Természeti erőforrások védelme Vízszennyezés - vízminőségvédelem

Víztározó megnevezése 1000 km3 % óceánok és tengerek 1 380 000 97,61 sarki és hegyvidéki 29 000 2,08 jég és hó felszín alatti vizek 4 000 0,29 édesvizű tavak 125 0,009 sósvizű tavak 104 0,008 talajnedvesség 67 0,005 folyóvizek 1,2 0,000 09 vízpára az 14 0,000 9 atmoszférában Összesen: 1 413 311 100

A víz körforgása http://termtud.akg.hu/okt/7/viz/kepek/egyeb1.jpg

Felszín alatti vizek Forrás: Thyll, 2000

A természetes vizek minőségi összetevői A természetes víz mindig oldat, legtöbbször szuszpenzió is. gázok: N2, O2, CO2, NH3 folyadékok: folyékony szénhidrogének, szerves oldószerek szilárd anyagok: kationok – Ca2+, Mg2+, Na+, K+ anionok – CO32-, HCO3-, SO42-, Cl- A szerves anyagok oldott vagy lebegőanyag formában vannak jelen

Oldhatósági görbék Forrás: Thyll, 2000

A víz organoleptikus (érzékszervi) tulajdonságai Szín Ha kevés az oldott, illetve szuszpendált anyag kék Ha felhős az ég szürke Ha közepes mennyiségű az oldott anyag és kevés a fitoplankton zöldes Ha sok a fitoplankton sötétzöld Ha sok az oldott anyag sárga (vagy barna) Ha kevés az oldott szerves vegyület, vagy sok a színes komponens, azok adják az uralkodó színt: Fe3+ sárgás színt ad

Magyarország felszíni vizei

Magyarország a „legek” országa Az Alföldön a lefolyástalan vagy elöntésnek kitett területek aránya nagy. Vízjárását a szélsőségek jellemzik A fajlagos felszíni vízkészlet az egyik legnagyobb Európában, de túlnyomóan külföldi eredetű. Több országhoz tartozó vízgyűjtők Magyarország a „legek” országa: a Föld egyik legzártabb medencéje legmélyén helyezkedik el. Az Alföldön a lefolyástalan vagy elöntésnek kitett területek aránya nagy. Vízjárását a szélsőségek jellemzik: az árvíz, belvíz és aszály egyaránt kulcskérdés. A fajlagos felszíni vízkészlet az egyik legnagyobb Európában, de túlnyomóan külföldi eredetű. Az országon belüli lefolyás hozzájárulása ehhez messze a legkisebb a kontinensen. Az ivóvízellátás döntően a felszín alatti vizekre épül. A közműolló az egyik legnagyobb a kontinensen (és a kistelepülések helyzete lényegesen rosszabb, mint a városoké). az ország területe szinte kizárólag osztott, több országhoz tartozó vízgyűjtőkből áll. A lefolyási viszonyok döntően a környező országok területhasználati viszonyainak a függvénye. Kitettségük és a kockázat nagy, a meglévő egyezmények pedig gyengék. Az országot a települések környezetében elszennyeződött felső vízadó réteg, a sérülékeny partiszűrésű vízbázisok, a védett rétegvizek és a talajvízfogalom tisztázatlansága jellemzi. Felszíni vizeink közül a kis hígítóképességűek minősége rossz. Sekély tavaink az eutrofizálódás különböző mértékű jeleit mutatják.

Magyarország vízháztartása Az ország folyóinak vízminőségét a külföldről belépő vizek állapota nagymértékben befolyásolja. A vízminőséget általában a II.-III. osztály jellemzi. A nagy folyók minősége a nagy hígulás következtében elfogadható. Állóvizeink és tározóink többsége esetében az eutrofizáció okoz problémákat. Az ország folyóinak vízminőségét a külföldről belépő vizek állapota nagymértékben befolyásolja. A vízminőséget általában a javuló trend és az ötosztályos minősítési rendszerben (ahol I. a legjobb és V. a leggyengébb minőségi kategória) általánosságban a II.-III. osztály jellemzi. A Tisza vízrendszere valamivel rosszabb állapotban van, mint a Dunáé. A nagy folyók minősége a nagy hígulás következtében elfogadható. V. osztályú minőség kizárólag olyan kisebb vízfolyásokon jelentkezik, amelyek nagyobb városok tisztítatlan, vagy csak részben tisztított szennyvizeinek befogadói. Állóvizeink és tározóink többsége esetében (Balaton, Velencei-tó, Fertő-tó, Tatai-tó, Tisza-tó) az eutrofizáció okoz problémákat.

