Ekologiczne aspekty zanieczyszczenia gleb i roślin talem

ROCZNIKI GLEBOZNAWCZE T. XLII, NR 3/4, WARSZAWA 1991: 241-247

ZYGMUNT STRZYSZCZ, ZBIGNIEW BZOWSKI

EKOLOGICZNE ASPEKTY ZANIECZYSZCZENIA GLEB I ROŚLIN TALEM

Instytut Podstaw Inżynierii Środowiska PAN w Zabrzu

WSTĘP

W wielu krajach wśród metali ciężkich stanowiących znaczne zagrożenie ekolo­ giczne wymieniany jest tal. Dotyczy to zarówno dopuszczalnych jego stężeń w po­ wietrzu, jak również w glebach, roślinach oraz wodach [4, 6, 13]. Wynika to głównie z dużego zagrożenia zdrowia ludzi i zwierząt przez ten składnik [1, 2, 3]. W Polsce tal nie figuruje nawet w wykazie dopuszczalnych stężeń substancji szkodliwych w powietrzu [9, 15]. Nie uwzględniają talu „Ramowe wytyczne dotyczące określenia dopuszczalnych stężeń pierwiastków śladowych w glebach i roślinach”, wydane przez Ministerstwo Ochrony Środowiska i Zasobów Naturalnych w 1984 roku [8].

Źródłem talu w powietrzu są emisje przemysłowe związane z procesami prażenia siarczkowych rud żelaza i innych metali (Zn, Pb, Cu). Tal może również towarzy­ szyć minerałom bogatym w potas, a więc solom potasowym. W przemyśle cemento­ wym źródłem talu są dodatki używane przy produkcji cementu, takie jak prażone piryty lub rudy żelaza [17]. Źródłem talu są prawdopodobnie również pyły lotne z elektrowni i elektrociepłowni opalanych węglem kamiennym i brunatnym. Według danych amerykańskich zawartość talu w popiele lotnym w zależności od wielkości frakcji waha się od 5 do 76 mg/kg. Znacznie więcej talu jest we frakcji drobnej (po­ niżej 10 \im) — 62 mg Tl/kg, ale jej udział w emisji w warunkach amerykańskich jest niewielki, wynosi bowiem 0,33% [5]. W Polsce udział tej frakcji w całości py­ łów lotnych w przypadku spalania węgla kamiennego wynosi około 64%, a węgla brunatnego w elektrowni Turów 44% przy skuteczności odpylania 0,98 [11].

Zagrożenie łańcucha ekologicznego związkami talu stwierdzono w rejonie Len- gerich w RFN oraz w Czerniowcach w ZSRR. Źródłem talu w pierwszym przypadku były emisje przemysłowe związane z produkcją cementu, w drugim nie ustalono jego pochodzenia [17].

Celem niniejszej pracy jest ustalenie zawartości talu w pyłach cementowych, py­ łach z zakładów energetycznych oraz w glebie i rzepaku w pobliżu cementowni „Strzelce Opolskie”. Określono również zawartość talu w glebie i rzepaku w miej­ scowości Smołdzino w pobliżu Słowińskiego Parku Narodowego. Miejsce to wybra­ no jako najmniej narażone na antropopresję przemysłową w naszym kraju.

Do badań wykorzystano pyły z cementowni „Strzelce Opolskie” pobrane w na­ stępujących miejscach:

— pyły kominowe — próbki nr 1 i 2,

— pyły z urządzeń odpylających — próbka nr 3, — pyły z urządzeń rozdrabniających — próbka nr 4, — pyły z dachu w pobliżu cementowni — próbka nr 5.

Jako rośliny testowej użyto rzepaku kierując się danymi z literatury dotyczącymi pobierania talu z gleby przez różne rośliny [7, 10]. Próby rzepaku pobierano w różnej odległości od cementowni. Na jedną próbę składało się 10 roślin rzepaku o wysoko­ ści ok. 20 cm. Do badań pobierano liście nie myte, które spopielano w temperaturze 500°C przez 1 godzinę. Popiół rozpuszczono w 2M HNO3 [6]. W miejscach gdzie

rósł rzepak zakładano płytkie odkrywki glebowe pobierając próby z głębokości 0-2, 2-5, 5-10 i 10-20 cm. Selektywne pobieranie prób wynika z wcześniejszych badań, w których stwierdzono, że na Śląsku w tzw. okresie grzewczym (październik — ma­ rzec), wynoszącym około pół roku, następuje wyraźne nagromadzenie składników pochodzących z emisji przemysłowych w warstwie 0-2-5 cm. Pobierając próbę z warstwy 0-10 lub 0-20 cm nie można uchwycić różnic w zawartości niektórych skła­ dników, źródłem których są emisje przemysłowe.

