Települési vízgazdálkodás I. 4.előadás EJF Építőmérnöki Szak (BSC) Települési vízgazdálkodás I. 4.előadás Vízminőségi követelmények, vízminőség változás a vízelosztó hálózatban Dittrich Ernő egyetemi adjunktus PTE-PMMK Környezetmérnöki Tanszék Pécs, Boszorkány u. 2. B ép. 039. dittrich@witch.pmmf.hu

Vízminősítési alapfogalmak Főbb paraméter csoportok: Fizikai paraméterek Kémiai paraméterek Biológiai paraméterek Mikrobiológiai paraméterek Ökológiai paraméterek Biológiai vízminősítés szerinti csoportosítás: Halobitás (szervetlen kémiai tulajdonságok összessége) Szaprobitás (szerves anyag termelő képesség) Trofitás (szerves anyag lebontó képesség) Toxicitás (mérgező képesség) Fizikai paraméterek: Hőmérséklet Sűrűség, viszkozitás Oldóképesség Átlátszóság, zavarosság Lebegő anyag tartalom Fajl. vezetőképesség Szín Szag Stb..

Néhány fontosabb kémiai paraméter pH Nitrogén-vegyületek (ÖN, Szerves-N, Kjeldahl-N, NO3-N, NO2-N, NH4-N) Foszfor-vegyületek (ÖP, PO4-P) Szerves anyagok (TOC, KOI, BOI5) Fémek, nehézfémek (Vas, Mangán, Króm, Réz, Ólom, Higany, Nikkel, stb..) Toxikus és egyéb olajszármazékok (policiklikus aromás szénhidrogének, fenolok, stb..) Peszticidek (különböző rovarirtók, féreg és csigairtók, növekedés-szabályzók, stb..) Klór vegyületek és klórszármazékok (Klorid-ion, Klorit, Kötött aktív klór, Klorit, Vinil-klorid, összes trihalo-metán, stb..) Radioaktivitás (összes indikatív dózis, Radon, Trícium, stb..)

Néhány fontosabb biológiai, mikrobiológiai paraméter, ökológiai vízminősítés Biológiai és mikrobiológiai paraméterek: Férgek Algák Gombák Fonalas baktériumok Telepszám Entherococcusok E.coli Coliform Stb.. Ökológiai vízminősítés: Élővizek minősítésére alkalmazott módszer Az EU 2000/60/EK Vízkeret Irányelve Víztechnológiai szempontból nincs jelentősége

Ivóvíz minősítés I. Az ivóvíz minőségének követelményeit a 201/2001. (X.25) Korm. r. és az azt módosító 47/2005.(III.11.) Korm. r. tartalmazza. A 201/2001. (X.25) Korm. r. „A” mikrobiológiai vízminőségi jellemzői: Az ivóvíz fekáliás illetve kórokozó baktériumokat nem tartalmazhat! Enterális baktériumok: életfeltételeiket az ember bélrendszerében találják meg. Patogén baktériumok: egyéb kór és betegség hordozók.

Ivóvíz minősítés II. – 201/2001. (X. 25) Korm. r Ivóvíz minősítés II. – 201/2001. (X.25) Korm. r. „B” Kémiai vízminőségi jellemzői

Ivóvíz minősítés III. – 201/2001. (X. 25) Korm. r Ivóvíz minősítés III. – 201/2001. (X.25) Korm. r. „C” Indikátor vízminőségi jellemzői Vízminőségi jellemző Határérték Egység Megjegyzés Alumínium 200 μg/l Ammónium 0,50 mg/l 1. megjegyzés Klorid 250 1. és 2. megjegyzés Clostridium perfringens (spórákkal együtt) szám/100 ml 3. megjegyzés Szín A fogyasztók számára elfogadható és nincs szokatlan változás Vezetőképesség 2500 μS cm-1 20 °C-on 2. megjegyzés pH ≥6,5 és ≤9,5 2. és 4. megjegyzés Vas* Mangán* 50 Szag A fogyasztó számára elfogadható és nincs szokatlan változás Permanganát index (KOIps) 5,0 mg/l O2 Szulfát Nátrium Íz Telepszám 22 °C és 37 °C-on Nincs szokatlan változás szám/ml 5. és 6. megjegyzés Coliform baktériumok 7. megjegyzés Pseudomonas aeruginosa 5. megjegyzés Összes szerves szén (TOC) 9. megjegyzés Zavarosság 10. megjegyzés Keménység min. 50 max. 350 mg/l CaO 11. megjegyzés Fenolindex 20 12. megjegyzés Olajszármazékok RADIOAKTIVITÁS Trícium 100 Bq/l 13. és 14. megjegyzés Összes indikatív dózis 0,10 mSv/év 14. és 15. megjegyzés

