Ivóvízszabványok összehasonlítása néhány vízkémiai paraméter tekintetében Tudományos Diákköri Dolgozat Hartwig Ágnes Konzulens: Dr.

Ivóvízszabványok összehasonlítása néhány vízkémiai paraméter tekintetében Tudományos Diákköri Dolgozat Hartwig Ágnes Konzulens: Dr. Licskó István Vízi Közmű és Környezetmérnöki Tanszék 2000. okt. 26. BME-ÉÖK

1. Bevezetés Bár a pontos időpontot még nem ismerjük, az elkövetkező évek valamelyikében csatlakozni fogunk az Európai Unióhoz. Azt, hogy ez mikor és milyen feltételekkel fog bekövetkezni, nem tudjuk. De az nagyon valószínű, hogy meg fog történni. Mielőtt az integráció létrejön, tudnunk kell, hogy ez mivel jár. Át kell vegyük az európai szabályozási rendszert, jogrendszert, szabványokat stb. többek között a műszaki életre, azon belül az ivóvízre vonatkozó szabványt is. A jelenleg érvényes európai ivóvízszabvány a 98/83/EC (1998. november 3.) TANÁCSI IRÁNYELV az emberi fogyasztásra szolgáló víz minőségéről címet viseli. Ránk is ez lesz majd érvényes a jövőben, ezért a Magyar Szabvánnyal való összevetése nem mellékes számunkra. Munkám során kicsit benézve a szabványok számai mögé: összehasonlítom, értékelem őket, megállapítom, hogy ránk nézve ez mit jelent. A jelen tudományos diákköri dolgozattal célom a szabványok összehasonlítása, a szabályozás hátterének felderítése, valamint ezzel párhuzamosan az adott komponensek eltávolítási lehetőségeinek ismertetése. Ebben a dolgozatban tíz vízminőségi komponenst vizsgálok. Mind a tíz paraméter esetén a leírás egy adott szerkezetet követ, mindig ugyanúgy csoportosítom az információt. Ez alól a víz lebegőanyag- és szerves anyag tartalma kivétel, itt a komponensek más jellege miatt módosítottam egy kicsit a dolgozat szerkezetét. A vizsgálathoz a következő tíz paramétert választottam ki: ammónium-ion, arzén, bór, lebegőanyag-tartalom (zavarosság), mangán, nitrátion, nitrit-ion, szerves anyag tartalom (kémiai oxigénigény), trihalometánok és vas. Próbáltam a lényegesebbnek, érdekesebbnek vagy éppen az Európai Uniós intergráció szempontjából problémásabbnak tűnő komponeseket venni nagyító alá. A szabályozásnak, tehát a határértékek megállapításának, az egyes komponensek esetén különböző okai vannak. Talán elsőre azt gondolnánk, hogy a kérdéses anyag mérgező és ezért szabályozzuk az ivóvízben való jelenlétét, de ez a kijelentés így nem helytálló. Egyik paraméterre sem jelenthetjük ki kategórikusan, hogy mérgező. Egy anyag mérgező volta mindig egy adott koncentrációhoz kötődik. Egészen kis koncentrációban még az egyébként méregnek tekintett anyag sem mérgező hatású. Jó példa erre az arzén, melyről köztudott, hogy méreg, de megfelelő adagokban és koncentrációban az emberi szervezetbe juttatva testerősítő szer, s testsúlygyarapodást eredményezhet (Somlyódy és mtsai 2000). Látható, hogy még az egészségre káros anyagoknál sem olyan egyszerű a helyzet. A határérték megállapításának egyik lehetséges oka, hogy adott koncentráció felett a szervezetbe jutva a kérdéses anyag egészségügyileg káros hatású (pl. arzén). Azonban vannak olyan anyagok, melyek csak hatalmas koncentrációban váltanak ki az élő szervezetben egészségügyileg káros hatásokat, mégis korlátozzuk vízbeli jelenlétüket. Ennek az az oka, hogy más szempontból, pl.: esztétikailag, károsak és élvezhetetlenné, ill. céljaink szempontjából használhatatlanná teszik a vizet (pl. vas, mangán). Sokszor az az oka egy bizonyos határértéknek, hogy az adott komponens megnehezíti a vízkezelést, pl. káros anyagok képződnek, vagy csak a fertőtlenítés hatékonyságát csökkenti az adott komponens, mert reakcióba lép a fertőtlenítőszerrel. Általában ezek az okok húzódnak meg a határtértékek megállapítása mögött. Az Európai Uniós szabvány három csoportba osztja a szabályozott paramétereket: mikrobiológiai, kémiai és indikátor paraméterek. Az általam felsorolt anyagok a kémiai ill. az indikátor paraméterek közé tartoznak. Ezek az elnevezések is mutatják, hogy az indikátor 1

paraméterek más okból kifolyólag kerültek szabályozásra, mint a - szervezetben bizonyos koncentrációban komoly káros hatást kiváltó - kémiai paraméterek. Ezt majd az anyagok tanulmányozása során is megfigyelhetjük. 2. A kiválasztott anyagok vizsgálata 2.1. AMMÓNIUM-ION NH 4 + 2.1.1. Megnevezés: francia: ammonium angol: ammonium német: Ammonium 2.1.2.1. Kémiai adatok: Az egy vagy több ammóniumgyököt tartalmazó vegyületeket ammónium-vegyületeknek nevezik. Az ammónium-vegyületek vizes oldatokban NH 4 -kationokra és savmaradék anionokra disszociálnak. Az ammónium-vegyületek gázfázisú ammónia és savak egyesülésekor v. vizes ammóniaoldat savas közömbösítésekor keletkeznek. Az ammónium bizonyos fémeket és szerkezeti anyagokat korrodeál (réz- és cink ötvözetek). A megfelelő baktériumok jelenléte, oxidatív légkör, elegendő tápanyag és megfelelő hőmérséklet esetén az ammónium oxidálódik először nitritté, majd nitráttá (nitrifikáció). Az ammónium határértéke nem egészségügyi megfontolásokon alapul. Jelenléte káros hatású a víz klórral történő fertőtlenítésekor, mert az ammónium-ion a klórral reakcióba lépve enyhébb fertőtlenítő hatású klór-aminokat képez: NH 4 + + HOCl NH 2 Cl + H 2 O + H + monoklór-amin NH 2 Cl + HOCl NHCl 2 + H 2 O diklór-amin NHCl 2 + HOCl NCl 3 + H 2 O triklór-amin (RÖMPP Vegyészeti Lexikon 1981, AWWA 1990) 2

