VÍZMINŐSÉG, VÍZMINŐSÍTÉS

Az előadások a következő témára: "VÍZMINŐSÉG, VÍZMINŐSÍTÉS"— Előadás másolata:

1 VÍZMINŐSÉG, VÍZMINŐSÍTÉS

2

3

4 BAKTERIOLÓGIAI SZENNYEZÉS

5

6 Hogyan minősítünk? A természetes víz különös kémiai összetételű oldat, és egyúttal bonyolult keverék is, a vízi élővilág élettere. A vízminősítés során a víz tulajdonságait elsősorban a használatok alapján osztályozzuk: antropocentrikus szemlélet. Az ökocentrikus szemlélet nem az vízhasználatok szerinti „alkalmasságot” veszi alapul, hanem a víz ökológiai állapotát.

7 VÍZMINŐSÉG A víz tulajdonságainak összessége Sokféle, egyidejűleg lejátszódó fizikai, kémiai és biológiai folyamat alakítja Meghatározás: fizikai, kémiai, biológiai, bakteriológiai jellemzők alapján VÍZMINŐSÍTÉS A vízminőség meghatározása Megfelel az adott vízhasználati célnak (ember központú)?

8 VÍZHASZNÁLATOK IVÓVÍZELLÁTÁS IPARI VÍZIGÉNYEK ÖNTÖZÉS
REKREÁCIÓ: ÜDÜLÉS, FÜRDÉS ÖKOLÓGIAI VÍZIGÉNY HALÁSZAT VÍZIENERGIA HAJÓZÁS

9

10 (WATER FRAMEWORK DIRECTIVE)
VÍZ KERETIRÁNYELV (WATER FRAMEWORK DIRECTIVE) Cél: Felszíni és felszín alatti vizek jó ökológiai állapotának elérése, romlás megakadályozása. Vízterek  részvízgyűjtők  vízgyűjtők Minősítés: hidromorfológiai, fizikai-kémiai és ökológiai jellemzők alapján. Referencia paraméterek meghatározása: Torzulások az ökoszisztémában a zavartalan állapothoz képest Határidők, ellenőrző rendszer (monitoring), beszámolási kötelezettség, cselekvési programok kidolgozása (vízgyűjtő gazdálkodási terv)

11 1. FIZIKAI JELLEMZŐK 1.1 Hőmérséklet Oldhatóságot befolyásolja
Biológiai folyamatok meghatározója Felszíni vizek: szezonális ingadozás Hőrétegzettség (mély tavak) Felszín alatti vizek: viszonylag állandó hőmérséklet Termálvizek (állandóan 20 C felett)

12 Oldott és lebegőanyag tartalom (a víz komplex keverék)
1 nm 200 nm Valódi oldat Kolloid r. Diszperz rendszer Nem ülepedő Ülepedő 1.2 Összes oldott anyag 0.45 µm szűrőpapíron átszűrt mintából bepárlás, majd 105 ºC-on súlyállandóságig szárítva 1.3 Lebegőanyag Szűrőn fennmaradt rész Szervetlen anyagok (hordalék) és élő szervezetek (plankton) Általában: oldott, partikulált, szerves, szervetlen komponensek (KOI, P, N stb.)

13 1.4 Zavarosság Szerves és szervetlen lebegőanyagok, kolloid részecskék okozzák Meghatározás: a lebegõ részecskék által szórt fény mérésével (nefelométerrel, NTU – ”Nephelometric Turbidity Unit”) – a kolloid részecskéken szóródó fény intenzitásának mérésén alapul 1.5 Átlátszóság Fény elnyelése Szín és zavarosság határozza meg Fotikus zóna (eutrofizálódás) Mérés: fotocella, Secchi korong

14 Fény mérése Secchi-korong (Secchi-átlátszóság) 20 cm átmérő
A felszíni fény ~10%-a Durva összefüggés a Secchi-átlátszóság és az oldott szervesanyag tartalom között. Secchi x2  fotikus réteg

15 1.6 Szín Vízben oldott anyagok (huminsavak, szennyvizekkel bekerülő festékanyagok, mikroorganizmusok anyagcsere termékei) Mérés: fényelnyeléssel - TCU („True Colour Unit”) 1.7 Íz és szag Szennyvíz, szerves anyagok bomlástermékei, (pl. kénhidrogén) Ipari (fenol, merkaptán, kátrány, acetilén stb.) Mikroorganizmusok (vasbaktériumok, szulfátredukáló kénbaktérium, bizonyos algák) Szervetlen oldott anyagok

16 1.8 Vezetőképesség Oldott ásványi sók (anionok és kationok) koncentrációjával arányos Mérés: platinalemezek közötti ellenállás (µS/cm)

