Toxikus fémekkel szennyezett talaj kezelése bambusz és rizsszalma bioszénnel

Adatszolgáltató

Szervezet/Adatszolgáltató neve 
Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Tanszék, Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudományi Tanszék, Környezeti Mikrobiológia és Biotechnológia Kutatócsoport
Kapcsolattartó személy neve 
Dr. Molnár Mónika, Dr. Feigl Viktória

Elérhetőség

Telefon/fax 
+36-1-4632347
Technológia fő adatlapja
Technológia neve 
Toxikus fémekkel szennyezett talaj kezelése bambusz és rizsszalma bioszénnel
Technológia angol neve 
Effect of bamboo and rice straw biochars on the bioavailability of Cd,Cu, Pb and Zn to Sedum plumbizincicola
Kifejlesztés országa 
China
A fejlesztés fázisa  
közvetlenül demonstráció előtt

A fejlesztés finanszírozása

Fejlesztési projekt neve, száma 
Nat. Natural Sci. Foundation of China (41271337) Zhejiang A&F Uni. Res. & Develop. Fund ((2010FR097)
Alkalmazási kör
Szennyezőanyagcsoport, amire alkalmazható|Konkrét szennyezőanyag 
  • Fémek, félfémek és vegyületeik
  • kadmium
Egyéb szennyezőanyag 
A talaj mobilis fémtartalmának változása bioszén kezelés hatására, az USEPA, 1992 módszere szerint (TCLP method 1311)

Csökkentendő környezeti kockázat jellemzése

A környezeti kockázatot jellemző mérőszám 
Cd koncentráció a talajban
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám mértékegysége 
mg/kg
Jellemző kezdeti érték 
0.6
Jellemző végérték 
0.4
Maximális végérték 
0.6
Szennyezőanyagcsoport, amire alkalmazható|Konkrét szennyezőanyag 
  • Fémek, félfémek és vegyületeik
  • réz
Egyéb szennyezőanyag 
A talaj mobilis fémtartalmának változása bioszén kezelés hatására, az USEPA, 1992 módszere szerint (TCLP method 1311)

Csökkentendő környezeti kockázat jellemzése

A környezeti kockázatot jellemző mérőszám 
Cu koncentráció a talajban
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám mértékegysége 
mg/kg
Jellemző kezdeti érték 
38
Jellemző végérték 
20
Maximális végérték 
30
Szennyezőanyagcsoport, amire alkalmazható|Konkrét szennyezőanyag 
  • Fémek, félfémek és vegyületeik
  • ólom
Egyéb szennyezőanyag 
A talaj mobilis fémtartalmának változása bioszén kezelés hatására, az USEPA, 1992 módszere szerint (TCLP method 1311)

Csökkentendő környezeti kockázat jellemzése

A környezeti kockázatot jellemző mérőszám 
Pb koncentráció a talajban
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám mértékegysége 
mg/kg
Jellemző kezdeti érték 
15
Jellemző végérték 
10
Maximális végérték 
15
Szennyezőanyagcsoport, amire alkalmazható|Konkrét szennyezőanyag 
  • Fémek, félfémek és vegyületeik
  • cink
Egyéb szennyezőanyag 
A talaj mobilis fémtartalmának változása bioszén kezelés hatására, az USEPA, 1992 módszere szerint (TCLP method 1311)

Csökkentendő környezeti kockázat jellemzése

A környezeti kockázatot jellemző mérőszám 
Zn koncentráció a talajban
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám mértékegysége 
mg/kg
Jellemző kezdeti érték 
300
Jellemző végérték 
240
Maximális végérték 
300
Szennyezőanyagcsoport, amire alkalmazható|Konkrét szennyezőanyag 
  • Fémek, félfémek és vegyületeik
  • kadmium

Csökkentendő környezeti kockázat jellemzése

A környezeti kockázatot jellemző mérőszám 
Cd koncentráció a növényi hajtásban
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám mértékegysége 
mg/kg
Jellemző kezdeti érték 
270
Jellemző végérték 
170
Maximális végérték 
240
Szennyezőanyagcsoport, amire alkalmazható|Konkrét szennyezőanyag 
  • Fémek, félfémek és vegyületeik
  • réz

