8-15 melléklet: Terhelhetőség meghatározása Módszertani útmutató a felszíni vizek vízminőségszabályozásának tervezéséhez, a kibocsátásit határértékek megállapításához
A víz élet, gondozzuk közösen! VÍZGYŰJTŐ-GAZDÁLKODÁSI TERV - 2015 Terhelhetőség meghatározása Módszertani útmutató a felszíni vizek vízminőségszabályozásának tervezéséhez, a kibocsátási határértékek megállapításához Munkaanyag Készítette: Dr. Clement Adrienne, egyetemi docens BME, Vízi Közmű és Környezetmérnöki Tanszék 2015. október
Terhelhetőség meghatározása Módszertani útmutató a felszíni vizek vízminőségszabályozásának tervezéséhez, a kibocsátási határértékek megállapításához TARTALOM 1 Az útmutató célja... 3 2 A terhelhetőség meghatározásának elvi megfontolásai... 5 2.1 Jogszabályi vonatkozások... 5 2.2 A terhelhetőség általános kritériumai... 6 2.3 A terhelhetőség meghatározásának gyakorlati (módszertani) kérdései... 7 2.3.1 Monitoring pontra vonatkozó kritériumok... 7 2.3.2 Mértékadó vízhozam és koncentrációk meghatározása... 9 2.3.3 Nem konzervatív szennyezők figyelembe vétele... 9 3 Alkalmazási példa: A Szentlélek-patak terhelhetőségi vizsgálata... 15 3.1 A mintaterület bemutatása... 15 3.2 Szennyvízbevezetés hatásának vizsgálata... 21 3.3 Összefoglalás, következtetések... 36 8-15 melléklet Terhelhetőség meghatározása - 1 -
Készítette: Dr. Clement Adrienne egyetemi docens BME, Vízi Közmű és Környezetmérnöki Tanszék 8-15 melléklet Terhelhetőség meghatározása - 2 -
1 Az útmutató célja Magyarországon jelenleg összesen 1078 felszíni vízfolyást és állóvíz víztestet tartanak számon, melyek közvetlen vízgyűjtői az ország teljes területét lefedik. Társadalmunk termelői és fogyasztói tevékenységeiből származó szennyezőanyagok egy része a felszíni víztestekbe kerülve jelentős fizikai, kémiai és ökológiai változásokat idéz elő. A vízminőség szabályozás tervezése és a kibocsátóknak előírható határértékek meghatározása víztestenként és vízgyűjtő területenként egyedi megoldásokat kíván. A pontforrásként ismert terhelés típusok között a szervesanyag és tápanyagok legnagyobb mennyiségét a települési szennyvizeket tisztító szennyvíztisztító telepek kibocsátásai adják. A kommunális szennyvizek megfelelő tisztítását alapintézkedésként a 91/271 EEC direktíva írja elő. Az irányelv teljesítésére hozta létre Magyarország a (többször módosított) 25/2002 kormányrendeletben a Szennyvízelvezetési- és tisztítási programját (Szennyvíz program), melyben rendelkezik az agglomerációk kialakításáról és a kiépítési határidőkről. A csatornahálózattal összegyűjtött szennyvizek tisztítási követelményeit a 28/2004 KVVM miniszteri rendelet szabályozza. Ennek nyomán az elmúlt közel másfél évtized alatt mintegy 700 szennyvíztisztító építése, korszerűsítése történt meg. A vizek terhelését nézve a települési csatornahálózatok jelentős környezet terhelést szüntetnek meg azáltal, hogy a felszín alatti vizek szennyvíz elhelyezésből származó közvetlen vagy közvetett szennyezését megakadályozzák. Ugyanakkor a hálózatok végpontja pontforrásként terheli a befogadó felszíni vizeket. Annak érdekében tehát, hogy mind a felszíni, mind a felszín alatti vizek terhelését minimalizáljuk, az összegyűjtött szennyvizek csak megfelelő tisztítás után vezethetők a befogadókba. A szükséges tisztítás mértékét a Városi szennyvíz direktíva és a hazai emissziós rendelet (28/2004 KVVM) ennek megfeleltetett technológiai határértékei megadják. Azonban lényeges, hogy ez a követelmény szükséges, de nem minden esetben elégséges feltétele annak, hogy a tisztított szennyvíz bevezetése ne okozzon olyan terhelést a befogadó élővíz számára, mely az ökológiai jó állapot elérését megakadályozza. Az élővizek terhelhetősége (más szóval terheléssel szembeni érzékenysége) nem egyforma, azt számos tényező, mindenekelőtt a mederbeli vízhozam (hígító kapacitás), a bevezetési pont feletti háttérterhelések, és a bevezetett anyag tulajdonságai, lebomló képessége befolyásolja. A szükséges tisztítást tehát mindezek figyelembe vételével, a tényleges terhelhetőségi szint megállapításával lehet meghatározni. A határérték megállapítása tehát a jelenleg az érvényben lévő 220/2004 Korm.rendeletben meghatározottak szerint, a 28/2004 KVVM miniszteri rendeletben definiált technológiai és területi határértékek alapján történi. A környezetvédelmi hatóságoknak lehetőségük van a kötelező előírásoknál szigorúbb, egyedi határérték megállapítására. Ezt az első vízgyűjtőgazdálkodási terv jogszabályi intézkedéseként megvalósult jogszabályi módosítások eredményeként előírt terhelhetőség vizsgálat eredményére hivatkozva tehetik meg. A vízminőségi célkitűzéseket, melyet a tisztított szennyvizet befogadó víztestre kell elérni, a 10/2010 VM miniszteri rendelet tartalmazza. A VKI értelmében tehát a jelenlegi szabályozás keretei között is lehetőség van a kibocsátási (emissziós) és a befogadóban teljesítendő (immissziós) határértékek összehangolására. A megvalósításra vonatkozó hatósági joggyakorlat azonban eltérő, melynek legfőbb oka, hogy a terhelhetőség vizsgálatok 8-15 melléklet Terhelhetőség meghatározása - 3 -
elvégzésére a hatóságok nem kaptak egységes iránymutatást. További probléma az is, hogy a területi határértékek elavultak, sok esetben nem veszik figyelembe a befogadó vízfolyások és terheléssel szembeni valós érzékenységét. A terhelhetőség meghatározásához készült módszertani útmutató elsősorban a hatóságoknak szól. Összefoglalja a terhelhetőség meghatározásának elvi alapjait és megadja a vizsgálatok elvégzésének módszertani útmutatásait. A gyakorlati alkalmazást segítő példák mintaként szolgálnak a terhelési állapot és természetföldrajzi (vízrajzi) jellemzők szerint tipizált mintavízgyűjtő területeken felmerült problémák megoldásához. Ezek az útmutató végleges változatának részét fogják képezni. 8-15 melléklet Terhelhetőség meghatározása - 4 -
