VÍZTISZTÍTÁS Budapest, Műegyetem rkp Tel: Fax: honlap:

Átírás

1 BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM ÉPÍTŐMÉRNÖKI KAR VÍZI KÖZMŰ ÉS KÖRNYEZETMÉRNÖKI TANSZÉK TANSZÉKVEZETŐ: SOMLYÓDY LÁSZLÓ AKADÉMIKUS T U B Department of Water & Wastewater Engineering 1111 Budapest, Műegyetem rkp Tel: Fax: gabor.timea@vkkt.bme.hu honlap: VÍZTISZTÍTÁS Budapest 2007

2 Tartalomjegyzék 1. Az ivóvíz fogalma, szabályozások Vízbázisok Jellemző szennyezőforrások, és szennyezőanyag komponensek Vízkezelés során alkalmazott alapfolyamatok Oxidáció és redukció ph és pufferkapacitás szabályozás Kémiai kicsapás Fázisszétválasztás Adszorpció Egyéb folyamatok Ivóvíz fertőtlenítése Klór Klór-dioxid (ClO 2 ) Ózon Az ózon előállítása Reaktorok kialakítása Melléktermékek keletkezése Klóramin UV (ultraibolya) sugárzás Membrántechnológiák Egyéb eljárások Vas- és mangántalanítás Vas Mangán Vízlágyítás

3 6.1. A szén-dioxid - szénsav - hidrogén-karbonát - karbonát rendszer egyensúlya A víz keménysége Vízlágyításra szolgáló technológiák Mésztejes vízlágyítás Meszes-szódás vízlágyítás Vízlágyítás trisóval Vízlágyítás ioncserével Koaguláció-flokkuláció ( derítés ) Gáz-folyadék fázisszétválasztás Gázok eltávolítása fizikai úton Agresszív szén-dioxid eltávolítása kémiai úton Szilárd-folyadék fázisszétválasztás Durva fázisszétválasztás A finom lebegőanyag eltávolítása Koagulációt-flokkulációt követő ülepítés, flotálás Ülepítés Flotálás Finom fázisszétválasztás - szűrés Szilárd/folyadék fázisszétválasztásra szolgáló membrántechnológiák Adszorpció Arzénmentesítés Az arzén előfordulása, határértékek Arzén eltávolítása a koagulációs/flokkulációs technológia alkalmazásával Arzén eltávolítása adszorpciós eljárások alkalmazásával Membrántechnológiák Ammónium eltávolítás Törésponti klórozás Ammónium eltávolítása ph szabályozást követő gázkiűzéssel

4 12.3. Biológiai ammónium-eltávolítás Ammónium eltávolítás regenerálással kombinált adszorpciós eljárással Felszín alatti víz tisztítástechnológiai folyamatábrája (vas- és mangántalanítás) Felszíni víz tisztítástechnológiai folyamatábrája Membrántechnológiák alkalmazása Biológiai folyamatok az ivóvíztisztításban Talajvízdúsítás Lassúszűrő Nitrifikáción alapuló ammóniumeltávolítás Biológiailag aktivált szén (BAC) Másodlagos vízminőség romlás Biofilmek kialakulása Heterotróf mikroorganizmusok az ivóvízhálózatban Nitrifikáció a vízelosztó hálózatban Korrózió a vízelosztó hálózatban A másodlagos szennyezések elkerülésének lehetőségei a hálózat jelenlegi kiépítettsége mellett Technológiák összefoglalása...92 Irodalomjegyzék

5 1. Az ivóvíz fogalma, szabályozások Az ivóvíz az emberi szervezet számára nélkülözhetetlen tápanyag. Az emberi eredetű szennyezések következtében a természetben található vizek jelentős része azonban közvetlen emberi fogyasztásra alkalmatlan. Kutatások eredményeképpen bebizonyosodott, hogy bizonyos típusú természetes eredetű szennyezőanyagok is előfordulhatnak olyan mértékben a vízben, hogy azok tartós fogyasztása a szervezetre káros lehet. A következőkben áttekintjük azokat a technológiákat, amelyekkel az ún. nyersvizekből ivóvizet tudunk előállítani. Először azonban definiálnunk kell, hogy mit is jelent az a fogalom, hogy ivóvíz. Az a víz, amely megfelel az aktuális ivóvízszabvány követelményeinek, ivóvíznek tekinthető. A vezetékes ivóvízzel való ellátottság dinamikusan nőtt az elmúlt évtizedben. A kiépített vízvezeték hálózat hossza 2004-ben 64,4 ezer km, ami 18,7%-al meghaladja az 1991-es évit ben még csak a települések 84,1%-a volt ellátva vezetékes ivóvízzel, ma már ez az arány közel teljes körű 99,9 %. Hazánkban 1991-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, azaz 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 a következők: színtelen szagtalan kellemes ízű hőmérséklete: 8 12 C ne tartalmazzon o kórokozó mikroorganizmusokat o mérgező anyagokat o lebegőanyagot, vagy egyéb zavarosságot okozó anyagot o kellemetlen szagot vagy ízt okozó anyagot ne legyen nagy a sótartalma ne legyen nagy a szerves anyag tartalma 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) 4

6 országos szabványok Az ivóvíz minőségére vonatkozó szabványok az egyes komponensek maximálisan megengedhető koncentrációit (MAC érték) határozzák meg. Az adott határértékek rendszeresen felülvizsgálatra kerülnek és a legújabb kutatási eredmények alapján sor kerül változtatásukra (általában szigorításukra). A 70-es és a 80-as években a hazai ivóvízszabvány (MSZ , MSZ ) kialakításakor a WHO irányelveit vették figyelembe. Az EU csatlakozás 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. 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. 5

7 2. Vízbázisok Az ivóvíz előállításához a nyersvizet felszíni vagy felszín alatti vízbázisokból nyerhetjük. Magyarországon az ivóvízellátásban meghatározó szerep jut a felszínalatti vizeknek. A felszíni vízből származó ivóvíz aránya a nyolcvanas években sem érte el a 15%-ot, napjainkban pedig 5-6% között változik. A nagymértékű csökkenés oka elsősorban a kilencvenes években bekövetkezett ivóvízfogyasztás csökkenésben keresendő. A Balaton térségében, az Északi Középhegységben és a Szolnokon létesített felszíni-víz tisztító üzemek ma is termelnek, hiszen az adott térségekben nem állnak rendelkezésre felszínalatti vizek megfelelő mennyiségben és minőségben. A felszíni vízbázisok körébe tartoznak: tározók, tavak és folyók. Az ivóvízellátásban felhasználásra kerülő felszínalatti vizek alapvetően négy csoportba sorolhatók: talajvíz mélységi vizek parti szűrésű víz karsztvíz. A talajvizek részesedése az ivóvízellátásban ma már nem nevezhető jelentősnek, melynek elsősorban az az oka, hogy a talajra jutott, vagy a talajban nem megfelelő körültekintéssel elhelyezett 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. Az elmúlt évben több vízmű-telep működését kellett leállítani, szüneteltetni, vagy korlátozni a víz határértéket meghaladó nitrát tartalma miatt. A Mecsek, a Dunántúli Középhegység, az Aggteleki Karszt és a Bükk karsztvíz tartóiban található karsztvíz egy részét rendszeresen felhasználjuk a lakossági ivóvízellátásban. 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 Balaton-felvidéken egyes karsztvíz tartókban a nitrát ionok koncentrációja meghaladja a hazai ivóvízszabványban rögzített határértéket. Magyarország területének nagy részén a mélységi vizek - ha nem is mindig elegendő mennyiségben és megfelelő minőségben - megtalálhatók, és elsősorban ez indokolja, hogy részesedésük a lakosság ivóvízellátásában meghaladja a 30%-ot. A rétegvizek széleskörű felhasználását az is indokolja, hogy a védett víztartókból kitermelt víz utánpótlódása lassú folyamat, ezért jelenleg felszíni eredetű, antropogén 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. 6

