Vízvédelem. Vízkitermelés. Vízbázisvédelem AJNB_KMTM_ /2019-es tanév II. félév. Vízkezelés

Átírás

1 Vízvédelem AJNB_KMTM_ /2019-es tanév II. félév Vízkezelés Dr. habil. Zseni Anikó egyetemi docens Széchenyi István Egyetem AHJK, Környezetmérnöki Tanszék Vízkitermelés felszíni vizeket: szívóaknákkal, vezetékkel parti szűrésű vizeket: csáposkutakkal, galériákkal felszín alatti vizeket: ásott és fúrt kutakkal karsztaknákkal (karsztvizek) forrásfoglalással ásott kút aknakút törpe csáposkút fúrt csőkút Vízbázisvédelem A jelenlegi ill. jövőbeni ivóvíznyerő helyek védelme érdekében karsztakna forrásfoglalás védőidomot (felszín alatti vízbázis esetén, 3 dimenziós a földfelszín alatt) védőterületet (felszín alatti vízbázis (a védőidom felszíni vetülete), felszíni vízkivétel és vízilétesítmény esetén) kell meghatározni, kijelölni, kialakítani és fenntartani, hogy a felszíni szennyeződések még hosszabb időtávlatban sem juthassanak le a felszín alatti vizekbe védőövezetek határai: hidrogeológiai, hidrológiai adottságok, a vízbázis termelése, ill. kapacitása és az elérési idő alapján számítással (hidraulikai modellel) kell meghatározni 1

2 Védőterületek Belső védőterület: A kút vagy egyéb vízkivételi hely közvetlen környezete, ahonnan 20 napon belül a kút vízébe kerülhet a szennyező anyag. Külső védőterület: A belső védőterületet a külső védőterület veszi körül. A külső védőterülethez tartozó elérési idő 6 hónapos. Hidrogeológiai "A" védőterület: A hidrogeológiai "A" védőterületről 5 éven belül a kútba kerülhet a szennyező anyag, a szennyezett víz. Hidrogeológiai "B" védőterület: A hidrogeológiai "B" védőterületről 50 éven belül a kútba kerülhet a szennyező anyag, a szennyezett víz. Hidrogeológiai "C" védőterület: Annak a teljes vízgyűjtő területnek a határait jelzi, ahonnan a felszínre hulló csapadék egyáltalán eljuthat a kúthoz. Vízbázisvédelem (folyt.) a különböző védőterületek gyűrűszerűen övezik egymást: belső, külső és hidrogeológiai védőövezetek az egyes védőterületeken csak olyan (jogszabályban rögzített) tevékenység végezhető, amely a kitermelés előtt álló vagy a már kitermelt víz minőségét, mennyiségét, valamint a víztermelési folyamatot nem veszélyezteti (a víznyerés helyétől távolodva egyre kevéssé szigorú előírások). Részletesen ld: 123/1997 korm. rend. a vízbázisok, a távlati vízbázisok, valamint az ivóvízellátást szolgáló vízilétesítmények védelméről tiltott pl: egyes mezőgazdasági tevékenységek (hígtrágya kijuttatása, állattartó telep, növényvédőszer-használat, trágyatárolás, dögkút stb.) hulladéklerakó, szennyvíztelep, szennyvízszikkasztás, temető, gépkocsimosó, -parkoló, -szerviz stb., új lakóterület kialakítása, új út, új vasút létesítése 2