2 A terhelhetőség meghatározásának elvi megfontolásai Az EU Víz Keretirányelve (VKI) a vizek állapotának javítását tűzi ki célul, amely sok más rendelkezés mellett előírja a felszíni vizek állapotának minősítését, amely ökológiai és kémiai állapotból tevődik össze. A típus specifikus ökológiai minősítésre egyes élőlény együttesek figyelembe vételével ötosztályos biológiai minősítést ír elő, melynek támogató jelleggel részét képezi a hidromorfológiai és az élőlény együttesekkel szorosan összefüggő fizikokémiai jellemzők minősítő rendszere. Terhelhetőségre vonatkozó kritériumokat a VKI definíciószerűen nem állapít meg, azonban előírja a kiváló és a jó állapot, vagy potenciál megtartását (ahol az már fennáll), és a jó állapot, vagy potenciál elérését (ahol az még nem áll fenn). Ez csak a terhelhetőségi kritériumok figyelembe vételével lehetséges. Megjegyzendő, hogy a VKI előírásai áttételesen nem csak kémiai terhelhetőségre értelmezhetők, de jelen vizsgálat során mi csak ezzel foglalkozunk. 2.1 Jogszabályi vonatkozások A hazai jogszabályok vonatkozásában a Kormány a környezet védelmének általános szabályairól szóló 1995. évi LIII. törvény 36. -ában, a 110. (7) bekezdés f) pontjában, valamint a vízgazdálkodásról szóló 1995. évi LVII. törvény 14. (6) bekezdésében foglaltakra alapozva a 220/2004. (VII. 21.) Kormányrendeletben rendelkezik a felszíni vizek minősége védelmének egyes szabályairól, amelyben kitért a vizek terhelhetőségének figyelembe vételére is. A rendeletben már figyelembe vették a Víz Keretirányelv előírásait is, egyebek között a rendelet fogalmi rendszerében, szellemében, környezeti célkitűzéseiben és a monitorozásban. A Korm. rendelet 19 (1) bekezdése szerint a környezetvédelmi hatóság egyedi határértéket állapíthat meg, figyelembe véve a befogadó terhelhetőségét. A terhelhetőségre vonatkozó konkrét kritériumokat és alkalmazandó módszereket azonban a rendelet nem állapít meg. A vízszennyező anyagok kibocsátásaira vonatkozó határértékekről, és alkalmazásuk egyes szabályairól szóló 28/2004. (XII.25.) KvVM rendeletben a terhelhetőség, mint fontos kritérium, a szennyezőforrások szabályozása és a kibocsátási határértékek megállapítása területén szintén megjelenik. A felszíni víz vízszennyezettségi határértékeiről és azok alkalmazásának szabályairól szóló 10/2010. (VIII. 18.) VM rendelet már a VKI szellemében született. A rendelet egyrészt az Európai Parlament és Tanács 2008/105/EK irányelvével összhangban definiálta az elsőbbségi anyagokra és bizonyos egyéb szennyezőanyagokra vonatkozó környezetminőségi határértékeket. Másrészt, a vizek állapotértékelésének fizikai és kémiai paramétereire vonatkozóan a felszíni víz jó állapotának elérését/megőrzését biztosító környezetminőségi és vízminőségi határértékeket állított. Ezek a vízminőségi határértékek a vízgyűjtő-gazdálkodási terv felülvizsgálata során történt tipológiai változások miatt módosultak, az immissziós szabályozás azonban továbbra is megmarad. A terhelhetőség alatt, jogi értelemben tehát a felszíni vizekre előírt vízminőségi kritériumok teljesítését biztosító terhelési célállapot értjük, melyet a 220/2004. (VII. 21.) Kormányrendelet az alábbiak szerint fogalmaz meg: előzetes víz szennyezettségi vizsgálatok és a vonatkozó 8-15 melléklet Terhelhetőség meghatározása - 5 -
víz szennyezettségi határérték alapján az illetékes környezetvédelmi felügyelőség (a továbbiakban: felügyelőség) által megállapított olyan mértékű, még megengedhető terhelés, amely mellett még biztosítható a környezeti célkitűzés elérése. 2.2 A terhelhetőség általános kritériumai A terhelés ökológiai értelemben valamely élőlényre, vagy társulásra ható, a normálistól eltérő minőségű és mennyiségű hatás, igénybevétel. A terhelhetőség pedig a terhelés olyan mértéke, ami a víz alkalmasságát az eredeti élővilág fenntartására és az emberi használatra még nem csökkenti. A normálistól eltérő minőségű és mennyiségű meghatározás magában foglalja azt, hogy minden ökológiai rendszernek van az emberi tevékenységtől független, természetes eredetű háttérterhelése, amely normális mértékű, ezért nem része a terhelésnek. Valójában a gyakorlatban a természetes háttérterhelés és az emberi terhelés hatását együtt mérjük, megkülönböztetésüknek a beavatkozások tervezése szempontjából mégis nagy jelentősége van. A terhelést a definíció nem szűkíti le a kémiai terhelésre, hanem bármely hatásra és igénybevételre vonatkoztatja. A terhelhetőség megállapítása során figyelembe kell venni, hogy az ökoszisztéma bizonyos mértékű regenerálódásra képes rendszer. A szennyezőanyagok többsége nem konzervatív módon viselkedik, részt vesz a biogeokémiai ciklusban. A regenerálódás mértékét (pl. a szennyezőanyag terhelés feldolgozásának sebességét), mint terhelhetőséget növelő tényezőt figyelembe lehet venni. Szigorúan véve csak a regenerálódás mértékéig lehet a vízi ökoszisztémát terhelni. Ez lehetne az ökológiai állapot fenntarthatóságának hosszútávú kritériuma. Általában egy víztesten többféle terhelés, igénybevétel jelentkezik egyidejűleg (pl. több szennyvíz bevezetés van egymás alatt). A víztest terhelhetősége a meglévő igénybevételek figyelembe vételével megállapítható a jelenlegi állapotra. Ennek szigorúan értelmezett feltétele az, hogy a jó állapot a víztest teljes szakaszán elérhető legyen. Gyakran ez nem teljesíthető, mert a szennyezők közel vannak egymáshoz, tehát egy bizonyos szakaszon a jó állapot nem teljesülhet. A szennyezés azonban a víztest nagyobb részén feldolgozódhat, ezért a víztest jellemző állapota lehet jó. Ez a gondolatmenet már felveti a monitorozó rendszer fontosságát a jellemző állapot meghatározásában, amely a mérési pontok helyének és gyakoriságának kijelölését, a mérendő komponenseket és az időbeni gyakoriságot érinti elsősorban. További fontos szempont, hogy a szennyezőforrások hatáselemzése során figyelembe kell venni azt a tényt, hogy a felvízi víztestek hatással vannak az alvízi víztestekre. Az előbbiek terhelése peremfeltételként jelentkezik az utóbbiakon. Emiatt a terhelhetőség megállapítása vízgyűjtő léptékű megközelítést kíván, melyben a vizeket érő összes terhelés a vízfolyás hálózat topológiai rendszerében kezelendő. Az addicionális hatások összetettsége vízgyűjtővízminőségi modellek alkalmazását teszi szükségessé. 8-15 melléklet Terhelhetőség meghatározása - 6 -
