Vízellátás - csatornázás tantárgy programja Tartalomjegyzék TARTALOMJEGYZÉK 1 IRODALOMJEGYZÉK A TANANYAG ELSİ RÉSZÉHEZ 4 A VÍZELLÁTÁS CSATORNÁZÁS TÁRGY PROGRAMJA 5 A tananyag 1. része 5 A tananyag 2. része 5 A VÍZ TULAJDONSÁGAI 6 1. A víz fizikai tulajdonságai 6 2. A víz kémiai tulajdonságai 9 3. A víz biológiai, bakteriológiai tulajdonságai 12 A VÍZ ELİFORDULÁSA A TERMÉSZETBEN 13 1. A Föld, mint reakciótér 13 2. A víz a Földön 14 3. A vízszerzés lehetıségei 17 VÍZTERMELÉS KUTAKKAL 23 1. Történeti áttekintés 23 2.1. Ásott kutak 24 2.2. Süllyesztett kutak 26 2.4. A vert kutak 28 2.5. Az aknakút 29 2.6. A törpe csápos kút 32 2.7. Fúrt kutak - csıkutak 33 2.8. A mélyfúrású kút 34 3. A nyersvíz szállítása a kezelıtelepre 36 A TERMÉSZETBEN ELİFORDULÓ VÍZ TISZTÍTÁSA 37 1. Elızetes áttekintés 37 2. Tisztítóberendezések és technológiák 38 2.1. Gerebek 38 2.2. Dob- és szalagszőrık 40 2.3. Homokfogók 41 2.4. Ülepítık 42 1
2.5. Derítı medence 44 2.6. Szőrık 45 3. Vízben oldott szennyezıanyagok eltávolítása 47 3.1. Savtalanítás /CO 2 / 47 3.2. Vastalanítás 49 3.3. Mangántalanítás 50 3.4. Vas- és mangántalanítás 50 3.5. Csírátlanítás 51 A VÍZ MENNYISÉGÉNEK MÉRÉSE 52 1. Történeti elızetes 52 2. A vízmérık feladata 52 3. A vízmérık osztályozása különbözı szempontok szerint 53 3.1. Az áramló közeg szerint 53 3.2. Az áráramló közeg hımérséklete szerint 53 3.3. A mozgó alkatrészek szemszögébıl 53 3.4. A vízmérı feladata szerint 55 3.5. A vízmérık pontossága szerint 57 3.6. Osztályozás beépítési helyzetük szerint 61 3.7. A csatlakozás, a kötési mód szerint 62 3.8. Rendszerük, felépítésük szerint 62 4. Vízmérıhely kialakítása 69 5. A vízmérık okozta ellenállás 72 6. A vízmérı kiválasztása 72 VÍZLÁGYÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK 73 1. A vízben lévı szennyezı anyagok káros hatásai egy gızkazánházban 73 1.1. Ca- és Mg-sók 73 1.2. A kolloidálisan finom szemcsézető lebegı anyagok 74 1.3. Oldott szerves anyagok és sók 74 1.4. Alkalikus vegyületek 74 1.5. Oldott gázok 74 2. A kazánkı képzıdés folyamata 76 3. A keménységet okozó sók káros hatása a főtési rendszerekben 77 4. Vízlágyítási technológiák 78 4.1. Vegyszeres vízlágyítás 78 4.2. Ioncserés vízlágyítás 80 4.3. Fizikai eljárások 83 4.4. Termikus vízlágyítás 83 5. Termikus gáztalanító berendezés 84 HÁZI VÍZELLÁTÓ BERENDEZÉSEK 86 1. A lehetséges mőszaki megoldások 86 2
2. Atmoszférikus magastartályos házi vízellátó rendszer 87 3. Nyomólégüstös házi vízellátó berendezés 90 3.1. Szabad vízfelszínő nyomólégüstös házi vízellátó berendezés 90 3.2. Membrántartályos házi vízellátó berendezés 95 4. Összefoglalás 96 IRODALOMJEGYZÉK A TANANYAG 2. RÉSZÉHEZ 97 A TANANYAG 2. RÉSZE 98 NYOMÁSFOKOZÓ BERENDEZÉSEK 99 1. A nyomásfokozó berendezés feladata 99 2. A nyomásfokozás mőszaki berendezései 99 2.1. A nyomásfokozó berendezések csoportosítása 101 2.2. Nyomásfokozás nyomólégüstös berendezéssel 104 2.3. Nyomásfokozás atmoszférikus magastartállyal 110 2.4. Közmő kiegyenlítı medencék 113 2.5. Szivattyús megoldások 114 3. Nyomásfokozó berendezések számítása 118 3.1. Alkalmazott jelölések 118 3.2. Nyomásviszonyok értékelése, nyomászónák kialakítása 119 3.3. Nyomólégüstös nyomásfokozó berendezés számítása 122 3.4. Új szempontok a tervezési munka során 128 3.5.Tervezési irányelvek a DIN 1988/5 elıírásai szerint 129 3.6. Atmoszférikus magastartályos berendezés számítása 136 4. Nyomásfokozó berendezések ipari alkalmazása 139 ÉPÜLETEK VÍZHÁLÓZATÁNAK KIALAKÍTÁSA, MÉRETMEGADÁSA 147 1. Vízhálózati rendszerek kialakítása, tervezési szempontok 147 1.1. Közmőre történı csatlakozás, bekötıvezeték, külsı alapvezeték 151 1.2. Épületen belüli alapvezeték, felszálló- és ágvezeték 160 1.3. Vízvezetéki szerelvények, berendezések 169 2. A vízhálózat méretezése 173 2.1. Méretezési alapadatok 174 2.2. Kisebb épületek csıhálózatának megadása 176 2.3. A hidraulikai számítás