3 A vízbázisvédelem feladatai a vízbázisok alapállapotának felmérése (diagnosztika) a vízbázisok biztonságba helyezése (esetleges szennyező tevékenységek felszámolása, a zavartalanság biztosítása) a vízbázisok biztonságban tartása, biztonságos üzemeltetése Vízellátási célra felhasznált vizek minősége Ivóvíz: Nem lehet benne semmilyen káros élőlény (plankton, baktérium, vírus, emberi vagy állati ürülékből származó élőlény) Színtelen, szagtalan, üdítő ízű és kívánatos hőmérsékletű (T 15 C) Nem lehet benne agresszív szénsav (korrózió!), keménysége 250 CaO g/m 3 Ipari víz ne tartalmazzon: biológiai eredetű ill. biológiai folyamatokat elősegítő anyagokat (mikroorganizmus, tápanyag) színeződést okozó anyagokat (vas, mangán) lerakódást okozó anyagokat (változó keménység) korróziót okozó anyagokat (szénsav, egyes anionok Hűtővíz ne tartalmazzon: Agresszív savakat szulfátot, kloridot, a csövek eltömődését okozó lerakódó anyagokat és algákat Ivóvíz-tisztítás Követelmények szabványok WHO guidelines EU direktívák Országos szabványok MSZ 450/1-1989: Ivóvíz minősítés fizikai és kémiai vizsgálat alapján MSZ 450/2-1991: Ivóvíz minősítés mikroszkopikus biológiai vizsgálat alapján MSZ 450/3-1991: Ivóvíz minősítés mikrobiológiai vizsgálat alapján Az egyes komponensek max. megengedhető koncentrációt határozzák meg felülvizsgálatok, szigorítások Ha nem felel meg a szabványnak: másik vízbázis regionális rendszer vízkezelés Nem kívánatos komponensek eltávolításának prioritási (nem technológiai!) sorrendje 1. Kórokozó mikroorganizmusok 2. Mérgező anyagok 3. Mikroszennyezők 4. Zavarosságot okozó anyagok (pl. lebegőanyag, alga) 5. Prekurzorok (egy másik vegyületet előállító reakcióban vesznek részt) 6. Íz- és szagrontó anyagok A technológia során: először a durvább, majd a finomabb szennyezőanyagokat választják ki a vízből a vízigényeknek megfelelő mértékig A technológia kialakításának szempontjai A vízkezelés technológiai alapfolyamatai Problémás komponensek Vízmennyiség (gazdaságossági szempontok) Hálózat kiterjedtsége (mennyi idő alatt jut el a legtávolabbi fogyasztóhoz a víz) Oxidáció, redukció ph és pufferkapacitás szabályozása Kémiai kicsapás (oldott csapadék) Adszorpció Fázisszétválasztás (gáz-folyadék, szilárd-folyadék) Membrános eljárások A technológiák a fenti folyamatok kombinációjával alakulnak ki. 3

4 Oxidáció és redukció Céljai: Szennyezőanyag oldhatatlanná alakítása Szennyezőanyag kevésbé toxikus formába alakítása Mikroorganizmusok inaktiválása: fertőtlenítés Oldott szennyeződések, íz- és szaganyagok eltávolítására Az ivóvíztisztításban használt oxidálószerek: Oxigén, ózon, klór, kálium-permanganát, klór-dioxid, klór-aminok stb. Fertőtlenítés: Baktériumok, vírusok, protozoák Klór, klór-dioxid, ózon,! Fizikai úton is lehet: UV sugárzás Fertőtlenítés: Klóros oxidáció: Cl 2 + H 2 O = HOCl + HCl A hipoklórossav könnyen behatol az élő sejtekbe Klórgázt palackokból táplálják a vízbe vagy klóros vizet készítenek és ezt adagolják a vízbe Elő- és utóklórozás Hátrány: fenol származékok + klór kellemetlen íz- és szaganyagok Klór-dioxidos oxidáció: fenti hátrányt kiküszöböli Helyben állítják elő Na-kloritból sósav vagy klór hozzáadásával 5 NaClO HCl = 4 ClO NaCl + 2 H 2 O 2 NaClO 2 + Cl 2 = 2 ClO NaCl ClO 2 : robbanásveszélyes! Ózon: Vírusokkal szemben hatékonyabb a klórnál Nincsenek íz- és szaganyag rontó oxidációs anyagok Levegő oxigénjéből kondenzátor lemezek között kisüléssel Bejuttatás: buborékoltatás, injektoros bekeverés UV ph és pufferkapacitás szabályozás Hatékonyság változhat a kémhatással, pl. fertőtlenítés, koaguláció-flokkuláció esetében Víz pufferkapacitása: HCO 3- és CO 3 2- ionok mennyisége befolyásolja CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 H + + HCO 3-2H + + CO 3 2- Ha savas hatás éri a vizet: UV fertőtlenítés H + + HCO 3- H 2 CO 3 Ha lúgos hatás éri a vizet: OH - + HCO 3- CO H 2 O Semlegesítés lúgos víz semlegesítése vagy savasítása: ásványi savak, CO 2 savas víz semlegesítése vagy lúgosítása: mészkő (mészkőliszt vagy darabos mészkő) ( CaSO 4 ), Na 2 CO 3, NaOH, mészkővel v. MgO-val töltött oszlop Zárt hely nem lehet a CO 2 keletkezés lehetősége miatt Korrózióálló anyagok Zárt tartályok, zárt csővezetékek Kémiai kicsapás (oldott csapadék) A vízben oldódó anyagok oldhatatlan alakúvá válása Vegyszer hozzáadásával, ph megváltoztatásával Az oldhatatlanná vált szennyezőanyag ezt követően szilárdfolyadék fázisszétválasztással eltávolítható Pl. vízlágyítás mész (Ca(OH) 2 ), szóda (Na 2 CO 3 ), Na 3 PO 4 hozzáadásával Koagulációval, flokkulációval Koaguláció: a kolloidszemcsék elektromos semlegesítése és mikropelyhek képződése (kémiai művelet) Flokkuláció (pelyhesítés): több kisebb koagulált szemcse összetapasztása, a szemcsék ülepíthető nagyságúra növelése pelyhesítésnek nevezzük. A flokkulálás mechanikai művelet, amit keveréssel segítünk elő. Pl. 3 vegyértékű vas- és alumínium-sók hozzáadásával (Al 2 (SO 4 ) 3, Fe 2 (SO 4 ) 3 4

