VÍZKÉMIA ÉS HIDROBIOLÓGIA ELŐADÓK: DR. LICSKÓ ISTVÁN (VÍZKÉMIA) DR. SZILÁGYI FERENC (HIDROBIOLÓGIA)

TANTÁRGY FELVEZETÉS TANTEREM: K121 ÓRALÁTOGATÁS ÓRA ALATTI REND ZÁRTHELYIK, VIZSGAKÉRDÉSEK JEGYZET TANKÖNYVEK TANTÁRGY PROGRAM OKTATÁSI SEGÉDESZKÖZÖK (Power Point, IRÁSVETÍTŐ, VIDEO)

A TANTÁRGY STRUKTÚRÁJA ALAPVETŐ KÉMIAI ISMERETEK (kémiai kötések, reakciók, energetikai viszonyok, stb.) A VÍZ MINT TERMÉSZETES OLDÓSZER (fizikai és kémiai tulajdonságok) VÍZBIOLÓGIA (vízi ökoszisztémák, trófikus szintek, anyag és energia áramlás, táplálkozási kapcsolatok, bioindikáció, stb.) TÁPELEM CIKLUSOK ANYAGMÉRLEGEK VÍZMINŐSÉG (komponensek, mintavételi és analitikai módszerek, stb.) VÍZMINŐSÍTÉS ANTROPOGÉN SZENNYEZÉSEK (tápanyagok, szerves mikroszennyezők, nehézfémek, biológiai szennyezés, stb.) TOXIKOLÓGIA

A VÍZKÉMIA ELHELYEZÉSE Természetes vizekben zajló kémiai folyamatok leírásával foglalkozik A hidroökológia része Interdisciplináris tudomány Elemei: Fizikai-kémiai, általános és szervetlen kémiai alapok Ökológiai ismeretek (élettér, kémiai környezet a vízi élővilág számára, élőlények és környezetük kölcsönhatása) Vízi anyag és energiaforgalmi ismeretek Környezetmérnöki ismeretek

FÖLDRAJZI BUROK Összetevői: Atmoszféra (levegő) Hidroszféra (víz) Litoszféra (kőzet)

BIOSZFÉRA Élőlények előfordulási helye, élettere Részben a hidroszférában, az atmoszférában és a litoszférában helyezkedik el

A VÍZ SZEREPE A FÖLDÖN Az élet alapja Felületi részaránya a Földön 70 % Élőlények testének kb. 90 %-a víz Élettér Alapvető természeti érték Az emberi társadalom létezésének feltétele A jövőbeni fejlődés feltétele

A VÍZ TULAJDONSÁGAINAK GYAKORLATI VONATKOZÁSAI A FÖLDI (EMBERI) ÉLET FENNTARTÁSÁHOZ NÉLKÜLÖZHETETLEN TAVAK RÉTEGZŐDÉSE A JÉG FELÚSZÁSA HŐPUFFER, ÉVSZAKOK, KLÍMA KIEGYENLÍTÉS PÁROLGÁS, CSAPADÉK, VÍZ- ÉS ANYAGFORGALOM MEGHAJTÁSA ERÓZIÓ, BEMOSÓDÁS ANYAGTRANSZPORT CSEPPKÉPZŐDÉS KAPILLÁRIS JELENSÉG

FAJLAGOS VÍZHASZNÁLATOK ÉTEL, ITAL 2 L/FŐ/NAP EGYÉB EMBERI VÍZHASZNÁLAT 100-150 L/FŐ/NAP AUTÓGYÁRTÁS 105 L/AUTÓ PAPÍRGYÁRTÁS 300 m3/TONNA VISZKÓZ MŰSELYEN 100 m3/TONNA 1000 KWH VILLAMOSSÁG 200 m3 VASGYÁRTÁS 22 m3/TONNA

A TERMÉSZETES VIZEK ÖSSZETÉTELÉNEK FŐBB TÉNYEZŐI (1) 1. ÁSVÁNYOK ÉS KŐZETEK ÁLTAL MEGHATÁROZOTT ÖSSZETÉTEL BEMOSÓDÁS LÉGKÖRI KIÜLEPEDÉS OLDÓDÁS AZ ÜLEDÉKBŐL

A TERMÉSZETES VIZEK ÖSSZETÉTELÉNEK FŐBB TÉNYEZŐI (2) 2. PÁROLGÁSSAL ÖSSZEFŰGGŐ KRISTÁLYOSODÁS SZIKESEDÉS SIVATAGOSODÁS CaCO3 KICSAPÓDÁS

A TERMÉSZETES VIZEK ÖSSZETÉTELÉNEK FŐBB TÉNYEZŐI (3) 3. CSAPADÉK TRÓPUSI RÉGIÓK TELJES KIMOSÓDÁS HÍGULÁS (TENGEVÍZ)

A VÍZ FONTOSABB FIZIKAI TULAJDONSÁGAI Sűrűség (25 C-on) 0,997 g/cm3 Legnagyobb sűrűség (3,94C-on) 1,000 g/cm3 Olvadáspont 0,00 C Forráspont 100,00 C Olvadáshő 335 kJ/kg Párolgáshő 2308 kJ/kg Fajhő 4,19 kJ/kg Hővezető képesség 0,00569 J/cm/s/C Felületi feszültség 71,97 mJ/m2

Az olvadáspont és forráspont változása izoelektromos hidridek esetében

A VÍZ MINT KÖZEG JELLEMZŐI Poláros oldószer (gázokat, sókat, szerves anyagokat old) Nagy a felületi feszültsége Viselkedése eltérő hidrofil és hidrofób felületeken Dielektromos állandója nagy Párolgáshője és olvadáshője nagy Sűrűségi anomália  rétegzettség, turnover Fényelnyelése kicsi Jégképződés, jégfedettség Bonyolult kémiai és biológiai kölcsönhatások jellemzik Élettér (élőhely + biológiai folyamatok helyszíne Természetben híg oldatok fordulnak elő

TERMÉSZETES VIZEK KÉMIÁJA (1) Oldott gázok Henry törvénye a gázok oldódásáról Dalton törvénye a parciális nyomásról

TERMÉSZETES VIZEK KÉMIÁJA (2) Gázok oldódását befolyásoló tényezők: Hőmérséklet Oldott sók töménysége A gáz vízgőz tartalma Oldat telítettsége az adott gázra A gázzal érintkező felület nagysága

TERMÉSZETES VIZEK KÉMIÁJA (3) Oldott folyadékok Poláros folyadékok oldékonysága Apoláros folyadékok oldékonysága Oldott szilárd anyagok Szervetlen anyagok Szerves anyagok

MECHANIKAI ENERGIÁK Helyzeti energia Mozgási energia Forgási energia Rugalmas energia

BELSŐ ENERGIA Termikus energia Nullaponti energia Energia megmaradás törvénye U = Q + L; U2 – U1 =  U Belső energia pozitív, ha a rendszer energia tartalma nő

REAKCIÓHŐ Kémiai folyamatok során keletkezik, vagy elnyelődik Exoterm reakciók Endoterm reakciók

Az exoterm és endoterm reakciók energetikai viszonyai

ENTALPIA (1) Térfogat állandó = belső energia Térfogat változik = entalpia Entalpia = H = U + PV Hasznosítható és nem hasznosítható munka különválasztása dH = H2 – H1 (a változás csak a kezdeti és végállapottól függ) Hess tétel 25 °C-on és 1 atm nyomáson az entalpia 0 Vegyületek entalpiája – képződéshő (25 °C-on és 1 atm nyomáson)

ENTALPIA (2) Termokémiai egyenletek (halmazállapot, hőmérséklet, nyomás) H2(g) + ½ O2(g) = H2O(g) - 57,79 kcal H2(g) + ½ O2(g) = H2O(f) - 63,31 kcal H2(g) + ½ O2(g) = H2O(sz) - 69,90 kcal

KÉMIAI KÖTÉSEK (1) Kovalens Ionos Fémes Elektronnegatívitás (X) különbség befolyásolja Nemesgázok X = 0 Alkálifémek, X  1 Átmeneti fémek, 1 < X < 2,2 Félfémek, 1,5 X < 2,2 Nemfémek. 2,2 < X < 4,1

KÉMIAI KÖTÉSEK (2) Kötéstípusok: Kovalens kötés: XA – XB = dX  0,5 Kovalens – ionos átmenet: 1,0 < dX < 1,5 Ionos – kovalens átmenet: 2 > dX > 1,5 Ionos kötés: dX  2

Kémiai reakciók Anyagmegmaradás Tömegmegmaradás

Reakció típusok (1) Egyesülés H2 + Cl2 = 2HCl C + O2 = CO2 Fajtái: - Polimerizáció (acetilén  benzol) - Addició (etilén + bróm = etilén-bromid) - Kondenzáció (vinil-klorid  polivinil- klorid + HCl