Csökkentendő környezeti kockázat jellemzése

A környezeti kockázatot jellemző mérőszám 
Cu koncentráció a növényi hajtásban
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám mértékegysége 
mg/kg
Jellemző kezdeti érték 
12
Jellemző végérték 
9
Maximális végérték 
13
Szennyezőanyagcsoport, amire alkalmazható|Konkrét szennyezőanyag 
  • Fémek, félfémek és vegyületeik
  • ólom

Csökkentendő környezeti kockázat jellemzése

A környezeti kockázatot jellemző mérőszám 
Pb koncentráció a növényi hajtásban
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám mértékegysége 
mg/kg
Jellemző kezdeti érték 
60
Jellemző végérték 
43
Maximális végérték 
60
Szennyezőanyagcsoport, amire alkalmazható|Konkrét szennyezőanyag 
  • Fémek, félfémek és vegyületeik
  • cink

Csökkentendő környezeti kockázat jellemzése

A környezeti kockázatot jellemző mérőszám 
Zn koncentráció a növényi hajtásban
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám mértékegysége 
mg/kg
Jellemző kezdeti érték 
11 000
Jellemző végérték 
9000
Maximális végérték 
10 000
Szennyezőanyagcsoport, amire alkalmazható|Konkrét szennyezőanyag 
  • Fémek, félfémek és vegyületeik
  • kadmium
Egyéb szennyezőanyag 
réz, ólom, cink

Csökkentendő környezeti kockázat jellemzése

A környezeti kockázatot jellemző mérőszám 
pH
Jellemző kezdeti érték 
5
Jellemző végérték 
5.5
Maximális végérték 
6.3
Szennyezőanyagcsoport, amire alkalmazható|Konkrét szennyezőanyag 
  • Fémek, félfémek és vegyületeik
  • kadmium
Egyéb szennyezőanyag 
réz, ólom, cink

Csökkentendő környezeti kockázat jellemzése

A környezeti kockázatot jellemző mérőszám 
elektromos vezetőképesség (EC)
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám mértékegysége 
ds/m
Jellemző kezdeti érték 
0.25
Jellemző végérték 
0.5
Maximális végérték 
0.95
Technológiára vonatkozó információ
Környezeti elem/fázis, amelyre a módszer alkalmazható 
Telítetlen (teljes) talaj
Technológia típusa 
Egyszerű
Technológia alapja 
Fizikai
Kémiai
A technológia általános ismertetése 

A bioszén olyan szilárd termék, amely mezőgazdasági és erdészeti növényi maradványok - esetünkben bambusz és rizsszalma biomassza - pirolízisével előállítható és talajok fizikai, kémiai vagy biológiai tulajdonságainak javítására alkalmazható. A bambusz bioszén szakaszos pirolízissel állítható elő 750 ˚C-on, míg a rizsszalmából készült bioszén folyamatos, lassú pirolízissel 500 ˚C-on. Az így keletkezett bioszenek őrlésével, szitálásával két különböző frakciót kaphatunk: finom (<0.25mm) és durva (<1mm). A elkészített anyag így nagy fajlagos felületű, pórusos szerkezetű, ezáltal javítja a talaj szorpciós (megkötő) képességét. Ezt a tulajdonságát lehet felhasználni toxikus fémek (Cd, Cu, Pb, Zn) adszorpciójára. A bioszenes kezelés in situ technológia, hiszen a szennyezett talajhoz egyszerűen hozzákeverhető. Ekkor a pH emelkedése tapasztalható, amely segíti a fémek csapadékba kerülését (CdCO3, Cu(OH)2, Pb5(PO4)3OH). Továbbá a növények számára kisebb mértékben lesznek hozzáférhetőek, azaz a növényi hajtásokban kisebb koncentrációkban lesznek jelen. A talajhoz adott bioszén akár évszázadokig, évezredekig is a talajban maradhat.

A technológia újdonsága 

A biomassza alapú bioszén alkalmazása évről évre egyre inkább terjedőben van. Olcsó, környezetbarát, hiszen növényi hulladékok felhasználásával állítható elő. A különböző talajokra való felhasználására folyamatos kísérletek zajlanak, de az megállapítható, hogy szerves és szervetlen szennyezőanyagok kezelésére kiválóan alkalmas, így tehát nehézfémekkel szennyezett talajok remediációjára is kitűnően igénybe vehető. Továbbá fontos szerepe van az üvegházhatás csökkentésében.