Ivóvíz minősítés IV. – 201/2001. (X.25) Korm. r. alapján „D” Szennyezésjelző vízminőségi jellemzők és határértékek „E” Biológiai vízminőségi jellemzők és határértékek Vízminőségi jellemzők Határértékek Egység üledék 0,10 ml/l véglények szám/l férgek baktériumok gombák vas- és mangánbaktéri umok 2.104 egyéb baktériumok 102 algák és cianobaktériu mok 104 Vízminőségi jellemző Határérték Egység permanganát-index KOIps 3,5 mg/l ammónium 0,20 nitrit 0,10 klorid 100

Ivóvíz minősítés V. – 201/2001. (X.25) Korm. r. alapján nem tartalmaz olyan mennyiségben vagy koncentrációban mikroorganizmust, parazitát, kémiai vagy fizikai anyagot, amely az emberi egészségre veszélyt jelenthet megfelel az 1. számú melléklet „A” és „B” „C” „D” „E” vízminőségi követelményeknek Kifogásolt minőségű ivóvíz: Ha a szolgáltatott víz az 1. számú melléklet „A” és „B” részében meghatározott határértékeknek megfelel, azonban az 1. számú melléklet „C”, „D” és/vagy „E” részében előírt valamely határértéknek nem felel meg, akkor kifogásolt minőségű ivóvíznek kell tekinteni. Az víz sűrűbb mintavételezés mellett szolgáltatható Szennyezés lehetséges okait javasolt feltárni

Vizsgálandó vízminőségi jellemzők a 201/2001. (X.25) Korm. r. alapján Mindig ellenőrizendő paraméterek Speciális esetekben vizsgálandó paraméterek Speciális esetekben ritkábban vizsgálandó paraméterek

Minimális vizsgálati gyakoriság (vízellátó hálózaton) a 201/2001. (X Minimális vizsgálati gyakoriság (vízellátó hálózaton) a 201/2001. (X.25) Korm. r. alapján

Az ivóvizek termelése, szállítása, vezetése, tárolása, kezelése során használatos hagyományos anyagok listája a 201/2001. (X.25) Korm. r. alapján Korlátozás nélkül alkalmazhatóak Bizonyos feltételek esetén alkalmazhatóak saválló acél acél öntöttvas beton vasbeton homok kavics márványzúzalék zeolit mészkő égetett, oltott mész kerámiatermék (üveg, porcelán, kőedény) alumínium 99,9%-os. vörösréz bronz sárgaréz horganyozott vas alumíniumötvözetek alumínium-szulfát nátrium-aluminát egyéb szervetlen alumíniumvegyületek vas (III)-klorid vas (II)-szulfát aktivált kovasav kovasav szóda nátrium-hidroxid kálium-permanganát nátrium-klorit.