elve, menete 178 2.4. Méretmegadás nomogramok felhasználásával 182 2.5. A méretezés lehetısége számítógépes programokkal 183 3. Rézcsöves rendszerek 184 3.1. Rézcsöves vízhálózat kialakításának tervezési szempontjai, mőszaki megoldások 184 3.2. Lakóépületek vízhálózatának hidraulikai számítása német szakmai elıírások szerint (olvasmány) 185 ÉPÜLETEK CSATORNAHÁLÓZATÁNAK KIALAKÍTÁSA 193 1. A csatornahálózat kialakítása, tervezési szempontok 193 1.1. A szennyvíz és a csapadékvíz elvezetésének általános szabályai 193 1.2. A csatornahálózat kialakításának tervezési szempontjai 198 3
1.3. Csatornázási szerelvények 209 1.4. Csatornázási rendszerelemek (ACO) 213 2. Magasépületek csatornázási problémái 214 2.1. Problémafelvetés 214 2.2. Mőszaki megoldások 214 2.3. Ábrák 216 TÜZIVÍZ HÁLÓZATOK 219 1. Általános elıírások 219 2. Külsı tüzivíz hálózatok 221 3. Belsı oltóvíz hálózatok 224 4. Önmőködı zuhanyberendezés /Sprinkler/ 226 5. Záporberendezések 230 Irodalomjegyzék a tananyag elsı részéhez (1) dr. Jakab Zoltán: Kompresszoros hőtés I. II. Budapest, Magyar Mediprint Szakkiadó Kft. 2000 (2) Tóth Péter: Épületek vízellátása, csatornázása és gázellátása I., Mőszaki Konyvkiadó, Budapest, 1984 (3) Erdısi István: Vízellátás és csatornázás, Tankönyvkiadó Budapest, 1981 (4) Kereszty Balázs: Vízellátás csatornázás, Mőegyetemi Kiadó, Budapest, 1995 (5) Vízellátás és csatornázási adatok, Szerk.: Völgyes István, Mőszaki Könyvkiadó, Budapest 1986 (6) Ballai Marton: Épületek vízellátása, csatornázása, gázellátása, Mőszaki Könyvkiadó, Budapest, 1977 (7) Lehmann János: Vízmérık kiválasztása (1. rész) Magyar Épületgépészet, 1998 No. 5 pp. 33-35 (8) Lehmann János: Vízmérık kiválasztása (2. rész) Magyar Épületgépészet, 1998 No. 11 pp. 11-12 (9) Lehmann János: Vízmérık kiválasztása (3. rész) Magyar Épületgépészet, 1999 No. 1 pp. 25-27 (10) MOM Vízméréstechnika Rt. termékkatalókusai (11) Meszlényi Zoltán: Központi főtések töltıvizérıl, Magyar Installateur 2002 No.8 pp 15-17 (12) Meszlényi Zoltán: A vízkı "jó" hıszigetelı, Magyar Installateur 2002 No.8 p 18 (13) Meszlényi Zoltán: Gázos fogyasztóvédelem, Magyar Installateur 2002 No.8 pp 12-13 (14) Kozma Gyula: Újszerő megoldások a házi vízellátásban Magyar Épületgépészet 1996. No. 6 pp.9-10 (15) Wilo, Grundfos és Flamco termékkatalógusok, 4
A tananyag 1. része - A víz tulajdonságai - A víz elıfordulása a természetben - Víztermelés kutakkal - A természetben elıforduló víz tisztítása - A víz mennyiségének mérése - Vízlágyítási technológiák - Házi vízellátó berendezések A vízellátás csatornázás tárgy programja A tananyag 2. része - Nyomásfokozó berendezések - Épületek vízhálózatának kialakítása, méretmegadása - Épületek csatornahálózatának kialakítása - Tüzivíz hálózatok 5
A víz tulajdonságai 1. A víz fizikai tulajdonságai - Megjelenés A tiszta víz átlátszó, szagtalan, íztelen folyadék. A mindenkori hımérséklet- és nyomásviszonyoktól függıen szilárd /jég/, folyékony és gáznemő /gız/ halmazállapotú lehet. Oldott /pl. alkohol/, emulgeált vagy szuszpendált formában folyékony, gáz és szilárd anyagokat tartalmazhat. Ezek az oldott anyagok a levegıbıl, a talajból, a meder fenekébıl, a vízgyőjtı terület felszínérıl jutnak a vízbe. Emulzió: két egymással nem keveredı folyadékból, például olajból és vízbıl álló rendszer. Az egyik folyadék részecskéi a másikban olyan finoman vannak eloszlatva /emulgeálva/, hogy szabad szemmel egynemőnek /homogénnek/ látjuk /ilyen pl. a tej/. Szuszpenzió: olyan folyékony - szilárd rendszer, ahol a folyadékban igen apró szilárd részecskék vannak egyenletesen szétoszlatva /szuszpendálva/. A szuszpendált szilárd részecskék mérete 500 mµ felett van. Ha a szilárd részecskék mérete ennél kisebb, 1-500 mµ közötti, akkor szuszpenzoidról beszélünk. - Sőrőség, viszkozitás A sőrőség és a viszkozitás a folyamatok kinematikáját, az ülepítést, a derítést, a