Vízellátás és szennyvízkezelés Dr. Török, Sándor

Átírás

1 Vízellátás és szennyvízkezelés Dr. Török, Sándor

2 Vízellátás és szennyvízkezelés Dr. Török, Sándor Publication date 2011 Szerzői jog 2011 Szent István Egyetem Copyright 2011, Szent István Egyetem. Minden jog fenntartva,

3 Tartalom Bevezetés... iv I. Vízellátás A víz tulajdonságai A víz fizikai tulajdonságai A víz kémiai tulajdonságai A víz biológiai és bakteriológiai tulajdonságai Összefoglalás A Föld vízkészlete és a víz körforgása A Föld vízkészlete A víz körforgása a természetben A vízminőségi kategóriák Összefoglalás Hazai vizeinkről A víz megjelenési formái a természetben A víz beszerzése A település teljes vízigénye Összefoglalás A vízgazdálkodással kapcsolatos jogi szabályozás Az ivóvíz fogalma és szabványa A vízvédelem szervei A vizek védelmét szolgáló jogi szabályozások II. Víztisztítás A vízkezelés alapműveletei (I.) Gáz-folyadék fázisszétválasztás Durva szűrés Ülepítés A vízkezelés alapműveletei (II.) Derítés Szűrés Fertőtlenítés A vízkezelés alapműveletei (III.) Vas- és mangántalanítás Lágyítás Arzénmentesítés Iz- és szagártalmak kiküszöbölése III. Szennyvízkezelés A fizikai (mechanikai) szennyvíztisztítás A szennyvíztisztítással kapcsolatos fogalmak Rácsok, homokfogók, olaj- és zsírfogók Ülepítők Összefoglalás A biológiai szennyvíztisztítás Természetes biológiai tisztítás A csepegtetőtestes biológiai tisztítás Az eleveniszapos biológiai tisztítás Összefoglalás A kémiai szennyvíztisztítás és iszapkezelés Kémiai tisztítás Fertőtlenítés Szennyvíziszap kezelése Összefoglalás Felhasznált irodalom... cviii iii

4 Bevezetés A bevezető gondolatok nyitásaként álljon itt egy szép irodalmi idézet: Víz! Se ízed nincs, se színed, se zamatod, nem lehet meghatározni téged, megízlelnek, anélkül, hogy megismernének. Nem szükséges vagy az életben: maga az élet vagy. (Antoine de Saint-Exupéry: A sivatag szívében) A víz szerepével, jelentőségével és élettani hatásával mindnyájan tisztában vagyunk. Víz nélkül nincs élet. Az élőlények szervezetének túlnyomó részét víz alkotja, az emberi test közel 70%-át. A víz jelentőségét és az ezzel kapcsolatos feladatokat az Európa Tanács május 6-án Strasbourgban, a 12 pontban deklarált Európai Víz Chartában határozta meg. Ebből emelek ki néhány gondolatot a teljesség igénye nélkül: a víz érték és létfontosságú környezeti elem, az édesvíz készletek nem kimeríthetetlenek, a víz szennyezése veszélyes az ember és más élőlények számára, a vízforrásokat meg kell őrizni, a vízvédelem szükségessé teszi a szakoktatás, a víz nem ismer semmiféle határokat, ezért fontos a nemzetközi együttműködés. A megállapítások időszerűségét és fontosságát alátámasztják azok az előrejelzések, miszerint Földünk lakossága a XXI. század közepére eléri a kilenc milliárdot. Ehhez járul még az a tendencia, hogy a vízigény gyorsabban nő, mint a népesség. A tananyag célja, hogy egységes szemléletet adjon a vízellátás, a víztisztítás és a szennyvízkezelés feladatairól, a kezelés hagyományos és korszerű módszereiről, valamint berendezéseiről. Ennek érdekében három fejezetre tagolódik, azonban az egyes témakörök szoros kapcsolatban állnak egymással. Általános követelmények, amelyeket a tanulmányok végén teljesíteni kell: ismertetni és alkalmazni kell tudni a vízellátással, a víztisztítással és a szennyvízkezeléssel kapcsolatos fogalmakat és összefüggéseket, ismertetni kell tudni a különböző kezelési technológiákat és azok blokk-diagramját, rajzolni kell tudni a berendezések működési ábráját és elvégezni alapvető számolási, méretezési feladatokat. A tantárgy fontos alapozó feladatot lát el a településüzemeltető, valamint a mezőgazdasági és élelmiszeripari gépészmérnök képzésben. iv

5 I. rész - Vízellátás Bevezető A fejezet célja, hogy megismerjük a vízellátással kapcsolatos legfontosabb fogalmakat. Ennek érdekében a témakör tartalma a következőket foglalja magába: a víz fizikai, kémiai és biológiai tulajdonságai, a Föld vízkészlete és a víz körforgása, a víz megjelenési formái a természetben, a víz beszerzése, a település teljes vízigénye és a vízgazdálkodással kapcsolatos jogi szabályozás. A témakörhöz kapcsolódó követelmények: ismertetni kell tudni a víz jellemzésére szolgáló fogalmakat, ismertetni kell tudni a víz körforgását a természetben, ismertetni kell tudni a vízminőségi kategóriákat, ismertetni kell tudni a víz megjelenési formái a természetben, rajzolni kell tudni a vízkivételi módokat, meg kell tudni határozni a település vízigényét és ismertetni kell tudni a vízgazdálkodással kapcsolatos jogi szabályozásokat.

6 1. fejezet - A víz tulajdonságai Bevezető Ennek a tanulási egységnek célja, hogy megismerjük a víz legfontosabb tulajdonságait, amelyek a következők: fizikai, kémiai és biológia, bakteriológiai jellemzők. Ezek a jellemzők azért kerültek a tananyag elejére, mivel ismeretükre a későbbiek során szükségünk lesz. A tanulási egység követelményei: a víz fizikai, kémiai és biológia, valamint bakteriológiai tulajdonságainak ismertetése A víz fizikai tulajdonságai Megjelenés A tiszta víz átlátszó, szagtalan, íztelen folyadék. A mindenkori hőmérséklet- és nyomásviszonyoktól függően szilárd (jég), folyékony (víz) és gáznemű (gőz) halmazállapotú lehet. Szín és zavarosság A természetes tiszta víz színe, ha a víz rétegvastagsága kicsi, színtelen, ha a vastagság nagy, halványkékes színű. A víz látszólagos színét a vízben található színes szuszpendált lebegő anyagoktól kapja. A víz tényleges színét a benne lévő oldott anyagok, a házi és az ipari szennyvizek határozzák meg. A víz zavarosságát a benne lévő szuszpendált anyagok idézik elő. Szag és íz A víz szaga és íze a benne oldott gázoktól és sóktól függ. A víz szagát és ízét befolyásolják még a vízben található tömegesen elpusztult mikroorganizmus, szerves anyag, H 2S (kénhidrogén) gáz a bomlási folyamatok során. Az oldott sók közül a kalciumszulfát (CaSO 4) fanyar, a nátriumklorid (NaCl) sós, a magnéziumszulfát (MgSO 4) kesernyés ízt ad a víznek. A vizsgálat érzékszervi úton történik. Az íz- és szaghatást befolyásolja még: a víz hőmérséklete, a gázok és oldott anyagok milyensége, a vas- és mangántartalom, az algák és egyéb növényi szervezetek, valamint az ipari szennyeződések. 2

7 A víz tulajdonságai Hőmérséklet A természetes vizek, vízkészletek hőmérsékleti viszonyai eredetük szerint különbözőek. A felszíni vizek hőmérséklete a hidrológiai és a meteorológiai viszonyoktól függően erősen ingadozó. A talajfelszín alatti ún. talajvizek hőmérsékletére a külső viszonyok már kisebb hatással vannak. A mélyebb szintek felé haladva a víz hőmérséklete egyre állandóbb, A geotermikus viszonyoktól függően előfordulhat, hogy a mélyebb rétegekben, néhány száz, esetleg m körüli mélységben magas hőmérsékletű, akár C-os vízkészletek találhatóak. Lényeges a hőmérséklet és a vizek biológiai élete közötti kapcsolat. A hőmérséklet emelkedésével a biológiai élet, a mikroorganizmusok tevékenysége megélénkül, ezért a hőmérséklet befolyásolja: viszkozitást, íz- és szaghatást, és a mikrobiológiai folyamatokat Az ivóvíz szabvány szerinti hőmérséklete: 7 12 C. Lebegőanyag-tartalom A víz lebegőanyag-tartalmát, a vízben lévő szuszpendált (szemcsés vagy pehelyszerű) anyagok okozzák. A gyakorlatban átlátszóságról és zavarosságról beszélünk. Az ivóvíz maximálisan megengedett lebegőanyagtartalma: LA max = 2 mg/l. Sűrűség A víz sűrűsége függ a hőmérséklettől és az oldott sótartalomtól. A kémiailag tiszta víz sűrűsége: ρ= 1,0 g/cm 3 = 1000 kg/m3 (4 C-on). Viszkozitás (belső súrlódás) A viszkozitás értelmezését elsőként Newton adta meg, aki feltételezte, hogy a rétegek párhuzamos és egyenletes áramlása esetén az elmozdulás irányával ellentétes irányú súrlódó erő (F) egyenesen arányos a súrlódó felületek nagyságával (A) és a sebesség-gradienssel (du/dy): Az arányossági tényező az adott gáz vagy folyadék anyagi minőségére jellemző állandó a dinamikai viszkozitás (η). A dinamikai viszkozitás SI egysége: A kinematikai viszkozitás, amely a dinamikai viszkozitás (η) és a folyadék sűrűségének (ρ) a hányadosa: A kinematikai viszkozitás SI egysége: (víz esetében 20 C-on: 10-6 m 2 /s) A víz viszkozitása 0 oc-on kétszer akkora, mint 20 C-on. A víz belső súrlódásának értéke 100-szor akkora, mint a levegőé. A viszkozitás és a sűrűség befolyásolja: az ülepítést, a derítést, a szűrést és 3

8 A víz tulajdonságai a kutak vízadó-képességét. Fényabszorpció A napfény víz általi elnyelődése (abszorpciója) a következő szempontok miatt fontos: a fotoszintézis energiatároló folyamat, amelynek során szervetlen anyagokból (CO2 és H2O) a klorofillt tartalmazó zöld növények a napfény energiájának felhasználásával szerves anyagot (glükózt) építenek fel és emellett még oxigén /O2/ is keletkezik, az egyes baktériumok és más élő szervezetek a napsugárzás hatására elpusztulnak, a víz természetes színe a fotokémiai hatásokra színtelenedik (öntisztulás folyamata). Kalorikus jellemzők A víz kalorikus jellemzői állandó értékűek: a víz fajhője 4,187 kj/kg K, a víz fagyáshője 334,94 kj/kg, a víz párolgáshője kj/kg, a jég fajhője 2,093 kj/kg K. A négy jellemző közül kettő, a víz és a jég fajhője hőmérsékletfüggő adat A víz kémiai tulajdonságai Kémiai értelemben tiszta víz a természetben nem fordul elő. A vízmolekula képlete: H2O. A víz ph értéke A ph a hidrogénion (H + ) koncentráció tízes alapú negatív logaritmusa. A kémiailag tiszta víz nem elektrolit, mégis kismértékben vezeti a villamos áramot. A vezetőképességet a vízmolekulák disszociációja útján keletkező hidrogén (H + ) és hidroxil (OH ) ionok okozzák: A kémiailag tiszta vízben a H + és a OH ionok koncentrációja egyenlő, azaz a víz semleges kémhatású: Idegen anyagok jelenléte ezt az egyensúlyt megbonthatja és H + vagy OH többlet keletkezik. Ennek megfelelően a víz savas vagy lúgos kémhatású lesz: a víz semleges kémhatású, ha a ph = 7, a víz savas kémhatású, ha a ph < 7, a víz lúgos kémhatású, ha a ph > 7, ill. ph 14. A ph értéke indikátorral határozható meg, például lakmuszpapírral. A tengervíz ph -ja 7,5.8,3 között változik. Ezeket, az értékeket részben az atmoszféra széndioxid tartalma, részben az oldott karbonátok (pl. kalcit, aragonit) állítják be. A keménység 4

9 A víz tulajdonságai A karbonát, vagy változó keménységet okozó sók forralással eltávolíthatóak, miközben kémiai összetételük megváltozik: magnézium-hidrogénkarbonát; Mg(HCO 3) 2 kalcium-hidrogénkarbonát; Ca(HCO 3) 2 A nem karbonát, vagy állandó keménységet okozó sók forralással csak igen kis mértékben távolíthatók el. Az ilyen módon kiváló só megtartja kémiai összetételét: magnéziumklorid; MgCl 2 magnéziumszulfát; MgSO 4 kalciumklorid; CaCl 2 kalciumklorid; CaSO 4 Előbbi két forma régebbi-, utóbbi kettő friss szerves szennyeződésre utal. Hatásukra a növényi szervezetek túlszaporodnak, vízvirágzás jön létre. Foszfor vegyületek Az algák számára nélkülözhetetlen, de ha túl sok van belőle akkor túlszaporodhatnak a vízi növények is, ami a későbbiekben vízminőség romláshoz vezethet. Oldott oxigéntartalom (O 2) Az oxigén gyengén oldódik a vízben, azzal nem lép reakcióba. Az oxigén koncentrációt növelheti: a légköri diffúzió, a fotoszintézis, az O 2 dús hígító víz és az oxidálószerek. Az oxigén koncentrációt csökkentheti: a szerves anyagok aerob lebomlása, az algák O 2 fogyasztása, az O 2 szegény hígító víz, és a redukáló szerek. A biológiai oxigénigény (BOI) Azt az oldott oxigénmennyiséget jelenti mg/l-ben, amely a vízben lévő szerves anyagok aerob baktériumok általi lebontásához bizonyos időtartam és hőmérséklet mellett szükséges. KOI > BOI A víz biológiai és bakteriológiai tulajdonságai A víz biológiai tulajdonságát meghatározzák a benne, nagy számban előforduló vízi szervezetek, amelyek életközösséget alkotnak. 5

10 A víz tulajdonságai Anyag és energiaforgalom szempontjából ezek a vízi szervezetek lehetnek: termelők: szervetlenből szervest állítanak elő (fotoszintézis), ide tartoznak a zöld növények; fogyasztók: az előzők által létrehozott anyagokat fogyasztják (a gombák, az állatok); lebontók: az elhalt termelő és fogyasztó szervezeteket, valamint ürülékeiket bontják le szervetlen anyagokká, ide tartoznak a baktériumok. A Coli baktériumok A Coli baktériumok az ember bélrendszeréből kerülhetnek a természetben található vízbe. A Coli baktérium a vastagbél baktérium flórájának fontos tagja, a szennyvízzel kerülhet a vízbe. Egy ember naponta átlag 200 billió Coli baktériumot ürít, ezért a szennyvízben mindig nagy mennyiségben található. Tehát ha a vízben nem is mindig találunk fertőző baktériumokat, a Coli baktériumok jelenlétéből joggal arra következtethetünk, hogy a vizet fertőzés érte. A vizsgált víz kifogásolható, ha 100 cm 3 -re vonatkoztatott Coli baktériumszám: klórozott vezetékes ivóvíz esetén 0,4 feletti, klórozatlan vezetékes ivóvíz esetén 2,0 feletti, fúrt kút esetén 4,0 feletti, ásott kút és egyéb természetes ivóvíz esetén 20,0 feletti. A vizet egészségügyi szempontból a kóli-titer alapján minősítik. A kóli-titer az a legkisebb vízmennyiség cm3- ben, amiből a Coli baktérium kitenyészthető. Minél nagyobb ez a vízmennyiség, annál tisztább a víz. A vonatkozó előírások szerint, ha 1 Coli baktérium található: 100 cm 3 vízben, a víz tiszta, 10 cm 3 vízben, a víz elég tiszta, 1 cm 3 vízben, a víz gyanús, 0,1 cm 3 vízben, a víz fertőzött, nem iható. 4. Összefoglalás A víz tulajdonságainak ismeretére szükségünk lesz a víztisztítási és szennyvízkezelési technológiák kialakítása során. Néhány példával kívánom érzékeltetni ennek jelentőségét: a víz hőmérsékletétől függ az oldott oxigéntartalom, valamint a viszkozitás, amely meghatározza például az ülepedési sebességet, a víz ph értéke erősen befolyásolja egyes technológiák hatékonyságát, a víz keménysége hatással van a gépészeti berendezések és csőhálózatok üzemeltetésére, valamint élettartamára. Önellenőrző kérdések 1. Hogyan lehet csoportosítani a víz tulajdonságait? 2. Sorolja fel a víz fizikai jellemzőit! 3. Jellemezze a víz sűrűségét és a hőmérséklettől való függését! 4. Jellemezze a víz viszkozitását! 6

11 A víz tulajdonságai 5. Mi a különbség a dinamikai- és kinematikai viszkozitás között? 6. Miért fontos a fényabszorpció a vizek szempontjából? 7. Ismertesse a víz kalorikus jellemzőit! 8. Sorolja fel a víz kémiai jellemzőit! 9. Mit értünk a ph fogalmán? 10. Hogyan változik a víz ph értéke semleges, lúgos és savas közeg esetén? 11. Mi okozza a természetes vizek keménységét? 12. Mi a különbség a változó és az állandó keménység között? 13. Mit értünk 1 német keménységi fok (nk ) alatt? 14. Jellemezze a vizek vas-, (Fe + + ), és mangán (Mn ++ ) tartalmát! 15. Melyek a nitrogén vegyületek előfordulási formái a természetes vizekben? 16. Mit eredményezhet a vizek túlzott foszfor tartalma? 17. Jellemezze a természetes vizek oldott oxigéntartalmát! 18. Ismertesse a biológiai oxigénigény (BOI) fogalmát! 19. Ismertesse a kémiai oxigénigény (KOI) fogalmát! 20. Jellemezze és csoportosítsa a vízi szervezeteket! 21. A víz fertőzését miért kötjük a Coli baktériumok jelenlétéhez? 22. Ismertesse a kóli-titer fogalmát! 7

12 2. fejezet - A Föld vízkészlete és a víz körforgása Bevezető Ennek a tanulási egységnek célja, hogy megismerjük a Föld vízkészletét és a víz körforgását a természetben. Annak ellenére, hogy Földünk felszínének több mint 2/3-át víz borítja, az édesvíz készlet 3% alatt van. Az ivóvíz olyan fogyatkozó természeti kincs, hogy a jövő háborúit vélhetően ennek megszerzéséért fogják majd vívni. A tanulási egység követelményei: ismertetni kell tudni a Föld vízkészletét és annak megoszlását, ismertetni kell tudni a víz körforgását a természetben és jellemezni kell tudni a vízminőségi kategóriákat A Föld vízkészlete A vízkészlet a tér meghatározott részében, adott időpontban található vízmennyiség (m 3 ). A vízkészlet dinamikus jellemző, amely időben és hely szerint változó. A Föld felszíne 510 millió km 2 és 70,84 % -át borítja víz. A Földön a víz igen nagy mennyiségben van jelen. Ha egyenletesen volna elosztva, a Föld felszínén mintegy 2700 méter vastag burkot lehetne belőle képezni. Ebből úgy tűnhet, hogy a vízkészletek kimeríthetetlenek, holott valójában a Föld ivóvíz- és iparivíz-készletei végesek. A Föld vízkészletének jelentős része, mintegy 97%-a a tengerekben és óceánokban van jelen, amely magas sótartalma (35 g só / 1 dm 3 tengervíz) miatt közvetlenül nem alkalmas sem ivóvíz-, sem iparivíz-felhasználásra, még mezőgazdasági célokra sem (Kerekes, 1998). A fennmaradó ~ 3% ugyan édesvíz, amelynek azonban nagy része jég formájában található meg. Közvetlen ivóvíz-kitermelésre a Földön föllelhető összes víznek alig 0,307%-a alkalmas, és ebben a mennyiségben már benne vannak a kitermelhető felszíni vizek, a folyók, a tavak édesvizei, de még a felső rétegvizek is. A Föld vízkészletét az 1. táblázat és az 1. ábra mutatja be részletesen. A lakosság életmódjának nagymértékű változása magával hozta a vízigény gyors ütemű növekedését is. A vízigény gyorsabban nő, mint a népesség: a Föld lakosságának egynegyede nem jut egészséges ivóvízhez. Az embernek naponta átlagban 1,2-1,5 dm 3 vízre van szüksége a szervezetében lezajló anyagcserefolyamatokhoz. Természetesen ennél lényegesen nagyobb a napi vízfogyasztás, amely jelenleg egy városi embernél l dm 3 vizet tesz ki. 1. táblázat: A Föld vízkészlete. Forrás: Kerekes,

13 A Föld vízkészlete és a víz körforgása 1. ábra: A Föld vízkészletének megoszlása (forrás: Kerekes, 1998) A víz állandó körforgásban van a természetben: ~ 11 nap az átlagos tartózkodási idő az atmoszférában. A 2. ábra ezt az állandó körforgást kívánja adatokkal szemléltetni. Egyúttal a következő tanulási egységet is felvezeti. 9

14 A Föld vízkészlete és a víz körforgása 2. ábra: A víz körforgásának blokk-diagramja A víz körforgása a természetben Hidrológiai ciklus A hidrológiai ciklust a víz különböző formáinak ciklikus mozgásaként definiáljuk a Föld három fő víztározója, az atmoszféra, litoszféra és a hidroszféra között. 3. ábra: Hidrológiai körfolyamat (forrás: ga.water.usgs.gov) 10

15 A Föld vízkészlete és a víz körforgása A víz háromféle halmazállapotban fordul elő (láthattuk az 1. fejezetben): szilárd jég, folyékony víz és gáz halmazállapotú vízgőz formájában. A víz állandó körforgása a különböző halmazállapotokban lévő víz eltérő mozgás-sajátságain alapszik. A körforgását lehetővé tevő halmazállapot-változásokhoz döntően a napsugárzás szolgáltatja az energiát. Elsősorban a folyékony-gáznemű halmazállapot-változás a fontos, mivel a jég formájában tárolódó víz hosszabb-rövidebb időre kiesik a forgalomból (Zseni-Bulla, 2002). A körforgás részeit a 4. ábra mutatja. 4. ábra: A víz természetes körforgása (forrás: Zseni-Bulla, 2002) P o = óceáni párolgás, C o = óceáni csapadék, C k = szárazföldi csapadék, P k = a szárazföldek teljes párolgása (P k = P v + P e + P t), P v = szabad vízfelszín (tavak, folyók) párolgása, P e = talajpárolgás (evaporáció), P t = a növényzet párolgása (transpiráció), L 1 = felszíni lefolyás, L 2 = felszín alatti lefolyás. A Föld egészének a vízháztartása kiegyenlített. Az összes csapadékmennyiség és az összes elpárolgás mennyisége globálisan egyenlő (láthattuk a 2. ábrán). Ez azt is kifejezi, hogy a Föld vízkészletét hosszabb időszakon át állandónak tekintjük. Az egyensúly azonban csak globálisan érvényes. Ahol az éves párolgás mértéke meghaladja az éves csapadék mennyiségét, ott negatív vízháztartású - vízhiányos - a terület (pl. sivatagok, félsivatagok, de hazánk alföldi részein is előfordul). A pozitív vízháztartású területeken az éves csapadék meghaladja az éves párolgást. A párolgás (P) és a csapadék (C) mennyisége az óceánok és szárazföldek esetében eltérő, a kettő különbségét a lefolyás (L) egyenlíti ki. Természetesen a lefolyás nem jellemzi a szárazföldek egészét. A szárazföldek egyötöde (mintegy 30 millió km 2 ) belső lefolyású terület, azaz a csapadékból származó víz úgy párolog el, hogy közben nem alakul ki az óceánokat elérő lefolyás A vízminőségi kategóriák A vízminőségi osztályok jellemzése (MSZ 12749: 1993) I. osztály: kiváló víz Mesterséges szennyezőanyagoktól mentes, tiszta, természetes állapotú víz. Kevés benne az oldottanyagtartalom, közel teljes az oxigéntelítettség, csekély a tápanyagterhelés, szennyvízbaktérium nincs benne. II. osztály: jó víz Külső szennyezőanyagokkal és biológiailag hasznosítható tápanyagokkal kicsit terhelt víz. A vízi szervezetek fajgazdagsága nagy, egyedszáma kicsi. A víz természetes szagú és színű. Nagyon kevés benne a szennyvízbaktérium. 11