Víz szennyezéseinek eredete Hibás csőkapcsolatok Csőrepedések Csőtörések javításakor Tisztított vízben maradó anyagok Diffúzió a csőfalon keresztül Csőanyagból történő beoldódás Házi berendezésekből történő visszaáramlás Szándékos szennyezés Víz szállítása közben történő átalakulások Keveredés más vizekkel Kémiai reakciók Mikrobiológiai aktivitás

Kémiai folyamatok okozta vízminőség változás I. – Korróziós folyamatok Ivóvíz korrozív jellegének okai: Alacsony pH Agresszív szénsav tartalom Magas szabad aktív klór tartalom Következmény: Vas, ólom, rézcsövek korróziója Korróziós lerakódások a csőfalon Víztartási képesség romlás Baktérium telepek kialakulásának elősegítése Csőstatikai problémák Fém-ionok kerülnek a szállított vízbe

Kémiai folyamatok okozta vízminőség változás II Kémiai folyamatok okozta vízminőség változás II. – Vízben lévő anyagok oxidációja Vízben lévő anyagok a vízben lévő szabad klór és oldott oxigén hatására oxidálódnak Reduktív vegyületek (pl. vas, mangán) Szerves anyagok (THM-vegyületek) Vas, mangán csapadékokból lerakódások keletkeznek a csőfalon → baktérium telepek keletkezésének elősegítése

Műanyag vezetékek, bevonatok és tömítések vízminőségi hatásai A műanyag vízellátó csövekből szerves vagy szervetlen segédanyagok oldódhatnak ki. A biofilmben lévő mikroorganizmusok része képes a cső egyes segédanyagait biológiailag bontani. A biofilm aktivitás egyes műanyagokon kiemelkedő lehet, mely alapvetően az anyagban található segédanyagok típusától függ. (pl: utólagos csőbélelés fóliával) Vízminőség rontó hatásuk ma is vitatott és kutatott. Műanyagok hosszú-távú viselkedése megkérdőjelezhető. Íz és szagvegyületek megjelenése a műanyag csövekben jellemző. Egyes oldószerek és szerves vegyületek képesek áthatolni a műanyag csöveken – ipari területeken, üzemanyag töltő állomásokon kockázatosabb műanyag csövek alkalmazása.

Indikátor mikroorganizmusok – Coliform csoport Patogén baktériumok izolálásának problémái: A patogének megjelenése időszakos Koncentrációjuk kicsi – Nagymennyiségű víz átvizsgálása szükséges A lakósság elfogyasztja a vizet, mire kimutatásra kerül Ritka mintavételezés hamis képet adhat Gyorsan elpusztulnak – gyors analízis szükséges Egyszerűbb eljárás: fekáliás eredetű indikátor baktériumok jelenlétének ellenőrzése – coliform csoport Megfelelően tisztított vízben talált indikátor baktérium csak a fekáliás eredetű szennyezettség valószínűségét indikálja!!! Problémák: A Coliformok csak a betegséget okozó bélbaktériumok jelenlétének valószínűségét mutatják ki A víz okozta betegségprofil ma már ennél jóval szélesebb (vírusok, protozoonok, egyéb baktériumok)

Vírusok az ivóvízellátásban Többféle vírus ismert mely rezisztens a hálózatban alkalmazott szabad aktív klór szintre A vírusok életben maradását a hálózatban számos tényező befolyásolja: Vírus fajtája Alga aktivitás Bakteriális aktivitás Hőmérséklet (Inaktiválódásuk gyors 50 °C felett) pH Szuszpendált anyagok (vírusok számára védelmet nyújtanak) UV Szerves vegyületek (felületükön adszorbeálódnak) Problémák: Alacsony egyedszám – detektálásuk szinte lehetetlen, ezért először koncentrálni kell a vírusokat Transzmissziós folyamatok szinte követhetetlenek

Vírusok túlélése a vízkezelés során Vannak ózon és klór rezisztens vírusok Vírusok pehelybe épülése növeli a túlélés esélyeit, ugyanakkor a koaguláció erősen csökkenti a vírusok koncentrációját Fertőtlenítési dózis és kontakt idő növelés csökkenti a túlélés esélyeit (akár 6 mg/l aktív klórszint + 30 perc kontaktidő) Koaguláció + ülepítés + gyorsszűrés együttes vírus eltávolítási hatékonysága: 98,4-99,7%