8 A lakosság vízellátásában több mint 40%-kal részesednek partiszűrésű vizeink. Partiszűrésű vízbázisaink a Duna, a Dráva a Rába és a Hernád mentén találhatók. Bár a partiszűrésű vizek minősége mind a folyó, mind a hátoldal felől érkező szennyezőanyagokkal szemben nem eléggé védett, egy-két kivételtől eltekintve szerves és szervetlen mikroszennyezők, kellemetlen szagot és ízt okozó anyagok ma még nem jelennek meg a kitermelt vízben. 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 granulált aktívszenet tartalmazó adszorber beiktatására a vízkezelési technológiákba. Vízminőség tekintetében alapvető különbség van a felszíni és felszín alatti vízbázisok között. A felszíni vizekre jellemző: gyakori, egyes komponensek tekintetében periodikus vízminőség változás rendkívüli szennyezések előfordulhatnak, de viszonylag gyorsan levonulnak folyamatosan változó vízhőmérséklet. A felszín alatti vizekre jellemző: stabil, lassan változó vízminőség stabil hőmérséklet több éves igénybevétel esetén változhat a vízminőség Jellemző szennyezőforrások, és szennyezőanyag komponensek Az egyes vízbázisok egymástól eltérő típusú szennyezőanyagokat tartalmazhatnak. Így pl. a felszíni vizekről feltételezhetjük, hogy jelentős oldott oxigén tartalommal rendelkeznek, folyamatos kapcsolatuk van a gáztérrel (légtérrel) és ennek megfelelően több felszínalatti víztípussal ellentétben nem tartalmaznak metán gázt, kénhidrogént, agresszív szén-dioxidot, oldott állapotú vas- és mangánvegyületeket valamint a nyári időszakban amikor a nitrifikációs folyamatok megfelelő sebességgel lejátszódnak 0,5 mg/l-nél nagyobb koncentrációban ammónium ionokat. Mindezek mellett nem szabad azonban megfeledkeznünk arról, hogy ivóvízellátási céllal létesített tározóinkban éppen a nyári időszakban a fenéküledékben felhalmozódott természetes eredetű szerves anyagok jelenléte következtében felgyorsulnak az anaerob folyamatok és ennek következtében a tározott víz alsó rétegeiben megjelenhet a kénhidrogén, megnőhet az ammónium ionok, valamint az oldott állapotú vas- és mangán vegyületek koncentrációja. A felszínalatti vizekben ezzel szemben - a karsztvizek kivételével - nem kell számítanunk lebegőanyagok, illetve algák jelenlétére. Adott víztípusok szennyezőanyagainak eltávolítására az elmúlt évszázadban többé-kevésbé jól használható vízkezelési technológiák kifejlesztésére került sor. A felszíni és felszínalatti vizek tisztítására egymástól lényegesen eltérő technológiákat alakítottak annak ellenére, hogy az alkalmazott egységek nagy része azonosnak tekinthető. Az eltérés alapvető oka az eltávolítandó komponensek, a koncentrációk és a hangsúlyok különbözőségében keresendő. A felszíni vizek tisztításakor a következő komponensek eltávolítására van szükség: lebegőanyagok (beleértve az algákat is), mikroorganizmusok, oldott szerves anyagok, íz- és szagrontó anyagok, szerves mikroszennyezők. Hazai felszíni vizeinkben a szervetlen mikroszennyezők koncentrációja jelenleg nem közelíti meg az ivóvízszabványban rögzített határértéket. Külföldi eredetű folyóink 7

9 vizében azonban nem zárható ki koncentrációjuk növekedése. A Balatonban, illetve hegyvidéki tározóink vizében megfelelő vízvédelmi, környezetvédelmi intézkedésekkel elkerülhető a szervetlen mikroszennyezők koncentrációjának növekedése. A felszínalatti vizekre nem jellemző, hogy lebegőanyagot tartalmaznának. Kivétel a karsztvíz, tekintettel arra, hogy nagyobb esőzések, vagy intenzív hóolvadás idején a vízgyűjtő területről nagy mennyiségű szilárd állapotú talaj-alkotó juthat a karsztvíz tartókba. Ezek a szilárd anyagok azonban nagyrészt nem kolloid állapotúak, így a karsztvíz tartókban néhány nap alatt elválnak a víztől, és az esetek döntő többségében nem jelennek meg a kiemelt vízben. Megfelelő körültekintéssel üzemeltetett karsztvíz kiemelés esetén nem kell számolnunk lebegőanyagot is tartalmazó víz megjelenésével. A mikroorganizmusok mind a felszíni, mind a felszínalatti vizekben az ivóvíz határértéket meghaladó mértékben vannak jelen. Természetesen a felszíni vizekben nagyságrendekkel nagyobb a mikroorganizmusok egyedszáma mint a felszínalatti vizekben. Általában a felszínközeli felszínalatti vízben (talajvíz) a legnagyobb a mikroorganizmusok száma, míg a rétegvizekben a legkisebb. Ez az egyik oka annak, hogy a vízkezelés legfontosabb lépése a mikroorganizmusok egyedszámának szabályozása. Az alkalmazott technológiai folyamat neve: fertőtlenítés. 1. ábra Giardia lamblia (bal oldali kép) és Cryptosporidium parvum (jobb oldali kép) paraziták Hosszú ideig úgy tűnt, hogy a fertőtlenítés ismert módszereivel és vegyszereivel az emberi szervezetre veszélyes mikroorganizmusok egyedszáma tetszőleges mértékben szabályozható. Az elmúlt évben azonban tudomásul kellett vennünk, hogy egyes mikroorganizmusok a hagyományos fertőtlenítési módszerekkel nem távolíthatók el a vízből a kívánt mértékben. A Giardia és különösen a Cryptosporidium eltávolítása a hagyományos fertőtlenítéstől eltérő módszereket igényel. Sajnálatos tény, hogy a hazai felszíni-víz tisztító üzemek, de még a vízügyi, egészségügyi és környezetvédelmi hatóságok sincsenek felkészülve az említett mikroorganizmusok vizsgálatára. Nincs tehát megbízható információnk arról, hogy pl. a Cryptosporidium reális veszélyt jelent-e Magyarországon a felszíni-víz tisztító üzemekből származó ivóvizet fogyasztó lakosság számára. A harmadik nagy csoport, melyet a felszíni vizekből el kell távolítanunk (vagy koncentrációját jelentős mértékben csökkenteni) az az oldott állapotú szerves anyag. A felszíni vizekben található szerves anyagok elsősorban természetes eredetőek, de folyók esetében egy részük kommunális és ipari szennyvizekből is származhat. A folyók vizénbe jutó ipari eredető szerves anyagok nagy része a szerves mikroszennyezők családjába sorolható. A természetes eredetű szerves anyagok nagy része közvetlen egészségügyi kockázatot nem jelent az emberi szervezetre, de tudjuk, hogy a fertőtlenítőszerként adagolt klórral reagálva rákkeltő hatású trihalo-metán vegyületeket, illetve mutagén hatást kifejtő klórozott szénhidrogéneket alkotnak (ld fejezet). Tavak, tározók vizében egyes szerves anyagok nagyon kellemetlen ízt és szagot okozhatnak. 8