W glebach oznaczono skład granulometryczny metodą Cassagrande w modyfika­ cji Prószyńskiego oraz pH w H2O i KC1 przy użyciu elektrody szklanej. Określono

również zawartość talu w pyłach energetycznych następujących elektrowni: „Ładi- sza”, „Siersza”, „Anna”, „Rybnik”, „Konin”, „Pątnów” i „Adamów”. Tal w glebie

oznaczono w 2M HNO3 [6]. Natomiast w pyłach cementowych i energetycznych w

10% HC1 na gorąco. W wyciągach tych tal oznaczano na spektrofotometrze absorpcji atomowej firmy Instrumentation Laboratory Inc. IL 251 przy długości fali 276,8 11111 i

dokładności oznaczeń 1 mg/kg.

W YNIKI B A D A Ń I ICH OMÓW IENIE

Zawartość talu w glebie jak również w rzepaku wynosi poniżej 1 mg/kg (tab. 2 i 3). Dotyczy to zarówno gleb i roślin wokół cementowni „Strzelce Opolskie”, jak również w punkcie porównawczym w Smołdzinie. Jeśli przyjąć, że źródłem talu są pyły cementowe, w których zawartość talu waha się od 18 do 42 mg/kg (tab. 1), oraz wielkość opadu pyłu w rejonie cementowni 70-500 t/km“/rok, a także czasokres jej oddziaływania na otaczający teren (15 lat), to nie dziwi fakt, że w warstwie gleby 0-20 cm nie stwierdzono ilości talu powyżej 1 mg/kg. Należy również brać pod uwa­ gę, że tal w pyłach występuje w formie trudnorozpuszczalnej, a badane gleby wyka­ zują przeważnie odczyn zasadowy oraz fakt, że do ekstrakcji użyto 2M HNO3 (tab. 3). Czynniki te wpływają również na przyswajalność talu przez rzepak. W badaniach nad pobieraniem talu przez różne rośliny w zależności od jego całkowitej zawartości w glebie stwierdzono, że dopiero przy ilości 5,5 mg/kg Tl, rzepak zawierał 8,9 mg Tl/kg. Natomiast radykalnie zmieniają się warunki pobierania talu w przypadku, gdy

dodawano go do gleby w formie TINO3, a odczyn gleby był kwaśny (pH — 4,8). W

takich przypadkach w rzepaku przy zawartości w glebie 3 mg Tl/kg było 10 mg Tl/kg [7].

Ekologiczne aspekty zanieczyszczenia gleb i roślin talem ₂₄₃

T a b e l a 1

Zawartość talu w pyłach cementowni „Strzelce Opolskie’ Content thallium in dust cement mill „Strzelce Opolskie”

Nr No

Miejsce pobrania próby Sampling place Zawartość Tl Content o f Tl mg/kg 1 pyły kominowe 34 2 ” 42

3 pyły z urzdzeń odpylajcych 36 j

4 pyły z urzdzeń rozdrabniajcych

40 1

1 5 pyły z dachu w pobliżu cementowni 18 1

T a b e l a 2 Zawartość talu w rzepaku uprawianym w pobliżu cementowni „Strzelce Opolskie” i w Smołdzinie

Content thallium in rape from near area cement mill „Strzelce Opolskie” and Smołdzino

Nr No Odległość w i i • . od cementowni Lokalizacia r . J Distance from Location л А cement plant m Zawartość Tl Content o f Tl mg/kg 1 Strzelce Op. 200 < 1 2 230 < 1 3 260 < 1 4 280 < 1 5 Smołdzino — < 1