2.3 A terhelhetőség meghatározásának gyakorlati (módszertani) kérdései A felszíni vizek terhelhetőségét a vízminőségi célállapotra vonatkozó immissziós előírások alapján kell meghatározni. A terhelhetőség ilyen módon függ a mindenkori meglévő állapottól, és annak az adott vízre (egy vagy több víztestre) vonatkozó célállapottól való távolságától. Figyelembe véve, hogy a kiinduló állapotot a már meglévő terhelések határozzák meg, a terhelések változását eredményező szabályozási intézkedések, mint pl. az emissziós határértékek megadása, csak elvi alapon adhatók meg, hiszen pl. ebben az esetben a kibocsátási határértékeknek igazodniuk kell a meglévő és jövőbeli terhelésektől függő helyzethez. A vízminőség szabályozás alapját képező vízminőségi határértékeknek két típusa ismeretes. Az egyik a befogadóra vonatkozik (stream standards), a másik pedig az elfolyó, tisztított szennyvizekre (effluent standards). A VKI a befogadók célállapotát írja elő, az egészséges vízi élet fenntartását szem előtt tartva. A felszíni vizek terhelhetőségét a VKI vízminőségi célállapotra vonatkozó immissziós előírások alapján kell meghatározni. Ebben az esetben a befogadóba vezethető szennyvíz mennyiségét és minőségét az határozza meg, hogy a bevezetés alatti koncentráció(k) ne haladják meg a befogadó minőségi határértékeket. Vita tárgya lehet, hogy: Hol kell teljesíteni (mérni) a befogadóban a szennyvízbevezetés hatására kialakult koncentrációt? Időben változó terhelés és vízhozam mellett milyen helyzet tekinthető mértékadónak a befogadó vízminőségi állapota szempontjából (utóbbi azzal is összefügg, hogy a vízminőségi kritériumot milyen statisztikai jellemzőre írtuk elő). A gyakorlati alkalmazás során a terhelhetőséget az alábbiak szerint állapíthatjuk meg: A terhelhetőség az a tartalék, ami a befogadó öntisztulását figyelembe véve, a meglévő (kiinduló) állapot és a célállapot között egy adott víztest esetében az antropogén behatásokra rendelkezésre áll. Kémiai értelemben a mértékadó vízhozam és a befogadóban megengedett koncentráció növekmény (dc = EQS Ch) szorzatából áll elő. Mind a kiindulási, mind pedig a tervezett, jövőbeli állapotot befolyásolja a vizsgált, szabályozandó szennyvízkibocsátás mellett meglévő egyéb (pontszerű, diffúz és felvízről érkező) szennyező források megléte (Ch). 2.3.1 Monitoring pontra vonatkozó kritériumok A VKI előírásai szerint a vízminőségi monitoring során a víztest állapotát a szennyezés hatásának kimutatása szempontjából reprezentatív hely(ek)en kell ellenőrizni. A határértékeknek tehát azokon a pontokon kell megfelelni, melyeket a monitoring az adott víztest jellemzésére kijelölt. A mintavétel során ellenőrizni kell az elkeveredés meglétét. Az elkeveredési zónán belül a környezetminőségi határértékek teljesítésétől el lehet tekinteni. Különösen széles folyónál és/vagy nagyon kis áramlási sebességeknél (pl. síkvidéki, pangó vizű csatornáknál) előfordulhat, hogy a szennyvíz csóva a víztest érintett szakaszán még nem keveredik el. 8-15 melléklet Terhelhetőség meghatározása - 7 -
Az elkeveredés távolságát a kétdimenziós (mélység mentén integrált) diszperziós egyenlet analitikus megoldásából, a koncentráció keresztirányú változásának normál eloszlását feltételezve a parti peremfeltétel figyelembevételével számíthatjuk az alábbiak szerint (feltéve, hogy a szennyvízbevezetés a keresztszelvény tetszőleges pontjában történik): M vx 2 vx C( x, y) exp ( y y ) exp ( y y 2H D v x 4Dyx 4Dyx y x ahol y 0 a szennyvízbevezetés parttól mért távolsága (1. ábra). 2 0 0) 1. ábra: Szennyvízcsóva alakja a parttól y 0 távolságra történő bevezetésre M y 0 C (x 1, y) x 1 Az összefüggésben v x (m/s) a folyásirányú szelvény közép sebesség, D y (m 2 /s) a keresztirányú diszperziós tényező, M (g/s) a bevezetett szennyvíz anyagáram. A turbulens diszperziós tényező mely a sebesség függély menti változásának az elkeveredésre gyakorolt hatását fejezi ki származtatásához többféle empirikus összefüggés áll rendelkezésre. Példaként a Fisher (1979) formulát adjuk meg: D y d y RU és U grs melyben dy dimenzió nélküli konstans (egyenes mederre 0.15, szabálytalan mederre 0.2-0.6). R (m) a hidraulikus sugár (nedvesített terület/nedvesített kerület), S (-) a vízfelszín esése. Az elkeveredés távolsága a szennyvíz csóva szélességéből számítható, a part elérésekor ugyanis a csóva szélessége (Bcs) egyenlő a meder szélességével (B). A part elérése (sodorvonali bevezetés esetén): Dy x1 0. 027 B v azaz a partszélesség négyzetével arányos, és fordítottan arányos az áramlási sebességgel. Parti bevezetés esetén ez a távolság négyszereződik. A partok elérésekor (az ábrán is látható módon) a koncentráció még nem kiegyenlített. A teljes elkeveredés számítása (a partélről történő szennyezőanyag visszaverődés figyelembevétele) a parti peremfeltétellel közelítőleg az első elkeveredési távolság (x 1 ) háromszorosára adódik. x 2 8-15 melléklet Terhelhetőség meghatározása - 8 -
2.3.2 Mértékadó vízhozam és koncentrációk meghatározása A teljesítésnél a vízminőségi határértékek megadása során definiált statisztikai paramétert kell figyelembe venni. Az egyes határértékek esetében ez eltérő lehet, például a veszélyes anyagokra vonatkozóan a 10/2010 VM rendelet az eves átlag és maximális megengedhető koncentrációkra ad előírást (AA-EQS, MAC-EQS). A fizikai és kémiai jellemzők esetében a VKI-ban alkalmazott minősítés során az éves átlagkoncentrációkat vettük figyelembe (az osztályhatárokat és az osztályba sorolást az OVGT 5.2 háttértanulmánya tartalmazza). Ugyanakkor a 10/2010 VM rendelet a jó/közepes osztály határát megadó 2. mellékletében a vízminőségi kritériumokat nem rendeli statisztikai jellemzőhöz. A korábban érvényes nemzeti szabvány (MSZ 12749 a 90%-os tartósságú koncentrációt tekintette az osztályozás során mértékadónak). Tekintve, hogy a vizek minőségét a terhelések időben és térben is változó helyzetén kívül a mindenkori vízjárás is befolyásolja, a terhelhetőség meghatározása során a hatások szempontjából mértékadó hidrológiai állapotot is definiálni kell. Összefüggésben a kémiai állapot meghatározásával és feltételezve, hogy a vízminőségi mintavételek egy-egy vízfolyás esetében a vízjárás változása szempontjából is valamelyest reprezentatívak (tehát kisvizes és nagyvizes időszakokat is lefednek), a mértékadó vízhozam megállapításánál a koncentrációnál alkalmazott statisztikai paramétert lehet alkalmazni. Tehát, ha például a vízminőségi határérték az éves átlagra vonatkozik, a vízhozam esetében is tekinthetjük a jellemző középvízhozamot mértékadónak. Tekintettel arra, hogy a folyók vízjárását figyelembe véve a vízhozamok az esetek többségében nem szimmetrikus eloszlást követnek, az éves középes vízhozam (KÖQ) meghaladja az 50 %-os tartósságú (Q50%) vízhozam értékét. A vízminőségi mintavételek azonban csak igen ritkán esnek egybe a nagyobb árhullámok levonulásával, így az ellenőrző méréseknél ezek az időszakok alulreprezentáltak maradnak. Az átlagos koncentrációkat létrehozó vízhozamok szempontjából a nagyobb valószínűséggel bíró Q50%-t tekinthetjük jellemző értéknek. Abban az esetben, ha a vízminőségi határérték valamely szélsőséges állapotra vonatkozik (pl. megengedhető maximális koncentrációk), mértékadó vízhozamnak e koncentrációt létrehozó hidrológiai helyzetet kell tekinteni. Pontszerű szennyezőforrásoknál például ez valamely jellemző kisvízi érték (pl. Magyarországon általánosan elfogadott augusztusi 80%- os tartósságú vízhozam). 2.3.3 Nem konzervatív szennyezők figyelembe vétele Az esetek többségében számolnunk kell azzal, hogy a vízminőség változását (a koncentrációk alakulását) a befogadóban a szennyezők nem konzervatív viselkedése jelentős mértékben befolyásolja. A vízminőség pillanatnyi állapotát sokféle, egymással összefüggő folyamat alakítja. A vízminőség változások nyomon követéséhez, a terhelések hatásainak előrejelzéséhez ezért a legtöbb esetben matematikai modelleket használunk. Bizonyos feltételek megléte azonban ezek a modellek lényegesen egyszerűsíthetők: időbeli állandóság esetén (stacionárius állapotban) a gyors, tranziens jelenségeket nem vesszük figyelembe, 8-15 melléklet Terhelhetőség meghatározása - 9 -