Technológia besorolása
Remediációs technológia fajtája 
  • fizikai-kémiai
  • kémiai stabilizálás
Remediációs technológia a szennyezőanyag szempontjából 
Immobilizáció
Remediációs technológia a kivitelezés szerint 
in situ
Technológia-monitoring
Technológiai paraméterek 
Szennyezőanyag mennyisége
pH
Kation/anioncserélő kapacitás
Tápelemtartalom
Növénynövekedés
Egyéb technológiai paraméter 

EC (elektromos vezetőképesség)

Környezetmonitoring helye 
Csurgalékvíz
Utómonitoring időtartama 
3 hónap után
Technológia költségei
Beruházási költség 
2.000.000 - 5.000.000 HUF
Fajlagos anyagköltség 
20 000 - 50 000 HUF
Fajlagos munkaerőköltség 
50 000 - 100 000 HUF
Fajlagos összköltség 
100 000 HUF felett
Költségszámítással kapcsolatos megjegyzések 

Mivel a módszer demonstráció alatt áll, azaz laboratóriumban végezték a kísérletet, ezért a költségek erősen becsült értékek.

SWOT (értékelés osztályzattal)
Költség 
3-közepes
Időigény 
4-kicsi
Helyigény 
0-nem releváns
Munkaigény 
3-közepes
Felszerelés, műszerigény 
4-kicsi
Szakember-igény 
3-közepes
Környezeti és munkahelyi kockázatok 
4-kicsi
Célérték teljesítésének képessége 
4-nagy
Környezethatékonyság 
4-nagy
Költséghatékonyság 
4-jó
Hasznosítható melléktermék keletkezése 
nem
Ártalmatlanítást igénylő melléktermék keletkezése 
nem
Automatizálhatóság / távvezérelhetőség 
nem
Alkalmazhatóság 
4-jó
Elérhetőség 
4-jó
Ismertség 
3-közepes
SWOT (szöveges értékelés)
Erősségek 

A bioszén alkalmazásával nő a talaj pH-ja és kationcserélő kapacitása (CEC), növelve ezzel a növények számára felvehető tápanyagok megkötését a talajban. A bioszén nagy fajlagos felülete, mikropórusos szerkezete és magas pH-ja elősegíti a nehéz fémek adszorpcióját és csapadékba kerülését, ezáltal csökkentve (p<0.005) biológiai hozzáférhetőségüket, ennek köszönhetően kisebb koncentrációban találhatóak meg az egyes fémek a növényi hajtásokban. Emellett a bioszén nagy szerves anyag tartalmának köszönhetően javítja a talaj minőségét, valamint csökkenti a talaj dinitrogén-oxid, metán és szén-dioxid kibocsátását.

Gyengeségek 

A korábbi vizsgálatok azt mutatják, hogy a bioszenes kezelés abban az esetben bizonyul hatékonynak, ha már a korábban igénybe vett technikák (hagyományos remediációs eljárás, fitoextrakció) kimerültek, tehát a még jelen levő szennyezés immobilizálására használható.

Lehetőségek 

Olcsó, környezetbarát megoldás, hiszen mezőgazdasági- és erdőgazdálkodási hulladékokból állíthatóak elő. Lehetőség nyílhat a szélesebb körű alkalmazására. Egyes tanulmányok szerint a bioszén arra is képes, hogy csökkentse a szén-dioxid és a dinitrogén-oxid kibocsátást, amennyiben a talajba juttatják.

Veszélyek 

Alapvető, hogy azok az anyagok (szerves hulladékok), amikből bioszén állítható elő, ne tartalmazzanak semmilyen szerves/szervetlen szennyezőanyagot, ugyanis az alapanyag minősége, tulajdonságai, valamint a pirolízis nagy mértékben befolyásolja a bioszén fizikai és kémiai tulajdonságait. A szennyezőanyag mentesség fontos, hiszen a bioszén stabil, évszázadokon keresztül változatlan formában jelen tud maradni a talajban.

