Szakmai ismeret A V Í Z

Átírás

1 A V Í Z A hidrogén oxidja (H 2 O). A Földön 1 az egyik legelterjedtebb vegyület, molekula (2H 2 O). Színtelen, szagtalan folyadék, légköri (1013 mbar ~ 1013 hpa) nyomáson 0 o C-on megfagy, 100 o C-on forr, sűrűsége 4 o C-on a legnagyobb (ρ = 1 g/cm 3 = 1 kg/dm 3 = 1000 kg/m 3 ). A folyékony víz gyakorlatilag összenyomhatatlan 5 milliomod részben nyomható össze. A v í z f i z i k a i t u l a j d o n s á g a i Olvadáskor a szilárd jég cseppfolyós állapotba megy át. Az olvadás folyamata a befektetett hőenergia hatására beindul, a jég hőmérséklete 0 o C-ig emelkedik, de a halmazállapot-váltás időtartama alatt hőmérsékletemelkedést már nem tapasztalunk, az energiaáram a szilárd állapotú részecskék helyhez kötött rezgési állapotának felszabadítására irányul. (Miután az olvadás bekövetkezett a hőmérséklet tovább emelkedik.) A folyamat megfordítása a fagyás, dermedés. A jég/víz latens fázisváltási hője 335 kj/kg. Párolgáskor a folyadékok csak a felszínükön, de minden hőfokon párolognak. Ennek intenzitása több tényezőtől is függ, így például: - minőségétől, anyagától, hőmérsékletétől, (magasabb hőfokon gyorsabban párolog), páratartalomtól is függ, (a száraz levegőben könnyebben párolog), a légáramlás fokozza, szeles időben gyorsabb, felülettől függő, (minél nagyobb a felület, annál hatékonyabb a párolgás). - A felszínre nehezedő nyomás csökkenti, nagyobb nyomás alatt lassabban párolog stb. A párolgás hőelvonással, vagyis a környezet lehűtésével jár. intenzív melegítésekor már nem csak a felületen történik a párolgás, hanem a víz belsejében kialakuló buborékok határfelületén is párolog. A helyileg kialakuló buborékban növekszik a gőz nyomása, nagyobb lesz, mint a felette lévő folyadékoszlop hidrosztatikus nyomása, a felszínre kerül, azaz forr. Ez a hőmérséklet anyagminőségtől függő, de befolyásolja a folyadékfelszínre ható nyomás is! A forrásban lévő folyadék hőmérséklete az állandó melegítés hatására sem emelkedik, mert a közölt hő a részecskék közötti kohéziós és adhéziós erő illetve a külső légnyomás ellenében végzett munkához szolgáltatja az energiát. Ennek az energiának értéke vízre 2257 kj/kg. A párolgás és forrás fordított folyamata a lecsapódás, mely hőfelszabadulással jár! (Vízgőz kondenzációja, köd, harmat, dér, zúzmara, jégvirág kialakulása.) 1 Víz előfor dulás a Csapadékvíz: a felszínre hulló csapadék egy része elpárolog, egy része elfolyik, és egy része beszivárog a talajba. Felszíni víz: forrás, folyóvíz, természetes tóvíz és mesterséges víztározó. Felszín alatti víz: kőzetpórusokban felszívott víz, talajvíz, rétegvíz, karsztvíz, hévíz, gyógyvíz. 1

2 Telített vízgőz: vízzel mindig közvetlen kapcsolatban van, telített gőznyomáson. Nedves gőz: a vízgőz még tartalmaz víz folyadék részecskéket is. Száraz gőz: a folyadékvíztől elválasztott vízgőz további melegítésével keletkezik. Túlhevített gőz: a száraz gőz további hevítésével keletkezik. Kritik us nyomás és hőmérséklet A kritikus állapot az, amikor a folyadék és gőzének sűrűsége azonos, az ehhez tartozó nyomás a kritikus nyomás, a hőmérséklete a kritikus hőmérséklet. kritikus hőmérséklete 374 o C, kritikus nyomása 221 bar, kritikus sűrűsége 314 kg/m 3. hőkapacitása Az a hő, ami 1 kg víz hőmérsékletét 1 o C kal változtatja meg. Vízre, ha folyadék halmazállapotban van, akkor c = 4,2 J/kg o C, jég illetve vízgőz állapotban c = 2,1 J/kg o C. Az 1 kg ~ 1 liter víz melegítéséhez szükséges hőmennyiség számítható, illetve T hőmérsékletkülönbségű vízzel szállítható valamint leadható hőáram [m * c * T] meghatározható. hőtág ulása sűrűsége 4 o C on a legnagyobb. Fagyáskor a térfogat tágulási értéke 9,1 %, míg o C között a hőtágulás átlagértéke 4,3 %. A v í z k é m i a i t u l a j d o n s á g a i Kémiailag tiszta víz a természetben nem fordul elő, mindig tartalmaz olyan anyagokat, melyeket a levegőből vagy a földből vesz fel. Főként kalcium, magnézium, alkáli, mangán és vasvegyületek, melyeket a vízben jelen lévő szénsav tart oldott állapotban. Ezek adják a víz jellemző ízét. keménysége A keménységet a vízben oldott kalcium és magnézium sók okozzák. Az összkeménység karbonát-keménységből és a nemkarbonát-keménységből tevődnek össze. (A nemkarbonátkeménységképzők nem okoznak keménységet, melegítés hatására nem válnak ki, ha azonban a vizet elpárologtatják, akkor a lerakódás visszamarad.) A karbonát-keménységet a kalcium és magnézium sói által okozott keménységet mésznek nevezik, mely 100 o C alatt a vízkőlerakódásáért felelős. A kazánkő 100 o C felett a kalciumkarbonáton kívül kalcium-szulfátot (gipsz) és szilikátokat is tartalmaz. A kemény vízben a szappan nem habzik, a víz amellyel a szappant nehezen lehet lemosni, az általában lágy. (0-6 nk o igen lágy, 6-11 nk o lágy, nk o középesen kemény stb.) 1 (német) nk o = 10 mg kalcium-oxid ~ 18 mg kalcium-karbonát (mész) 1 liter vízben. 2