Reakció típusok (2) 2) Bomlás 3) Izomer (intramolekuláris) átalakulás CaCO3 = CaO + CO2 NH4Cl = NH3 + HCl 3) Izomer (intramolekuláris) átalakulás NH4+] [OCN-] = CN2H4O 4) Cserebomlás CH4 + Cl2 = CH3Cl + HCl

Reakció típusok (2) 5) Oxidáció – redukció Oxidáció = elektron leadás Redukció = elektron felvétel A két folyamat csak együtt mehet végbe Oxidációs szám S + O2 = SO2 0 0 +4 -2

2 KMnO4 + 3 H2SO4 = K2SO4 + 2 MnSO4 + 3H2O + 5 O Reakció típusok (3) Szinproporció: 2 H2S + SO2 = 2 H2O + 3 S -2 +4 0 Diszproporció: Cl2 + H2O = HCl + HOCl 0 -1 +1 2 KMnO4 + 3 H2SO4 = K2SO4 + 2 MnSO4 + 3H2O + 5 O 2 KMnO4 + H2O = 2 KOH + 2 MnO2 + 3 O

Reakció típusok (3) 6) Sav-bázis reakció Arrhenius elv Bronsted elv SAV  BÁZIS + H+ A víz savként viselkedik: NH3 + H2O  NH4+ + OH- Bázis1 Sav2 Sav1 Bázis2 A víz bázisként viselkedik: H2O + HF  H3O+ + F- Bázis1 Sav2 Sav1 Bázis2

Sav disszociációs állandója: Ks = [A-] [H3O+ ] / [HA] Bázis disszociációs állandója: Kb = [HA] [OH-] / [A-]

KÉMIAI REAKCIÓK SEBESSÉGE A2 + B2 = 2 AB V = reakció sebesség = k[A2] [B2] Ahol k= sebességi állandó (az időegység alatt átalakuló molekulák mennyisége) Általánosan: n1A + n2B = m1C + m2D V = k[A]n1 [B2]n2 Aktiválási energia

KÉMIAI EGYENSÚLYOK (1) Reverzibilis kémiai reakciók CH3COOH + C2H5OH  CH3COOC2H5 + H2O V1 = k1CH3COOH C2H5OH V2 = k2CH3COOC2H5 H2O Egyensúlyban v1 = v2 k1CH3COOH C2H5OH = k2CH3COOC2H5 H2O CH3COOC2H5 H2O/ CH3COOH C2H5OH = k1/k2 = K

{[C]m1 [D]m2} / { [A]m1 [B]m2} = K KÉMIAI EGYENSÚLYOK (1) Általánosan: n1A + n2B  m1C + m2D {[C]m1 [D]m2} / { [A]m1 [B]m2} = K Tömeghatás törvénye: Egyensúlyban a keletkezett termékek koncentrációjának megfelelő hatványon vett szorzata osztva a kiindulási anyagok koncentrációjának megfelelő hatványon vett szorzatával konstans érték állandó nyomáson és állandó hőmérsékleten

SÓK HIDROLÍZISE (1) Gyenge bázis és erős sav sójának hidrolízise Hidrolízis = reakcióba lépés a vízmolekulákkal Gyenge bázis és erős sav sójának hidrolízise NH4+ + H2O  NH3 + H3O+ Kh = [NH3] [H3O+] [NH4+] = Kw/Kb

SÓK HIDROLÍZISE (2) Erős bázis és gyenge sav sójának hidrolízise CH3COO- + H2O  CH3COOH + OH- Kh = [CH3COOH] [OH-] / [CH3COO-] hidrolízis BA + H2O  HA + BOH semlegesítés H2O  H+ + OH- H+ + A-  HA H2O + A-  HA + OH-

SÓK HIDROLÍZISE (3) [H+] = Kw / [OH-] és [H+] = Ks [HA] / [H+] Kw / [OH-] = Ks [HA] / [H+] Kw / Ks = [HA] [OH-] [A-]

PUFFER OLDATOK (1) Gyenge savnak és sójának vizes oldata, vagy Gyenge bázisnak és sójának vizes oldata pH-juk állandó pH-juk nem függ a hígítástól Pufferkapacitás = sav- vagy bázissemlegesítő képesség Pufferkapacitás függ a hígítástól

PUFFER OLDATOK (2) Természetben fonosak (környezetben, szervezeten belül, sejten belül) Na2CO3, NaHCO3 H2CO3, HCO3-, CO32- rendszer (szervetlenszén rendszer) Heterogén rendszerek pufferkapacitása nagyobb lehet, mint a homogén rendszereké (pl. CaCO3 szilárd fázis jelenléte a szervetlenszén rendszerben)

(Kw = a víz ionszorzata) Erős bázis gyenge savval alkotott sójának hidrolízise: A- + H2O  HA + OH- A hidrolízis állandó: Kh = Kw/Ks (Kw = a víz ionszorzata) Erős sav gyenge bázissal alkotott sójának hidrolízise: B++ H2O  BOH + H+ Kh = Kw/Kb

Gyenge bázis és gyenge sav reakciója: B+ + A- + H2O  BOH + HA A hidrolízis állandó: Kh = Kw/Ks Kb

A TAVI ÖKOSZISZTÉMA ELEMEI (1) Társulások Bakterioplankton Fitoplankton Zooplankton (egysejtűek, kerekesférgek, kisrákok) Magasabbrendű vizinövények (makrofiton) Makroszkópos gerinctelenek (csigák, kagylók, szivacsok, stb.) Halak (növényevők, fenéktúrók, ragadozók)

A TAVI ÖKOSZISZTÉMA ELEMEI (2) Élőhelyek Levegő – víz határfelület Nyíltvíz Üledék (bentosz) Élőbevonat Parti zóna

A TAVI ÖKOSZISZTÉMA ELEMEI (3) Kölcsönhatások az ökoszisztémában Energia áramlás szintjei Táplálkozási kölcsönhatások Kompetíció Minden elem összefügg egymással

A tápanyagforgalom és a táplálkozási kapcsolatok egyszerűsített folyamatábrája

A folyóvizek (rheális) szinttájai Tájék Szinttáj Ekoszisztémák összessége Forrástájék (krenális) forrásszinttáj eukrenon forrás-kifolyó szinttáj hipokrenon Pisztrángfélék tájéka (rhitrális) felső pisztráng- csermelyek, hegyi szinttáj patakok epirhitron alsó pisztráng- patakok szinttáj metarithron pénzespér- hegyi folyók hiporithron Pontyfélék tájéka (potamális) márnaszinttáj kisebb folyók epipotamon denevérkeszeg- síksági folyók, szinttáj folyamok metapotamon lepényhal-dur- esztuáriumok bincs szinttáj hipopotamon

A Föld-légkör rendszer energiaforgalma I. A légkör külső határára érkező napsugárzás további útja: 100 % = 11 ezer MJ/m2/év (Próbáld, 1981. nyomán)

A fény összetétele állóvizekben, a hullámhossz és a mélység függvényében Fény viselkedése a vízben: Iz = I0 e() Iz = Fényerő „z” mélységben I0 = fényerő felszínen () = extinkciós koeficiens „” hullámhosszon

HŐMÉRSÉKLET van’t Hoff törvény (hőmérséklet 10 °C-os emelése esetén a reakciósebesség 2-3-szorosára nő Általában –10 - +45 °C között vannak élőlények Termofil szervezetek: +45 - +95 °C Mezofil szervezetek Pszichrofil szervezetek (hidegtűrők) Homoioterm élőlények (állandó testhőmérséklet) Poikiloterm élőlények (változó testhőmérséklet) Testhőmérséklet evolúciós hatása Hőterhelés

Tavak típusai, jellemzői TÍPUSOK: Sekély tó Mély tó JELLEMZŐK: Vízgyűjtő méret Vízmélység Felület Parttagoltság Átkeveredés

Az állóvízi (limnális) élettájak

TAVAK HŐRÉTEGZŐDÉSÉNEK FŐBB TÍPUSAI AMITIKUS (állandóan jéggel fedett sarkvidéki tavak) HIDEG MONOMIKTIKUS (télen rétegzett, nyáron átkeveredő sarkvidéki tavak) DIMIKTIKUS (tavasszal és ősszel keveredik, nyáron és télen rétegzett mérséklet égövi tavak) MELEG MONOMIKTIKUS (télen keveredik,, nyáron rétegzett szubtrópusi tavak) OLIGOMIKTIKUS (kevés cirkulációs periódus szabálytalan időközönként, trópusi tavak) POLIMIKTIKUS (állandóan, vagy gyakran van átkeveredés, hideg- vagy melegégövi tavak) MEROMIKTIKUS (állandó rétegzettség, pl. sós tavak)

