Komplex monitoring rendszerek alkalmazása a vízbázisok védelmében

Átírás

1 TÁMOP C-12/1/KONV Komplex monitoring rendszerek alkalmazása a vízbázisok védelmében Kovács Zsófia 1, Rédey Ákos 1, Zsilák Zoltán 2, Szalkay Csilla 3, Cserfalvi Tamás 4, Kovács Szilárd 5 Simon László 5 Igor Cretescu 6 XXXI. ORSZÁGOS VÁNDORGYŰLÉS Gödöllő, július Pannon Egyetem, Környezetmérnöki Intézet, Veszprém 2 AquaTerra Kft., Veszprém 3 Szent István Egyetem, Környezet- és Tájgazdálkodási Intézet, Gödöllő 4 Aqua-Concorde Vízanalitikai és Víztechnológiai Kft. Budapest 5 Combit Számítástechnikai Zrt., Budapest 6 Gheorhe Asachi Technical University of Iasi

2 BEVEZETÉS TÁMOP C-12/1/KONV VÍZ KERETIRÁNYELV(2000/60/EK) FOLYAMATOS MONITORING, KORAI JELZÉS (EARLY WARNING) KONCEPCIÓNK: KÜLÖNBÖZŐ MONITORING TECHNIKÁK ÉS RENDSZEREK ESETTANULMÁNYOK: HAGYOMÁNYOS MÓDSZER, TORNA-PATAK, DUNA VÍZMINŐSÉG VIZSGÁLAT, TISZTÍTOTT SZENNYVÍZ VIZSGÁLAT, VÍZTÁROZÓ ÖSSZEFOGLALÁS

3 VÍZ KERETIRÁNYELV (2000/60/EK) TÁMOP C-12/1/KONV Az Európai Unió hosszú távú programja a Víz Keretirányelv (2000/60/EK). A VKI célja, a víztestek jó ökológiai és kémiai állapotának elérése 2015-ig. A VKI céljai: Szennyezés megelőzése és csökkentése, Fenntartható vízhasználat, Környezetvédelem, Vízi ökoszisztémák megóvása Árvizek és aszályok hatásainak mérséklése

4 VÍZMINŐSÉG MONITORING HAGYOMÁNYOS SZABVÁNYOS MÓDSZER off line A szabványos laboratóriumi mérések nagyon pontos eredményeket szolgáltatnak és széles spektrumú kémiai paraméterek mérése lehetséges. PROBLÉMÁK Magas költség - Mintavételi gyakoriság - Sok mintaszám Nem képes azonnal biztosítani az eredményeket a lakosság egészségügyi védelme érdekében - Laboratóriumi mérések bizonyos esetekben lassúak TÁMOP C-12/1/KONV ON LINE MONITORING Jelzi a vízminőség rövid és hosszú távú változásait megalapozva ezzel a beavatkozások kivitelezésének módját Korai előrejelzés Megelőzés: illegális szennyezés felderítése, és további szennyezések megállítása Folyamatos adatgyűjtés, mely információt szolgáltat a döntéshozók számára PROBLÉMÁK - Egyszeri nagyobb beruházás - Karbantartási költség - Fenntartási költség (pl. standard oldatok, reagensek)

5 Integrált rendszer, amelyet jellemzi: - monitoring technikák fejlesztése, - adatok értelmezése, eredmények értékelése TÁMOP C-12/1/KONV KORAI JELZŐ RENDSZER-EARLY WARNING SYSTEM (EWS) - eredmények felhasználása a döntéstámogatásban. EWS-ben elvárt a következő kritériumok együttes megjelenése : - Gyors válasz biztosítása - Folyamatos adatgyűjtés - Érzékenység - Felhasználó barát - Széles spektrumban detektálás - Költséghatékony - Távvezérlés

6 ÚJ IRÁNY TÁMOP C-12/1/KONV Az új monitoring rendszerek biztosítják a szennyezési csúcsok detektálását, amelyek csak 1-2 óráig tartanak és leginkább éjszakai illetve hétvégi időszakokban jelennek meg. Hova helyezzük el a monitoring állomást? Milyen monitoring eszközöket használjunk? Hogyan és milyen formában kerüljenek megjelenítésre az adatok? Szennyező források azonosítása? Milyen mérési módszereket válasszunk a szennyezések detektálására? KIALAKÍTOTT KONCEPCIÓNK