17 2. KÉMIAI JELLEMZŐK 2.1 Leggyakoribb anionok és kationok („természetes” állapot) Na+, K+, Ca2+, Mg2+ HCO3-, CO32-, SO42-, Cl- 2.2 Keménység Ca és Mg ionok okozzák (pl. Ca(HCO3)2; (nk – CaO eé) Változó keménység: forralással eltávolítható HCO3- mennyiségével egyenértékű

18 Ca2+ + H2O + CO2 + CO32- Ca2+ + 2HCO3- CaCO3 képződés

19 2. KÉMIAI JELLEMZŐK 2.1 Leggyakoribb anionok és kationok („természetes” állapot) Na+, K+, Ca2+, Mg2+ HCO3-, CO32-, SO42-, Cl- 2.2 Keménység Ca és Mg ionok okozzák (pl. Ca(HCO3)2; (nk – CaO eé) Változó keménység: forralással eltávolítható HCO3- mennyiségével egyenértékű Állandó keménység: összes – változó 2.3 Oldott CO2 – szervetlen C formák CO2, H2CO3, HCO3-, CO32- (pH függésük) pH pH 8.3

20 2.4 Kloridok Természetes előfordulás: NaCl, KCl, CaCl2 sók formájában Mesterséges források: utak sózása, ipar (pl. Cl előállítás), sóbányákból 2.5 pH pH = - log(H+), semleges víz: mol H proton/l  7 Természetes vizek: pH 6.5 – 8.5 (csapadékvíz pH 5.5) Befolyásolja: mész-szénsav egyensúly, humin- és fulvinsavak, biológiai aktivitás Biokémiai folyamatok lejátszódása pH érzékeny 2.6 Savasság, lúgosság Puffer kapacitás (semlegesítő képesség) a savas, lúgos behatással szemben Természetes védelem: hidrokarbonát ionok (hazai adottságok) – (2)

21 Oldott oxigén, oxigén telítettség (hőmérséklet, nyomás függő)
2.7 Oxigén háztartás Oldott oxigén, oxigén telítettség (hőmérséklet, nyomás függő) Befolyásoló tényezők (források és nyelők): diffúzió, lebontás, fotoszintézis, légzés stb. 2.8 Szervesanyag tartalom Biokémiai oxigénigény: baktériumok általi oxidációhoz szükséges oxigén mennyisége (mérése) nap BOI Kémiai oxigénigény (KOIp  KOIcr) Összes szerves szén 100% 0% Elméleti oxigénigény TOC KOI BOI20 5 20 BOI5

22 Nitrát és nitrátosodás: methemoglobinemia
2.9 Nitrogénvegyületek Nitrát és nitrátosodás: methemoglobinemia Szervetlen N formák (NH4+, NO2-, NO3-): eutrofizálódás O2 fogyasztás: Kjeldahl N (szerves + NH4-N) 5 20 nap BOI BOIN Biokémiai folyamatok: BOIC Hidrolízis, ammonifikáció N kötés Atmoszférikus N Szerves N (proteinek, aminósavak, karbamid) Ammónium Redukált állapotok Asszimiláció Nitrát redukció Denitrifikáció Nitrifikáció (Nitrosomonas) Nitrát Nitrit Oxidált állapotok Nitrifikáció (Nitrobakter)

23 2.10 Foszforvegyületek Eutrofizálódás: minimum tényező (Liebig elv)

24 Tápanyagok Liebig-féle minimumtörvény: az a tápanyag korlátozza a termelést, ami a többihez képest a legkisebb arányban van jelen C : N : P = 106 : 16 : 1 Tápelemek körforgalmakban vannak

25 Eutrofizálódás: minimum tényező (Liebig elv)
2.10 Foszforvegyületek Eutrofizálódás: minimum tényező (Liebig elv) Oldott formák: főként ortofoszfát (PO43-) - növények által felvehető (DIP) Partikulált P: szervetlen, szerves (alga, detritusz) Biológiailag hozzáférhető P Mérés: ÖP (összes foszfor), PO4-P, frakcionálás (hibák?) Nincs gáz halmazállapot P ciklus Oldódás Deszorpció Csapadék-képződés Foszfát ásványok Adszorb. P Orto- foszfát Foszfát ásványok Oldódás Csapadék-képződés Adszorpció Asszimiláció Mineralizáció Szerves P (biomassza) Hidrolízis Szerves P (detritusz)