16 A Föld vízkészlete és a víz körforgása III. osztály: tűrhető víz Mérsékelten szennyezett, amelyben a szerves és szervetlen anyagok, valamint a biológiailag hasznosítható tápanyagterhelés eutrofizációt okozhat. Van benne szennyvízbaktérium. Az oxigénháztartás jellemzőinek évszakos és napszakos ingadozása figyelhető meg. Az életközösségben a fajok számának csökkenése és más fajok tömeges elszaporodása vízszennyeződést okozhat. Esetenként szennyezésre utaló szag és szín is előfordulhat. IV. osztály: szennyezett víz Külső eredetű szerves és szervetlen anyagokkal, szennyvizekkel terhelt, biológiai tápanyagokban gazdag víz. Az oxigénháztartás jellemzői tág határok közt változnak, lehet anaerob állapot is. Nagy baktériumszám (szennyvízbaktériumok) jellemző és az egysejtűek tömeges előfordulása. A víz zavaros és jelentkezhet vízvirágzás is. A káros anyagok koncentrációja elérheti a krónikus toxicitás értékét is. Ez a vízminőség kedvezőtlenül hat a magasabb rendű vízi növényekre és a soksejtű állatokra. V. osztály: erősen szennyezett víz Különböző eredetű szerves és szervetlen anyagokkal, valamint szennyvizekkel erősen terhelt, esetenként toxikus víz. Szennyvízbaktérium-tartalma közelít a nyers szennyvizéhez. A biológiailag káros anyagok és az oxigénhiány korlátozzák az életfeltételeket. Zavaros, nem átlátszó. Káros anyag koncentrációja nagy. A vízi életre nézve krónikus, toxikus szintet is elérhet. A biológiai vízminősítés négy tulajdonság csoportja: halobitás: A víz biológiai szempontból fontos, szervetlen kémiai tulajdonságainak összessége (összes sótartalom, ph, vezetőképesség, ionösszetétel). A környezet adottsága; trofitás: Az ökoszisztéma elsődleges szervesanyag termelője. Feltételei: a fény, a szervetlen növényi tápanyag, a klorofil tartalmú növényi szervezetek Jellemzésére szolgál az összes algaszám, P- és N-formák, klorofiltartalom; szaprobitás: A vízi ökoszisztéma szervesanyag-lebontóképessége. A trofitással szemben hat, energiaveszteséggel jár. Feltételei: a lebontásra képes szerves anyagok és a baktériumtömeg; toxicitás: A víznek a mérgező voltát fejezi ki. Szerves- ill. szervetlen mérgező anyagok jelenléte jellemzi. Mérgezőanyag nemcsak külső forrásból származhat, hanem a vízben lévő anyag (pl. ammónia, kénhidrogén, kékalgák toxinjai) is lehet. 4. Összefoglalás A víz a természetben körforgásban van, amit a Nap sugárzó energiája tart fenn, amely a vizet elpárologtatja, ami csapadék formájában később újra a felszínre jut. A hidrológiai ciklus során a víz állandó körforgásban van az atmoszféra, a litoszféra és a hidroszféra között. A Föld mérések és megfigyelések számára közvetlenül észlelhető részét ún. szféráknak nevezzük: az atmoszféra (légkör) a Föld össztömegének elhanyagolható része: 0,0001 %-a, a hidroszféra a tengerek, óceánok, folyók térsége, a Föld tömegének 0,03 %-át képviselik, a litoszféra (kőzetöv) a szilárd felső réteg mintegy km vastagságú része. Ma megfigyelhető a felső 16 km-es réteg. Önellenőrző kérdések 1. Mutassa be a Föld vízkészletét néhány adat segítségével! 12

17 A Föld vízkészlete és a víz körforgása 2. Mit értünk hidrológiai ciklus alatt? 3. Ismertesse az atmoszféra, a litoszféra és a hidroszféra fogalmát! 4. Ismertesse a víz körforgását a természetben! 5. Milyen elemekből tevődik össze a szárazföldek teljes párolgása? 6. Mit értünk negatív- és pozitív vízháztartású területeken? 7. Sorolja fel és jellemezze a vízminőségi kategóriákat! 8. Ismertesse a halobitás fogalmát! 9. Ismertesse a trofitás fogalmát! 10. Ismertesse a szaprobitás fogalmát! 11. Ismertesse a toxicitás fogalmát! 13

18 3. fejezet - Hazai vizeinkről Bevezető Ennek a tanulási egységnek célja, hogy megismerjük: a víz megjelenési formáit a természetben, a víz beszerzését (vízkivételt) és a település teljes vízigényét. A tanulási egység követelményei: ismertetni kell tudni a víz megjelenési formáit a természetben, rajzolni kell tudni a vízkivételi módokat és meg kell tudni határozni a település vízigényét A víz megjelenési formái a természetben Légköri vizek: csapadék és vízpára. Felszíni vizek: vízfolyások (folyók, patakok, erek), állóvizek (beltengerek, tavak, mocsarak), tengerek és óceánok. Felszín alatti vizek: talajnedvesség (felső rétegben), talajvíz (első vízzáró réteg felett), parti szűrésű víz (a talajvíz egy vízfolyással hidraulikus kapcsolatban van, utánpótlása több mint 50%-ban a vízfolyásból származik), rétegvíz (vízzáró rétegek között), nem karsztosodott kőzetek hasadékvizei és nem karsztosodott kőzetek hasadékvizei és Az állóvizeink felszíne 1000 km 2, az ország területének 1,1%-a. A három legnagyobb természetes tó közül: a Balaton 596 km 2, a Velencei tó 26 km 2 és a Fertő tó felülete 280 km2 (ebből 82 km 2 esik Magyarországra). 14

19 Hazai vizeinkről A mesterséges állóvizek (tározók) közül a Tisza tónak nevezett Kiskörei tározó felülete 127 km 2. A mintegy 1200 db természetes és mesterséges tó felülete 180 km 2. A felszíni vizek jellemzése: a nem ivóvíz minőségű frissvíz használat 80%-ban felszíni víz, a kisebb minőségi igényű vízhasználatok céljára könnyebben hozzáférhetők, a vízkivétel olcsóbban oldható meg, periodikus vízminőség változás és folyamatosan változó vízhőmérséklet. A nagy vízfolyásaink Duna, Tisza, Dráva minőségét a felvízi országok határozzák meg (95 % vízhozam külföldről érkezik). A felszín alatti vízkészlet jellemzése: stabil, lassan változó vízminőség, stabil hőmérséklet és több éves igénybevétel esetén változhat a vízminőség. A talajvizek részesedése az ivóvízellátásban ma már nem nevezhető jelentősnek. Ennek az oka, hogy a szennyezőanyagok, valamint a növénytermesztésben alkalmazott műtrágyák egy része eljutott a talajvízbe. Az ország nagy területén a rendelkezésre álló talajvizek a vezetékes ivóvízellátásba csak költséges vízkezelési technológiák alkalmazását követően vonhatók be. A lakosság vízellátásában több mint 40%-kal részesednek partiszűrésű vizeink. Partiszűrésű vízbázisaink a Duna, a Dráva a Rába és a Hernád mentén találhatók. Meg kell azonban jegyezni, hogy a nem szerencsés mederviszonyok következtében egyes partiszűrésű vízbázisaink vizében határértéket lényegesen meghaladó mennyiségű vas, mangán és ammónium ion fordul elő. Kezelésre szoruló partiszűrésű vizeink esetében azonban elegendő a hagyományos vas- és mangántalanítási technológiákat alkalmazni. Jelenleg nincs szükség ózonos és aktívszenes vízkezelési technológiákra. Magyarország területének nagy részén a mélységi vizek - ha nem is mindig elegendő mennyiségben és megfelelő minőségben megtalálhatók. Elsősorban ez indokolja, hogy részesedésük a lakosság ivóvízellátásában meghaladja a 40%-ot. A rétegvizek széleskörű felhasználását az is indokolja, hogy a védett víztartókból kitermelt víz utánpótlása lassú folyamat, ezért jelenleg felszíni eredetű szennyezés a vízben nem található. Néhány komponens koncentrációja azonban - annak ellenére, hogy természetes eredetű - meghaladja az ivóvízszabvány határértékeit. Így vízkezelési technológia alkalmazása szükséges annak érdekében, hogy a kitermelt víz ivóvízként felhasználható legyen. A Mecsek, a Dunántúli Középhegység, az Aggteleki Karszt és a Bükk karsztvíz tartóiban található karsztvíz egy részét rendszeresen felhasználjuk a lakossági ivóvízellátásban (10-12%). Karsztvizeink minősége az esetek többségében az ivóvízellátás céljaira megfelel, a fertőtlenítésen kívül egyéb vízkezelési technológia alkalmazása nem szükséges. A karsztvíztartók vízgyűjtő területén azonban nem mindenütt fordítanak megfelelő figyelmet a vízbázisvédelemre, és ennek következtében fennáll a vízkészletek elszennyeződésének veszélye. A Balatonfelvidéken egyes karsztvíz tartókban a nitrát ionok koncentrációja meghaladja a hazai ivóvízszabványban rögzített határértéket. A felszín alatti vizek minőségének rendszeres észlelése a 80-as évek közepétől kezdődött. 15

20 Hazai vizeinkről A víz beszerzése A vízbeszerzés felszíni és felszín alatti vízkészletekből egyaránt biztosítható. Napjainkban mindkét egymással egyébként is összefüggő vízbázisra a fokozatos elszennyeződés jellemző. Felszíni víz tóból, mélyebb tározóból (5. ábra) vagy folyóból, szívóaknával és vezetékkel (6. ábra), illetve közvetlenül a vízfolyásba épített, nagyobb vízkivételi művel termelhető ki. 5. ábra: Vízkivétel tóból 6. ábra: Vízkivétel folyóból Felszín alatti víz a vízadó réteg sajátossága és a vízmennyiség függvényében sokféleképp termelhető ki. Ásott kút csak felszínközeli talajvízből, kis vízmennyiség termelésére alkalmazható: az ásott kút 0,5-5 m 3 /d vízigény kielégítésére alkalmas, vele a terepszint alatt 12 m mélységen belül lévő vízadó réteg csapolható meg, általában a fenéken keresztül, a talajtörés ellen 6-16 mm-es vegyes szemcséjű kavicsréteg védi a fenekét (30 50 cm vastagságban), a kút belső átmérője 0,8-1,5 m, a kútgyűrűket egymásra telepítve, saját súlyukat felhasználva süllyesztik. A talajvíz ivóvíz céljára általában nem hasznosítható a jelentékeny nitrát- és nitrit szennyezettség miatt. Ezek a vízbázisok öntözésre és alárendeltebb vízhasználatra valók. A csőkutak a vízszerzés leggyakoribb eszközei: felszínközeli talajvíz, parti szűrésű víz (7. ábra) és 16

21 Hazai vizeinkről rétegvizek kitermelésére egyaránt alkalmasak. Vízadó képességük a hidrogeológiai viszonyoknak és a kútszerkezetnek megfelelően széles határok között változhat. A csőkút fúrt kút. Építésekor béléscsövet hajtanak le, aminek védelmében beépíthető a szűrőcső és a szűrőkavics réteg, miközben a béléscsövet visszahúzzák. 7. ábra: Parti szűrésű csőkút A mélyfúrású kút (8. ábra) a fúrt kutak másik típusa. A mélységi vizek (mélyebben elhelyezkedő rétegvizek) kitermelésére alkalmas (több 100 m is lehet): mélyfúrású kutak építése hazánkban igen gyakori, mert m közötti mélységben már rendszerint lehet alkalmas vizet találni, a kutak vízhozama tág határok között mozoghat: l/min, ha a nyugalmi vízszint a térszint alatt 6-7 m-nél mélyebb, a vizet búvárszivattyúval emeljük ki. Az artézi víz a rétegvíz egyik jellegzetes típusa. A rétegvíz a medenceszerűen elhelyezkedő víztartó rétegekből a ránehezedő nyomás miatt a felszín felé igyekezne. Ha egy ilyen helyen átfúrják a vízzáró réteget, akkor a rétegvíz az artézi kútban a felszínre emelkedik. Az artézi kút működését bemutató animációs felvétel az alábbi internetcímről érhető el: 17

22 Hazai vizeinkről 8. ábra: Mélyfúrású kút A csápos kutak a parti szűrésű vízszerzés jellegzetes műtárgyai. A parti szűrésű vízkivétel a nagyobb folyókat kísérő árvédelmi töltéseken belül-, vagy a mentett oldalon a védtöltések közelében történik. Két fő része van az akna és a csápok: Az akna: vízzáró akna, amelyet rendszerint úgy süllyesztenek le. Nagy az átmérője és kettős a funkciója. Az építés során munkatérként szolgál, abból történik a csápok kihajtása, üzemeléskor pedig víztározóként funkciónál. A csápok: vízszintes szűrőcsövek, amelyek hossza m. A csápok kihajtása kétsorban történik, minden sorban általában 5-5 csápot helyeznek el. Két fajta csápos kutat különböztetünk meg: a normál csápos kút vasbetonból készül (9. ábra), 5 m átmérőjű és napi m 3 vizet ad; a törpe csápos kút acélból készül d=2,2 m átmérővel, kapacitása pedig m 3 /nap. A partiszűrésű csápos kút animációs felvétele az alábbi internetcímről érhető el: A víztermelő létesítmények meghatározóan fontos eleme a szivattyú. A csőkutakban a búvárszivattyúk használata általános. Egyéb vízbeszerzéseknél a függőleges- vagy vízszintes tengelyű centrifugál szivattyúkat alkalmazzák. Centrifugál szivattyú működését bemutató animáció az alábbi internetcímről érhető el: 18

23 Hazai vizeinkről 9. ábra: Csápos kút A település teljes vízigénye Egy település teljes vízigénye a következő részekből tevődhet össze: lakosság vízigénye, ipar vízigénye, mezőgazdaság vízigénye, közületi fogyasztók vízigénye, tűzoltás vízigénye, közterület fenntartás vízigénye és szolgáltatási veszteségek. A lakosság vízigényének meghatározása Az ellátottság színvonala alapján a lakossági ellátás négy szintje különböztethető meg: közkifolyós módon ellátott fogyasztó, aki a csőhálózatra szerelt közkifolyós vízvételi helytől, közúton mérve, legfeljebb 150 m távolságra lakik, félkomfortos módon ellátott az a fogyasztó, akinek ingatlanán egy csapolóhely van, komfortos módon ellátott az a fogyasztó, akinek lakásán több csapolóhely (fürdőszoba, WC, stb.) van, összkomfortos módon ellátott fogyasztó az, aki a vízellátáson kívül egyéb rendszeres kommunális szolgáltatásban részesül (melegvíz, központi fűtés, gázellátás, stb.). A vízigényeket a fogyasztási körzetekre a lakosság száma és az éves átlagos fajlagos vízigények alapján a komfortfokozat ismeretében határozzuk meg. Ehhez általában az MSZ /1-84. sz. ágazati szabványban rögzített háztartások éves átlagos fajlagos vízigényeinek irányszámait használjuk fel: félkomfortos lakóépületek l/fő.d, komfortos lakóépületek l/fő.d, 19

24 Hazai vizeinkről összkomfortos lakóépületek l/fő.d. Tekintettel arra, hogy itt intervallumok vannak megadva, célszerű a konkrét számításnál figyelembe veendő fajlagos értéket a jelenlegi illetve leendő üzemeltetővel egyeztetni. Tekintettel arra, hogy a lakosság vízfogyasztása időben változó, a különböző időhorizontokra jellemző vízigényeket határozunk meg: Átlagos napi vízigény ahol: n - a fogyasztási körzetek száma, N i - az ellátott fogyasztói egység mennyisége, q i - az átlagos fajlagos vízigény az i-edik fogyasztási körzetben [liter/fő/nap]. Legnagyobb napi vízigény ahol: β i - évszakos egyenlőtlenségi tényező (1,2 3,0). A település jellegétől függ. Legkisebb napi vízigény A legkisebb napi vízigényt a szabvány nem említi, de ismerete a tervezés során sok esetben szükséges. Az ipar vízigénye Az ipari termelés vízigényeinek biztosítására elsősorban az ipari vízellátás hivatott. Jelentőségének és fontosságának hangsúlyozása nem választható el az alapvető ténytől, hogy az ipari víz elnevezés nem vízminőséget, hanem vízhasználati célt határoz meg. A mezőgazdaság vízigénye A mezőgazdaság az iparhoz hasonlóan kétféle vízigénnyel jelentkezik, technológiai és szociális vízigénnyel. A technológiai vízigény bizonyos esetekben lehet ivóvíz-minőségű (pl. állattartó telepek) melyet a közüzemi hálózatról lehet biztosítani. Ilyen esetekben a mezőgazdasági üzem szakértőivel kell konzultálni a technológiai vízigényt illetően. A szociális vízigény megállapítása itt is a lakossági vízigényekhez hasonlóan történik. A tűzoltás vízigénye Az Országos Tűzvédelmi Szabályzat szerint (45 (8) pont): "A lakótelep és a létesítmény közös vízellátási rendszere esetén a vízvezetéki hálózatot úgy kell méretezni, hogy az a településen a kommunális átlagos, a létesítménynél pedig a technológiai víz mellett a meghatározott oltóvíz mennyiséget egyidejűleg biztosítsa." Különösen kis települések esetén a hivatkozott szabályzat rendelkezései alapján meghatározott vízigény adja a mértékadó terhelést. 4. Összefoglalás Ebben a tanulási egységben megismertük: a víz megjelenési formáit a természetben, a víz beszerzését (vízkivételt) és 20

25 Hazai vizeinkről a település teljes vízigényét. A felszín alatti vízkészlet az ország vízellátása szempontjából meghatározó, mivel a lakosság vízellátását több mint 90%-ban a felszín alatti vízkészletekből oldják meg. Ide soroljuk a parti szűrésű vizeket is, annak ellenére, hogy ennél a vízkivételi módnál a felszíni víz a meghatározó. Önellenőrző kérdések 1. Hogyan csoportosíthatók a víz megjelenési formái a természetben? 2. Sorolja fel és jellemezze a felszíni vizeket! 3. Sorolja fel és jellemezze a felszín alatti vizeket! 4. Ismertesse a víz beszerzési (vízkivételi) módokat! 5. Hazánkban melyek a meghatározó víz beszerzési módok? 6. Mit értünk parti szűrésű vízkivételen? 7. Mit értünk a csápos kút fogalmán? 8. Milyen különbség van a normál és a törpe csápos kút között? 9. Rajzoljon le egy tóból történő vízkivételi lehetőséget! 10. Rajzoljon le egy folyóból történő vízkivételi lehetőséget! 11. Rajzoljon le egy csőkutat! 12. Rajzoljon le egy mélyfúrású kutat! 13. Rajzoljon le egy csápos kutat! 14. Milyen elemekből tevődik össze a település teljes vízigénye? 15. Mi határozza meg alapvetően a lakosság vízigényét? 16. Hogyan határozható meg az átlagos napi vízigény? 17. Hogyan határozható meg a legnagyobb napi vízigény? 18. Hogyan határozható meg a legkisebb napi vízigény? 21

26 4. fejezet - A vízgazdálkodással kapcsolatos jogi szabályozás Bevezető Ennek a tanulási egységnek célja, hogy megismerjük: az ivóvíz fogalmát és annak szabványát, a vízvédelem szerveit és a vizek védelmét szolgáló jogi szabályozásokat. A tanulási egység követelményei: ismertetni kell tudni az ivóvíz fogalmát, az ivóvíz szabvány szerkezeti felépítését, a vízvédelem szerveit és a vizek védelmét szolgáló jogi szabályozásokat Az ivóvíz fogalma és szabványa Az ivóvíz fogalma Azt a vizet, amely megfelel az aktuális ivóvíz szabvány követelményeinek, ivóvíznek nevezhetjük. Hazánkban a vezetékes ivóvízzel való ellátottság dinamikusan nőtt az elmúlt évtizedekben ben még csak a települések 84,1%-a volt ellátva vezetékes ivóvízzel, ma már ez az arány közel teljes körű 99,9 % ben a lakások 86,4%-a, 2004-ben már 93,7 %-a volt bekapcsolva a vízvezeték hálózatba. A lakosság vízellátási komfortjában jelentős különbségek vannak. A lakásbekötéses színvonalú ellátás mellett ma még a lakosság egy része az alacsonyabb komfortot jelentő udvari csapolóhelyekről és utcai közkifolyókról hordott vízzel elégíti ki ivóvízszükségletét. A lakások 4,5-5 %-a a hálózatra kötött közkutas ellátásból nyeri a vizet. Ezt is beszámítva a háztartások több mint 98 %-a vezetékes ivóvízzel ellátott. A háztartások maradék kb. 2 %-a a településektől távolabb, talajvízre telepített kútjából látja el magát (ÖKO Zrt., 2005). Az ivóvízzel szembeni elvárások Legyen: színtelen, szagtalan, kellemes ízű, hőmérséklete: 7 12 C, keménysége: 5 15 nk, oxigénfogyasztása: < 1,5 mg/dm 3. Ne tartalmazzon: kórokozó mikroorganizmusokat, 22

