Vízminőségvédelem km18 24/25-es tanév I. félév 6. rész Dr. Zseni Anikó egyetemi adjunktus, SZE, MTK, ÉKI, Környezetmérnöki Tanszék rendszeres (folyamatos) Vízszennyezések típusai ipari üzemek kommunális és ipari szennyvíztisztítók települések mezőgazdaság rendkívüli (havaria szerű) természeti katasztrófák ipari katasztrófák műszaki hibák szabotázs akciók emberi felelőtlenség Vízszennyező anyagok Klasszikus vízkomponensek (természetesen is jelen vannak, feltétlenül szükségesek, mennyiségüktől függ, hogy szennyeznek, károsítanak-e vagy sem) sók, oldott oxigén, szervesanyag-tartalom, nitrogén- és foszforvegyületek Fertőzést okozó mikroorganizmusok vírusok, baktériumok Mikroszennyezők szerves és szervetlen Hőszennyezés A vízszennyező anyagok csoportosítása eredet szerint pontszerű diffúz megjelenési forma szerint felszínen úszó (mosószer-hab, festék, oldószer, alga-békalencse tömeg, szilárd hulladék, szemét, állattetem stb. vízben lebegő oldott a, a víz elszíneződése, szaga, lebegőanyagtartalma utal rá b, észrevehető elváltozást nem okoz, csak a bekövetkezett vízminőségi kár észlelhető (eutrofizáció, halpusztulás, stb.) Radioaktív szennyezés
kiömlő olajszennyezés lokalizálása A vízszennyező anyagok csoportosítása (folyt.) Foto : Haczai gazdasági ágazatok szerint települési: házi szennyvíz + csapadékvíz + települési csatornahálózatba bekötött ipari üzemek ipari: hűtővizek, technológiai használt vizek, üzemi szociális szennyvizek, az üzem területéről elvezetendő csapadékvizek mezőgazdasági: műtrágyák, növényvédő szerek, állattartó telepek szennyvizei (hígtrágya) közlekedési: tankhajó-katasztrófák, utakról lemosódó szennyező anyagok, szervízhálózatok olajtartalmú szennyvizei
Házi (háztartási) szennyvíz szerves anyagok (fehérjék, zsírok, cukrok, mosószerek, papír stb.), szervetlen anyagok (különféle sók, foszfátok, ammónia stb.) oldott vagy lebegő állapotban mikroorganizmusok, féregpeték járványügyi szempontból a házi szennyvíz a legveszélyesebb tisztítatlanul jellegzetesen bűzösek, színük sárgás-barna darabos, sárga, szürke, vagy fekete lebegőanyag-tartalmukról könnyen felismerhetők, megjelenésüket a mosószertől származó erős habzás kíséri gyakori kísérőjelenség a felszín bőrösödése és a felszínen úszó szilárd hulladék, szemét Ipari technológiai szennyvizek vegyipar: igen változatos szennyvizek: savas v. lúgos, olajszármazékok, szénhidrogének, zsírok stb. kohászat, gépipar: már a gyártás során ki kell vonni a veszélyes anyagokat élelmiszeripar: legszennyezettebb víz: a szesz- és takarmányélesztő ipar húsipar, tejipar: melléktermékek hasznosítása könnyűipar: legszennyezettebb víz: cellulóz-, bőr- és textilkészítő ipar bőrgyártás: magas üledék, zsír- és szulfidtartalom cellulózgyártás: barna szennyvíz (biológiai tisztítás kell) papírgyártás: fehér szennyvíz (elég a mechanikai tisztítás) textilkészítő üzemek: vegyi anyagok, színezékek, mosószerek stb. Vízminőségromlás ~: nem egy közvetlen szennyezés hatására kialakuló kedvezőtlen vízminőségi változás pl. oxigénhiány, eutrofizáció
Az oxigénhiány kialakulása nyáron: túlzott mértékben elburjánzott vízinövényzet nagyfokú bomlási, rothadási folyamatok télen: jégréteg akadályozza az oxigén víztérbe jutását jégrétegre hullott hó árnyékoló hatása egyéb okok: szerves és szervetlen szennyező anyagok vízbe jutása kedvezőtlen hidrometeorológiai helyzet az oxigénhiány kialakulása egyéb jelenségekkel is együtt járhat: a növényzet hirtelen rothadása, az iszap anaerob bomlása folytán kénhidrogén és ammónia keletkezik baktériumok, algák: mérgező anyagcsere termékeik keletkeznek Eutrofizáció ~: a vizek növényi tápanyagdúsulása által kiváltott biológiai reakció: a felszíni vizek elnövényesedése (algásodás, hinárasodás), azaz a víz trofitásfokának megnövekedése természetes és mesterséges hatásokra következik be jelzi: egyes planktonalgák időszakos, hirtelen elszaporodása (vízvirágzások) a tavi elöregedés jellemzője, feltöltődéshez vezet erózióval, deflációval a felszíni vizekbe jutó tápanyag (főként a N- és P-tartalmú műtrágyák) és a szennyvizek elősegítik a folyamatot Foto : Haczai Fotó : Haczai