10 A szerves mikroszennyezők felszíni vízbe jutása egyértelműen az emberi tevékenység következménye. elsősorban ipari eredetűek, de a növényvédőszerek mezőgazdasági területekről származó bemosódásokból is származhatnak. Felszíni-víz tisztító üzemeink vízbázisainak ismeretében elmondhatjuk, hogy tározóink vízminősége jelenleg (a Komra-völgyit kivéve) nem igényli a szerves mikroszennyezők eltávolítására való felkészülést. A Balatonra és folyóinkra települt felszíni-víz tisztító üzemeink esetében azonban már ma is szükséges a szerves mikroszennyezők eltávolítására is alkalmas technológiai egység jelenléte. A felszíni vizekbe bocsátott szennyvizek szerves anyagainak, illetve a természetes életciklus következtében az elpusztuló vizi élőlények bomlási folyamatainak eredményeként ammónium ionok jelennek meg a vízben. Megfelelő oxigénellátottság és kedvező vízhőmérséklet esetén az oxidációs (nitrifikációs) folyamatok következtében az ammónium ionok elegendően nagy sebességgel átalakulnak nitrát ionokká. A téli időszakban azonban az oxidáció sebessége nem eléggé nagy, így az ammónium ionok koncentrációja meghaladja az ivóvízszabványban rögzített határértéket. Eltávolításukról a téli időszakban tehát gondoskodni kell. A felszínközeli felszínalatti vizeket (talajvíz) a felszíni eredetű szennyezőanyagok, valamint a nem megfelelő módon a talajban elhelyezett szennyezőanyagok viszonylag könnyen elérhetik. A csatornázottság hiányában sok kis és közepes településen a kommunális szennyvizeket a talajban elszikkasztják. A nem megfelelő körültekintéssel, illetve a szakértelem teljes hiányával megvalósított szikkasztás eredményeként a szerves szennyezőanyagok mellett durva esetben a talajvízben nagy mennyiségű kórokozó mikroorganizmus és ammónium ion, kevésbé durva esetben elsősorban nagy mennyiségű nitrát ion jelenik meg. A talajvízben az oldott oxigén koncentrációja kicsi, sok esetben hiányzik, így anaerob viszonyok is kialakulhatnak. Az anaerob viszonyok lehetővé teszik a határértéket meghaladó mennyiségű ammónium ion, oldott állapotú vas- és mangánvegyület jelenlétét a vízben. Anaerob körülmények között nem meglepő a kénhidrogén megjelenése. A veszélyes hulladékok talajban történő nem megfelelő elhelyezése következtében szerves és szervetlen mikroszennyezők is eljuthatnak a talajvízbe. Természetes eredetű, valamint talajban elhelyezett szerves szennyezőanyagokból származó szerves anyagok jelenlétére is kell számítani. Az ivóvízként felhasznált rétegvizek jelentős része vettnek tekinthető, azaz nem kell arra számítanunk, hogy az emberi tevékenységből származó szennyezőanyagok eljutnak a mélységi vizekbe. Tudomásul kell azonban vennünk, hogy a rétegvizek több olyan természetes eredetű anyagot is tartalmazhatnak, melyek koncentrációja lényegesen meghaladja az ivóvízszabványban megengedett értékeket. A védett rétegvizek (mélységi vizek) mikroorganizmus egyedszáma kicsi. Ennek elsősorban az az oka, hogy a víz nem tartalmaz oldott oxigént, tehát az aerob mikroorganizmusok egyik fontos létfeltétele hiányzik. Nem hiányoznak viszont azok az anyagok, melyeket az aerob mikroorganizmusok tápanyagként felhasználhatnak. Ez az oka annak, hogy a felszínre kiemelt mélységi vízben előbb vagy utóbb, de különösen levegőztetést követően, sor kerülhet az aerob mikroorganizmusok nagy mértékű szaporodására és ammónium ionok jelenlétében a nitrifikációs folyamatok beindulására. Az anaerob mikroorganizmusok hiánya, vagy nagyon kicsi egyedszáma annak a következménye, hogy a víz már nem tartalmaz (elfogyott) számukra fogyasztható tápanyagot. Mikrobiológiai szempontból tehát a védett rétegvizek nagyon kedvező minőségűnek tekinthetők, de nem szabad megfeledkezni arról, hogy oxidatív viszonyok közé kerülve a víz minőségéét károsan befolyásoló aerob folyamatok beindulására kerülhet sor. Tekintettel egyes víztartók környezetének speciális viszonyaira, valamint a víz tartósan oxigénhiányos állapotára, a mélységi vizek több helyen balesetveszélyes (robbanásveszélyes) koncentrációban tartalmaznak vízben oldott állapotban illékony szénhidrogéneket, elsősorban 9