3 ph-értéke A ph-érték a folyadék lúgosságának vagy savasságának mértéke. szobahőmérsékleten hidrogén és hidroxil ionokra disszociál: H + + OH - és semleges állapotban 10-7 g/liter. (A ph-érték a hidrogén ion koncentráció kitevőjére utal a tizes alapú negatív logaritmus). A ph-érték 0 7 savas 7 14 lúgos, a ph 7 semleges. A v í z m i nősítése jellemző minősítési szempontjai: hőmérséklet, szín, zavarosság, íz és szag, radioaktivitás, szén-dioxid tartalom, oldott oxigén tartalom, keménység, ph-érték, biokémiai oxigénigény, vegyi anyag (vas-, mangán-, nitrit-, nitrát-, foszfát-, klorid-, szulfátion, ammónia, hidrogénszulfid stb.) tartalom. Biokémiai oxigénigény (BOI) az az oldott oxigén, amely a vízben lévő szerves anyagok aerob baktériumok általi lebontásához szükséges. Értéke alapján a vizsgált víz szervesanyag-tartalmának mértékére következtethetünk. Biológiai sajátosság, hogy a felszíni vizek öntisztulása végbemegy, a vízbe jutott szennyezőanyagokat a vízben élő mikroorganizmusok feldolgozzák, lebontják úgy, hogy a szennyezés előtti állapot áll helyre. Bakteriológiai minősítés a víz felhasználhatóságának mérvadója. A kórokozó baktériumok egyértelmű kimutatása nem egyszerű, inkább a szennyeződést jelző (nem feltétlenül fertőző) Coli baktériumokat mutatják ki. Ha a 1 ml vízben 1 Coli baktérium található, akkor a víz gyanús, ha 0,1 ml vízben már találnak 1 Coli baktériumot, akkor használatra nem alkalmas a minősítése. A v í z t i s z t í t á s a, k e z e l é s e A felhasználásra szánt vízből a szennyeződéseket el kell távolítani, a vizet felhasználásra alkalmassá kell tenni. A tisztítás mechanikai, kémiai, biológiai folyamatok célszerű alkalmazásával valósítható meg. Alapelv: először a durvább, majd a finomabb szennyezőanyagokat választják ki a minőségi igényeknek megfelelő mértékig. Durva tisztítás A tisztítandó felszíni vízből a durvább szilárd úszó vagy lebegő szennyeződéseket kell eltávolítani például rácsos gerebenekkel elsősorban a szivattyúk zavartalan üzemének biztosításához. A szita- vagy dobszűrők például a faleveleket távolítják el. Ezt követően ülepítéssel a víznél nagyobb sűrűségű szilárd anyagokat a gravitáció segítségével választják ki. ben lévő kolloid szemcsék, noha a víznél nehezebbek, mechanikai úton mégsem ülepíthetők, mert elektrosztatikus felületi erők lebegő állapotban tartják. Vegyi úton (alumínium-hidroxid) derítik, így tovább ülepíthetővé válnak a kolloidos szemcsék is. 3