Magyarország vízháztartása A felszín alatti vizek minőségét a pontszerű és diffúz terhelések, továbbá a káros hatású, természetes eredetű elemek jelenléte határozza meg. A talajvizek elszennyeződése alapvetően a települések környezetére, és az elnitrátosodott hegyperemű völgyekre vonatkozik. A parti szűrésű vízbázisok és karsztvizek állapota általában jó, de ez utóbbi készletek igen sérülékenyek. A Duna - hasonlóan az európai nagy folyókhoz - szintén erősen algásodik, de a gondok kevésbé súlyosan jelentkeznek, mint tavak esetében. A felszín alatti vizek minőségét a pontszerű és diffúz terhelések, továbbá a káros hatású, természetes eredetű elemek jelenléte (például arzén) határozza meg. A leggyakoribb gondot a vas, mangán, nitrát, ammónia, oldott szerves anyag okozza, elsősorban az Alföldön. A talajvizek elszennyeződése alapvetően a települések környezetére, a korábbi mocsarak nagy sótartalmú területeire és az elnitrátosodott hegyperemű völgyekre vonatkozik. A parti szűrésű vízbázisok és karsztvizek állapota általában jó, de ez utóbbi készletek igen sérülékenyek.

Magyarország vízháztartása 58 km3 +114 km3 = 52 km3 + 120 km3 AZ ORSZÁGBÓL KILÉPŐ VIZFOLYÁSOK VÍZHOZAMA 120 km3/év A BELÉPŐ VÍZFOLYÁSOK VÍZHOZAMA 114 km3/év PÁROLGÁS 52 km3/év CSAPADÉK 58 km3/év

Alapfogalmak Vízszennyezés: minden olyan emberi tevékenység, illetve anyag, amely a víz fizikai, kémiai, biológiai és bakteriológiai tulajdonságait (természetes minőségét) károsan megváltoztatja.

Alapfogalmak Használt víz: fizikai, kémiai, biológiai szempontból lényegesen nem különbözik a befogadó vizétől. Szennyezett víz: a befogadó vízhez viszonyítva jelentős mennyiségű idegen anyagot tartalmaz. Szennyvíz: minden olyan víz, amelynek fizikai, kémiai, és biológiai tulajdonságait háztartási, mezőgazdasági, kézműipari és ipari használat következtében megváltoztatták.

Szennyezők csoportosítása származási hely szerint: háztartási szennyvíz települési szennyvíz ipari szennyvíz

Szennyezők csoportosítása szennyező anyagok szerint főként szerves anyagokat tartalmazó szennyvizek főként szervetlen szennyező anyagokat tartalmazó szennyvizek szerves és szervetlen anyagokat azonos nagyságrendben tartalmazó szennyvizek

Szennyezők csoportosítása a szennyvíztisztításra gyakorolt hatás szerint kommunális szennyvizek ~-től kismértékben eltérő szennyvizek ~-nél lényegesen nagyobb organikus szennyezőanyag tartalmú vizek közüzemi tisztítótelepre történő bevezetés előtt előkezelést igénylő szennyvizek közüzemi szennyvíztisztító telepre nem vezethető szennyvizek

Szennyezők csoportosítása további hasznosítás szempontjából a technológiai körfolyamatban újrafelhasználható vizek értékes kivonható anyagokat tartalmazó szennyvizek öntözéssel hasznosítható szennyvizek tovább nem hasznosítható szennyvizek

Szennyezők csoportosítása szennyező anyagok csoportja szerint betegségeket okozó (fertőző szennyezők): baktériumok vírusok protozoák paraziták