27 A vízgazdálkodással kapcsolatos jogi szabályozás mérgező anyagokat, lebegőanyagot, vagy egyéb zavarosságot okozó anyagot, kellemetlen szagot vagy ízt okozó anyagot. Az ivóvizek minőségével kapcsolatos szabályozások a különböző ajánlásokon, illetve szabványokon keresztül történnek. Mint ahogy a nevükben is szerepel: az ajánlás nem kötelező érvényű, a szabvány azonban kötelező érvényű szabályozási eszköz. A WHO (World Health Organization Egészségügyi Világszervezet) ajánlásai azonban nagy befolyással vannak az egyes szabványokban meghatározott határértékekre, így ezek az ajánlások végeredményben beépülnek az egyes szabványokba. Kiterjedés szerint három csoportba sorolhatjuk a szabályozásokat: globális (világméretű); pl.: WHO Guidelines (Az Egézségügyi Világszervezet ajánlásai) regionális; pl.: EU Direktívák (Szabvány) országos szabványok Az ivóvíz minőségére vonatkozó szabványok az egyes komponensek maximálisan megengedhető koncentrációit (MAC érték) határozzák meg. A 70-es és a 80-as években a hazai ivóvízszabvány (MSZ , MSZ ) kialakításakor a WHO irányelveit vették figyelembe. Az EU csatlakozáshoz való felkészülés miatt azonban a 90-es évek második felétől már az EU Direktívák váltak irányadóvá. Az ivóvíz minőségére vonatkozó előírásokat jelenleg a 201/2001. (X. 25.) sz. Kormányrendelet szabályozza, amely októberében lépett életbe. Ezt módosította: a 47/2005. sz. Korm. Rendelet és a 65/2009. sz. Korm. Rendelet. A módosítások csak a települések besorolását érintették. Az EU Direktívák átvétele jelentős változást okozott a hazai ivóvízszabvány teljesíthetőségében, mivel számos komponens tekintetében a 201/2001-es Kormányrendelet jóval szigorúbb határértéket ír elő, mint az azt megelőző MSZ 445. Számos települést érint, és különös problémát jelent ez az arzén, az ammónium ion, a vas- és a mangán tekintetében. Arzén: Régi határérték: 50 µg/l (MSz 445, 1989), Új határérték: 10 µg/l (201/2001 sz. Korm. rendelet, 2001), Közel 400 település, megközelítően lakos. Ammónium ion Sajátos magyar szabályozás: a határérték víztípustól függött (MSz 445): Talajvíz - 0,2 mg/l Karsztvíz - 0,5 mg/l Tisztított felszíni víz - 0,5 mg/l Mélységi víz - 2,0 mg/l Jelenlegi határérték: 0,5 mg/l (201/2001 sz. Korm. rendelet, 2001), Közel 800 település, megközelítően lakos. Vas- és mangán 23

28 A vízgazdálkodással kapcsolatos jogi szabályozás Korábbi határértékek: Vas - 0,2 mg/l Mangán - 0,1 mg/l Cseppfolyós határérték - Fe+Mn 0,3 mg/l Jelenleg érvényes határértékek: Vas 0,2 mg/l Mangán - 0,05 mg/l Ivóvíz szabvány Az Európai Unióhoz való csatlakozás előtt más területekhez hasonlóan az ivóvíz minőségi követelményrendszerének a területén is jelentős jogharmonizáció kezdődött el. A jogharmonizációt követően megjelent jogszabályok, rendeletek egy része, a bevezetést követő rövid gyakorlati alkalmazás után módosításra került (ivóvíz- szennyvíz területen egyaránt). Az Európai Unió először 1980-ban adott ki az ivóvíz minőségének a szabályozására vonatkozó direktívát, amit meglehetősen sok kritika ért a tagországok részéről. Ezt a direktívát 1998 novemberében módosították és a helyébe lépő 98/83/EC-as direktíva az, amit a magyar jogalkotók is figyelembe vettek a 201/2001.(X.25.) Korm. rendelet elkészítésekor. MSZ 450-1:1989 Ivóvízminősítés fizikai és kémiai vizsgálat alapján; MSZ 450-2:1991 Ivóvízminősítés mikroszkópos biológiai vizsgálat alapján; MSZ 450-3:1991 Ivóvízminősítés mikrobiológiai vizsgálat alapján. Ezek a szabványok a Kormányrendelet hatálybalépésével hatályukat vesztették. A következő táblázatok szemléltetik a határérték változásokat, egymás mellett feltüntetve az MSZ 450-es, a 98/83 EK és a 201/2001.(X.25.) Korm. rendelet határértékeit. 2. táblázat: Ivóvíz szabvány "A" táblázata. Forrás: 3. táblázat: Ivóvíz szabvány "B" táblázata. Forrás: 24

29 A vízgazdálkodással kapcsolatos jogi szabályozás A pirossal szedett határértékek szigorúbbak, mint a korábbi szabályozás határértékei. A kékkel szedett határértékek az MSZ 450-1:1989 szabványban szigorúbbak. *A sárga mezőben szereplő vízminőségi jellemzőket a 98/83/EK direktíva nem tartalmazza! A Kormányrendelet táblázatokba csoportosítja a vízminőségi jellemzőket. (A, B, C, D, E, F) Az A és B táblázat a kötelezően betartandó, az un. elsődleges paramétereket tartalmazza. Az ezekre vonatkozó 25

30 A vízgazdálkodással kapcsolatos jogi szabályozás határértékek betartása kötelező, ez alól felmentés nem adható. Ha az ivóvíz az A vagy a B táblázatban lévő paraméterek határértékeit lépi túl, akkor KIFOGÁSOLT, ivóvízként nem használható. A "C" táblázatban az úgynevezett indikátor (szennyezésjelző) paraméterek szerepelnek. Az elnevezés arra utal, hogy ezeknek a paramétereknek elsősorban ellenőrzési szerepük van, esetükben a határérték túllépése nem jelent közvetlen közegészségügyi veszélyt. A D táblázat a karszt-, talaj- és a partiszűrésű vízbázisra vonatkozik. Az E táblázat a biológiai vízminőségi jellemzőket részletezi. Az F táblázat sorolja fel az ideiglenes határértékeket. Hogyan állapítják meg a határértékeket a szakemberek? Az ivóvízben található, potenciálisan rákkeltő anyagok esetében a határértéket úgy állapítják meg a szakemberek, hogy a víz egész életen keresztül (70 évig, napi 2 liter mennyiségben) történő fogyasztása legfeljebb százezer fogyasztó közül egy esetében jelentsen megnövekedett rákbetegség-kockázatot. A határértékek túllépése tehát a betegségek kialakulásának nagyobb kockázatát jelenti, és semmiképpen sem azt, hogy biztosan kialakulnak ezek a betegségek A vízvédelem szervei A vízgazdálkodással kapcsolatos feladatok legnagyobb része a Környezetvédelmi és Vízügyi Minisztérium hatáskörébe tartozik: a kormányzati vízgazdálkodási koncepció végrehajtásának megszervezése, a kizárólagos állami tulajdonban lévő vizek és vízi létesítmények fejlesztése és üzemeltetése, a vízkárelhárítás terén szükséges hatósági és műszaki szabályozási tevékenységek ellátása, a felszíni és felszín alatti vizek mennyiségi és minőségi védelmének szabályozási és ellenőrzési feladatai. A közegészségügyi követelmények meghatározása és betartásuk ellenőrzése az Egészségügyi Minisztérium hatásköre. A Belügyminisztériumhoz tartozik egyrészt az önkormányzati feladatok koordinálása, másrészt a vízkár-elhárítási tevékenységek irányítása, illetve a belterületi vízrendezés és védekezés. A területi szervek a vízgyűjtők szerint szerveződött Vízügyi Igazgatóságok (VIZIG-ek), amelyek országos irányítását és koordinációját az Országos Vízügyi Főigazgatóság látja el. A vízügyi igazgatóságok rendszere területileg tehát nem illeszkedik a közigazgatási egységekhez. A vízminőséggel kapcsolatos feladatok a Környezetvédelmi Felügyelőségek hatáskörébe tartoznak (a területi szervek közül az ÁNTSZ-ek a meghatározóak). A települések hatáskörébe tartozó vízgazdálkodási feladatok a képviselő testület, a polgármester és a jegyző irányítása alá tartoznak. A Vízgazdálkodási Tudományos Kutató Részvénytársaság (VITUKI Rt) végzi a magyar vízgazdálkodással összefüggő kutatások zömét. Szervezetébe tartozik a Hidrológia Intézet, Hidraulikai Intézet, Vízminőségvédelmi Intézet, valamint az Országos Vízjelző Szolgálat. Vízgazdálkodási Törvény A vízgazdálkodással kapcsolatos alapvető szabályokat a vízgazdálkodásról szóló évi LVII. törvény tartalmazza (módosítása a évi LXXI. törvényben történt). A törvény rögzíti az állam és a helyi önkormányzatok feladatait, a tulajdonra és a tulajdon működtetésére vonatkozó rendelkezéseket, köztük az üzemeltető szervezetekre, a víziközművek használatba adására, a koncessziós pályázatokra vonatkozó előírásokat. A víziközművek tevékenységi körébe a vízellátás, szennyvízelvezetés, -elhelyezés és -tisztítás, egyesített rendszer esetén a csapadékvíz elvezetése tartozik, amelyek mind közüzemi tevékenységek. A víziközművek működtetői az ivóvízellátás és szennyvízelvezetés szolgáltatására szerződést kötnek a fogyasztóval. A 26

31 A vízgazdálkodással kapcsolatos jogi szabályozás víziközműves közüzemi tevékenység igénybevételéért díjat kell fizetni, a díjfizetés elmulasztása azonban a törvény szerint nem járhat a szolgáltatás olyan mértékű korlátozásával, amely veszélyeztetné a létfenntartást vagy az emberi egészséget. A törvény rendelkezik a vizek kártétele elleni védelemről és védekezésről, a vízügyi hatósági jogkörről, valamint a vízgazdálkodási társulatok megalakításáról, működtetéséről, tevékenységéről, vagyonáról, megszűnéséről is. A vízgazdálkodási törvény kiemelt szerepet szán a tájékoztatásnak és a nyilvánosságnak A vizek védelmét szolgáló jogi szabályozások A vízkészletek mennyiségének és minőségének védelmét jogi szabályozások segítik. A vizek minőségét védő jogszabályok közvetlen és közvetett hatásúak. Közvetlen ösztönző elem a hatósági kényszer (vízjogi engedély és kötelezés), közvetett ösztönző elemek a gazdasági kényszer (a tisztítóberendezések költségét néhány év alatt meghaladó szennyvíz- és csatornabírság) és a tisztító építéséhez adható pénzügyi támogatás. Díjak és bírságok A vizek mennyiségét védi a vízkészlet-használati díj, az ivóvíz- és a csatornadíj, mivel takarékos vízhasználatra ösztönöz. Vízkészlet-használati díjat (vízkészletjárulékot) az évi 500 m 3 -t meghaladó vízmennyiséget fogyasztó felhasználóknak kell fizetni. A vízjogi engedélyben meghatározott mennyiségen felüli vízhasználatért pótdíjat kell fizetni. A takarékos vízhasználattal a kibocsátott szennyvizek mennyisége is csökken. Ivóvízdíjat és csatornadíjat a közüzemi víz- és csatornamű vállalatok által szolgáltatott ivóvízért, illetve a vállalatok kezelésében lévő csatornamű használatáért kell fizetni. Az ipari célra használt ivóvíz minőségű vizek után ivóvíz-használati pótdíjat is kell fizetni. A vizek minőségének védelmét szolgálja a szennyvízbírság és a csatornabírság. A szennyvízbírságnak az a rendeltetése, hogy anyagi hátrány okozásával rászorítsa az üzemet a károsítás felszámolására. A szennyvízbírság progresszív, azaz az évek során egyre többszörösét kell kifizetni. A csatornabírság ugyancsak a vizek minőségének védelmére hivatott. A közcsatornák ipari szennyvizekkel történő szennyezése rongálja azok állapotát, és az élővizek szennyezését is okozza, mivel a települések tisztítóberendezései általában nem alkalmasak az ipari szennyvizek megfelelő tisztítására. A szennyvíz- és csatornabírság fizetése nem mentesíti az üzemet a büntetőjogi vagy szabálysértési és a kártérítési felelősség alól. Vízjogi engedélyek Vízimunka elvégzéséhez, vízilétesítmény megépítéséhez, átalakításához és megszüntetéséhez, továbbá annak használatbavételéhez, üzemeltetéséhez, valamint minden vízhasználathoz vízjogi engedély szükséges. A vízgazdálkodási törvény és a kormány 72/1996. (V. 22.) kormányrendelete tartalmazza a vízjogi engedélyekkel kapcsolatos rendelkezéseket. A vízjogi engedélyt a területileg illetékes vízügyi igazgatóságok adják ki. Vízbázisvédelem A vízbázisok, a távlati vízbázisok, valamint az ivóvízellátást szolgáló vízilétesítmények védelméről a 123/1997. (VII. 18.) kormányrendelet rendelkezik. A vízbázisok és vízilétesítmények védelme érdekében védőidomot (felszín alatti vízbázis), védőterületet (felszín alatti vízbázis, felszíni vízkivétel és vízilétesítmény), védősávot (vízilétesítmény) kell meghatározni, kijelölni, kialakítani és fenntartani. Ezeket belső, külső és hidrogeológiai védőövezetre kell osztani. Az egyes védőidomokban, védőterületeken olyan tevékenység végezhető, amely a kitermelés előtt álló vagy a már kitermelt víz minőségét, mennyiségét, valamint a víztermelési folyamatot nem veszélyezteti. 27

32 A vízgazdálkodással kapcsolatos jogi szabályozás A felszíni vizek védelme A felszíni vizek minősége védelmének egyes szabályait a kormány 203/2001. (X.26.) rendelete tartalmazza. A rendelet célja a felszíni vizek minőségének tartós és hatékony megóvása és javítása, az emberi egészség és a környezet állapota, kiemelten az élővizek megőrzése érdekében. A szennyezések, különösen a veszélyes anyagok kibocsátásának megelőzése és csökkentése. A szennyező anyag kibocsátással járó tevékenységek, létesítmények korszerűsítésének elősegítése. A felszín alatti vizek védelme A Kormány 33/2000. (III. 17.) rendelete tartalmazza a felszín alatti vizek minőségét érintő egyes tevékenységekkel összefüggő feladatokat. A rendelet célja a felszín alatti víz terhelésének lehetőség szerinti elkerülése, a felszín alatti víz és a földtani közeg szennyezésének megelőzése. A bekövetkezett határértéket meghaladó szennyezettség és károsodás mértékének csökkentése, megszüntetése. A 219/2004. (VII.21.) Korm rendelet az EU Víz Keretirányelv előírásainak figyelembevételével készült. EU Víz Keretirányelv Az EU legfontosabb vízgazdálkodásra vonatkozó szabályozása a 2000 decemberében érvénybe lépett 2000/60/EK Víz Keretirányelv. Célok: Egészséges ivóvízellátás biztosítása. Ökoszisztémák védelme, védett területek kijelölése. A vizeket érő szennyezések fokozatos csökkenése. A fenntartható vízhasználatok elősegítése. Balesetek, szélsőséges események (árvizek, aszályok) káros környezeti hatásának megelőzése. Költséghatékonyság. Költségmegtérülés a szolgáltatásokban. Szennyező fizet elv. Az EU Víz Keretirányelve alapján a tagállamoknak meg kell védeniük, javítaniuk kell, és helyre kell állítaniuk minden felszíni víztestet azzal a céllal, hogy év végére elérjék a felszíni vizek jó állapotát. A felszíni víz jó állapota egy felszíni víztestnek azt az állapotát jelenti, amikor annak ökológiai és fizikaikémiai állapota is legalább jó minősítésű. Az általános meghatározás szerint jó ökológia állapotú az a felszíni víztest, amelynek biológiai minőségének elemeire vonatkozó értékek emberi tevékenységből származó kismértékű torzulást mutatnak, de csak kevéssé térnek el azoktól, amelyek ezt a típust zavartalan körülmények között általában jellemzik. A mesterséges és erősen módosított víztestek esetében 2015-re a jó ökológiai potenciált és a felszíni víz jó kémiai állapotát kell elérni. A felszín alatti vizek minőségével kapcsolatban az EU tagállamoknak év végére kell, hogy elérjék a felszín alatti vizek jó állapotát. A felszín alatti víz jó állapota egy felszín alatti víztestnek azt az állapotát jelenti, amikor annak a mennyiségi és kémiai állapota is legalább jó minősítésű. Összefoglalás A fejezet tartalmát és annak jelentőségét nagyon jól alátámasztja és összefoglalja az Európai Víz Charta (Strasbourg, Európa Tanács május 6.) utolsó három pontja: 28

33 A vízgazdálkodással kapcsolatos jogi szabályozás A víz közös tulajdon, amelynek értékét mindenkinek fel kell ismernie. Az egyének kötelessége a víz célszerű és gazdaságos használata. A vízgazdálkodást természetes vízgyűjtő területek, és nem politikai, illetve adminisztratív határok keretében kell megvalósítani. A víz nem ismer semmiféle határokat. Ezért, mint közös forrás nemzetközi együttműködést tesz szükségessé. A fejezetben láthattuk, hogy Magyarország lakosságának vízellátásában több mint 40%-kal részesednek a partiszűrésű vizek. Ennek a meghatározó vízkivételi módnak a bemutatására szolgáljon a Dunamenti Regionális Vízmű Rt. Duna Jobbparti Regionális Vízmű Leányfalui vízbázisa ( A vízbázison 20 db kavicsolt csőkút (jelzése: t1-t20) és 2 db csápos kút (jelzése: tcs1-tcs2) található (10. ábra). A víztermelő kutak a középvízi partéltől átlag 65 m-re helyezkednek el. A termelőkutak talpmélysége m (kivéve a t1, amelynek 15 m és a t20, amelynek 13 m csak a talpmélysége). A szűrőzött szakaszok hossza 6-7 m. A termelő kutakat a nagyon jó vízadó képességű holocén kavicsterasz homokos, kavicsos rétegeire szűrőzték. 29

34 A vízgazdálkodással kapcsolatos jogi szabályozás 10. ábra: A Vízmű területe madártávlatból. Légifotót készítette: EUROSENSE Kft. (forrás: A csápos kutak elhelyezkedése különösen fontos, mert a vízmű össztermelésének csaknem 70 %-át teszik ki (11. ábra), ezért a vízmű védőterületének alakját jelentősen befolyásolják. A Vízmű csőkútjai a közismert fúrt kutakhoz hasonlítanak, csak nagyobb átmérőjűek. A csáposkutak aknájából m hosszú csápok (közel vízszintes helyzetű szűrőcsövek) nyúlnak ki több irányba. Egy-egy csápos kút hozama magas dunai vízállásnál elérheti a 8000 m3/napot is. 11. ábra: A kutak termelése. (forrás: A Vízműtelep egyik kútja látható a 12. ábrán. A kutak a Duna hullámterén helyezkednek el, ezért a kútfej a mértékadó árvízszint fölé emelkedik. A védőterület kijelölésének célja az egészséges ivóvízellátás hosszú távú gazdaságos biztosítása. 30

35 A vízgazdálkodással kapcsolatos jogi szabályozás 12. ábrán: A Vízműtelep egyik kútja. (forrás: Önellenőrző kérdések 1. Ismertesse az ivóvíz fogalmát! 2. Ismertesse az ivóvízzel szembeni elvárásokat! 3. Mi a különbség az ajánlás és a szabvány között? 4. Csoportosítsa kiterjedés szerint az ivóvizek minőségével kapcsolatos szabályozásokat! 5. Ismertesse a jelenleg érvényben lévő ivóvíz szabvány felépítését! 6. Hogyan állapítják meg a határértékeket a szakemberek? 7. Sorolja fel a vízvédelem szervei! 8. Mit tartalmaz a vízgazdálkodásról szóló évi LVII. törvény? 9. Csoportosítsa a vizek védelmét szolgáló jogi szabályozásokat! 10. Ismertesse a vizek mennyiségét védő díjakat! 11. Ismertesse a vizek minőségének védelmét szolgáló bírságokat! 12. Ismertesse a vízbázisvédelmet! 13. Ismertesse az EU Víz Keretirányelvet! 31

36 II. rész - Víztisztítás Bevezető A fejezet célja, hogy megismerjük a vízkezelés (víztisztítás) alapvető eljárásait és berendezéseit. A természetben, a kémiai értelemben vett tiszta víz (H 2O) gyakorlatilag nem fordul elő. A légkörben lévő vízgőz és az abból kicsapódó esővíz tartalmazza a legkevesebb oldott anyagot. A levegőben hulló csapadékban oldódnak a légkörben található gázok (O 2, N 2, CO 2, SO 2). Előfordul, hogy a földről a szél által felkavart por is belekerül az esővízbe. A földre hulló csapadék a talaj anyagait oldja. Ezáltal a talaj összetételétől függően különböző fajtájú és mennyiségű oldott anyag található a vízben. Amikor a természetben található vízről beszélünk, mindig beleértjük a benne oldott anyagot is. A víz minőségét a benne lévő anyagok határozzák meg. Tiszta víznek nevezzük azt a vizet, amelynek minősége megfelelő a vizet fogyasztó emberek, állatok és növények egészséges életéhez. A víz szennyeződéséről akkor beszélünk, ha a víz minősége úgy változik meg, hogy az már nem lesz alkalmas emberi, állati, illetve növényi fogyasztásra. Az egészséges, tiszta vízben kialakul a biológiai egyensúly. A víz öntisztító képességét tapasztalhatjuk például a folyóknál. Az öntisztítás csak bizonyos mennyiségű és minőségű szennyezőanyagnál jöhet létre. Budapesten az 1800-as évek második felében kezdték meg a vízmű kiépítését. A vezetékes vízellátás bevezetése a víz minőségével szemben új követelményeket támasztott. Emiatt alakultak ki az első vízkezelési eljárások (a víz fertőtlenítése, a vas és a mangán eltávolítása). A vezetékes vízellátás bevezetésével a vízfogyasztás megnövekedett. A vízkezelés alapműveleteit egyenként vagy egymást követően alkalmazzák a víztisztítási feladatok megoldására. A vízkezelés alapműveleteinek ismertetése során foglalkozunk az eljárások fizikai, kémiai és biológiai elveivel. Megismerjük az eljárások eszközeit és berendezéseit. A vízkezelés feladata, hogy a vízből megfelelő vízkezelési eljárással egészséges ivóvizet állítsunk elő. A vízkezelés alapeseteit három fő csoportba lehet sorolni: mechanikai kezelés, kémiai kezelés és fertőtlenítés. A témakörhöz kapcsolódó követelmények: ismertetni kell tudni a vízkezelési eljárásokat, rajzolni kell tudni a berendezések működési ábráját, méretezni kell tudni egy ülepítő medencét, és rajzolni kell tudni a különböző vízkezelési technológiák blokk-diagramját.