11 metán gázt, melynek megfelelő mértékű eltávolítása alapvető feladat. A különleges geológiai viszonyokkal értelmezhető, hogy Magyarországon a geotermikus gradiens megközelítően kétszerese a Földre jellemző átlagnak. Ennek következtében sok helyen a rétegvizek hőmérséklete közelíti, vagy meghaladja a 30 o C értéket. Részben a különleges geológiai adottságok, részben az átlagosnál nagyobb vízhőmérséklet következtében helyenként a mélységi vizek oldott szervetlen anyag (só) tartalma meghaladja az ivóvízszabványban meghatározott határértéket. Az esetek többségében a határérték túllépést nem egészségre ártalmas komponensek okozzák. Az oldott állapotú anyagok koncentrációjának csökkentésére jelenleg csak költséges technológiák állnak rendelkezésre. Mélységi vizekben - szintén a különleges geológiai körülmények miatt - a szervetlen sók arányában a hazai átlaghoz viszonyítva lényeges eltérés is bekövetkezhet, a víz az ivóvízszabványban megadott minimális értéknél kisebb koncentrációban tartalmaz Ca 2+ és Mg 2+ ionokat. Szükség esetén az adott ionok pótlása lényegesen egyszerűbb feladat, mint eltávolítása. A tartósan anaerob viszonyok miatt mélységi vizekben megjelenhet (és egyes helyeken meg is jelenik) a kén-hidrogén, melynek eltávolítása az ivóvízből alapvető feladat. Szintén az oxigénhiányos állapot következménye a hazai rétegvizek többségének nagy, a korábban említett komponensekhez hasonlóan természetes eredetű ammónium ion tartalma. Anaerob viszonyok között viszont nem várható nitrát és nitrit ionok megjelenése. A víztartók geológiai környezetének állapota, valamint a víz oxigénhiányos állapotának következtében a rétegvizek többségében az oldott állapotú vas- és mangán-vegyületek koncentrációja meghaladja az ivóvízszabványban megadott határértékeket. Bár a vas és a mangán vegyületei nem okoznak közegészségügyi problémát, oxigén jelenlétében, illetve lúgos közegben kicsapódó vegyületeik esztétikai szempontból kifogásolhatóvá teszik a vizet, mosáskor pedig foltossá a világos ruhákat. A vízelosztó hálózatban kicsapódó vas- és mangán-vegyületek az ún. másodlagos vízminőségromlásban jelentős szerepet játszó mikroorganizmusok megtelepedését, biztonságos életkörülményeik kialakítását teszik lehetővé. Ez az oka annak, hogy - a fertőtlenítést nem számítva - a felszínalatti vizek kezelésében leggyakrabban alkalmazott víztisztítási technológia a vas- és mangántalanítás. Rétegvizeinkben az elmúlt húsz év egyik legjelentősebb minőségi problémáját az okozta, hogy a nagyérzékenységű vízanalitikai módszerek széleskörű alkalmazási lehetősége következtében felismertük: az eddig toxikus anyagtól mentesnek tartott mélységi vizeink egy jelentős része határértéket meghaladó koncentrációban tartalmaz oldott állapotú, természetes (tehát geológiai) eredetű arzén vegyületeket. A WHO (World Health Organization Egészségügyi Világszervezet), majd ezt követően az uniós szabályozás drasztikusan csökkentették az arzén ivóvízben maximálisan megengedhető koncentrációját - MAC érték - 50 μg/l-ről 10 μg/l-re. A magyarországi arzén probléma nyolcvanas évek elején történt felismerését határozott intézkedés (vízminőségjavító kormányprogram) követte, melynek következtében a kilencvenes évek elejére csaknem minden érintett településen sikerült 50 μg/l-nél kisebb szintre csökkenteni a szolgáltatott ivóvíz arzén tartalmát, mely akkor megfelelt a WHO és az EU akkor érvényben lévő ajánlásainak, szabványainak októbere óta Magyarországon érvényes ivóvízszabvány értelmében azonban az ivóvízben megengedhető maximális arzénkoncentráció a korábbi 50 μg/l-es határértékről 10 μg/l-re csökkent (az uniós szabályozásnak megfelelően). A szabvány szigorodása mintegy fogyasztót érint. Tekintettel arra, hogy a rétegvizek döntő többsége védettnek tekinthető, nem várható, hogy mikroszennyezők, szennyvizek és egyéb szennyezőanyagok rendezetlen elhelyezéséből származó szennyezések a mélységi vizekben megjelennek. Természetes eredetű szerves anyagok (humin, fulvin, lignin anyagok) azonban egyes helyeken még a felszíni vizekre jellemző értékeket is 10

12 meghaladó koncentrációkban is jelen lehetnek a víz enyhe elszíneződését okozva, valamint a klórral történő fertőtlenítést nehezítve. A karsztvizeket az ivóvízellátás szempontjából jelenleg a legjobb minőségű vízkészletnek tekintjük. Ez a megállapítás azonban elsősorban az ún. kémiai vízminőségre vonatkozik. Míg a talajvizeknél a kémiai és a mikrobiológiai vízminőség között bizonyos összefüggés felfedezhető, karsztvizek esetében ez a kapcsolat kevésbé egyértelmű. A talajvíz és a karsztvíz utánpótlódásának közvetlen forrása a csapadék. A talajvizet a csapadék többé-kevésbé szennyezett talajrétegen (szemcsés közegen) átszivárogva és onnan szennyezőanyagokat kioldva éri el, ezzel szemben a karsztvíz-tartókba a csapadékvíz kis ellenállású áramlási csatornákon jut el. Bár a felszín és a karsztvíz-tartók közötti távolság általában egy nagyságrenddel nagyobb mint a felszín és a talajvíz-szint közötti, a csapadékvíz általában rövidebb idő alatt jut el a karsztvíz-tartókba mint a talajvízbe. A csapadékvíz a karsztvíz-tartókba több ezer év alatt az elsősorban kalciumban és magnéziumban gazdag üledékes kőzetekben kémiai folyamatok révén kialakult csatornákon jut el. Ez az útvonal a talajvíz eléréséhez szükséges áramlási közegtől (a talaj felső rétege) eltérően nem tartalmaz szennyezőanyagokat. A karsztvíz minőségét alapvetően két szennyeződési lehetőség fenyegeti. Az egyik a felszíni vízgyűjtő területről történő szennyezőanyag bemosódás, a másik a felszínalatti vízgyűjtő területen elhelyezett hulladéktárolók. Ezek közé tartoznak az adott terület csatornázottságának hiányában megvalósított szabálytalan szennyvízelhelyezések is. A felszínalatti vizek közül egyedül a karsztvízben találhatunk jelentős, a telítési szinthez közeli oldott oxigén tartalmat. A stabil aerob viszonyok, valamint a felszínnel való többé-kevésbé zavartalan kapcsolat miatt aerob mikroorganizmusok jelentős számban előfordulhatnak a karsztvizekben. Hasonló okokból kén-hidrogén, ammónium ionok valamint illékony szénhidrogének (metán gáz) jelenlétével azonban nem kell számolni. A tartósan aerob körülmények miatt oldott állapotú vas-, mangán- és arzén-vegyületek sem fordulnak elő a karsztvízben. A felszíni bemosódásból és a rendezetlen, felelőtlen hulladék-elhelyezésből származó szennyezőanyagok azonban eljuthatnak a karsztvíz tartókba. Ennek sajnos már következményei is vannak, néhány helyen az elmúlt húsz évben a karsztvízben a nitrát ionok koncentrációjának határozott növekedése figyelhető meg, sőt a Balaton-felvidéken egyes karsztvizekben a 40 mg/l határérték túllépése is megtörtént. A felszíni bemosódásból, illetve a rendezetlen szennyezőanyag elhelyezésből származó nemtoxikus szerves anyag koncentráció növekedés jelenleg még nem olyan mértékű, hogy az technológiai beavatkozást igényelne. A vizsgálatok eredménye szerint karsztvizeinkben a szerves és szervetlen mikroszennyezők koncentrációja nem közelíti meg az ivóvízszabványban megengedett értékeket. Fokozott figyelmet kell azonban a karsztvíztartók vízgyűjtő területének környezetvédelmére, vízminőségvédelmére, hogy a jelenlegi kedvező vízminőségi állapot hosszú ideig fenntartható legyen. Bár a karsztvizek oldott anyag (só) tartalma nem haladja meg az ivóvízszabványban meghatározott határértéket, egyes komponensek tekintetében sor kerülhet határérték túllépésre (Ca- és Mg-sók). A határértéket meghaladó keménység egészségügyi ártalmat nem okoz, de a vízkőkiválások a lakásokban található szerelvényekben, a főtést biztosító berendezésekben jelentős károsodást okozhatnak, illetve a hőátadást csökkenthetik. Karsztvizek felhasználásánál erre a lehetséges kellemetlen hatásra is figyelmet kell fordítani. 11