4 Szűrés szemcsés közegen (homok, kovaföld) szivárog át. Célja a vízben lévő kolloid (~ 1 15 µm) lebegő anyagok, pelyhek, mikroorganizmusok, kémiai szennyezőanyagok eltávolítása. Ha a szűrő eltömítődése folytán túlzottan megnő az áramlási ellenállás, akkor a szűrőréteget át kell öblíteni Kémiai tisztítás Bizonyos mennyiségű oldott állapotban lévő vas- és mangántartalom már nem fogadható el, ezért kémiai úton vegyszeradagolással kicsapatják, pelyhesítik, ülepítik, végül kiszűrik a szennyező összetevőket. A vas- és mangántalanításhoz kapcsolódhat a savtalanítás folyamata. Célja a vízben lévő agresszív szén-dioxid eltávolítása mechanikus (kiváló gázok) és vegyszeres (meszes CO 2 megkötés) módszerrel nevezik savtalanításnak is. Csak a feles szén-dioxidot (szénsavat) kell megkötni, mert az adagolt meszes vegyszer keménységet így csőlerakódást okoz. A szabad nem oldott állapotban lévő szén-dioxid (szénsav) tartalmú víz rendkívül korróziós hatású, ha még klór is kerül a vízbe, márpedig a fertőtlenítéskor valószínű! Vízlágyítás Célja a keménységet okozó sók koncentrációjának csökkentése a kívánt, előírt mértékig. Termikus vízlágyításkor melegítik a vizet, és a szén-dioxid kiválása miatt az oldott állapotú kalcium- magnézium-hidrogénkarbonátok elbomlanak, kalcium- és magnézium-karbonátok keletkeznek. Vegyszeres vízlágyításnál olyan anyagokkal mész, szóda, nátronlúg kezelik a vizet, melyek oldhatatlan szűrhető vegyületekké alakítják. Ioncserélős vízlágyítás lényege, hogy a vizet szemcsés ioncserélős közegen átszűrik, miközben a víz a nemkívánatos ionokat természetes- (zeolit) vagy műgyantának átadják. A keménységet okozó sók ionjait (Ca 2+, Mg 2+ ) keménységet nem okozó ionokra (Na + ) cserélik. Csírátlanítás, fertőtlenítés Célja a vízben élő összes kórokozó baktériumok (vírusok) elpusztítása. Kémiai kezeléskor klórral, klórgázzal, hipoklór-savval oxidációs hatás révén (ózon) csírátlanítanak. (A csírátlanító anyagok azonban nemcsak az élő szervezetekkel, hanem az egyéb szennyezőanyagokkal is reakcióba lépnek, - így fontos az adagolt mennyiség ivóvíznél 0,5 10 g/m 3, szennyvíznél g/m 3 ). UV-sugaras kezelés is megfelelő eredményt adhat, különösen baktériumszűrővel kiegészítetve. Gáztalanítás Az oxigén és a szénsav okozta korróziós károk megelőzése érdekében gáztalanítják a vizet. Módszerei az oxigén, a szénsav semlegesítése vegyi lekötése más anyagokkal vagy fizikai - termikus úton csörgedeztetés, forralás a gázok kiválasztása. 4

5 S z e n n y v í z A szennyvízben szerves és szervetlen szennyezőanyagok találhatók, melyek úszó, lebegő és oldott állapotban lehetnek. A szennyvizek tisztítása végbemehet természetes úton is, de az ember a természetes folyamatok elősegítésére különböző műtárgyakat hoz létre. A szennyvíztisztítás feladata, hogy a szennyvizet olyan mértékig tisztítsa (méregtelenítse, semlegesítse), hogy az a higiéniai és esztétikai követelményeket is kielégítve kerüljön a befogadóba. A szennyvíztisztítás fokát vízvédelmi előírások határozzák meg. Előtisztítást alkalmaznak - elsősorban egyesített (csapadék + házi szennyvíz) csatornázási rendszereknél - a mechanikai tisztító műtárgyakat megvédve. (Berendezései: rácsok, homok-, zsír és benzin- és habfogók.) Mechanikai tisztítás lényege, hogy a durva szennyeződéseket eltávolítják, majd fizikai módszerekkel a lebegő anyagokat is kivonják. (Finomrácsok, szűrők, ülepítő medencék.) Előfordulnak olyan esetek, amikor a mechanikai és a szigorúbb követelményeket is kielégítő biológiai tisztítás közötti tisztítási fok szükséges, illetve elégséges. Ekkor vegyszeres (kémiai) derítést (kezelést) alkalmaznak. Ennek lényege, hogy a szennyvízhez csapadékképző anyagot adagolnak, mely jobb hatásfokú ülepítést eredményez. Biológiai tisztítás során a nem ülepíthető kolloidok és oldott szerves anyagok eltávolítása történik. A mikroorganizmusok élettevékenységén alapul, melyek komplett szerves vegyületeket bontanak le. A biotechnológiai folyamat révén nitrogén és foszfor sók kerülnek oldatba. A sók a vízinövények és algák túlburjánzását okozhatják, ezért ezeket is el kell távolítani, de a sók mellett a biokémiai tisztítással a rosszul oldódó olaj és fenol származékokat is távol kell tartani a befogadó élővíztől. A megmaradó iszapot mezőgazdasági iparnövényi területre vezetik, esetleg halastavakba vezetik, lehet föld alatti iszapszikkasztó ágyakba vezetni, vagy sajtolják és szárítják. Kezelése a szennyezettség mértékétől függően további rothasztás után klórozással földmedencékbe (agyaggödrökbe) helyezés vagy égetés (hő hasznosításával). M e g j e g y z é s : Aerob iszapstabilizáció: bűzképződés nélkül a szerves anyagok energiaszegény végtermékké alakulnak levegőztetés mellett. (3 6 nap) Anaerob iszaprothasztás: a melegen tartott iszapból gáz fejlődik ( nap), az úgynevezett biogáz, mely robbanásveszélyes. A megmaradó iszap nem tekinthető sterilnek, bár a kórokozók nagy része elpusztul, de túléli például a lépfene és tbc baktérium, illetve nem bomlanak el a szaruanyagok és szőrszálak. 5