7 EGYÜTTMŰKÖDÉS TÁMOP C-12/1/KONV Pannon Egyetem, Környezetmérnöki Intézet a vízmonitoring területére fókuszál. Közép-dunántúli Környezetvédelmi, Természetvédelmi és Vízügyi Felügyelőség Együttműködés egyetemekkel, hatóságokkal Együttműködés ipari partnerekkel Környezetvédelem Környezetmérnöki Intézet, Pannon Egyetem Miskolci Egyetem, Eötvös József Főiskola IT (Information Technology) Résztvevők: Apertech Informatikai Kft, Combit Számítástechnikai Zrt. Műszerfejlesztők Résztvevők: Aqua-Terra Kft. Aquacontrol Kft; AquaConcorde Water Analysis and Technology

8 FEJLESZTÉS EREDMÉNYE TÁMOP C-12/1/KONV MÉRÉS Alkalmazott eszközpark Fix pont: konténer, szondák, analizátor, bója Mozgás: GPS koordináták alapján hajó Módszerek Kézi On-line ADATGYŰJTÉS Akkreditálható Vízminőség Távmérő Rendszer (AVITAR) /adatgyűjtő rendszer kommunikációs felület központi adatbázis nyitott platform (bővíthető) EREDMÉNYEK Felhasználói felület Vezérelhető: weben keresztül, SMS, mobiltelefon, tablet Felhasználók: hatóságok, szervezetek, kutatók, lakosság Adat publikálás Célok: eredmények, riasztás Formája: riportok, diagramok, térképek, fotók Elemzés: szabványok, határérték

9 STANDARD MÓDSZER HAGYOMÁNYOS MINTAVÉTEL TÁMOP C-12/1/KONV Víz mintavétel Fizikai-kémiai paraméterek mérése a terepen Hőmérséklet, ph, vezetőképes ség, DO, zavarosság klorofill-a, PAH Minta szállítása Minta szállítása (standard hőmérséklet 4 C) Átadás Laboratóriumi elemzés Titrálás (COD, HCO 3-, CO 3 2-, SO 4 2-, Spektro fotométer: PO 4 3-, NH 4+, NO 3-, NO 2 - ICP-OES: Na +, Ca 2+, Mg 2+, K +, Si 4+ AAS: Cd 2+, Co 2+, Cr 3+, Ni 2+, Zn 2

10 ESETTANULMÁNY: VESZPRÉMI-SÉD VÍZMINŐSÉGÉNEK MEHGATÁROZÁSA 1) Forrás 2) Balaton Volán kibocsátása 3) Városi csapadékelvezető csatorna 4 5 4) Békatói-árok (mellékvízfolyás) 5) Szennyvíztisztító telep kifolyója ) Lackó-forrás According to the water quality measurement results - It can be stated that the quality of watercourse is mostly influenced by artificial or human activities/impacts/pollutions like sewage, cultivated lands and gardens.

11 VESZPRÉMI-SÉD VÍZMINŐSÉGÉNEK MEGHATÁROZÁSA Examined values are presented on the map due to easier evaluation and interpretation of the water quality. I. Excellent II. Good III. Tolerable IV. Polluted V. Extremely polluted Veszprémi-Séd szakaszonkénti vízminőség állapota A B C D E

12 EARLY WARNING MONITORING ESETTANULMÁNYOK Mobil Mérőállomás- felszíni víz monitoring 1. Torna-patak vízminősége (vörösiszap katasztrófa) (on-line mérés: vízhőmérséklet, ph és vezetőképesség) 2. Szennyvíztisztító telep hatása a vízfolyásra (valós időben mértük az NH 4+ -N, NO 3- -N, PO 4 3 P koncentrációját a tisztított szennyvízben) Szenzorok alkalmazása 3. TRIOS szenzor (Duna vízminőségének vizsgálata) (Mérési paraméterek: klorofill-a; PAH) 4. PONSEL szenzor (Lázbérci tározó vízminőségének vizsgálata) (Mérési paraméterek: hőmérséklet, ph, DO, zavarosság és vezetőképesség)

13 CASE STUDY 1: TORNA-PATAK VÍZMINŐSÉGE The red mud storage cassette No. 10 ruptured on October 4, 2010 during daytime in Hungary. AVITAR RENDSZER ALKALMAZÁSA In cooperation with the Central Transdanubian Inspectorate for Environmental Protection, Nature Conversation and Water Management the system was placed and put into operation in Devecser (December 15, 2010-October 31, 2011) in order to control continuously the water quality of Stream Torna.