13 Magyarországon a különböző típusú vizekből a lakosság ivóvízellátásában mennyiségét tekintve legnagyobb szerepe a partiszűrésű vizeknek van. Az utánpótlódás kettős jellege miatt jellege miatt (a folyóból, illetve a hátoldalról származó víz) a partiszűrésű vizekben potenciálisan megjelenő szennyezőanyagok lényegében a felszíni vizekben és a talajvizekben előforduló szennyezőanyagok sajátos keveréke. Azt azonban tényként kell kezelnünk, hogy az év nagyobb részében az adott folyó vízszintje elegendően magas ahhoz, hogy az utánpótlódás a folyó felől történjen meg, a hátoldali utánpótlódás tehát csak ritkán dominál. Magyarországon a partiszűrésű kutak telepítésénél a mennyiségi szemlélet uralkodott, a kinyerhető víz minőségének változását a kutak elhelyezésének függvényében nem vették figyelembe a szükséges mértékben. Sok esetben a szűrőréteg vastagsága nem tudja biztosítani a négy - hat hetes elérési időt, mely mai ismereteink szerint a folyóban található szennyező anyagok jelentős részének biztonságos távoltartásához szükséges. A hetvenes években mind elméleti megfontolások, mind gyakorlati tapasztalatok alapján megállapították, hogy nem célszerű a folyók azon szakaszain partiszűrésű kutakat telepíteni, ahol a hidraulikai viszonyok miatt az üledék fokozott lerakódására kerül sor. Az állandóan szaporodó üledék szerves anyag tartalma nagyon nagy mértékben csökkenti az átszivárgó víz oldott oxigén koncentrációját, így a szűrőrétegbe a víz már csaknem oxigénhiányos állapotban kerül. A szivárgó víz a szűrőréteg első szakaszában elveszíti maradék oldott oxigén tartalmát, és anaerob körülmények között továbbjutva oldott állapotú vas- és mangán-vegyületeket, valamint ammónium ionokat vesz fel. Körültekintő kúttelepítéssel több helyen elkerülhető lett volna a költsége vas- és mangántalanítási vízkezelési technológia kialakítása és üzemeltetése. A partiszűrésű kutak vizében mind kórokozó, mind nem-patogén mikroorganizmusok megjelenhetnek, ezért a víz fertőtlenítésére szükség van. Ammónium ionok megjelenésére abban az esetben kell számítanunk, ha a folyó felőli utánpótlódást biztosító víz nagy mennyiségű szerves anyagot tartalmazó üledéken átáramolva éri el a parti szűrőréteget. A folyó alacsony vízállása esetén, a hátoldali utánpótlódás erősödése alkalmával a talajvízből származó ammónium ionok is megjelenhetnek a partiszűrésű kutak vizében. Felszíni vizeinkben - így folyóinkban is - folyamatosan nő a nitrát ionok koncentrációja. Szerencsére ez a növekedés kis mértékű, így jelenleg folyóink nitrát tartalma 10 és 20 mg/l között változik. A folyó felől érkező víz tehát nem okozhatja jelenleg a partiszűrésű kutak vizében a nitrát ionok koncentrációjának olyan mértékű növekedését, mely az ivóvízszabványban megállapított határértéket megközelíteni. Nagyobb mértékű nitrát koncentráció növekedést okozhat a hátoldali utánpótlódás felerősödése, mert egyes helyeken a talajvíz nitrát tartalma a 100 mg/l értéket is meghaladhatja. A természetes szűrőréteg visszatartja a szilárd állapotú anyagokat, beleértve a kolloid diszperziók szilárd részecskéit is. Hasonló sorsra jutnak az emulgeált részecskék is. A folyó vizében jelenlévő oldott állapotú anyagok (beleértve a szerves és szervetlen mikroszennyezőket is) azonban a szűrőréteg vastagságától, valamint a víz szűrőrétegen történő átjutásának sebességétől függően hosszabb vagy rövidebb idő alatt elérhetik a kutakat. Erre a jelenségre a számtalan külföldi mellett sajnos hazai példa is van (Vác déli vízbázis elszennyeződése gyógyszergyártásból származó szerves mikroszennyezőkkel a nyolcvanas évek elején). Tény azonban, hogy a folyóban a viszonylag kis koncentrációban és rövid ideig megjelenő mikroszennyezőket a szűrőréteg korlátozott mértékben vissza tudja tartani. A partiszűrés folyamata - adott határok között - vízkezelési technológiának is tekinthető. A szerves mikroszennyezők között a partiszűrésű vízbázisok estében kiemelt jelentőségük van a kőolajszármazékoknak. Ennek elsősorban az az oka, hogy a folyókon - különösen ahol intenzív hajóforgalom van - szénhidrogén szennyezés nagy gyakorisággal előfordulhat. A különböző 12