26 2.11 Kénvegyületek Szulfidok (redukált forma): H2S, szerves szulfidok, fémszulfidok (Fe, Zn, Cu stb.) Szulfát (SO42-) Anaerob biokémiai folyamatok: SO42-  H2S Biokémiai oxidáció: H2S  H2SO4 Bűzhatás 2.12 Vas- és mangánvegyületek Oldott állapotban (Fe2+): felszín alatti vizekben tározók fenékiszapjában (hidrogén-karbonátos, szulfátos, huminsavas kötésben) Oxigén jelenlétében: Fe(OH)3 (vashidroxid, oldhatatlan) A vas és a mangán közegészségügyi szempontból nem ártalmas, de esztétikailag kifogásolható

27 2.13 Mikroszennyezők Kis koncentrációk (μg/l, ng/l) – analitika! Íz és szagrontó hatás, gyakran mérgezőek (önmagukban vagy más anyagokkal képzett komplexeikben) Bioakkumulációs hajlam, karcinogén hatás és mutagenitás Szervetlen mikroszennyezők: nehézfémek (Hg, Cd, Pb, Cr, Ni, Cu, Zn), As, cianid, Al Oldhatóságtól függ a veszélyesség (pH, redox) esszenciális elemek is! Szerves mikroszennyezők: Ásványolaj, olajszármazékok, PAH vegyületek, klórozott szénhidrogének, PCB-k (benzol, fenol, kloroform, ...) növényvédőszerek (DDT, lindán, atrazin...) Felületaktív detergensek,, oldószerek Trihalometánok - fertőtlenítés mellékterméke EU direktívák, WHO: veszélyes anyagok listája Természetes eredetűek is lehetnek (humin- és fulvinsavak az elhalt növények lebomlásából, fenol a korhadó falevelekből, As és más fémionok a kőzetek oldódásából, algatoxinok)

28 3. BAKTERIOLÓGIAI JELLEMZŐK (vízzel terjedő, járványt/fertőzést okozó betegségek - kolera, tífusz, vérhas, hepatitisz) USA ( ): évi járvány. Fejlődő világ?? Kiváltó okok: Kommunális szennyvíz Lefolyás burkolt felületekről Állattartó telepek, háztáji állattartás Fertőzés lehetősége: Ivóvíz Fürdés (közvetlen kontaktus) Közvetett kontaktus (horgászat, csónakázás, vízi sportok) Halfogyasztás Kórokozók (patogén élőlények) Baktériumok, vírusok, protozoák, gombák

29 Baktériumok: Patogének (Vibrio cholerae - kolera, Shigella - vérhas, Esherichia coli - vastagbél, véd/de gyulladást is okoz, Salmonella - tífusz, Staphylococcus, Cyanobaktériumok stb.) Mérés: indikátor (patogének jelenlétére utaló) baktérium csoportok Összes coliform (TC) – talajban, üledékben található nem spórás, pálcika alakú baktériumok Fekál coliform (FC) – emberek és melegvérű állatok bélrendszeréből származó coli baktériumok (44.5 C-on tenyésztik, ahol a nem fekális eredetűek növekedése már gátolt) Fekál streptococcus (FS) – az emberi és állati zsigerekben élő baktériumok FC/FS > 4 emberi eredetű, FC/FS < 1 állati eredetű szennyezés Csíratesztek

30 Vírusok Gazdaszervezet nélkül nem képesek szaporodni, azt fertőzik Környezeti hatásoknak (pH, hőmérséklet, stb.) elég jól ellenállnak Vízben előfordulók: Enterális vírusok (spirális alakú paraziták, méretük nm), Hepatitis A Patogén protozoák: „új” patogének (vízellátó rendszerekből származó járványok leggyakoribb okozói, véglények) Cryptosporidium (USA, 1987) Giardia lambdia (ostoros protozoa) Klasszikus víztisztításnak ellenállnak (vírusok is) Indikátorok hiányosságai Kockázat-szemlélet

31 Cryptosporidium parvum
Parazita protozoák Alacsony dózis: Cryptosoridium ciszta Giardia ciszta Cryptosporidium parvum 1993 – Milwaukee: több mint Ember betegedett meg Giardia lamblia

32 4. BIOLÓGIAI VÍZMINŐSÍTÉS
A víz azon tulajdonságainak összessége, amelyek a vízi ökoszisztémák életében „fontosak” Egységes minősítési módszer nem ismert Élőlénytársulások, fajlistákon alapuló meghatározás Világszerte kutatják, az EU VKI kulcskérdése Problémák megoldásának sorrendiség Több információ: akut és kumulatív hatások Számszerűsítés ??? Felföldy féle eljárás: kémiai vízminősítés alapján!