37 5. fejezet - A vízkezelés alapműveletei (I.) Bevezető Ennek a tanulási egységnek célja, hogy megismerjük: a gáz-folyadék fázisszétválasztás, a durva szűrés és az ülepítés technológiáját, valamint berendezéseit. A tanulási egység követelményei: ismertetni kell tudni a levegőztetés, a durva szűrés és az ülepítés technológiáját, rajzolni kell tudni a gépészeti megoldásokat, valamint a műtárgyakat, ismertetni kell tudni a Stokes-féle ülepedési sebesség levezetését és méretezni kell tudni egy hosszanti áramlású, folyamatos átfolyású ülepítőt Gáz-folyadék fázisszétválasztás A magyarországi (főleg Tiszántúli) mélységi vizek gyakran magas metán (CH 4), illetve agresszív szén-dioxid (CO 2) tartalommal rendelkeznek. Veszélyes helyzetek alakultak ki, amikor a gázos kutak vízét zárt csőhálózatokba, víztornyokba és a fogyasztók készülékeibe vezették. A metán kiválása következtében súlyos baleseteket okozó robbanások is előfordultak. Ha a levegőben a metán keveréke: < 5,3 tf % (nem gyújtható meg, nem robban), > 14 tf % (meggyújtható és ég, de nem robban), 5, tf % (felrobban!). Ezért amennyiben a vízben metán található, a vízkezelés első lépése (a robbanásveszély miatt) a gáztalanítás kell, hogy legyen. A metán eltávolítása fizikai úton (levegőztetéssel) történik. A vízben általában mindig jelenlévő kálcium- és magnézium-hidrogén-karbonátok az ugyancsak jelenlévő széndioxiddal egyensúlyban vannak. Ha a szén-dioxid mennyisége az egyensúlyi koncentrációnál kisebb, akkor kálcium- ill. magnézium-karbonát válik ki, ha pedig nagyobb, akkor a víz erősen korrózív tulajdonságúvá válik (Vodnár J., 2001). Amennyiben tehát az egyensúlyhoz szükséges mennyiségen túl található CO2 a vízben, azt agresszív széndioxidnak nevezzük, aminek eltávolítása korrózív tulajdonsága miatt szükséges. A vízben található agresszív széndioxidot kémiai vagy fizikai (levegőztetéssel) úton lehet eltávolítani az ivóvízből. Levegőztetés Cél, hogy a lehető legnagyobb felületen tudjon a víz és a levegő egymással érintkezni. A művelet a következő eljárásokkal valósítható meg: A víz apró cseppekre porlasztásával (13. ábra). Levegőnek a vízbe fúvásával. 33

38 A vízkezelés alapműveletei (I.) A víz és a levegő mechanikus összekeverésével. 13. ábra: Szóró rózsás levegőztetés Levegőnek a vízbe fúvásához sűrített levegőt használunk, amely nyomásfokozattól függően a következő berendezésekkel állítható elő: 0...0,008 bar: axiál ventilátor, 0, ,08 bar: radiál ventilátor, 0,08...1,0 bar: fúvók, rotációs és vízgyűrűs kompresszorok, 1,0...10(15) bar: dugattyús kompresszorok. Agresszív szén-dioxid eltávolítása kémiai úton Ha a vizet 1-5 cm-es márvány darabokkal töltött tornyon csörgedeztetik át, akkor a következő vegyi folyamat játszódik le: CaCO 3 + CO 2 + H 2O Ca(HCO 3) 2 Ha a CO 2-tartalmú vizet oltott mésszel kezeljük, akkor az alábbi vegyi folyamatok szolgálják a CO 2 eltávolítását ill. átalakítását: Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 + H 2O 2 Ca(OH) CO 2 2 Ca(HCO 2) 2 Ez a módszer megköveteli, hogy az oltott meszet jól meghatározott mennyiségben használják, különben az első reakció lesz az uralkodó, amely CaCO 3 csapadékot eredményez, ezt pedig ülepítéssel és szűréssel lehetne csak eltávolítani, ami drágítja a víz tisztítását. Szokták még használni ugyanerre a célra a félig égetett dolomitot vagy magno-masszát, ami kálcium-karbonát és magnézium-oxid keveréke. A lejátszódó vegyi folyamat ilyenkor a következő: MgO + CaCO CO H 2O = Ca(HCO 3) 2 + Mg(HCO 3) 2 Magyarországon pl. FERMAGO néven ismert MgO tartalmú anyagot szoktak a szűrőhomokhoz keverni. 34

39 A vízkezelés alapműveletei (I.) Durva szűrés Rácson vagy szitán átvezetett vízből minden olyan agyag kiszűrésre kerül, amelynek szemcsemérete nagyobb, mint a szabad nyílás mérete. Rácsok, gerebek Tóból és folyóból történő vízkivétel esetén rácson, gereben keresztül vezetik a vizet a szivattyúhoz. A gerebet (50) mm távolságra egymás mellé helyezett kör- vagy laposacél-pálcákból alakítják ki (14. ábra). A gereb visszatartja a durva uszadékokat, úszó jégtáblákat és a nagyobb halakat. 14. ábra: Pálcás gereb Olyan nagy gerebfelületet kell kialakítani (méretezni), amelyen keresztül áramló víz sebessége %-a legyen a folyóvíz sebességének. Ebben az esetben a gereb elé sodródó uszadékot a folyóvíz áramlása tovább viszi. Még ilyen elrendezés esetén is gyűlik össze uszadék a gereb pálcák között, amit időnként el kell távolítani. A gereb tisztítása történhet kézi módszerrel (kisebb vízhozam estén) vagy gépi megoldással. A durva szűrők (rácsok) közé lehet sorolni a szivattyúk szívócsövére szerelt szűrőkosarat is (15. ábra), amelyet perforált lemezből alakítanak ki, mm-es nyílásokkal. 35

40 A vízkezelés alapműveletei (I.) 15. ábra: Szűrőkosár a szivattyú szívócsövén Dobszűrők A folyamatos tisztítású nyílt dobszűrő (16. ábra) nyitott vízfelszínű, gravitációs rendszernél használható. A dob állandóan forog. A tisztítandó víz belülről kifelé áramlik a korrózióálló acél szitaszöveten keresztül. A kiszűrt uszadék egy része rátapad a szitaszövetre, másik része a dob belsejében marad. A szitaszövetre tapadó szennyeződést kívülről vízsugárral mossák be a vályúba. A vízben összegyűlő uszadékot a hajlított tartók felkanalazzák és beleejtik az uszadékelvezető vályúba. 16. ábra: Nyílt dobszűrő A vákuum dobszűrőt (17. ábra) elsősorban a derítőkből és a lágyítóreaktorokból kikerülő sűrű iszapos víz utókezelésére használják. A zárt dob palástjára szitaszövet vagy szűrővászon van felfeszítve. A dob állandóan forog. Vízgyűrűs vákuumszivattyú segítségével a víz és a levegő eltávolításra kerül a dob belsejéből. A vízből kiemelkedő szűrőfelületre a vákuum rászorítja az iszapot. A leválasztó késnél már jól szikkasztott iszapot kapunk. 36

41 A vízkezelés alapműveletei (I.) 17. ábra: Vákuum dobszűrő Szalagszűrő Ha a vízszint ingadozása nagyobb m-nél, és a folyó vízét a szitaszűrés után közvetlenül a szivattyúaknába akarják beengedni, akkor szalagszűrőt lehet alkalmazni (18. ábra). Ennél a szerkezetnél a szitaszövetet táblára feszítik fel, és ezeket a táblákat végtelen lánc formájában csuklósan kapcsolják össze. 18. ábra: Szalagszűrő Szűrőprés A különleges textil vagy papír szűrőanyagon a szűrendő folyadékot több bar nyomással préselik át (19. ábra). 37

42 A vízkezelés alapműveletei (I.) A kiszűrt anyag, a szikkadt agyaghoz hasonló nedvességtartalmú táblák formájában kerül ki a szűrőből. A víztisztításnál és a szennyvíztisztításnál keletkező nagy víztartalmú iszapok kezelésére alkalmazható a szűrőprés, amely költséges gépi berendezés. A szűrőprés működését bemutató animációk az alábbi internet címekről érhetők el: ábra: Szűrőprés Ülepítés A hordalékanyagok, bár sűrűségük lényegesen nagyobb a víz sűrűségénél, mégsem ülepednek le a vízfolyás aljára, mert a turbulens vízáramlás a leülepedő szemcséket mindig újra magával ragadja. Állóvízben vagy csak nagyon lassan áramló vízben, a víznél nagyobb sűrűségű szemcsék lassan a fenékre ülepednek. A víznél kisebb sűrűségű anyagok pedig felúsznak a víz felszínére. A víznél nagyobb sűrűségű szemcsét a felhajtóerővel csökkentett súlyerő süllyeszti lefelé a vízben. Ülepedési sebesség a Stokes-törvény segítségével Gömb alakú szemcsét feltételezve, az ülepedési sebesség meghatározása során a következő jelöléseket használjuk: G = súlyerő, amely lefelé mutat [N] F S = hidrosztatikus felhajtóerő, amely felfelé mutat [N] F D = hidrodinamikus felhajtóerő, amely felfelé mutat [N] V = gömb térfogata [m 3 ] A = gömb vetülete (legnagyobb keresztmetszete) [m 2 ] 38

43 A vízkezelés alapműveletei (I.) d = gömb átmérője [m] v = ülepedési sebesség [m/s] ρ = víz sűrűsége [kg/m 3 ] ρ a = anyag sűrűsége (szemcse) [kg/m 3 ] C = ellenállás tényező [-] R e = Reynolds-szám [-] ν = kinematikai viszkozitás [m 2 /s] Állandósult ülepedési sebesség (v = constans) esetén a szemcsére ható három erő egyensúlyban van: A három erő nagysága Súlyerő: Hidrosztatikus felhajtóerő: Hidrodinamikus felhajtóerő: ha: 10-4 < Re < 1 ; akkor Behelyettesítés: A Stokes-féle ülepedési sebesség: A képletből megállapítható, hogy a szemcse átmérőjének növekedésével az ülepedési sebesség hatványozottan növekszik. Csökken viszont az ülepedési sebesség, ha nő a víz viszkozitása. A Stokes-törvény a 0,01...0,1 mm átmérőjű szemcsékre érvényes. A folyóvizek hordalékának legnagyobb részét képező 0,05 mm-nél kisebb szemcseméretű, finom iszap és agyag csak nagyon lassan ülepedik. A 0,01 mm-nél kisebb és a kolloid méretűek (10-4 > d > 10-6 mm) pedig gyakorlatilag nem ülepíthetők vegyszeres kezelés nélkül. 39

44 A vízkezelés alapműveletei (I.) Ülepítők csoportosítása: szakaszos üzemű: napi m3-ig (tölts-üríts rendszerű ülepítőtartályban 3...5óra az ülepedési idő) folyamatos átfolyású: a víz hosszanti átfolyási ideje = a szemcse ülepedési idejével. Iszap gyűjtése és eltávolítása történhet: kúpos vagy fordított gúla alakú zsompokba, láncos kotróval (20. ábra), karos kotróval(21. ábra) és szivattyús kotróberendezéssel. 20. ábra: Hosszanti áramlású ülepítő láncos kotróval 21. ábra: Hosszanti áramlású ülepítő karos kotróval Dorr - ülepítő A hosszanti áramlású (sugár irányú) ülepítők egyik jellegzetes, a gyakorlatban sűrűn előforduló fajtája. Elterjedését elsősorban nem a jó ülepítési tulajdonságának, hanem az egyszerű építési és gépészeti kialakításának köszönheti (22. ábra). 40

45 A vízkezelés alapműveletei (I.) 22. ábra: Dorr - ülepítő A hosszanti áramlású, folyamatos átfolyású ülepítő méretezése Az ülepítő méretezése akkor helyes, ha azok a legkisebb méretű szemcsék, amelyeket még el akarunk távolítani a vízből, az ülepítőben maradnak. Ehhez az szükséges, hogy a kiülepítendő szemcse, amely a medence elején a víz felszínén van, még éppen elérje a medence alját, mielőtt a víz az ülepítőből kilépne (23. ábra). 41

46 A vízkezelés alapműveletei (I.) 23. ábra: Folyamatos átfolyású ülepítő méretezése Ez azt jelenti, hogy a víz hosszanti átfolyási ideje a medencén, egyenlő kell legyen, a szemcse ülepedési idejével: A víz hosszanti átfolyási ideje: ahol: L = a medence hossza [m], v h = a vízszintes irányú áramlási sebesség [m/s] A szemcse ülepedési ideje: ahol: H = a medence mélysége [m], v ü = a szemcse ülepedési sebessége [m/s] A vízszintes irányú áramlási sebesség a térfogatáramból (q v) és a medence keresztmetszetéből (H b) határozható meg: ahol: q v = az átfolyó víz térfogatárama [m 3 /s], b = a medence szélessége [m] Végezzük el a behelyettesítéseket: A végeredmény: 42

47 A vízkezelés alapműveletei (I.) A levezetés végeredményéből kitűnik, hogy az ülepítő medencében kiülepíthető víz térfogatárama (q v) csak a még kiülepítendő szemcse ülepedési sebességétől és a medence alapterületétől függ. Nem befolyásolja azt a medence vízmélysége! Az ülepítő medence mélységét szabadon lehet arra a legkisebb méretre választani, amelynél az átfolyási sebesség turbulenciája az ülepedést még nem zavarja. Összefoglalás Ebben a tanulási egységben a vízkezelés alapműveletei közül megismerkedtünk a gáztalanítás, a levegőztetés, a durva szűrés és az ülepítés technológiájával, valamint berendezéseivel. Ezeket a technológiákat általában a vízkezelési folyamat elején alkalmazzuk. A durva szűrés és az ülepítés különösen fontos szerepet játszik felszíni vízkivétel esetén. Az ülepítők méretezéséhez megismertük a Stokes-féle ülepedési sebesség levezetését. 1. Ismertesse a gázos kút fogalmát! 2. A levegőben a metán milyen térfogat-százaléka okoz robbanást? 3. A levegőztetés milyen eljárásokkal valósítható meg? 4. Rajzolja le a szórórózsás levegőztetést! 5. A különböző nyomású levegő milyen berendezésekkel állítható elő? 6. Milyen módszereket ismer az agresszív szén-dioxid eltávolítására? 7. Milyen vegyi folyamat játszódik le, ha a CO2-tartalmú vizet oltott mésszel kezeljük? 8. Mi a szerepe a rácsoknak, illetve a gerebeknek? 9. Rajzolja le és ismertesse a folyamatos tisztítású nyílt dobszűrőt! 10. Rajzolja le és ismertesse a vákuum dobszűrőt! 11. Rajzolja le és ismertesse a szalagszűrőt! 12. Rajzolja le és ismertesse a szűrőprést! 13. Vezesse le a Stokes-féle ülepedési sebességet! 14. Hogyan csoportosíthatók az ülepítők? 15. Rajzolja le és ismertesse a hosszanti áramlású ülepítőt láncos kotróval! 16. Rajzolja le és ismertesse a hosszanti áramlású ülepítőt karos kotróval! 17. Rajzolja le és ismertesse a Dorr - ülepítőt! 18. Ismertesse a hosszanti áramlású, folyamatos átfolyású ülepítő méretezését! 43

48 6. fejezet - A vízkezelés alapműveletei (II.) Bevezető Ennek a tanulási egységnek célja, hogy megismerjük: a derítés, a szűrés és a fertőtlenítés elméletét, technológiáját, valamint berendezéseit. A tanulási egység követelményei: a derítés, a szűrés és a fertőtlenítés elméletét, technológiáját, valamint berendezéseit. A tanulási egység követelményei: tudni kell ismertetni a derítés, a szűrés és a fertőtlenítés elméletét, technológiáját, rajzolni kell tudni a gépészeti megoldásokat, valamint a műtárgyakat Derítés A vízben található kolloid méretű szemcsék (< 10-4 mm) vegyszeres kezelés nélkül gyakorlatilag nem ülepíthetők. A kolloid szemcsék a felületükön megtapadó anionoktól negatív elektromos töltést kapnak. Az azonos töltésű szemcsék egymást taszítják, ezért nem tudnak egymással ülepíthető méretű szemcsékké összetapadni. A kolloidszemcsék elektromos semlegesítését és a mikropelyhek képződését koagulációnak nevezzük. A koagulálás kémiai művelet. Több, kisebb koagulált szemcse összetapasztását, a szemcsék ülepíthető nagyságúra növelését flokkulálásnak, pelyhesítésnek nevezzük. A flokkulálás mechanikai művelet, amit keveréssel segítünk elő. A derítés fogalma: Derítés = Koagulálás + Flokkulálás + Ülepítés A leggyakrabban alkalmazott koaguláló vegyszerek a három vegyértékű alumínium és a három vegyértékű vas sói: alumínium - szulfát [Al 2(SO 4) 3] vas (III) - szulfát [Fe 2(SO 4) 3] A két vegyértékű fémionok lényegesen kisebb koaguláló hatásúak, mint a három vegyértékűek. A három vegyértékű fémion koaguláló hatása mintegy 70-szerese a két vegyértékűének. A koagulációval végbemenő kémiai reakciók valamennyi alumínium- és vasvegyületnél hasonlók: Al 2(SO 4) Ca(HCO 3) 2 = 2 Al(OH) CaSO CO 2 Fe 2(SO 4) Ca(HCO 3) 2 = 2 Fe(OH) CaSO CO 2 44

49 A vízkezelés alapműveletei (II.) Az alumínium -, illetve a vas (III) - hidroxid (csapadék) keletkezéséhez tehát szükséges, hogy a vízben meglegyen a kémiai reakció lezajlásához szükséges változó keménység. A derítés folyamatát szemlélteti a 24. ábra. 24. ábra: A derítés. (forrás: ) Derítőberendezések csoportosítása Vízszintes áramlású Az ülepítő előtt külön flokkulátort kell alkalmaz, és a flokkulátor előtt kell a vízbe adagolni a koaguláló vegyszert. Ezért nagyméretű műtárgyak adódnak. a derítés időtartama: óra max. ülepedési sebesség: 0,5 mm/s Függőleges áramlású (előnyösebb) A derítendő vízzel érkező apró mikropelyhek a lebegő iszaprétegen áthaladva, a nagyobb pelyhekhez tapadnak, mintegy kiszűrődnek a lebegő iszapszűrőben. A lebegőiszap túlsűrűsödésének elkerülése érdekében a fölös iszapmennyiséget folyamatosan el kell távolítani, amire két megoldás létezik (25. ábra): A. egyenáramú derítés (fölözéses iszapelvezetés) B. ellenáramú derítés (a víz felfelé az iszap lefelé áramlik) 45

50 A vízkezelés alapműveletei (II.) 25. ábra: Az iszap eltávolítása a lebegő iszapfelhőből Az egyenáramú derítésnél az iszapfelhőt csak a vegyszeradagolás és a vízmennyiség változtatásával lehet szabályozni. Az ellenáramú derítésnél viszont a toroksebesség változtatásával szabályozható az iszapfelhő sűrűsége és szűrési tulajdonsága. Ez a gazdaságos üzemeltetés szempontjából jelentős Szűrés Szemcsés anyagú szűrőréteget a víztisztításban többféle célra használnak. Ezek szűrőhatása lehet mechanikai (fizikai), kémiai és biológiai jellegű. A szűrőben a szemcsés anyag a szűrőfenéken nyugszik. Ezen olyan nyílások vannak, amelyeken a szűrőanyag szemcséi nem tudnak átjutni, a víz azonban bizonyos ellenállással átfolyik rajta (26. ábra). 46

51 A vízkezelés alapműveletei (II.) 26. ábra: A szűrőellenállás A szűrőellenállás növekszik, ha: nő a szűrési sebesség, növeljük a szűrőréteg vastagságát, apróbb szemcséjű a szűrőanyag és fokozódik a szűrő eltömődése. A szűrőanyag szemcséi különböző méretűek és nem szabályos gömb alakúak. A szűrőanyagot a szemcsék méretével jellemezzük. A szűrő öblítése Az eltömődött szűrőréteget bizonyos időnként át kell mosni, ami általában alulról felfelé áramoltatott vízzel történik. Az öblítésnél a szűrőanyag lebegésben lévő szemcséi egymáshoz súrlódnak, ezáltal a rájuk tapadt szennyeződés ledörzsölődik. Az öblítővíz mennyiségének csökkentése érdekében a szűrőréteg kimosatásához levegőt is alkalmaznak. Az öblítés során a vizet és levegőt váltakozva használják. A szűrőfej (szűrőgyertya) működése látható a 27. ábrán, szűrési és tisztítási üzemben. 47

52 A vízkezelés alapműveletei (II.) 27. ábra: A szűrőfej működése Szűrőberendezések csoportosítása: Lassú szűrők (szűrési sebesség: 0,03...0,1 mm/s) Gyors szűrők (szűrési sebesség: 0,6...1,1 mm/s) Lassúszűrők A szűrőanyag szemcséinek felületén biológiai élet tapad meg. A kifejlődő biológiai hártya nemcsak a kolloid lebegőanyagot tartja vissza a vízből, hanem a biológiai és a bakteriológiai szervezeteket is. Ha eltömődik a felső cm-es réteg, akkor eltávolítják. Nem vízöblítéssel tisztítják! A lassúszűrők rendszerint betonból épített, többnyire téglalap alakú medencék. Több szűrőrétegből kiképzett aljuk van. Egy ilyen szűrőmedencét szemléltet a 28. ábra. Alsó részén a csőhálózat található, amely a szűrt víz elvezetésére szolgál. Közvetlenül e fölött nagy, majd fokozatosan apróbb szemcséjű kavics, legfelül pedig homokból álló szűrőréteg található. A kavicsréteg többnyire 30-50, a homokréteg cm vastag. Ezek szerint az egész szűrőréteg vastagsága 80 cm és 1,5 m között változik (Vodnár J., 2001). 48

53 A vízkezelés alapműveletei (II.) 28. ábra: Lassúszűrő medence: 1 - vízréteg; 2 - homokréteg; 3, 4, 5 - kavicsrétegek; 6 - vízgyűjtő csőrendszer. Gyors szűrők A szűrőhatás a mechanikai szűrésen, a szemcsék üregeiben lezajló ülepedésen és a szemcsék felületi adszorpciós hatásán alapszik. A gyorsszűrők csoportosítása a következők szerint történhet: Nyitott gyorsszűrők Vasbeton műtárgyban alakítják ki, m2 szűrőfelületű egységekből. A szűrőréteg szokásos vastagsága 0,8...1,6 m. Nagy vízmennyiségek estén alkalmazzák. Lehetnek: Emelkedő vízszintű és Állandó vízszintűek. Zárt gyorsszűrők Technológiai működése azonos a nyílt gyorsszűrőkével. A zárt tartály lehetővé teszi a nagyobb nyomás ( bar), és ennek megfelelően nagyobb szűrőellenállás (0,5...1 bar) alkalmazását. Megkülönböztetünk: Álló hengeres és Fekvő szűrőket. Emelkedő vízszintű, nyitott gyorsszűrők 49