A HIPOLIMNION ANAERÓBIÁJÁNAK KÖVETKEZMÉNYEI (1) 1. Kémiai következmények Vas redukciója, Fe(OH)3  Fe2+ Mangán redukciója, MnO2  Mn2+ Vashoz kötött foszfor oldódása

A HIPOLIMNION ANAERÓBIÁJÁNAK KÖVETKEZMÉNYEI (2) 2. Biológiai következmények Lebontási folyamat túlsúlya Szén-dioxid felszabadulása pH csökkenése Denitrifikáció, NO3-  N2 Ammónia képződés Szulfát redukció, SO42-  H2S Metán fermentáció, CO2  CH4 Anaerób lebontás során íz és szaganyagok keletkezése

TÁPANYAG (1) Növények Szervetlenből szerves anyagot állítanak elő (fotoszintézis) Bruttó fotoszintézis = nettó + légzés Legfontosabb tápanyagok: C, N, P Liebig törvény C : N : P = 106 : 16 : 1

TÁPANYAG (2) Állatok Szaprofág szervezetek (pl. baktériumok, gombák) Növényevők Húsevők Mindenevők Szaprofág szervezetek (pl. baktériumok, gombák)

Minőség Alkalmasság, jóság Dolgok, jelenségek, folyamatok belső lényegi tulajdonságainak összessége, melyek révén azok egymástól elkülönülnek Alkalmasság, jóság A minőség emberközpontú alkalmazása. Felhasználástól függ a kedvező vagy rossz minőség (Pl. halászat, fürdés, ivóvíz, ipari víz, öntözővíz, stb.)

Vízminőség Régi megfogalmazás: A természetben előforduló víz tulajdonságainak összessége. Új megfogalmazás: A víztest állapota, amely az „n” dimenziós topológiai térben egy ponttal jellemezhető, ahol n = a víztest tulajdonságainak összességével. A valóságban az „n” számú jellemző nem határozható meg, kevesebbel kell beérni (idő, anyagi korlát, stb.)

SZENNYEZŐANYAGOK TÍPUSAI OXIGÉNELVONÓ ANYAGOK (főként szervesanyagok) NÖVÉNYI TÁPANYAGOK (N és P) SZERVES MIKROSZENNYEZŐK (Peszticidek, gyomirtó szerek, szerves vegyipari hulladékok, stb.) LEBEGŐ ANYAGOK NEHÉZFÉMEK (Cd, Cu, Cr, Ag, Hg, Fe, Mn, stb.) FETŐZŐ ÁGENSEK (baktériumok, vírusok, stb.) RADIOAKTÍV ANYAGOK HŐ

A SZENNYEZŐ ANYAGOK HATÁSAI A VÍZI OXIGÉNFORRÁS CSÖKKENÉSE EUTROFIZÁLÓDÁS A TÁPLÁLKOZÁSI KAPCSOLATOK SÉRÜLÉSE POTENCIÁLIS TOXIKUSSÁG JÁRVÁNYOK ESZTÉTIKAI ÉRTÉK CSÖKKENÉSE KORRÓZIÓ BIOKORRÓZIÓ

ÖSSZES SZENNYEZŐANYAG TERHELÉS HÁTTÉRTERHELÉS (TERMÉSZETES EREDET) IPARI/KERESKEDELMI TERHELÉS HÁZTARTÁSOKBÓL SZÁRMAZÓ TERHELÉS MEZŐGAZDASÁGI TERHELÉS MÚLTBELI SZENNYEZÉSEKBŐL SZÁRMAZÓ MARADVÁNY TERHELÉS

VÍZMINŐSÉGI JELLEMZŐK ÁLTALÁNOS PARAMÉTEREK SZERVETLEN KOMPONENSEK SZERVESANYAGOK NÖVÉNYI TÁPANYAGOK FÉMEK SZERVES MIKROSZENNYEZŐK BIOLÓGIAI SZENNYEZŐK RADIOAKTIVITÁS

1. ÁLTALÁNOS PARAMÉTEREK Vízhozam, m3/s Vízhőfok, °C Oldott oxigén, mg/L pH Vezetőképesség, S/cm, 20 °C-on

2. SZERVETLEN KOMPONENSEK (mg/L) Anionok: klorid, szulfát, karbonát, hidrokarbonát, fluorid, Kationok: kálium, nátrium, kalcium, magnézium, vas, mangán

3. SZERVESANYAGOK (mg/L) TOC, DOC, BOI5, KOIMn, KOICr

4. NÖVÉNYI TÁPANYAGOK Összes P, PO4-P Összes N, NH4-N, NO2-N, NO3-N SiO2-Si

5. Szervetlen mikroszennyezők Összes Fe, Hg, Ni, Cd, Zn, Cu, Cr, Pb, Mn, As Oldott Fe, Hg, Ni, Cd, Zn, Cu, Cr, Pb, Mn, As Szilárd Fe, Hg, Ni, Cd, Zn, Cu, Cr, Pb, Mn, As

6. SZERVES MIKROSZENNYEZŐK Fenolok és homológjai (C6H5OH) Klórozott szénhidrogének

7. BIOLÓGIAI SZENNYEZŐK Vírusok Baktériumok (összes baktériumszám 37 és 20 °C-on, Coliszám, Enterális coliszám, Streptococcus szám, Salmonella, Shigella) Féreg kitartóképletek (pl. ciszták)

8. RADIOAKTIVITÁS (Bq/L) Összes alfa aktivitás Összes béta aktivitás 40K 3H 90Sr

A vízminősítés szerepe a vízminőség-szabályozásban Szennyezőanyag terhelés Vízminőségi problémák Vízhasználati igények Rendszeres vízminőség ellenőrzés Követelményeknek megfeleltetés Osztályozás, trendek Ok-okozati Összefüggések feltárása Alternatív szabályozási javaslatok kidolgozása Döntéshozás Ellenőrzés

A MAGYAR VÍZMINŐSÍTÉSI RENDSZER Felszíni vízre (folyókra, tavakra, tározókra) 250 mintavételi hely volt, ma 150 Komponensek koncentráció értékei szerint Heti, kétheti, havi gyakoriságú mérés Mintegy 50-60 vízminőségi komponens

MSZ 12749 SZABVÁNY (1) A szabvány a komponenseket az alábbi mutatócsoportokba sorolja: Oxigénháztartás Nitrogén és foszforháztartás Mikrobiológiai jellemzők Szervetlen mikroszennyezők Szerves mikroszennyezők Toxicitás Radioaktív anyagok Egyéb jellemzők

MSZ 12749 SZABVÁNY (2) Minden egyes vízminőségi komponens éves adatsorát a szabvány előírásainak megfelelően külön-külön kell értékelni. A mértékadó érték a vizsgálat gyakoriságától függően: Amennyiben a vizsgálatok száma több min 12, a 90 %-os összegzett relatív gyakoriságú (tartósságú) érték. Amennyiben a vizsgálatok száma kevesebb mint 12, a legnagyobb vizsgálati eredmény (az oldott oxigént és az oxigéntelítettséget kivéve). Egy-egy csoporton belül a legrosszabb osztály besorolású komponenst kell mértékadónak tekinteni.

A felszíni vizek minőségi jellemzői és határértékei (kivonat az MSZ 12749 szabványból) (1) OXIGÉNHÁZTARTÁS Komponens I. II. III. IV. V. osztály Oldott O2, mg/L 7 6 4 3 <3 Oxigéntelítettség, % 80-100 70-80 100-120 50-70 120-150 20-50 150-200 < 20 > 200 BOI5, mg/L 5 10 15 > 15 KOIps, mg/L 8 20 > 20 KOIk, mg/L 12 22 40 60 > 60 Pantle-Buck index 1,8 2,3 2,8 3,3 > 3,3

A felszíni vizek minőségi jellemzői és határértékei (kivonat az MSZ 12749 szabványból) (2) TÁPANYAG HÁZTARTÁS Komponens I. II. III. IV. V. osztály Ammónium-ion, mg/L 0,26 0,64 1,29 2,57 > 2,57 Nitrit-ion, mg/L 0,033 0,100 0,329 0,986 > 0,986 Nitrát-ion, mg/L 4,43 22,14 44,28 110,7 > 110,7 Összes foszfor1 mg/L 100 200 400 1000 > 1000 Összes foszfor2 mg/L 40 500 > 500 PO4-P1 mg/m3 50 PO4-P2 mg/m3 20 250 > 250 A-klorofill, mg/m3 10 25 75 1 Nem állóvízbe engedés esetén, 2 egyéb

MIKROSZENNYEZŐK, TOXICITÁS A felszíni vizek minőségi jellemzői és határértékei (kivonat az MSZ 12749 szabványból) (3) MIKROSZENNYEZŐK, TOXICITÁS Komponens I. II. III. IV. V. osztály Fenolok, mg/m3 2 5 10 20 > 20 ANA-detergensek, mg/m3 100 200 300 500 60 500 Kúolaj és termékei, mg/m3 50 250 > 250 EGYÉB JELLEMZŐK pH - 6,5-8,0 6,0-6,5 8,5-9,0 5,5-6,0 9,0-9,5 < 5,5 > 9,5 Vezetőképesség 20 °C-on S/cm 700 1000 2000 > 2000

Felszíni vizek minősítési rendszere (MSZ 12749) (1) I. osztály: kiváló víz: Mesterséges szennyező anyagoktól mentes, tiszta, természetes állapotú víz, az oldott anyaga tartalom kevés, közel teljes az oxigén telítettség, a tápanyagterhelés csekély és szennyvíz baktérium gyakorlatilag nincs.

