A használt termálvíz szikkadás talajdegradációs hatásai

Kutatásban résztvevő kutatók:
Dr. Balog Kitti, Dr. habil Farsang Andrea, Dr. Czinkota Imre

    Az alternatív energiaforrások közül Magyarországon a geotermikus energia hasznosítható a legnagyobb költséghatékonysággal, melynek leggyakoribb hordozó közege a termálvíz. A kedvező földtani adottságoknak köszönhetően az ország 70 %-án termelhető ki a sokoldalú hasznosítási módoknak eleget tevő hévíz. Hazánkban 2002-ben 0,5 millió m3 (MGSZ adat) termálvizet hoztak a felszínre, s ez a mennyiség napjainkig csak növekedett. A felhasználás tekintetében az energetikai, a balneológiai és a kommunális hasznosítás emelhető ki. A felhasználást követően a termálvíz szennyvízzé válik, elhelyezésével kapcsolatosan a 219/2004. (VII. 21.) kormányrendelet valamint a 28/2004. (XII. 25.) KvVM rendelet ad útmutatást. A kinyerési rétegbe való visszatáplálásra kizárólag zárt körös energetikai felhasználás esetén van lehetőség. A többi - a kitermelt hévíz mintegy 75 %-át kitevő hatalmas mennyiség - szigetelés nélküli földmedrű csatornákon keresztül felszíni vízi befogadóba kerül. Ennek következtében a termálvíz kémiai-fizikai paramétereitől függően a talaj, talajvíz és befogadó felszíni víz szennyeződésének kockázata áll fenn. A szakirodalomban a csatornákból elszivárgó nagy só- és Na+-tartalmú hévíz kapcsán a környező talajvízszint kritikus mértékű emelkedése és az ehhez közvetetten kapcsolódó másodlagos szikesedés problémája került előtérbe. (Magyar viszonylatban a témával kapcsolatban kiemelendő Muraközy (1902), Treitz (1908, 1924), ’Sigmond (1923, 1927), Gedroitz (1928), Kreybig és Endrédy (1935), Scherf (1935), Arany és Babarczy (1937), Mados (1943), Arany (1956, 1958), Darab (1958), Kovács (1960), Rónai (1961), Szabolcs (1961, 1974), Herke (1962), Várallyay (1967, 1968), Kovda (1973), Erdélyi (1979), Tóth és Kuti (1999), Tóth és Várallyay (2001), Blaskó (2005), Huber et al., (2008), munkásága. Külföldön a másodlagos szikesedés témakörében Tanji (1990), Oldeman et al., (1991), és Ghassemi et al., (1995) kutatott) .
    A használt hévíz szikkadása által a talajban és a talajvízben okozott változások meghatározására 25 dél-alföldi termálvíz felhasználó létesítmény adatai alapján (Szmektit Bt., 2003-2008) összegzést készítettünk. A leíró statisztikai eredményeket a hatályos határértékekkel összevetve megállapítottuk, hogy a vizsgált régióban a használt termálvízben jellemző szennyező az ammónium, a Hg, az As és a Pb. Ezen felül a Na+-arány is kiemelkedően magas. A talajvízben Hg-szennyezés mutatható ki, valamint a csatornák környékén a magas Na-arány a talajvízben is jellemző. Talajok esetén nagy gyakorisággal a szikesedés részfolyamataival összefüggő változók (összes sótartalom, MgS %, pH) jelentek meg a szennyezők között, melyek kapcsán sófelhalmozódás, fizikai degradáció és lúgosodás azonosítható.
    A dél-alföldi mintaterületek közül két eltérő hévízhasznosítással és talajtípussal bírót részletesebb vizsgálat alá vontunk. Cserkeszőlőn a fürdő által balneológiai célra hasznosított hévíz hatásait réti csernozjom talajon, Tiszakécske-Kerekdombon pedig egy kertészet energetikailag használt termálvizének hatását homoktalajon vizsgáltuk.
    A csurgalék hévíz mindkét esetben nagyon magas Na%-kal rendelkezett, ami miatt a IV., legkedvezőtlenebb öntözővíz minőségi kategóriába sorolódott. A cserkeszőlői területen eleve nagy sótartalmú talajvizek találhatók. A beszivárgó hévíz a talajvíztükör szintjét mesterségesen megemeli a „kritikus talajvízszint” fölé, bizonyos esetekben sótartalmát és Na-arányát is növeli, elősegítve a szikesedési folyamatok kialakulását. Nemcsak a talajvíz kémiai összetétele, hanem a talajvízáramlás és a csatorna egymásra hatása is szerepet játszik a szikesedés kialakulásában. A hévíz szikkadás a csatorna bal partján, a felső szakaszon hígítja a talajvizet, ezáltal mérsékli a sófelhalmozódási/szikesedési folyamatok ütemét. A jobb parton, az alsó csatornaszakaszon a nagy sótartalmú talajvízre visszaduzzasztó hatás érvényesül a csatorna felől, ezáltal a szikesedési folyamatok kifejlődésének gyorsabb üteme várható. A tiszakécske-kerekdombi használt termálvíz szikesítő és lúgosító hatású. A talajvizek sókoncentrációja meghaladja az 500 mg/l-es határkoncentrációt, amely a talaj sófelhalmozódásával kapcsolatban kockázatot jelent. A csatornameder közelében a talajvíz lúgosabb, magasabb Na%-kal rendelkezik, a talajvíz kémiai típusa megváltozik a kontrollhoz képest, ami a Na+-dominancia erősödését mutatja és öntözővíz-minőségi szempontból talajvízdegradáció is kimutatható. Mindkét esetben megfigyelhető termikus hatás, hőszennyezés a talajvízben.