keskeny folyóknál, azonnali elkeveredést feltételezve csak a hosszmenti vízminőség változással kell számolnunk. Ilyen esetekben a bevezetési pont és az ellenőrző (monitoring) hely közötti vízminőség változás az x=0, C=C 0 kezdeti feltételt alkalmazva, elsőrendű kinetikát feltételezve a C(x) = C 0 exp (-k x/v x ) egyenlettel írható le, ahol k a lebomlás sebességét jellemző kinetikai állandó, v x a vízfolyás középsebessége. A kezdeti koncentráció az egyszerű hígulási összefüggéssel számítható, feltételezve, hogy a bevezetett szennyvíz a folyóval már elkeveredett: C 0 ChQ C Q q ahol C h a bevezetés feletti háttér koncentráció, a Q a befogadó (terhelési állapot szempontjából mértékadó) vízhozama, C sz a szennyvíz minőségét jellemző koncentráció, q a szennyvíz hozama (2. ábra). Megjegyezzük, hogy a hígítás alapján számított Co valójában egy nem létező koncentrációhoz vezet, hiszen az a víztest teljes keresztmetszetére vonatkozó elkeveredést feltételez, ami csak konzervatív szennyező esetében állhat elő ténylegesen a befogadóban. Egyéb esetekben, még keskeny folyóknál is az elkeveredési szakaszon (csóvában) számolnunk kellene csekély mértékű lebomlással. Ennek elhanyagolása azonban, különösen kisvízfolyásoknál nem okoz számottevő hibát. Amennyiben a vízminőségi célállapotot valamely szennyezőre vonatkozóan egy immissziós határértékkel előírjuk, és ennek teljesülését a VKI elveivel összhangban a szennyvízbevezetéssel terhelt vízfolyás teljes szakaszán megköveteljük, a fenti számítással a befogadó terhelhetőségét a háttér szennyezettség és a hígulás mértéke alapján határozhatjuk meg. Több szennyvízbevezetés esetén a linearitás okán a hatások szuperponálhatók. sz q 8-15 melléklet Terhelhetőség meghatározása - 10 -
2. ábra: Szennyvízbevezetések vízminőségi hatása azonnali elkeveredés és első rendű kinetika szerinti lebomlást feltételezve B A C 0A C 0B C HÉ C h2 C h2 x, t A fentiek közül kivételt jelent az oldott oxigén koncentrációja. Ennek számításához ugyanis minimálisan két, egymással ellentétes folyamatot kell figyelembe vennünk, a szerves anyagok (főként C és N) lebomlás oxigén szükségletének időbeli változását és a légkörből történő oxigén diffúzió vízfolyás menti alakulását. A folyamatok leírásához használhatjuk a vízminőségi modellezés őseként ismert folyóvízi oxigén háztartási modellt. Streeter és Phelps 1925-ben publikált oxigén háztartás számítási összefüggésit tekintik a vízminőségszabályozási modellek alapjaként. A két változót (szervesanyag és oldott oxigén) tartalmazó modellt a szerzők az Ohio folyóra alkalmazták először. Az oxigén felhasználásával történő biológiai szervesanyag-lebontás közelítőleg első rendű reakciósebességgel írható le, az oxigénfelhasználás sebessége arányos a rendszerben lévő oxidálható szerves anyag mennyiségével. Az összefüggés exponenciális egyenlettel írható le: L = L o (e kt ), ahol: L o () a kezdeti szervesanyag-koncentráció, L () t idő után visszamaradó szerves anyag mennyisége, k (1/nap) a lebontási folyamatok sebességét jelzi, kinetikai T 20C (T 20) állandó, mely hőmérsékletfüggő: k(t) k 1.04. Értékét a szennyvíztisztítás befolyásolja, tisztítatlan (nyer) szennyvíznél 0.35, biológiai tisztítás után 0.08-0.15. A biológiai oxidáció két fő reakciólépcsőből áll. Az első, ún. szénfázisban a szerves anyag oxidálása történik az alábbiak szerint: szerves anyag + O2 mikroorganizmus CO2 + H2O A második ún. nitrogénfázisban az ammónia és a nitrit alakul át nitráttá: 8-15 melléklet Terhelhetőség meghatározása - 11 -
2NH3 + 3O2 Nitrosomonas 2HNO2 + 2H2 + 2H2O 2HNO2 Nitrobacter 2HNO3 A szén és a nitrogén lebontás együttes oxigén szükségletének (L) meghatározása az 5 napos biokémiai oxigénigény és a Kjeldahl N koncentráció ismeretében: L = BOI 5 + kn*4.57 A levegőből történő oxigén diffúzió az oxigén deficit (a telítési koncentráció, Cs és a C, az aktuális oxigén szint különbsége, D = Cs-C), valamint a beoldódás sebességét jellemző, a folyó áramlási paramétereitől függő oxigén beviteli tényező (ka) függvényében írható le: dc/dt = -ka (Cs-C). A két folyamat eredőjeként az oldott oxigén változás egyenlete (azonnali elkeveredés és stacionárius állapot esetén): k1 C( t*) Cs L0 1 2 0 2 k k 2 1 exp( k t*) exp( k t*) D exp( k t*) Az egyenletben t* = x/v x a levonulási időt, Lo és Do az elkeveredés utáni, kezdeti értékeket jelölik. lebomlás oxigén fogyasztása és az oxigén diffúzió az un. kritikus helyen van egyensúlyban, itt a legalacsonyabb a szennyvízbevezetés alatt az oldott oxigén koncentráció várható értéke (3. ábra). 3. ábra: Oldott oxigén koncentráció változása szennyvízbevezetés alatt a Streeter- Phelps modell alapján Oldott oxigén () 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 100 200 300 400 500 x (km) A befogadó vízminőségi célok teljesülését a kritikus helyen (minimális oxigén koncentráció) kell biztosítani. A szennyvízterhelés hatása a korábban bemutatott, egyszerűbb esetekhez hasonlóan itt is alapvetően a hígulástól függ. A hígulás mellett az oxigénviszonyok alakulásának kritikus paraméterei a vízsebesség és a vízmélység, ugyanis e két tényező alakulása azonos szennyvíz-vízhozam arány mellett jelentős mértékben befolyásolja a kritikus helyen várható oxigén szintet. A számításoknál ezt a hatást az oxigén beviteli tényezőben vesszük figyelembe, ugyanis ennek értéke az áramlástól függ. 8-15 melléklet Terhelhetőség meghatározása - 12 -