Felszíni vizek minősítési rendszere (MSZ 12749) (2) II. osztály: jó víz: Külső szennyező anyagokkal és biológiailag hasznosítható tápanyagokkal kismértékben terhelt, mezotróf jellegű víz. A vízben oldott és lebegő, szerves és szervetlen anyagok mennyisége, valamint az oxigén háztartás jellemzőinek évszakos és napszakos változása az életfeltételeket nem rontja. A vízi szervezetek fajgazdasága nagy, egyedszámuk kicsi, beleértve a mikroorganizmusokat is. A víz természetes szagú és színű. Szennyvíz baktérium kevés.

Felszíni vizek minősítési rendszere (MSZ 12749) (3) III. osztály: tűrhető víz: Mérsékleten szennyezett víz, amelyben biológiailag hasznosítható tápanyagterhelés eutrofozálódást eredményezhet. Szennyvíz baktériumok következetesen kimutathatók. Az oxigénháztartás évszakos és napszakos ingadozása és az esetenként előforduló káros vegyületek átmenetileg kedvezőtlen életfeltételeket teremthetnek. Az életközösségekben a fajok számának csökkenése és egyes fajok tömeges elszaporodása vízszíneződést is előidézhet. Esetenként szennyeződésre utaló szag és szín is előfordul.

Felszíni vizek minősítési rendszere (MSZ 12749) (3) IV. osztály: szennyezett víz: Külső eredetű szerves és szervetlen anyagokkal, illetve szennyvizekkel terhelt, tápanyagokban gazdag víz. Az oxigénháztartás tág határok között változik, előfordul az anaerob állapot is. A nagy mennyiségű szerves anyag biológiai lebontása, a baktériumok nagy, valamint az egysejtűek tömeges előfordulása jellemző. A víz zavaros, esetenként színe változó, előfordulhat vízvirágzás is. A biológiailag káros anyagok koncentrációja esetenként a krónikus toxicitásnak megfelelő értéket is elérheti. Ez a vízminőség kedvezőtlenül hat a magasabb rendű vízi növényekre és a soksejtű állatokra.

Felszíni vizek minősítési rendszere (MSZ 12749) (3) V. osztály: erősen szennyezett víz: Különféle eredetű szerves és szervetlen anyagokkal, szennyvizekkel erősen terhelt, esetenként toxikus víz. Szennyvíz baktérium tartalma közelít a nyers szennyvizekéhez. A biológiailag káros anyagok és az oxigénhiány korlátozzák az életfeltételeket. A víz átlátszósága általában kicsi, zavaros, bűzös, színe jellemző és változó. A bomlástermékek és a káros anyagok koncentrációja igen nagy, a vízi élet számára krónikus, esetenként akut toxikus szintet jelent.

Szennyvíz kibocsátók Vizsgált komponensek Szervesanyag mutatók (KOI, BOI, CCl4-extrakt) Tápanyag formák (ÖP, PO4-P, ÖN, NO3-N, NO2-N, NH4-N) Nehézfémek Mérési gyakoriság: legalább évi négy (+ önkontroll mérések) Környezetvédelmi területi hatóság végzi a mérést Hat területi kategória (érzékenység szerint) Újabb határértékrendszer alapelvei Nem a koncentráció, hanem terhelés az irányadó Befogadó terhelhetősége szerinti határértékek Érzékeny vízbázisok figyelembe vétele

EU SZABÁLYOZÁS (91/271/EEC), KÉT FOKOZATÚ TISZTÍTÁSRA Határértékek VAGY eltávolítási hatásfokok BOI5 (25 mg/l; 70-90%) KOI (125 mg/l; 75%) Lebegőanyag (35 mg/l; 90%) Összes foszfor (2 mg/l, 80 %) (10-100 eLE) Összes nitrogén (15 mg/l; 70-80 %) (10-100 eLE)

ÚJ SZABÁLYOZÓ RENDSZER 203/2001 Kormányrendelet 9/2002 KöM/KöVim rendelet tervezet Technológiai határértékek Területi kibocsátási határértékek Egyedi vízgyűjtő területi határértékek Gondok: Szigorú határértékek, a kibocsátás területi hatósági elbírálási lehetősége

Felszín alatti víz Ivóvíz-kivétel követelményei irányadók Határértékek Megfelelő Tűrhető Víznyerőhely jellegétől (talajvíz, rétegvíz) függő és attól független határértékek

A 3/1984 (II.7.) OVH számú rendelet határértékei a hat területi kategóriában Komponens I. II. III. IV. V. VI. pH 6,5 8,5 9 6-9 5-10 KOICr g/m3 50 75 100 150 NH4-N g/m3 1,56 3,89 23,33 7,78 NO3-N g/m3 9,03 11,29 18,06 - TP g/m3 1,8 2 ANA det. g/m3 5 CCl4 extr. g/m3 10 Lebegőanyag, g/m3 200 500

A VÍZ KERETIRÁNYELV (VKI) ELŐZMÉNYEK: EEC irányelvek a vízhasználatokra Országonként erősen változó rendszer Ökológiai szempontok háttérben

SPECIÁLISAN MAGYAR VISZONYOK Csatlakozási szándék az EU-hoz. A VKI bevezetéséről döntés. Magyarország a Duna-medence része. A vizek 95 %-a külföldről jön. Alföldi és középhegységi területek. Tradíciók a vízgazdálkodásban. Fejlett árvízvédelem és monitoring rendszer. Jelentős vízi ökológiai tapasztalatok.

ELŐREHALADÁS A GYAKORLATI MEGVALÓSÍTÁSBAN Országos programok kormánydöntések alapján a Keretirányelv által megkövetelt intézkedési program alapja EK Irányelvek Országos programok (indítás dátuma) készenlét/ határidő Települési szennyvíz irányelv Országos csatornázási és szennyvíztisztítási program (1996) 25 %/ 2015 Ivóvíz irányelv Vízbázisvédelem (1997) Program az ivóvíz-minőség javítására (2001) 70 % / 2003 20 % / 2009 Nitrát irányelv Országos akcióterv 3 fázisban (2002) 20 % / 2012 Felszín alatti vizek védelme irányelv Országos kármentesítési program (1996) 60 % / 2003

A VKI CÉLJA, HOGY KERETET BIZTOSÍTSON: a vizekkel kapcsolatban lévő ökoszisztémák védelméhez a fenntartható vízhasználatokhoz az emisszió csökkentésével a vízminőség javításához a felszín alatti vizek védelméhez az árvizek és aszályok környezeti hatásának mérsékléséhez Egyéb kiemelt szempontok: költségmegtérülés, a “szennyező fizet” elv, társadalmi kapcsolatok

VÍZÜGYI KERETIRÁNYELV (WATER FRAMEWORK DIRECTIVE) Integráló szemlélet Vízgyűjtő elv Fogalmi meghatározások (vízgyűjtő, részvízgyűjtő, vízgyűjtő kerület, víztér, „jó állapot”) Célok (állapot romlás megakadályozása, jó állapot elérése) Feladatok (monitoring, vízgyűjtő-gazdálkodási terv, intézkedési terv) Határidők Felelős hatóság Jelentési kötelezettség

FOGALMAK Vízgyűjtő Tó, folyó, átmeneti, partmenti, erősen módosított és mesterséges vizek Referencia állapot és potenciál Jó állapot és potenciál Felelős hatóság Tipológia Víztest lehatárolás Víztest jellemzés Monitoring (háromszintű) Vízgyűjtő gazdálkodási terv