2.1.2.2. Fizikai adatok: Előfordulás: A környezetben található ammónium a mezőgazdasági, ipari és az anyagcsere-folyamatoknak köszönhetően, illetve a klóraminnal végzett fertőtlenítés eredményeként kerül a környezetbe. Mélységi és felszíni vizek természetes ammónium-tartalma 0,2 mg/l alatti. Az anaerob mélységi vizek akár 3 mg/l ammómiumot is tartalmazhatnak. Az intenzív állattartás nagy mértékben megnövelheti a felszíni vizekben jelenlévő ammónium mennyiségét. A halak, a vízi kultúra életét nagy mértékben befolyásolja a víz ammónium-tartalma. Egyes halfajáknál, pl. a pisztrángnál a 0,3-0,4 mg/l-es ammónium-koncentráció már pusztulást okoz. Ezzel párhuzamosan a nagy ammónium-tartalmú, tápanyagban gazdag környezet elősegíti az algák növekedését. Emlősök esetében toxikus hatást csak 200 mg/testsúly kg-nál nagyobb ammóniabevitelek esetében figyeltek meg. (RÖMPP Vegyészeti Lexikon 1981, WHO 1993) 2.1.3. A határértékek: A szabályzat Határérték megnevezése megfelelő tűrhető mért. egys. Megjegyzés "EU"-1999 (4) (5) 0,5 mg/l (3) 0,1 0,2 mg/l talajvíz 450/1-1989 0,2 0,5 mg/l felszíni víznyerés MSZ 1,0 2,0 mg/l védett rétegvíz 0,1 0,2 mg/l talajvíz 450/1-1978 0,2 0,5 mg/l felszíni víznyerés 1,0 2,0 mg/l védett rétegvíz EU WHO 98/83/EC 0,5 (5) mg/l 80/778/EEC 0,05 (1) 0,5 (2) mg/l 1993 1,5 mg/l 1984 - mg/l (1) IÉ: Irányadó érték (2) EMK: Elfogadható maximális koncentráció (3) Sérülékeny vízbázisból származó víznél: 0,20 mg/l, de felszíni vízből nyert víznél 0,50 mg/l lehet. Az egyes vízadó berendezések (kutak stb.) vizét ezen határértékek (0,20; 0,50 mg/l) alapján kell értékelni, tehát nem elég, ha a követelmények a kevert víz esetében teljesülnek. Túllépés esetén tisztázandó, hogy mi a túllépés oka. Ha ez természetes folyamat (pl. lápos területen reduktív folyamat) és a műszaki védelem biztosított, akkor működhet a kút. Ha nem így van, vagyis a szennyezés lehetőségét jelzi a túllépés, akkor az érintett kutat a szolgáltatásból ki kell kapcsolni, vagy külön biztonsági intézkedésekre van szükség a mikrobiális szennyeződés megelőzésére. (4) A hatálybalépés időpontja az Európai Unióhoz való csatlakozás, de legkésőbb 2003. dec. 31., figyelembe véve a következő bekezdést is. A hatályba lépésig a jelenlegi vízminőségi előírások (MSZ 450) maradnak érvényben. Az ammóniumra megadott vízminőségi követelmény betartása alól meghatározott időre az Európai Unió illetékes szerve felmentést adhat, amit az illetékes minisztériumok (EüM, KHVM) hivatalos lapjában kell közzétenni. Ilyen esetekben az adott paraméterre - a közzétett feltételek mellett - ez az átmeneti határérték érvényes. (5) Az EU vízminőségi besorolása: indikátor paraméter. 3

2.1.4. A szabványok határértékeinek összehasonlítása: Egy pillantást vetve a határértékekre rögtön szembetűnik, hogy a hazai szabvány az ammónium ivóvízben megengedett koncentrációját a víznyerőhely jellegének függvényében szabályozza, ellentétben az Európai Uniós szabvány egyetlen értékével. Bár az európai szabvány kevésbé rugalmas és a határértéke alacsonyabb, átvétele víztisztítási szempontból előnyökkel fog járni. Az ammónium-ionok ugyanis reakcióba lépve a klórral csökkentik illetve megszűntetik annak fertőtlenítő hatását. Ezzel a vízben a mikroorganizmus-pusztító hatás is csökken, megszűnik. Ennek következménye, hogy a vízelosztó hálózatban megnő a bakteriális tevékenység. A baktériumok szaporodásnak indulnak, és a csővezetékek belső felületén biofilm alakul ki. Ez vízminőségromláshoz vezet. A víz íze és szaga kellemetlenné válik, valamint a mikroorganizmusok nitrifikálják a víz ammónium-tartalmát, ami a nitrit (és esetleg a nitrát) megjelenését eredményezi a vízben. A megoldást a törésponti klórozás ill. az ammónium-ionok biológiai úton történő eltávolítása jelenti. A klór helyett használhatnának más fertőtlenítőszert, azonban az újabb problémákat vet föl. Jelenleg kb. 600 településen használnak 0,5 mg/l-nél nagyobb ammónium-ion tartalmú vizet. Ez kb. 2,5 millió embert érint. (Somlyódy és mtsai 2000) A WHO 1,5 mg/l-es ajánlása a magas ammónium-ion koncentráció miatti kellemetlen szagra és ízre alapozva került megállapításra. (WHO 1993) 2.1.5. Kezelési lehetőségek: Fizikai-kémiai módszerek: törésponti klórozás: Ebben az esetben annyi klórt adagolunk a vízhez, hogy a klór-aminok keletkezése ellenére is maradjon szabad, nem kötött állapotú klór a vízben. Ez a módszer csak kis mennyiségű ammónium vízből való eltávolítására alkalmas. A megfelelő tisztítási hatásfok eléréséhez elvileg 7,6-szoros (gyakorlatilag 8-9-szeres) klórkoncentráció szükséges. Ilyen körülmények között nem kívánatos anyagok jelennek meg a vízben (klórozott szerves vegyületek). Ezért ez az eljárás csak akkor alkalmazható, ha a vízben a THM-prekurzorok mennyisége csekély, vagyis: - ha a víz szerves anyag tartalma kicsi - a vízkezelés végén. Főleg akkor alkalmazunk törésponti klórozást a vízkezelés végén, ha ily módon küszöböljük ki a biológiai ammónium-eltávolítás elégtelenségét (pl. hideg időjárás esetén). (A törésponti klórozás megvalósulására példa többek között a Békés megyében található Doboz község (szakaszosan üzemelő töréponti klórozáson alapuló eljárás), ill. a franciaországi Essonne. (3800 m 3 /h vízhozam) (Degrémont 1989) ioncsere: a mesterséges ioncserélők nem szelektívek az ammónium-ionra, az alkáli- és alkáliföldfémeket tartalmazó vizes oldatokból először a kalcium-, nátrium-, kálium- és magnézium-ionokat kötik meg. További hátrányuk, hogy nagy mennyiségű regeneráló oldat keletkezik a használatukkor, aminek az elhelyezése gondot okoz (jelentősen növeli az üzemelési költségeket). A természetes zeolitok közül a klinoptilolit tufa rendelkezik a legkedvezőbb paraméterekkel az ammónium eltávolítására. Üzemi körülmények között is alkalmazzák már. (AWWA 1990) 4

sztrippelés: A sztrippelés a vízben lévő illékony anyagok gáz halmazállapotú anyagokkal történő kifúvatását jelenti. A levegővel való sztrippelés segítségével kicsi üzemeltetési költségek mellett jó NH 4 + eltávolítási hatásfokot érhetünk el. Megfelelően nagy ph esetén (ph > 11) és megfelelő levegő-víz aránynál (1,5-4 m 3 /l) a vízben oldott ammónium-ion több mint 90 %-a eltávolítható. Ugyanis bázikus körülmények között az NH 3 + H 2 O NH 4 + + OH - egyensúly balra toldódik el, és az ammóniagáz eltávozhat a rendszerből. A sztrippelés hátránya, hogy 15 C o alatt jelentősen csökken az ammónia-eltávolítás hatásfoka a gáz nagyobb oldékonysága miatt. (AWWA 1990, Degrémont 1989) Biológiai módszerek: Az ammóniumot baktériumok segítségével is el lehet távolítani. A nitrifikáció során nitrifikáló baktériumokkal átalakítják az ammónium-iont először nitritté, majd nitráttá. Az oxidáció első lépéséhez a nitrosonomas, a második lépéshez a nitrobacter nevű autotrof baktériumra van szükség. A nitrifikáció folyamatát leegyszerűsítve így fejezik ki: NH 4 + + 2 O 2 NO 3 - + 2 H + + H 2 O A folyamat fontos paramétere az iszapkor, az oxigénbevitel (4,3 kg O 2 /kg NO 3 - -re van szükség), a közeg lúgossága (a nitrifikáló baktériumok szaporodása jelentősen visszaesik, ha a ph 7,2 alá csökken de ezzel párhuzamosan a nitrifikáció folyamata savasodást eredményez a H + keletkezése miatt.), a hőmérséklet, toxikus anyagok jelenléte. A denitrifikáció során a mikroorganizmusok anaerob körülmények között nitrogéngázt állítanak elő a nitrátból. Ehhez a folyamathoz autotrof és heterotrof baktériumokat is használhatnak. Mivel az előbbiek aktivitása nagyon kicsiny, ezért általában heterotrof baktériumokat alkalmaznak. A denitrifikációt sematikusan így írható le: Általánosságban ezt a reakciót feltételezik: NO 3 - NO 2 - NO N 2 O N 2 NO 3 - + 6 H + + 5 e - 0,5 N 2 + 3 H 2 O A denitrifikáció sebességét alapvetően négy jellemző szabja meg: (1) a hőmérséklet, (2) az oldott oxigén tartalom: fontos, hogy anoxikus körülmények uralkodjanak, (3) a ph (optimális 7 és 8,2 között), (4) a szénforrás: álljon rendelkezésre elegendő és könnyen bontható szénvegyület (a vízzel érkező mennyiség nem feltétlenül elegendő). (Degrémont 1989) 5