A ka tényező értékének meghatározása empirikus módon történik: 0.5 0.5 ( Dxv) 3.93 v k2 ( O' Connor Dobbins), vagy 1.5 1.5 H H v k2 5.026 ( Churchill ) alapján. 1. 67 H 2.3.4 Háttérterhelés és egyéb szennyezőforrások (diffúz terhelés) megléte A terhelhetőség lényegében tehát az a tartalék, ami a befogadó öntisztulását figyelembe véve, a meglévő (kiinduló) állapot és a célállapot között egy adott vízfolyás esetében kémiai értelemben rendelkezésre áll, a mértékadó vízhozam és a befogadó vízminőségi (immissziós) határérték szorzatából áll elő. Mind a kiindulási, mind pedig a tervezett, jövőbeli állapotot befolyásolja a vizsgált, szabályozandó szennyvízkibocsátás mellett meglévő egyéb (pontszerű, diffúz és felvízről érkező) szennyező források megléte. Valamely tervezett szennyvízkibocsátó engedélyezésekor alkalmazandó eljárás folyamatát a 4. ábrán kísérhetjük figyelemmel. 4. ábra: Emissziós kritérium (elfolyó vízminőségi határértékek) meghatározásának menete új kibocsátás létesítése esetén Víztest jelenlegi állapota Célállapot igen Eléri a célállapotot? nem Megengedhető terhelés meghatározása Szükséges terhelés csökkenés meghatározása Emissziós határérték szigorítása van nem A szennyvíztisztító működésbe lépése után is elérhető a célállapot? igen Van-e egyéb, tervezett (új) szennyvíztisztító telep a víztesten? nincs igen igen igen A meglévő pontforrások szabályozásával elérhető a célállapot? nem A diffúz terhelések csökkentésével elérhető a célállapot? nem A felvízi vízminőség javításával elérhető a célállapot? nem A tisztítási követelmény megfelelő, kibocsátási engedély kiadható A szennyvízbevezetés engedélyezése csak derogáció esetén 8-15 melléklet Terhelhetőség meghatározása - 13 -
Az eddigiekben nem hangsúlyoztuk (tekintve hogy megbízásunk a szennyvíz okozta terhelhetőség meghatározásáról szól), de a diffúz terhelés meglétének jelentőségét nyilvánvalóan nem lehet elhanyagolni. Ugyanez a helyzet a meglévő állapot, azaz a felvízi terheléssel is, mely a felső szakasz szennyvízbevezetéseiből, a felvízi diffúz terhelésből és természetes háttérterhelésből adódik összes. Amennyiben ezekre vonatkozóan a befogadóban végzett mérésekből (történelmi idősorokból) megbízható információ nem áll rendelkezésre, javasoljuk a terhelhetőség megállapításához vizsgálati monitoring programot indítani (az ismeretlen felvízi terhelés, meglévő szennyvízbevezetés esetén pedig a szennyvíz hatásának kimérésére). A mintavételi helyek meghatározásánál az elkeveredéssel kapcsolatban bemutatottakat lehet figyelembe venni. A vizsgálati monitorig időtartamának és a mintavételi gyakoriságnak elegendőnek kell lennie a felvízi és alvizi anyagáramok megbízható számításához. 8-15 melléklet Terhelhetőség meghatározása - 14 -
3 Alkalmazási példa: A Szentlélek-patak terhelhetőségi vizsgálata Az alábbiakban példaként a Szentlélek-patak terhelhetőségének meghatározására készült elemzést adjuk közre, melyet a BME VKKT 2013. októberében egy ipari megbízás keretében készített. Az útmutató végleges változatában típus példák bemutatását tervezzük, melyek különböző terheltségi állapotú és jellegű vízfolyásokra adnak számítási eredményeket. A Szentlélek-patakra készített vizsgálat az alábbiakra terjedt ki: A patak állapotfelmérése, vízminőségi állapotának értékelése és jelenlegi terhelés(ek) feltárása, A tisztított szennyvíz bevezetés patakra gyakorolt hatásának vizsgálata (mely tartalmazza az öntisztuló képesség és az elkeveredés jellemzését és ennek vizsgálatára alkalmas méréseket és számításokat), A telep bővítése utáni megengedhető terhelés meghatározása és a várható vízminőség előrejelzése (figyelembe véve a KTVF 3313-4/2013 számú módosított engedélyben meghatározott, az elfolyó tisztított víz minőségére előírt technológiai, területi és egyedi határértékeket). A Szentlélek-patak az Ipoly mellékvízfolyása. Szécsény belterületén halad keresztül, mely területről jelentős kommunális terhelést kap. Az ÉRV ZRt. üzemeltetésében működő, korszerűsítés (bővítés és technológiai fejlesztés) előtt álló Szécsényi regionális szennyvíztisztító telep napi 1500 m 3 biológiailag tisztított szennyvízzel terhelte a vízfolyást. A patak a VKI szerint kijelölt vízfolyás víztest, melyre az Országos Vízgyűjtőgazdálkodási Terv (OVGT) és a 10/2010 VM rendelet értelmében a VKI szerinti vízminőségi célkitűzés (jó ökológiai és kémiai állapot kritériumai) teljesítendők. A szennyvíztelep bővítésére vonatkozó tervek elkészítésére a Közép-Duna-völgyi Környezetvédelmi, Természetvédelmi és Vízügyi Felügyelőség KTVF 3313-4/2012 számú, 2012. július 3-án kiadott, 2013. április 19-én módosított érvénye elvi vízjogi engedéllyel rendelkezik. A Határozat 4. pontjának 3. bekezdése előírja a befogadó Szentlélek patak oxigén háztartásának és tápanyag lebontó képességének meghatározására kiterjedő terhelhetőség vizsgálatát. 3.1 A mintaterület bemutatása 3.1.1 Hidrológiai jellemzők A Szentlélek-patak és forráságainak vízrendszere a Cserhát földtani és morfológiai szempontból igen változatos felépítésű északi részét csapolja meg. A Darázsdói- és Lócipatakok összefolyásától nevezik Szentlélek-pataknak a közös vízfolyást (5. ábra). A Szentlélek patak hossza 5 km, a víztest az említett két patak összefolyásától az Ipolyba való beömlésig tart. Északról a Ménes-patak, nyugat felől az Ipoly, dél és kelet felől pedig forráságainak vízgyűjtői határolják. A közvetlen vízgyűjtő nagysága 13,86 km 2, a patak és vízrendszerének teljes vízgyűjtőterülete 117,80 km 2. 8-15 melléklet Terhelhetőség meghatározása - 15 -
A forráságak találkozása után a Szentlélek-patak nyugati irányba indul. Szécsény városán áthaladva jelentős ipari és kommunális terhelést kap a vízfolyás. A város alatt szabályozott mederben haladva, Hugyag település határában ömlik az Ipolyba. A vízjárást a forráságak vízgyűjtőinek lefolyási viszonyai, illetve a mederbe visszavezetett használt (ipari és kommunális) vizek mennyisége határozza meg. A vízgyűjtő terület alsó szakaszán főként mezőgazdasági művelést folytatnak. 5. ábra: A Szentlélek-patak és vízgyűjtőterülete A Szentlélek patak szabályozott, mély vezetésű, 2-3 m széles ásott trapéz szelvényű medre vezeti a vizet az Ipoly felé. A patak vonalvezetése egyenes, síkvidéki jellegű. Vízállásának változására vonatkozóan nem áll rendelkezésre történelmi adatsor, a vízszintek rendszeres észlelése 2013 áprilisa óta történik a Szécsényben telepített, távadóval rendelkező vízmércén. A patak vízhozamát expedíció jelleggel a KDV Vízügyi Igazgatóság rendszeresen, átlagosan 2-3 havonta megméri. 2008-tól 28 db. mérési adat állt rendelkezésünkre (6. ábra). Az adatmennyiség hidrológiai statisztika előállítását nem teszi lehetővé, a mederben jellemzően előforduló vízhozamokról azonban tájékoztatást nyújt. A legnagyobb vízhozamot 2010.12.08-án mérték, akkor 2,96 m 3 /s volt. A KDV Vízügyi Igazgatóság szakaszmérnökségétől rendelkezésre álló információ szerint a mértékadó árvízi hozam (Q 10%) 30 m 3 /s (forrás: az M-Solution Kft által készített előzetes vizsgálati dokumentáció). 8-15 melléklet Terhelhetőség meghatározása - 16 -
