimentální studie, za kterou považujeme dynamické kolonové experimenty.

Vybrané závěry po zhodnocení provedených experimentů

Statická sorpce

• Vzorky s nejvyšším zastoupením jílových minerálů se vyznačují také vyšší schopností sorbovat Cu a Cd.
• Vzorek, který při statické sorpci vykazoval sorpci nejvyšší, měl kromě jílových minerálů ve svém složení také výrazně zastoupeny karbonáty.
• Vysoká sorpční kapacita některých vzorků má zřejmě významnou sovislost s vysokým obsahem organické hmoty a její schopností vázat kationty kovů.
• Nejmenší retence se podle předpokladu projevila u čistého křemitého písku.
• Naopak největší schopnost imobilizovat Cu mají podle předpokladu směsi s obsahem karbonátu (drceného kalcitu), kdy vzniká sekundární karbonátový minerál (malachit).
• Vysokou záchytnou schopnost projevil rovněž FeOOH.

Dynamická sorpce

• V dynamických podmínkách mají vzorky většinou vyšší sorpční kapacitu než při statické sorpci.
• Sorpce kovů nemusí být ve vertikálním profilu homogenní, vyskytnou-li se již při prvotním kontaktu kontaminantu s povrchem sedimentu geochemické (např. vysoké koncentrace karbonátů) nebo mechanické (např. jílová frakce, resp. zpomalení průtoků) bariéry.

Dynamická desorpce

• „Bodový“ vnos kontaminantu (vnesení kontaminace na povrch sedimentu) zaručuje lepší fixaci těžkého kovu v horninovém prostředí, než vnos plošný (kontaminace kolonového média).
• Cd a Cu se při desorpci na počátku ze sedimentu poměrně rychle uvolňovali ve vysokých obsazích, přičemž později se jejich koncentrace na výstupu ustálila na určité nízké "stacionární" hladině, která by již nemusela být pro ŽP kritická.
• Je zřejmé, že již nyní představují kolonové experimenty vhodný nástroj pro predikci chování horninového prostředí postiženého kontaminací těžkými kovy. Právě postupně zdokonalovaná modelová experimentální řešení mohou v blízké budoucnosti vést k podstatným úsporám finančních prostředků vynakládaných na sanační práce a k optimalizaci volby metodiky těchto sanací.

Sekvenční extrakční analýza (SEA)

• Výsledky opakovaných pokusů ukazují na to, že je třeba užívat interpretaci SEA, která je dnes s oblibou užívána pro hodnocení mobility kovů, s velkou rezervou. V současné podobě lze SEA jen obtížně aplikovat na reálné přírodní systémy, neboť vypovídá jen o množství kovu uvolněného z konkrétního vzorku za daných podmínek.
• Názvy jednotlivých „frakcí“ (typů vazeb) jsou zavádějící a nemají přímou vazbu na skutečné minerální složení vzorku.