szemcsés anyagon keresztüli szőrést, a transzport folyamatokat stb. egyaránt befolyásolják. A tavakban, tározókban a konvektív áramlást, a hımérséklet szerinti rétegzıdést, a folyadékok ellenállását stb. közvetett formában, tehát a víz kémiai és biológiai minıségét is alakítják. A tengervíz nagy sótartalma miatt nagyobb a sőrősége, emiatt könnyebben fennmarad a víz felszínén az úszó ember. A tengervíz sótartalma a földrajzi helyzettıl csaknem függetlenül közel állandó, mintegy 3,5 %. Fı komponensei a nátrium és a klorid ionok, kisebb mennyiségben a magnézium, kalcium, kálium és a szulfát ionok. A sótartalom sőrőségnövekedést, szennyezıdést jelent a kémiailag tiszta vízre és ez fagyáspont csökkenést és forráspont emelkedést jelent. A víz fagyáspontja és forráspontja nemcsak a nyomás, de a szennyezıdés mértékének is függvénye. Ezért tapasztalhatjuk pontos hımérséklet mérés esetén azt, hogy azonos légköri nyomás mellett valamivel magasabb hımérsékleten kezd forrni a csapolóból kivett víz, mint a desztillált, kémiailag tiszta víz. A tengervíz fagyáspontja átlag -2,12 C. A víz sőrősége a víz hımérsékletétıl függıen változik. A folyékony víz legnagyobb sőrőségét 3,98 C-nál éri el. 6
- Hımérséklet A természetes vizek, vízkészletek hımérsékleti viszonyai eredetük szerint különbözıek. - A felszíni vizek hımérséklete a hidrológiai viszonyoktól függıen erısen ingadozó. - A talajfelszín alatti ún. talajvizek hımérsékletére a külsı viszonyok már kisebb hatással vannak. - A mélyebb szintek felé haladva a víz hımérséklete egyre állandóbb, - A geotermikus viszonyoktól függıen elıfordulhat, hogy a mélyebb rétegekben, néhány száz, esetleg 1.000 m körüli mélységben magas hımérséklető, akár 80-100 C-os vízkészletek találhatóak. - Szag és íz A víz szaga és íze a benne oldott gázoktól és sóktól függ. A víz szagát és ízét befolyásolják még a vízben található tömegesen elpusztult mikroorganizmusok, szerves anyagok, H 2 S /kénhidrogén/ gáz a bomlási folyamatok során. Az oldott sók közül a kalciumszulfát /CaSO 4 / fanyar, a nátriumklorid /NaCl/ sós, a magnéziumszulfát /MgSO 4 / kesernyés ízt ad a víznek. - Szín A természetes tiszta víz színe, ha a víz rétegvastagsága kicsi, színtelen, ha a vastagság nagy, halványkékes színő. A víz látszólagos színét a vízben található színes szuszpendált lebegı anyagoktól kapja. A víz tényleges színét a benne lévı oldott anyagok, a házi és az ipari szennyvizek határozzák meg. - Zavarosság, lebegıanyag tartalom A víz zavarosságát a benne lévı szuszpendált anyagok idézik elı - Fényabszorpció A napfény víz általi elnyelıdése /abszorpciója/ a következı szempontok miatt fontos: a fotoszintézis energiatároló folyamat, amelynek során szervetlen anyagokból /CO 2 és H 2 O/ a klorofillt tartalmazó zöld növények a napfény energiájának felhasználásával szerves anyagot /glükózt/ építenek fel és emellett még oxigén /O 2 / is keletkezik: 6 CO 2 + 6 H 2 O C 6 H 12 O 6 + 6 O 2-4.187 kj A nap sugárzó energiájának hatására tehát az energiában szegény széndioxidból /CO 2 / és vízbıl /H 2 O/ energiában gazdag glükóz /C 6 H 12 O 6 / és oxigén keletkezik. Ez tette, illetve teszi lehetıvé a napenergia felhalmozódását a jelenlegi élılényekben és a korábban élt szervezetekben /kıszén, kıolaj/. 7
A növények csak a vörös, az ibolya és a kék színő fényt hasznosítják. Ez a klorofill fényelnyelési sajátosságaival van összefüggésben. A fotoszintézist már rövid idejő megvilágítás is elindítja, ezután az átalakulási folyamatok egy ideig sötétben is folynak. az egyes baktériumok és más élı szervezetek a napsugárzás hatására elpusztulnak, a víz természetes színe a fotokémiai hatásokra színtelenedik öntisztulás - Kalorikus jellemzık A víz kalorikus jellemzıi állandó értékőek - a víz fajhıje 4,187 kj/kg K - a víz fagyáshıje 334,94 kj/kg - a víz párolgáshıje 2.260 kj/kg - a jég fajhıje 2,093 kj/kg K. A négy jellemzı közül kettı, a víz és a jég fajhıje hımérsékletfüggı adat. A fentiekbıl kitőnik, hogy a víz kitőnı hıszabályozó közeg, ennek megfelelıen a külsı hıközlést tárolni képes. Az épületgépészeti rendszerekben ennek különös jelentısége van. 8