2.2. ARZÉN As 2.2.1. Megnevezés: francia: arsenic angol: arsenic német: Arsen 2.2.2.1. Kémiai adatok: Az arzén félfém típusú kémiai elem. Fémes (szürkearzén) és nemfémes (sárgaarzén) módosulata is van, az előbbi gyakoribb és stabilis, az utóbbi nem. Ezen kívül létezik még a feketearzén, és a barnaarzén. A közönséges szürkearzén levegőn 180 C-on kékes lánggal fehér füstté, arzén-trioxiddá (As 2 O 3 ) ég el. Az arzén vegyületeiben három vagy öt vegyértékű. Az oxidált állapotú arzén oldatban leginkább az öt vegyértékű arzenát (H 2 AsO 4 - ), ill. a három vegyértékű arzenit (H 2 AsO 3 - ) formájában fordul elő. A szervetlen arzén önállóan az As(III), As(V) oxidált formákban vagy ezek keverékeként lehet jelen. Az arzenát inkább a felszíni vizekben, és oxidáló környezetben található meg, az arzenit ezzel szemben az anerob felszín alatti vizekre jellemző. A szerves arzén-vegyületek előfordulása ritka, koncentrációja a természetes vizekben kicsi. Nehézfémekkel az As nagyon könnyen ötvöződik és már kis koncentrációban jelentősen növeli a fém ridegségét. Ezt a tulajdonságát használják ki, amikor a fémes arzént ólomsörét készítésénél alkalmazzák (rezet keményítenek arzénnal). Ezen kívül kártevők elleni szerek, gyógyszerek, harci gázok és félötvözők előállításához használják fel. (RÖMPP Vegyészeti Lexikon 1981, Öllős 1998) 2.2.2.2. Fizikai adatok: A közönséges arzén acélszürke, átlátszatlan, fémesen csillogó, rideg rombaéderes kristálytömeg. 613 C-on megolvadás nélkül szublimál, gőze 800 C-ig As 4, 1300 C felett As 2 molekulákból áll. Nem dúsul fel az emberi szervezet szövetében. A legtöbb esetben a felvett mennyiséget ugyanolyan sebességgel ki is üríti, mint ahogy felveszi, ezért az ember számára ellentétben számos vegyületével közvetlenül nem mérgező. (A patkányok szervezetében azonban felhalmozódik és sok, önmagában nem halálos adaggal megölhetőek.) Az ember esetében az arzénnek, mint nyomelemnek a jelentősége abban áll, hogy növeli a vérsejtek képződését, gátolja az oxidációs folyamatokat és az anyagcserét a pajzsmirigy működésének gátlása következtében. Az állatokban és növényekben növeli a szénhidrátforgalmat. Nagy dózis esetén az arzén az emberi szervezetre karcinogén hatású. Aránylag nagyszámú bőrrákos és egyéb rákos megbetegedést figyeltek meg az arzénes vizet fogyasztó népesség körében. A rák és az arzéntartalmú víz fogyasztása között fennálló kapcsolat nem volt elegendő a kockázat számszerű megállapításához, ezért egy modell alkalmazásával becsülték az élethossznyi kitettséghez tartozó kockázatot. Az így kapott értéket és a nem figyelembe vett tényezők hatását mérlegelve alakult ki a WHO ajánlásában szereplő 10 µg/l-es érték (L. 4. pont: A szabványok határértékeinek összehasonlítása). 6

Előfordulása: Az elemek gyakoriságának sorrendjében a 47. Természetes előfordulása a légykő. Leggyakoribbak a szulfidjai, pl. arzenopirit (FeAsS). Az arzén-oxid (As 2 O 3, arzénvirág, arzenolit) a szulfidok mállási termékének tekinthető. A nagyobb érclelőhelyeken kívül az arzén nyomokban előfordul az egész földkéregben. A természetes vízkészlet jelentős hányada tartalmaz arzént. A víz arzéntartalma főleg az ércekből, ásványokból történt kioldódás, az ipari szennyezések és a légköri lerakódás eredménye. A levegő általi arzénbevitelt elhanyagolják, csak az ennivaló és a víz hatását veszik figyelembe a szabványok határértékeinek megállapításakor. A magyarországi vizek arzéntartalma természetes, geokémiai eredetű. Az arzén sok ennivalóban megtalálható, pl.: hús, hal, baromfi, gabona és gabonafélék, müzlik. Általában nemszerves formában van jelen, ami kevésbé toxikus, mint a szerves forma. Az emberi szervezetben az arzén a talliummal együtt fordul elő (a vérben 0,008 mg%-ig), de kimutatták, hogy csaknem valamennyi szervnek szabályos alkotórésze. (RÖMPP Vegyészeti Lexikon 1981, WHO 1993) 2.2.3. A határértékek: N mm 2 (1) IÉ: Irányadó érték (2) EMK: Elfogadható maximális koncentráció (3) Az EU vízminőségi besorolása: kémiai paraméter. (4) A hatálybalépés időpontja az Európai Unióhoz való csatlakozás, de legkésőbb 2003. dec. 31., figyelembe véve a következő bekezdést is. A hatályba lépésig a jelenlegi vízminőségi előírások (MSZ 450) maradnak érvényben. A arzénre megadott vízminőségi követelmény betartása alól meghatározott időre az Európai Unió illetékes szerve felmentést adhat, amit az illetékes minisztériumok (EüM, KHVM) hivatalos lapjában kell közzétenni. Ilyen esetekben az adott paraméterre - a közzétett feltételek mellett - ez az átmeneti határérték érvényes. (5) Daganatkeltő hatású anyag, a kockázat a határértéknek megfelelő koncentrációnál: 6 10-4. 2.2.4. A szabványok határértékeinek összehasonlítása: Mint látható a jelenleg érvényben lévő európai szabvány határértéke megegyezik az Egészségügyi Világszervezet 1993-as ajánlásával, azonban a jelenleg érvényes magyar szabvány határértékével nem (L. táblázat). A határértékek megállapításakor és értékelésekor az arzén egészségügyi hatását kell megvizsgálni. Az 1993-as WHO irányelv arzénre adott határértékének megállapításakor először a taiwani adatokat vették figyelembe. Taiwanon kb. 130 000 ember fogyasztott rendszeresen 0,5-7

