VÍZGAZDÁLKODÁS ÉS SZENNYVIZEK 3.5 Ivóvíztisztitás integrált fertőtlenítéssel Tárgyszavak: ivóvíz-fertőtlenítés; integráció. A jelenleg folyamatosan fejlődő szabályozási környezetben a vízművek gyakran dilemma elé kerülnek. Egyidejűleg kell fokozniuk a kórokozók pusztítását és csökkentetniük a fertőtlenítési melléktermékek (DBP) koncentrációját. A klór és a klór-aminok amelyekre az ipar valamikor elsősorban támaszkodott ma már nem felelnek meg a követelményeknek. A komplex kihívások összetett megoldásokat igényelnek: eljött az integrált fertőtlenítési eljárások ideje. A fertőtlenítés két folyamatból áll: a kórokozók inaktiválása, és ezek fizikai eltávolítása. Az Amerikai Környezetvédelmi Hivatal (EPA) szerint a fizikai eltávolítás is a fertőtlenítéshez tartozik, mivel a szűrés és egyéb szilárdanyag-eltávolítási folyamatok alapját képezi. A fertőtlenítés célja inkább a kórokozók (baktériumok, vírusok és amőbaciszták) inaktiválása/eltávolítása, mint valamennyi mikrobatípus sterilezése vagy elpusztítása. Az ideális fertőtlenítő szernek gyorsan el kell pusztítania a kórokozókat különböző viszonyok között, tartósan meg kell maradnia, elhanyagolható íz és szag keletkezésével kell járnia, nem szabad káros melléktermékeket létrehoznia, az alkalmazása nem kerülhet sokba, és könnyen kimutathatónak kell lennie. A víztisztítás során jelenleg használt egyetlen fertőtlenítő szer sem felel meg az összes említett követelménynek. A megoldás kulcsa: a többrészes fertőtlenítő szerek pozitív jellegeinek kihasználása, a lehető legtöbb kívánatos tulajdonság kombinálásával.
Fertőtlenítési lehetőségek A fertőtlenítő szerek két általános csoportba sorolhatók: kémiai szerek (klór, klór-aminok, klór-dioxid, ózon) és fizikai módszerek (UI-fény, hő, besugárzás), bár az UI-kezelés az egyedüli, amelyet tipikusan ivóvíztisztításra alkalmaznak. Az egyes fertőtlenítő szerek hatékonysága több tényezőtől függ (célszervezetek, vízminőség, hatékony érintkezési idő, keverés). Minden egyes fertőtlenítő szernek más a hatékonysága különböző kórokozók inaktiválása szempontjából. Így pl. a vírusok klórral végzett inaktiválásához kisebb adagok és rövidebb érintkezési idő szükséges, mint pl. Cryptospridium esetében. A vízminőségi tényezők (turbiditás, hőmérséklet, oldott szerves szén, ph, redukált szerves szennyezések) különböző mértékben befolyásolják az egyes fertőtlenítő szerek hatékonyságát. Bár néhány fertőtlenítési rendszer hosszabb érintkezési időt biztosít, a hatékony érintkezési idő a legfontosabb. A megfelelő keverés biztosítja a fertőtlenítő szer és a kórokozó érintkezését, ha kémiai fertőtlenítést alkalmaznak. Az 1. táblázat összefoglalja az ivóvízkezelésre használt, szokásos fertőtlenítő szerek előnyeit és hátrányait. Integrált fertőtlenítés E módszer lényege a fertőtlenítő szerek egymást követő alkalmazása a hatékonyság fokozása céljából, a szabályozott DBP-k képződésének korlátozásával egyidejűleg. Az integrált fertőtlenítés kombinálja a többszöri fertőtlenítés előnyeit. Ez a gyakorlat többszörösen gátolt inaktiválást eredményez, felismerve a többféle fertőtlenítő szer alkalmazásából eredő szinergiákat. Integrált fertőtlenítő szerek alkalmazásához több tényező szükséges. A napi és évszakos vízminőség befolyásolhatja a fertőtlenítőszeradagolás nagyságrendjét. Így pl. nyersvízzel működő berendezés esetében amelynek nagy a ózonigénye hasznos lehet kis mennyiségű klór vagy klór-dioxid hozzáadása ozonizálás előtt. Ha a nyersvíz nagyobb koncentrációban tartalmaz bromidot, akkor a klór vagy klór-dioxid hozzáadása csökkentheti a brómátképződést. Az állami szabályozási követelményeket figyelembe kell venni az integrált fertőtlenítési stratégia alkalmazása előtt, mert egyes államok egyedi követelményeket támasztanak az ózon és klór-dioxid felhasználásával kapcsolatban.
