Vízvédelem KM011_1. Vízkitermelés. Vízbázisvédelem. 2017/2018-as tanév II. félév. 5/A rész: Vízkezelés, csatornázás

Átírás

1 Vízvédelem KM011_1 2017/2018-as tanév II. félév 5/A rész: Vízkezelés, csatornázás Dr. habil. Zseni Anikó egyetemi docens Széchenyi István Egyetem AHJK, Környezetmérnöki Tanszék Vízkitermelés felszíni vizeket: szívóaknákkal, vezetékkel parti szűrésű vizeket: csáposkutakkal felszín alatti vizeket: ásott és fúrt kutakkal karsztaknákkal (karsztvizek) forrásfoglalással ásott kút aknakút törpe csáposkút fúrt csőkút Vízbázisvédelem A jelenlegi ill. jövőbeni ivóvíznyerő helyek védelme érdekében karsztakna forrásfoglalás védőidomot (felszín alatti vízbázis esetén, 3 dimenziós a földfelszín alatt) védőterületet (felszín alatti vízbázis (a védőidom felszíni vetülete), felszíni vízkivétel és vízilétesítmény esetén) kell meghatározni, kijelölni, kialakítani és fenntartani, hogy a felszíni szennyeződések még hosszabb időtávlatban sem juthassanak le a felszín alatti vizekbe védőövezetek határai: hidrogeológiai, hidrológiai adottságok, a vízbázis termelése, ill. kapacitása és az elérési idő alapján számítással (hidraulikai modellel) kell meghatározni 1

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

3 A vízbázisvédelem feladatai a vízbázisok alapállapotának felmérése (diagnosztika) a vízbázisok biztonságba helyezése (esetleges szennyező tevékenységek felszámolása, a zavartalanság biztosítása) a vízbázisok biztonságban tartása, biztonságos üzemeltetése Ivóvíz-tisztítás Követelmények szabványok WHO guidelines EU direktívák Országos szabványok Az egyes komponensek max. megengedhető koncentrációt határozzák meg felülvizsgálatok, szigorítások Ha nem felel meg a szabványnak: másik vízbázis regionális rendszer vízkezelés Nem kívánatos komponensek eltávolítási sorrendje A technológia kialakításának szempontjai 1. Kórokozó mikroorganizmusok 2. Mérgező anyagok 3. Mikroszennyezők 4. Zavarosságot okozó anyagok (pl. lebegőanyag, alga) 5. Prekurzorok (egy másik vegyületet előállító reakcióban vesznek részt) 6. Íz- és szagrontó anyagok Problémás komponensek Vízmennyiség (gazdaságossági szempontok) Hálózat kiterjedtsége (mennyi idő alatt jut el a legtávolabbi fogyasztóhoz a víz) A vízkezelés technológiai alapfolyamatai Oxidáció, redukció ph és pufferkapacitás szabályozása Kémiai kicsapás (oldott csapadék) Adszorpció Fázisszétválasztás (gáz-folyadék, szilárd-folyadék) Membrános eljárások A technológiák a fenti folyamatok kombinációjával alakulnak ki. Oxidáció és redukció Céljai: Szennyezőanyag oldhatatlanná alakítása Szennyezőanyag kevésbé toxikus formába alakítása Mikroorganizmusok inaktiválása: fertőtlenítés Oldott szennyeződések, íz- és szaganyagok eltávolítására Az ivóvíztisztításban használt oxidálószerek: Oxigén, ózon, klór, kálium-permanganát, klór-dioxid, klór-aminok stb. Fertőtlenítés: Baktériumok, vírusok, protozoák Klór, ózon, klór-dioxid! Fizikai úton is lehet: UV sugárzás 3

4 ph és pufferkapacitás szabályozás Hatékonyság változhat a kémhatással, pl. fertőtlenítés, koaguláció-flokkuláció esetében Víz pufferkapacitása: HCO 3- és CO 3 2- ionok mennyisége befolyásolja CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 H + + HCO 3-2H + + CO 3 2- Ha savas hatás éri a vizet: UV fertőtlenítés H + + HCO 3- H 2 CO 3 Ha lúgos hatás éri a vizet: OH - + HCO 3- CO H 2 O Kémiai kicsapás (oldott csapadék) A vízben oldódó anyagok oldhatatlan alakúvá válása Vegyszer hozzáadásával, ph megváltoztatásával Az oldhatatlanná vált szennyezőanyag ezt követően szilárdfolyadék fázisszétválasztással eltávolítható Pl. vízlágyítás mész (Ca(OH) 2 ), szóda (Na 2 CO 3 ), Na 3 PO 4 hozzáadásával Koagulációval, flokkulációval Koaguláció: a kolloidszemcsék elektromos semlegesítése és mikropelyhek képződése (kémiai művelet) Flokkuláció (pelyhesítés): több kisebb koagulált szemcse összetapasztása, a szemcsék ülepíthető nagyságúra növelése pelyhesítésnek nevezzük. A flokkulálás mechanikai művelet, amit keveréssel segítünk elő. Pl. 3 vegyértékű vas- és alumínium-sók hozzáadásával (Al 2 (SO 4 ) 3, Fe 2 (SO 4 ) 3 Koaguláció és flokkuláció Adszorpció Gázok és oldott anyagok megkötődése szilárd anyagok felületén Reverzibilis, azaz megfordítható folyamat Adszorbens: ahol az oldott anyag megkötődik Adszorptívum: az az anyag, amely megkötődik az adszorbensen Nagy fajlagos felületű anyagok ( m 2 /g) Zeolitok: ammónium eltávolítására Ioncserélő műgyanták: vízlágyításra Aktív szén (por alakban vagy granulátumként): szerves anyag eltávolítására GEH (granulált vashidroxid): arzén eltávolításra Adszorpció aktívszénen 4