0,7 mg/l arzéntartalmú vizet. A területen az arzénra jellemző kórképek (hámvastagodás, ill. elszíneződés) mellett a bőrrákos megbetegedések számának jelentős növekedését is észlelték. A bőrrák esetek számából visszaszámolva a kockázatra az adódott, hogy 0,2 mg/l arzéntartalmú víz fogyasztása esetén 70 éves élettartamra a bőrrák gyakorisága kb. 5 %. A 10-5 kockázati szinthez tartozó koncentrációra 0,17 µg/l adódott. Az adatokat értékelő toxikológus csoport ezt az értéket sem találta reálisnak, ezért a javaslat összeállításakor egy 10 µg/l-es határértéket javasoltak azzal, hogy az ehhez tartozó kockázat 6 10-4, ami a bőrrák viszonylag kis letalitása miatt még megengedhető. Valószínűleg a számítás módja hibás volt, és a választott eljárás nem igazodott az arzén hatásmechanizmusához. Ezen kívül a víz humin anyag tartalma is hozzájárulhatott a bőr elszíneződésének (ezen belül is a black foot disease ) kialakulásához, ill. a taiwani nagy mennyiségű napsugárzás is jelentős szerepet játszhatott a bőrrákos megbetegedések nagy számában. (A bőrrákos megbetegedések számának növekedése világjelenség, ebben az ózonréteg vékonyodása is ludas kell legyen.) Tehát a taiwani adatokat nem szabad egy az egyben átvenni. Az arzén karcinogén hatása helyett a krónikus toxikus hatására alapozva egy másik szakértőcsoport is megállapított egy határértéket. A bevihető napi dózisból tízszeres biztonsági tényezőt figyelembe véve, valamint azt feltételezve, hogy a szervezetbe jutó arzénnak mintegy 20 %-a származik a vízből szintén megállapítottak egy 10 µg/l-re kerekített határértéket. Kérdés persze, hogy a tízszeres biztonsági tényező feltétlenül szükséges-e, ill. a 20 %-os víz általi bevitel feltételezése reális-e. Hazai adatok szerint a napi 100 µg-os még elfogadható arzénbevitelből étellel 20-30 µg jut be a szervezetbe, tehát az arzénbevitel kb. 80 %-a származhatna az ivóvízből. Persze várhatóan a magyarországi étkezési szokások közelíteni fognak a nyugat-európai országokéhoz, ill. az EU-csatlakozással mindenképpen át kell vennünk az európai szabályozás határértékét. Ez a hazai lakosságnak kb. 13 %-át érinti majd. Főleg a Dél- Alföldön valamint az ország északkeleti részén jelent majd ez a határérték problémát. (WHO 1993) 2.2.5. Kezelési lehetőségek: Az arzéneltávolítás lépései a következők: oxidáció, majd eltávolítás. Csapadékképzés és adszorpció vas- vagy alumíniumsó adagolásával: Az első lépcső az oxidáció, így az arzenitet, arzenáttá alakítják. Az arzén(iii)-mal egyidejűleg az oldott vas(ii)- vegyületek is oxidálódnak, amelynek eredményeképpen Fe 3+ ion keletkezik, amely vas-hidroxid csapadék formájában kiválik az oldatból. A levegő oxigénje nem elég erős oxidálószer ehhez a folyamathoz, ezért mellette klórtartalmú oxidálószereket és/vagy kálium-permanganátot, ózont, klórdioxidot stb. kell adagolni. A víz levegőztetése csökkenti az oxidálószer felhasználást. Klór alkalmazása egyben víz fertőtlenítését is jelenti, viszont a humintartalmú vizeknél THM képződést okoz. KMnO 4 alkalmazása csökkenti az arzénmentesítéshez szükséges koagulálószer (vassó, alumíniumsó) mennyiségét is. Koaguláció és adszorpció: A koaguláció az aggregálás összes reakcióját, folyamatát és eredményét jelenti, amelyek magukban foglalják a pehelyképződést, a kémiai úton történő részecske-destabilizálást és a részecskék közti fizikai kontaktus kialakítását is. Ezt koaguláló szerekkel érjük el, melyek a lebegőanyagok felületének negatív töltését semlegesítve az összekapcsolódást lehetővé teszik. Általában erre a célra három vegyértékű fémeknek, az alumíniumnak és a vasnak a sóit használják. Az adszorpció szilárd anyag felületén való megkötődést jelent. Ez a két folyamat párhuzamosan megy végbe. A koaguláció eredményeként nagy felületű és gél szerkezetű vas(iii)- vagy alumínium-hidroxid pehely képződik, amelyen megkötődnek az arzénvegyületek. A vas-hidroxidnak nagyobb a fajlagos arzénmegkötő 8

képessége. Ezenkívül a vas- és alumíniumsók adagolásának hatására a következő reakciók is lejátszódhatnak: Al 3+ + AsO 4 3- AlAsO 4 Fe 3+ + AsO 4 3- FeAsO 4 Mindkét végtermék rosszul oldódik vízben, de a vas-arzenát oldhatósága még rosszabb, mint az alumínium-arzenáté, tehát az arzenát eltávolítás szempontjából mindenképpen a vassók részesítendők előnyben. Az adszorpció függ a rendszer ph-jától. Ha a ph nagyobb, mint 8,0, a fém-hidroxid fajlagos arzénmegkötő képessége gyorsan csökken. Az ideális ph tartományban a derítőszer mennyisége csökkenthető, ami a szűrési ciklus megnövekedéséhez, az arzénnel szennyezett iszap mennyiségének csökkenéséhez vezet. Amennyiben a víz vasat és mangánt is tartalmaz, úgy az oxidáció során ezek is hidroxidokká alakulnak, így az arzén együttes csapadékképződés vagy adszorpció útján kerül eltávolításra. A víz mangántartalmának arzéneltávolító hatása szinte elhanyagolható, azonban az oldott vasból keletkező vas-hidroxid jelentős lehet a vas mennyiségének függvényében. Fázisszétválasztás: Célja az arzéntartalmú hidroxid pelyhek elválasztása a víztől. A keletkező fém-hidroxid csapadékot annak koncentrációjától függően szűréssel vagy ülepítéssel és szűréssel lehet eltávolítani. Humin anyag tartalmú (erősen színes) vizek esetében a keletkező hidroxid pelyhek aprók és könnyen szétesnek, ezért a növekedésük elősegítésére, stabilitásuk fokozására segédderítőszert célszerű adagolni. Adszorpció szilárd adszorbensen (GAC ill. aktivált alumínium-oxid): A fém-hidroxidok adszorpciós képessége nagyobb, mint a szilárd adszorbenseké. A szilárd adszorbensek közül a granulált aktívszén arzéneltávolításánál az aktivált alumínium-oxidon történő eltávolítás hatékonyabb. Az alumínium-oxid (Al 2 O 3, timföld) porózus szerkezetű kristályos vegyület. Felületén a szennyező anion hidroxidra cserélődik. Aktivitását a kristályos szerkezet, a pórusméret-eloszlás és a felület kémiai természete befolyásolja. Az arzén(v) adszorpciót más anionok jelenléte (anion-verseny) jelentősen csökkenti. Ez a módszer a ph-ra érzékeny, 8,2-es ph érték alatt a legjobb az ionok adszorpciója. Ennek az az oka, hogy a 8,2-es ph alatt az alumíniumoxid felület teljesen pozitív töltéssel rendelkezik. Fölötte már az alumíniumoxid főleg kation cserére alkalmas (ezt a ph értéket ZPC-nek, zero point of charge-nak, vagyis a töltés nullapontjának nevezik). Ez az eljárás már ipari körülmények között is alkalmazásra került. A regenerálás többek közt alumínium-szulfáttal, vagy szódával és kénsavval történhet. Ioncsere ioncserélő gyantával: Az eljárás nagyon költséges volta miatt nem versenyképes a koagulációs technikával. Az ioncserélő az As(III)-at, mivel az nem ionos formában van jelen a vízben abban a ph tartományban, amiben az ioncserélő üzemel, nem tudja eltávolítani. Bizonyos gyantákkal (erős-bázisú) az As(V) igen jó hatásfokkal, csaknem teljesen eltávolítható, de a problémát okoz az alacsony gyanta kapacitás. Az arzenátra a gyanták nem elég szelektívek, az arzenát az eltávolítás sorrendjében hátul helyezkedik el, ezért kívánatos, hogy a víz összes oldott szilárd anyag tartalma alacsony legyen. Meszes lágyítás: Kalcium-hidroxidot (Ca(OH) 2 ) adagolunk a vízhez. Ez disszociál, majd a hidroxid-ion a víz hidrogénkarbonát-ionjával (HCO 3 - ) reakcióba lép. A keletkező karbonát-ion (CO 3 2- ) a víz kalcium-ion tartalmával CaCO 3 formájában kicsapódik. Ha a magnézium tartalom, 9