1. táblázat A szokásos fertőtlenítő szerek előnyei és hátrányai Fertőtlenítő szer Klór Klór-aminok Klór-dioxid Ózon UI-fény Előnyök Olcsó Nincs szükség helyszíni fejlesztésre, előnyös a Na-hipoklorit Helyszíni előállítás Együttes előnyöket nyújt /Fe és Mn eltávolítása/ Olcsó Nem reagál NOM-mal A fertőtlenítőszer-maradványok eltarthatók Pozitív szerepe van a Cryptospridium-fertőtlenítésben, ha erősebb fertőtlenítő szereket követően alkalmazzák Nem reagál NOM-mal Vírusok és Giardia ellen hatékony Együttes előnyökkel jár Kis tőkeköltség Nem reagál NOM-mal Vírusok, Giardia és Cryptosporidium ellen hatékony Együttes előnyök (oxidálja a T+O-t, szintetikus szerves vegyületek, szín) Kis működési költség Nem termelődnek szabályozott melléktermékek Inaktíválja a Cryptosporidiumot és Giardiát Viszonylag kis tőke- és üzemköltség Hátrányok NOM-mal reagálva TOX-ot képez Cryptosporidium ellen hatástalan A biztonságos klórgáztárolás nehezen megoldható Gondot okoz az NDMA, CNCl és TOX Vírusok és Cryptosporidium ellen hatástalan Korlátozott megengedett dózis Nagy vegyi/működési költség T+O problémák a fogyasztónál Bromátképződés Asszimilálható szerves szén képződése Hosszú kontakt idő Cryptospridium esetében, alacsony hőmérsékleten Nagy tőkeköltség Nincs eltartható maradék Nincs mérhető maradvány Reaktorstandardizálási gondok Adenovírus ellen alig hatékony Szabadalmaztatási lehetőségek Rövidítések CNCl = cianogén klorid Fe = vas Mn = mangán NDMA = nitrozodimetil-amin NOM = természetes szerves anyag T+O = íz és szag TOX = összes szerves halid
A fertőtlenítő szerek integrálása fokozhatja a tisztítóberendezés működésének bonyolultságát. Ha ugyanis a klórt ozonizálás előtt adagolják, a klór akaratlan túladagolása további ózonigényt eredményez, ami befolyásolja az érintkezési időt. Az ozonizálás fokozza a víz UI 254 -áteresztő képességét. Az ózon alkalmazása az UI-fertőtlenítés irányával szemben csökkenti az UI-reaktor költségeit és a rendszer energiaigényét. Mivel a fertőtlenítő szerek hatékonysága különböző kórokozókkal szemben változó, előnyös az egyes mikrobák megcélzása más-más fertőtlenítő szerrel. Így pl. alkalmazható UI-inaktíválás Cryptosporidium és Giardia esetében, míg a szabad klór megfelel a vírusok elpusztításához szükséges kontaktidő biztosításához. Esettanulmányok Klór-dioxid és ózon értékelése Víztisztító telepen (WTP) vizsgálták az előoxidáció hatását. A direkt szűrést alkalmazó WTP a nyersvizet előozonizálta a szűrés fokozására, majd a szűrés után ozonizálást végeztek primer fertőtlenítés céljából. Azt várták, hogy a nyersvíz klór-dioxiddal való kezelése csökkenti a teljes ózonadagot, így redukálja a bromátképződést és az energiafogyasztást, miközben megmarad az előozonizálás szűrést fokozó hatása. A kutatási terv keretében meg akarták határozni, hogy a nyersvíz preoxidálása klór-dioxiddal milyen mértékben csökkentette az ózonigényt/-dózist, csökkentette a bromátképződést, csökkentette az energiafogyasztást, eredményezte klorátion képződését, biztosította az élőozonizálás szürési előnyeit, csökkentette trihalometán és haloecetsav képződésének lehetőségeit. A vizsgálat magában foglalta három bromátcsökkentő módszer (nyersvíz előoxidálása