14 kőolajszármazékok azonban ipari szennyvízkibocsátásokból is származhatnak. A természetes parti szűrőréteg a tartós szennyezés visszatartására csak korlátozott mértékben, telítődését követően a szénhidrogének csaknem akadálytalanul jutnak el a kutakba. Bár a partiszűrésű kutakba jutó vízben oxigénhiányos állapotok előfordulhatnak, a viszonylag rövid utánpótlódási idő miatt a vízben - vízminőségi szempontból - egyensúlyi állapotok nem alakulhatnak ki. Ennek megfelelően Ennek megfelelően kén-hidrogén és a szénhidrogének között metán gáz megjelenésére nem kell számítanunk. Összefoglalva tehát az egyes vízbázisok legfontosabb szennyezőanyag forrásai és jellemző szennyezőanyag komponensei a következők: Talajvíz o Az első vízadó réteg legjelentősebb szennyezőforrásai: kommunális hulladékok rendezetlen lerakása a veszélyes hulladékok nem megfelelő elhelyezése szakszerűtlenül kialakított szennyvízszikkasztók szennyvizek gondatlan elhelyezése a talajban o A talajvíz potenciális szennyezőanyag komponensei a következők: mikroorganizmusok (kórokozók és nem-kórokozók) ammónium, nitrit és nitrát ionok vas és mangánvegyületek egyéb oldott szervetlen anyagok oldott szerves anyagok (pl. humin és lignin anyagok) szerves és szervetlen mikroszennyezők kén-hidrogén oldott oxigén hiánya Mélységi vizek o A víztartó felett egy vagy több vízzáró réteg helyezkedik el amennyiben ezek a vízzáró rétegek nagy kiterjedésűek és sérüléseket nem tartalmaznak, a víztartóban elhelyezkedő vízbe felszíni (tehát emberi) eredetű szennyezőanyagok nem jutnak el. o A mélységi vizek potenciális szennyezőanyag komponensei a következők: mikroorganizmusok (egyedszámuk nagyon kicsi) ammónium ionok vas és mangán vegyületek humin, lignin és fulvin anyagok illékony szerves anyagok (pl. vízben oldott metán gáz) kénhidrogén oldott oxigén hiánya magas vízhőmérséklet nagy sótartalom (oldott!) nagy mennyiségű oldott szén-dioxid oldott állapotú arzén vegyületek (geológiai, geokémiai eredetű!) 13

15 Karsztvíz o A karsztvíz minőségét alapvetően két szennyeződési lehetőség fenyegeti. Az egyik a felszíni vízgyűjtő területről történő szennyezőanyag bemosódás, a másik a felszínalatti vízgyűjtő területen elhelyezett hulladéktárolók. Ezek közé tartoznak az adott terület csatornázottságának hiányában megvalósított szabálytalan szennyvízelhelyezések is. o A karsztvizek potenciális szennyezőanyag komponensei a következők: mikroorganizmusok (kórokozók és nem-kórokozók) ammónium és nitrát ionok zavarosság (lebegőanyag) oldott állapotú szerves anyagok szerves és szervetlen mikroszennyezők Partiszűrésű víz Folyók Tavak o Egyes vízfolyások adott szakaszain kialakuló kavicsteraszokon összegyűlt, rövid idő alatt megújuló felszínalatti víz, melynek forrása elsősorban a folyó, de részben a folyó felé áramló felszín-közeli víz. Tekintettel arra, hogy a partiszűrésű víz döntő többsége a folyóból a viszonylag jó vízvezető tulajdonságokkal rendelkező parti rétegen átszűrődve jut el a víznyerő helyre, egyes vélemények szerint ez felszíni víz. Magyarországon a partiszűrésű vizet a felszínalatti vizek közé soroljuk. o A parti szűrésű vizek potenciális szennyezőanyag komponensei a következők: mikroorganizmusok (kórokozók és nem-kórokozók) ammónium, nitrit és nitrát ionok vas és mangán vegyületek oldott állapotú szerves anyagok kőolaj és származékai szerves és szervetlen mikroszennyezők kénhidrogén oldott oxigén hiánya o A folyók potenciális szennyezőanyag komponensei a következők: zavarosság (lebegőanyag és alga) patogén és nem patogén mikroorganizmusok szerves anyagok (szennyvízbevezetések) humin, lignin és fulvin anyagok kőolaj és származékai szerves és szervetlen mikroszennyezők ammónium ionok (elsősorban hideg vizekben) o A tavak potenciális szennyezőanyag komponensei a következők: zavarosság (elsősorban alga) patogén és nem patogén mikroorganizmusok 14

16 humin, lignin és fulvin anyagok szerves anyagok kőolaj és származékai ammónium ionok (elsősorban hideg vizekben) Tározók o A tározók potenciális szennyezőanyag komponensei a következők: zavarosság (elsősorban alga) patogén és nem patogén mikroorganizmusok humin, lignin és fulvin anyagok szerves anyagok ammónium ionok (elsősorban hideg vizekben) 15

17 3. Vízkezelés során alkalmazott alapfolyamatok A megfelelő minőségű ivóvíz biztosítására elvileg a következő lehetőségekkel rendelkezünk: - a meglévő és használatban lévő vízbázis vizének minősége kielégíti a hazai ivóvízszabványban megfogalmazott követelményeket, a fertőtlenítésen túlmenően egyéb vízkezelési technológia alkalmazására nincs szükség - a meglévő és használatban lévő vízbázis vizének minősége nem elégíti ki a hazai ivóvízszabványban megfogalmazott követelményeket, tehát a fertőtlenítésen kívül egyéb beavatkozások is szükségesek, melyek a következők lehetnek: - új, eddig nem ismert, vagy nem alkalmazott, a felhasználási helyhez közeli vízbázis feltárása, üzembe állítása, mely vizének minősége várhatóan hosszú távon kielégíti a hazai ivóvízszabvány követelményeit, azaz a fertőtlenítésen túlmenően egyéb vízkezelési technológia alkalmazására nem lesz szükség - az adott ivóvízellátó rendszer csatlakoztatása megfelelő mennyiségű és minőséggel rendelkező távolabbi (esetleg közeli) vízbázishoz meglévő és üzemelő, vagy kialakításra kerülő regionális (vagy kistérségi) vízellátó rendszerhez - a helyi, nem megfelelő minőségű vízbázis vizének kezelésére víztisztító üzem kialakítása és üzemeltetése A felsorolt három lehetőség elvileg egyenértékű. Természetesen a lehetőségek határain belül arra kell törekedni, hogy a legkevesebb és legegyszerűbb technológiai lépéssel tudjuk biztosítani a megfelelő vízminőséget. Ebből a szempontból az új vízbázis kialakítása, vagy a regionális (kistérségi) vízellátó rendszerre történő csatlakozás tűnik kedvező megoldásnak. Nem szabad azonban megfeledkezni arról, hogy víz viszonylag hosszú ideig tartó szállítása is jelentős minőségi károsodást okozhat, és az ún. másodlagos vízminőségromlás az eredeti problémánál is nagyobb gondokat okozhat. A gazdaságossági megfontolások mellett tehát messzemenően figyelembe kell venni a víz szállítása, illetve szétosztása során várhatóan bekövetkező vízminőségváltozásokat is. A felsorolt három megoldási lehetőség elvi egyenértékűsége természetesen csak abban az esetben érvényes, ha az adott komponens(ek) eltávolítására megfelelő hatékonyságú vízkezelési technológia rendelkezésre áll. Amennyiben valamely komponens eltávolítására még nem ismeretes megfelelő hatékonyságú vízkezelési technológia (itt eltekintünk a szélsőségesen nagy költségvonzatú megoldásoktól), követendő megoldás vagy az új vízbázis kialakítása, vagy a regionális rendszerre történő csatlakozás lehet. Az ivóvíz kezelésénél alkalmazott technológiák lényegében fizikai, fizikai-kémiai, kémiai, kolloidkémiai, biokémiai, mikrobiológiai folyamatok összességei. A különböző komponensek vízben lévő koncentrációjának csökkentésére alkalmas technológiák a következő alapvető folyamatok megfelelő sorrendben és gyakorisággal történő alkalmazásával hozhatók létre Oxidáció és redukció Az ivóvízkezelés során az oxidációt nagyon nagy gyakorisággal alkalmazzák. Több eltávolítandó komponens a felszínalatti víztartókban kialakuló reduktív viszonyok, vagy a talajban bekövetkező áramlás során redukált állapotú lesz. Kevés kivételtől eltekintve egy adott komponens redukált 16