valamint a ph elegendően magas, magnézium-hidroxid is keletkezik. A Mg(OH) 2 hatékonyabb a CaCO 3 -nál mind As(III), mind As(V) eltávolítása tekintetében. Az As(V) hatékonyabban távolítható el a vízből, mint az As(III), és a ph emelésével mindkét arzénforma eltávolíthatóságának mértéke nő. Fordított ozmózis, elektrodialízis: A fordított ozmózis eljárása nagyon költséges, nem igazán versenyképes a koagulációs technikával. A fordított ozmózis eljárás mind az arzenátot, mind az arzenitet hatékonyan eltávolítja, de az arzenát eltávolításának hatékonysága nagyobb. Az As(V) hatékonyabb eltávolításának az az oka, hogy az As(V) anionként van jelen a vízben, míg az As(III) nem ionos az előforduló ph tartományban, így könnyebben behatol a membránba. Az arzén eltávolítás mértékét a membrán fajtája befolyásolja, arzénmentesítéshez kiváló a poliamid (PA) membrán (99%-os eltávolítás). Az elektrodialízis az arzént kevésbé távolítja el, valószínűleg azért, mert az As(III) elektromos árammal nem transzportálható. Tehát As(III) eltávolításához az elektrodialízis nem ajánlott, ha mégis ezt a módszert kell alkalmazni, akkor először oxidációra van szükség, hogy az arzenit (As(III)) arzenáttá (As(V)) alakuljon át. (Öllős 1998, AWWA 1990) 2.3. BÓR B 2.3.1. Megnevezés: francia: bore angol: boron német: Bor 2.3.2.1. Kémiai adatok: A bór túlnyomóan nemfémes, savképző elem, vegyületeiből amorf és kristályos bór állítható elő. Az amorf bór szagtalan és íztelen, barna por, a kristályos bór szürkésfekete, a gyémánt után a legkeményebb elem. A bór nagy hőmérsékleten a N-, Cl-, Br-, és S-elemekkel is vegyül. A szénhez hasonlóan sok hidrogénszármazéka van. Mivel a B az oxigénnel nagy hőmérsékleten, igen erélyesen egyesül, így egyéb fémoxidok redukálására is felhasználható. Felhasználása: az amorf bórt esetenként redukálószerként, valamint magreaktorokban alkalmazzák. A kristályos bórt félvezetőként (pl. termisztorokban) és ill. nagy keménységű ötvözetek előállításához alkalmazzák. (RÖMPP Vegyészeti Lexikon 1981) 3.3.2.2. Fizikai adatok: A kristályos bór sűrűsége 2,34-2,46 g/cm 3. Olvadáspontja kb. 2300 o C, forráspontja kb. 2550 o C (szublimáció). Elektromos vezetőképessége kicsi, azonban a bórt melegítve értéke rohamosan nő. A bór levegőn 700 o C-on meggyullad, és vöröses lánggal B 2 O 3 -dá ég el. 10

Az elemi bór nem mérgező, de egyes vegyületei azok. A bórvegyületek kitűnően oldódnak vízben. Előfordulása: A természetben csak vegyületeiben található. Technikai szempontból fontos ásványai: bórsav, colemanit, ulexit, bórax, kernit. Nyomnyi bórvegyület minden talajban és minden élő szervezetben előfordul (pl. rozsban, babérban, mákban...), ez a bór nyomelemként is fontos. Egyes növények sejtosztódásának fenntartásához, és ezen keresztül a növekedéséhez elengedhetetlen, hogy folyamatosan bórhoz jussanak. Az ivóvízben általában 1 mg/l-es koncentráció alatt van jelen, de néha ennél magasabb mennyiségben is előfordul a vízbe természetes úton bekerült bór miatt. A szervezetbe bevitt teljes bórmennyiséget napi 1-5 mg-ra becsülik. A hosszú távon bórvegyületeknek kitett emberi szervezetben gyomorbél irritáció lép fel. (RÖMPP Vegyészeti Lexikon 1981, WHO 1993) 2.3.3. A határértékek: A szabályzat megnevezése "EU"-1999 MSZ EU WHO Határérték megfelelő tűrhető (3) (4) 1,0 mg/l 450/1-1989 1,0 5,0 mg/l 450/1-1978 - - mg/l 98/83/EC mg/l 80/778/EEC 1000 (1) - (2) µg/l 1993 0,3 mg/l 1984 - mg/l 1,0 (3) mért. egys. Megjegyzés (1) IÉ: Irányadó érték (2) EMK: Elfogadható maximális koncentráció (3) Az EU vízminőségi besorolása: kémiai paraméter. (4) A hatálybalépés időpontja az Európai Unióhoz való csatlakozás, de legkésőbb 2003. dec. 31., figyelembe véve a következő bekezdést is. A hatályba lépésig a jelenlegi vízminőségi előírások (MSZ 450) maradnak érvényben. A bórra megadott vízminőségi követelmény betartása alól meghatározott időre az Európai Unió illetékes szerve felmentést adhat, amit az illetékes minisztériumok (EüM, KHVM) hivatalos lapjában kell közzétenni. Ilyen esetekben az adott paraméterre - a közzétett feltételek mellett - ez az átmeneti határérték érvényes. 2.3.4. A szabványok határértékeinek összehasonlítása: Mint a táblázatból láthatjuk az Európai Szabvány a bór esetében is szigorúbb, mint a Magyar Szabvány tűrhető értéke, tehát ezzel a paraméterrel is probléma lesz az Uniós szabvány átvételekor. Az Egészségügyi Világszervezet ajánlása a bórra a következő módon került meghatározásra: Az állatok (patkány, kutya) tanulmányozásakor a rövid és a hosszútávú kísérletek során is herezsugorodás volt megfigyelhető. A WHO 0,3 mg/l-es határértékét erre a hatásra alapozva számították ki. Egy a kutyákra megállapított 8,8 mg/testsúly kg-os határértékre 11

százszoros bizonytalansági tényezőt alkalmaztak (a fajon belüli és fajok közötti eltérések miatt) és az ivóvíz részére a napi bórbevitelben 10 %-ot feltételeztek. Így kapták meg a 0,3 mg/l-es alacsonynak tűnő és vélhetően elég bizonytalan értéket. Mélységi vizeink kisebb részében a bórvegyületek koncentrációja meghaladja 1,0 mg/l-es határértéket. Tehát a víz bórkoncentrációját valahogyan csökkentenünk kellene. A bórral kapcsolatban a határértékek kapcsán felmerülő fő probléma az eltávolítás. (L. 5. pont Kezelési lehetőségek) (WHO 1993, Somlyódy és mtsai 2000) 2.3.5. Kezelési lehetőségek: Elvi kezelési lehetőségként a következők állnak rendelkezésünkre a bór eltávolításához: fordított ozmózis: a víz és az oldat közötti membránon a nyomáskülönbség hatására történő áramlás. A sóoldatra nyomást fejtünk ki, amely túllépi az oldat által a szemipermeábilis membránra kifejtett ozmózisnyomást, ezért a sóoldatból tiszta víz áramlik át a membránon a sót visszahagyva. A nyersvíz sótartalmának széles skálája mellett alkalmazható. (AWWA 1990, Degrémont 1989) elektrodialízis (ED, electrodialysis): ionok áramlása egy membránon keresztül az alacsonyabb koncentrációjú helyről a nagyobb koncentrációjú helyre elektromos áram hatására. Ezzel a módszerrel a cellákban felváltva hol tiszta víz, hol pedig nagy sótartalmú, koncentrált víz gyűlik. Csak enyhén sós vizek esetén alkalmazható, mert ahogy a kezelendő víz sótartalma nő, úgy csökken a membránok kapacitása. Minél kisebb a sótartalom, annál nagyobb lesz az áramfogyasztás a sótalanítandó víz ellenállásváltozásának megfelelően (kb. 0,6-0,8 kwh energia szükséges 1 kg só eltávolításához). (AWWA 1990, Degrémont 1989) Sajnos egyik módszerre sem igaz, hogy mind műszaki, mind gazdasági szempontból alkalmas a bórvegyületek mefelelő mértékű eltávolítására. Tehát jelenleg nem áll rendelkezésünkre hatékony módszer a bór eltávolítására. Megoldást jelenthet, ha máshonnan szállítjuk a vizet a helyszínre vagy ha az adott vízbázisból kitermelt vizet máshonnan hozott, alacsonyabb bórkoncentrációjú vízzel higítjuk a kívánt határérték eléréséig. 12