54 A vízkezelés alapműveletei (II.) A szűrési üzem alatt a medencében a vízszint fokozatosan emelkedik a szűrőellenállás növekedésével (29. ábra). Amikor a vízszint megközelíti a nyersvíz csatorna vízszintjét, a szűrőt öblíteni kell. A szűrőmosást vízzel kezdik, és perces mosással fellazítják a szűrőréteget. Utána 5 percig csak levegővel öblítenek (esetleg kevés öblítővízzel). A szűrő mosását vízöblítéssel fejezik be. A berendezések hátránya, hogy a szűrőellenállás legyőzéséhez megfelelő mélységű medencét kell létesíteni. További hátrány, hogy a szűrő öblítése előtt nagy mennyiségű előkezelt vizet kell elengedni. 29. ábra: Emelkedő vízszintű, nyitott gyorsszűrő Az elvezetett szűrt víz mennyiségét úgy szabályozzák, hogy a tápbukón befolyó nyersvíz és az elfolyó szűrt víz mennyisége azonos legyen (30. ábra). Ekkor a szűrőmedence vízszintje állandó lesz. A szabályozást a vízszintről oldják meg. Ha a motoros működtetésű szűrt víz tolózár teljesen kinyit, akkor a szűrőt vissza kell öblíteni. A szűrőmosás technológiája megegyezik az emelkedő vízszintű nyitott gyorsszűrőknél bemutatott eljárással. 50

55 A vízkezelés alapműveletei (II.) 30. ábra: Állandó vízszintű, nyitott gyorsszűrő Álló hengeres zárt gyorsszűrő A zárt gyorsszűrők nyomásálló, hegesztett acéllemez tartályok. Az acéllemez szűrőfenéken műanyag vagy porcelán szűrőfejeket (szűrőgyertyákat) használnak (31. ábra). A szűrőellenállást a nyersvízcsőhöz és a szűrtvízcsőhöz csatlakozó manométereken leolvasható nyomás különbségével határozzuk meg. A szűrőn áthaladó vízmennyiséget a szűrtvíz tolózár fojtásával állíthatjuk be. Ha a szűrőellenállás elér egy bizonyos értéket (Δp = 0,5...1,0 bar), akkor a berendezést vissza kell mosatni. A zárt szűrőket pontosan úgy öblítjük, mint a nyitott gyorsszűrőket. 51

56 A vízkezelés alapműveletei (II.) 31. ábra: Zárt gyorsszűrő szűrési üzemben Fertőtlenítés A fertőtlenítés célja a mikroorganizmusok egyedszámának adott határérték alá csökkentése. Tehát nem azonos a sterilizálással, mivel nem cél az összes mikroorganizmus elpusztítása. A víz fertőzése leggyakrabban az emberi és állati fekáliából származik. A víz fertőzöttségének megállapítására a Coli-baktériumok jelenlétét használjuk fel. A Coli- baktériumoknak az ellenálló képessége gyakorlatilag megegyezik a fertőző baktériumok ellenálló képességével. Láthattuk az első fejezetben, hogy az egészséges emberi szervezet naponta átlag 200 billió ( )Coli baktériumot ürít. Ezért a szennyvízben mindig nagy mennyiségben megtalálhatók. Tehát a vízben lévő Coli baktériumok jelenlétéből joggal arra következtethetünk, hogy a vizet fertőzés érte. Bakteriológiailag a vizet a következő három értékkel jellemzik: Coli-szám [db/100 cm 3 ], Coli-titer [cm 3 /db] és Baktériumszám [db/cm 3 ]. A Coli-szám a 100cm 3 vízben található Coli- baktériumok száma. A Coli-titer az a legkisebb vízmennyiség cm 3 -ben, amiből a Coli baktérium kitenyészthető. A baktériumszám az 1cm 3 vízben található összes baktérium száma. Fertőtlenítési eljárások: Melegítés, Klórozás, Fertőtlenítés ózonnal és Egyéb fertőtlenítő eljárások. Melegítés Tökéletes csírátlanítás érhető el 30 perces forralással, de már 15 perces melegítés 60 C-on is elpusztítja a baktériumok nagy részét. Ez az eljárás vízellátási és ipari célokra nem alkalmas, mivel nagyon költséges lenne. Klórozás Hazánkban az ivóvízkezelés során leggyakrabban használt fertőtlenítőszer a klór, amelyet a következő formákban alkalmaznak: Klórgáz (Cl 2), Klóros víz, Hypó (NaOCl oldata) és Klórmész. A klórozás elterjedését annak köszönheti, hogy megbízható, üzembiztos és gazdaságos. A vízbe adagolt klór a fertőtlenítő hatást azáltal fejti ki, hogy a vízből elemi oxigént szabadít fel, ami oxidálja a baktériumsejteket. 52

57 A vízkezelés alapműveletei (II.) A vízbe adagolt klórgáz a következő egyenlet szerint reagál a vízzel, miközben hypoklórossav és sósav képződik: Cl 2 + H 2O HOCl + HCl A hipoklórossavból felszabadulhat az oxigén: HOCl = HCl + O Emellett a hipoklórossav a vízben hidrogénionra és hipokloritionra is disszociálhat: HOCl H + + OCl A hipokloritból ugyanúgy szabadul fel az oxigén, mint a hipoklórossavból: H + + OCl = HCl + O A keletkező sósavat a víz karbonát keménysége köti le: Ca(HCO 3) HCl = CaCl H 2O + 2 CO 2 A reakcióegyenletekben Cl 2 a gázalakú klór, HOCl a hipoklórossav, OCl a hipoklorit ion. Ezen három, baktericid hatású oxidálószer egymáshoz viszonyított mennyisége az oldat ph-jától függ (32. ábra). 32. ábra: A hipoklórossav és a hipoklorit aránya a vízben Amennyiben a ph megnő, azaz a H + ionok koncentrációja csökken, a rendszer több hidrogéniont szeretne termelni, tehát a disszociáció irányába tolódik el a folyamat (egyre több hypoklórossav molekula alakul át hypoklorit ionná). A mikroorganizmusokkal szemben a disszociálatlan hypoklórossav erősebb hatást fejt ki, tehát érdekünk, hogy a fertőtlenítés során kisebb ph értékeket alkalmazzunk. A ph csökkentésének határt szab az a tény, hogy 7 alatti ph értékek esetén a korrózió veszélye megnő, és épp ezért 7-nél alacsonyabb ph-jú víz nem is vezethető a hálózatba. Így tehát a klóros fertőtlenítés során alkalmazandó ph tartomány a 7 és 7,5 közötti ph tartomány. 7,5-ös ph felett már jelentős mennyiségben képződik hypoklorit ion, ezáltal csökken a fertőtlenítés hatékonysága (Öllős, 1987). A víz klórmegkötő képessége, klórozás töréspontig 53

58 A vízkezelés alapműveletei (II.) A vízbe adagolt klórnak csak egy része használódik el fertőtlenítésre, más részét a szervetlen (vas, mangán) és szerves (pl. fenolok) anyagok kötik le (33. ábra). A töréspontban hirtelen lezajlik az oxidáció. A görbe töréspontjánál lehet leolvasni víz maximális klórszükségletét, klórmegkötő képességét. A klór megkötődéséhez bizonyos időre van szükség. Ez általában 30 perc a gyakorlatban. 33. ábra: A víz klórmegkötő képessége A fertőtlenítéshez szükséges klór mennyiségét úgy határozzák meg, hogy a kezelendő víz egy mintáját túlklórozzák, és egy bizonyos idő múlva meghatározzák a feleslegben levő klór mennyiségét. A kettő különbsége megadja a szükséges klór mennyiséget. E meghatározást nagyon pontosan kell elvégezni, hogy a víz tökéletes fertőtlenítését biztosító klór mennyiségét használhassák, de ugyanakkor minél kevesebb klór maradjon feleslegben, mivel ez erősen korrózív, tehát semlegesíteni kell vagy el kell távolítani, ami aránylag költséges folyamat. A klór a vízben található szerves anyagok egyes csoportjaival reakcióba léphet, és daganatos megbetegedést is okozó THM (trihalo-metán) vegyületek képződését eredményezheti. Mivel a THM vegyületek rákkeltő hatásúak, ezért a szabvány rögzíti az ivóvízben megengedhető maximális koncentrációjukat. A jelenleg érvényes szabályozás szerint a megengedett összes THM szint: 50 μg/l. Klórgáz adagolásához elterjedtek az Advance típusú vákuumos klórgázadagolók (34. ábra). Az adagoló és a bekeverés helye (injektor) közötti klórvezeték szívott, e vezeték sérülésekor a klór áramlása megszűnik, a berendezés levegőt szív és kever be a vízbe. A klórvezeték szívását és a klór bekeverését a külön nyomásfokozó szivattyúval üzemeltetett injektor biztosítja (Mészáros G., 1998). 54

59 A vízkezelés alapműveletei (II.) 34. ábra: Vákuumos klórgázadagoló Fertőtlenítés ózonnal Az ózon rendkívül erős oxidálószer, már kis koncentrációban is veszélyes az élő szervezetekre, beleértve a magasabbrendű élőlényeket, így az embert is. Fertőtlenítő hatásának felfedezése 1886-ra tehető. Ettől kezdve kutatók tanulmányozták az ózon alkalmazási lehetőségeit, azonban az olcsó és hatékony klór használata háttérbe szorította az ózon felhasználását és megakadályozta széles körű elterjedését (Langlais et al, 1991). Az ózon rendkívül erős oxidáló hatása a felszabaduló egyatomos (nasscens) oxigénnek köszönhető: O 3 O 2 +,O Ezek a folyamatok az okai annak, hogy az ózon (vízbe adagolásától számítva) hosszú ideig nem tudja erőteljes oxidációs tulajdonságát kifejteni. Ezért az ózon alkalmazása esetén a víz hálózatba juttatása előtt klórral vagy klórdioxiddal történő fertőtlenítésre van szükség. Az ózonfejlesztők lehetnek lemezes vagy csöves kialakításúak. A 35. ábrán látható csöves ózonfejlesztőnél a hűtővíz egyben az egyik elektróda is. 55

60 A vízkezelés alapműveletei (II.) 35. ábra: Csöves ózonfejlesztő Egyéb fertőtlenítő eljárások UV (ultraibolya) sugárzás Meghatározott hullámhossz tartományban az ultraibolya sugárzás erős fertőtlenítő hatással rendelkezik. Ez a fajta fertőtlenítés nem kémiai, hanem fizikai úton hatástalanítja a mikroorganizmusokat. Az UV fényt a sejtek DNS-e nyeli el, miáltal a DNS-ben egyes bázispárok közötti kötések módosulnak (Varga és Lugosi). Az ultraibolya sugárzás azonban csak néhány centiméteres vízrétegben tudja fertőtlenítő hatását a kívánt mértékben kifejteni. A sugárzás fertőtlenítő hatását csak a sugárzás időtartama alatt tudja kifejteni, a hálózatbeli mikroorganizmus-elszaporodást nem tudja megakadályozni. Ezért az ózonhoz hasonlóan vezetékes ivóvízellátásban fertőtlenítőszerként csak más anyagokkal kombinálva alkalmazható. Az egyéb eljárások közé sorolható az ezüst ionokkal történő fertőtlenítés (az ezüstion baktérium pusztító hatással rendelkezik, házi víztisztító berendezésekben alkalmazott anyag), illetve a kálium-permanganát (KMnO 4) alkalmazása is. Összefoglalás Ebben a tanulási egységben a vízkezelés alapműveletei közül megismerkedtünk a derítés, a szűrés és a fertőtlenítés elméletével, technológiájával, valamint berendezéseivel. Ezek a vízkezelési műveletek meghatározóak az ivóvíz ellátásban. A kolloid méretű szemcséket csak derítéssel tudjuk eltávolítani. Majd ezt követően szűrést alkalmazunk. Vezetékes ivóvíz hálózat estén fertőtlenítést mindig végzünk. Önellenőrző kérdések 1. Miért van szükség derítésre? 2. Ismertesse a derítés fogalmát! 3. Ismertesse a koagulálás fogalmát! 4. Ismertesse a flokkulálás fogalmát! 5. Melyek a leggyakrabban alkalmazott koaguláló vegyszerek? 56

61 A vízkezelés alapműveletei (II.) 6. Írja le a koagulációval végbemenő kémiai reakciókat! 7. Hogyan csoportosíthatók a derítőberendezések? 8. Rajzolja le és ismertesse a fölös iszap eltávolítását a lebegő iszapfelhőből! 9. Rajzolja le és ismertesse a szűrőellenállás fogalmát! 10. A szűrőellenállás nagysága milyen paraméterektől függ? 11. Rajzolja le és ismertesse a szűrőfej (szűrőgyertya) működését! 12. Csoportosítsa és jellemezze a szűrőberendezéseket! 13. Miért nem szabad vízöblítéssel tisztítani a lassúszűrőket? 14. Rajzolja le és ismertesse a lassúszűrő medence kialakítását! 15. Rajzolja le és ismertesse az emelkedő vízszintű, nyitott gyorsszűrőt! 16. Rajzolja le és ismertesse az állandó vízszintű, nyitott gyorsszűrőt! 17. Rajzolja le és ismertesse a zárt gyorsszűrőt! 18. Miért a Coli-baktériumok jelenlétéhez kötjük a víz fertőzésének tényét? 19. Ismertesse a víz bakteriológiai jellemzőit! 20. Csoportosítsa és jellemezze a fertőtlenítési eljárásokat! 21. A klórt milyen formában lehet fertőtlenítésre használni? 22. Ismertesse a vízbe adagolt klórgáz reakcióegyenleteit! 23. Ismertesse a hipoklórossav és a hipoklorit arányát a vízben (a ph függvényében)! 24. Ismertesse a víz klórmegkötő képességét! 25. A gyakorlatban hogyan határozzák meg a fertőtlenítéshez szükséges klór mennyiségét? 26. Ismertesse a vákuumos klórgázadagolót! 27. Ismertesse az ózonnal történő fertőtlenítést! 28. Ismertesse a csöves ózonfejlesztőt! 29. Sorolja fel és jellemezze az egyéb fertőtlenítő eljárásokat! 57

62 7. fejezet - A vízkezelés alapműveletei (III.) Bevezető Ennek a tanulási egységnek célja, hogy megismerjük: a vas- és mangántalanítást, a lágyítást, az arzénmentesítést, valamint az íz- és szagártalmak kiküszöbölését. A tanulási egység követelményei: tudni kell ismertetni a vas- és mangántalanítás, a lágyítás, az arzénmentesítés, valamint az íz- és szagártalmak kiküszöbölésének elméletét, technológiáját, rajzolni kell tudni a jellemző gépészeti megoldásokat Vas- és mangántalanítás A vas- és mangán tartalmú víz nem káros az emberi szervezetre, azonban esztétikai okokból ezeket a komponenseket is el kell távolítanunk a nyersvízből. Az Európai Uniós (2001 óta Magyarországon is érvényes) szabályozás szerint 0,2 mg/l a maximálisan megengedhető vas, és 0,05 mg/l a maximálisan megengedhető mangán koncentráció az ivóvízben. A vas és mangán előfordulási helyei: talajvíz, védett rétegvíz és parti szűrésű víz. A vízben oldott vas és mangán három jellegzetes vegyületben található (Pálhidy, 1983): hidrogén-karbonát [Fe(HCO 3) 2 és Mn(HCO 3) 2], szulfát [FeSO 4 és MnSO 4] és szerves vegyületként. Ha a két vegyértékű vas- és mangánion levegővel érintkezik, akkor három, illetve négy vegyértékűvé válik. Vízben nem oldódó hidroxid (vörös színű csapadék) keletkezik, ami szűréssel, vagy derítéssel és szűréssel eltávolítható. A vas(ii)- és mangán(ii)ion eltávolítása történhet: a víz ph-értékének megemelésével (vasnál 9,6 és mangánnál 10,6 értékig) és a két vegyértékű vas és mangán oxidálásával három, illetve négy vegyértékűvé. Vastalanítás a víz ph-értékének megemelésével (mésztej adagolásával) 58

63 A vízkezelés alapműveletei (III.) Ezt a technológiát Magyarországon ritkán kell alkalmazni. Elsősorban a szulfát vegyületekben levő vas(ii)ion eltávolítására és a nko keménységű lágy vizek vastalanítására szolgál. Jellegzetesen a vulkanikus területekről származó vizek tisztítására használható. Vastalanítás oxidációval Az oxidáció a következő reakcióegyenlet szerint játszódik le: 4 Fe(HCO 3) 2 + O H 2O = 4 Fe(OH) CO 2 A fölös mennyiségben adagolt levegővel együtt az oxidáció során keletkezett szén-dioxid is eltávozik. A szűréshez előnyös, ha lúgos kémhatású szűrőanyagot használunk. Hazánkban a Fermagó-t (égetett magnezit) használjuk erre a célra. A Fermagó-hoz 60% kvarc szűrőhomokot kevernek, aminek az a szerepe, hogy a szűrőréteg visszaöblítése során a magnezit szemcsék felületéről a homok ledörzsölje a rátapadt vasiszapot (36. ábra). 36. ábra: Vastalanítás levegőbekeveréssel Amennyiben a vas mellett más vegyületet is kell oxidálni (pl. arzént, mangánt), valamilyen erősebb oxidálószer alkalmazása is javasolt, úgymint klór, ózon, kálium-permanganát. A víz mangántalanítása A mangán(ii)iont ugyanazon elv szerint lehet eltávolítani a vízből, mint a vas(ii)iont. Azonban lassabban lejátszódó folyamatról van szó (főleg klór alkalmazása estén). Ahhoz, hogy a mangánt valamilyen szilárd/folyadék fázisszétválasztási technológiával el lehessen távolítani a vízből, először vízben rosszul oldódó mangán(iv) vegyületté kell alakítani. Mangán(II) oxidációja mangán(iv)-é a következőképpen valósítható meg (Langlais, 1991): levegőztetéssel (O 2), ózonnal (O 3), hypoklóros-savval (HOCl), klór-dioxiddal (ClO 2) és kálium-permanganáttal (KMnO 4). A Fermasicc vas- és mangántalanító 59

64 A vízkezelés alapműveletei (III.) A Fermasicc elnevezésű magyar szabadalom szerint a vas- és mangántalanító eljárásnál a vizet durva szemcséjű homokrétegre permetezik (37. ábra). A víz a homokszemcsék között csorog lefelé, de nem tölti ki teljesen a homokréteg hézagait. Így a folyamatosan beadagolt levegő akadály nélkül áthalad a rétegen, és annak alján távozik. A vas(iii)-hidroxid és a mangán(iii)-hidroxid a homokszemcsék felületére tapadva válik ki a vízből. 37. ábra: Fermasicc vas- és mangántalanító Lágyítás A víz keménységét a vízben található kálcium- (Ca) illetve magnézium- (Mg) sók okozzák. A vízlágyítás megvalósítására több eljárást dolgoztak ki: meszes vízlágyítás, meszes-szódás vízlágyítás, vízlágyítás trisóval és vízlágyítás ioncserével. Meszes vízlágyítás A meszes vízlágyítás során oltott meszet (Ca(OH) 2) adagolnak a kezelendő vízhez (38. ábra). A folyamat a következő reakcióegyenletekkel írható le: Ca(HCO 3) 2 + Ca(OH) 2 = 2 CaCO H 2 O Mg(HCO 3) Ca(OH) 2 = Mg(OH) CaCO H 2 O A vízben rendkívül rosszul oldódó csapadék (a reakcióegyenletben félkövér betűvel jelölve), szilárd/folyadék fázisszétválasztási technológiával eltávolítható. A magnéziumsók magnézium-hidroxiddá alakulnak, ami szinten oldhatatlan, tehát ugyancsak eltávolítható. Látható, hogy a magnézium-hidrogén-karbonát eltávolítása kétszeres mennyiségű kalcium-hidroxidot igényel. Meszes vízlágyítással a német keménységi (nko) fokkal jellemezhető víz keménysége 6-8 nk - ra csökken. 60

65 A vízkezelés alapműveletei (III.) 38. ábra: Meszes vízlágyítás Meszes-szódás vízlágyítás Az eljáráshoz szódát, azaz nátrium-karbonátot (Na2CO3) használunk, ami vízben nagyon jól oldódó vegyület. CaSO 4 + Na 2CO 3 = CaCO 3 + Na 2SO 4 CaCl 2 + Na 2 CO 3 = CaCO Na Cl A mész-szódás vízlágyítási technológiával 2,5-3 német keménységi fokú víz állítható elő. Vízlágyítás trisóval Nátrium-foszfát (Na 3PO 4), azaz trisó is alkalmazható vízlágyításra. A kémiai reakció során kalcium-foszfát [(Ca 3(PO 4) 2] keletkezik, ami szűréssel, vagy derítéssel és szűréssel eltávolítható. A trisóval történő vízlágyítás során 0,5 német keménységi fokú víz állítható elő. Vízlágyítás ioncserével Az ioncsere az adszorpciós folyamatok közé tartozik. Ioncserét a vízkezelésben, a vízlágyításon kívül ammóniumion eltávolítására, és egyéb szennyezők eltávolítására alkalmaznak. Ioncsere alkalmazása esetén az adszorbens a vizes fázisból bizonyos ionokat megköt, és helyette az adszorbens felületéről ionok mennek a vízbe. Léteznek természetes eredetű (zeolitok) és mesterséges (műgyanták) ioncserélők. A zeolit az oldatban lévő oldott állapotú ionok egy részét megköti, helyettük nátrium-iont bocsát a vízbe. A nátrium helyére kerülhet például ammónium, kálcium vagy magnézium. A mesterséges ioncserélő gyanták között van nátrium-bázisú, de kifejlesztettek hidrogénbázisú kation-cserélő gyantát és hidroxid-bázisú anion-cserélő gyantát is. Az ionmentes víz előállítása során fontos a gyanták alkalmazásának sorrendje. Az ioncserélő gyantákat általában a gyorsszűrőkhöz (6.2. fejezet) hasonló, töltött oszlopokban alkalmazzák (39. ábra), ahol az ioncserélő gyanta valamilyen támrétegen helyezkedik el. 61

66 A vízkezelés alapműveletei (III.) 39. ábra: Az ionmentes víz előállítása Arzénmentesítés Hazánkban a magas arzénkoncentrációjú vízbázisok felszín alattiak. Az Európai Unióhoz történő csatlakozás ivóvízkezelést érintő egyik legnagyobb kihívása az arzéneltávolítás problémája. Az 50 μg/l helyett az ivóvízben megengedhető maximális arzénkoncentráció 10 μg/l lett (2001. októberétől). A határérték szigorodása kb. 1,3 millió fogyasztót érint az országban. A mélységi vizekre jellemző reduktív környezetben az arzén jellemzően három vegyértékű (arzenit, As(III)), oldott formában fordul elő. Öt vegyértékű frakció (arzenát, As(V)) előfordulása alacsonyabb mértékű. Az arzénmentesítés technológiájának megválasztásához elengedhetetlenül szükséges a tisztítandó vízben jelenlévő arzénformák ismerete. Az arzénformák határozzák meg az alkalmazható technológiát, az előoxidáció szükségességét. Általánosságban megállapítható, hogy az arzenát eltávolítása a technológiailag elfogadható megoldás. A jelenleg rendelkezésre álló arzénmentesítési technológiák három nagy csoportba oszthatók, amelyek (Szabó et al, 2010): hagyományos technológiák (koaguláció, vas-mangán eltávolítás, meszes lágyítás), adszorpciós eljárások (aktivált alumínium-, illetve vas(iii)-oxid) és membrántechnológiák (fordított ozmózis, amely valamennyi komponenst eltávolít a vízből, valamint nanoszűrés, mikro- vagy ultraszűrés, azonban ezek előtt koagulációt kell megvalósítani). A 4. táblázatból láthatjuk, hogy mennyire fontos a redukált (As(III)) állapotú arzén oxidálása arzenáttá (As(V)- é). A leggyakrabban alkalmazott oxidálószerek a klór (hypó: NaOCl formájában adagolva), az ózon (O 3) és a kálium-permanganát (KMnO 4). 4. táblázat: Arzéneltávolító technológiák hatásfoka. Forrás: 62