klór-dioxiddal, ph-beállítás, ammónia hozzáadása) teljes körű értékelését is, az egyes eljárások alkalmazhatóságának meghatározása céljából. Megállapítható, hogy a klór-dioxiddal végzett előoxidálás lényegesen csökkentette a bromátképződést az ózonadag redukálása folytán. Váratlan eredmény volt, hogy az előoxidálás a bromátképződést is csökkentette, konstans ózondózis mellett. Speciális vizsgálatok szerint a klórdioxid hozzáadása után képződő klorit fontos szerepet játszik a
bromátképződés csökkenésében. Az előoxidálás egyedül klór-dioxiddal vagy ózonnal kombinálva hasonló mennyiségű koagulánst igényelt, és a szűrés utáni elfolyó turbiditása összehasonlítható az egyedül ózonnal kapott értékekkel. Klór-dioxid alkalmazása ózonnal kombinálva mérsékelten csökkentette az energiaigényt és áramfogyasztást. Ózon és UI-fény alkalmazásának értékelése A New Hampshire Egyetemmel együttműködve végzett kutatások azt mutatták, hogy az ózont követően UI-fény alkalmazása gazdaságos fertőtlenítési eljárás, amellyel egyidejűleg inaktíválhatók a kórokozók és minimálható a DBP. Az USA-ban ez az első olyan kutatás ezen a téren, amelyet egyidejűleg fél-, ill. próbaüzemi méretekben végeztek. Tanulmányozták az ózon és UI-fény együttes alkalmazását szűretlen víz kezelésére, tekintetbe véve az elosztóhálózatot is. Elsőként építették és üzemeltették a legnagyobb, ózont és UI-fényt alkalmazó berendezést. A kutatások meggyőzően bizonyították, hogy az ózon oxidációra, íz-és szagcsökkentésre és vírusinaktiválásra való képessége kombinálva az UI-fény Cryptosporidium- és Giardia-inaktíváló hatásával, valamint a klór és klór-aminok baktériuminaktíválásával gazdaságos tisztítási stratégiának tekinthető. A séma nagyfokú fertőtlenítést eredményez, csökkenti a káros melléktermékek szintjét, és minimálja az ártalmas vízhálózati hatásokat (vörös elszíneződés, baktériumok újraszaporodása). Ezenkívül kiderült, hogy az ozonizálás szerves vegyületek lebontása útján hozzáférhetőbbé teszi a vizet UI-fény számára. Ennek eredményeképpen az UI-alkalmazás előtt végzett ozonizálás várhatóan az új UIrendszer tőkeköltségét 20%-kal, működési költségét pedig 30-kal csökkenti. Következtetések Új eljárásokra van szükség, hogy a berendezések megfelelhessenek a kórokozók fokozott inaktíválását megkívánó, egyre szigorúbb szabályozásoknak, és egyidejűleg alacsonyabb szintű DBP-t eredményeznek. Ilyen stratégia az integrált fertőtlenítés. A víztisztításra általában használt fertőtlenítő szereknek egyaránt vannak előnyei és hátrányai. A megoldás kulcsa az összetett fertőtlenítő szerek pozitív jellemzőinek kihasználása, amely jobb minőségű ivóvizet eredményez. Az új rendszer
többszörös gátból álló védelmet biztosít, valamint csökkentheti a tőke- ill. működési költségeket. Összeállította: dr. Pálfi Ágnes Long, B. W.; Hulsey, R. A. Neeaman, J. J.: Mixing it up : Integrated disinfection scenarios in drinking water treatment. = Journal American Water Works Association, 97. k. 10. sz. 2005. p. 30 33. McNeill, L. S.; Edwards, M.: Degradation of drinking water treatment plant infrastructure from enhanced coagulation. = Journal of Infrastructure Systems, 9. k. 4. sz. 2003. dec. p. 145 156. Röviden A vízhiány továbbra is probléma marad a világ nagy része számára. 