Na podstawie zawartości talu w pyłach cementowych można stwierdzić, że ce­ mentownie mogą stanowić potencjalne zagrożenie środowiska glebowego talem. Ta­ kim samym źródłem, biorąc pod uwagę coroczną ilość spalonego węgla kamiennego i brunatnego (odpowiednio 140 i 70 min ton), może być przemysł energetyczny (tab. 4). Stwierdzenie to jest zgodne z wynikami badań dotyczących zawartości talu w ae­ rozolach w pobliżu Katowic, jak również ilości talu stwierdzonej w pyłach i glebach na terenie parków narodowych południowej Polski [12-14, 16]. Zawartość talu w ae­ rozolach w śródmieściu Katowic wynosiła 66 |Ag/m , zaś w pobliżu hut metali nieże­ laznych była znacznie wyższa [9]. Natomiast opad talu w t/km“ na terenie Ojcowskiego Parku Narodowego wahał się od 6,90 do 8,300, Babiogórskiego 3,620- 5,290, Tatrzańskiego 3,710-5,675 oraz Pienińskiego 3,350-3,925. Sprawą istotną jest również to, że udział talu rozpuszczalnego w wodzie wynosi od 34,7% w Ojcowskim

Skład granulometryczny, odczyn oraz zawartość talu rozpuszczalnego w 2M HNO3 gleb pobranych w okolicy cementowni „Strzelce Opolskie”

Granulation, reaction and content thallium dissolution in 2M HNO3 from soils near area cement mill „Strzelce Opolskie”

Nr Głębokość pobrania Skład granulometryczny Granulometric composition % Odczyn pH Reaction Zawartość Tl Content o f Tl mg/kg No Sampling depth cm 1,0-0 ,1 0,1-0 , 0 2 -0 ° 0 0 0 2 < 0 ’0 0 2 H2O KC1 0 - 2 64,0 14,0 15,0 7,0 8,3 7,6 < 1 1 2-5 64,0 15,0 15,0 6 , 0 8,4 7,6 < 1 5-10 6 6 , 0 15,0 1 2 ,0 7,0 8 ,6 7,7 < 1 1 0 - 2 0 62,0 15,0 16,0 7,0 8,7 7,9 < 1 0 - 2 57,0 2 1 , 0 13,0 9,0 8 ,8 8 , 0 < 1 2-5 61,0 16,0 17,0 6 , 0 8,7 8 , 0 < 1 2 5-10 59,0 18,0 17,0 6 , 0 8 ,8 8 , 0 < 1 1 0 - 2 0 58,0 15,0 18,0 9,0 8 ,1 7,3 < 1 0 - 2 59,0 15,0 19-0 7,0 8,4 7,5 < 1 2-5 56,0 16,0 2 0 , 0 8 , 0 8,5 7,5 < 1 3 5-10 56,0 18,0 17,0 9,0 8,4 7,6 < 1 1 0 - 2 0 57,0 17,0 18,0 8 , 0 6 ,8 6,3 < 1 0 - 2 56,0 17,0 18,0 9,0 6,9 6,3 < 1 2-5 59,0 17,0 17,0 7,0 7,7 7,0 < 1 4 5-10 58,0 17,0 18,0 7,0 8 , 0 7,4 < 1 1 0 - 2 0 63,0 15,0 15,0 7,0 8,4 7,6 < 1 0 - 2 82,0 7,0 7,0 4,0 7,2 6 , 2 < 1 2-5 78,0 1 1 ,0 7,0 4,0 7,2 6 , 0 < 1 5 5-10 80,0 8 , 0 9,0 3,0 7,3 6 , 2 < 1 1 0 - 2 0 80,0 7,0 9,0 4,0 6 , 0 5,5 < 1

Ekologiczne aspekty zanieczyszczenia gleb i roślin talem ₂₄₅

T a b e l a 4 Zawartość talu rozpuszczonego w 10% HC1 na gorąco w popiołach energetycznych

Content thallium dissolution in 10% HCl in energetistic ashes

Nr No

Elektrownia i rodzaj popiołu Power plant and ash kind

Zawartość Tl Content of Tl mg/kg 1 „Łagisza” 10 2 „Siersza” 12 3 „Anna” 18 4 „Rybnik” pr. 1 strefa 1 12 5 „Rybnik” pr. 2 strefa 2 4 6 „Rybnik” pr. 3 strefa 3 6

7 „Rybnik” pr. 4 zbiornik pośredni 12

8 „Konin” frakcja I piasek 20

9 „Konin” frakcja II 14

10 „Konin” frakcja III etap 1 6

11 „Konin” frakcja III etap 1 14

12 „Adamów” frakcja II popiół 10

13 „Adamów” frakcja III pył 2

14 „Pątnów” rząd I frakcja I 24

15 „Pątnów” rząd I frakcja II 16

16 „Pątnów” rząd II frakcja II 16

17 „Pątnów” rząd III elektrofiltry 12

Parku Narodowym do 62,0% w Tatrzańskim Parku Narodowym, a odczyn zbiera­ nych pyłów jest przeważnie kwaśny.