2. A víz kémiai tulajdonságai Kémiai értelemben tiszta víz a természetben nem fordul elı. A vízmolekula képlete : H 2 O. - Biokémiai oxigénigény /BOI/ Az az oldott oxigénmennyiség mg/l-ben, amely a vízben lévı szerves anyagok aerob baktériumok általi lebontásához bizonyos idıtartam és hımérséklet mellett szükséges. - A kémiai oxigénigény /KOI/ Az az oldott oxigénmennyiség, amely a szerves anyagok kémiai oxidációjához szükséges. KOI > BOI - A víz p H értéke A p H a hidrogénion /H + / koncentráció tízes alapú negatív logaritmusa. A kémiailag tiszta víz nem elektrolit, mégis kismértékben vezeti a villamos áramot. A vezetıképességet a vízmolekulák disszociációja útján keletkezı hidrogén /H + / és hidroxil /OH - / ionok okozzák: H 2 O H + + OH A kémiailag tiszta vízben a H + és a OH - ionok koncentrációja egyenlı, azaz a víz semleges kémhatású: p H = -lg H + = -lg 10-7 = 7 Idegen anyagok jelenléte ezt az egyensúlyt megbonthatja és H + vagy OH - többlet keletkezik. Ennek megfelelıen a víz savas vagy lúgos kémhatású lesz. a víz semleges kémhatású, ha a p H = 7, a víz savas kémhatású, ha a p H < 7, a víz lúgos kémhatású, ha a p H > 7, ill. p H 14 A p H értéke indikátorral határozható meg, például lakmusz papírral. A tengervíz p H -ja 7,5. 8,3 között változik. Ezeket az értékeket részben az atmoszféra széndioxid tartalma, részben az oldott karbonátok /pl.kalcit, aragonit/ állítják be. 9
- A keménység A természetes vizek keménységét a bennük lévı kalcium és magnézium ionok /sók/ okozzák. Az összes keménységet két összetevı alkotja: - a karbonát, vagy változó keménységet okozó sók forralással eltávolíthatóak, miközben kémiai összetételük megváltozik magnézium-hidrogénkarbonát; Mg/HCO 3 / 2 kalcium-hidrogénkarbonát; Ca/HCO 3 / 2 - a nem karbonát, vagy állandó keménységet okozó sók forralással csak igen kis mértékben távolíthatók el. Az ilyen módon kiváló só megtartja kémiai összetételét magnéziumklorid; MgCl 2 magnéziumszulfát; MgSO 4 kalciumklorid; CaCl 2 kalciumszulfát; CaSO 4 A víz keménységének igen fontos szerepe van az épületgépészeti gyakorlatban. A legnagyobb gondot a vízkı következı tulajdonságai okozzák: - hıvezetı képessége rosszabb, mint az acélé, ezért pl. ha a radiátor belsı felületén megtapad, hıszigetelı hatása van, - elısegíti a fémek korrózióját különösen nagyobb nyomáson és hımérsékleten, - hıtágulása eltér az acélétól, ezért a gızkazántestre kiváló vízkıréteg egyenlıtlenül lepattoghat, ezzel káros hıfeszültséget okozhat a gızkazán acél szerkezeteiben, A kemény vízben rosszul habzik a szappan, kevésbé érvényesül annak tisztító hatása. A tiszta csapadékvízben azért szerettek régen az asszonyok mosni, mert a lágy esıvízben jól habzik a mosószer. A hazai gyakorlatban a keménység mérıszáma a német keménységi fok: nk. 1 német keménységi fokú az a víz, amelynek 1.000 ml-ében 10 mg kalciumoxiddal /CaO/ egyenértékő kalcium és magnézium só van oldott állapotban. Az ivóvíz azért oltja a szomjunkat, mert megfelelı mennyiségben és arányban tartalmazza a változó és az állandó keménységő sókat. Az ivóvíz legalább 8 nk -nak megfelelı összes keménységet tartalmazzon és ebbıl a karbonát-keménység legalább 2 nk -ot képviseljen. Külföldön ismertek a keménység meghatározásának más mérıszámai is: - angol keménység fok: 1 nk = 1,25 angol keménységi fok, - francia keménységi fok: 1 nk = 1,79 francia keménységi fok, - orosz keménységi fok, - Lúgosság A természetben elıforduló vizek szinte kivétel nélkül lúgos kémhatásúak, amit a vízben lévı - hidrokarbonátok, valamint - a nátrium- kalcium- és magnéziumhidroxidok okoznak. 10