2040-re legalább 3,5 milliárd ember fog szenvedni a vízhiánytól, csaknem tízszer anynyian, mint 1995-ben. 2050-re a világ lakosságának kétharmada krónikus vízhiányú területeken fog lakni. A világ egészségügyi problémáinak 60%-ában szerepe van a szennyezett víznek. Becslés szerint naponta a világon 40 000 ember hal meg közvetlenül a szennyezett víz okozta betegségek miatt. Ez évi 14 millió haláleset. Az ENSZ szerint Afrika lakosságának egyharmada, a fejlődő világ nagyvárosainak többsége szembesülni fog a vízhiánnyal. Kína félmilliárd lakosú északi fele máris szenved a vízhiánytól. Peking alatt a talajvízszint 1965. óta közel 200 méterrel csökkent. A vízhasználat egyéb problémákat is előidéz. Az öntözésre használt víz elpárolgás után ásványokat hagy a talajban. 2020-ra a világ öntözhető területének 30%, 2050-re pedig 50%-a elszikesedik. A szikesedés már most csökkenti a terméshozamokat Indiában, Pakisztánban, Egyiptomban, Mexikóban, Ausztráliában és az Egyesült Államok egyes részein. A környezetszennyezés tovább csökkenti a biztonságos ivóvíz utánpótlását. Indiában a folyók és a talajvíz kiterjedt szennyezettsége miatt becslés szerint 300 millió ember nem jut biztonságos ivóvízhez. A vízminőség biztosítása a fejlett országokban is növekvő probléma. Az Egyesült Államok Atlanta városában, például, ahol a vezetékes ivóvíz szolgáltató rendszer 100 éves és nem megfelelően karbantartott, gyakori a fővezetékek törése, ennek következtében föld, törmelék, baktériumok és egyéb szennyezés kerül a hálózatba.
Számos ökológus szerint a globális felmelegedés az Egyesült Államokban az aszályokat gyakoribbá teszi, még a Mississippi-folyótól nyugatra is. Következmények Az elkövetkező évtizedekben várható, hogy az ismétlődő éhínségek és a sivatagosodás gyakoribbá és súlyosabbá válnak. A már egy évtizede megjósolt vízért folytatott háborúk küszöbön állnak olyan helyeken, mint Kasmír: a Pakisztán által felhasznált víz nagyrészt az India fennhatósága alatt álló Kasmír területéről származik. A víz miatti konfliktusok kiterjedhetnek Törökországra, Szíriára és Irakra a Tigris és Eufrátesz folyók vize miatt; Izraelre, Jordániára, Szíriára és Palesztinára a Jordán-folyó vize és a Golán-fennsík alatt lévő víztároló miatt; Indiára és Bangladesre a Gangesz és Brahmaputra vize miatt; Kínára, Indokinára és Thaiföldre a Mekong vize miatt; Kirgizisztánra, Tadzsikisztánra és Üzbegisztánra az Oxus és Jaxartes folyók vize miatt; Etiópiára, Szudánra és további legalább hat kelet-afrikai országra beleértve Egyiptomot a Nílus-folyó vize miatt. A vízszennyezések problémája a lakosság elöregedésével nőni fog, mivel fogékonyabbá válik a fertőző betegségekre. Az Egyesült Államok régi városaiban, így New-Yorkban, Bostonban és Atlantában az elöregedett vízvezeték-hálózat megújítása az egyik legsürgetőbb feladat. Ennek a munkának a becsült költsége eléri az 1000 milliárd dollárt. Az Egyesült Államok vízszolgáltatói az elkövetkező öt évben több előírással szembesülnek, mint amennyit az 1974-ben elfogadott Biztonságos vízre vonatkozó törvény alapján megvalósítottak. (The Futurist, 39. k. 2. sz. 2005. p. 39 42.)