    A talajra kifejtett hatás tekintetében a cserkeszőlői réti csernozjomban gyenge sófelhelmozódás történt lokálisan a csatorna mentén, a sók között a Na-sók dominálnak. A talajlúgosító hatás is igazolást nyert, mely közvetetten, a talajvízen keresztül nyilvánul meg. A tiszakécske-kerekdombi homoktalajban Na+- és sófelhalmozódás nem volt kimutatható, mert a jó vízvezető, ám csekély pufferképességű talajban a beszivárgó termálvíz a benne oldott szennyezőkkel és sókkal együtt leszivárog a talajvízig, növelve annak szikesítő hatását. Ezen megfigyelések alapján homoktalajok esetében a talajra kifejtett szikkadási hatás a talajvízen keresztül közvetetten az altalajban érvényesül.
    Általánosítva elmondható, hogy azon talajszintekben volt nagyobb mértékű a sófelhalmozódás, ahol a textúra homokos vályognál finomabb, sótöbblet érkezik a talajszelvénybe (ami jelen esetben általában termálvíz eredetű), a talajvíz sótartalma meghaladja az 1000 mg/l koncentrációt, valamint szintje a „kritikus talajvízszint” fölé emelkedik.
A szikesedésben nagy jelentőséggel bíró ion, a Na+ talajban való adszorpcióját Na+-adszorpciós modellkísérlettel követtük nyomon. Arra a következtetésre jutottunk, hogy az adszorbeálható Na+-koncentráció a szelvényben a szintenként eltérő humusz-, agyag- és mész mennyiségén kívül - ami az adszorpciós felület nagyságát és az aktív helyek mennyiségét határozza meg - az eredeti Na+-telítettségtől, valamint az adszorpciós egyensúlyi állandótól is függnek. A Na+ terjedésben a szelvény textúrális és szerkezeti viszonyai szintén jelentős szerepet játszanak, melyek egyrészt a pórusviszonyokat és a szivárgási tényezőt befolyásolják, másrészt meghatározzák a Na+-adszorpcióban kiemelt jelentőségű agyagtartalom arányát. Az adszorpciós határkoncentrációk megadása és a terepi viszonyokra való kivetítés után megállapítottuk, hogy a réti csernozjom talaj esetében aktuálisan a területen ható termálvíz Na+-tartalma kizárólag az A-szintben okozhatna adszorpciót. A ténylegesen szikkadás által érintett B- és C-szintek adszorpciós helyeiről ezen a koncentráción eltávozik a Na+. A természetben ez a szituáció nem kedvez a szikkadó használt hévizekből származó Na+-tartalom talaj általi csökkentésének, ezért ebben a pontban a talajvízbe való beszivárgás valószínűsíthető. A homoktalaj esetén a C-szintben tapasztalható a legnagyobb mértékű adszorpció az itt található vályog rétegződés miatt. A terepen a csatornában folyó csurgalék hévíz Na+-koncentrációja a szelvény minden egyes szintjében eltérő mértékű adszorpciót idézne elő. Megállapítható, hogy a homokos textúrájú szelvényben található vályog réteg a használt hévíz beszivárgása által szállított Na+-ok talajvíz felé irányuló mozgását lelassítja, s koncentrációjának egy részét megköti, ám nem képes megakadályozni a Na+ talajvíz rendszerbe való bekerülését.
A szikkadó hévízből származó Na+ talajvízbe jutásának kockázatát 2 dimenziós transzport modellek segítségével becsültük, 3 scenárió („legjobb eset”, „legrosszabb eset”, „reálishoz közeli eset” ) alapján, 10 évre vonatkozóan. A réti csernozjom talaj esetén a 10 modellezett évben  a talajvízbe érkező Na+-koncentráció kisebb volt, mint a talajvíz eredeti Na+-koncentrációja, tehát talajvíz terhelés Na+ tekintetében nem  volt kimutatható, míg a homoktalaj esetében a 10. évre kismértékű Na+-terhelés  volt megállapítható.
A Na+-transzport modellek az adszorpciós modellekkel összhangban igazolták, hogy a talajok – adszorpciós kapacitásuktól és iontelítettségüktől függő mértékben – hosszabb-rövidebb ideig képesek mérsékelni a talajvíz termálvíz eredetű Na+-terhelését. A talajszelvény szikesedésének előrehaladtával (a talajok fokozódó Na+-telítettségével) azonban egyre nő a talajvízbe jutó Na+ mennyisége, ami idővel a távolabb fekvő talajokat is potenciálisan elszikesítheti.
A cserkeszőlői mintaterület esetében elvégzett statisztikai analízis kimutatta, hogy a használt hévíz szikkadásának hatására a csatorna közeli talajban a vízben dominánsan jelen levő Na+ ioncsere folyamatai zajlanak (Na+-felhalmozódás). A szivárgásból származó víztöbblet ionmobilizáló hatása is detektálható (Mg2+-mobilizáció, Ca2+-mobilizáció). A csatorna környékén növekszik a humusz- és K+-tartalom, valamint a szikesedési folyamatok kismértékű megjelenése is megfigyelhető, ami főként a sófelhalmozódáshoz és a szódatartalom növekedéséhez köthető.