33 FELFÖLDY FÉLE MÓDSZER Halobitás: a víz biológiai szempontból fontos szervetlen kémiai tulajdonságainak vez.kép, ionok Trofitás: az elsődleges szervesanyag termelés mértéke. Alapja a fotoszintézis, amelyhez fény, szervetlen növényi tápanyagok, megfelelõ hőmérséklet és klorofilltartalmú növényzet (alga, hínár) szükséges. Biomassza, Chl-a, P formák, elsődleges termelés, fitoplankton összetétel stb. A szaprobitás a vízben lévő holt szerves anyagok lebontásának mértéke. Ez a heterotróf vízi szervezetek számára táplálékul alkalmas nem mérgezõ, biokémiailag lebontható szerves anyagok mennyiségétõl függ. O2, BOI5, KOI, baktérium szám, Pantle-Buck index stb. Toxicitás: a víz mérgezőképessége, a vízi élővilág életműködését zavaró mérgező anyagok jelenléte. Exotoxinok és endotoxinok (élővilág által termelt). Mikroszennyező koncentrációk, ökotoxikológiai tesztek stb.

34 VÍZMINŐSÍTÉS: EU immissziós irányelvek Víz Keretirányelv („Water Framework Directive”) (2000/60/EEC) Ivóvíz előállítására használt felszíni vizek minőségi követelményei (75/440/EEC) Halak életteréül szolgáló felszíni vizek követelményei (78/695/EEC) Rákok, kagylók életteréül szolgáló felszíni vizek követelményei (79/869/EEC) Talajvíz minősége (80/68/EEC) Szabadtéri fürdőzésre használt víz (76/160/EEC) Ivóvíz (98/83/EEC)

35 Hazai szabványok, rendeletek
VÍZMINŐSÍTÉS: Hazai szabványok, rendeletek Természetes vizek minősége: MSZ (1993): Felszíni vizek minősége, minőségi jellemzők és minősítés (EU VKI szerinti minősítési rendszer még kidolgozás alatt, (elvek: 31/2004 (XII.30.) KvVM rendelet a felszíni vizek megfigyeléséről és állapotértékeléséről) MSZ 10433:1 (1984): Felszín alatti vizek minősége, értékelési és minősítési rendszer Használat szerinti vízminőségi követelmények: 201/2001. (X. 25.) Korm. rendelet az ivóvíz minőségi követelményeiről és az ellenőrzés rendjéről (korábban: MSZ 450:1 (1989), MSZ 450:3 (1992) 6/2002 (XI.5.) KvVM rendelet az ivóvízkivételre használt vagy ivóvízbázisnak kijelölt felszíni víz, valamint a halak életfeltételeinek biztosítására kijelölt felszíni víz szennyezettségi határértékei MSZ-13690/3 (1989): Fürdővíz minúsítés bakteriológiai vizsgálat alapján MI /9 (1990) Az öntözővíz vizsgálata, minősítési rendje MSZ (1979): Kazántápvíz, kazánvíz minőségi követelményei

36 MSZ 12749 (1993): Felszíni vizek minősége, minőségi jellemzők és minősítés
Vizsgálandó jellemzők: Oxigén háztartás (Old O2, O2%, BOI, KOI, TOC, Szapr.index) Tápanyag háztartás (N- P formák, Chl-a) Mikrobiológiai jellemzők (CF, FCF, FS, Salm.) Mikroszennyezők és toxicitás (szervetlen és szerves mikroszennyezők, toxicitás, radioaktív anyagok) Egyéb jellemzők (pH, vez.kép., T, LA, OA, Fe, Mn, keménység, an- és kationok) Vízminőségi osztályozás: 5 vízminőségi osztály (I - V) Besorolás 90 %-os tartósság alapján

37 Felszíni vizek minősítése: határértékek összehasonlítása

38 Felszín alatti vizek minősítése
Vizsgált komponensek: pH, vez.kép., keménység, Na, K, Ca, Mg, Fe, Mn, NH4, Cl, SO4, HCO3, NO3, NO2, KOI, bakteriológia Osztályozás: I. Ivóvíznek alkalmas (fertőtlenítés) II/.1. Gáz-, savtalanítás, Fe-, Mn eltávolítás II./2. As, NH4+, NO3-, szervesanyag eltávolítás II./3. Lágyítás, keményítés III. Nincs gazdaságosan alkalmazható technológia

39 5. „RECEPT” Mi a „természtes víz” összetétele? Eredeti állapot? Mi a probléma? Egy vagy több? Kölcsönhatások? Melléktermékek? Terhelés(ek) dinamikája? Vízminőség idő és térbeli változása? Gyors változások és/vagy kumulatív hatások? Van ok-okozati kapcsolat? Tudomány vs döntéshozás; Mi a célunk? Melyek a vízminőségi indikátorok? Állnak rendelkezésre adatok vagy mérni is kell? Hiba? Célmérés? Rendelkezésre álló pénz és idő? Kockázatok? Mérés, értékelés és utóbbi módszerei