- Széndioxid /szénsav/ tartalom A széndioxid /CO 2 / a víz és a levegı érintkezése, valamint a talajban és a vízben lejátszódó biológiai, kémiai folyamatok révén kerülhet a vízbe. A szabad széndioxidnak /a vízben szénsavnak/ két disszociációs foka van: CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 H 2 CO 3 H + + HCO 3 - H 2 CO 3 2H + + CO 3 2- A természetben elıforduló víz széndioxid /szénsav/ tartalmának az épületgépészetben amiatt van jelentısége, mert a szénsav agresszív, megtámadja a mésszel, betonnal és fémmel készült szerkezeteket. Emiatt kell például az ipari gızkazánok tápvizébıl eltávolítani a gázokat, így a széndioxidot is, mielıtt a tápvíz a kazánba kerül. 11
3. A víz biológiai, bakteriológiai tulajdonságai - A víz biológiai közössége A vízben található élılények életközösséget alkotnak, melyek tagjai az anyag- és energiaforgalomban betöltött szerepük szerint csoportosíthatók: - A termelı /producens/ szervezetek szervetlen anyagokból, vízbıl, széndioxidból a klorofill és a napfény energia segítségével szerves anyagot /cukrot/ hoznak létre /fotoszintézis/. Ide tartoznak a zöld növények. - A fogyasztó /consumens/ szervezetek a termelı szervezetek által elıállított szerves anyagot építik be testükbe. Ide tartoznak a klorofill nélküli növények, a gombák, az állatok. - A lebontó /reducens/ szervezetek az elhalt termelı és fogyasztó szervezeteket és ürülékeiket bontják le szervetlen anyagokká. Így újra hozzáférhetıvé teszik azokat a termelı szervezetek számára. Ide tartoznak a baktériumok. - A bakteriológiai minısítés célja a minıségi vizsgálat során megállapítják, van-e, és ha igen, milyenek a vízben található baktériumok, a mennyiségi vizsgálatok a vízben élı baktériumok mennyiségét határozzák meg. - A Coli baktériumok A Coli baktériumok az ember bélrendszerébıl kerülhetnek a természetben található vízbe. A Coli baktérium a vastagbél baktérium flórájának fontos tagja, a szennyvízzel kerülhet a vízbe. A bélcsatornából kikerülve hólyaghurutot, csecsemıkori bélhurutot okozhat. A vizsgált víz kifogásolható, ha 100 cm 3 -re vonatkoztatott Coli baktériumszám: - klórozott vezetékes ivóvíz esetén 0,4 feletti, - klórozatlan vezetékes ivóvíz esetén 2,0 feletti, - fúrt kút esetén 4,0 feletti, - ásott kút és egyéb természetes ivóvíz esetén 20,0 feletti. A vizet egészségügyi szempontból a kóli-titer alapján minısítik. A kóli-titer az a legkisebb vízmennyiség cm 3 -ben, amibıl a Coli baktérium kitenyészthetı. Minél nagyobb ez a vízmennyiség, annál tisztább a víz. A vonatkozó elıírások szerint, ha 1 Coli baktérium található - 100 cm 3 vízben, a víz tiszta, - 10 cm 3 vízben, a víz elég tiszta, - 1 cm 3 vízben, a víz gyanús, - 0,1 cm 3 vízben, a víz fertızött, nem iható. - Az összcsíraszám A bakteriológiai minısítés másik módja az összcsíraszám meghatározása. Ebbe a fogalomkörbe különbözı elnevezéső bakteriológiai fertızık tartoznak. Ezek közül a leggyakoribb a pszeudomonasz, amely gyomorfekélyt okoz. 12
A víz elıfordulása a természetben 1. A Föld, mint reakciótér A Föld kémiai értelemben zárt rendszer, amely környezetével energia és anyagcserét folytat. A Föld teljes felületébıl - 70,8 " vízfelület, - 29,2 % szárazföld. A Föld mérések és megfigyelések számára közvetlenül észlelhetı részét ún. szféráknak nevezzük: - Az atmoszféra a Föld össztömegének elhanyagolható része: 0,0001 %-a. - A hidroszféra a tengerek, óceánok, folyók térsége, a Föld tömegének 0,03 %-át képviselik. - A litoszféra /kızetöv/ a szilárd felsı réteg mintegy 70-100 km vastagságú része. Ma megfigyelhetı a felsı 16 km-es réteg. - A bioszféra, ill. ökoszféra a Föld azon térségeinek összessége, ahol életjelenség tapasztalható, vagy valószínő. - A pedoszféra /talajzóna/ a mikroorganizmusok, a növények és az állatok életteréül szolgál. A pedoszféra intenzív anyag- és energiecsere színhelye, a litoszféra, a hidroszféra és az atmoszféra érintkezési felülete. A pedoszféra állandó átalakulásnak van kitéve. 13