5 Adszorpció Koaguláció és flokkuláció Gázok és oldott anyagok megkötődése szilárd anyagok felületén Reverzibilis, azaz megfordítható folyamat Adszorbens: ahol az oldott anyag megkötődik Adszorptívum: az az anyag, amely megkötődik az adszorbensen Nagy fajlagos felületű anyagok ( m 2 /g) Zeolitok: ammónium eltávolítására Ioncserélő műgyanták: vízlágyításra Aktív szén (por alakban PAC: powdered activated carbon, granulátumként GAC: granulated activated carbon vagy BAC: biological activated carbon, szénszemcséken anaerob baktériumok): szerves anyag eltávolítására GEH (granulált vashidroxid): arzén eltávolításra Adszorpció aktívszénen

6 Fázisszétválasztás (gáz-folyadék) Gázok (metán, szén-dioxid) eltávolítása Stripping-gázeltávolítás: gázkiűzés, gázkihajtás mechanikailag Leggyakrabban alkalmazott eljárás: levegőztetés A víz oxigénnel telítődik Két folyamat egyidejűleg: A gázok elhagyják a vízteret A redukált állapotú komponensek egy része oxidálódik a levegő oxigénjének hatására A víz levegőztetési módjai Fázisszétválasztás (szilárd-folyadék) Szitaszűrők: Lyuggatott lemez, fém vagy műanyag huzalú szövet, fonat, háló Közönséges szitaszűrők (makroszita szűrés): lyukméret 0,1 mm felett Durva és finom szilárd részecskék eltávolítása Durva fázisszétválasztás: Mikroszűrők: 0,1 mm lyukméret alatt Gerebszűrés (durva gereb: mm, finom gereb: 1,5-15 Gravitációs nyitott vagy nyomás alatti zárt dobszűrők mm pálcaköz) Szitaszűrés (dobszűrő, szalagszűrő) Homokfogás Ülepítés Flotálás Finom fázisszétválasztás: Gyorsszűrés (homokszűrés) Szűrés előtt a kolloid részecskéket szűrhető formára kell hozni (pl. kémiai kicsapatással) Membrános eljárások Nyitott (gravitációs) dobszűrő A víz belülről kifelé szűrődik A szennyeződés a belső felületen rakódik le Nyitott dobszűrő Vákuum dobszűrő (iszapos víz utókezelése, szennyvíztisztításban jellemzőbb) 6

7 Dobszűrés Homokfogó Ülepítés Hosszanti átfolyású ülepítő medence Szűrés Flotálás gyorsszűrés: kis, részben kolloidális méretű lebegő anyagok (4-10 m/h) lassú szűrés: biológiai-, íz-, szaganyagok (0,1 m/h) Zárt gyorsszűrő 7