5 Fázisszétválasztás (gáz-folyadék) Gázok (metán, szén-dioxid) eltávolítása Leggyakrabban alkalmazott eljárás: levegőztetés A víz oxigénnel telítődik Két folyamat egyidejűleg: A gázok elhagyják a vízteret A redukált állapotú komponensek egy része oxidálódik a levegő oxigénjének hatására Fázisszétválasztás (szilárd-folyadék) A víz levegőztetési módjai Durva és finom szilárd részecskék eltávolítása Durva fázisszétválasztás: Gerebszűrés Makroszita szűrés Mikroszita szűrés Homokfogó Ülepítés Flotálás Finom fázisszétválasztás: Gyorsszűrés Szűrés előtt a kolloid részecskéket szűrhető formára kell hozni (pl. kémiai kicsapatással) 5

6 Mikroszita szűrés Nyitott (gravitációs) dobszűrő Flotálás Homokfogó Ülepítés Hosszanti átfolyású ülepítő medence 6

7 Nyitott szűrők Zárt szűrők Szűrés gyorsszűrés: kis, részben kolloidális méretű lebegő anyagok (4-10 m/h) lassú szűrés: biológiai-, íz-, szaganyagok (0,1 m/h) Membrános eljárások Mikroszűrés (lebegő, szilárd részecskék, pórusok: 0,1 1 µm) Ultraszűrés (makromolekulák, pórusok: nm) Nanoszűrés Fordított ozmózis (ionok, kis molekulák) Elektrodialízis Membránszűrés: a szennyező anyag elválasztása Zárt gyorsszűrő Szennyező (magas koncentrációban) Permeátum (a membránon keresztüljutott víz) 7

8 Membrános eljárások az ivóvízkezelésben felszíni vizek kezelésekor: membránokkal: vírus, baktérium, lebegőanyag, szerves anyag, színanyagok eltávolítása felszín alatti vizek esetén: membránokkal: vas-, mangántartalom, arzéntartalom eltávolítása Az oldott anyagokat oldhatatlan formába (csapadékképzés) kell vinni A membrán felülete érzékeny, mechanikus hatásoktól óvni kell A membrán felülete sosem száradhat ki A membránfelületen a mikroorganizmusok elszaporodnak Kívülről befelé szűrő membrán, alacsony vákuum mellett üzemel (6,9-55,2 kpa) Spirál membránok 8

9 Fordított ozmózis sótalanítás kazántápvíz technológiai víz nitrátmentesítés Nyomás hatására A-ból (szennyező anyagot tartalmazó oldat) B-be (tiszta víz) áramlik a víz 9

10 Felszín alatti vizek: vastalanítás Felszín alatti vizek: gázmentesítés és vastalanítás Fe oxidáció Fe eltávolítás tározás gázmentesítés és Fe oxidáció Fe eltávolítás tározás víz Csökkentett átmérő Nyomás alatti levegőztetés Oxigén injektálás Felszín alatti vizek: vas- és mangántalanítás Felszín alatti vizek: gázmentesítés, vasés mangántalanítás CO 2 -mentesítés: levegőztetéssel Vastalanítás: levegőztetés (oxidáció csapadékként kicsapódik) Mangántalanítás: oxidáció, katalizátorral: KMnO 4 -tal vagy MnO 2 a szűrő felületén Fe oxidáció Fe és Mn eltávolítás tározás Szűrő a Mn eltávolítására Bedolgozott szűrőréteg: MnCl 2 és KMnO 4 oldattal kezelt szűrő a MnO 2 réteg katalizálja a mangán oxidációját a levegő oxigénje által 10

11 szűrőanyag A szőgyei vízkezelő mű nyitott szűrője vízszóró rózsák Győr-Révfalui Vízmű: kutak Győr-Révfalui Vízmű: szűrők Győr-Révfalui Vízmű: a szűrők épülete Győr-Révfalui Vízmű: szűrők Győr-Révfalui Vízmű: szűrők 11