Paraziták az ivóvízellátásban I. Protozoonok kétféle alakja: Trophozoit: vegetatív forma. A ptotoozon megfelelő életkörülmények között van. Táplálkozik, mozog, szaporodik. Cysta: ellenálló forma.A sejt ektoplasmájából ellenálló sejt képződik. Encystálódás: a trophozoit cystavá alakul. Excystálódás: a cysta újból működő sejtté alakul Gazda szervezet: az az élőlény, melyben a parazita élősködik Paraziták lehetnek: Protozoonok: egysejtű állati paraziták, véglények Platyhelminthes: laposférgek Namethelminthes: hengeres férgek Arthropda: ízeltlábúak Ivóvíz ellátásban leggyakoribb bélbetegséget okozó protozoa fajok: Entamobea histolyca Giardia lambia Cryptosprodium parvum Cyclospora cayetanensis

Paraziták az ivóvízellátásban II. Protoozonok rosszul tűrik: Kiszáradást 60 C° feletti hőmérsékletet Vegyszerekkel szembeni rezisztenciájuk magas, különösen cysta alakban! Ivóvíz hálózatban akár több hónapig is életben maradnak! Kimutatások nehézkes: Kis egyedszám Akár több 100 l víz is vizsgálata is szükséges Protoozonok mérete: 2 – 80 μm Számos betegség okozói lehetnek: Emésztési problémák Idegrendszeri betegségek Immun rendszer legyenglése Tályog Stb…

Biofilm képződés a csővezetékben I. A biofilm képződés sebessége függ (többek között): Szabad aktív klór szinttől Asszimiálható szénforrástól (AOC) Egyéb tápanyagok jelenlététől Hőmérséklettől Tartózkodási időtől Áramlási sebességtől Biofilm vastagsága: 1 – 1000 μm Szabad aktív klór koncentráció nem szünteti meg, csak mérsékli a biofilm aktivitást! A biofilm az aktív klór fogyását okozza a hálózatban. A klóros fertőtlenítés hatása erősen függ a biofilm vastagságától. A biofilm bizonyos patogének, vírusok, protozoonok számára élettérként, tározóként funkciónál a vezetékekben A biofilm növeli a fertőtlenítéssel szembeni rezisztenciát a hálózatban

Biofilm képződés a csővezetékben II.

Baktériumok inaktiválási lehetőségei Hiperklórozás Magas aktív klórszint (akár 4 mg/l) Magas kontaktidő (akár 1 óra) Hőkezelés (60-80 C°) Ózonizálás (1-2 mg/l) UV sugárzás Réz és ezüst ionok alkalmazása

Gombák a vízhálózatban Gombák kedvezőtlen hatásai: Fertőtlenítő szer hatékonyságát csökkentik Biofilmben megtelepedhetnek Allergéneket illetve mikotoxinokat termelnek Élelmiszer fertőződését okozhatják Íz és szaganyagokat termelhetnek Immunrendszer gyengítő hatásuk lehet Forrásaik: Felszíni vízkivételek Csőtörések (talaj kontaktus) Tározókban légtér-vízfelület kontaktus közben Probléma: spórák hosszabb ideig ellenállhatnak a klórnak

Gerinctelenek a vízhálózatban Legjellemzőbb szervezetek a vízhálózatban: Fonalférgek Laposférgek Atkák Rovarlárvák Kedvezőtlen hatásaik: Íz és szagproblémákat okozhatnak Vizet elszínezhetik illetve zavarosságot okozhatnak Házi csap- és egyéb szűrőket eltömhetik Korokozó baktériumokat szállíthatnak, illetve védelmet nyújtanak nekik Klór hatékonyságát csökkentik Szerves anyag terhelést jelentenek a vízelosztó rendszer számára Egyedszámuk függ (többek között): Aktív klór koncentrációtól Áramlási sebességtől Évszakok Csőrendszer állapota