8 Nyitott szűrők Zárt szűrők Membránszűrés Mikroszűrés (lebegő, szilárd részecskék, pórusok: 0,1 1 µm) Ultraszűrés (makromolekulák, pórusok: nm) Nanoszűrés (1-10 nm) Fordított ozmózis (ionok, kis molekulák) (RO: reverse osmosis a szennyező anyag elválasztásának hajtóereje: nyomás-, aktivitás-, elektromos potenciálkülönbség Szennyező (magas koncentrációban) Permeátum (a membránon keresztüljutott víz) Membrános eljárások az ivóvízkezelésben felszíni vizek kezelésekor: vírus, baktérium, lebegőanyag, szerves anyag, színanyagok eltávolítása felszín alatti vizek esetén: vas-, mangántartalom, arzéntartalom eltávolítása Az oldott anyagokat oldhatatlan formába (csapadékképzés) kell vinni A membrán felülete érzékeny, mechanikus hatásoktól óvni kell A membrán felülete sosem száradhat ki A membránfelületen a mikroorganizmusok elszaporodnak Membránmodulok: pl. lapmembránok, spiráltekercsmodulok, csőmembránok, kapillármodulok burkolattal, csatlakozókkal ellátott egységei 8

9 Spirál membránok Kívülről befelé szűrő membrán, alacsony vákuum mellett üzemel (6,9-55,2 kpa) 9

10 Fordított ozmózis sótalanítás kazántápvíz technológiai víz nitrátmentesítés Nyomás hatására A-ból (szennyező anyagot tartalmazó oldat) B-be (tiszta víz) áramlik a víz 10

11 Tipikus vízkezelési technológiák Felszín alatti vizek: vastalanítás Felszín alatti vizek: gázmentesítés és vastalanítás 4 Fe(HCO 3 ) 2 + O H 2 O = 4 Fe(OH) CO 2 Fe oxidáció Fe eltávolítás tározás gázmentesítés és Fe oxidáció Fe eltávolítás tározás víz Csökkentett átmérő Nyomás alatti levegőztetés Oxigén injektálás Felszín alatti vizek: vas- és mangántalanítás Felszín alatti vizek: gázmentesítés, vasés mangántalanítás CO 2 -mentesítés: levegőztetéssel Vastalanítás: levegőztetés (oxidáció csapadékként kicsapódik) Mangántalanítás: oxidáció, katalizátorral: KMnO 4 -tal vagy MnO 2 a szűrő felületén Fe oxidáció Fe és Mn eltávolítás tározás Szűrő a Mn eltávolítására Bedolgozott szűrőréteg: MnCl 2 és KMnO 4 oldattal kezelt szűrő a MnO 2 réteg katalizálja a mangán oxidációját a levegő oxigénje által 11

12 szűrőanyag A szőgyei vízkezelő mű nyitott szűrője vízszóró rózsák Győr-Révfalui Vízmű: kutak Győr-Révfalui Vízmű: szűrők Győr-Révfalui Vízmű: a szűrők épülete Győr-Révfalui Vízmű: szűrők Győr-Révfalui Vízmű: szűrők 12

13 Győr-Révfalui Vízmű: szivattyúház Víztisztítási eljárások összefoglalóan Víztisztítási eljárás Mechanikai Biológiai Kémiai Mechanikai kémiai - biológiai Szennyeződés típusa Úszó és lebegő szilárd (nem oldott) Nem oldott és oldott Nem oldott és oldott Szennyeződés mérete Durva szemcsék d 0,1 mm Finom szemcsék d=0,1-0,02 mm Igen finom szemcsék d 0,02 mm Ivóvíz és ipari víz kezelés Gereb-, dob-, szalagszűrés, homokfogás Ülepítés, szűrés Derítés + szűrés Savtalanítás, vastalanítás, mangántalanítás, lágyítás, oxidatív kezelések/fertőtlenítés: klórozás, ózonozás stb. Szennyvíz kezelés Durva és finom szűrés rácson, homokfogás, zsír- és olajfogás Ülepítés Szitaszűrés Csepegtetőstestes, eleveniszapos, biofilmes Kicsapatás (foszfortalanítás), folyadék-folyadék extrakció (fenoltalanítás), semlegesítés, fertőtlenítés Kutak, galériák, Természetközeli talajvízdúsítás szennyvíztisztítási megoldások (talaj mint szűrőközeg és (pl. tavas, gyökérzónás stb.) öntisztulási mechanizmusok) A kitermelt víz raktározása: vízműtelepi mélyvíztározó magastározó (víztorony) A víz szállítása és szétosztása: csővezetékekkel A csatornázás technológiája csatornák típusa: gravitációs csatornák (szennyvízátemelők beiktatása) kényszeráramoltatású csatornák nyomócsatornák vákuumcsatornák csapadék-elvezetés: zárt csőrendszer nyitott árokhálózat Vákuumos szennyvízcsatorna rendszer 13