12 Győr-Révfalui Vízmű: szivattyúház A csatornázás technológiája A kitermelt víz raktározása: vízműtelepi mélyvíztározó magastározó (víztorony) A víz szállítása és szétosztása: csővezetékekkel csatornák típusa: gravitációs csatornák (szennyvízátemelők beiktatása) kényszeráramoltatású csatornák nyomócsatornák vákuumcsatornák csapadék-elvezetés: zárt csőrendszer nyitott árokhálózat Csatornahálózat típusok egyesített elválasztott javított vegyes (egyesített) javított elválasztott rendszerű csatornahálózat Vákuumos szennyvízcsatorna rendszer 12

13 Egyesített rendszerű csatornázás sematikus diagramja Javított vegyes (egyesített) rendszerű csatornázás sematikus diagramja Csatornázott területről elfolyó víz Csatornázott területről elfolyó víz Q szennyvíz Települési szennyvíz Tisztítást igénylő csapadékvíz Q csapadékvíz Tisztítást nem igénylő csap.víz Forrásokból, kutakból stb. elfolyó víz Q szennyvíz Települési szennyvíz Tisztítást igénylő csapadékvíz Q csapadékvíz Tisztítást nem igénylő csap.víz Forrásokból, kutakból stb. elfolyó víz Egyesített csatorna Kevertvíz tisztítása és tározása Szennyvíztisztító telep Egyesített csatorna Kevertvíz tisztítása és tározása Szennyvíztisztító telep Tározás, beszivárogtatás, hasznosítás és elfolyás Befogadó: vízfolyás, tó Befogadó: vízfolyás, tó Elválasztott rendszerű csatornázás sematikus diagramja Javított elválasztott rendszerű csatornázás sematikus diagramja Csatornázott területről elfolyó víz Csatornázott területről elfolyó víz Q szennyvíz Települési szennyvíz Tisztítást igénylő csapadékvíz Q csapadékvíz Tisztítást nem igénylő csap.víz Forrásokból, kutakból stb. elfolyó víz Q szennyvíz Települési szennyvíz Tisztítást igénylő csapadékvíz Q csapadékvíz Tisztítást nem igénylő csap.víz Forrásokból, kutakból stb. elfolyó víz Szennyvíz csatorna Szennyvíztisztító telep Tározás, beszivárogtatás, hasznosítás és elfolyás Csapadék -víz csatorna Szennyvíz csatorna Szennyvíztisztító telep Csapadék víz tisztító és tározó Csapadék -víz csatorna Tározás, beszivárogtatás, hasznosítás és elfolyás Befogadó: vízfolyás, tó Befogadó: folyó, tó Az egyesített rendszerű csatornázás előnyei Az egyesített rendszerű csatornázás hátrányai nagyobb vízelvezetési biztonság a nagyobb szelvény miatt egy fogyasztói bekötés szükséges a csapadékvíz-kezelés részben megvalósul az egy vezeték nyilvántartása, üzemeltetése, fenntartása egyszerűbb az egy vezeték helyigénye kisebb összességében kisebb beruházási költség általában gravitációs elvezetés kisebb lejtés miatt feliszapolódási veszély kevésbé rugalmas új terület bevonása esetén rugalmasabb szennyvíztisztítási technológia szükséges, az érkező víz minőségének változása miatt zápor esetén túlterhelődhet a szennyvíztisztító közműalagútban a nagy szelvényű gravitációs csatornák általában nem helyezhetők el kevésbé ütemezhető a beruházás, ezért nagy tőke szükséges hozzá 13

14 Az elválasztott rendszerű csatornázás előnyei újabb szennyvíztermelők csatlakoztathatók a csatornák nagyobb lejtése miatt kedvezőbbek a szennyvíz lefolyásának feltételei a szennyvíztisztító telep terhelése egyenletesebb kényszeráramoltatású csatornahálózat közműalagútban elhelyezhetők több különböző műszaki megoldás lehetséges a kivitelezésre a beruházás jobban ütemezhető Az elválasztott rendszerű csatornázás hátrányai a szennyvízcsatornákat önöblítő képességük fenntartása miatt nagyobb lejtéssel kell megépíteni, öblítő akna, átemelés lehet szükséges ha a két csatornahálózatot nem egyidejűleg építik ki, előfordulhat szabálytalan fogyasztói bekötés a csapadékvíz tisztítatlanul kerül a befogadóba, ha nem épül záportározó külön e célra a két hálózat nyilvántartása, üzemeltetése, fenntartása költségesebb és munkaerőigényesebb a kényszeráramoltatással működő, átemelőkkel összekapcsolt szennyvízelvezető hálózat szakszerűbb üzemeltetése szükséges a teljes kiépítés általában nagyobb beruházási költségű 14