2.4. LEBEGŐANYAG-TARTALOM (Zavarosság) 2.4.1. Megnevezés: francia: turbidité angol: turbidity német: Trübung 2.4.2. Általános leírás A zavarosság a folyadékok átlátszóságának csökkenése lebegő anyagok jelenlétének köszönhetően. Lehetővé teszi, hogy megismerjük a kezelendő víz szennyezettségének mértékét, ezáltal az emberi fogyasztásra szánt víz minőségére utal. A lebegőanyag-tartalom és a zavarosság kapcsolatát sokan vizsgálták már. A víz zavarosságát a lebegő anyagok jelenléte okozza: agyag, iszap, jól frakcionált szerves és szervetlen anyagok, plankton és más mikroszkopikus szervezetek. A vízben lévő szemcsék patogén mikroorganizmusokat, nehézfémeket, humin anyagokat is tartalmazhatnak (THM-ok prekurzorai) és többé-kevésbé elzárva a mikroorganizmusokat a vegyszertől a fertőtlenítés hatékonyságát is csökkenthetik. Ez indokolja a lebegőanyag-tartalom valamilyen módon történő mérését és szabályozását. A zavarosság mérése zavarosságmérővel történik a következő elven: A zavarosság értékének mérésekor a vízben jelenlévő részecskéknek köszönhetően keletkező szórt fény mennyiségét mérjük. Egy fénysugarat bocsátunk a víz felületére olyan szögben, hogy sem az eredeti fénysugár, sem a visszavert nyaláb ne tudja megvilágítani a fényérzékeny cellát. A fény egy része behatol a vízbe, és ott találkozva a részecskékkel szétszóródik. Ennek a szétszórt fénynek a mennyiségét mérjük a cellával. Minél kevésbé átlátszó a víz, vagyis minél zavarosabb, annál több fény fog jutni a cellára. Egy ilyen készülékkel a méréshatár 0-5000 NTU (nephelometric turbidity unit). A mérés elég bizonytalan, a víz színét éppúgy mérhetjük zavarossságnak, mint a vízben jelenlévő lebegőanyagot. (AWWA 1990, Degrémont 1989) 13

2.4.3. A határértékek: A szabályzat megnevezése MSZ EU WHO Határérték megfelelő tűrhető (3) (6) mértékegység "EU"-1999 450/1-1989 1 2 NTU 450/1-1978 - - 98/83/EC (3) (6) (4) Megjegyzés Lebegőanyagra 1 ill. 2 mg/l a határérték. Lebegőanyagra 1 ill. 2 mg/l a határérték. (4) 80/778/EEC 1 (1) 10 (2) mg SiO 2 /l vagy ezek helyett bizonyos megkötésekkel a Secchilappal mért látásmélység: IÉ: 6 m, EMK: 2 m 0,4 (1) 4 (2) NTU (5) 1993 5 NTU átlagosan 1 NTU, de egy mintánál se lépje túl az 5 NTU-t 1984 5 NTU (1) IÉ: Irányadó érték (2) EMK: Elfogadható maximális koncentráció (3) A fogyasztó számára elfogadható és nincs szokatlan változás. (4) Felszíni vízből nyert víz esetében törekedni kell arra, hogy a zavarosság a kezelő művet elhagyó vízben ne legyen nagyobb 1,0 NTU-nál (nefelometriás turbiditási egység). (5) 1 Jackson-egység = 1 JTU (Jackson Turbidity Unit) = 1 NTU (nephelometric turbidity unit) (6) Az EU vízminőségi besorolása: indikátor paraméter. 2.4.4. A szabványok határértékeinek összehasonlítása: A 3. pont alatti táblázatban a szabványoknak a zavarosságra megadott határtértékeit ill. a WHO ajánlásokat tüntettem fel. Azonban a régi, 1978-as MSZ a zavarosság helyett a lebegőanyag címszó alatt ad meg határtértéket a lebegőanyagra (zavarosságra), ezt a megjegyzések között jelzem. Az MSZ 450/1-1989 már mind a lebegőanyag-tartalmat, mind zavarosságot szabályozza. A régi EU szabvány (80/778/EC) csak a zavarosságra ad meg határértékeket, és ezeket mind Jackson-egységben, mind mg/l SiO 2 -ban feltünteti. Ebben a szabványban külön komponensként tüntetik fel a lebegőanyagot, azonban a szabvány készítői szerint erre a paraméterre határérték nem adható, a határérték helyén a magyar fordításban ez szerepel: nem lehet. Az 1998-as Európai Uniós szabvány már nem ad meg konkrét értéket a zavarosságra, csak annyit mond, hogy a fogyasztó számára elfogadható legyen a víz lebegőanyag tartalma és ne legyen szokatlan változás. Látható, hogy a mérési módszerek bizonytalansága miatt a szabályozás is elég bizonytalan. A mértékegységek is különbözőek és nem is igazán tudjuk, hogy a fényviszonyok alapján mért NTU-t hogyan lehetne átszámítani egységnyi térfogatban jelenlévő lebegőanyag tömegre (Az 1989-es Magyar Szabványból arra követeztetünk, hogy az átváltási arány egy az egyhez.) Azt is jó lenne tudni, hogy mindezzel a Secchi koronggal mért látásmélység milyen kapcsolatban áll. Sajnos azonban azt csak becsülni tudjuk (vagy még becsülni sem), hogy a jelenleg Európában érvényes 98/83/EC szabályozását hogyan fordítsuk le számokra, NTU-kra ill. mg/l SiO 2 -re. Ebből kifolyólag nem tudjuk megmondani, hogy az EU-s szabvány átvétele szigorítást vagy enyhülést fog jelenteni számunkra. 14

2.4.5. Kezelési lehetőségek: koaguláció, ülepítés, szűrés: A koaguláció során valamilyen úton a vízben lévő kis részecskéket nagyobb aggregátumokká, egységekké alakítjuk át, ezáltal azokat a tisztítandó vízből el tudjuk távolítani. Ennek mefelően a vízkezelési gyakorlatnak a koaguláció, az ülepítés és a szűrés sorozata megszokott eleme. A koaguláció tehát az aggregálás összes reakcióját, folyamatát és eredményét jelenti, amelyek magukban foglalják a pehelyképződést, a kémiai úton történő részecskedestabilizálást és a részecskék közti fizikai kontaktus kialakítását is. A koaguláció általában két medencében zajlik: az első egy gyorskeverő medence a koagulánsok adagolására, a pelyhek képződésére és a részecske destabilizálásra. A második a flokkulációs medence, itt alakulnak ki a részecskék közti kapcsolatok. A koaguláló szerekre azért van szükség, hogy a lebegőanyagok felületének negatív töltését semlegesítve az összekapcsolódást lehetővé tegyék. Általában erre a célra három vegyértékű fémeknek, az alumíniumnak és a vasnak a sóit használják. A vízben lévő oldott anyagok mennyisége, minősége, a ph, a hőmérséklet, az adagolt dózis, a reakcióidő, és a vízben lévő ionok befolyásolják a reakciót. Sokszor használnak szintetikus szerves polimereket is koaguláló szerként, önmagában vagy kiegészítésként a Fe- vagy Al-só mellé. Előnye, hogy kevesebb kémiai iszap keletkezik, és a képződő pelyhek nagyobbak és sűrűbbek, de alkalmazása nagyon vízminőség függő (nehéz optimalizálni az érkező víz minőségének széles skálája miatt). Az ülepítés során a vízben lévő szilárd részecskéket összegyűjtik a vízoszlop alján. Általában azért alkalmazzák ezt az eljárást, hogy eltávolítsák a flokkuláció pelyheit és a szűrés hatékonyságát növeljék. Az ülepítésre különösen a nagy zavarosságú és a nagyon színes vizek esetében van szükség. Ahol a felszíni vizeknek nagy a zavarosságuk és az iszaptartalmuk, ott előülepítőt is alkalmaznak a vízkezelő mű előtt. A sűrűségbeli különbségek, szél és buborékok jelenléte, a turbulens áramlás csökkenti az ülepítés hatékonyságát. Az ülepítés ülepítő medencében történik. A szűrés vízben lévő lebegő szemcsés anyagok eltávolítására szolgál. Általában agyagot, iszapot, kolloidokat, kicsapatott szerves anyagokat, a koaguláció és a mészlágyítás csapadékait, vasat és mangánt tartalmazó csapadékokat valamint mikroorganizmusokat távolítanak el ezzel a módszerrel. Szemcsés anyagú szűrőket alkalmaznak a leggyakrabban az ivóvízkezelésben. A szűrő anyagának típusa, mérete, granuláltsága, a pórusok mennyisége és minősége befolyásolja a szűrés minőségét, az öblítés gyakoriságát és a szilárd anyag visszatartást. A szűrő anyaga legtöbbször homok, zúzott antracit, ilmenit illetve aktív szén (GAC, Granulated Activated Carbon). A szűrt víz minőségének fenntartására és a szűrőágy fokozatos elhasználódásának megelőzésére a szűrőt rendszeresen öblíteni kell. Az öblítés általában víz és levegő (vagy csak víz) lentről felfelé történő áramoltatásával történik. (AWWA 1990, Degrémont 1989) Meszes lágyítás (lime softening): kalcium-hidroxidot (Ca(OH) 2 ) adagolunk a vízhez. Ez disszociál, majd a víz hidrogénkarbonát-ionjával (HCO 3 - ) reakcióba lép. A keletkező karbonátion (CO 3 2- ) a víz kalcium-ion tartalmával CaCO 3 formájában kicsapódik. Ha a magnézium tartalom, valamint a ph elegendően magas, magnézium-hidroxid is keletkezik. A lebegőanyagtartalom csökkentésére ez az eljárás kevésbé hatékony, mint a koaguláció ill. a fordított ozmózis és az ultraszűrés, valamint a célja sem a víz lebegőanyag-tartalmának csökkentése, hanem a víz lágyítása. Ennek megfelelően nem jellemző, hogy ezt az eljárást a víz lebegőanyag-tartalmának csökkentése érdekében alkalmaznák, hiszen az csak járulékos hatásként jelentkezik. (AWWA 1990) 15