A vízminőségi hatások szempontjából nem a nagyvízi árhullámok, hanem a mederben tartósan előforduló vízhozamok és az extrém kisvizek érdekesek. A Szécsénynél végzett mérések mutatják, hogy a patak jellemző hozama néhány száz liter/s körül mozog, a legkisebb vízhozamok 15 l/s alattiak. Tartós kiszáradás nem fordul elő, a vízfolyás nem minősül időszakosnak. 6. ábra: 2008. augusztus és 2013. október közötti időszakban a Szentlélek-patakon mért vízhozamok Rendelkezésünkre állt a VITUKI sokéves (1990-2000) középvízhozamokra készített lefolyás térképe. Eszerint a Szentlélek-patak közvetlen vízgyűjtőjén 1,43 l/s,km 2 átlagos lefolyás, a felső vízgyűjtőn 1,48 l/s,km 2 lefolyás jellemző (7. ábra). A teljes vízgyűjtőre vett átlag 1,47 l/s,km 2, ami 170 l/s-os vízhozamnak felel meg a patak torkolatánál. A Szécsényi szelvényben ez közelítőleg 155 l/s-ot jelent. 7. ábra: A VITUKI 1990-2000 évi lefolyás adatokból számított fajlagos lefolyásai a Szentlélek-patak vízgyűjtőterületén 8-15 melléklet Terhelhetőség meghatározása - 17 -
A mért vízhozamokat egy statisztikai halmaznak tekintve az 50%-os tartósságú hozam 145 l/s-ra adódik. (8. ábra) Figyelembe véve mindkét megközelítés pontatlanságát, a továbbiakban a terhelhetőség számításhoz mértékadó vízhozamnak e két érték átlagát, 150 l/s-ot tekintettük mértékadó hozamnak. 8. ábra: Észlelt vízhozamok tartóssága (2008-2013 időszak 28 mérési adatából számítva) 3.1.2 Vízminőség A Közép-Duna-völgyi Környezetvédelmi, Természetvédelmi és Vízügyi Felügyelőség felszíni vízminőségi monitoring eredményeiből a 2009 2011 közötti időszak mérési adatait dolgoztuk fel a patak jellemzéséhez. A mintavételek gyakorisága átlagosan 2 hónap, tehát évente 5-6 mérési adat áll rendelkezésre. A vizsgált komponensek között az általános fizikai és kémiai jellemzők és a toxikus fémek szerepelnek. Utóbbival jelen tanulmány keretében nem foglalkozunk, tekintve, hogy a terhelhetőségi vizsgálat tárgyát elsősorban az oxigénviszonyokkal és a tápanyag háztartással összefüggésbe hozható paraméterek képezik. A Szentlélek-patak víztestet a VKI szerinti tipológiában (inkább síkvidéki jellege ellenére) az 5-ös típusba sorolták, ami dombvidéki, meszes, durva mederanyagú, közepes vízgyűjtőjű vízfolyást jelent. Az állapotértékeléshez az adott víztípusra vonatkozó referencia jellemzőket kell figyelembe venni. Az általános vízkémiai paraméterek (fizikai és kémiai minősítés) esetében az OVGT 5.2 háttértanulmányának 1. melléklete tartalmazza az 5 osztályos minősítés víztípusokra jellemző osztályhatárait. Referencia értéknek a kiváló határ alatti koncentrációk tekinthetők. Az alsó két osztály (gyenge és rossz) esetében a határértékek már a víztípustól nem függenek. A mérsékelt/jó osztályhatárt, azaz a környezeti célkitűzést (jó állapot) jelentő vízminőségi határértékeket a 10/2010. (VIII. 18.) VM rendelet 2. melléklete is tartalmazza. A minősítés során az osztályba soroláshoz a mérési adatokból képzett éves átlag koncentrációkat kell alapul venni. A csoportonkénti minősítés a csoport paraméterekre kapott osztályok átlagából képződik. Ezt kell a későbbiekben figyelembe venni az ökológiai állapot 8-15 melléklet Terhelhetőség meghatározása - 18 -
megállapítása során. Az integrált minősítés az egy rossz mind rossz elv alkalmazásával történik, ennek egyik elemét adja a támogató kémiai jellemzőkre kapott osztályzat. A biológiai jellemzők nagyobb súlya miatt azonban, ha a támogató kémia esetében a minősítés gyengébb, mint a jó állapot, akkor a végeredmény értelem szerűen nem lehet jó, de az alsóbb osztályokat (mérsékelt, gyenge, rossz) már a biológia állapot dönti el. A Szentlélek-patak mérési adataira elvégzett minősítés eredményét az 1. táblázatban foglaltuk össze. Látható, hogy a savasodási állapot kivételével (kiváló) a vízminőség nem megfelelő, az osztályba sorolás mérsékelt vagy gyenge besoroláshoz vezetett. Komponensenként nézve az oxigén háztartás elemei között az oldott oxigén és a szervesanyag tartalom jellemzői valamelyest kedvezőbb állapotot tükröznek. Ezt ellensúlyozva az ammónium koncentrációk magas értékei miatt két évben is rossz minősítést kapott a vízfolyás. A tápanyagok esetében jelentős határérték túllépés van mindkét tápelemnél, a koncentrációk a szennyvízterhelés hatását tükrözik. Az éves átlagok számításának pontossága függ a mintaszámtól. A kéthavi mérési gyakoriság mellett az átlagszámítás megbízhatósága is alacsony, ami az osztályban sorolást is bizonytalanná teszi. Mindezek ellenére nagy biztonsággal állítható, hogy a patak jelenleg nem teljesíti a VKI célkitűzéseit. Ez tükröződik az első állapotértékelés (OVGT) során a biológiai elemek közül vizsgált fitobenton minősítésben, mely szerint a víztest állapota mérsékelt. 1. táblázat: A Szentlélek-patak minősítése az ökológiai minősítést támogató fizikai és kémiai jellemzők szerint (KDV-KöTeViFe mérési adatai alapján) Komponens Év Cátlag Csoport/minősítés Vezetőképesség 2009 1118 us/cm 2010 1151 2011 1220 Klorid 2009 98 2010 76 2011 70 ph (helyszíni mérés) 2008 7,8 2009 7,8 2010 8,1 Oldott oxigén telítettség 2009 39,3 % 2010 64,9 2011 73,0 Oldott oxigén 2009 4,7 2010 7,3 2011 7,6 Biokémiai oxigénigény (BOI5) 2009 8,5 2010 4,8 2011 6,8 Oxigénfogyasztás (KOId) 2009 34,5 2010 18,0 2011 24,0 Sótartalom (mérsékelt) Savasodási állapot (kiváló) Oxigén háztartás (mérsékelt) 8-15 melléklet Terhelhetőség meghatározása - 19 -