Szennyezők csoportosítása szennyező anyagok csoportja szerint oxigénigényes (biodegradálható) hulladék házi szennyvíz állati ürülék biodegradálható szerves hulladék

Szennyezők csoportosítása szennyező anyagok csoportja szerint vízoldható szervetlen vegyületek savak bázisok sók toxikus fémek és vegyületeik

Szennyezők csoportosítása szennyező anyagok csoportja szerint szervetlen növényi tápanyagok szerves anyagok olaj, benzin műanyagok peszticidek detergensek

Szennyezők csoportosítása szennyező anyagok csoportja szerint hordalékok, szuszpendált anyagok radioaktív anyagok hő

A víz organoleptikus (érzékszervi) tulajdonságai Jellegzetes szaghatást kiváltó anyagok vegyület képlet jellegzetes szaghatás aminok -NH2 hal ammónia NH3 vizelet diaminok NH2-(CH2)n-NH2 romlott hús kénhidrogén H2S záptojás merkaptánok -SH görény szerves szulfidok -S- rothadt káposzta szkatol -NH- emberi ürülék

A szervesanyag szennyezettség és a vizek oldott oxigénrendszere Szerves anyagok Biológiai úton könnyen bonthatók Biológiai úton nehezen bonthatók

Az oxigénegyensúly a természetes rendszerekben Oxigéntelítettség = aktuális koncentráció (mg/l) telítettségi koncentráció (mg/l) x 100

Vízben oldott oxigéntelítettség értékei a hőmérséklet függvényében

Forrás: Barótfi, 2000

A szervesanyag szennyezettség és a vizek oldott oxigénrendszere Biokémiai oxigénigény (BOI): A szennyvíz biokémiai úton történő oxidálódásához szükséges oxigén mennyiség (mg O2/l szennyvíz). A szennyvíz szennyezettségének, erősségének kifejezője. TBOI : teljes biológiai oxigénigény BOI5: 5 nap alatt 20 °C-on történő oxidálódásához szükséges oxigén mennyiség

A felszíni víztestek minősége a biokémiai oxigénigény (BOI5) alapján

A szervesanyag szennyezettség és a vizek oldott oxigénrendszere Kémiai oxigénigény (KOI): A szerves anyag kémiai úton (erőteljesebb oxidációval) történő oxidálódásához szükséges oxigén mennyiség (mg O2/l szennyvíz). KOIk :kálium-bikromátos kémiai oxigénigény K2Cr2O7 + 4 H2SO4 =K2SO4 + Cr2(SO4)3 + 4 H2O + 3 O KOIp: kálium-permanganátos kémiai oxigénigény 2 KMnO4 + 3 H2SO4 = K2SO4 + 2 MnSO4 + 3 H2O + 5 O

A szervesanyag szennyezettség és a vizek oldott oxigénrendszere TOC: összes szerves széntartalom A szerves anyag nem specifikus jellemzésére szolgál, alapja, hogy a szerves anyagban lévő C CO2-dá alakul, és ennek alapján számítható a szén mennyisége, és ebből arányosan a szervesanyag-tartalom mértéke.

A szervesanyag szennyezettség és a vizek oldott oxigénrendszere Szerves anyagok Biológiai úton könnyen bonthatók Biológiai úton nehezen bonthatók

Néhány víztípus szervesanyag-értéke (mg/l) Forrás: Barótfi, 2000

Értelmezze a következőket, jellemezze az adott vizet! Oldott oxigén: 0,7 mg O2/l Vízhőmérséklet : 16 °C

Forrás: Barótfi, 2000

Értelmezze a következőket, jellemezze az adott vizet! Oxigéntelítettség = 0 % BOI5 = 126 mg O2/l

Értelmezze a következőket, jellemezze az adott vizet! BOI5 = 62 mg O2/l KOIp = 58 mg O2/l KOIk = 316 mg O2/l

Értelmezze a következőket, jellemezze az adott vizet! BOI5 = 17 mg O2/l BOI5 = 160 mg O2/l KOI = 325 mg O2/l BOI5 = 4 mg O2/l BOI5 = 2867 mg O2/l KOI = 6594 mg O2/l