Fotó : Haczai A vízszennyezés elleni védekezés lehetőségei a szennyezést csökkentő vagy megszüntető technológiai módosítás technológiai módosítás a víztakarékosság érdekében a víz többszörös (soros: az egyik lépcsőben kismértékben elszennyezett vizet egy következő technológiai lépésben felhasználnak) vagy ismételt (recirkulációs: pl. recirkulációs hűtővízrendszerek) felhasználása a szennyvizekben található értékes anyagok visszanyerése szennyvíztisztítás (szennyvizek összegyűjtése és tisztítása)
Szennyvíztisztítás I. mechanikai (elsődleges) tisztítás II. biológiai (másodlagos) tisztítás) III. fizikai-kémiai (harmadlagos) tisztítás I. Mechanikai tisztítás: cél: durva szennyezőanyagok, ülepíthető és finom lebegőanyagok eltávolítása 1. rácsok (durva szemét) Gépi tisztítású íves rács 2. homokfogó: szennyvíz sebessége lecsökken kb. 3 cm/s-ra, homokszemcsék kiülepednek Homokfogó a győri szennyvíztisztító telep homokfogójának épülete
rács: az épületben zsírfogó a levegőbefúvás ezeken a csöveken át történik (funkció: átkeverés) az olajfogót a homokfogótól elválasztó lemezek homokfogó (győri szennyvíztisztító) az üres homokfogó a homokfogóról kikerülő szennyvíz ezeken a csöveken jut a föld alatt az ülepítőmedencékbe Dorr-ülepítő 3. ülepítés ülepítőmedencék (Dorr-, Dortmundi-, Graever-ülepítő) 1 cm/s áramlási sebesség, iszapok leülepednek ülepítés elősegítése: flokkulálás: flokkulálószerekkel kisebb szemcséket összetapasztják, nagyobb szemcse már le fog ülepedni derítés: vegyszerekkel az oldott állapotú anyagokból csapadékot képeznek, ami leülepedik flotáció: vegyszer + alulról átbuborékoltatják a vizet, olaj-, zsírcseppek felülúsznak
iszapkaparó lemezek a szennyvíz itt folyik be az iszapkotró körbeforgó hídja a medence alja középpontosan enyhén lejt (iszapkotrás) a víz itt folyik ki a medencéből ülepítőmedence (Dorr-típusú) (győri szennyvíztisztító) üres ülepítőmedence (győri szennyvíztisztító) Függőleges átfolyású dortmundi-ülepítő Graever-ülepítő
II. Biológiai szennyvíztisztítás cél: szervesanyag-eltávolítás, nitrifikáció 1. mesterséges módszerek: a, csepegtetőtestes; b, eleveniszapos; + utóülepítés kell mindkettőnél 2. természetes módszerek: árasztásos, esőztető-öntözéses, tavas, növényágyas, élőgépes stb. biológiai módszereknél a szennyvíztisztítást mikroorganizmusok végzik: a szennyvíz szervesanyag-tartalmát lebontják, és életműködésükhöz felhasználják csepegtetőtestnél: biológiai hártya a töltő-szemcsék felületén eleveniszapos medence: pelyhes szerkezetű eleveniszapként lebegnek a vízben a mikroorganizmusok levegőztetés és utóülepítés mindkét módszernél szükséges Csepegtetőtest Vasbeton eleveniszapos medence (felülnézet) Természet-közeli szennyvíztisztítási technológiák Vizes rendszerűek: a győri szennyvíztisztító biológiai része (kicsi, a szennyvíztisztító bővítésével új biológiai egységet hoznak létre) csörgedeztetés (overland flow) szennyvíztisztító tavak - ülepítő (anaerob) tavak -nem levegőztetett (fakultatív tavak) -levegőztetett (aerob) tavak - utótisztító tavak úszó- vagy lebegőnövényes szennyvíztisztítás, Élőgépes (Living mashines) szennyvíztisztítás természetes vagy mesterséges nádastó (wetland)