Komponens Év Cátlag Csoport/minősítés Ammónium-nitrogén 2009 9,1 2010 2,7 2011 5,2 Nitrit-nitrogén 2009 0,3 2010 0,2 2011 0,3 Nitrát-nitrogén 2009 5,5 2010 7,3 2011 6,7 Ortofoszfát-P 2009 435 2010 376 2011 325 Összes foszfor 2009 855 2010 533 2011 507 Összes nitrogén 2009 16,8 2010 10,4 2011 6,7 Növényi tápanyagok (gyenge) A 9. ábrán néhány vízminőségi jellemző időbeli változását mutatjuk be. Az ábrán a minősítéshez használt osztályhatárokat is feltüntettük. Megfigyelhető a koncentrációk jelentős változékonysága (legnagyobb szórás az ammónium és a nitrit esetében van), és több paraméternél (klorid, KOI, BOI, összes P) látható egy javuló trend. A javulás a szórások csökkenésében is megmutatkozik. A koncentrációt a terhelések eredőjeként számos tényező befolyásolja, melyek között jelentős szerepe van a mederbeli vízhozamnak. Tekintve, hogy a mintavételek idején vízhozam mérések nem történtek, ennek hatását az adatsorból vizsgálni nincs mód. Azonban ismert, hogy 2009 az átlagosnál szárazabb, aszályos év volt, míg 2010- et rendkívüli csapadékok jellemezték (ez látható a mért vízhozamok idősorában is, 6. ábra), 2012 pedig átlagosnak tekinthető. Ha a patakot érő pontszerű terhelések állandóságát feltételezzük (melyek között legjelentősebb a szécsényi szennyvíztisztító telep bevezetése), az évek közti eltérések magyarázhatók a vízhozam hígító hatásával: a szennyvízterhelésre érzékeny paraméterek kisvizes időszakban mutatják a legkedvezőtlenebb állapotot (BOI, KOI, klorid, foszfor). A nitrát esetében ez a tendencia nem látszódik, sőt inkább ellenkezőleg, az átlag koncentráció 2010-ben volt a legmagasabb. Ennek magyarázata egyszerű, a nitrátot kevésbé a szennyvíz eredet jellemzi, hanem az alaphozam (talajvíz) és a mezőgazdasági területek felszíni lefolyása tekinthető a nitrát elsődleges forrásának. 8-15 melléklet Terhelhetőség meghatározása - 20 -
9. ábra: A Szentlélek-patak vízminőségének változása (Szécsény, 2009-2011 időszak, adatforrás: KDV-KöTeViFe mérései. A vonalak az OVGT 5.1 háttértanulány: fizikai-kémiai minősítő rendszer, 5. típusra vonatkozó osztályhatárait jelölik: kék kiváló/jó, zöld jó/mérsékelt, narancs mérsékelt/gyenge, piros gyenge/rossz) 3.2 Szennyvízbevezetés hatásának vizsgálata A Szentlélek-patak 4 + 828 szelvényébe vezetik az ÉRV ZRt. üzemeltetésében működő, jelenleg korszerűsítés (bővítés és technológiai fejlesztés) előtt álló Szécsényi regionális szennyvíztisztító telep tisztított szennyvizét. A napi 1500 m 3 biológiailag tisztított szennyvíz 8-15 melléklet Terhelhetőség meghatározása - 21 -
jelentős terhelésnek minősül a befogadóra nézve, amit az előző fejezetben ismertetett vízminőségi jellemzés is tükröz. A szennyvíztisztító telep 1985 óta üzemel. A kiépítéskori 500 m 3 /nap hidraulikai kapacitást a 90-es évek végén 2000 m 3 /nap-ra bővítették. A telep Szécsény város és az agglomeráció további 14 kistelepülés szennyvizét fogadja, összesen mintegy 24 000 LE-ben. Ezt a telep 15000 LE biológiai kapacitását tekintve jelentős túlterheltséget jelent (megjegyezzük, hogy hidraulikai szempontból a túlterhelés nem jelentkezik, a beérkező vízmennyiség 1100-1500 m 3 /nap közötti). A telepre a szennyvíz részben gravitációsan (Szécsény csatornarendszeréből), nagyobb részt pedig az agglomerációs településekről, nyomóvezetéken keresztül érkezik. A telep biológiai eleveniszapos technológiája N és P eltávolításra lett kialakítva. A jelenlegi szervesanyag terhelés mellett a mára már korszerűtlennek számító telep sem a tervezéskor érvényes 3/1984 OVH rendelet szerinti VI. kategóriára vonatkozó határértékeket (KOI = 75, NH4-N = 10, SZOE = 10 ), sem pedig a KDV KTVF által 2008-ban kiadott, a 28/2004 (XII. 25.) KVVM rendelet szerinti elfolyó vízminőségi követelményeket nem tudja teljesíteni, ezért folyamatos bírságolásra szorul. Jelenlegi működésre érvényes határértékek: Technológiai: KOI = 125, BOI = 25, LA = 35 Egyedi: ÖN = 55, ÖP = 10 A szennyvízterhelés hatásának vizsgálata céljából részletes terepi felmérést végeztünk, melynek eredményét az alábbiakban ismertetjük. 3.2.1 Terepi felmérés A felmérés célja a patakba vezetett tisztított szennyvíz levonulásának vizsgálata oly módon, hogy a telep bővítése és korszerűsítése után várható vízminőség előrejelezhetővé váljon. A felmérés során vízminőségi mintavételezés és vízhozam meghatározása történt. A vizsgálatokat 2013. október 8-10. között végeztük. Hidrológiai szempontból a mérési időszak ideálisnak mondható. A méréseket megelőző hetekben csapadékesemény nem volt, így a mintavételek teljes mértékben időben állandósult állapotot reprezentáltak (10. ábra). A patakban mért vízhozam 45 l/s, ami jellemző közepes kisvíznek számít (2008-2013 adatait tekintve 70 %-os tartósságú hozamnak felel meg). 8-15 melléklet Terhelhetőség meghatározása - 22 -
10. ábra: Szentlélek-patak Szécsény vízmércén regisztrált vízállások a mintavételi időszakban A mintavételi helyeket a 2. táblázat és a 11. ábra mutatja. Előzetes bejárást követően a mintavételi helyeket a Szentlélek patakon a szennyvíztelep bevezetési pontja felett és alatta két helyen jelöltük ki. A 22-es út várost keresztező hídjánál található a vízmérce. Ez a pont a bevezetés alatt 700 m-re található. A szennyvíz és a patak elkeveredése itt már megtörténik (lásd a 4.2 pontban bemutatott ellenőrző számítást). A távolabbi hatások és a hossz-menti vízminőség változás vizsgálatára jelöltünk ki egy lejjebbi mintavételi helyet. Ez a pont Szécsény alatt, a 22-es útról a bányató felé bevezető földút és a patak keresztezésénél található, a szennyvízbevezetéstől mért távolsága 2200 m. Természetesen minden mérési alkalommal mintát vettünk az elfolyó, tisztított szennyvízből is. További két mintavételi pontunk az Ipolyon volt, a Szentlélek-patak torkolata felett (Pösténypuszta, híd torkolat felett 4 km), és a torkolat alatt 3 km-re Kovacove település határában mintáztunk. Utóbbi két szelvény a patakkal közvetített, az Ipolyt érő terhelés meghatározását szolgálta. A mintavételi helyeket a 11. ábra mutatja. 8-15 melléklet Terhelhetőség meghatározása - 23 -
11. ábra: Hossz-szelvény vizsgálat mintavételi helyei A mintavételt az 1,3,4,5,6 pontokon összesen 9 egymást követő alkalommal, a 2. ponton 3 alkalommal végeztük 48 órás intervallumban egyenletes időközönként. A bejárás során tapasztaltuk, hogy a patakba város belterületén több ponton található nyílt árkos illetve csővezetéken történő vízbevezetés. Csapadékesemény nem lévén, ezek a bevezetések feltételezhetően a talajvíz megcsapolását végzik. Hozamuk elhanyagolható (< 1 l/s) volt, a vízminőség ellenőrzése végett azonban a városi híd melletti befolyásból vettünk vízmintát. A vízmintákból az alábbi paraméterek meghatározása történt: 8-15 melléklet Terhelhetőség meghatározása - 24 -
