(jégsap-kák, gleccse-rek) Telítet-len talaj-zóna VÍZKÉSZLETEK 2.6 % édes-víz 0.14 ‰ 97.4% óceá-nok, tenge-rek 0.61 % talajvíz 1.98% jég (jégsap-kák, gleccse-rek) 0.05 ‰ Telítet-len talaj-zóna 0.07 ‰ tavak, tározók .02 ‰ folyók, atmosz-féra, élővilág 1.4 milliárd km3, a földkéreg felszínének 71 %-át borítja víz

Felszíni vizek oxigénmérlege ΔO2 = (O2 be + O2 f + O2 dbe) – (O2 ki + O2 l + O2 k + O2 dki) Ahol: O2 be : a befolyó vízzel érkező oldott oxigén mennyiség, O2 f : a fotoszintézis során termelt oldott oxigén mennyiség, O2 dbe : az atmoszférából a víztestbe diffundáló oldott oxigén mennyiség, O2 ki : a kifolyó vízzel távozó oldott oxigén mennyiség, O2 l : a légzés során elfogyasztott oldott oxigén mennyiség, O2 k : a kémiai folyamatok során elfogyasztott oldott oxigén mennyiség, O2 dki : a diffúzióval az atmoszférába távozó oldott oxigén mennyiség.

OXIGÉN HÁZTARTÁSI PROBLÉMÁK

Felszíni vizek napi oxigéngörbéje

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

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

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

Delwiche (1977) szerint millió tonna

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

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) 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.

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

Nitrifikáció: (pl. Nitrosomonas): 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)

Nitrátnitrátredukció: 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)

A vizek nitrogénmérlege az alábbi részfolyamatokból evődik össze. Felszíni vizek nitrogénmérlege A vizek nitrogénmérlege az alábbi részfolyamatokból evődik össze. BEVÉTELI OLDAL: a befolyó vízzel érkező mennyiség, a nitrogénkötéssel bekötődő mennyiség, az élőlények által (pl. vándorló madárcsapatok által) bevitt mennyiség, a nitrogéngáz bediffundálása a vízbe. KIADÁSI OLDAL: a kifolyó vízzel távozó mennyiség, a denitrifikációval távozó mennyiség, a vizet elhagyó, vagy a vízből kivett, élőlények testében kivitt mennyiség, a nitrogéngáz kidiffundálása a vízből.

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

A FOSZFORTERHELÉS NÖVELÉSÉNEK HATÁSA

A FOSZFORTERHELÉS CSÖKKENTÉSÉNEK HATÁSA

Biológiai szennyvíztisztítás Fő feladata a lebegő szerves részecskék, oldott és kolloidális szerves szennyezők lebontása biokémiai oxidáció során. Aerob körülmények között, mikroorganizmusok segítségével. Az óriásmolekulákat alkotóelemikre bontják, végtermékként ammónia, nitrit, nitrát, nitrogén, szén-dioxid, víz stb. keletkezik A reakciók egy része a szervezeteken kívül játszódik le, nagy részük csak élősejt által katalizált folyamatként megy végbe. Az enzim fogalma: a biokémiai reakciókat felgyorsítják, de a végtermékbe nem épülnek be és nem változtatják meg tulajdonságaikat, mennyiségük nem csökken észrevehetően.

Biológiai szennyvíztisztítás Az enzimek igen sokfélék lehetnek (kulcs-zár analógia) Specifikusok (csak egyfajta szubsztrátot fogad) Összetettek A mikroszervezetek élettevékenységükhöz, anyag- és energiacsere-folyamataikhoz igénylik és felhasználják a szennyvízben lévő szerves anyagokat, amelyeket az enzimjeik felhasználásával hasznosítanak. Pl.: keményítő, fehérjék + ENZIM = glükóz, aminosavak A vízoldható szerves anyagok a sejtfalon adszorbeálódnak, majd bediffundálódnak a sejtbe és ott bontódnak le.

Biológiai szennyvíztisztítás A különböző szervezetek más-más módon veszik fel a tápanyagot Heterotróf szervezetek (szerves anyagot vesznek fel) Autotróf szervezetek (CO2-ból jutnak szénhez) Közbenső heterotrófok (mindkét forrás jó nekik) Az autotrófok lehetnek fotoautotrófok (pl.: zöld és bíbor színű kénbaktériumok), vagy kemoautotrófok (pl.: nitrifikáló baktériumok, vasbaktérimok).

Biológiai szennyvíztisztítás A baktériumokat csoportosíthatjuk a légzés módja szerint is: aerob anaerob fakultatív anaerob Aerob baktériumok: a levegő oxigénjét használják, teljes oxidációra képesek, pl.: glükózból víz és szén-dioxid keletkezik Anaerob baktériumok: csak részleges oxidáció játszódik le, ilyenkor keletkeznek a nagy molekulájú szerves vegyületekből a kisebb molekulájú alkoholok, tejsav, ecetsav, aceton stb.