14 CASE STUDY 1: TORNA-PATAK VÍZMINŐSÉGE Az AVITAR rendszer között 30 percenként mért ph értékek napi átlag eredményei láthatóak. Extreme ph values: the acid thank for neutralization was changed dredging of the river bed the company reduced the dosage of acetic acid

15 CASE STUDY 1: TORNA-PATAK VÍZMINŐSÉGE Az AVITAR rendszer között 30 percenként mért fajlagos vezető-képesség napi átlag értékek eredményei láthatóak. Az okok a vörösiszappal terhelt meder bolygatása és a semlegesítéshez használt anyagok koncentrált előfordulása. A mért értékek az idővel csökkentek de továbbra is a szennyezett vízminőségi kategóriába tartozik.

16 CASE STUDY 2: SZENNYVÍZTISZTÍTÓ TELEP HATÁSA a Várpalotai vízfolyásra MOBIL KONTÉNER TÁMOP C-12/1/KONV MOBIL KONTÉNER FELÉPÍTÉSE Air conditioner Electrics Distilled water Discharge (surface water) PONSEL sensors (ph, conductivity, turbidity, dissolve oxygen) Analyser (TOC etc.) Robotic Water Analyser (RWA) Filter system (0,45µm) Inlet (surface water)

17 ROBOT ANALIZÁTOR ALKALMAZÁSA A MOBIL KONTÉNERBEN Equipment and analysers placed into container are able to carry out continuous measurements and collect data even under extreme weather conditions. Measuring station is able to make automatic on-line measurements of the main components of waste water during 24 hours a day 7 days a week. The mobile station samples the treated wastewater in every 2 hours. Transportation of water samples to laboratory was carried out in mobile refrigerated water sampler for verification. The project reviews both existing standard techniques and new innovative technologies with the focus on the on-line monitoring and control. Robotic Water Analyser (RWA) in container

18 ROBOT ANALIZÁTOR The Robotic Water Analyser as a national development was devised for 3 components at beginning and is suitable to carry out real time measurements on NH 4+ -N, NO 3- -N, PO P concentrations, etc. in the treated waste water. The measurements of the parameters are carried out on the basis of photometry with use of minimum amount of chemicals. The accuracy of the RWA measurements was controlled by crosschecking the data with standard laboratory measurements. The measuring system was used at a Hungarian waste water treatment plant and in UK as well.

19 ROBOT ANALIZÁTOR This device carries out measurements on the basis of photometric measurement principles. RWA technology is basically a cost effective, universal, automatic liquid handling robotic device equipped with sensor(s) for process water analytical purposes. - The wet chemical process /portable analyzer with less tubing and valves. - Extremely low reagent consumption ( ml/month) RWA photometer has 11 channels. - 4 channel (Global parameter: sample, waste, standard, dilution) - 7 channel (Test of three parameters : reagent)

20 ROBOT ANALIZÁTOR (RWA) ALKALMAZÁSA Ortofoszfát-P koncentráció meghatározása szabványos és on-line módszerrel Orthophosphate-P concentration 0,5-12 mg/l

21 Összefoglalás TÁMOP C-12/1/KONV Szennyvíztisztító telep hatása Continuous monitoring of water parameters helped to identify an operational problem which could not be detected by laboratory measurements (off-line). Large amount of suspended solids is discharged during weekends (Sunday night and Monday morning) from waste water treatment plant which increased the orthophosphate concentrations. The results provided information about the plant operation system and on its environmental impacts.

22 Elektrolit katódos atmoszférikus nyomású ködfénykisülésen alapuló atomemissziós optikai mérés ELECTROLYTE CATODE ATMOSPHERIC GLOW DISCHARGE EMISSION SPECTROSCOPY ELCAD HEAVY METAL MONITOR It is the first wastewater monitoring technology that can directly detect heavy metal pollution peaks in fat-emulsion loaded wastewater streams entering the treatment technology. Pb 0,3-100 mg/ml Cu 0,1-50 mg/ml Ni 0,2-100 mg/ml Mn 0,2-100 mg/ml Cr mg/ml Ca 0,2-50 mg/ml Mg 0,2-50 mg/ml Na 0,05-50 mg/ml K 0,1-5 mg/ml The developer is Aqua-Concorde Water Analysis and Technology LTD. Dr.Cserfalvi Tamás et al.