Természet-közeli szennyvíztisztítási technológiák (folyt.) Szilárd hordozójú rendszerűek: szikkasztás öntözés: mezőgazdasági területen, erdőn homok vagy talajszűrés gyors beszivárogtatás gyökérzónás/növényágyas szennyvíztisztítás Tavas szennyvíztisztítás Alkalmazás: házi szennyvíz v. ahhoz hasonló ipari szennyvíz tisztítására A szennyvíztavak előnyei: tájba illő kialakíthatóság egyszerű, költségkímélő építési mód kevés gépi szükséglet csekély karbantartási költség a rendszeres üzemeltetési ellenőrzés mellett évente v. többévente jelentkező iszapeltávolítási igény nagy pufferkapacitás lehetőség csapadékvíz együttes kezelésére is Tavas szennyvíztisztítás A szennyvíztavak típusai A szennyvíztavak hátrányai: viszonylag nagy területigény ingadozó tisztítási teljesítmény az évszak- és időjárásfüggő változások miatt szagártalom lehetősége alkalmanként nagy algafejlődés, nemkívánatos algaelúszás Ülepítő (anaerob) tavak: nyers szennyvízből ülepíthető anyagok leválasztása, leülepedett iszap rothasztása csapadékvíz kezelés is tófenék mélypont felé lejt (h 1,5 m) rézsűburkolás bevezetéshez: elosztó berendezések (merülőfal, terelőfal) rács és homokfogó előtte 5%-os szerves szennyeződés csökkenés iszap kitermelés: rendszerint évente altalaj védelme, szigetelés átfolyási idő: legalább 1 nap V LE,5 m 3 /LE
A szennyvíztavak típusai LE = lakosegyenérték átlagos szociális feltételek között egy személy után keletkező szennyvízmennyiség (15-4 l/nap) biológiai tisztításához szükséges oxigén mennyisége, amit a BOI 5 alapján határoznak meg: ez a helyi adottságoktól függően 2-7 g O 2 /nap mértékegységül választott: 1 LE = 56 g O 2 /nap (BOI 5 -ben mért) Nem levegőztetett (fakultatív) szennyvíztavak nagy kiterjedés, csekély mélység (kb. 1 m) 1 LE alatt A LE 15 m 2 /LE biológiai tisztítás; csapadékvíz kezelése is O 2 bevitele csak természetes folyamatok által (klíma-függő) felső vízréteg rendszerint aerob fenekén ill. bevezetésnél: anaerob lehet 2-3 egységből álljon bevezetéseknél elosztó berendezések kifolyásoknál merülőfalak, szűrőgátak: úszó- és lebegő anyagok visszatartása átfolyási idő: 2 nap összekötő- és kifolyási berendezések: hetente ellenőrzés, tisztítás iszapeltávolítás: több évente A szennyvíztavak típusai A szennyvíztavak típusai Levegőztetett (aerob) szennyvíztavak nyers v. mechanikailag tisztított szennyvízzel táplálják biológiai tisztítás műszaki levegőztető berendezés területigény csökken 5 LE alatt célszerű két egymás után kapcsolt egység vízmélység: 1,5-3,5 m átfolyási idő: legalább 5 nap tisztító és fenntartási munkák iszapeltávolítás: 4-1 évente Utótisztító tavak biológiailag tisztított szennyvizekkel táplálják lebegő anyagok, maradék szerves terhelés, szervetlen tápanyagok, higiéniai állapot javul rendszerint mesterséges levegőztetés nélkül 1-2 m-es vízmélység holt terek ne legyenek (alga-elszaporodás) célszerű a tófelületet több független tóra osztani 1-5 napos átfolyási idő 5-1 évente iszapeltávolítás
Élőgépes szennyvíztisztítási technológia (Living machines) anaerob reaktor: nincs levegőbevitel szerves anyagot mikroorganizmusok felveszik (KOI csökken) O 2 mentes környezetben a sejten belüli szervesanyagoxidáció nem indul el a szervesanyag-felvétel energiát igényel: ATP bontás víz foszfátkoncentrációja megemelkedik Élőgépek-metszet (sorba kapcsolt reaktorok, mindben más típusú baktériumok más-más szennyeződéstől tisztítanak: aerob, anaerob körülmények) aerob reaktor: levegőbevitel történik az akkumulált szerves anyag elégetése a felszabaduló energiát ATP-ben megkötik (vízből foszfort felveszik) a sejtszaporulatban (eleveniszapban) felszaporodik a foszfor a folyamatosan eltávolításra kerülő fölösiszappal eltávolítják a foszfort is anoxikus reaktor: cél: nitrogén eltávolítás nincs levegőbevitel oxigént csak kémiailag kötött formában (NO 3- -ban) tartalmaz a víz NO 3- forrás: belső iszaprecirkuláció a levegőztetett medencében nitrifikálódott a szennyvíz ammónia- és szerves nitrogén-tartalma a baktériumok a nitrát-ion oxigénjét használják a légzéshez denitrifikáció: a felszabaduló N 2 gáz távozik Élőgépek (Harbor-Park, Nagytétény, Mo.)