Konkrét megvalósult alkalmazások
A terület neve 
Zhejiang Province
Alkalmazás helye, ország 
Fuyang, Kína
Alkalmazás helye, város 
Hangzhou
Alkalmazás fázisa 
Demonstráció
Egyéb területhasználat 
Mezőgazdasági
A szennyezettség eredete 
Réz kohóból származó por (Cd, Cu, Pb, Zn tartalom)
Összefoglaló az alkalmazásról 

A kísérlethez felhasznált homokos vályog talaj egy elhagyatott rizsföldről származik, amely Cd, Cu, Pb és Zn fémekkel szennyezett. A talaj főbb tulajdonságai: pH = 5.7; 1.4 mg/kg Cd; 693 mg/kg Cu; 527 mg/kg Pb és 1471 mg/kg Zn. A termőtalaj felső (0-20 cm) részéről történt a mintavétel. A talajmintákat szárították, keverték (homogenizálták), szita segítségével szitálták. 2 kg talajmintához 3 különböző mennyiségben kevertek bambusz és rizsszalma bioszenet: 0, 1 (egyenértékű 15.6 t/ha) és 5 (egyenértékű 78 t/ha) m/m%-ban. Az így előállt mintákat N (156 kg/ha), P (125 kg/ha) és K (156 kg/ha) tartalmú trágyával trágyázták. Ezeket műanyag edényekbe (18 cm átmérőjű, 14 cm magas) helyezték. A kísérlethez olyan indikátor növényt választottak (Sedum plumbizincicola), amely fém-toleráns, segítségével megállapítható a fémek biológiai hozzáférhetősége. Minden edénybe 4 növényt ültettek. A kísérletet oldalfal nélküli, átlátszó tető alatt végezték (eső ellen). Az átlag hőmérséklet 26 ˚C volt (maximum: 38 ˚C, minimum: 10 ˚C). A talajokat hetente 2-4 alkalommal öntözték ionmentes vízzel. 3 hónap elteltével a növények talaj feletti részét betakarították. A növényeket 65 ˚C-on kemencében, a talajmintákat pedig levegővel szárították, homogenizálták, majd szitálták. Vizsgálták a talaj és növényi hajtások Cd, Cu, Pb és Zn fémtartalmát, a növény által felvett tápanyagtartalmat (P, N) a hajtásokban, a talaj pH-ját, szervesanyag tartalmát, az EC-t, a kationcserélő kapacitást és a fajlagos felületet. Az eljárás eredményeképp a pH növekedett (maximum: 6.3), így a bioszénnel összekevert talajmintában szignifikáns csökkenés volt tapasztalható a toxikus fémionok koncentrációjában. A rizsszalmából készült bioszén - a hajtásokban - a Cu és Pb koncentrációt 46 és 71 %-kal, míg a bambusz alapú bioszén a Cd koncentrációt 49%-kal csökkentette. Megállapítható továbbá, hogy a finomabb eloszlású bioszén a legtöbb esetben hatékonyabbnak bizonyult.

Szennyezőanyag 
Szennyezőanyagcsoport, amire alkalmazták|Konkrét szennyezőanyag 
  • Fémek, félfémek és vegyületeik
  • kadmium
Egyéb szennyezőanyag 
A talaj mobilis fémtartalmának változása bioszén kezelés hatására, az USEPA, 1992 módszere szerint (TCLP method 1311)

Csökkentendő környezeti kockázat jellemzése

A környezeti kockázatot jellemző mérőszám 
Cd koncentráció a talajban
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám mértékegysége 
mg/kg
Jellemző kezdeti érték 
0.6
Jellemző végérték 
0.4
Maximális végérték 
0.6
Szennyezőanyagcsoport, amire alkalmazták|Konkrét szennyezőanyag 
  • Fémek, félfémek és vegyületeik
  • réz
Egyéb szennyezőanyag 
A talaj mobilis fémtartalmának változása bioszén kezelés hatására, az USEPA, 1992 módszere szerint (TCLP method 1311)

Csökkentendő környezeti kockázat jellemzése

A környezeti kockázatot jellemző mérőszám 
Cu koncentráció a talajban
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám mértékegysége 
mg/kg
Jellemző kezdeti érték 
38
Jellemző végérték 
20
Maximális végérték 
30
Szennyezőanyagcsoport, amire alkalmazták|Konkrét szennyezőanyag 
  • Fémek, félfémek és vegyületeik
  • ólom
Egyéb szennyezőanyag 
A talaj mobilis fémtartalmának változása bioszén kezelés hatására, az USEPA, 1992 módszere szerint (TCLP method 1311)