Módosított társulások ÖKOLÓGIAI HÁTTÉR Komplementaritás elve (miliőspektrum és tolerancia spektrum összehangoltsága Emberi hatások Zavartalan környezet Módosított környezet Eredeti társulások Módosított társulások Környezet Típusok Társulások Referencia indikátorok

Közvetve tehát befolyással van az egész vízgazdálkodásra A KERETIRÁNYELV TEHÁT AZOKAT A TÖRVÉNYEREJŰ SZEMPONTOKAT FOGLALJA ÖSSZE, AMELYEKET FIGYELEMBE KELL VENNI: A vízhasználatok tervezésekor és engedélyezésekor, A potenciális szennyezési tevékenységek engedélyezésekor, A vízrendezési munkákban, Az árvíz és belvízvédekezés során Közvetve tehát befolyással van az egész vízgazdálkodásra

VÍZGYŰJTŐ-GAZDÁLKODÁSI TERVEZÉS A lényeg: VÍZGYŰJTŐ-GAZDÁLKODÁSI TERVEZÉS a Duna vízgyűjtőjének egészére esetleg Duna, Tisza, Dráva bontásban, de az “aprómunka” szintjét a típus szerint lehatárolható felszíni és felszín alatti vízterek jelentik A célkitűzés: a vízterek ökológiai és vízminőségi állapota nem romolhat, illetve el kell érni a “jó állapotot” 15 év alatt, közgazdaságilag alátámasztható módon A vízgyűjtő szintű vízgazdálkodási tervezés és a vízgyűjtő gazdálkodási tervezés párhuzamosan futó, egymást átfedő tevékenységek

Ökológiai és vízminőségi szemlélet, de kivételek lehetségesek. Csak mindent indokolni, igazolni és dokumentálni kell! A határidő kitolható váratlan árviz, tartós aszály, haváriák esetén. A víztér mesterséges vagy erősen módosított jellege elfogadható, ha a jó ökológiai állapot elérése jelentős!? káros hatással lenne a szélesebb környezetre, hajózásra, rekreációra, jelentős!? vízhasználatokra, folyószabályozásra, árvízvédelemre, drénezésre, stb... technikailag nem lehetséges környezeti szempontból jelentősen!? kedvezőbb módon, vagy nagyon drága lenne. fenntartható vízgazdálkodás

„jó állapot” a felszíni vizek esetén: a víztér ökológiai és kémiai állapota is legalább jó A felszíni vizek jó ökológiai állapota azt jelenti, hogy a víztér közel azonos hidrológiai, morfológiai, biológiai és kémiai jellemzőkkel rendelkezik, mint egy vele azonos típusba sorolt zavartalan víztér (ez a referencia állapot) A felszíni víztérnek akkor jó a kémiai állapota, ha megfelel a környezeti határértékeknek „jó állapot” a felszíni vizek esetén: a víztér mennyiségi és kémiai állapota is jó A felszín alatti víztér jó mennyiségi állapota esetén a vízkivételek nem haladják meg a sokévi utánpótlódás mértékét, és a depresszió nem rontja a kapcsolatban lévő felszíni vízterek és szárazföldi ökoszisztémák ökológiai állapotát A felszíni alatti víztér jó kémiai állapota szintén a környezeti határértékek teljesítését jelenti

FELSZÍNI VÍZTEREK TÍPUSAINAK MEGHATÁROZÁSA A tipológia felállításához két változat között lehet választani: a részletesebb B-változat tartalmazza a A-változatot V í z f o l y á s o k Földrajzi szélesség és hosszúság Tengerszint feletti magasság szerint: > 800 m 200 – 800 m <200 m Geológiai felépítés: meszes szilikátos szerves (?) A víztérhez tartozó vízgyűjtőterület szerint: 1 – 100 km2 100 – 1000 km2 1000 – 10000 km2 > 10000 km2 A folyótorkolattól mért távolság Meteorológiai jellemzők (léghőmérsékleti tartomány, csapadék) Medermorfológiai jellemzők ((víztükörszélesség és vízmélység, a főmeder és a völgy alakja) Hozam-kategória Hordaléktranszport Esés (az előzővel együtt: energiakészlet!) Természetes vízminőségi jellemzők (klorid, a savasságot semlegesítő (puffer)kapacitás)

Felszíni vízterek típusainak meghatározása T a v a k Földrajzi szélesség és hosszúság Tengerszint feletti magasság szerint: > 800 m 200 – 800 m <200 m A tó átlagos mélysége szerint: < 3 m 3 - 15 m > 15 m A vízfelület nagysága szerint: 0,5 - 1 km2 1 – 10 km2 10 – 100 km2 > 100 km2 Geológiai felépítés: meszes szilikátos szerves (?) Meteorológiai jellemzők (léghőmérsékleti tartomány, csapadék) Vízszintingadozás A tó alakja Meder- (üledék) összetétel Tartózkodási idő Keveredési jellemzők Savasságot semlegesítő (puffer) kapacitás Tápanyag-terhelés

Felszín alatti vízterek javasolt tipológiája A kőzet szerinti osztályok mindegyikére (általános, de a kőzetek típusai szerint vannak különbségek) a domborzat jellege síkvidék hátság, peremvidék dombvidék hegyvidék a víztér tetejének mélysége: < felszínközeli (talajvíz) < 50 m > 50 m hőfok: < 25 oC, hideg vizek > 25 oC termálvizek a felszíni szennyezéssel szembeni sérülékenység: fokozottan sérülékeny (karszt, vagy homokos fedő) sérülékeny (féligáteresztő fedő) nem sérülékeny (kötött fedőréteg) regionális áramlási jelleg (50 m-nél mélyebb réteg esetén): feláramlási terület átmeneti terület leáramlási terület vízminőségi jelleg: a jelenlegi genetikai osztályozás alapján, de max. 4-5 kategória átlagos évszakos talajvízszint ingadozás: három kategória az éves maximális vízállások átlaga terep alatt (talajvíztér esetén): három-négy kategória ökológiai jelentősége (csak talajvíztér esetén) nincs hatással vízfolyásokra és/vagy szárazföldi ökoszisztémára a befolyásolt szárazföldi ökoszisztéma jellege szerint

VÍZTEREK ÁLLAPOTÁNAK JELLEMZÉSE VÍZFOLYÁSOK ÁLLÓVIZEK BIOLÓGIAI JELLEMZŐK Makrofitonok Makrogerinctelenek Halak Fitoplankton

VÍZTEREK ÁLLAPOTÁNAK JELLEMZÉSE VÍZFOLYÁSOK ÁLLÓVIZEK BIOLÓGIAI JELLEMZŐK Makrofitonok Fitobenton Makrogerinctelenek Halak Fitoplankton HIDRO-MORFOLÓ-GIAI JELLEMZŐK Vízhozam jellemzők Kapcsolat a vízadókkal Mélység, szélesség Mederjellemzők Vízparti zóna Vízállás jellemzők Tartózkodási idő Mélység Tómeder jellemzők

VÍZTEREK ÁLLAPOTÁNAK JELLEMZÉSE VÍZFOLYÁSOK ÁLLÓVIZEK BIOLÓGIAI JELLEMZŐK Makrofitonok Makrogerinctelenek Halak Fitoplankton HIDRO-MORFOLÓ-GIAI JELLEMZŐK Vízhozam jellemzők Kapcsolat a vízadókkal Mélység, szélesség Mederjellemzők Vízparti zóna Vízállás jellemzők Tartózkodási idő Mélység Tómeder jellemzők FIZIKAI-KÉMIAI JELLEMZŐK Hőmérsékleti viszonyok Oxigén háztartás Sótartalom Savasodási állapot Tápanyagok Jelentős mennyiségben bevezetett szennyezőanyagok Kiemelten veszélyes anyagok Átlátszóság

VÍZTEREK ÁLLAPOTÁNAK JELLEMZÉSE VÍZFOLYÁSOK ÁLLÓVIZEK BIOLÓGIAI JELLEMZŐK Makrofitonok Makrogerinctelenek Halak Fitoplankton HIDRO-MORFOLÓ-GIAI JELLEMZŐK Vízhozam jellemzők Kapcsolat a vízadókkal Mélység, szélesség Mederjellemzők Vízparti zóna Vízállás jellemzők Tartózkodási idő Mélység Tómeder jellemzők FIZIKAI-KÉMIAI JELLEMZŐK Hőmérsékleti viszonyok Oxigén háztartás Sótartalom Savasodási állapot Tápanyagok Jelentős mennyiségben bevezetett szennyezőanyagok Kiemelten veszélyes anyagok Átlátszóság

A FELSZÍNI VÍZ MONITORING JELLEMZŐI Feltárási és felügyeleti monitoring Célja: vízterek kijelölésének véglegesítése vízterek kiindulási állapotának jellemzése a környezeti szempontból kritikus vízterek kiválasztása információk egyéb monitoring tervezéséhez a vízminőségi állapot átfogó bemutatása az emberi hatások és az állapotjellemzők közötti összefüggések bemutatása, hosszútávú trendek kimutatása Mérendő paraméterek: hidrológiai, hidromorfológiai jellemzők biológiai jellemzők (fitoplankton, típus-specifikus flóra, gerinctelenek, halak) kémiai paraméterek (alapparaméterek, kibocsátott kiemelt szennyezőanyagok vagy nagy mennyiségben kibocsátott egyéb anyagok

A FELSZÍNI VÍZ MONITORING JELLEMZŐI Vizsgálati monitoring Célja: a határértéket meghaladó koncentráció ismeretlen okának feltárása a biológiai állapot nem megfelelő és ennek oka ismeretlen havária jellegű szennyezések feltárása Mérendő paraméterek: A céltól függően.