2. A víz a Földön A víz kereken 1,38 10 18 t /7,65 10 22 mol/ összes tömegével a földfelület leggyakoribb molekuláris vegyülete. Sok élılény jórész vízbıl áll, közöttük az ember is. Az emberi szervezetben mintegy 60 %-ot tesz ki. Sok iparág számára a víz egyidejőleg nyersanyag, segédanyag, szállítóközeg. A vízmennyiség 97 %-a az óceánokban foglal helyet. A legjelentısebb édesvíz elıfordulásokat a sarkvidéki jég és a gleccserek képezik. A talajvíz és a felszíni vizek azok a legfontosabb források, amelyekbıl vízszükségletünket fedezzük. Jelenleg a világ összes éves édesvíz fogyasztása több, mint 3.000 km 3. A természetes vízelıfordulásokra két jellemzı megállapítást tehetünk: - A minıségileg legjobb, legnagyobb tartalékok az emberi civilizációtól messze találhatók, s ily módon közvetlenül csak jóval kevesebb, mint 1 % -ukat használhatjuk fel. - A felhasználható víztartalékok a víz körforgása révén állandóan megújulnak, ami szoros kapcsolatban van a földfelület hıháztartásával. - A víz globális körforgása nem más, mint a napenergia által mőködtetett hatalmas desztillációs folyamat, amelynek anyagforgalma évenként mintegy 423.000 km 3. Az óceánok az atmoszférán keresztül évente a szárazföldre 37.000 km 3 vizet küldenek, melyet a szárazföld folyók segítségével hasonló mennyiségő vízzel kompenzál. A vízcsere az óceánok mélyebb és felületi rétegei között olyan intenzív, hogy a tengerbe ömlı édesvíznek az óceánok felületi rétegeinek összetételére legfeljebb csak regionális hatást gyakorol. Ezek a felületi rétegek a biológiai aktivitás színterei. 14
A víz körforgása a természetben (az anyagáram 10 3 km 3 /a egységben van megadva) 15
- A Föld vízkészletei Vízforrások Óceánok - felületi réteg - mélytengerek Sarkvidéki jég Mennyiség Közepes tartózkodási 10 15 m 3 Idı /a -1 / [1/év] 1.340 57 80 1.283 1.600 28 5.000 és gleccserek Talajvíz 8 600 Tavak és folyók 0,2 7 Atmoszféra 0,0015 0,0036 Összesen 1.376 16
3. A vízszerzés lehetıségei A vízellátás céljait szolgáló víz eredete lehet: - felszínalatti, - felszíni és - újrafelhasznált. - A felszínalatti vizek minısége általában ivóvíz minıségő, vagy viszonylag egyszerő tisztítással azzá tehetı, pl. vastalanítással, mangántalanítással, savtalanítással, gáztalanítással, fertıtlenítéssel. A felsorolt tisztítási technológiák közül több egy berendezésben egy idıben végrehajtható. - A felszín közeli víz /talajvíz/ kapcsolata a hidrológiai tényezıkkel /pl. csapadék utánpótlás, párolgás/ szoros, ezért a víztermelést érintı sajátosságai /pl. a termelhetı vízmennyiség, a vízfelszín szintje/ változók. Fizikai, kémiai tulajdonságaikra a környezet hatása /települések, mőtrágyák szennyezése/ elég szoros, ivóvízként való hasznosítását nehezítik. - A rétegvíz, a mélységi víz minısége /pl. artézi víz/ általában kedvezı és állandó, védettnek tekinthetı. Az emberi tevékenység hatásától lényegesen jobban védett, mint a felszín közeli talajvíz. 1. ábra A talaj rétegzıdése víztartó fedıréteggel (balra) és vízzáró fedıréteggel (jobbra) 17
- A hegységi területek forrásvizei általában ivóvíz minıségőek, hazai jelentıségük kicsi. - A karsztvíz és hasadékvíz kevésbé védett, mennyisége és minısége is változóbb lehet. A karszt belsejében mozgó és felhalmozódó föld alatti víz. A felszínrıl részben beszivárgással, részben víznyelıkön át jut a karszt hasadékaiba és járataiba. Ipari felhasználás esetében általában lágyítani, ivóvízként fertıtleníteni kell, mert a természetes szőrıréteg /kavics, homok/ hiányában nem tisztul meg kellıképpen. A hazai karsztvizek felhasználása különösen iparvidékeinken nagyarányú /Miskolc, Várpalota, Pécs/. - A partiszőrés átmenet a felszíni és a felszín alatti vízszerzés között. A termelt partiszőréső vizek minıségét a nyersvíz /pl. folyó/ minısége, a parti réteg víztisztító képessége, és a természetes úton pótlódó