Biológiai nitrogénciklus szerves nitrogén ammonifikáció ammónia (0–40%) – ammónium ion (60–100%) növények nitrifikáció a nitritképzők nem tűrik a hideget Nitrosomonas nitrit Nitrobakter nitrát

A szabad ammónia és ammónium-ion aránya (%) a pH és a hőmérséklet függvényében Forrás: Barótfi, 2000

Biológiai nitrogénciklus szerves nitrogén ammonifikáció ammónia (0–40%) – ammónium ion (60–100%) növények nitrifikáció a nitritképzők nem tűrik a hideget Nitrosomonas nitrit Nitrobakter nitrát

Biológiai nitrogénciklus A nitrogénvegyületek koncentrációtartománya a kommunális szennyvizek esetén mg/l nyers tisztított szennyvíz szerves-N 12 – 30 5 - 10 NH4-N 20 – 60 5 - 20 NO2-N 0 - 3 0 - 2 NO3-N 0 - 1 10 - 35

Biológiai nitrogénciklus nitrogén (gáz) NO2- Nitrit denitrifikáció NO3- nitrát

(koncentrációk mg N/l-ben és a befolyó szennyvíz BOI5 értéke 160 mg/l) A nitrogén-összetevők alakulása egy korszerű kétlépcsős szennyvíztisztító-telepen (koncentrációk mg N/l-ben és a befolyó szennyvíz BOI5 értéke 160 mg/l)

Forrás: Barótfi, 2000

Számítás 6 mg/l NO2 x mg/l N 42 mg/l NO3 x mg/l N

Foszforformák reaktív foszfátok = orto foszfátok (a növény csak ezt képes felvenni)  H2PO4- HPO42-  PO43- nyers tisztított szennyvíz összes foszfor 5 – 20 mg/l P 3-10 mg/l P orto-foszfátok 15-20% 50-90%

Eutrofizáció Forrás: Thyll, 2000

Eutrofizáció Forrás: Thyll, 2000

Input szabályozási rendszerek Fejlett szennyvíztisztítási technológiák alkalmazásával Megtiltatni vagy hatósági úton limitálni a mosószerek és más tisztítószerek foszfáttartalmát, A tápanyagok kimosódásának megakadályozása a talajból és a pontszerű forrásokból. Átvezetni a szennyvizeket a gyors folyású patakok irányába, ahol ez lehetséges.

Output szabályozási rendszerek Fenékkotrással eltávolítani a felesleges tápanyagot a mederfenékről. Eltávolítani a túlburjánzott növényzetet. Herbicidekkel (gyomirtó szerek) és algicidekkel (algairtó szerek) szabályozni a nemkívánatos flórát. Levegőztetés a tavak és tározók oldott oxigéntartalmának növelése céljából.

Számítás 58 mg/l PO4 x mg/l P 2,6 mg/l P x mg/l PO4

Biológiai szénciklus A levegő széndioxidja oldódik a vízben: CO2 + H2O = H2CO3 H2CO3 disszociációja CO2 + HCO3- HCO3- disszociációja H+ + CO32- A természetes kémhatás környezetében (6,2 – 10,3 pH) mindhárom forma jelen lehet, de döntően HCO3- forma van jelen.

Forrás: Barótfi, 2000

Biológiai szénciklus CO2 fotoszintézis respiráció élő szerves szén

Biológiai szénciklus élő szerves szén holt szerves szén aerob lebontás: CO2 anaerob lebontás: zsírsavak CH4 CO2

Természetes vizek öntisztulása Forrás: Thyll, 2000

Folyási idő ill. folyamhosszúság Szennyvíz bevezetése koncentráció Folyási idő ill. folyamhosszúság Szennyvíz bevezetése Forrás: Thyll, 2000

A befogadó természetes öntisztulásának feltétele biológiailag lebontható szerves anyag aerob mikroorganizmusok oxigén a mikroorganizmusok oxigénigényének fedezésére

Természetes vizek oxigénegyensúlyának elemei + az oxigén beoldódása a vízbe a levegőből (diffúzió) vízi növények oxigéntermelése (fotoszintézis) - szerves anyag oxidálásához felhasznált oxigén a vízi élőlények légzéséhez felhasznált oxigén