Membránszűrés (UF, ultraszűrés, nanoszűrés, mikroszűrés): nyomáskülönbség hatására lejátszódó folyamat, a kolloidot és a nagy molekulatömegű anyagokat tartalmazó oldatok frakcionálására és koncentrálására szolgál. A membránszűrő visszatartja a nem ionos anyagokat és általában átengedi az ionokat a membrán típusától, a MWC-tól függően (MWC, Molecular Weight Cutoff). A MWC értékét a gyártók határozzák meg és az ismert oldott anyagok ill. adott molekulatömegű anyagok névleges visszatartásának mértékét jelenti (a molekulatömeg ugyanis következtetni enged a molekula méretére, ez pedig befolyásolja a visszatartást). A MWC visszatartási határok nem éles és abszolút határok, az oldott anyag méretétől, alakjától, molekulatömegétől és töltésétől függnek. A városi vízművekben való alkalmazáshoz már megfelelő hozamú membránok 1000-50 000-es MWC-vel rendelkeznek. Az 500-MWC vagy szűkebb, kisebb nyílású membránokat már 'nanofiltration' (nanoszűrés) membránoknak hívják, ezek már a vízben található oldott só 35-40%-át is visszatartják. Az 1000-50 000-es MWC-vel rendelkező UF membránok üzemeltetésekor általában 70-700 kpa nyomás szükséges. Ezeknek a membránoknak a hozama 0,1-1 m 3 /h.m 2.bar tiszta víz esetén, de kolloidok jelenlétében ez persze jóval kisebb lesz. (AWWA 1990, Degrémont 1989) 2.5. MANGÁN Mn 2.5.1. Megnevezés: francia: manganèse angol: manganese német: Mangan 2.5.2.1. Kémiai adatok: A mangán fémes elem, leggyakoribbak a két-, négy-, hat- és hétvegyértékű vegyületei, de léteznek olyan vegyületek is, amelyekben formális vegyértéke 3, -2, és -1. Híg savakban könnyen oldódik, ekkor Mn(II)-sók és H 2 képződik. Tömény kénsavban SO 2 fejlődése közben oldódik. A fémes mangán levegőn állandó. A víz már szobahőmérsékleten megtámadja, szabad levegőn mangán(ii,iii)-oxiddá ég el.(mn 3 O 4 ). Reagál a halogénekkel és a kénnel (MnS). (RÖMPP Vegyészeti Lexikon 1981) 2.5.2.2. Fizikai adatok: A mangán tiszta állapotban acélszürke-ezüstfehér színű, kemény, rideg nehézfém (felületén gyakran futási színekkel). Olvadáspontja 1260 C, forráspontja 2152 C. A tiszta mangán egyáltalán nem mágneses, de az ugyancsak nem mágneses fémekkel alkotott ötvözetei erős ferromágneses tulajdonságúak lehetnek. Előfordulása: a második leggyakoribb nehézfém, az elemek gyakorisági sorában a tizenkettedik. Mivel a Mn nemnemes fém, ezért a természetben általában vegyületeiben fordul elő. Nyomelemként szétszóródva majdnem minden talajban elterjedt. Legfontosabb ásványai a barnakövek. A legtöbb mangánércet külszíni fejtéssel ill. kis mélységből végzett föld alatti fejtéssel nyerik (pl.: volt Szovjetúnió, Kína, India, Afrika bizonyos részei, Japán stb.) Az acélgyártásban, ötvözetek készítésére, festékpigmentek előállítására, korrózióvédelemre, szárazelemek gyártásához, oxidálószerként stb. használják fel. 16

A mangán fontos nyomelem. A növények Mn(II)-sók formájában veszik fel, hiánya hátráltatja a növények fejlődését, betegségeket okozhat. A MnO-, ill. MnSO 4 -tartalmú műtrágyák éppen ezt ellensúlyozzák. A mangán az állatok számára is fontos nyomelem (számos enzim aktiválásához szükség van rá). Becslések szerint az ember napi mangánszükséglete 30-50 µg/testsúly kg. A felnőttek ennivalóból származó napi mangánbevitele 2-9 mg. A felszívódás aránya a bevitt mennyiségtől, a kémiai formától és egyéb ionok jelenlététől függ. A mangánpor belélegzése egészségtelen, MAK (Maximale Arbeitsplatz-Konzentration) értéke a hazai előírás szerint 0,3 mg/m 3. Ingerli a légzőutakat, a bőrt, bronchitist okoz és krónikus behatásra az idegrendszer károsodik, beszéd-és mozgásszervi zavarok (manganizmus) lépnek fel. A víz útján bevitt mangán hasonló hatása még nem bizonyított. Az oxigénben szegény felszíni és mélységi vizekben az oldott mangán koncentrációja akár néhány mg/l is lehet. Felszín alatti vizekben a mangán redukált formájának jelenléte jellemző. Oxigénnel érintkezve a mangán vízben rosszul oldódó mangán-hidroxiddá alakul, ami lerakódásokhoz, és esztétikai problémákhoz vezethet. Azonban a víz színére, kinézetére a mangántartalom már a határértéknél alacsonyabb koncenráció esetén is hatással van:!" Esztétikai problémák ( a víz színeződése, a kimosott fehérneműk, vízvezetékek, fürdőkádak foltosodása, megnövekedett zavarosság)!" A bakteriológiai szaporodás felgyorsul a vízelosztó rendszerben, a vezetékek eltömödhetnek, íz-, szag-, és színproblémák jelentkeznek.!" Az oldott mangán vízbeli jelenléte a mangánbaktériumok elszaporodását segíti. Az elszaporodó baktériumok a csővezetékeken, a vízelosztó rendszer tározóinak belső felületén vastag fekete hártyát alkotnak. Az időnként leváló hártya miatt a víz szennyeződik, ami lakossági panaszokat eredményez. A baktériumok szaporodása klórozással korlátozható, ám ekkor a keletező mangán-oxid vékony bevonatot képez a cső felületén, mely időszakonként leválva az áramló vízbe jut. (RÖMPP Vegyészeti Lexikon 1981, WHO 1993, AWWA 1990, Öllős 1998) 17