talajvíz minısége együttesen befolyásolja. A hazai felszín alatti vizek mennyisége általában korlátozott. Ezek a vízkészletek - a nagy vízmővek, - a regionális rendszerek egyedüli vízbázisa aligha lehet. - A partiszőrés A partiszőréső vízszerzést - a felszíni vizet övezı, durvább vízáteresztı képességő, - a felszíni víztérrel közvetlen hidraulikai és hidrológiai kapcsolatban lévı, - jó szőrıképességő képzıdmények, tehát a folyók üledékei, hordalékkúpjai, stb. teszik lehetıvé. A partiszőréső vízszerzésre alkalmas képzıdmények - vastagsága 8-10 m, kivételesen 10-30 m, esetleg néhányszáz m, - szélességi kiterjedésük is változó, helyenként csak a partmenti keskeny sáv, máshol a parttal párhuzamos 200-300 m. A víz mozgását a folyók természetes állapotú parti sávjában a következı természetes adottságok együttesen határozzák meg: - a folyók vízállása, - a parti sávval még hidraulikai, hidrológiai összeköttetésben lévı terület beszivárgás viszonyai. Ha a parti sáv nincs megcsapolva, a víz mozgása kétirányú. Mesterséges megcsapoláskor az uralkodó mozgásirány a csapolóberendezések felé irányul. A partiszőrés lassúszőrési folyamat, ami azt jelenti, hogy a beszivárgó felszíni víz a fizikai, a kémiai és a biológiai részfolyamatok révén tisztul meg. A partiszőrés csak a kisebb mértékben szennyezett nyersvizet, folyóvizet illetve a beszivárgó háttérvizet képes megtisztítani. Ha a felszíni víz vagy a háttérvíz szennyezettsége elér egy kritikus értéket, a partiszőrés öntisztító kapacitása nem gyızi a folyamatos tisztítást, kimerül. Ilyenkor a partiszőréső víz minısége nem felel meg az elıírásoknak, egyes komponensek vonatkozásában utótisztításra szorul. 18
A partiszőrés elınye, hogy - eredendıen természetes jellegő folyamat, a tisztítást a természet biztosítja, - a tisztulási folyamat a természet törvényei szerint zajlik, - költségmentes. - A felszíni víz A felszíni víz lehet - folyóvíz, - állóvíz /természetes tó/, - mesterséges tározó, - tengervíz. A felszíni vizekre a hidrológiai tényezık közvetlenül hatnak, tulajdonságait közvetlenül befolyásolják: hımérséklet, öntisztuló képesség, diffúziós folyamatok, fizikai, kémiai, biológiai tisztaság. A felszíni vizek közül a mesterséges felszíni tározók, pl. a mederbeli tározás, a völgyzárógátas tározás, a körtöltéses tározás biztosítják a legkedvezıbb vízgazdálkodást. Ezáltal a vízhozam- és vízminıség ingadozás miatti ellátási gondok jelentısen csökkenthetık, amennyiben jól választották meg a tározó helyét és gondos az üzemvitel. 3. ábra Nagyobb vízfolyásban, ha a vízmélység is elegendı, a vízkivétel a folyásirányba lefektetett szívócsıvel oldható meg. 19
A felszíni vizek általában nagy mennyiségő, de kevésbé tiszta víz termelésére alkalmasak. A felszín alatti vízforrásokhoz viszonyítva kisebbek a termelés, de nagyobbak a tisztítás költségei. Magyarországon általában a vízmővek elsıdlegesen a fenti körülményekre is tekintettel a felszín alatti, majd másodlagosan a felszíni vizek termelésére törekednek. Az országban vannak olyan területek, ahol a felszíni víz jelentıs hányadát képezi a vízmővek által szolgáltatott vízmennyiség egészét tekintve. Erre példa Debrecen, ahol a Keleti Fıcsatornából vesznek ki jelentıs mennyiségő vizet és tisztítás után hozzákeverik a mélyfúrású kutak vizéhez. A fogyasztói hálózatba már kevert víz kerül. - Vízminıségi határértékek A víznyerıhely jellegétıl független felszíni víz, talajvíz, védett rétegvíz ivóvízminıségi határértékek: Jellemzık Hımérséklet / C/ Lebegıanyag /mg/l/ p H Össz. sótartalom /mg/l/ Össz. keménység /nk / Határérték megfelelı tőrhetı 20 30 1 2 7,0-8,0 6,8-8,5 1.000 1.200 25 35 Megjegyzés kívánatos 7-15 minimum 5,0 A víznyerıhely jellegétıl függı ivóvízminıségi határértékek: Jellemzı KOI Klorid Ammónia Nitrit Víznyerı hely Talajvíz Felszíni víz Védett rétegvíz Talajvíz Felszíni víz Védett rétegvíz Talajvíz Felszíni víz Védett rétegvíz Talajvíz Felszíni víz Védett rétegvíz Határérték /mg/l/ megfelelı tőrhetı 2,5 3,5 3,5 4,5 10,0 15,0 80 80 250 0,1 0,2 1,0 0,1 0,1 0,5 100 100 350 0,2 0,5 2,0 0,3 0,3 1,0 20