Forrás: Thyll, 2000

Értelmezze a következőket, jellemezze az adott vizet! Oxigéntelítettség = 42 % BOI5 = 56 mg O2/l Szerves N = 15,9 mg N / l PO4 – P = 17,2 mg P / l NO3-N = 3,2 mg N / l

Értelmezze a következőket, jellemezze az adott vizet! Oxigéntelítettség = 78 % BOI5 = 16 mg O2/l Szerves N = 5,6 mg N / l NH4 – N = 0,6 mg N / l NO3-N = 8,4 mg N / l NH4 – N = 1,7 mg N / l NO3-N = 1,2 mg N / l

Nehezen bontható szerves szennyezők Növényvédőszerek Kőolaj és származékaik Szintetikus mosószerek Huminanyagok Poliklórozott bifenilek Fenolok

Növényvédőszerek vízminőségi megítélése Perzisztencia – természetes lebomlással szembeni ellenállóképesség Toxikusság – minél jobban oldódik annál toxikusabb Biológiai magnifikáció - az élőszervezetekben való feldúsulás

A peszticidek feldúsulása a táplálékláncban Közeg Koncentráció víz 0,001mg/l plankton 0,01mg/l haltáplálék 0,1 mg/l rabló halak 1 mg/l sirály 10 mg/l

A szénhidrogének oldhatósága vízben (mg/l) Szénhidrogén-típus Oldhatóság Dízelolaj 17 Autóbenzin 100–500 Toluol 511 n-hexán 60 Benzol 1680

A felszíni vízbe került olaj átalakulásának folyamata párolgás olajos szennyvíz szétterjedés vastag olaj olaj – film víz –olajban vízfelszín emulzió olaj vízben oldódás visszaol dódás emulzió kémiai átalakulás kevered és diszpergált olaj biológiai lebomlás adszorpció a asszimiláció a vízi felúszá s lebegő anyagból élőlényekben lesűllyedés üledék

Olajszennyezés Queensland strandjain - 2009 március 12 Forrás: http://katasztrofak.files.wordpress.com/2009/03/a03123.jpg&imgrefurl

Nagyméretű olajfolt Bahrein közelében http://astro.u-szeged.hu/szakdolg/vegiandras/felhasznalas/vizszennyezes/china.a2003013.0510.721.250m.jpg&imgrefurl

1996 február 15-én a Sea Empress szupertanker zátonyra futott a walesi Milfor Haven város mellett. A baleset következtében 70000 tonna nyersolaj ömlött a tengerbe. (Radarsat felvétel) http://astro.u-szeged.hu/szakdolg/vegiandras/felhasznalas/vizszennyezes/china.a2003013.0510.721.250m.jpg&imgrefurl

Olajfolt Franciaország partjainál http://astro.u-szeged.hu/szakdolg/vegiandras/felhasznalas/vizszennyezes/china.a2003013.0510.721.250m.jpg&imgrefurl

A felszíni vizek esetén kialakuló olajréteg jellemzői Az olajréteg Térfogata (l/km2) Vastagsága 10-5 m Láthatósága 40 0,04 Éppen látható 150 0,15 Gyengén szivárványos 300 0,30 Erősen szivárványos 1000 1,00 Sötétebb foltok 2000 2,00 Erősen sötét, összefüggő folt

Huminanyagok Bomló növényi részekből származó szerves anyagok Biológiailag nehezen bonthatók A tisztított szennyvíz szervesanyag tartalmának ~ 50 %-a Más anyagokkal való kölcsönhatás során toxikussá válhatnak

Poliklórozott bifenilek Nem természetes eredetű aromás vegyületek 10 – 60 % klórt tartalmaznak Vízben oldhatatlanok, de jól oldódnak zsírban Rákkeltőek, akkumulálódnak a táplálékláncban Lebontási idejük hosszabb, mint a DDT-é Megengedett határérték ivóvízre 0,1 µg/l