Csökkentendő környezeti kockázat jellemzése

A környezeti kockázatot jellemző mérőszám 
Pb koncentráció a talajban
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám mértékegysége 
mg/kg
Jellemző kezdeti érték 
15
Jellemző végérték 
10
Maximális végérték 
15
Szennyezőanyagcsoport, amire alkalmazták|Konkrét szennyezőanyag 
  • Fémek, félfémek és vegyületeik
  • cink
Egyéb szennyezőanyag 
A talaj mobilis fémtartalmának változása bioszén kezelés hatására, az USEPA, 1992 módszere szerint (TCLP method 1311)

Csökkentendő környezeti kockázat jellemzése

A környezeti kockázatot jellemző mérőszám 
Zn koncentráció a talajban
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám mértékegysége 
mg/kg
Jellemző kezdeti érték 
300
Jellemző végérték 
240
Maximális végérték 
300
Szennyezőanyagcsoport, amire alkalmazták|Konkrét szennyezőanyag 
  • Fémek, félfémek és vegyületeik
  • kadmium

Csökkentendő környezeti kockázat jellemzése

A környezeti kockázatot jellemző mérőszám 
Cd koncentráció a növényi hajtásban
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám mértékegysége 
mg/kg
Jellemző kezdeti érték 
270
Jellemző végérték 
170
Maximális végérték 
240
Szennyezőanyagcsoport, amire alkalmazták|Konkrét szennyezőanyag 
  • Fémek, félfémek és vegyületeik
  • réz

Csökkentendő környezeti kockázat jellemzése

A környezeti kockázatot jellemző mérőszám 
Cu koncentráció a növényi hajtásban
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám mértékegysége 
mg/kg
Jellemző kezdeti érték 
12
Jellemző végérték 
9
Maximális végérték 
13
Szennyezőanyagcsoport, amire alkalmazták|Konkrét szennyezőanyag 
  • Fémek, félfémek és vegyületeik
  • ólom

Csökkentendő környezeti kockázat jellemzése

A környezeti kockázatot jellemző mérőszám 
Pb koncentráció a növényi hajtásban
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám mértékegysége 
mg/kg
Jellemző kezdeti érték 
60
Jellemző végérték 
43
Maximális végérték 
60
Szennyezőanyagcsoport, amire alkalmazták|Konkrét szennyezőanyag 
  • Fémek, félfémek és vegyületeik
  • cink

Csökkentendő környezeti kockázat jellemzése

A környezeti kockázatot jellemző mérőszám 
Zn koncentráció a növényi hajtásban
A környezeti kockázatot jellemző mérőszám mértékegysége 
mg/kg
Jellemző kezdeti érték 
11 000
Jellemző végérték 
9000
Maximális végérték 
10 000
Publikáció, referencia
Publikációk 

Kouping Lua, Xing Yang, Jiajia Shen, Brett Robinson,
Huagang Huang, Dan Liua,Nanthi Bolan, Jianchuan Peib,
Hailong Wanga: Effect of bamboo and rice straw
biochars on the bioavailability of Cd,Cu, Pb and Zn to
Sedum plumbizincica, Agriculture, Ecosystems and
Environment 191 (2014) 124–132

Referenciák 

1. Sean D.C. Case, Niall P. McNamara, David S. Reay, Jeanette Whitaker: The effect of biochar addition on N2O and CO2 emissions from a sandy loam soil- The role of soil aeration, Soil Biology & Biochemistry, 51 (2012) 125-134
2. http://www.lewisbamboo.com/biocharbamboo.html
3. http://www.new-ag.info/en/research/innovationItem.php?a=2602
4. R.A. Leng, T.R. Preston, Sangkhom Inthapanya: Biochar reduces enteric methane and improves growth and feed conversion in local “Yellow” cattle fed cassava root chips and fresh cassava foliage, Livestock Research for Rural Development, 24 (2012)

Képek
Bambusz bioszén
Rizsszalma bioszén
SEM mikrográf: a bioszén pórusos szerkezete
Adatlap tulajdonságai
Adatlap azonosító (eredeti) 
1722
Bevivő 
Szécsi Anna
Státusz 
Publikált
Adatlap típusa 
Talajremediációs technológia
Létrehozás 
2015-03-27
Módosítás 
2018-06-22