67 A vízkezelés alapműveletei (III.) Hagyományos technológiák A 40. ábra mutatja a VITUKI-VÍZGÉPTERV által kidolgozott, koagulációs eljáráson alapuló arzénmentesítési technológiát. Az első lépés a gázmentesítés, ahol a vízben oldott gázok eltávolítása bekövetkezik, és az oxidáció lejátszódik. Az arzén oxidációja klór adagolásával történik, majd ezt követően Fe(III)-só, és flokkulálószer adagolásával az arzén szilárd, oldhatatlan formájúvá alakítható. Ezután a víz egy up-flow rendszerű szűrőre kerül, majd egy újabb szűrőrétegen (itt az áramlás fentről lefele történik) átvezetve a hálózati fertőtlenítést (klór adagolását) követően a víz a hálózatba jut (Kiss, J. Kelemen, B. (1985)). 40. ábra: VITUKI VÍZGÉPTERV által kidolgozott technológia (Kiss és Kelemen, 1985) Adszorpciós eljárások Az adszorbenst oszlopba töltik (gyorsszűrőkhöz hasonlóan), és ezen vezetik át az arzéntartalmú vizet. Az arzén az adszorbens felületén megkötődik. Arzéneltávolításra alkalmazható adszorbensek: aktivált alumínium-oxid (Al 2O 3), granulált vas-oxid és ioncserélő gyanta arzén eltávolítására. Membrántechnológiák A membrántechnológiák egyik csoportja (ahol nagyobb a pórusméret, pl.: mikroszűrés, ultraszűrés, nanoszűrés) az oldott szennyezőket nem képes eltávolítani. Ebben az esetben a víz előkezelése: oxidáció, 63

68 A vízkezelés alapműveletei (III.) koaguláció-flokkuláció alkalmazása szükséges, és a membrántechnológia csak mint szilárd/folyadék fázisszétválasztási technológia játszik szerepet. A membrántechnológiák másik része (fordított ozmózis) alkalmas az oldott állapotú szennyezők eltávolítására, így az oldott állapotú arzén eltávolítására is. Ebben az esetben gondot jelent azonban, hogy nem csak az oldott állapotú arzén, hanem az egyéb oldott komponenseket így az ásványi sókat is eltávolítjuk a vízből, ezért a membrántechnológiás kezelést követően a víz utósózása szükséges. Arzénmentesítés esetén az alkalmazható membránszűrési eljárások az alábbiak szerint jellemezhetők: Mikroszűrés: kizárólag arzenáteltávolításra alkalmas, csak a vaspelyhekbe már beépült arzenátot távolítja el. Oxidáció és koaguláció szükséges a mikroszűrés előtt. Ultraszűrés: szintén kizárólag a vaspelyhekbe már beépült arzenátot távolítja el. Azonban a mikroszűrő membránnál kisebb pórusméretei miatt jelentősebb derítőszer-mennyiségek mellett a membrán könnyen eltömődik. Arzénmentesítéshez a mikroszűrő membránok alkalmazása jobb megoldás. Nanoszűrés: jó hatékonyságú arzenát-, és kisebb hatékonyságú arzeniteltávolítást biztosít. Koagulánsra nincs szükség. Fordított ozmózis: a nanoszűréshez hasonlóan jó hatékonyságú arzenát-, és kisebb hatékonyságú arzeniteltávolítást biztosít, koaguláns alkalmazása nélkül. A nanoszűrésnél nagyobb üzemi nyomás és a kisebb tisztítottvíz-mennyiség ellensúlyozza a fordított ozmózis kedvezőbb szűrési hatékonyságát. Víztisztító művek esetében a membrántechnológiai eljárások közül a mikroszűrés illetve az ultraszűrés a gyakori eljárás. A mikroszűrés (41. ábra) során a membrán két oldalán 1-5 bar nyomáskülönbséget hoznak létre; ennek hatására a mikrobákat kivéve minden oldott és lebegő anyag áthatol a membránon. Így mikroszűréssel eltávolítható a baktériumok és az egyéb mikroorganizmusok egy része. 41. ábra: A mikroszűrés Ultraszűréskor (42. ábra) az 1 mikrométernél kisebb pórusokkal rendelkező membrán két oldalán elhelyezkedő oldatok 5-10 bar nyomáskülönbsége adja a fizikai-kémiai hajtóerőt. Ebben az eljárásban a membránon a vízmolekulák és a kisméretű oldott molekulák hatolhatnak át. 64

69 A vízkezelés alapműveletei (III.) 42. ábra: Az ultraszűrés Fordított ozmózis Először vizsgáljuk meg, hogy milyen folyamat játszódik le az ozmózis során. Az ozmózis egy spontán oldószer áramlási folyamat (az alacsonyabb koncentrációjú oldat irányából, a magasabb koncentrációjú oldat felé, egy féligáteresztő membránon keresztül). A membrán átengedi az oldószert, de nem engedi át az oldott anyagokat. Az ozmózis oka az ozmotikus nyomáskülönbség, amit az oldatok koncentráció különbsége hoz létre. A módszer működési elve a 43. ábra felső részén látható. Ha egy tömény vizes oldatot féligáteresztő hártyával választanak el a hígabb oldattól, a koncentráció-különbség kiegyenlítésére megindul a vízmolekulák diffúziója a hártyán keresztül a töményebb oldatba és ennek következtében túlnyomás (ozmózisnyomás) keletkezik. Ha a töményebb oldatra az ozmózisnyomásnál nagyobb nyomás hat, a vízmolekulák a féligáteresztő és mechanikailag szilárd membránon keresztül a hígabb oldatba áramlanak (fordított ozmózis) és az a töményebb oldat koncentrációját növeli. A fordított ozmózis során az oldószer (pl. víz) áramlik külső nyomás hatására a féligáteresztő membránon keresztül a magasabb koncentrációjú oldatból (szennyezett víz) az alacsonyabb koncentrációjú oldat felé (tisztított víz). A membrán ebben az esetben is átengedi az oldószert, de ekkor sem engedi át az oldott anyagokat (43. ábra alsó része). Az ozmózis (a) és a fordított ozmózis (b) működési elve. 1. féligáteresztő hártya; 2. híg oldat; 3. tömény oldat; 4. ozmózisnyomásnál nagyobb nyomás A fordított ozmózis alkalmazása a szennyvíz tisztításában. (forrás: ábra: Az ozmózis és a fordított ozmózis jelensége és alkalmazása A fordított ozmózis alkalmazását alapvetően az Egyesült Államokban fejlesztették ki a tengervíz sótalanítására. Tisztán mechanikai alapon eltávolítja majdnem az összes oldott és oldatlan anyagot a vízből. Ehhez tartoznak a nehézfémek, klór és klór bomlástermékek, szerves anyagok, gyógyszermaradványok, baktériumok és a vízben oldott ásványok. Nagy nitrátterhelés estén a fordított ozmózis a desztilláció mellett a legbiztosabb tisztítási eljárás. Az eljárásnál a nyomás alatt levő víz egy félig áteresztő (szemipermeábilis) membránon keresztül mikroszkopikusan kisméretű pórusokon préselődik át (44. ábra). 65

70 A vízkezelés alapműveletei (III.) 44. ábra: A membrán pórusa és a baktérium viszonya. (forrás: Háztartási berendezéseknél elegendő a 2-6 bar hálózati nyomás. Az ipari alkalmazás során a nyomás elérheti a 30 bar értéket is. A fordított ozmózis mindig friss vizet és szennyvizet állít elő. A nagyteljesítményű berendezések 1:3 aránnyal dolgoznak. Vannak azonban olyan készülékek, amelyek egy liter tisztított víz nyeréséhez tíz vagy annál több liter vizet igényelnek. A maradék a szennyvízbe megy. Vannak olyan készülékek is, amelyek egy szivattyúval dolgoznak, és ezáltal lényegesen kedvezőbb frissvíz-szennyvíz arányt hoznak létre. Végül foglaljuk össze a technológia előnyeit és hátrányait: előnyök: A fordított ozmózis alkalmas arra, hogy a káros anyagok, mint a nehézfémek, pesticidek, poláris pesticidek, gyógyszermaradványok, baktériumok, mikroorganizmusok, azbesztrostok, nitrát, nitrit, klór és klór bomlástermékek valamint az ásványi anyagok is csaknem teljesen eltávolításra kerüljenek. hátrányok: A fordított ozmózis vízfelhasználása aránylag magas. Ha arra gondolunk, hogy egy liter tisztított víz előállításához 3-10 liter hálózati vízre van szükség, akkor ez nem éppen gazdaságos és nem is környezetbarát Iz- és szagártalmak kiküszöbölése A víz ízét és szagát rontó anyagok lehetnek szerves és szervetlen eredetűek. Szerves anyagok: az elhalt növények, a rothadó falevelek és az elhalt planktonok. Szervetlen anyagok: a kloridion sós ízt, a szulfátion keserű ízt, a nitrátion édeskés ízt, a vas- és mangánion fémes ízt és a kénhidrogén záptojás szagot ad a víznek. Az íz- és szagártalmak kiküszöbölése történhet: sómentesítéssel a kloridion és nitrátion, 66

71 A vízkezelés alapműveletei (III.) lágyítással a szulfátion, Fe- és Mn-talanítással a vas- és mangánion, valamint erőteljes levegőztetéssel a kénhidrogén távolítható el. Az oxidáció során alkalmazhatunk: klór-dioxidot, ózont és kálium- permanganátot. Az adszorpciós eljárás során oldott anyagok és gázok tartós megkötődése valósul meg szilárd felületen. A leghatékonyabb adszorbens az említett feladat szempontjából a megfelelő módon előkezelt aktívszén, amely por vagy granulátum formájában kerülhet alkalmazásra. A jó minőségű aktívszén fajlagos felülete m 2 /g. Az aktívszén csak korlátozottan szelektív adszorbens. Alkalmazásával elsősorban az egészségre ártalmas szerves mikroszennyezők eltávolítását kívánjuk megvalósítani. Az aktívszén előállítása történhet faszénből, lignitkokszból és kőszénből (napjainkban). Az aktívszén por adagolása történhet: derítés előtt, szűrés előtt, vagy mindkét helyen. Az adszorpció során (a fázisszétválasztással ellentétben) oldott állapotú anyagok vízből történő eltávolítására kerül sor. Az oldott állapotú anyag átalakítására viszont nem kerül sor. A granulált aktívszenet tartalmazó adszorber kialakítása és részben működtetése sok szempontból hasonlít a homokszűrőhöz, azonban működési mechanizmusa és az általa eltávolítandó anyagok jellege alapvetően eltér attól. Ezért alapvetően helytelen és félrevezető az aktívszén adszorbereket aktívszén szűrőknek nevezni. Az aktívszén adszorbereken a derített és szűrt vizet vezetjük át, ahol: a szűrőréteg vastagsága: m, a szemcseméret: 0,5...1,7 mm, a szűrési sebesség: mm/s és a tartózkodási idő: perc. Az aktívszén granulátum adszorpciós képessége hónap elteltével jelentősen csökken (kimerül). A kimerült aktívszenet izzítással gyakorlatilag teljesértékűen regenerálni lehet, kb. 900 C hőmérsékleten. Az aktívszén kiváló táptalaj a mikroorganizmusok számára, ezért célszerű a vizet előzetesen klórozni (a fölös klór szintén megkötésre kerül). Az adszorpciós eljárásoknak speciális esete az ioncserés adszorpció. Egyes ásványok a kristályrács meghatározott pontjain könnyen mobilizálható (Na + és K + ) ionokat tartalmaznak, amelyek pl. Ca 2+ és Mg 2+ ionokra cserélhetők ki. A természetes alapú ioncserélők mellett megjelentek a mesterséges ioncserélők (műgyanták), amelyek nem csak kationokat, hanem anionokat (pl. nitrát ionokat) is képesek kicserélni. Az ioncserélő műgyanták lényegesen könnyebben kezelhetők, nagyobb kapacitással rendelkeznek, regenerálásuk egyszerűbben megvalósítható, mint a természetes ioncserélőké. Összefoglalás 67

72 A vízkezelés alapműveletei (III.) A víztisztításnak, a felhasználási céltól függően más és más követelményeket kell kielégíteni. A kívánt minőségű víz előállítására fizikai (mechanikai) és kémiai műveletek sorozata áll rendelkezésre. A vízkezelés során, a víz nem megy keresztül minden műveleten, hanem a tisztítás csak a szükséges lépésekre korlátozódik. Ebben a fejezetben tanultakat nagyon jól foglalja össze és mutatja be a víztisztítás általános folyamatábrája (45. ábra). 45. ábra: A víztisztítás általános folyamatábrája. (Forrás: Önellenőrző kérdések 1. Milyen módszerrel lehetséges a vas(ii)- és mangán(ii)ion eltávolítása? 2. Ismertesse az oxidációval történő vastalanítás reakcióegyenletét! 3. Rajzolja le és ismertesse a vastalanítást levegőbekeveréssel! 4. Hogyan valósítható meg a mangán(ii) oxidációja mangán(iv)-é? 5. Rajzolja le és ismertesse a Fermasicc vas- és mangántalanítót! 6. Sorolja fel a vízlágyítás eljárásait! 7. Ismertesse a meszes vízlágyítás reakcióegyenleteit! 8. Rajzolja le és ismertesse a meszes vízlágyítás folyamatábráját! 9. Ismertesse és jellemezze a meszes-szódás vízlágyítást! 10. Ismertesse és jellemezze a vízlágyítást trisóval! 11. Ismertesse és jellemezze a vízlágyítást ioncserével! 12. Rajzolja le és ismertesse az ionmentes víz előállításának folyamatábráját! 13. Milyen arzénmentesítési technológiákat ismerünk? 14. Ismertesse és jellemezze a VITUKI VÍZGÉPTERV által kidolgozott arzénmentesítési technológiát! 15. Sorolja fel az arzéneltávolításra alkalmazható adszorbenseket! 16. Csoportosítsa és jellemezze a membrántechnológiákat! 17. Ismertesse és jellemezze az ozmózis és a fordított ozmózis fogalmát! 18. Ismertesse a fordított ozmózis előnyeit és hátrányait! 68

73 A vízkezelés alapműveletei (III.) 19. Csoportosítsa és jellemezze a víz ízét és szagát rontó anyagokat! 20. Ismertesse és jellemezze az adszorpciós eljárásokat! 21. Ismertesse a víztisztítás általános folyamatábráját! 69

74 III. rész - Szennyvízkezelés Bevezető A fejezet célja, hogy megismerjük a szennyvízkezelés (szennyvíztisztítás) alapvető eljárásait és berendezéseit: az első (mechanikai) szennyvíztisztítási fokozatban, a második (biológiai) szennyvíztisztítási fokozatban, a harmadik (kémiai) tisztítási fokozatban és a szennyvíziszap kezelése során. A gyakorlatban ezen fokozatok különböző eljárásainak kombinációjából áll össze a mesterséges szennyvíztisztítás menete. A mesterséges szennyvíztisztítás tehát bonyolult fizikai, kémiai és biológiai folyamatok célszerűen összeállított láncolata. Az előző (II. témakör) fejezetben foglalkoztunk a víztisztítással. A két terület között nagyon sok hasonlóság fedezhető fel. Ennek megfelelően, az egyes technológiák és berendezések ismertetése során gyakran fogok hivatkozni a tanultakra. Azért, hogy a fölösleges ismétléseket elkerüljük. A víz- és szennyvíztisztításban közös, hogy sok tekintetben hasonló technológiai műveleteket és technológiai műtárgyakat alkalmazunk. Nagyon gyakran használunk mindkét esetben szilárd-folyadék fázisszétválasztást, amelynek eszköz-rendszere több mint száz éve jól ismert és széleskörűen elterjedt. A korszerű eljárások között a membrántechnológiák megjelenése és folyamatos fejlődése figyelhető meg. Közös tulajdonság, hogy fizikai (mechanikai) és kémiai eljárásokat mindkét esetben, nagy számban alkalmazunk. Azonban lényeges eltérés, hogy biológiai, mikrobiológiai megoldásokat csaknem kizárólag a szennyvíztisztításban használunk. Ennek elsősorban az oka abban keresendő, hogy a mikrobiológiai folyamatok ellenőrzése ma még nem tekinthető megoldottnak. A szennyvíztisztításnál ez nem okoz különösebb problémát, de az ivóvíztisztításnál megengedhetetlen. A szennyvíztisztítás célja, hogy a szennyvizeknek a befogadóra nézve veszélyes anyagait eltávolítsuk vagy átalakítsuk, illetve hogy megteremtsük az újrafelhasználás minőségi feltételeit. Az ideális az volna, ha minden felhasználó a visszaadott vizet a befogadó természetes vízminőségének megfelelően juttatná vissza. Ennek ma még gazdasági, sőt technikai korlátai is vannak (Kerekes, 2007). A témakörhöz kapcsolódó követelmények: tudni kell ismertetni a szennyvízkezelési fogalmakat és eljárásokat, rajzolni kell tudni a berendezések működési ábráját, méretezni kell tudni egy homokfogót, illetve ülepítő medencét, és rajzolni kell tudni a különböző szennyvízkezelési technológiák blokk-diagramját.

75 8. fejezet - A fizikai (mechanikai) szennyvíztisztítás Bevezető A mechanikai szennyvíztisztítás rácsot, homokfogót és ülepítő medencét tartalmaz. Mechanikai kezeléssel a nyers szennyvíz BOI (biológiai oxigénigény) tartalmának körülbelül 30%-a távolítható el. Ennek a tanulási egységnek célja, hogy megismerjük: a szennyvíztisztítással kapcsolatos fogalmakat, a rácsok, homokfogók, zsírfogók és az ülepítők kialakítását, valamint működését. A tanulási egység követelményei: tudni kell ismertetni a szennyvíztisztítással kapcsolatos fogalmakat, rajzolni kell tudni a gépészeti megoldásokat, valamint a műtárgyakat, tudni kell ismertetni a Stokes-féle ülepedési sebesség levezetését (2. fejezetből) és méretezni kell tudni egy hosszanti áramlású, folyamatos átfolyású ülepítőt (szintén a 2. fejezetből) A szennyvíztisztítással kapcsolatos fogalmak A szennyvíz fogalma: a különféle vízhasználatok során keletkező, ásványi és szerves szennyeződéseket tartalmazó víz, amelyet a közüzemi csatornahálózaton külön vagy a csapadékvízzel együtt vezetnek el (Vermes, 1998). A kommunális (települési) szennyvíz jellemzően a háztartások által termelt szennyvizet foglalja magában a helyi kis volumenű gyártó és szolgáltató ipar járulékos szennyvizeivel együtt. Közcsatornába csak olyan összetételű és mennyiségű szennyvizet szabad bevezetni, amelynek paraméterei a vonatkozó jogszabályban megfogalmazott határértékeknek megfelel. Tehát a kommunális szennyvíz összetétele bizonyos határokon belül marad. A szennyvíztisztítás fogalma: a keletkező szennyvíz szennyező anyagainak olyan mértékű eltávolítása, illetve minőségi átalakítása, melynek során a tisztított víz a természetes befogadókba kerülve ott ne okozzon károsítást. A szennyvíztisztítás három fokozatban valósulhat meg: Először megtörténik a mechanikai tisztítás, amelynek során a szennyvizek fizikailag leválasztható úszó és lebegő anyagait távolítják el rácsok, ülepítők, szűrők segítségével. A második fokozatban vagyis a biológiai tisztítás során a mechanikai úton el nem távolítható szerves anyagok lebontása következik be a szennyvizekben található mikroorganizmusok segítségével. A harmadik tisztítási fokozat alatt (kémiai) az oldott ásványi anyagok elsősorban növényi tápanyagok eltávolítása történik. Ez a három tisztítási fokozat látható a 46. ábrán. 71

76 A fizikai (mechanikai) szennyvíztisztítás 46. ábra: A szennyvíztisztítás általános folyamatábrája. (forrás: Egy szennyvíztisztító telep működését bemutató animáció a következő internetcímről érhető el: Szennyvizek vizsgálata (szabvány rögzíti), amely lehet: Fizikai: a szennyvíz színét, szagát, hőmérsékletét, zavarosságát, valamint az úszó-, ülepedő és nem-ülepedő anyagok mennyiségét határozzák meg. Kémiai: KOI: (kémiai oxigénigény) azt az oxigénmennyiséget jelenti, ami a szennyvízben levő szerves anyagok lebontásához szükséges. BOI: (biológiai oxigénigény) azt az oldott oxigénmennyiséget jelenti, ami szükséges a szennyvízben levő szerves anyagok lebontását végző mikroszervezetek életének fenntartásához. BOI 5: a szennyvíz lebontását végző mikroszervezetek ötnapos oxigénszükségletét jelenti. ph: a hidrogénion (H+) koncentráció tízes alapú negatív logaritmusa, ami alapján: a szennyvíz semleges kémhatású, ha a ph = 7, a szennyvíz savas kémhatású, ha a ph < 7, a szennyvíz lúgos kémhatású, ha a ph > 7, ill. ph 14. Biológiai: termelők: növények; fogyasztók: állatok; lebontók: baktériumok meghatározása. Bakteriológiai: a szennyvízben levő kórokozókat és fertőző baktériumokat határozzák meg. A szennyvizek tisztítása történhet természetes, illetve mesterséges eljárással. A természetes tisztítási eljárások a biológiai tisztítások közé tartoznak. Ezért a következő tanulási egységben fogunk megismerkedni velük. 72