A FELSZÍNI VÍZ MONITORING JELLEMZŐI Üzemelési monitoring Célja: a célkitűzések szempontjából kockázatos vízterek állapotának folyamatos megfigyelése a beavatkozások hatásának nyomon követése ahová kiemelt szennyezőanyagot, vagy nagy mennyiségű szennyezőanyagot vezetnek védett vízfolyás-szakaszok monitoringja Mérendő paraméterek: a vizsgált terhelésre érzékeny hidrológiai, hidromorfológiai vagy biológiai elem az adott víztérbe bevezetett kiemelt szennyezőanyagot, vagy nagy mennyiségben bevezetett szennyezőanyagot

VÍZTEREKRE VONATKOZÓ KÖRNYEZETI CÉLKITŰZÉSEK Általános szabályok a vízterek állapota nem rosszabbodhat (időszakosan váratlan események miatt) a természetközeli, ún. “jó állapot” elérése 15 év alatt megfelelő indokok esetén a határidő kitolható 12 évvel erősen befolyásolt vízterek esetén enyhébb célkitűzések Csak felszíni vizek esetén mesterséges és erősen módosított vízterek esetén a meg- változott állapotnak megfelelő referencia az érvényes, a cél a jó ökológiai potenciál elérése 15 év alatt a prioritási listán lévő anyagok okozta szennyezéseket folyamatosan csökkenteni kell a veszélyes anyagok emisszióját meg kell szüntetni Csak felszín alatti vizek esetén a bevezetett szennyezések megszüntetése vagy korlátozása a szennyezési trendeket vissza kell fordítani

VÍZGYŰJTŐ GAZDÁLKODÁSI TERVEK 1. Általános ismertetés: A vízgyűjtő kerület jellemzőinek általános leírása. A felszíni víztestek elhelyezkedésének és határainak térképen történő bemutatása, a vízgyűjtőn belüli ökorégiók és felszíni víztest típusok térképen történő bemutatása, a felszíni víztest típusok referencia viszonyainak meghatározása. A felszín alatti víztestek elhelyezkedésének és határainak térképen történő bemutatása. 2. Emberi hatások Pontszerű szennyezőforrások. Diffúz szennyezőforrások, földhasználat. A víz mennyiségi állapotára ható terhelések számbavétele a vízkivételekkel együtt.  Az egyéb hatások elemzése.

VÍZGYŰJTŐ GAZDÁLKODÁSI TERVEK 3. A védett területek azonosítása és térképi ábrázolása. 4. Monitoring A megfigyelő hálózatok térképe. A felszíni vizek állapota (ökológiai és kémiai).  A felszín alatti vizek állapota (kémiai és mennyiségi).  A védett területek állapota. 5. Környezeti célkitűzések 6. A víz használatának közgazdasági elemzése

VÍZGYŰJTŐ GAZDÁLKODÁSI TERVEK 7. A célkitűzések megvalósulása érdekében elfogadott intézkedések programja A közösségi joganyag alkalmazása. A költség visszatérülés elvének érvényesülése. A vízkivételek és a tározások szabályozásának összefoglalása. A pontszerű bevezetésekre és a vizek állapotára hatással levő egyéb tevékenységekre elfogadott szabályozások. A balesetszerű szennyezési események hatásainak megelőzése. 8. Jegyzék a vízgyűjtő kerületre készített bármely egyéb, részletesebb programokról és gazdálkodási tervekről. 9. A közvélemény tájékoztatására és konzultációkra tett intézkedések összefoglalása. 10. Az illetékes hatóságok listája. 11. Információ elérés csatornáinak megjelölése.

VÍZGYŰJTŐ GAZDÁLKODÁSI TERVEK FELÚJÍTÁSA Az előző változatának közreadása óta végzett minden változtatás vagy korszerűsítés összefoglalása. A környezeti célkitűzések elérése irányában tett előrehaladás számbavétele. Minden olyan intézkedés összefoglalása és magyarázata, amelyet előirányoztak a korábbi vízgyűjtő gazdálkodási tervben, de nem tettek meg. A vízgyűjtő gazdálkodási terv korábbi változatának közreadása óta elfogadott minden közbenső intézkedés összefoglalása

VÍZMINŐSÉG A víz mint közeg tulajdonságainak összessége Ökoszisztémák életét befolyásoló, létrehozó, fenntartó tényezők összessége Négy tulajdonság csoport jellemzi Halobitás (ion tartalom) Trofitás (szervesanyag termelő képesség) Szaprobitás (szervesanyag lebontó képesség) Toxicitás (mérgező képesség) Vízminőség: antropocentrikus fogalom (mire használható a víz) Vízszennyezés: Olyan anyagok természetes vízbe juttatása, amelyek károsítják a vízi ökoszisztémát

Ökológiai szemlélet lényege Az ember igényli az egészséges környezetet Az emberiség túljutott az extenzív fejlődési szakaszon A mérnöki és az ökológiai egyensúly létrehozása az intenzív fejlődés feltétele

A halobitás fokozatai DÉVAI I. szerint összes ion mg/L vezetőképesség S/cm ahalóbikus < 10-6 1 béta-oligohalóbikus < 150 < 250 2 béta alfa-oligohalobikus 150-350 250-550 3 alfa-oligohalóbikus 350-600 550-1000 4 oligo-mezohalóbikus 600-900 1000-1500 5 béta-mezohalóbikus 900-1200 1500-2000 6 béta-alfa-mezohalóbikus 1200-1700 2000-2700 7 alfa-mezohalobikus 1700-2500 2700-4000 8 mezo-polihalóbikus 2500-4000 4000-6000 9 polihalóbikus > 4000 > 6000

TERMÉSZETES VIZEK ÖSSZES SÓ TARTALMA Víztípus Sótartalom, mg/L Édesvizek 50-500 Alpesi Tavak 100-200 Északnémet síksági tavak 200-400 Skandináv tavak 50 Sós tavak 20 000-ig Tengervíz 40 000-ig Balaton 500 Velencei-tó 800-1750 Szelidi-tó 1460-4100 Duna 250-400 Tisza 350 Dráva 250

A TENGERVÍZ ÖSSZETÉTELE ELEM mg/L klór 18 890 nátrium 10 560 szulfát-S 2 560 magnézium 1 270 kén 885 kalcium 400 kálium 380 bróm 65 szén 28 stroncium 13 bór 5 szilicium 3 fluor 1

A trófitás fokozatai összes algaszám a-klorofill elsőleges termelés 106·liter-1 mg · m-3 mgC · m-2 · nap-1 gC · m-2 · év-1 atrófikus 1 ultra-oligotrófikus < 0,01 < 1 < 50 < 10 2 oligotrófikus 0,01-0,05 1-3 50-100 10-25 3 oligo-mezotrófikus 0,05-0,10 3-10 100-200 25-50 4 mezotrófikus 0,1-0,5 10-20 200-400 5 mezo-eutrófikus 0,5-1,0 20-50 400-600 100-150 6 eutrófikus 1-10 600-1500 150-300 7 eu-politrófikus 10-100 1500-2500 300-500 8 politrófikus 100-500 200-800 > 2500 > 500 9 hipertrófikus > 800 ?