Znaczny opad talu w południowej Polsce potwierdzają również dane dotyczące jego zawartości w glebach w rejonie Ojcowskiego Parku Narodowego [14]. W lito­ sferze zawartość talu wynosi 0,3 mg/kg, a w okolicach Ojcowa w glebie do głęboko­ ści 120 cm stwierdzono od 9 do 25 mg/kg talu całkowitego, przy czym daje się zauważyć jego większe nagromadzenie w warstwie 0-5 cm. Dane te wskazują na ko­ nieczność rozpoczęcia pilotowych badań dotyczących zawartości talu w glebach na terenie Polski, ze szczególnym uwzględnieniem gleb leżących na obszarach, gdzie przeważają wiatry wiejące od źródeł emisji zlokalizowanych na terenie województw: opolskiego, katowickiego i konińskiego. Pamiętać przy tym należy, że elektrownie o

mocy 2000 MW nawet przy sprawności elektrofiltrów rzędu 98% w ciągu godziny emitują przeszło 12,5 tony pyłów.

W NIOSKI

1. Biorąc pod uwagę zawartość talu w pyłach z cementowni można przypu­ szczać, że mogą one być źródłem zanieczyszczeń tym składnikiem gleb i roślin w skali lokalnej.

2. Pyły energetyczne po spaleniu węgla kamiennego i brunatnego stanowią praw­ dopodobnie drugie źródło zanieczyszczenia talem gleb i roślin, ale w skali globalnej. Wynika to głównie z bardzo dużych ilości spalanego w Polsce węgla kamiennego i brunatnego.

3. Jeśli uwzględnić fakt, że w wielu krajach dopuszczalna zawartość całkowita talu w glebach i roślinach wynosi 1 mg/kg, to celowe wydaje się rozpoczęcie badań pilotowych, zwłaszcza w południowych rejonach Polski, gdzie zlokalizowane są przemysł cementowy i energetyczny.

LITERATURA

[1] A n k e M. Toxizitätsgrenzwerte für Spurenelemente in Futtermittel Schwermetalle in der U m w elt Akad. d. LWW. d. DDR. 1986: 110-127.

[2] A r n o l d W. Thalliumausscheidung und -Verteilung bei menschlichen Vergiftungsfällen. (In:) 5 Spurenelement-Symposium New Trace Elements. Karl-Marx-Universität, Leipzig 1986: 1241-53. [ 3 ] B e r t r a m I I . P. , K e m p e r F. H. Thallium — Toxikologie und Ökotoxikologie. Ullmanaus Ency-

klopädie der technischen Chemie. Bd. 2 3 ,4 Auft. Verlag. Chemie, Weinheim 1983.

[4] В о d e n s с h u t z H . Konception der Bundesregierung. Verlag Kohlhammer, Stuttgart 1983: 229. [ 5 ] D a v i s o n R. L. et a l . Trace elements in flyash. Environ. Sei. Tech. 1974, 8, 13: 1107-1113. [6] Erläuterung zur Verordnung vom Juni 1986 über Schadstoffe in Boden. Bundesamt f. Umweltschutz.

Bern 1987: 17.

[7] H o f f m a n et al . Aufnahme von Thallium durch landwirtschaftlich und gärtnerische Nutzpflanzen. Landwirtschaftliche Forschung 1982, 35,1-2: 45-55.

[8] K a b a t a - P e n d i a s A . , P i o t r o w s k a M . Ramowe wytyczne dotyczące określenia dopuszczal­ nych stężeń pierwiastków śladowych w glebach i roślinach warunkujących zachowanie chemicznej równowagi ekosystemów. UOŚiGW Warszawa 1984: 21.

[9] Ka pa ł a J . Ocena jakości powietrza w woj. katowickim. Ossolineum, Wrocław 1983.

[10] K i c k G. et al. Vegetationsversuche zur Aufnahme von Beryllium und Thallium durch Sommer­ gerste und Raps. Landwirtschaftliche Forschung 1980,37: 186-190.