77 A fizikai (mechanikai) szennyvíztisztítás A mesterséges tisztítási eljárások: mechanikai: a szennyvíz jellege nem változik, biológiai: minőségi változás - élőszervezetekkel és kémiai: minőségi változás - vegyszerekkel Rácsok, homokfogók, olaj- és zsírfogók Rácsok A tisztítóba beömlő szennyvízből az úszó, nagyméretű szilárd anyagokat szűri ki. Védi a további berendezéseket e szilárd anyagok üzemzavart okozó hatásától. A durva rács (gereb): az 50 mm feletti méretű úszó-lebegő szemét (faág, deszka, állati tetem stb.) visszatartását végzi. Az mm pálca-nyílású rácsot a vízfolyás irányában 2:1 hajlásszögben, nyílt csatornába beépítve alkalmazzák. A szivattyúk és egyéb mechanikus berendezések védelmét szolgálja. A finom rács: az 50 mm-nél kisebb szemetet szűri ki mm pálcaosztású rácsokat használnak e célra. Az utána következő tisztító egységek tehermentesítését biztosítja. Kivitelük szerint megkülönböztetünk: Kézi rácsot, amit kis terhelésű tisztítóknál használnak. Itt az egyszerű síkrácsról a szemetet kézzel távolítják el. Íves rácsot, amit kis- és közepes terhelésnél használnak (47. ábra): Mechanikus tisztítású síkrácsokat alkalmaznak nagy (5000 m3/d-t meghaladó) terhelésű tisztítóművek esetén. E berendezéseknél a rácsról a szemetet gépi berendezések távolítják el. Ilyen mechanikus tisztítású síkrácsokat mutat a 48. ábra. 47. ábra: Íves rács 73

78 A fizikai (mechanikai) szennyvíztisztítás 48. ábra: Mechanikus tisztítású síkrácsok. (forrás: Homokfogók A homok döntő többségében szilícium-dioxid, tehát igen kemény anyag, éppen ezért erős koptató hatása miatt káros a szennyvíztisztító berendezés gépészeti szerkezeteire. A homok mennyisége sem elhanyagolható, mert lakosonként évente mintegy dm 3 -re tehető, elválasztó szennyvízcsatorna-hálózat esetén (Nagy, 1992). A rácsokon átjutott 0,2 mm-nél nagyobb szemcseméretű, víznél nehezebb szemét kiülepítését végzik. Sokféle megoldást használnak. Általánosan jellemző rájuk, hogy a homok kiülepítése közben gyakran alkalmaznak légbefúvást, ami a szemcsékhez tapadó szervesanyag leválasztására és a homok-ülepedés elősegítésére szolgál (49. ábra). 49. ábra: Légbefúvásos homokfogók 74

79 A fizikai (mechanikai) szennyvíztisztítás A felszínre emelkedő szennyeződést külön gyűjtik, nagy zsír-, olaj- és szervesanyag tartalma miatt. A vízszintes átfolyású berendezéseknél a sebességet v = 0,3 m/s körüli értéken tartják, a tartózkodási idő pedig 2-5 perc. (A szennyvízgyűjtő csatornában 0,6 m/s a szokásos átlagsebesség). Egy hosszanti átfolyású, iker elrendezésű homokfogót mutat be az 50. ábra. 50. ábra: Hosszanti átfolyású, iker elrendezésű homokfogó A függőleges átfolyású homokfogók henger-, hasáb- vagy tölcsér alakú műtárgyak, amelyekben a szennyvíz alulról felfelé áramlik (51. ábra). A felszálló sebesség cm/s. Alkalmazásuk ott indokolt, ahol a telepen helyhiány jelentkezik. A homok kitermeléséhez előnyös megoldásként jöhet számításba a mamut-szivattyú használata. 75

80 A fizikai (mechanikai) szennyvíztisztítás 51. ábra: Függőleges átfolyású homokfogó Olaj- és zsírfogók Feladatuk a szennyvízben jelentkező zsír- és olajtartalom kiválasztása. A zsír- és olaj leválasztását elsődlegesen a képződés helyén kell elvégezni. Az 52. ábrán látható aknát akkor alkalmazzuk, ha a zsír vagy olaj mellett az üledék visszatartása is szükséges. 76

81 A fizikai (mechanikai) szennyvíztisztítás 52. ábra: Zsír-, olaj- és üledékfogó akna Ülepítők Feladatuk: a 0.2 mm-nél kisebb és a víznél nehezebb szemcsék, valamint az úszó- és lebegő anyagok kiválasztása. Alkalmazási területük: önálló mechanikai tisztító berendezésként, elő- és utóülepítőként biológiai és kémiai tisztítórendszereknél. Az előülepítő iszapja nagyobb sűrűségű, az utóülepítőből elfolyó víz, viszont tisztább - ebben különböznek. Általában egyszintes berendezések. (Előülepítőként, illetve egyesített ülepítő-rothasztó műtárgyként használnak kétszintes megoldást is.) Jellegzetességük, hogy nagy víztérfogatból kis mennyiségű lebegőanyagot távolítanak el, ezért üzemeltetésük és tervezésük nagy gondosságot igényel. Leggyakoribb típusai: a hosszanti átfolyású ülepítő medencék, gépi kotróberendezéssel, a sugárirányú átfolyású, kör alaprajzú ülepítők, gépi kotróval (Dorr ülepítők) és a függőleges átfolyású ülepítők. 77

82 A fizikai (mechanikai) szennyvíztisztítás Hosszanti átfolyású ülepítők: m3/d terhelési tartományban használatosak. Az alkalmazott átlagos medence mélység: h = l m, szélesség: b = 4-8 m. A medence mélység - hosszúság arányát l : 20 - l : 30-ra választják, A fenék a zsomp felé 1-2%-al lejt, amely lapos kiképzésű - szemben a homokfogóknál használt vályús kiképzéssel. A kotrószerkezetek haladási sebessége 1-3 cm/s. A zsompba kotort iszapot centrifugál-, vagy mamutszivattyúval termelik ki. Biológiai tisztítók utóülepítőinél a recirkulációs iszap mozgatására szívesen használnak csigaszivattyút, ami az eleveniszap pelyheit a centrifugál szivattyúnál kevésbé aprítják. Jellegzetes változatai a II. fejezet 20. és 21. ábráján láthatók. Sugárirányú átfolyású ülepítők: m 3 /d terhelés felett használatosak. D = m közötti a medence átmérője. A közepes folyadék-mélység: h = l,5-2,5 m. A szokásos h/d = l : 20-1 : 25. A fenéklejtés 2-3%. A kotrószerkezet kerületi sebessége maximum 6 cm/s, utóülepítőknél maximum 3 cm/s. Egy Dorr rendszerű sugár irányú átfolyású ülepítő működése a II. fejezet 22. ábráján látható, valamint szennyvízre kialakított változata az 53. ábrán. A tisztítandó szennyvizet alulról, a készülék közepén vezetik be, amely sugárirányban áramlik a készülék pereme felé. Itt fogazott bukóélen átjutva gyűjtőcsatornába, majd gyűjtővezetékbe ömlik. Mialatt a folyadékrészek a középtől a peremig eljutnak, a nehéz szemcsék (az iszap) a fenék felé, a könnyű anyag (az uszadék) pedig a felszín felé mozdul el. A nehéz részecskék végül a fenék alján gyűlnek össze. Az iszapot íves lapátokkal ellátott forgó-kotró szerkezet továbbítja az iszapzsompba. A felszínen képződő uszadékot egy tolólap a kerületen levő uszadékcsapdába sodorja. 78

83 A fizikai (mechanikai) szennyvíztisztítás 53. ábra: Dorr rendszerű sugár irányú átfolyású ülepítő Az 54. ábrán látható egy Dorr-medence (kivitelezés közben) amely meghatározó műtárgya a szennyvíztisztító telepnek. 54. ábra: Dorr ülepítő. (forrás: Függőleges átfolyású ülepítők: Kis és közepes (Q 2500 m3/d) tisztítótelepek utóülepítőjeként, vagy kémiai tisztítók ülepítőjeként használatos. Általában kör keresztmetszetű. Kialakítását az 55. ábra mutatja be. 79

84 Alkalmazott méretek: D 8m, V 100 m3. A fizikai (mechanikai) szennyvíztisztítás A merülőhengerben a lefelé áramló sebesség: vmax = 30 mm/s. Az ülepítőtér felső hengeres részében a felfelé áramló sebesség: vmax = 0,3 mm/s. Maximum 4 darabot használnak belőle egy telepen. Ellenáramú berendezés, a felfelé irányuló vízmozgásban lefelé ülepedő anyag lebegő iszapfelhőt alkot, amely szűrő hatásánál fogva javítja az ülepítés hatásosságát. A medence legmélyebb pontján összegyűlő iszap tömörödését védjük, a merülőhenger aljára szerelt terelőkúppal (55. ábra b része). 55. ábra: Függőleges átfolyású ülepítő 4. Összefoglalás Ebben a tanulási egységben megismerkedtünk a szennyvízkezelés (szennyvíztisztítás) legfontosabb fogalmaival. Három tisztítási fokozatba soroltuk a különböző technológiai eljárásokat. Ezután rátértünk az első tisztítási fokozat (mechanikai) eljárásainak és berendezéseinek ismertetésére. Láthattuk, hogy a műtárgyak és gépi berendezések jelentős része megtalálható a víztisztás területén is. Ennek megfelelően, az ülepítéssel kapcsolatos fogalmak, levezetések és méretezések, amelyek a II. fejezetben megtalálhatók, itt is érvényesek. Önellenőrző kérdések 1. Ismertesse a szennyvíz és szennyvíztisztítás fogalmát! 80

85 2. Milyen szennyvíztisztítási fokozatokat ismer? A fizikai (mechanikai) szennyvíztisztítás 3. Rajzolja le a szennyvíztisztítás általános folyamatábráját! 4. Ismertesse és csoportosítsa a szennyvizek vizsgálatát! 5. Jellemezze a durva- és finom rácsokat (gerebeket)! 6. Kivitelük szerint hogyan csoportosíthatók a rácsok? 7. Ismertesse és csoportosítsa a homokfogókat! 8. Rajzolja le a hosszanti átfolyású, iker elrendezésű homokfogót! 9. Rajzolja le a függőleges átfolyású homokfogót! 10. Rajzolja le a zsír- és üledékfogó aknát! 11. Ismertesse az ülepítők feladatait és alkalmazási területeit! 12. Vezesse le a Stokes-féle ülepedési sebességet (II. fejezetből)! 13. Hogyan csoportosíthatók az ülepítők? 14. Rajzolja le és ismertesse a hosszanti áramlású ülepítőt láncos kotróval (II. fejezetből)! 15. Rajzolja le és ismertesse a hosszanti áramlású ülepítőt karos kotróval (II. fejezetből)! 16. Rajzolja le és ismertesse a Dorr - ülepítőt (II. fejezetből)! 17. Rajzolja le és ismertesse a függőleges átfolyású ülepítőt! 18. Ismertesse a hosszanti áramlású, folyamatos átfolyású ülepítő méretezését (II. fejezetből)! 81

86 9. fejezet - A biológiai szennyvíztisztítás Bevezető A második szennyvíztisztítási fokozat a biológiai tisztítás. Célja a szennyvízben maradt kolloidális és oldott állapotú szerves szennyeződés lebontása. A biológiai szennyvíztisztítás alapvetően a mikroorganizmusok irányított tevékenységét jelenti. A mikroorganizmusok tevékenységének színtere a biológiai tisztítás műtárgya, amelyben az életkörülményeket befolyásoló paraméterek: az oxigén, a tápanyag, a ph és a hőmérséklet. A mikroorganizmusok lehetnek: Aerob szervezetek: oldott oxigént felhasználók. Anaerob szervezetek: oldott oxigént nem igénylők. Azonban a lebontási (oxidációs) folyamataikhoz nekik is kell oxigén, illetve energia, amit a vegyületekben kötött formációkból nyernek. Egyes mikroorganizmus fajok a környezeti feltételeiknek megfelelően, aerob és anaerob jellegű lebontásra is képesek. Ezek a fajok a fakultatív mikroorganizmusok. A szennyvíz biológiai tisztítása természetes körülmények között is megvalósul, illetve megvalósítható. Hiszen ez megy végbe a folyókban, tavakban is az öntisztulás során, a bejutó szerves anyagokat itt is mikroorganizmusok bontják le, emberi beavatkozás nélkül. Mesterséges körülmények között, a szennyvíztisztító telepek berendezéseiben az előülepített (mechanikailag tisztított) szennyvízben lévő, elsősorban oldott állapotú szervesanyagot aerob folyamat bontja le. Ekkor az aerob mikoorganizmusok a szerves anyagot, mint tápanyagot sejtanyaggá alakítják, majd saját sejtanyagukat is felélik. A visszamaradó anyag már rothadásra hajlamos, és elásványosodott anyaggá válik. Oldott oxigént használnak még: a nitrifikáló baktériumok, a kénfaló baktériumok, a vasbaktériumok és a metánoxidálók. Az anaerob folyamatok az ülepítőberendezésekben kiülepedett iszap kezelésénél jutnak szerephez. Az iszapot döntően pelyhes szerkezetbe összeállt kolloidális szerves anyagok és fölös mikroorganizmus szervezetek alkotják. Ezt a nehezebben hozzáférhető szerves anyagot előbb savtermelő baktériumokkal cseppfolyósítják, majd metántermelő baktériumokkal bontják le a hozzáférhetővé tett szervesanyagot. Anaerob bakteriális folyamatok közül fontos a denitrifikáció. Véghezviteléhez megfelelő szénforrás (pl. a szennyvíz szervesanyaga), valamint az előrehaladott nitrifikáció szükséges. A biológiai szennyvíztisztítók két leginkább használt formája: a csepegtető testes - fix filmes - szennyvíztisztító, az eleveniszapos - lebegő, diszperz ágyas - szennyvíztisztító. Ennek a tanulási egységnek célja, hogy megismerjük: a biológiai szennyvíztisztítással kapcsolatos fogalmakat, a természetes biológiai tisztítás eljárásait, a csepegtető testes és az eleveniszapos technológiát. A tanulási egység követelményei: 82

87 A biológiai szennyvíztisztítás ismerni kell a biológiai szennyvíztisztítással kapcsolatos fogalmakat, rajzolni kell tudni a gépészeti megoldásokat, valamint a műtárgyakat, rajzolni kell tudni a különböző szennyvízkezelési technológiák blokk-diagramját Természetes biológiai tisztítás A természetes biológiai szennyvíztisztítás az a folyamat, melyben a szennyvíz másodfokú tisztítása, vagyis szilárd részeinek eltávolítása és szervesanyagainak lebontása természetes ökoszisztémák (ökológiai rendszerek) igénybevételével folyik, szemben a mesterséges biológiai tisztítással, ahol mindez műtárgyakban, gépi berendezések segítségével, fosszilis energia felhasználásával megy végbe (Vermes, 1997). A természetes biológiai tisztítás is igényel műszaki létesítményeket és beavatkozásokat, de a tisztulás folyamatai zömmel természetes, újratermelődő energiaforrások fölhasználásával zajlanak. Ide tartoznak: a tavas szennyvíztisztítás, a szennyvizek mező- és erdőgazdasági hasznosítással egybekötött tisztítási és elhelyezési megoldásai, valamint az egyéb szűrőmezős eljárások. A szennyvízben lévő szerves és szervetlen anyagokat a vízben élő baktériumok, növényi és állati szervezetek populációi alakítják át, bontják le és használják föl saját testük felépítéséhez. Jelenleg is folyó környezetvédelmi kutatások egyik kiemelt célja olyan ökológiai rendszerek kialakítása és fejlesztése, amelyek alkalmasak a természetben, a természetes ökoszisztémákban érvényesülő hulladéklebontó és anyagátalakító folyamatok felhasználásával az egyre nagyobb mennyiségben keletkező természetes eredetű szennyvizek és hulladékok ártalmatlanítására és egyben hasznosítására. Az ebből a célból szóba jöhető ökológiai rendszerek két nagy csoportba sorolhatók: a vízben (víz-növény-állat), valamint a talajban, illetve talajon (talaj-növény-állat) kialakult ökológiai rendszerekre. A vízben kialakult ökológiai rendszerek: tavas szennyvíztisztítás az,,élőgépek a szennyvíztisztító és hasznosító halastavak A talajban, illetve talajon kialakult ökológiai rendszerek: a speciálisan a szennyvízhasznosításra létrehozott faültetvények (pl. cellulóz-nyárasok, energiaerdők), a szántóföldi művelés alatt álló területek és a nádas vagy gyepes szűrőmezők. A nád gyökérzónás szennyvíztisztításról készült film a következő internetcímről érhető el: Tavas szennyvíztisztítás A természetes biológiai szennyvíztisztítás sokfelé elterjedt módszere, ahol a szennyező anyagok a vízben lezajló természetes folyamatok hatására bomlanak le. A rendszerint földmedrű és viszonylag sekély tavakban a bevezetett szennyvizet a fizikai, a kémiai és a biológiai hatások együttese tisztítja meg, miközben hígulás, oldódás, ülepedés, beszivárgás, szűrés, oxidáció, sejtszintézis, fotoszintézis, gázcsere, párolgás, hőcsere és más folyamatok mennek végbe. A szennyvíz kiülepedett és szuszpenzióban lévő szerves anyagait egyaránt a vízben élő baktériumok bontják le. Jól tervezett és szakszerűen üzemeltetett szennyvíztavakban ezek a természetes folyamatok eredményesen, 83

88 A biológiai szennyvíztisztítás megfelelő hatásfokkal hasznosíthatók a kommunális szennyvizek tisztítására. Jellemzőjük a kis beruházási és üzemeltetési költség, valamint az egyszerű üzemeltetés. A szennyvíztisztító tavak feladatuk szerint lehetnek: Stabilizációs tavak: olyan tisztító tavak, amelyekbe a szennyvizet nyersen, minden előtisztítás nélkül vezetik be, feladatuk a szennyvíz stabilizálása. Oxidációs tavak: ezeket előülepítés után biológiai fokozatként, rendszerint sorba kapcsolva működtetik, bennük oxidatív körülmények uralkodnak. Utótisztító tavak: olyan tavak, amelyekben a biológiai tisztításon átesett szennyvíz minőségét tovább javítják (Öllős, 1992). Az,,élőgépek Jellemzőjük, hogy töltetként élő növényi gyökereket alkalmaznak, amelyek hatalmas fajlagos felülettel rendelkeznek, valamint oxigénnel és különböző szerves savakkal segítik a lebontást. A növények a medencék felszínére feszített műanyag rácson helyezkednek el, gyökerük 0,5-1,5 m mélyen nyúlik a reaktortérbe. A technológia további jellegzetessége a kaszkádszerűen sorba kapcsolt medencesor. A szervesanyag és a növényi tápanyagok lebontását legnagyobb részben különböző mikroorganizmusok végzik. Ezt a folyamatot segíti a szennyvíz, illetve a szennyvíziszap reaktortartályok közötti recirkuláltatása a technológiai sor végén elhelyezkedő nyitott aerob tartályokból és az ülepítőből a sor elején elhelyezkedő tartályokba. A tisztításban részt vesznek egyéb mikroszervezetek, gombák, kagylók, csigák, a technológiai sor végén pedig bioindikátorként halak élnek. Tehát egy mesterségesen összeállított, de komplex természetközeli ökoszisztéma jön létre. Ennek köszönhető a rendszer stabilitása. A technológia előnye még, hogy teljesen zárt, nincs kellemetlen zaj- és szagemisszió, illetve az üde növényfelület látványként sem utolsó. A hazai viszonyok mellett üvegházba érdemes telepíteni, így a technológia egész évben kielégíti az elfolyó vízzel szemben támasztott minőségi előírásokat. A folyamat során fajlagosan alacsony mennyiségű fölös iszap képződik (56. és 57. ábra). 56. ábra: Élőgép rendszerű szennyvíztisztító Telkiben. (forrás: 84

89 A biológiai szennyvíztisztítás 57. ábra: Élőgépek a szennyvíztisztításban A csepegtetőtestes biológiai tisztítás A biológiai csepegtetőtestes tisztítás során a szennyvíz szilárd szemcsehalmazból álló tölteten csörgedezik át. A töltőanyag hagyományosan koksz, zúzott kő, vagy bazalt tufa, újabban pedig darabos műanyag, ami jobban terhelhető. A zúzaléktest anyaga legyen fagy- és vegyálló, valamint érdes felületű. A töltőanyag felületén alakul ki a mikroorganizmusokat tartalmazó biológiai hártya, a hézagrendszerben csepeg lefelé a szennyvíz és áramlik fölfelé a levegő. A műtárgy általában hengeres és felül nyitott, de lehet találkozni zárt kivitellel is (58. ábra). 58. ábra: Nyitott (a) és zárt (b) kivitelű csepegtetőtestes tisztító A biofilm aerob és kis hányadban anaerob organizmusokból épül fel. A berendezés alulról képes átszellőzni. Felülről vezetik rá a nyers szennyvizet, amelyet egy forgó permetező oszt el egyenletesen. A forgó permetező a fizikából ismert Segner-elv alapján működik. A tisztított szennyvíz a lejtős fenéken gyűlik össze. Egy kialakítási formája az 59. ábrán látható. A szennyvíz bevezetése itt a műtárgy középső részén keresztül történik (Tömösy, 2004). 85

90 A biológiai szennyvíztisztítás 59. ábra: Csepegtetőtestes szennyvíztisztító kialakítása Forgó, merülő tárcsás biofilmes tisztítók A csepegtetőtestes tisztítás egy ritkábban alkalmazott sajátos műtárgy típusa a merülő tárcsás berendezés. Ennél a kialakításnál nem a szennyvizet vezetjük a hártyára, hanem a hártyát merítjük a szennyvízbe. A korongok egymástól ugyanekkora távolságra közös tengelyen helyezkednek el. A tisztító tengely irányú keresztmetszetét láthatjuk a 60. ábrán. 60. ábra: Merülő tárcsás biofilmes tisztító keresztmetszete A tengelyre fűzött tárcsaköteg köríves teknőben merül a szennyvízbe. A tárcsákat az ábra szerint, a víz átáramlási irányához igazodóan max. 3 min -1 fordulatszámmal forgatják. A tárcsák 0,7 1,5 mm vastag PVC, polisztirol, polietilén, vagy poliuretán lapokból készülnek, 1 3,5 m átmérővel. A tárcsák mm-re vannak egymástól, a max. 7 m-es tengelyen. A mikroorganizmusok a szennyvízbe merülve tápanyagot, abból kiemelkedve oxigént vesznek fel. Általában sorba kapcsolva használják őket a 61. ábrán látható módon. 86

91 A biológiai szennyvíztisztítás 61. ábra: Merülő tárcsás tisztító. (4 lépcső sorba kapcsolva. A szennyvíz útját nyilak jelzik.) A biológiai csepegtetőtestes tisztítást ma inkább kisebb telepeken, vagy többlépcsős tisztítási igény esetén, eleveniszapos berendezések előtisztítójaként alkalmazzák Az eleveniszapos biológiai tisztítás Az eleveniszapos szennyvíztisztítás a legelterjedtebb biológiai szennyvíztisztító eljárás. A lebontást végző mikroorganizmusok pehely formájában, a szennyvízben alakulnak ki. A szervesanyag lebontását úszvalebegve végzik. Egy-egy iszappehely több százezer élő szervezetet foglal magába. Innen ered az eleveniszapos elnevezés. A mikroorganizmusok lebontó tevékenységüket a reaktorban végzik, amely hosszanti átfolyású, téglalap alaprajzú medence, levegőztetővel és keverővel ellátva. A biomassza lényegileg a reaktorban marad. Iszap ugyan állandóan lép ki a medencéből, de annak nagy része visszatáplálásra kerül a kellő iszapkoncentráció biztosítására. A mikroorganizmusok folyamatos oxigén-ellátást igényelnek, és keveréssel lebegésben kell tartani az élő iszapot. Az eleveniszapos technológiákban a reaktort követő utóülepítő a rendszer szerves részét képezi. Nemcsak a szilárdanyagok leválasztását biztosítja, mint a csepegtetőtestes technológiáknál, hanem a biológiai tisztítási folyamat is folytatódik benne. Ezért minimum 2 óra tartózkodási időt kell ott biztosítani. Az eleveniszapos technológia és fő paramétereinek összefoglalását adja a 62. ábra (Tömösy, 2004). 87