2.5.3. A határértékek: A szabályzat Határérték mért. megnevezése megfelelő tűrhető egys. "EU"-1999 0,05 (3) mg/l MSZ 450/1-1989 0,1 0,1 (4) mg/l 450/1-1978 0,1 0,2 (4) mg/l EU WHO 98/83/EC 0,05 (3) mg/l 80/778/EEC 0,02 (1) 0,05 (2) mg/l 1993 0,1 mg/l 1984 - mg/l Megjegyzés Fe + Mn együtt max. 0,3 mg/l lehet. (5) (1) IÉ: Irányadó érték (2) EMK: Elfogadható maximális koncentráció (3) Az EU vízminőségi besorolása: indikátor paraméter. (4) Egyedi kutas vízellátás esetén a mangán határértéke 0,5 mg/l, valamint a vas és mangán együttes határértéke is 1,0 mg/l. (5) A vas és mangán együttes mennyisége legfeljebb 0,3 mg/l lehet, 500 m 3 /nap-nál kisebb teljesítményű vízműveknél 0,5 mg/l. 2.5.4. A szabványok határértékeinek összehasonlítása: Mint látható a jelenleg érvényben lévő magyar szabvány kétszer akkora értéket ad meg a mangán határértékeként mind a megfelelő, mind a tűrhető értéket tekintve, mint az Európai Unió szabványa (L. táblázat). Nálunk létezik egy a vas- és mangántartalom összegére vonatkozó határérték is, amely abban az esetben fontos, amikor vas mennyisége relatíve sok. (A vasra vonatkozó 1989-es MSZ határérték (a tűrhető): 0,3 mg/l.) Azonban az európai szabályozás külön kezeli ezt a két anyagot, ami gyakorlati szempontból kedvezőbb, egyszerűbb. E két anyag vízben való jelenlétének hatása nem tér el a két anyag külön-külön kiváltott hatásának szuperpozíciójától (egészségügyi hatásuk nem is igazán jelentős, a szabályozásnak más okai vannak, mint tudjuk). Az EU-s szabvány határértéke jóval szigorúbb mangánra, ami nálunk a mélységi vízbázisokra épülő vízműveknél okozhat problémákat a jövőben. Magyarországon több mint 500 vízmű esetén a vas és mangán koncentrációja meghaladja a hazai ivóvízszabvány határértékeit. 200 vízmű bocsát a hálózatba olyan vizet, melynek vas ill. mangán koncentrációja a Magyar Szabvány határértéke alatt, de a szigorúbb, európai határérték felett helyezkedik el. (Somlyódy és mtsai 2000) 2.5.5. Kezelési lehetőségek: A mangáneltávolítás technológiája az oxidáció, kémiai kicsapatás, szilárd-folyadék fázisszétválasztás lépéseiként rakható össze. Oxidáció: Ezzel a lépéssel a vízben oldott mangán(ii)-t mangán(iv)-gyé alakítjuk. Reduktív közegben a vízben jól oldódó Mn(II) jelenléte jellemző, melyet vízben rosszul oldódó Mn(IV)-gyé alakítunk át. Ehhez több oxidálószer közül választhatunk. Mangán esetében leginkább ózonnal, klór-dioxiddal, kálium-permanganáttal és hipoklórossavval (és klórral) tudunk megfelelő hatásfokot elérni. Az oxigénnel történő oxidáció a ph<9-es tartományban lassú. Az ózon (O 3 ) rendkívül erős oxidálószer, de viszonylag drága. A magas költséget 18

ellensúlyozza, hogy ózon használatával nemcsak a vas- és mangán kicsapatás történik meg, hanem a víz ízét és szagát is javítja és a víz elszíneződésének csökkentését valamint a flokkulánsok hatékonyságát is segíti. És mindemellett nincsenek olyan melléktermékek, mint a klór használata esetén. A klór-dioxid (ClO 2 ) savas közegben erőteljes oxidálószer (7-es ph alatt). Képes a vas és mangán oxidációjára, a kellemetlen szín, szag és íz csökkentésére és a fertőtlenítésre is. Azonban használata során a vízben nemkívánatos melléktermékek keletkeznek: a klorit-ion, ClO 2 - és a klorát-ion, ClO 3 -. A nagyon erősen toxikus kloritra a WHO 1993-as ajánlása 200 µg/l-es maximális értéket ad meg. Ez pedig 0,5-2,0 mg/l-es maximálisan adagolható ClO 2 koncetrációt jelent. Ez egy igen alacsony koncentráció, tehát a melléktermékek jelentősen korlátozzák a klórdioxid alkalmazását. Kálium-permanganátot sokfelé használják a vas ill. a mangán oxidációjára. Használható a kívánt szín, szag, íz elérésére is, azonban ebben az esetben relatíve magas dózis alkalmazása lehet szükséges. Az oxidáció ph-függő, az 5,5-9,0 tartományban gyors. Sebessége az oldott mangán koncentrációtól függ. A hipoklórossav (HOCl) is képes a mangán oxidálására, de csak lassan, nehezen. A folyamat végbemegy, de időigényes, néhány óra kell hozzá, ezért technológiailag nem megfelelő. A mangán klórral történő oxidációjához lúgos közegre, lehetőleg 8,0 feletti ph-ra van szükség. Még ph=9,0 esetén is a folyamat jóval lassabb, mint egy erősebb oxidálószer, pl. a KMnO 4 jelenlétében. Klórt csak akkor alkalmaznak, ha THM képződés valószínűsége kicsi. A mangán eltávolítását az oldat hőmérséklete is jelentősen befolyásolja, alacsonyabb hőmérsékleten a folyamat lassú. Tehát a szabad klór nem tekinthető hatékony oxidálószernek a Mn eltávolítása szempontjából. A mangán erős oxidálószerek nélkül is eltávolítható, ha a vizet kálium-permanganáttal előkezelt szűrőrétegen bocsátják át. A szűrőhomok a KMnO 4 hatására kissé redukálódik és MnO 2, mangán-dioxid (barnakő) bevonat keletkezik a homokszemcsék felületén. Amikor a mangános vizet ráengedik a szűrőre a mangán-oxid katalizátorként viselkedik és az oldott állapotú mangán a levegő oxigénjének hatására oxidálódik az oxidált mangán felületén. Ahhoz, hogy ez a folyamat így lejátszódjon folyamatosan meg kell újítsák a MnO 2 réteget, tehát folyamatos KMnO 4 (vagy más oxidálószer, pl. klór) adagolásra van szükség. Amennyiben rövid távon túl sok kálium-permanganátot adagolnak a vízhez az sem okoz problémát, mert a szűrő a többletet kiszűri. Ha oxidálószer nincs jelen, a szűrőre vezetett Mn(II) eltávolítást az adszorpció biztosítja. A szűrő kimerülését a rendelkezésére álló adszorpciós helyek Mn(II)-vel való telítődése okozza. A savas állapot az oxid-felület eltávolító mechanizmusát nagymértékben gátolja vagyis az adszorpciós kapacitást csökkenti. A vegyszeres oxidáció hatékonyságát a ph, a hőmérséklet, az adagolt oxidálószer mennyisége, a reakció idő és egyéb anyagok jelenléte - amik módosítják a kívánt reakciót - befolyásolják. Kémiai kicsapatás: A vízben oldott mangán(ii) vízben rosszul oldódó mangán(iv)-gyé alakításával a mangán a vízből kicsapódik. Fázisszétválasztás: Ülepítéssel vagy egy- vagy többrétegű szűrővel történhet. Az ülepítés során a vízben lévő szilárd részecskéket összegyűjtik a vízoszlop alján. A flokkuláció pelyheinek eltávolítására és a szűrés hatékonyságának növelésésre is alkalmazható ez az eljárás. Az ülepítés ülepítő medencében történik. A sűrűségbeli különbségek, szél és buborékok jelenléte, a turbulens áramlás csökkenti az ülepítés hatékonyságát. A szűrés vízben lévő lebegő szemcsés anyagok eltávolítására szolgál. Általában agyagot, iszapot, kolloidokat, kicsapatott szerves anyagokat, a koaguláció és a mészlágyítás 19