18 állapotú vegyülete vízben jól, oxidált állapotú vegyülete viszont rosszul oldódik. Az egyszerűnek tekinthető szilárd-folyadék fázisszétválasztásra tehát az adott komponens oxidált állapotú vegyülete alkalmas. A patogén és nem-patogén mikroorganizmusok egyedszámának szabályozására (fertőtlenítés) csaknem kivétel nélkül oxidációt alkalmazunk. Redukció alkalmazására ritkán kerül sor. Ilyen eset a mikrobiológiai úton megvalósított nitrát eltávolítás, melynek során a denitrifikáló mikroorganizmusok a nitrát ionokat nitrogén gázzá redukálják ph és pufferkapacitás szabályozás A kémiai és mikrobiológiai folyamatok többsége megfelelő sebességgel és intenzitással csak szűk ph intervallumban játszódik. le. Sok esetben az adott vízkezelési technológiára kerülő víz ph értéke nincs az optimálisnak tekinthető intervallumon belül. Ilyenkor szükséges a rendszer ph értékét megváltoztatni, melyre a célnak megfelelően savas vagy lúgos karrakterű anyag adagolásával kerülhet sor. A szükséges ph érték kialakítása mellett az is fontos, hogy az adott folyamat során a kezelésre került víz ph értéke milyen mértékben változik. Ha a lejátszódó folyamat közben a víz ph értéke az optimális tartomány alsó vagy felső határát átlépi, célszerű a pufferkapacitást, azaz a víz ph érték stabilizáló képességét is növelni. A hazai felszíni és felszínalatti vizek viszonylag nagy hidrogén-karbonát ion koncentrációja az esetek döntő többségében biztosítja, hogy az aktuális ph érték csak kis mértékben változzon meg, a Mátrában kialakított tározók vizének ph értéke a vízkezelési folyamatok alkalmával olyan mértékben változhat, mely a szolgáltatott víz minőségének nagymértékű romlásához vezet. Ilyenkor szükséges a víz pufferkapacitásának megfelelő vegyszer adagolásával történő növelése Kémiai kicsapás A vízben oldott állapotú komponensek egy része megfelelő vegyszerek adagolásával vízben nagyon rosszul oldódó vegyületté alakíthatók, melyek egyszerű szilárd-folyadék fázisszétválasztási eljárásokkal (ülepítés, flotálás, szűrés) elválaszthatók a víztől. Nagyon sok esetben a kémiai kicsapás kiváltó oka az oxidáció, vagy a ph szabályozás, alkalmanként egy adagolt vegyszer hidrolízise, ha a víz elegendően nagy pufferkapacitással rendelkezik. nagyon sokszor azonban a kicsapást megfelelő vegyszerek adagolásával érhetjük el, miközben oxidáció vagy redukció, ph vagy pufferkapacitás változás, hidrolízis nem játszódik le. A kicsapással ellentétes folyamat a szilárd állapotú anyagok oldódása, oldása. A vízkezelési technológiákban az oldás áttételes, tehát nem közvetlen módon vesz részt egyes komponensek koncentrációjának csökkentésében. Az oxidáló- és kicsapószerek jelentős részét célszerű a vízhez oldott állapotban adagolni annak érdekében, hogy a kívánt folyamatok megfelelő sebességgel és hatékonysággal játszódjanak le. A reagensek jól szabályozható és megbízható adagolása is megkívánja, hogy az adagolandó oldatban a reagens(ek) koncentrációja stabil legyen. Ez az oka annak, hogy az adagolásra kerülő anyagok oldására nagyon nagy gondot kell fordítani Fázisszétválasztás A vízből eltávolítandó anyagok tényleges elválasztásra a víztől egyszerű eszközökkel akkor kerülhet sor, ha ezek az anyagok gáz, vagy szilárd halmazállapotúak. A vízben oldott gáz halmazállapotú anyagok koncentrációja nagy mértékben csökkenthető, ha az adott gázt nem, vagy csak nyomokban tartalmazó gázkeveréket - célszerűen levegőt - megfelelő mennyiségben, intenzitással és időtartamig átbocsátunk a vízen. Miközben az adott komponens kiűzése (stripping) megtörténik, a kiűző gázkeverékből egyes komponensek beoldódhatnak a vízbe. Ez a tény az adott víz kémiai összetételétől függően a vízkezelés szempontjából kedvező és kedvezőtlen hatást is kiválthat. Ha pl. a metán gáz kiűzése céljából megvalósított levegőztetést olyan vízben valósítjuk meg, mely határértéket meghaladó, de nem nagy mennyiségű oldott állapotú vas-vegyületet is tartalmaz, de ammónium ion koncentrációja kicsi, a levegő oxigénje a 17