Az oligotrófia és eutrófia összehasonlítása (1) Plankton mennyisége szegényes gazdag változatossága változatos, sok faj egyhangú, kevés faj elterjedése mély vízben is csak a trofogén zóna napi vándorlás élénk korlátozott Alga tömegvegetáció igen ritka gyakori

Az oligotrófia és eutrófia összehasonlítása (2) Jellemző algacsoportok Zöldalgák Desmidiaceae Kékalgák Anabaena Aphanizomenon Microcystis Oscillatoria Kovamoszatok Tabellaria Cyclotella Melosira islandica Melosira )kiv.: islandica) Fragillaria Stephanodiscus Asterionella Aranybarna moszatok Dinobryon

Az oligotrófia és eutrófia összehasonlítása (3) Jellemző állatok Bosmina obtusirostris Diaptomus gracilis B. longirostris Daphnia cucullata Cyclops vicinus Fenékfauna Tanytarsus Chironomus fajok Halak Mély, hűvös vizet kívánó fajok: pisztráng, maréna Felületi melegvíz kedvelők: ponty, csuka, sügér, keszeg

AZ EUTROFIZÁCIÓ KÖVETKEZMÉNYEI MÉRSÉKELT ÉGÖVI ÁLLÓVIZEK ELSŐSORBAN: ALGA TÚLSZAPORODÁS (kovaalgák, zöldalgák, kékalgák) MÁSODSORBAN: MAKROFITON ELBURJÁNZÁS TRÓPUSI ÁLLÓVIZEK ELSŐSORBAN: VÍZI MAKROFITON túlszaporodás (vízililiom, piscia) MÁSODSORBAN: ALGA TÚLSZAPORODÁS (kékalgák, kovaalgák)

A TROFITÁS ÉS A VÍZHASZNÁLAT ÖSSZEFÜGGÉSE Oligotróf Vízellátás fürdőzés, rekreáció Mezotróf vízellátás Eutróf Öntözés haltenyésztés Hipertróf Haltenyésztés hajózás

AZ ALGÁK VÍZMINŐSÉGI HATÁSAI Instabil oxigén viszonyok Szervesanyag termelés Szín, szag és ízproblémák Esztétikailag kedvezőtlen víz Toxintermelő képesség

PROBLÉMÁK A VÍZELLÁTÁSNÁL Növekvő koaguláns igény Az ülepítés során flokkok felúszása Szűrök eltömődése Az algák átmehetnek a szűrőn Baktériumok elszaporodása az algák szervesanyagán a vízelosztó rendszerben

MAKROFITON ELBURJÁNZÁSBÓL EREDŐ GONDOK A VÍZKIVÉTELI MŰVEK eltömése (vízellátás, energiatermelés) MAGAS EVAPORTRANSPIRÁCIÓ VÍZI SZÁLLÍTÁS AKADÁLYOZÁSA FÜRDŐZÉS AKADÁLYOZÁSA HALÁSZAT AKADÁLYOZÁSA

MAKROFITON SZABÁLYOZÁS Aratás Üledék lefedése Kotrás Foszfor inaktiválás Növényevők betelepítése Növényi patogének bevitele Vízmélység szabályozás Növényirtó szerek alkalmazása

EUTROFIZÁCIÓ SZABÁLYOZÁSA Alapja: limitáció Módszerek mély tavakra sekély tavakra különbözőek Tó és vízgyűjtője egységként kezelése

Beavatkozások a vízgyűjtőn (1) Pontszerű források Lakossági szennyvíz terhelés csökkentése (szennyvíz elvezetés, harmadlagos tisztítás, csatornázási paradoxon) Ipari szennyvíz kezelés Nagyüzemi állattartó telepek hígtrágya kezelése

Beavatkozások a vízgyűjtőn (2) Nem-pontszerű források Mezőgazdasági termelés csökkentése Művelési ág váltás Művelési mód váltás Szerves- és műtrágya felhasználás csökkentése Erózióból származó terhelés csökkentés előtározókkal, nádastóval

Beavatkozások a tóban (1) Mechanikai módszerek Hínárirtás Iszap eltávolítás Levegőztetés Mélységi vízelvezetés Rétegzettség megszüntetése (kényszercirkuláció) Árnyékolás

Beavatkozások a tóban (2) Kémiai módszerek Üledék oxidációja (nitrát, oldott oxigén, hidrogén-peroxid) Meszezés Üledék mobil P inaktiválás (alumínium- szulfát, vas(III)-klorid, stb.) Algicidek alkalmazása

Beavatkozások a tóban (3) Biológiai eljárások Táplálék láncba beavatkozás Betelepítés Növényzet eltávolítás (amúr) Fito és zooplankton gyérítés (busa) Halállomány gyérítés (angolna, csuka, fogas, stb.) Óvatosságot és az ökoszisztéma ismeretét igényli Növénytelepítés

A szaprobitás fokozatai (részben Dr.Gulyás Pál után) Pantle-Buck index KOIps S O2mg · 1-1 aszapróbikus 1 kataróbikus < 0,05 < 1 2 oligoszapróbikus 0,51-1,30 1,0-1,5 3 oligó-béta mezoszapróbikus 1,31-1,80 1,5-2,5 4 béta mezoszapróbikus 1,81-2,30 2,5-5,0 5 alfa-béta mezoszapróbikus 2,31-2,80 5-10 6 alfa mezoszapróbikus 2,81-3,30 10-30 7 alfa-mezo-poliszapróbikus 3,31-3,80 30-60 8 poliszapróbikus 3,81-4,00 > 60 9 euszapróbikus értékelhetetlen, nyers-szennyvíz

A „teljes” szaprobiológiai beosztás Csoport Zóna Jellemzés KATARÓB nem szennyezett k katarób igen tiszta vizek szegényes élővilággal LIMNOSZAPRÓB Szennyezett felszíni és felszín alatti vizek x (xenoszaprób) o oligoszaprób bm béta-mezoszaprób am alfa-mezoszaprób p polimezoszaprób A KOLKWITZ-MARSSON –féle zónák (lásd később) EUSZAPRÓB Bakteriális bontásra alkalmas szennyvizek i izoszaprób m metaszaprób h hiperszaprób u ultraszaprób nyers szennyvíz szeptikus szennvizek tömény ipari szennyvizek élet nélküli, tömény szennyvizek, de nem mérgezők TRANSZ-SZAPRÓB Bakteriális bontásra alkalmatlan szennyvizek a antiszaprób r radioszaprób c kriptoszaprób mérgező szennyvizek radioaktív szennyvizek szervesanyag nélküli szennyvizek, élettelenek

Szapróbiológiai beosztás Oligoszaprób Tiszta, emberi behatástól nem érintett vizek. A mineralizáció teljes. Az üledék oxidált. A víz átlátszó és oxigénben gazdag Béta-mezoszaprób Kémiailag előrehaladott oxidáció zajlik. Oxigén tartalom 50 % feletti, határozott napi ritmussal. Változatos flóra és fauna. Aerob lebontás jellemző Alfa-mezoszaprób Kémiailag előrehaladott oxidáció zajlik. A víz még tartalmaz oxigént, éles napszakos változású az oxigén tartalom. Sok aminosav és fehérje a vízben. Redukált állapot előfordul. BOI = 10-20 mg/L, KOI = 20-80 mg/L Poliszaprób Nagy mennyiségű, energiadús, biológiai bontásra alkalmas változatos szervesanyag. A víz oxigén mentes, redukált állapotú anyagok jelenléte (H2S, MeS). BOI = 50-100 mg/L, KOI = 100-200 mg/L

Toxikológia (1) Toxicitás = mérgező képesség Természetes (bakteriális endo- és exotoxinok, anyagcsere termékek) Mesterséges (emberi tevékenység által okozott mérgezőképesség) Nehézfémek Szerves mikroszennyezők Oxigén elvonás Ammónia A toxicitás dózistól függő Akut toxicitás (egyszeri nagyobb dózis)

Toxikológia (2) Idült toxicitás (hosszú idejű kisebb dózis) A fajok és egyedek érzékenysége különböző Értékelés LD50 és LC50 alapján Mérés célja: hígítási igény megállapítása Tesztek fajtái: Gyorstesztek Hosszú idejű tesztek Különleges tesztek Ökotoxikológia

A toxicitás fokozatai % TLm nincs válasz 0 Nem mérgező 1 2 Gyengén mérgező 3 4 Közepesen mérgező 5 6 7 Erősen mérgező 8 9 Igen erősen mérgező % TLm nincs válasz > 100 (válasz < 10 %) > 100 (válasz 10-50 %) 100-50 50-10 10-1 1-0,1 0,1-0,05 0,05-0,01 < 0,01

Toxikológiai tesztek Peremfeltételek (1) Több faj esetében kell a toxikusságot mérni Nagy mennyiségben előforduló szervezetek kiválasztása előnyös A szervezetek jól tűrjék a laboratóriumi körülményeket Érzékeny élőlények szükségesek a toxikus anyagokkal szemben Lehetőleg fiatal egyedeket válogassunk Az élőlények érzékenysége évszakosan is változhat Több toxikus anyag egyidejű jelenlétében változhat a toxikus hatás Egymást erősítő hatás Egymást csökkentő hatás Semleges hatás