Növényágyas szennyvíztisztítás Növényágyas szennyvíztisztítás vízinövényekkel (nád, kardliliom, gyékény, békalencse) beültetett homokos-kavicsos talajtestek biológiai tisztítás talajbaktériumok élettevékenysége a fő gyökérzet: megakadályozza a talajpórusok elzáródását (megnövekedett talajbaktérium tömeg) alkalmazás: 5-1 LE, elválasztott csatornahálózat kiszolgálása egyedi szennyvíztisztító kisberendezések (5 LE, kb. 8m 3 /nap) Előtisztítás (ülepítő-, oldómedencék) (feliszapolódás, szagártalom, elosztó kavicsréteg eltömődése) Növényágy talajtest: homokos kavics, áteresztő képesség: k= 1-4 -1-3 m/s vízzáró szigetelés a növényágy fenekét a legmagasabb ismert vízszint sem érheti el vízszintes átfolyású növényágy: 5 cm talajtest függőleges átfolyású növényágy: 8 cm talajtest vízszintes felület fagyvédelem Kacorlak: nádágy Zalakaros, Zalakomár: nemes-nyáras IV. Harmadlagos (fizikai-kémiai) tisztítás Szennyvíziszapok célok/eszközök: finom lebegőanyag eltávolítása: homokszűrő, mikroszűrő foszfor- és nitrogén eltávolítása: derítés, kicsapás, denitrifikáció, ioncsere stb. sótalanítás: fordított ozmózis, elektrodialízis, desztilláció Szennyvíztisztítás során szennyvíziszap keletkezik: mechanikai tisztításkor az ülepítő medencékben biológiai tisztításkor: fölös eleveniszap baktérium- és víruseltávolítás: aktív szén adszorpció, klórozás, ózonizálás stb.
A keletkezett szennyvíziszap kezelése Ipari szennyvizek tisztítása mechanikai víztelenítés és szárítás anaerob rothasztás és szikkasztás égetés komposztálás (mezőgazdasági hulladékkal, tőzeggel, háztartási szeméttel együtt) mezőgazdasági hasznosítás (termőföldek tápanyagpótlása, szigorú feltételekhez kötött, káros anyag nem lehet benne) deponálás szennyvizek semlegesítése: lúgos szennyvíz: ásványi savak, CO 2 savas szennyvíz: mész ( CaSO 4 ), Na 2 CO 3, NaOH, mészkővel v. MgO-val töltött oszlop nehézfémek kivonása: FeSO 4, SO 2, mésztej, ioncsere, flotáció, fordított ozmózis Ipari szennyvizek tisztítása Olaj-eltávolítás: mechanikai olajfogó, flokkuláció, flotáció, biológiai tisztítás, szűrők (homok, aktív szén, műanyag töltet) 1-2 % olajtartalmú szennyvíziszapok: víztelenítés, szárítás, égetés CPI típusú olajfogó Egyedi szennyvíztisztítási eljárások csatornahálózattal nem rendelkező területeken számos technológiai megoldás: zárt tárolós megoldás: időnként kiszippantják és elszállítják házi szennyvíztisztító kisberendezések: oldómedencével egybekapcsolt szikkasztó (ülepítés mint a nagybani folyamatoknál, majd szikkasztó árkokban, szikkasztó aknákban stb. a talajba elszikkasztják a talajnak van öntisztuló képessége (nem korlátlan) a nagybani eljárásokhoz hasonló kisberendezések + szikkasztás (ülepítő rész + csepegtetőtest + utóülepítő ülepítő rész, eleveniszapos rész + utóülepítő stb.)