Biológiai szennyvíztisztítás A mikroorganizmusok megfelelő működéséhez optimális körülmények és nyersanyagok kellenek. A sejteket zömmel a szén, hidrogén, nitrogén, elemeket tartalmazó szerves vegyületek építik fel. Ha ezek közül valamelyik szükséges, de nem áll rendelkezésre elegendő mennyiségben, csökken az enzimtevékenység. Adagolni kell! Az enzimtevékenységet befolyásoló tényezők: hőmérséklet pH (5,0-8,5) redoxpotenciál oldott oxigén tápanyag-összetétel megfelelő mikroflóra

A szennyvíz mikroflórájának szerepe A szennyvíz biológiai tisztításának alapvető feltétele, hogy mikroorganizmusok legyenek jelen. A mikroorganizmusok számának időbeli változását harang-görbén ábrázolhatjuk.

A szennyvíz mikroflórájának szerepe A szennyvízben található mikroorganzimusok száma a vízben található szerves anyag minőségének és mennyiségének függvénye. Iszapszaporodási görbe baktériumok szubsztrát idő

A lebontáshoz szükséges oxigénigény A biokémiai oxigénigény (BOI) az az oxigénmennyiség [mg/dm3], mely a szennyvízben, vagy a szennyezett vízben lévő szerves anyag aerob baktériumok által történő lebontásához, adott időtartam és hőmérséklet mellett szükséges. A biokémiai oxigénigény arányos a víz szerves anyag tartalmával. BOI < KOIps < KOICr < TOI Szerves anyag + O2 + mikroorganizmus → CO2 + H2O Szerves anyag + O2 + Nitrosomonas → NO2- + H2O NO2- + O2 + Nitrobacter → NO3- + H2O

A biokémiai oxigén igény lefutási görbéje

Csatornahálózat biológiája Szagterhelés, különösen a nyomóvezetéknek gravitációs csatornákba csatlakozásakor. Szulfátkorrózió a csatornahálózatokban (vezetékekben, aknákban és átemelőkben) Csatornákban dolgozó személyzet veszélyeztetése, kedvezőtlen befolyás a szennyvíztisztításra.

Csatornahálózat biológiája Oldott oxigén elfogyhat - anaeróbia Oxidált kénvegyületek redukciója SO42-→ S2- (→H2S ↑) Szufátredukáló CH3COOH + SO42- H2S + 2 HCO3- Metanogén CH3COOH CH4 + CO2 4 H2 + SO42- H2S + 2 H2O + 2 OH- 4 H2 + CO2 CH4 + 2 H2O

Csatornahálózat biológiája

Fertőtlenítés Célja, hogy a szennyvíztelepről kilépő anyagéramok kórokozó mikroorganizmusai elpusztítsa, fertőzőképességüket megszüntesse. A mikroorganizmusok enzimrendszerét irreverzibilisen befolyásolja. Az enzimrendszerek az oxidáló anyagokra igen érzékenyek. Jelenleg klórt, Na-hipokloritot, ózont, UV-t használnak. A sejtekre klórozáskor toxikus hatást a hipoklóros sav fejt ki, ami a vízbe vezetett klórgázból keletezik: Cl2 + H2O → HOCl + H+ + Cl- A bevitt klórt a szennyvízben jelenlévő ammónia klóraminok formájában leköti, ezért a klóradagolást az ammóniatartalom figyelembevételével kell végezni.

Vízhálózatok biológiája Vízbeszerzés módja Parti szűrés Problémák: folyószennyezés, eltömődés (olaj, kátrány, vas-mangán baktériumok, korrózió, elhomokosodás, karbonátosodás), mikroszennyezők, NH4-N. Rétegvíz Problémák: beszivárgó szennyezés, As, NH4-N, NO3-N, huminanyag, CH4, vas-mangán baktériumok. Felszíni víz Problémák: Eutrofizálódás, mikroszennyezők, lebegőanyag, savasodás (?).

Vízhálózatok biológiája Vas és mangán baktériumok Kemoszintetizálók Fe (II) Fe (III) + energia Mn (II) Mn(IV) + energia Fajonként mást végeznek Problémák: csapadék lerakódás, , másodlagos szervesanyag terhelés, klórigény növekedés, szag és íz gondok, színezés, lebegőanyag tartalom növekedés, korrózió Íz- és szaganyagok Aromás szag: Asterionella, Cyclotella Halszag: Eudorina, Melosira Földszag: Stephynodiscus Fűszag: Anabaena, Aphanizomenon