- Az újrafelhasznált víz Az újrafelhasznált víz egyszer, vagy többször már használt víz. Erre lehetıség leginkább a termelı ipari üzemekben van, ahol egy technológiai folyamatról viszonylag tisztán lekerült vizet ugyanott, vagy egy másik folyamatban különösebb tisztítás nélkül tovább használhatnak. Egy technológiai folyamatot megjárt vizet, bármennyire tiszta is, az ivóvízhálózatba visszajuttatni, vagy ivóvízként felhasználni nem szabad. Példa az ipari célú újrafelhasználásra: - egyszer történı újra hasznosítást jelent a padozat tisztogatás, WC-k öblítıvizeként történı hasznosítás, átfolyó rendszerő gépi hőtıvíz, kerti locsolás, stb. - többszöri felhasználást jelent a cirkulációs rendszerő gépi hőtıvíz /pl. szivattyúk, kompresszorok tömszelencéje, ill. hengerfej hőtés/, ipari ammóniás hőtırendszerek evaporatív kondenzátorainak hőtıvize, szökıkutak mőködtetése, illetve szökıkutak által történı víz visszahőtés. 4. ábra evaporatív kondenzátor (1) 1 ékszíjhajtású radiál ventilátor, 2 beszívórács, 3 cseppleválasztó, 4 hőtıközeg belépıcsonk, 5 csıkígyó, 6 kondenzátum kilépıcsonk, 7 víztálca, 8 szőrı, 9 szivattyú, 10 vízelosztó, 11 pótvízbevezetés, 12 túlfolyó, 13 leürítıcsonk, 21
Irodalomjegyzék: (16) dr. Jakab Zoltán: Kompresszoros hőtés I. II. Budapest, Magyar Mediprint Szakkiadó Kft. 2000 (17) Tóth Péter: Épületek vízellátása, csatornázása és gázellátása I., Mőszaki Konyvkiadó, Budapest, 1984 (18) Erdısi István: Vízellátás és csatornázás, Tankönyvkiadó Budapest, 1981 (19) Kereszty Balázs: Vízellátás csatornázás, Mőegyetemi Kiadó, Budapest, 1995 22
Víztermelés kutakkal 1. Történeti áttekintés A kútépítés nagyon régi tudomány, tulajdonképpen egyidıs az emberi kultúra történetével. Ott, ahol a civilizáció megjelent, vele egyidıben a kútépítés is jelentkezett, - mint a vízbeszerzés egyik fontos eleme, - mint a kultúra fontos alapfeltétele. A ma ismert egyik legrégibb kútleletünk a Gangesz völgyébıl való, mintegy 3-4.000 évvel korábbi idıkbıl. 1./ ábra Ásott kút (Ausztria, 1283) 23
2. Kúttípusok, a kútépítés általános menete Minden vízkitermelésre alkalmas kút tulajdonképpen három fı részbıl áll: - maga a kút, - a kútfej kiképzés, - a víztermelı eszköz. A kút győjti össze a vizet a felszín alatti rétegbıl és teszi lehetıvé, hogy a vízkitermelı eszközzel onnan vizet nyerjünk ki. A kútfej kiképzés arra való, hogy a vízkitermelı eszközöket tartsa, ill. a kutat a közvetlen külsı szennyezıdéstıl megóvja. Az elkészítés módja szerint a kutakat osztályozhatjuk: - ásott kutak, - süllyesztett kutak, - fúrott kutak, - vert kutak. Kutak csoportosítása rendszerük, felépítésük szerint: - ásott kutak /készítik ásással, süllyesztéssel/, - aknakút /készítik ásással, süllyesztéssel/, - csápos kút, törpe csápos kút, - csıkút /készítik fúrással/, - mélyfúrúsú kutak. 2.1. Ásott kutak Ásott kutaknak nevezzük azokat a kutakat, ahol - elıször kitermeljük valamilyen formában a kút gödrét a talajvízszint alá megfelelı mélységig és - utólag építjük bele a kút bélelését. A kút munkagödre az építés alatt vagy megáll magától, vagy dúcoljuk az építés alatt. Az ásott kút készítésével, vízadóképességével kapcsolatos adatok: - Az ásott kút készíthetı ásással, süllyesztéssel. - Az ásott kút 0,5-5 m 3 /d vízigény kielégítésére alkalmas, vele a terepszint alatt 12 m mélységen belül lévı vízadó réteg csapolható meg, általában a fenéken keresztül. - A talajtörés ellen 6-16 mm-es vegyes szemcséjő kavicsréteg védi a fenekét /30-50 cm vastagságban/. - A kút belsı átmérıje 0,8-1,5 m. - A kútgyőrőket egymásra telepítve, saját súlyukat felhasználva süllyesztik. - A talaj kietrmelése a talajvízszint alatti mélységbıl kézi erıvel lehetséges. 24