23

24 CASE STUDY 3. TRIOS SZENZOR ALKALMAZÁSA: DUNA HATÁRMENTI SZAKASZÁNAK VIZSGÁLATA UV fluoreszcens szenzorok alkalmazása klorofill-a és PAH koncentráció meghatározására (minimum 3 mintavételi helyen különböző mélységekben). Results were shared and evaluated by the Hungarian and Serbian experts in a cross-boarder action project in 2012.

25 CASE STUDY 4. PONSEL SZENZOR ALKALMAZÁSA: LÁZBÉRCZI TÁROZÓ VIZSGÁLATA Mérés (2013. május 31 14:00-június 2 10:00) Adat gyűjtés és továbbítás GPRS/ interneten keresztül Ponsel szenzor: Hőmérséklet, ph, vezetőképesség, DO, zavarosság Eredmények online nyomonkövetése / publikáció a web portálon

26 INNOVATÍV MEGOLDÁSOK A FELSZÍNI VIZEK MONITORING TERÜLETÉN VÍZMINŐSÉG ELLENŐRZŐ ROBOT HAJÓ (távvezérelhető) pl. Halászati Kutató Intézet (halastavak vizsgálata) Vízpartról kézi irányítás /automatikus üzemmód mintavétel és mérés (ph, DO, vezetőképesség, hőmérséklet, zavarosság, klorofill-a, kékalga, KOI) o-10 m mélységben. Mérési eredmények rögzítése és WLAN kapcsolaton keresztül real-time továbbítja az adatokat az operátor felé.

27 INNOVATÍV MEGOLDÁSOK A FELSZÍNI VIZEK MONITORING TERÜLETÉN MOBIL VÍZMINŐSÉG VIZSGÁLÓ KIS KONTÉNER (távvezérlés) Két személy által szállítható. Opcionálisan alakítható a mérési paraméterek száma. Mérhető paraméterek: közvetlen a vízfolyásban: ph, DO, vezetőképesség, hőmérséklet, zavarosság, áramlási sebesség, mérőkonténerben elhelyezett eszközök segítségével: klorofill-a, nitrát, PAH. Elhelyezésre került egy hűtött vízmintavevő is a konténerben. Adat gyűjtés és vezérlés ipari PC keresztül történik. Az adat továbbítása GPRS kapcsolaton keresztül. Az adatok megjelenítése és értékelése a web portálon.

28 INNOVATÍV MEGOLDÁSOK A FELSZÍNI VIZEK MONITORING TERÜLETÉN AUTONÓM VÍZMINŐSÉG ELLENŐRZŐ BÓJA ANALIZÁTOR Folyamatosan monitorozza a víztestet. Lehetséges mérési paraméterek (ph, DO, vezetőképesség, hőmérséklet, zavarosság, ionszelektív elektróda pl.nitrát). Mérési eredményeket tárolja és GPRS kapcsolaton keresztül az adatbázis szerverre továbbítja Határérték túllépés valamint lopás esetén riasztó SMS-t küld.

29 ÖSSZEFOGLALÁS Monitoring rendszerek AVITAR keretrendszer fejlesztése (opcionálisan bővíthető mérési paraméterek számával) On-line analizátorok tesztelése (RWA, ELCAD) Szenzor alapú detektorok területe JÖVŐBENI TERVEK! További eszköz fejlesztők bevonása További vízfolyások monitoringozása (szennyező források azonosítása) Célunk határmenti együttműködésekben való részvétel További együttműködések szervezetekkel

30 KÖSZÖNÖM A FIGYELMET! zsofiakovacs@almos.uni-pannon.hu Köszönetnyilvánítás A projekt a Kutatási és Technológiai Innovációs Alap támogatásával BAROSS_KD_ 07- KD_INFRA_ valósult meg. KMOP tárgyú program támogatásával valósult meg. A projekt a GOP /B. támogatásával valósult meg.