NIB

Strupene kovine in organokovinske spojine v kopenskem okolju

Koordinator projekta: dr. Radmila Milačič, IJS

Koordinator za NIB: prof. dr. Metka Filipič

Oznaka: J1-4140

Trajanje: 1.7.2011 - 30.6.2014

Povzetek

Večino različnih odpadkov, ki vsebujejo anorganska in organska onesnažila odlagamo na odlagališča. Kopičijo se tudi v odpadnih vodah. Tekom odlaganja in razgradnje odpadkov, kot so odpadna blata čistilnih naprav ali komunalni odpadki, se z biološkimi in kemijskimi procesi tvorijo in sproščajo številne strupene snovi. Pomembno skupino strupenih spojin v odpadnih blatih in izcednih vodah predstavljajo kovinske in organokovinske spojine. Strupenost kovin je odvisna od njihove celotne koncentracije ter koncentracije posameznih kemijskih oblik v katerih se nahajajo. Odpadna blata in izvedne vode so vzorci, ki imajo zelo kompleksno matrico. Analizni postopki za določitev vsebnosti organokovinske spojine v njih še niso razviti. Z njihovo uporabo bi lahko sledili potem tvorbe, pretvorbe, mobilnosti v okolju, toksikološkim in sanitarnim vplivom organokovinskih spojin. Odlaganje odpadnih blat na tla ali neustrezno upravljanje z izcednimi vodami iz odlagališč predstavlja stalno nevarnost. Različne strupene snovi lahko prehajajo iz odpadkov v okolje. Nevarno je predvsem onesnaženje sladkovodnega okolja. Evropska Unija je v Direktivi za vode na listo t.i. prioritetnih onesnažil uvrstila kovine nikelj, kadmij, svinec, živo srebro in njihove kemijske spojine ter tributil kositrove spojine. Na razpolago so že številni podatki o celotnih koncentracijah kovin v odpadnih blatih in izcednih vodah odlagališč odpadkov, medtem ko jih za njihove posamezne kemijske spojine, vključno s strupenimi organokovinskimi spojinami, praktično ni. Malo je znanega tudi o mikrobioloških pretvorbah kovinskih spojin v omenjenih materialih. Porazdelitev kemijskih oblik elementov med trdno fazo in koloidnimi delci, ki so večinoma velikosti nanodelcev, v vodni fazi odpadkov je ključna za njihovo mobilnost. Poznavanje mobilnosti s koloidnimi delci pa je nujno za pravilno oceno usode strupenih kovinskih in organokovinskih spojin v okolju. V raziskovalnem projektu zato predlagamo interdisciplinarno, kompleksno raziskavo prisotnosti, strupenosti in mobilnosti kovin, kroma, niklja, kadmija, svinca, živega srebra, kositra in njihovih kemijskih spojin v odpadnih materialih, odpadno blato čistilnih naprav in izcedne vode iz odlagališč odpadkov. Preučevali bomo mobilnost organokovinskih spojin kadmija, svinca, živega srebra in kositra. V ta namen bomo razvili zanesljive, selektivne in občutljive analizne postopke za njihov speciacijo v vzorcih z zelo kompleksno matrico. Analizne metode bodo temeljile na sklopljenih tehnikah plinske in tekočinske kromatografije z masno spektrometrijo. Rezultati določitve organokovinskih spojin bodo uporabni pri nadaljnjih raziskavah inhibicije respiracije in nitrifikacije mikroorganizmov v aktivnem blatu oz. vrednotenju postopkov njihove učinkovite odstranitve iz izcednih vod pred iztokom v površinske vodotoke. Predlagane raziskave vključujejo laboratorijske poskuse z uporabo stabilnih in radioaktivnih izotopov s pomočjo katerih lahko preučujemo transformacije kemijskih zvrsti elementov ter metilacijo kovin. Novost v metodologiji dela je tudi ločitev delcev po velikosti, na katere so vezane preučevane kovine oz. njihove zvrsti, s t.i. Field Flow frakcionacijo in velikostno izključitveno kromatografijo. Na ta način bomo lahko ocenili porazdelitev različnih zvrsti kovin med trdno ter raztopljeno in koloidno vodno frakcijo v preučevanih materialih. Škodljive učinke kovinskih zvrsti bomo ovrednotili z uporabo izbranih testov strupenosti. Novo znanje o usodi različnih kemijskih zvrsti preučevanih kovinskih elementov v odpadnem blatu in izcednih vodah bo uporabljeno za študije načinov preprečitve njihovih izpustov v terestično in vodno okolje. Predlagali bomo lahko tudi ustrezne zanesljive analizne postopke za redne okoljske nadzorne meritve za onesnažila iz liste prioritetnih onesnažil v kompleksnih vzorcih, kot so vzorci odpadnega blata in izcednih vod.

Pomen za razvoj znanosti

Predlagana raziskava je aktualna in bo znatno prispevala k osnovnim raziskavam na področju kemijske speciacije elementov in hitro razvijajočega se novega področja analizne kemije okolja: Field flow fractionation analiz. Pri reševanju aktualne okoljske problematike odlaganja odpadkov sledi raziskovalna skupina svetovnim trendom in spada s svojimi dosedanjimi raziskavami v sam svetovni vrh. V predlaganem projektu bomo s kombinacijo novih pristopov, ki vključujejo uporabo stabilnih in radioaktivnih izotopov v speciaicjski analizi sledili procesom tvorbe in pretvorbe kemijskih zvrsti elementov v različnih matricah vzorcev. Field flow fractionation analiza v kombinaciji z metodami kemijske speciacije bo omogočila študij mobilnosti in prenosa kemijskih zvrsti elementov v kopenskem in vodenm okolju. Na osnovi obsežnega znanja o usodi organokovinskih spojin v odpadnem baltu in izcednih vodah iz deponij komunalnih odpadkov, bomo predlagali ukrepe s katerimi bi preprečili morebitno sproščanje preiskovanih onesnažil v terestrično in vodno okolje. Pričakovani rezultati bodo znatno prispevali k boljšemu razumevanju kroženja toksičnih kovin v kopenskem okolju. Pomembno je poudariti, da bomo pri ovrednotenju celovite toksičnosti upoštevali tudi tvorbo še veliko bolj strupenih organokovinskih zvrsti, katerih negativni učinki na okolje so bili mnogokrat spregledani.