Toxikológiai tesztek Peremfeltételek (2) Lehetőleg gyorsan szaporodó élőlényeket válasszunk Jól felszerelt laboratórium szükséges Bakteriális tenyésztések steril körülmények között Tesztelés közben a környezeti feltételek változatlanok Hígítási sort készítenek a toxikus anyagból Kontrol minta szükséges Több párhuzamos mérés szükséges Környezet ne limitálja a szaporodást Statisztikai kiértékelhetőség

A PCB-k felhalmozódása vízi ökoszisztémákban

Nitrátammonifikáció (nitrátredukció) Oxidáltsági fok: Nitrátammonifikáció (nitrátredukció) Nitrogén molekula dinitrogén-oxid nitrogénkötés denitrifikáció Ammónium- ion Amino csoport hiposalét-romsav Nitrit Nitrát nitrifikáció -III -II -I O +I +II +III +IV +V

Az elemi nitrogén molekula (N2), diffúziója gyorsabb, de nagy mértékben ellenáll a kémiai reakcióknak. A kombinált nitrogén viszont, szinte minden életjelenségben részt vesz nagy reakcióképessége révén, miközben oxidáltsági foka a legredukáltabbtól (-III pl. NH3), a legoxidálttatabbig (pl. NO3-) terjed. (A Balaton erősen eutrofizálódott részén, a Keszthelyi-öbölben 1977 június és november között 35,8 kg/ha, az összes N-terhelés 45 %-a volt az elemi nitrogénkötés eredménye.)

Oldott N2 Szerves N NO3-N NO2-N NH4-N nem lebomló szerves N víz üledék NO3-N, NO2-N, NH4-N szerves N diffúzió kiülepedés felkeveredés szorpció ammónia képződés ammónia felvétel anaerob nitrogénkötés denitrifikáció nitrát redukció levegő aerob nitrát felvétel nitrifikáció

A víz- üledék kölcsönhatást befolyásoló fő folyamatok Tó - víz Lebegő anyag Pórus - víz Üledék A víz- üledék kölcsönhatást befolyásoló fő folyamatok Szorpció Precipitáció Oldódás Felkeveredés Ülepedés Konvekció Diffúzió Határ- réteg VÍZ ÜLEDÉK

Biokémiai folyamatok: (1) Nitrogénkötés Mesterséges ammóniaszintézissel Fotókémiai úton (NH3), (NOx) Kékalgák, baktériumok által N2  2 N ( H = + 670 KJ) 2 N + 3 H2  2 NH3 ( H = - 54 KJ)

Biokémiai folyamatok: (2) Ammonifikáció: Az élőlények elpusztult testét baktériumok bontják aminocsoport eltávolításával, ammónia (NH3) előállításával. (pl. Pszeudomonas): 2CH2NH2COOH + 3O2  4CO2 + 2H2O + 2NH3 (H = 737 KJ/mol glicin) Égés Állatok ammóniaürítése

Delwiche (1977) szerint millió tonna

Ammónia-ammónium egyensúly: (1) Az ammónia %-os aránya a pH és hőmérséklet függvényében ammónia [%] T [C] pH

Ammónia-ammónium egyensúly: (2) NH3 + H2O  OH- + NH4+ NH4+ + H2O = H3O+ + NH3 °C 5 10 15 20 25 30 pKa 9,80 9,73 9,56 9,40 9,25 9,09

Ammónia-ammónium egyensúly: (3) Mikor az ammónia-molekula vízben oldódik, lúgként viselkedik (protont tud felvenni); az ammónium-ion viszont savtermészetű (protont tud leadni). Az ammónium-ion számára az élő sejthártya áthatolhatatlan, a szabad ammónia viszont a sejtmembránon áthatol, veszélyeztetve az élőlényeket. A víz ammónia – ammónium tartalmáért algák, vízinövények, baktériumok versengenek. Az ammónia – nitrit – nitrát átalakítást végző baktériumok hőigénye különböző

Nitrifikáció: A különböző folyamatokkal keletkező ammóniát (NH3) a nitrifikáló baktériumok először nitritté (NO2-), majd nitráttá (NO3-) oxidálják és szervetlen szénből szerves anyagot szintetizálnak. (pl. Nitrosomonas): 2NH3 + 3O2  2H+ + 2NO2- + H2O (H = - 522 KJ) (pl. Nitrobacter): 2NO2- + O2  2NO3- (H = - 146 KJ)

Nitrátammonifikáció (nitrátredukció): anaerob körülmények a baktériumok a nitrát (NO3-) ionokat oxigénforrásként, illetve hidrogénion (H+) akceptorként hasznosítják A folyamat nitriten (NO2-) keresztül az ammónia (NH3), ill. ammónium-ionig (NH4+) fut. (pl. Pseudomonas): 2C6H12O6 + 6NO3-  12CO2 + 6OH- + 6NH3

5S + 6NO3- + 2CaCO3  3SO42- + 2CaSO4 + 2CO2 +3N2 Denitrifikáció: Ez a folyamat is a nitrátért (NO3-) versenyez. Itt a redukció csak dinitrogén-oxid (N2O) vagy dinitrogén-gázokig (N2), történik. (pl. Nitrococcus denitrificans): C6H12O6 + 6NO3-  6CO2 + 3H2O + OH- + 3N2O (H = - 2282 KJ / mol glükóz) 5C6H12O6 + 24NO3-  30CO2 + 18H2O + 24OH- + 3N2 (H = - 2387 KJ / mol glükóz) (pl. Thiobacillus denitrificans): 5S + 6NO3- + 2CaCO3  3SO42- + 2CaSO4 + 2CO2 +3N2 (H = - 533 KJ / mol kén)

Nitrátlégzés (disszimilációs nitrogénredukció): Oxigén hiányában sok baktérium a szerves anyag bontásakor keletkező elektronokat a nitrát redukálására használja. A nitráttól (NO3-) az ammóniáig (NH3) történő redukálással 8 elektron átadásra van lehetőség. Nem biokémiai folyamatok

VÍZMINTAVÉTEL (1) Célok Átlagos vízminőségi állapot felvétele A vízterület osztályozása Terhelés becslése Megfelelő szabályozási stratégiák kiválasztása Vízminőségi állapot előrejelzése

VÍZMINTAVÉTEL (2) Mérések feltételei Megfelelő komponensek kiválasztása Analízis gyorsasága Megfelelő érzékenység és kimutatási határ Mérések megfelelő reprodukálhatósága A mérések reprezentatívak legyenek a vízterületre (tér- és időbeni reprezentativitás) Szükséges mintaszám meghatározás

MINTAVÉTELI MÓDSZEREK (1) Kémiai komponensekre Mayer-palack Rutter-palack Szempontok: elegendő minta a meghatározandó komponensekre, tiszta mintavevő Különböző koncentráció tartományok figyelembe vétele (szennyvizes palackba felszíni vizet nem szabad gyűjteni) Pontminták Folyamatos mintavétel (monitor)

MINTAVÉTELI MÓDSZEREK (2) Biológiai komponensekre Planktonháló (fito-, zooplankton) Szűrő (szilárd részecskékre) Sűrítés (szűrés, centrifugálás, ülepítés) Bakteriológiai mintavétel steril üvegbe Helyszíni tartósítás: zooplankton: formaldehid, fitoplankton: Lugol oldat

Egyszerű vízmintavevő készülék

Ruttner-féle palack

Zsigmondy-szűrő

Plankton-háló

MINTAVÉTELI HELYEK MEGHATÁROZÁSA (1) Vízgyűjtő Fontosabb befolyók meghatározása Szennyező források feltárása eredet szerinti bontásban Szennyezőanyag emissziók mérése Koncentráció és anyaghozam mérése a vízfolyásokban Transzmissziós tényezők meghatározása

MINTAVÉTELI HELYEK MEGHATÁROZÁSA (2) Víztest Területi változások reprezentálása (horizontális, vertikális) mély rétegzett tavak sekély tavak Időbeni változások reprezentálása (szezonális, napi, napon belüli) Rétegzett mintavételi stratégia Fontos elem a költség

Mintavételi gyakoriság meghatározása Cél: Jellemző vízminőségi állapot meghatározása Szükséges gyakoriság komponens-függő is Gyakoriság és változékonyság fordítottan arányos Összefüggő komponensek esetében elég egyiket mérni (vezetőképesség vagy összes oldott anyag) Pontminta mérések Időbeni átlagminták Monitorozás

MÉRÉSI MÓDSZEREK KRITÉRIUMAI Szelektivitás Megfelelő méréshatár Kimutatási határ Pontosság Érzékenység