19 vas-vegyületek oxidálását a metán eltávolítással egyidejűleg elvégzi. Ha azonban a víz vas tartalma nem jelentős, ammónium ion koncentrációja azonban nagy, a víz oldott oxigén tartalmának növekedése és a levegőztetéssel a vízbe bejutó nitrifikáló mikroorganizmusok hatására megkezdődik az ammónium ionok ellenőrizhetetlen, szabályozhatatlan oxidálódása, melynek végterméke az egészségre ártalmas nitrit ion lehet. A vízkezelési technológiákban a gáz - folyadék fázisszétválasztásnál lényegesen nagyobb szerepet játszik a szilárd - folyadék fázisszétválasztás. A felszíni vizekben található szennyező anyagok jelentős része szilárd állapotú anyag, vagy azokhoz kötődik. A megfelelő hatékonyságú szilárd - folyadék fázisszétválasztás a felszíni vizek tisztításának egyik legfontosabb részlete. A felszíni vizekben is előfordulnak olyan oldott állapotú eltávolítandó anyagok, melyek megfelelő adalékanyagok segítségével szilárd halmazállapotúvá alakíthatók. A felszínalatti vizek kezelésében nagyon nagy szerepe van a vas- és mangántalanításnak, melynek során az oldott állapotú vas- és mangánvegyületeket átalakítják szilárd állapotú anyagokká, majd megfelelő szilárd - folyadék fázisszétválasztással elkülönítik a víztől. Lényegében hasonló folyamatok játszódnak le az arzén eltávolítás során is, bár egyes vélemények szerint ott elsősorban nem kicsapódási, hanem adszorpciós folyamatok okozzák az eredetileg oldott állapotú arzén vegyületek szilárd állapotban történő megjelenését. A felszíni vizekben előforduló természetes eredetű, valamint a kicsapási folyamatban képződő szilárd anyagok egy része kolloid, kvázi-kolloid diszperziót alkot a vízzel. Ezek a nagyon kicsi, μm nagyságrendű méretekkel rendelkező szilárd anyagok speciális kölcsönhatást alakítanak ki a vízzel, ezért egyszerű szilárd - folyadék fázisszétválasztási eljárásokkal (ülepítés, flotálás, homokszűrés) nem különíthetők el a víztől. Megfelelő anyagok adagolásával azonban olyan vegyületek hozhatók létre a vízben, melyek a kolloid, kvázi-kolloid diszperzió részecskéivel kapcsolatba lépnek (koaguláció), és olyan aggregátumokat alkotnak velük (flokkuláció), melyek egyszerű szilárd - folyadék fázisszétválasztási eljárásokkal elkülöníthetők a víztől. Sok esetben tehát a szilárd - folyadék fázisszétválasztást koagulációnak és flokkulációnak kell megelőznie abban érdekében, hogy az elválasztás megfelelő hatásfokát biztosítani tudjuk Adszorpció Az adszorpció oldott anyagok és gázok tartós megkötődése szilárd felületen. A vízkezelés szempontjából az oldott állapotú anyagok megkötődése fontos. A gyakorlatban elsősorban szerves anyagok eltávolítására alkalmazzák, különös tekintettel a szerves mikroszennyezőkre. A leghatékonyabb adszorbens az említett feladat szempontjából a megfelelő módon előkezelt aktívszén, mely por vagy granulátum formájában kerülhet alkalmazásra. A jó minőségő aktívszén fajlagos felülete m 2 /g. Meg kell azonban jegyeznünk, hogy az aktívszén csak korlátozottan szelektív adszorbens. Alkalmazásával elsősorban az egészségre ártalmas szerves mikroszennyezők eltávolítását kívánjuk megvalósítani, de a természetes eredetű, eltávolítani nem kívánt szerves anyagokat több nagyságrenddel nagyobb mennyiségben vonja ki a vízből, mint a mikroszennyezőket. Az aktívszén szelektivitása abban nyilvánul meg, hogy apoláros anyag, tehát az apoláros típusú szerves anyagokat adszorbeálja elsősorban, a polárosokat csak lényegesen gyengébb mértékben. Az adszorpciós eljárásoknak speciális területe az ioncsere adszorpció. Egyes ásványok (elsősorban agyag-ásványok, azon belül is a montmorillonitok) a kristályrács meghatározott pontjain könnyen mobilizálható alkálifém (Na + és K + ) ionokat tartalmaznak, melyek többértékű fémek (pl. Ca 2+ és Mg 2+ ) ionjaira kicserélhetők. A természetes alapú ioncserélők mellett megjelentek a mesterséges ioncserélők (szerves alapanyagú ioncserélő műgyanták), melyek nem csak kationokat, hanem anionokat (pl. nitrát ionokat) is képesek kicserélni. Az ioncserélő műgyanták lényegesen könnyebben kezelhetők, nagyobb kapacitással rendelkeznek, regenerálásuk egyszerűbben 18

20 megvalósítható mint a természetes ioncserélőké. Az ioncserélő műgyantáknak évtizedeken keresztül egyeduralkodó szerepük volt a költséghatékony vízlágyítás megvalósításában. Az adszorpció során - a fázisszétválasztással ellentétben - oldott állapotú anyagok vízből történő eltávolítására kerül sor úgy, hogy az oldott állapotú anyag átalakítására nem kerül sor. Bár a granulált aktívszenet tartalmazó állóágyas adszorber kialakítását és részben működtetését tekintve sok szempontból hasonló a homokszűrőhöz, működési mechanizmusok és az általuk eltávolítandó anyagok jellege alapvetően eltér egymástól. Ezért alapvetően helytelen és félrevezető az aktívszén adszorbereket aktívszén szűrőknek nevezni Egyéb folyamatok Az egyéb folyamatok közé soroljuk azokat a nagy nyomáson lejátszódó membránfolyamatokat, melyek során molekula-, illetve ion-méret különbség alapján elválasztásra kerül sor. Míg a természetes ozmózis folyamat alkalmával a membrán két oldalán elhelyezkedő oldat között a membrán közbeiktatásával a koncentráció kiegyenlítődést biztosító változások valósulnak meg, a membrán egyik oldalán alkalmazott nagy nyomás hatására az említettel ellentétes folyamat, azaz az oldatból a víz az oldatból a membránon keresztül történő távozása következik be. Így egy idő után a membrán egyik oldalán a víz (illetve nagyon híg, kis sótartalmú oldat), míg másik oldalán a betöményedő, egyre nagyobb sótartalmú oldat található. A folyamat során folyadék - folyadék elválasztásra kerül sor molekula-, illetve ion-méret különbség alapján. A membránfolyamatokat a vízkezelésben üzemi méretekben a hetvenes években kezdték alkalmazni. Az akkor még rendkívül költséges eljárást a gazdag Öböl-menti államokban a tengervíz sótalanítására alkalmazták ivóvíznyerési céllal. Az eltelt évben az eljárás költségeit nagy mértékben sikerült csökkenteni, és ma már a vízlágyítás szükségessége esetén mind beruházási, mind üzemeltetési költségek tekintetében versenyképes lehet az eddig széleskörűen alkalmazott eljárásokkal. A különböző komponensek koncentrációjának csökkentése, illetve vízből történő eltávolítása céljából alkalmazott technológiákat az említett hat alapfolyamat közül a szükségesek megfelelő sorrendben való összekapcsolásával, esetleg ismétlésével alakítják ki. A technológiai egységek kialakításánál nagyon fontos szempont, hogy az adott folyamatok lehető legtökéletesebb megvalósulására sor kerüljön. Lehet pl. bármilyen kiváló hatásfokú a szilárd - folyadék fázisszétválasztás, ha az azt megelőző kicsapódás, vagy az azt kiváltó oxidáció csak kis hatásfokkal játszódott le, és jelentős része oldott állapotban maradt. Ilyen esetekben az adott komponens eltávolítása, koncentrációjának csökkentése nem történhet meg a kívánt mértékben. Sok esetben célszerű az egyes technológiai egységeket úgy kialakítani, hogy egy egységben csak egy alapfolyamat lejátszódására kerüljön sor. Így könnyebben szabályozható az adott folyamat sebessége, lejátszódásának mértéke, és az esetleg szükségessé váló beavatkozások hatékonyabbak. Számtalan üzemeltetési problémát okozhat, ha egyetlen műtárgyban (technológiai egységben) valósítjuk meg pl. az oxidációt, a kémiai kicsapást és a szilárd - folyadék fázisszétválasztást (okoz is az országban működő vas- és mangántalanítók jelentős számában). 19