oldómedencés vagy annak megfelelő előtisztítás szakaszos üzemű homokszűrő recirkulációs üzemű homokszűrő szikkasztás hagyományos hagyományos szivattyús adagolással sekély mélységű mezőn szivattyús adagolással dombon szivattyús adagolással Egyszerű oldóakna kútgyűrűkből Szebeton-Mall csepegtetőtestes szennyvíztisztító kisberendezés (4-1 lakosegyenértékig)
A felszíni vizekbe vezetett szennyvizek megoszlása gazdasági ágazatonként, 1997, Mo. (KVM 2) Gazdasági ágazatok Energetika Vill. energ. gáz-, gőz-, vízellátás Bányászat Ipar Feldolgozóipar Építőipar Közlekedés, szállítás Kereskedelem Szállítás Mező-, erdő- és vadgazdaság Mezőgazd., erdő-, vadgazd. Halászat Szolgáltatás Tel. szennyvíz tiszt. és közcsat. Egyéb Összesen Összesen 21 388 9 132 12 256 171 29 17 656 553 42 31 92 4 716 4 95 621 59 35 55 922 3 428 77 65 A szennyvizek mennyisége 1 m 3 Tisztítatlanul elvezetve 14 93 4 467 1 463 15 86 15 86 1 1 4 8 4 8 22 947 21 2 1 927 237 44 Csak mech. tisztítva 5 871 4 48 1 463 75 46 74 936 47 226 152 74 621 621 13 475 13 2 275 95 599 mechanikailag+biológiailag részlegesen teljesen tisztítva 51 536 51 3 718 3 76 12 167 15 17 117 945 117 653 292 148 881 257 279 49 999 49 928 71 8 8 15 15 174 983 174 49 934 225 541 A felszíni vizekbe vezetett szennyvizek mennyiségének megoszlása gazdasági ágazatonként, 1998 (Mo.) A közcsatornán elvezett szennyvizek tisztítási arányai (Az összes elvezett szennyvíz %-ában, 1998) (Horváth L.-né 2) Legmagasabb tisztítási fokozat Magyarország Vidék Budapest Tisztítás nélkül befogadóba 11 1 12 Előmechanikai tisztítás 38 4 73 Mechanikai tisztítás 3 6 Biológiai tisztítás 42 69 15 III. tisztítási fokozat 6 11 A felszíni vizekbe vezetett szennyvizek mennyiségének tisztítási fokozat szerinti megoszlása, 1998 (Mo.) Összesen 1 1 1
Szennyvíztisztítók terhelése és kapacitása, 22. január 1. Tisztítási fokozat Csak mech. tiszt. (I.) Biológiai tiszt. (II.) Tápanyag elt. (III.) db 19 369 151 kapacitás 1 m 3 /nap 387 1171 552 % 18 55 27 terhelés 1 m 3 /nap 55,6 495,6 31,6 % 6,5 58,5 35,4 Kihasználtság % 14,4 42,3 54,7 Összesen 539 211 1 853,1 1 4,4 A szennyvíztisztító berendezések kihasználtsága, 22. január 1. A szennyvíziszap elhelyezésének megoszlása (22. jan. 1.) m 3 /nap Szennyvíztisztító berendezés db % Összes kapacitás 1 m 3 /nap % 1 m 3 /nap Terhelés* % Kihasználtság % A kihelyezés módja Kezelőhely száma (db) Az iszap mennyisége (t/év) A felhasználás aránya (%) <7 71-2 21-5 51-1 >11 298 12 51 31 39 55,3 22,3 9,5 5,7 7,2 92,2 147,6 176,8 232,1 1461,3 4,4 7, 8,4 11, 69,2 72,7 84,3 131,9 112,8 521,9 7,9 9,1 14,3 12,2 56,5 78,3 57,1 74,6 48,6 35,7 mezőgazdaság depónia közvetlen kihelyezés komposzt készítés átmeneti depónia végleges depónia 74 77 32 21 16 273 27 515 3 79 66 972 14,3 24,2 2,7 58,8 Összesen 539 1 211 1 923,6 1 43,8 Összesen 384 113 839 1 *: csapadékvízzel együtt