Szintetikus mosószerek kizárólag emberi tevékenységből származnak kommunális szennyvizek állandó összetevői kemény detergensek lágy detergensek Habot képeznek a víz felszínén Foszfáttartalmúak Oldatban tartják a kőolajat és származékaikat Szinergikus hatás Megengedett határérték tisztítatlan szennyvízben 2 – 5 mg/l

A dioxin transzportja a táplálékláncban Forrás: Barótfi, 2000

Toxikus fémek, szervetlen mikroszennyezők Szennyvizeink általában alacsony koncentrációban tartalmaznak fémszennyezőket ám a biológiai folyamatok során ezek megkötődnek és a termelődött biomasszában lényegesen nagyobb koncentrációban vannak jelen. Bioakkumuláció A toxikus nehézfémek közül a higany-, az ólom- és a kadmium vegyületek az emberi szervezetre különösen veszélyesek, melyek a táplálékláncban feldúsulnak.

Fém Szennyezőforrás Arzén fémötvözés, üveg-, és kerámia-,vegyipar, gyógyászat Bór fémötvözés, üveg-, porcelán-, bőr-, fotokémiai ipar Higany papír-, gyógyszer-, festék-, vegyipar, mg Kadmium fémkohászat, galván-, kerámia-, festék-, vegyipar Nikkel galván-, kerámia-, és színezékipar Ólom színezék-, papír-, festék-, textíl-, nyomdaipar Vas kohászat., acélipar

Mikroorganizmusok és a vízminőség A vízben előforduló legfontosabb mikroorganizmusok: algák (fitoplankton), protozoák (zooplankton), gombák, kékalgák, baktérimok, vírusok.

A víz biológiai minősítése A biológiai vízminőség a víz azon tulajdonságainak összessége, amelyek a vízi ökoszisztémák életében fontosak, illetve ezeket létrehozzák és fenntartják. halobitás trofitás szaprobitás toxicitás

A víz biológiai minősítése A halobitás a víz biológiai szempontból fontos szervetlen kémiai tulajdonságainak összessége, amely az összes sótartalommal, a szervetlen ionok mennyiségével, vagy az elektromos vezetőképességgel megadható mennyiség .

A víz biológiai minősítése A trofitás a vízi ökoszisztémában végbemenő elsődleges szervesanyag termelés mértéke. Nagysága klorofill-tartalmú növényzettől (pl. alga), a szervetlen növényi tápanyagoktól (foszfor, nitrogén), továbbá a fénytől függ. A trofitás növekedése növeli a vízi ökoszisztéma energia befogadó képességét és eutrofizálódáshoz vezet. Jellemzésére a klorofill tartalom, az összes alga szám, a foszfor és nitrogénformák alkalmasak.

A víz biológiai minősítése A szaprobitás a vízi ökoszisztéma lebontó képessége, amely a trofitással szemben hat, ezért energia veszteséggel jár. Jellemzői a lebomlásra illetve rothadásra képes szervesanyag és heterotrof élőlények. Növekedése a vízszennyezés eredménye. A szaprobitás két formája ismert autoszaprobitás, allószaprobitás

A víz biológiai minősítése A toxicitás a vízbe kerülő, vagy a vízben képződő, a különböző folyamatokból származó szennyezőanyagok hatására a víz toxikussá válását jelöli. Ez a vízben élő lények károsodását, illetve pusztulását okozhatja. A mérgezés a koncentrációtól illetve az expozíciótól függ, és lehet végleges (irreverzibilis) és átmeneti (reverzibilis).

Felszíni vizek bakteriológiai vízminősítése A coliform baktériumok jelenléte a vízben fekáliás szennyezettségre utal. A vízminősítés a kolititer vagy a koli szám alapján történik. A kolititer az a ml-ben kifejezett legkisebb vízmennyiség, amelyből koli baktérium kitenyészthető. A koliform szám a 100 ml vízben lévő Coli baktériumok száma.

Felszíni vizek bakteriológiai vízminősítése Ha 1 kolibaktérium található 100 ml vízben, akkor a víz tiszta, 10 ml vízben, akkor elég tiszta 1 ml vízben, akkor gyanús, 0,1 ml vízben, akkor szennyezett, használtra alkalmatlan