14 Csatornahálózat típusok egyesített elválasztott javított vegyes (egyesített) javított elválasztott rendszerű csatornahálózat Egyesített rendszerű csatornázás sematikus diagramja Q szennyvíz Települési szennyvíz Egyesített csatorna Csatornázott területről elfolyó víz Tisztítást igénylő csapadékvíz Q csapadékvíz Kevertvíz tisztítása és tározása Tisztítást nem igénylő csap.víz Szennyvíztisztító telep Forrásokból, kutakból stb. elfolyó víz Befogadó: vízfolyás, tó Javított vegyes (egyesített) rendszerű csatornázás sematikus diagramja Elválasztott rendszerű csatornázás sematikus diagramja Csatornázott területről elfolyó víz Csatornázott területről elfolyó víz Q szennyvíz Települési szennyvíz Tisztítást igénylő csapadékvíz Q csapadékvíz Tisztítást nem igénylő csap.víz Forrásokból, kutakból stb. elfolyó víz Q szennyvíz Települési szennyvíz Tisztítást igénylő csapadékvíz Q csapadékvíz Tisztítást nem igénylő csap.víz Forrásokból, kutakból stb. elfolyó víz Egyesített csatorna Kevertvíz tisztítása és tározása Szennyvíztisztító telep Tározás, beszivárogtatás, hasznosítás és elfolyás Szennyvíz csatorna Szennyvíztisztító telep Tározás, beszivárogtatás, hasznosítás és elfolyás Csapadék -víz csatorna Befogadó: vízfolyás, tó Befogadó: vízfolyás, tó Javított elválasztott rendszerű csatornázás sematikus diagramja Q szennyvíz Települési szennyvíz Szennyvíz csatorna Csatornázott területről elfolyó víz Tisztítást igénylő csapadékvíz Szennyvíztisztító telep Q csapadékvíz Tisztítást nem igénylő csap.víz Csapadék víz tisztító és tározó Befogadó: folyó, tó Csapadék -víz csatorna Forrásokból, kutakból stb. elfolyó víz Tározás, beszivárogtatás, hasznosítás és elfolyás Az egyesített rendszerű csatornázás előnyei nagyobb vízelvezetési biztonság a nagyobb szelvény miatt egy fogyasztói bekötés szükséges a csapadékvíz-kezelés részben megvalósul az egy vezeték nyilvántartása, üzemeltetése, fenntartása egyszerűbb az egy vezeték helyigénye kisebb összességében kisebb beruházási költség általában gravitációs elvezetés 14

15 Az egyesített rendszerű csatornázás hátrányai kisebb lejtés miatt feliszapolódási veszély kevésbé rugalmas új terület bevonása esetén rugalmasabb szennyvíztisztítási technológia szükséges, az érkező víz minőségének változása miatt zápor esetén túlterhelődhet a szennyvíztisztító közműalagútban a nagy szelvényű gravitációs csatornák általában nem helyezhetők el kevésbé ütemezhető a beruházás, ezért nagy tőke szükséges hozzá Az elválasztott rendszerű csatornázás előnyei újabb szennyvíztermelők csatlakoztathatók a csatornák nagyobb lejtése miatt kedvezőbbek a szennyvíz lefolyásának feltételei a szennyvíztisztító telep terhelése egyenletesebb kényszeráramoltatású csatornahálózat közműalagútban elhelyezhetők több különböző műszaki megoldás lehetséges a kivitelezésre a beruházás jobban ütemezhető Az elválasztott rendszerű csatornázás hátrányai a szennyvízcsatornákat önöblítő képességük fenntartása miatt nagyobb lejtéssel kell megépíteni, öblítő akna, átemelés lehet szükséges ha a két csatornahálózatot nem egyidejűleg építik ki, előfordulhat szabálytalan fogyasztói bekötés a csapadékvíz tisztítatlanul kerül a befogadóba, ha nem épül záportározó külön e célra a két hálózat nyilvántartása, üzemeltetése, fenntartása költségesebb és munkaerőigényesebb a kényszeráramoltatással működő, átemelőkkel összekapcsolt szennyvízelvezető hálózat szakszerűbb üzemeltetése szükséges a teljes kiépítés általában nagyobb beruházási költségű 15