Projekti / Programi
Strupene kovine in organokovinske spojine v kopenskem okolju
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.08.00 |
Naravoslovje |
Varstvo okolja |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| P305 |
Naravoslovno-matematične vede |
Kemija okolja |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 1.04 |
Naravoslovne vede |
Kemija |
Strupene kovine, organokovinske spojine, kopensko okolje, kemijska speciacija, strupenostni testi
Raziskovalci (18)
Organizacije (2)
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 je znatno prispevala k osnovnim raziskavam na področju kemijske speciacije elementov in velikostne porazdelitve kovin in njihovih kemijskih zvrsti v odpdanih vodah. Razsikava je reševala prereče probleme odlaganja odpadkov in vplivov odlagališč odpadkov na okolje in je tako sledila svetovnim trendom na področju varovanja okolja. V projektu smo s kombinacijo novih pristopov, ki vključujejo sintezo in uporabo stabilnih izotopov v speciaicjski analizi sledili procesom tvorbe in pretvorbe kemijskih zvrsti elementov v izcednih vodah. Z raziskavami smo prispevali k novim dognanjem, ki omogočajo upravljalcem odlagališč odpadkov izvajanje ustreznih ukrepov za preprečevanje izpustov strupenih kovin in organokovinskih spojin v v terestrično in vodno okolje. Rezultati projekta so znatno prispevali k boljšemu razumevanju kroženja toksičnih kovin v kopenskem okolju. Pomembno je poudariti, da smo pri ovrednotenju celovite toksičnosti upoštevali tudi tvorbo izjemno strupenih metilkositrovih spojin, katerih negativni učinki na okolje so bili mnogokrat spregledani.
Pomen za razvoj Slovenije
Vpliv in vloga določenega elementa v sledovih na okolje in žive organizme je odvisna tako od njegove celotne koncentracije, kot od kemijske oblike v kateri se element nahaja. Zelo malo je podatkov o onesnaženosti z zelo toksičnimi organokovinskimi spojinami v odpadnih blatih iz čistilnih naprav in v izcednih vodah iz deponij komunalnih odpadkov. Znano je, da prisotnost strupenih kovin in njihovih organokovinskih zvrsti v aktivnemu blatu, lahko bitveno zmanjša učinkovitost čiščenja odpadnih vod na čistilnih napravah. Poleg tega pa za odlaganje kontaminiranega blata ni veliko možnosti. Prisotnost toksičnih kovin in njihovih organokovinskih zvrsti v izcednih vodah iz odlagališč komunalnih odpadkov prav tako zahteva njihovo učinkovito čiščenje pred izpustom izcednih vod v površinske vode. Na osnovi obsežnega znanja o usodi organokovinskih spojin v odpadnem blatu in izcednih vodah, ki smo ga pridobili v okviru projekta, smo priporočili ukrepe za preprečitev morebitnih izpustov preiskovanih onesnažil v kopensko in vodno okolje. Pokazali smo, kako lahko z nanodelci železa učinkovito odstranimo strupeno obliko tributilkositra iz izcednih vod odlagališč odpadkov in v veliki meri odstranimo tudi trimetil kositrove spojine. Rezultati raziskovalnega projekta bodo pomagali upravljalcem čistilnih naprav in odlagališč komunalnih odpadkov doma in po svetu k boljšim načinom ravnanja z odpadki, kar bo imelo pozitivne okoljske in ekonomske učinke. Raziskave bodo torej pomembno prispevale tudi k varovanju naravne in kulturne dediščine in k izboljšanju kvalitete življenja. Varovanje okolja in zagotavljanje kvalitete življenja tudi za bodoče generacije, je glavna prioriteta ne samo v Sloveniji, temveč tudi v EU in drugih deželah širom po svetu. Komplementarnost in dobro sodelovanje naše skupine, z vodilnimi mednarodnimi skupinami na področju speciacijske analize, v številnih mednarodnih projektih omogočata hitro medsebojno izmenjavo novih odkritij in njihovo integracijo v kompleksne, mednarodne, interdisciplinarne okoljske in biološke študije. Mednarodne povezave z izmenjavo raziskovalcev in doktorskih študentov so omogočale dostop do tujih znanj, kakor tudi dostop tujih raziskovalcev do novih znanj v Sloveniji. Iz mednarodne povezave izhaja en doktorat z deljenim metorstvom med Slovenijo in Francijo “co-tutelle” doktorantke Kelly Peeters (zagovor doktorata bo 20.4.2015). Mednarodne povezave, objave znanstvenih člankov, ki izhajajo iz projekta, v uglednih mednarodnih revijah in predstavitev novih dosežkov na mednarodnih konferencah, so vsekakor promovirale slovensko znanost. Projekt je pomembno prispeval tudi k izobraževanju mladih raziskovalcev za dosego doktorata. V okviru projketa sta dva mlada raziskovalca zaključila doktorski študij. Doktorant Anže Martinčič se je zaposlil v slovenski industriji, doktorantka Breda Novotnik pa opravlja post-doktorkso izobraževanje v Kanadi.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2012,
2013,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2012,
2013,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