[11] Ko n i e c z y ń s k i J. Skuteczność pracy elektrofiltrowa emisja metali śladowych w spalinach elek­ trowni węglowych. Ochrona Powietrza 1982, nr 1-3: 7-14.

[12] M a n e c k i A. et al. Wpływ przemysłowych zanieczyszczeń atmosfery na zmiany geochemii środo­ wiska przyrodniczego Puszczy Niepołomickiej. Prace Mineralogiczne 71. Kraków 1981.

[13] M a n e c k i A . , S c h e j b a l - C h w a s t e k M. , T a r k o w s k i J . Mineralogical and chemical cha­ racteristics of dust air pollutants from areas affected by short- and long-range industrial emissions. Prace Mineralogiczne 78. Kraków 1988: 27— 45.

[14] S c h e j b a l - C h w a s t e k M. , T a r k o w s k i J . Mineralogia przemysłowych pyłów atmosferycz­ nych i ich wpływ na zmiany geochemii środowiska w Parkach Narodowych Południowej Polski. Prace Mineralogiczne 80. Kraków 1988.

[15] S t r z y s z c z Z. Oddziaływanie przemysłu na środowisko glebowe i możliwości jego rekultywacji. Ossolineum, Wrocław 1982.

Ekologiczne aspekty zanieczyszczenia gleb i roślin talem ₂₄₇

[16] T o m z a U. Trace element patterns in atmospheric aerosols at Katowice. Prace Naukowe UŚ1. 1987. nr 924: 120.

[17] Umweltbelastung durch Thallium. LIS, Essen 1980:196.

3. СТШИЩ, 3. БЗОВСКИ Э КО Л О ГИ Ч ЕС К И Е А С ПЕКТЫ ЗА ГРЯ ЗН Е Н И Я НОЧВ И РАС ТЕН И Й ТАЛИ ЕМ Институт основ инженерного формирования среды IÏAN в г. Забже Р е з ю м е О бщ ее содерж ание н е долж но превышать 1 мг на 1 кг почвы. Талий связан с металлургией производством цемента и со сгоранием угля. При этом следует отметить, что еж егодно сго- раются 140 млнн тон каменного и 70 млн тонн бурого угля в нашей стране. С одержание талия в цементных пылях колеблется м еж ду 18-42 мг/кг, а в летучей золе м еж ду 4-18 мг/кг п осл е сож ­ жения каменного и м еж ду 2-24 мг/кг бурого угля. В почве и семенах рапса содерж ание талия ниж е 1 мг/кг, что отвечает количеству отходов цементного завода „Стшельце Ополске”. Нами установлено, что содерж ание талия вблизи завода в почве и рапсе н е превышает 1 мг/кг. Учи­ тывая тот факт, что количество сжигаемого в Польше угля составляет в общем числе ок. 200 млн тонн и гто талий содержуится в аэрозольной части воздуха, следует считаться с повыше­ нием со временем его содержания в растениях и почве. Z. STRZYSZCZ* z. BZOWSKI

ECOLOGICAL ASPEC TS OF CONTAM INATION OF SOILS A N D PL A N TS W ITH THALLIUM

Institute of Environmental Engineering Polish Academy od Sciences, Zabrze

S u m m a r y

The thallium content in soil should not be higher than 1 mg per 1 kg o f soil.. Thallium is emitted by métallurgie works, cement factories and by burning coal. It should be mentioned here that in Poland 140 mill, tons o f hard and 70 mill, tons of brown coal are burned every year. The thallium content in cement dusts varies within 18-42 mg/kg, in fly ash after burning hard coal within 4-18 mg/kg and brown coal w i­ thin 2-24 mg\kg. In soil and rapseed the thallium content is less than 1 mg/kg, what corresponds to the amount of cement wastes of the cement factory „Strzelce Opolskie”. We have found that the thallium content in soil and measured near the factory does not exceed the admissible amount of 1 mg/kg. While taking into consideration the fact that the total amount of coal burned every year in Poland is about 200 mill, t as a year and that thallium is contained in aerozolic part of the air, one should reckon with its gra­ dual increase in plants and soil in the course of time.

Dr hab. Z. Strzyszcz

Instytut Podstaw Inżynierii Środowiska PAN 41-800 Zabrze, M. Curie-Skłodowskiej 34