92 A biológiai szennyvíztisztítás 62. ábra: Eleveniszapos technológia Üzemeltetési szempontból megkülönbözetünk: nagyterhelésű kisterhelésű ( hagyományos ) folyamatokat. A nagyterhelésű folyamatoknál a biomassza növekedése, az eltávolítandó szervesanyagok beépítése dominál. Bomlástermékként víz, széndioxid, és az iszapelhalásból ammónia képződik. Jellemzi a folyamatot, hogy a szuszpendált szilárd anyagok koncentrációja és térfogati terhelése nagy. A tisztítás összhatásfoka gyenge, de viszonylag nagy szervesanyag lebontást eredményez. Ilyen rendszereket nagy szennyvíz mennyiségeknél Q d m 3 /d, terhelési tartományban használnak. A jellemző iszapkor < 2 nap. Bonyolultabb, drágább rendszer, de jobban feldolgozott iszapot bocsát ki, és biogázt termel (63. ábra). 63. ábra: Nagyterhelésű eleveniszapos szennyvíztisztító A kisterhelésű folyamatoknál a fölösiszap-hányad sokkal kisebb. A tápanyag/mikroorganizmus arány a nagyterhelésűnek kb. 50 %-a. Az iszappelyhek mikroorganizmus összetétele sokkal gazdagabb, a nitrifikáló baktériumok is megjelennek. A 64. ábra egy kisterhelésű - szaknyelven teljes oxidációs - szennyvíztisztító rendszert mutat be. Átlagos települési szennyvíznél a tisztítás hatékonysága: a szerves anyagra 85-95%, az ammóniára 92-98%, a nitrogénre 60-65%, az összes foszforra 20-25%. 88

93 A biológiai szennyvíztisztítás Kis és közepes terhelésű telepeknél e rendszer igen jól alkalmazható, Q d m 3 /d -ig. Nem igényel kvalifikált személyzetet, könnyen és biztonságosan üzemeltethető, de energiaigénye nagy. Kevés, egyszerű műtárgyból áll, könnyen elhelyezhető. Jellemző a nagy iszapkor > 7 nap, kb. 20 napos iszapkor ad jó hatásfokot. 64. ábra: Kisterhelésű, teljes-oxidációs települési szennyvíztisztító Az eleveniszapos reaktorban a biomasszának O 2 -re van szüksége és az iszap leülepedésének megelőzését is meg kell akadályozni keveréssel. Az oxigénbevitelt felületi-, vagy mély levegőztetőkkel oldják meg. Felszíni levegőztető berendezések láthatók a 65. ábrán. 65. ábra: Felszíni levegőztető berendezések Mélylevegőztetőknél a bekeverés 4-6 m-re a felszín alatt történik. A kompresszoros rendszerek lemezes vagy csöves légbevezetői műanyagból, kerámiából, szivacsos anyaggal borított csőből, furatos gumilemezből stb. készülnek, és a medencék fenekén helyezkednek el. Finom buborékos (0.5 - l mm-es furat) és nagybuborékos rendszereket (2-5 mm-es furat) különböztetnek meg. A széles választékból a tányéros változat látható a 66. ábrán és a kiemelhető, csöves rendszer a 67. ábrán. 89

94 A biológiai szennyvíztisztítás 66. ábra: Tányéros mélylevegőztető rendszer. (forrás: ábra: Kiemelhető, csöves mélylevegőztető rendszer. (forrás: Biológiai nitrogéneltávolítás A biológiai szennyvíztisztítási folyamatokban részt vevő mikroorganizmusok eltérőek. A szervesanyagok lebontása (amelynek egyik végterméke a széndioxid), a hagyományos szennyvíztisztító rendszerekben aerob-, vagyis oxigéndús környezetben valósul meg. A szervesanyag lebontást végző szervezetek többnyire nagy szaporodási sebességgel rendelkeznek, vagyis ez a folyamat viszonylag rövid időt vesz igénybe. Ezzel szemben a nitrogéneltávolítás első fokozataként ismert nitrifikáció meglehetősen lassú folyamat. Az ammónium biológiai oxidációját végző, oldott oxigént igénylő nitrifikáló mikroorganizmusok lassan szaporodnak, és nagyon érzékenyek a környezeti tényezők hirtelen változására, és a mérgező anyagokra is. Ennek következtében a nitrifikáció biztosítása az egyik legnehezebb feladat a nitrogén eltávolítása során. 90

95 A biológiai szennyvíztisztítás A nitrifikáció lejátszódását követően azonban a nitrogén még mindig jelen a van a vízben. A nitriten keresztül nitráttá oxidálódó nitrogénvegyület eltávolítása a denitrifikációval történhet meg, amely azonban eltér a nitrifikációtól. A denitrifikációt ugyanis anaerob, tehát oldott oxigénben szegény környezetben lehet megvalósítani. Mindezt nehezíti az a tény, hogy a denitrifikáló mikroorganizmusoknak szerves szénforrásra van szükségük. Tekintettel azonban arra, hogy azt már egy korábbi lépésben eltávolítottuk (szervesanyag lebontás), a hiányzó mennyiséget vagy pótolni kell (szénforrás adagolással), vagy pedig a nitrifikált szennyvizet a biológiai reaktor elejére kell visszavezetni. Oda, ahol a biológiai reaktorba belépő szennyvízben még van bontható szervesanyag. Ezt a visszavezetést belső recirkulációnak hívjuk. Az ily módon kialakított reaktorelrendezést (tehát először denitrifikáló medence, aztán az aerob medence) elő-denitrifikációnak hívják. A nitrifikált szennyvíz visszavezetésének helyén, tehát nem szabad levegőztetni. A nem levegőztetett, de kémiailag kötött oxigént (a nitrit, illetve a nitrát oxigénje) tartalmazó környezetet anoxikusnak hívjuk. A medencében az iszap leülepedés elkerülésére általában lassúkeverőket alkalmaznak. Összefoglalva, a teljes nitrogén lebontás fő feltételei a következők: a nitrifikációhoz: NH 3 jelenléte, a szerves vegyületek nagyrészt lebontott volta, aerob körülmények és magas iszapkor szükséges, mert a nitrifikáló baktériumok generációs ideje 12 óra nagyságrendű az egyéb baktériumok l órás generációs idejével szemben. a denitrifikációhoz: anaerob/anoxikus körülmények, nitrátok jelenléte és megfelelő szénforrás kínálat szükséges. A denitrifikációhoz szénforrásul szolgálhat maga a szennyvíz (pl. a reaktor előtt), vagy az e célból adagolt hidrolizált szerves tápanyag (utánkapcsolt denitrifikációnál). Biológiai foszforeltávolítás A biológiai szennyvíztisztítás során a biomassza mind a foszforszennyezést, mind a nitrogénszennyezést csökkenti. E szennyezők célzott, nagyobb mérvű csökkentését lehet elérni a biológiai tisztítás módosításával. A foszfor az élő szervezetekbe beépül, ezen felül a baktériumok energiatárolásra (szervezetük "szükségállapotának" áthidalására) szolgál. Ez utóbbi az, amit külsőleg befolyásolni (fokozni) lehet azáltal, hogy a baktériumokat ciklikusan stressz-állapotnak teszik ki. A stressz-állapot oxigénmentes periódusok beiktatásával érhető el. Ennek hatására egyes baktérium 6-7% többlet-foszfort vesznek fel. Ehhez két alapvető technológiai megoldás használható: Főáramú technológia: a biológiai tisztítási fokozat első lépéseként anaerob szakaszt iktatnak be. A csak keveréssel ellátott medencerészben foszfor-felszabadulás lép fel. A levegőztetett medencében ezután fokozott mértékű foszforfelvétel történik, mert a stresszhatás erre ösztönzi a mikroorganizmusokat. A kicsatolt fölösiszap viszi magával a foszfort. (Nagyterhelésű tisztítónál alkalmazható.) Mellékáramú technológia: a recirkulációs iszapot órás tartózkodással anaerob reaktorban tartják. Ez fokozott foszfor oldatba vitelt eredményez. Az iszapot részben a sűrítőben különválasztják a vizes fázistól. Majd a foszfort mésszel kicsapják a vizes fázisból. A levegőztetőbe visszavitt iszap intenzív foszforfelvétellel reagál az őt ért hatásokra. (Kisterhelésű tisztítónál is eredményt adó módszer.) Oxidációs árok 91

96 A biológiai szennyvíztisztítás Az oxidációs árkot kis és közepes szennyvíztisztító telepeken (kb lakosegyenértékig) használják. Egy lóversenypálya alakú és trapéz keresztmetszetű árok, aminél a fenékszélesség l -2.5 m, a rézsűszög l : l - l : l.5 közötti és a vízmélység l.25 m. Az árkot műanyag fóliával, előre gyártott betonelemekkel burkolják az erózió ellen, vagy monolit betonból készítik. Az iszap lebegésben tartását, valamint a levegőztetést, az egyenes szakasz elejére beépített vízszintes tengelyű rotor biztosítja. Az oxidációs árokba a szennyvizet a forgókefe előtt vezetik be, és az ellentétes oldalon vezetik el, rendszerint az utóülepítőbe (68. ábra). Az oxidációs árokhoz hasonló kialakítású a csatorna medence. Függőleges fallal és vasbetonból épül, így jobb a terület-kihasználása (Nagy, 1992). 68. ábra: Oxidációs árok Az oldómedence Az oldómedencék a legrégibb biológiai szennyvíztisztító berendezések közé tartoznak. Az oldómedencékben együtt zajlik le a szennyvízben levő oldott szervesanyagok, valamint az ülepíthető és nem ülepíthető lebegő anyagok szerves anyagának lebontása, illetve csökkentése. Az oldómedencébe vezetett szennyvíz ülepíthető szennyeződései a fenéken halmozódnak fel. A víznél könnyebb anyagok pedig a felszínen úszó réteget képeznek. E két réteg között az iszapszemcsék a rothadáskor fejlődő gázbuborékok miatt felemelkednek, majd visszasüllyednek. Azért, hogy a medencéből elfolyó szennyvíz minél kevesebb iszapszemcsét vigyen magával, az oldómedencéket legalább 2 kamrára osztják. Az első kamra a szennyvízből kiváló szennyezőanyagok zömének visszatartását és kirothasztását végzi. A következő kamra a felúszott iszaprészecskék elfolyását akadályozza meg. Itt fejeződik be a rothasztás folyamata is. Az oldómedencék két típusa ismert: 92

97 A biológiai szennyvíztisztítás Az egyszerű oldómedence két kamrából áll, és háromnapi szennyvízmennyiség fogadására alkalmas hasznos térfogatúra kell kiépíteni. A bõvített oldómedencét napi m 3 szennyvízterhelés esetén építenek. Három kamrából áll és napos tartózkodási időre épül. Az oldómedencéket végleges városi szennyvíztisztító berendezésként nem alkalmazzák, de ideiglenes vagy szennyvíztisztító kisberendezésként használják. 4. Összefoglalás A második szennyvíztisztítási fokozat, a biológiai tisztítás meghatározó eljárása az eleveniszapos technológia. A mikroorganizmusok aerob körülmények között végzik a szervesanyag lebontását a levegőztető műtárgyban. A levegőztető berendezések egyúttal a víztér intenzív keverését is biztosítják. A folyamatok eredményeként a víz szervesanyag-tartalma lecsökken, a mikoorganizmusok mennyisége pedig megnövekszik. A rendszerben állandó az iszapszaporulat. A fölös mennyiséget el kell távolítani. Ezt a célt szolgálja az utóülepítő. Az itt leülepedő, zömében élő mikroorganizmusokat tartalmazó eleven iszap egy részét, az iszapkoncentráció állandó szinten tartása céljából, visszavezetik a levegőztető műtárgy elé (recirkuláció). A recirkulációhoz fel nem használt iszapot, az ún. fölös iszapot pedig további kezelés céljából az iszapkezelési technológia folyamatába juttatják. Az eleven iszap recirkulációja tehát azért fontos, hogy a szervesanyag lebontását folyamatosan és intenzíven fenntartsuk, illetve biztosítsuk. Ehhez a művelethez a legalkalmasabb berendezés a csigaszivattyú (69. ábra), amely az iszappelyheket kíméletesen emeli és szállítja vissza a levegőztető reaktorba. Így nem sérül az iszappelyhet alkotó mikoorganizmusok közössége. 69. ábra: Csigaszivattyúk. (forrás: Önellenőrző kérdések 1. Ismertesse és jellemezze a biológiai szennyvíztisztítást! 2. Milyen szervesanyag lebontó mikroorganizmusokat ismer? 3. Melyik a biológiai szennyvíztisztítók két leginkább használt formája? 4. Ismertesse a természetes biológiai szennyvíztisztítás fogalmát! 5. Ismertesse és csoportosítsa az ökológiai rendszereket! 6. Ismertesse a tavas szennyvíztisztítást! 93

98 A biológiai szennyvíztisztítás 7. Ismertesse és csoportosítsa a szennyvíztisztító tavakat feladatuk szerint! 8. Jellemezze az élőgépeket a szennyvíztisztításban! 9. Ismertesse a biológiai csepegtetőtestes tisztítást! 10. Rajzolja le és ismertesse a nyitott kivitelű csepegtetőtestes tisztító kialakítását! 11. Rajzolja le és ismertesse a zárt kivitelű csepegtetőtestes tisztító kialakítását! 12. Ismertesse és rajzolja le a forgó, merülő tárcsás biofilmes tisztítót! 13. Ismertesse és jellemezze az eleveniszapos biológiai szennyvíztisztítást! 14. Rajzolja le és ismertesse az eleveniszapos technológiát! 15. Rajzolja le és ismertesse a nagyterhelésű eleveniszapos szennyvíztisztító folyamatábráját! 16. Rajzolja le és ismertesse a kisterhelésű, teljes-oxidációs települési szennyvíztisztító folyamatábráját! 17. Rajzolja le és ismertesse a vízszintes tengelyű felszíni levegőztető berendezést! 18. Rajzolja le és ismertesse a függőleges tengelyű felszíni levegőztető berendezést! 19. Ismertesse és jellemezze a mélylevegőztető berendezéseket! 20. Hasonlítsa össze a szervesanyag lebontását a nitrogéneltávolítás folyamatával! 21. Mit értünk a nitrifikáció alatt és melyek a fő feltételei? 22. Mit értünk a denitrifikáció alatt és melyek a fő feltételei? 23. Jellemezze az anoxikus környezetet! 24. Ismertesse a biológiai foszforeltávolítást! 25. Rajzolja le és ismertesse az oxidációs árokkal történő tisztítást! 26. Ismertesse az oldómedencés biológiai szennyvíztisztítást! 94

99 10. fejezet - A kémiai szennyvíztisztítás és iszapkezelés Bevezető A felszíni vizeket az utóbbi időben egyre több mikro-szennyezőanyag és növényi tápanyag terheli. Ezeknek az anyagoknak az eltávolítására kifejlesztett eljárások alkotják a harmadik fokozatot, a kémiai tisztítást. A környezetbarát biológiai tisztító rendszerek mellett sokszor elkerülhetetlen a kémiai tisztítás alkalmazása, vagy ilyen tisztító lépcsők beiktatása. A kémiai tisztítást alkalmazzák: ipari szennyvizek tisztításánál, ha lúgos, vagy savas a szennyvíz, ha előnyösen kicsapható anyagokat tartalmaz, ülepedési tulajdonságok befolyásolására, iszap felfúvódás megakadályozására, nehézfém-szennyezések eltávolítására és foszfor eltávolítására. Az ipari szennyvizek kezelése iparáganként változó és speciális megoldásokkal lehetséges. A kővetkezőkben a kémiai módszerekkel kiegészített települési szennyvíztisztítással foglalkozunk. Ennek a tanulási egységnek célja, hogy megismerjük: a kémiai szennyvíztisztítással kapcsolatos fogalmakat, a fertőtlenítés és az iszapkezelés technológiáit. A tanulási egység követelményei: tudni kell a kémiai szennyvíztisztítással kapcsolatos fogalmakat, tudni kell ismertetni a fertőtlenítési eljárásokat és rajzolni kell tudni a gépészeti megoldásokat, valamint a műtárgyakat Kémiai tisztítás A szennyvíztisztításban egyszerű ülepítéssel csak a szilárd formában lévő szennyezőanyagok nem túl nagy része, és az oldott anyagokból pedig elenyésző mennyiség távolítható el. Kémiai előkezeléssel, a vegyszeradagolás hatására koagulációs és flokkulációs folyamatok következtében megnövelt szilárdanyag eltávolítás következik be. Az USA-ban kifejlesztett CEPT eljárást (chemically enhanced primary treatment), a vegyszeradagolással intenzifikált mechanikai kezelést elsősorban az ülepítő medencék lebegőanyag eltávolítási hatásfokának növelésére alkalmazták. Amint azt neve is jelzi, a mechanikai szennyvíztisztító telep esetében kis dózisban koagulálószert (20-50 mg/l FeCl 3) adagolnak, többnyire a homokfogó műtárgyba. A CEPT lebegőanyag eltávolítási hatásfoka így 80-85%, a biológiailag bontható szerves anyag, a BOI %, a foszfor pedig 66-85% közötti. 95

100 A kémiai szennyvíztisztítás és iszapkezelés A vegyszer-adagolásos (kémiai) szennyvízkezelés önmagában, vagy biológiai tisztítási eljárásokkal kombinálva is alkalmazható. A biológiai tisztítás során a vegyszerek adagolása a szennyvíztisztítási sor több pontján is megvalósítható. Az elő-kicsapatás során a vegyszert, az előülepítő medencét megelőzően adagolják, és keverik el a nyers szennyvízzel. A szimultán vegyszeradagolás során a kicsapó (avagy koagulálószert) a megfelelően kevert eleveniszapos medencébe juttatják. Az utókicsapás esetében a vegyszert az utóülepítő után adagolják a szennyvízhez. Ebben az esetben a képződött szilárd csapadék (foszfor és lebegőanyagok) eltávolítására valamilyen egyéb, a szilárd és folyadék fázisok elválasztására alkalmas (ülepítő, szűrő, flotáló) berendezés megépítése is szükséges. Összefoglalva (pl. foszfor eltávolításakor), a kémiai és biológiai módszerek kombinációját alkalmazhatjuk: a levegőztető medence előtt (elő-kicsapatás), a levegőztető medencében (szimultán kicsapatás), valamint a levegőztető medence (és az utóülepítő) után (utókicsapatás). Valamennyi megoldásnak létezik előnye is, hátránya is. A semlegesítés, valamint az előülepítést javító lépés természetesen a sor elején elő-kicsapatás formájában kerül alkalmazásra. Ennek az a hátránya, hogy a szerves anyagok egyidejű pelyhesedését okozhatja, ami az utánkapcsolt denitrifikációt zavarja (70. ábra). 70. ábra: Az elő-kicsapatás folyamatábrája Szimultán kicsapatásnál a vegyszert a biológiai fokozatba adagolják. Hátránya, hogy mind a vastartalmú, mind az alumíniumtartalmú vegyszerek rontják a nitrifikáció hatásfokát (71. ábra). 71. ábra: A szimultán kicsapatás folyamatábrája Az utókicsapatásnál a biológiai tisztítás után az utóülepítőt követően adagolnak vegyszert. Kiegyenlíti a megelőző fokozatok tökéletlen működését. Nem zavar további lépéseket, de többlet műtárgy építése szükséges (ülepítő vagy flokkuláló medence kell) a megvalósításához. A szennyvíz kémiai előkezelését és utódenitrifikációt megvalósító eljárás sémája látható a 72. ábrán. Ennek a változatnak az előnye, hogy a legjobb hatásfokú denitrifikációt képes biztosítani. A külső szénforrás adagolása az üzemelés költségeit jelentősen növeli, azonban a szükséges reaktortérfogat nagysága összehasonlítva az 96

101 A kémiai szennyvíztisztítás és iszapkezelés elő-denitrifikációs rendszerekkel sokkal kisebb. Ez a technológiai változat elsősorban közepes, vagy nagyobb méretű szennyvíztisztító telepekre javasolható. 72. ábra: Az elő-kicsapatásos, utó-denitrifikációs technológia folyamatábrája Fertőtlenítés A fertőtlenítés célja, hogy a szennyvízkezelőből kilépő anyagáramok kórokozó mikroorganizmusait elpusztítsa, fertőzőképességüket megszüntesse. A mikroorganizmusok enzimrendszere az oxidáló anyagokra igen érzékenyek, ezért a fertőtlenítést kézenfekvő oxidatív anyagokkal végezni. Jelenleg: klórt, klór-dioxidot, ózont és nátrium-hipokloritot használnak a fertőtlenítőkben. Leggyakrabban, nagy berendezéseknél, nagy szennyvízhozamoknál klórt és kis telepeken nátrium-hipokloritot használnak. Napjainkban az ózonozás, valamint ultraibolya fénnyel végzett fertőtlenítés is egyre inkább terjed. A szükséges ózont, a fertőtlenítő UV fényt kisülési csövekkel állítják elő. A legolcsóbb a klórozás, de közegészségügyi oldalról az ózonozást, és az UV kezelést ajánlják inkább. A sejtekre klórozásnál toxikus hatást a hipoklóros sav (HOCl) fejt ki, ami a vízbe vezetett klórgázból képződik: Cl 2 + H 2O HOCl + HCl A hipoklórossavból felszabadulhat az oxigén: HOCl = HCl + O A vízbe adagolt klór a fertőtlenítő hatását azáltal fejti ki, hogy a vízből elemi oxigént (O) szabadít fel, ami oxidálja a baktériumsejteket. Emellett a hipoklórossav a vízben hidrogénionra és hipokloritionra is disszociálhat: HOCl H + + OCl A hipokloritból ugyanúgy szabadul fel az oxigén, mint a hipoklórossavból: H + + OCl = HCl + O A keletkező sósavat a víz karbonát keménysége köti le: Ca(HCO 3) HCl = CaCl H 2O + 2 CO 2 A bevitt klórt a szennyvízben jelenlevő ammónia klóraminok formájában leköti, ami nagyságrendekkel gyengébb fertőtlenítőszer, mint a HOCl. Ezért a klóradagolást az ammóniatartalom figyelembevételével kell végezni úgy, hogy aktív szabad klór legyen a vízben. 97