ph MSZ 448-22:1985 vezetőképesség MSZ 448-32: 1977 oldott oxigén MSZ EN 25814:1998 BOI5 MSZ EN 1899-2:2000 ammónium MSZ ISO 7150-1:1992 nitrit MSZ 1448-13:2009 nitrát MSZ 1448-13:2009 klorid MSZ 1448-15:2009 foszfát és összes foszfor MSZ 1448-13:2009 A részletes mérési eredményeket az 1. Függelékben csatoljuk. A 2. táblázatban a Szentlélek-patakban és a szécsényi tisztított szennyvízben mért koncentrációk átlagértékét és szórását adtuk meg. A 11. ábrán ugyanezt grafikonon is szemléltetjük, az ábra tengelyén a távolságokat a szennyvíz bevezetési ponttól mérve értelmezzük. 2. táblázat: Szentlélek-patak hossz-szelvény vizsgálata során mért koncentrációk átlagértékei és szórása Mintavétel helye Szvtt. felett 200 m Elfolyó szennyvíz Szvtt. alatt 700 m Szvtt. alatt 2,2 km ph - Vezetőkép. µs/cm Klorid BOI5 O2 Átlag O2 tel. % Vízhő C NH4- N NO2- N NO3- N PO4- P 8,5 1084 78,7 5,0 10,4 88,5 10,3 0,1 0,03 17,1 0,19 0,66 7,2 1550 158,7 87,4 5,6 58,6 16,7 22,2 1,38 19,6 3,87 4,77 7,8 1275 105,4 33,3 4,5 41,9 11,7 8,5 0,74 15,6 1,63 2,32 7,9 1276 101,0 27,4 8,2 76,1 11,4 7,6 0,58 17,3 1,42 2,10 Szórás Szvtt. felett 0,4 4,4 22,7 0,0 0,8 9,3 2,8 0,1 0,01 3,5 0,10 0,24 200 m Elfolyó 0,1 16,7 4,5 22,8 0,5 5,9 0,6 8,5 0,24 4,7 1,36 0,85 szennyvíz Szvtt. alatt 0,2 17,5 19,9 19,9 0,6 5,5 1,2 1,5 0,11 5,6 0,51 0,24 700 m Szvtt. alatt 2,2 km 0,3 33,8 16,4 7,8 0,9 9,3 2,0 1,6 0,12 1,6 0,48 0,23 Csatorna befolyó Szécsénynél (1 mérés) 8,62 1787 152 10,8 95,9 10,0 0,04 0,05 46,2 0,12 Össz. P 8-15 melléklet Terhelhetőség meghatározása - 25 -
12. ábra: A Szentlélek-patak vízminőségének változása a szennyvízbevezetési pont felett és alatta (a piros jelölő a bevezetett tisztított szennyvíz minőségét jelöli, a kék pontok a patakban mért minőséget mutatják, a szórás megjelölésével) 8-15 melléklet Terhelhetőség meghatározása - 26 -
A hossz-menti változások jól mutatják a tisztított szennyvíz bevezetés markáns hatását. Az oldott oxigén és az oxigén telítettség jelentősen csökken, a többi koncentráció pedig növekszik a felvízi értékhez képest. A lejjebbi ellenőrző szelvényben elsősorban a biológiailag bontható és azzal összefüggő paraméterek esetében az öntisztulás hatása érvényesül. A Szentlélek-patak befogadója az Ipoly. Méréseink az Ipolyra gyakorolt hatás vizsgálatára is kiterjedtek. Az Ipolyra vonatkozóan részletes állapotértékelés azonban nem készült. A mintavétel idejekor tapasztalt kisvizi állapotban azonban elmondható, hogy az Ipolyt a pataknál lényegesen tisztább vízminőség jellemzi. A 10/2010 VM rendelet 2. mellékletében meghatározott, a 10 típusra (dombvidéki közepes folyó) érvényes vízminőségi határértékeket tekintve az Ipoly vízminősége a legtöbb vizsgált paraméterre megfelelő. A szervesanyag tartalom (BOI 5 ), valamint mindkét P forma esetében fordult elő, hogy a mért értékek a jó állapot határértéke felett voltak mindkét mérési ponton. Az Ipoly Szentlélek-patak torkolat feletti és alatti pontján vett vízminták elemzése kismértékű növekményt mutatott szinte az összes vizsgált komponensnél. Kivételt képez a Foszfátfoszfor és a vártaknak megfelelően a ph és az oldott oxigén koncentráció, ahol csökkenés van (12. ábra, 3. táblázat). Összességében a változások a szórást figyelembe véve hibahatáron belüliek. Így összességében kijelenthető, hogy a patak terhelése az Ipolyra nézve elhanyagolható. Ezalól mindössze két komponens jelent kivételt, az ammónium és a nitrit ionok koncentrációjában tapasztaltunk jelentősebb növekedést. Ezek azok a paraméterek, melyek a jelenlegi terhelési állapotban leginkább tükrözik a szécsényi szennyvíztelep hatását a patakban, és ez a hatás valamelyest a másodlagos befogadó irányába is továbbadódik. Ettől függetlenül az Ipoly vízminősége az említett két paramétert nézve nem romlik egy vízminőségi osztályt (tehát továbbra is jó állapotú). A 10/2010 VM rendelet vízminőségi határértékeit meghaladó BOI 5, PO 4 -P és Összes P esetében sem történt osztályváltás. A torkolat feletti és alatti szelvény közti változást a patakkal közvetített terhelés (vízhozam * koncentráció) és az Ipoly mintavételkor érvényes vízhozamának ismeretében számítani is tudjuk. Természetesen figyelembe kell venni, hogy a paraméterek többsége nem konzervativitást hordoz, ezért az elkeveredés mellett közre játszó egyéb folyamatokkal is számolni kell. A 3. táblázat alsó sorában ezeket a számított értékeket is megadtuk, dőlt betűvel jelölve azokat a komponenseket, ahol a becslés elfogadható. Az Ipoly vízhozama a mintavételek idején 1,65 m 3 /s volt. A Szentlélek-patak hozamát a szennyvízbevezetés alatti szakaszon állandónak tekintettük (0,045 m 3 /s). A patakkal közvetített terhelés meghatározásához az 5. mintavételi pontnál (bányató bevezető út) vettük alapul. 3. táblázat: Az Ipolyban mért koncentrációk a Szentlélek-patak torkolata felett és alatt. A változás (dc) a felvizi és az alvizi szelvény különbségét jelenti, %-ban a felvízi értékre vetítve. dc* az elkeveredésből számítható növekmény. Torkolat felett 4 km Ipoly ph Vezkép µs/cm Klorid BOI5 O2 O2 tel. % Vízhő C NH4-N NO2- N NO3- N PO4- P ÖP Átlag 8,46 484 35,8 5,67 10,8 96,0 9,63 0,079 0,012 2,21 0,16 0,49 Szórás 0,42 31,07 4,29 1,32 0,88 7,79 0,88 0,108 0,007 0,51 0,06 0,19 8-15 melléklet Terhelhetőség meghatározása - 27 -
Torkolat alatt 3 km Növekmény Ipoly ph Vezkép µs/cm Klorid BOI5 O2 O2 tel. % Vízhő C NH4-N NO2- N NO3- N PO4- P ÖP Átlag 8,40 529 37,0 6,78 10,8 95,4 9,64 0,231 0,023 2,63 0,14 0,51 Szórás 0,46 28,19 3,20 1,48 0,92 6,55 1,01 0,096 0,007 0,55 0,08 0,11 % -1% 9% 3% 20% 0% -1% 0% 193% 91% 19% -12% 3% dc -0,06 45,3 1,22 1,11-0,02-0,61 0,01 0,15 0,01 0,42-0,02 0,01 dc* - 34,8 2,75 0,75 - - 0,31 0,21 0,02 0,47 0,04 0,06 13. ábra: A Szentlélek-patak hatása az Ipoly vízminőségére (mérésekből számított átlag és szórás) 3.2.2 Terhelés vízminőségi hatása Jelenlegi és a bővítés utáni állapot kisvizes időszakban A 12. ábrán bemutatott hosszmenti változásokat az elkeveredést és az öntisztulást figyelembe vevő egyszerű vízminőségi modellel írtuk le, melynek elvi alapjait a 2.2 fejezetben ismertettünk. A modell bemeneti adatait a helyszínen mért vízminőségi jellemzők (felvizen és a tisztított szennyvízben mért átlagkoncentrációk és hozamok). A kinetikai paramétereket irodalmi adatok szerint állítottuk be. A számítást a jelenlegi és a tervezett fejlesztés utáni állapotra is elvégeztük. A jövőben várható terhelés a fejlesztésre vonatkozó dokumentációkból ismert (vízjogi létesítési engedélyben található tervváltozatok leírása, valamint az M-Solution Kft. által készített előzetes vizsgálati dokumentáció). Elfolyó vízminőségnek a KDV KTVF határozatában megadott határértékeket vehetjük irányadónak, mely szerint: Szennyvíz mennyisége: Qsz = 2000 m3/nap Technológiai határérték: BOI5 = 25 Egyedi határérték: KOId = 75, NH4-N (nyári) = 2, NH4-N (téli) = 20, Összes N (nyári ) = 25, Összes N (téli) = 50, Összes P = 5 (korábbi határozatban 2 ) A telep tehát a vegetációs időszakban nitrifikációra kötelezett. Az összes P határérték esetében megjegyezzük, hogy a Felügyelőség egy korábbi, 3313-4/2012 sz. határozatában 2 -es határértéket írt elő, melyet később módosított. Mivel az enyhítésnek tervezett 8-15 melléklet Terhelhetőség meghatározása - 28 -