Ivóvíz biológiai stabilitása Elsősorban BOM (biodegradable organic matter) vegyületek mennyiségétől függ BDOC: Biodegradable Dissolved Organic Carbon AOC: Assimilable organic carbon Nitrogén és foszfor limitáló tényező lehet BOM komponensek eltávolítási módszerei: Ózonizálás Biológiai szűrés Biológiai aktív szén szűrés Koaguláció Mikrobiológiai problémák elkerülése a hálózatban: AOC <100μg/l és BDOC <300μg/l Minél alacsonyabb a BOM vegyületek jelenléte annál kisebb mértékűek a mikrobiológiai problémák a hálózaton

Fertőtlenítés klórral I. A klór-gáz vízben oldódik és disszociál az alábbi egyenletek szerint. A disszociáció mértéke függ a pH-tól és a hőmérséklettől. Az OCl- (hipoklorit-ion), HOCl (hipoklóros sav), és a Cl2-gáz baktericid hatásúak. A HOCl jobb hatásfokú fertőtlenítő szer. Cél a pH semleges vagy savas pH-n tartása, mert akkor képződik a legnagyobb mennyiségben HOCl. A fertőtlenítési hatásfok a reagenssel való kontaktidővel, illetve a reagens dózis növelésével nő.

Fertőtlenítés klórral II. Maradék aktív klór – adagolt klór közötti kapcsolat: 1-es görbe: nincsenek a vízben redukáló vegyületek: maradék és aktív klór értéka azonos 2-es görbe: nitrogén vegyületek nélküli redukáló vegyületek vannak jelen a vízben: maradék klór kevesebb mint az adagolt klór

Fertőtlenítés klórral III. Ha a vízben ammónia (NH3) vagy ammónium-ion (NH4+) is jelen van, akkor a klórozás hatására klóraminok keletkeznek. A ammónia és az ammónium-ion a vízben disszociál: A klóraminok keletkezésének reakcióegyenletei: Monokklóramin keletkezése: Diklóramin keletkezése: Triklóramin keletkezése:

Fertőtlenítés klórral IV. – Törésponti klórozás

Klór és klóraminok a vízelosztó rendszerben Elegendő fertőtlenítőszer biztosítása esetén: Az áramló vízben lévő baktériumok inaktiválódnak A biofilmről leváló baktériumok inaktiválódnak A hálózat csőfalán lévő biofilm aktivitás korlátozott A csőfalon történő mikrobiális aktivitás ellenére a fogyasztókat nem érik kellemetlen mikrobiológiai hatások Klóramin (kötött klór) előnyei a klórral szemben: Kevesebb fertőtlenítési melléktermék keletkezik Stabilabb fertőtlenítőszer – hosszabb ideig gátolja a mikrobiális szaporodást Biofilmbe mélyebben hatol, így az inaktiválás hatékonyabb Klóramin hátrányai a klórral szemben: Áramló vízben kevésbé hatékony mint a klór „hypo-szag” Általában klór és klóramin együttesen van jelen a hálózatban

Klórfogyás a vízelosztó rendszerben Klór fogyasztók a hálózatban: Reduktív vegyületek Szerves vegyületek Élő szervezetek. biofilm

Fertőtlenítési melléktermékek a hálózatban Trihalometánok (THM) Haloecetsavak (HAA) Haloacetonitrilek (HAN) Haloketonok (HK) Klórpikrin Klórhidrát Cianogén-klorid Keletkezésük: huminanyagok, fulvinanyagok és aminosavak klórral történő reakciójakor képződnek

Nitrifikáció a hálózatban Hátrányai: Klóramin koncentráció csökken Heterotróf baktérium populáció nő Nitrit- és nitrát-ionok keletkeznek Csökken a pH és a lúgosság Csökken az oldott oxigén koncentráció Magas ammónium koncentráció esetén alternatív fertőtlenítőszer: klór-dioxid Nitrifikáció szabályozása: maradék szabad klór biztosításával tartózkodási idő csökkentése rendszeres öblítési program klórsokk alkalmazása

Tározók és vízminőség Tározók jelentékenyen befolyásolják a szolgáltatott víz korát! Tározó elhelyezés optimalizálása vízminőségi szempontból Üzemoptimalizálás vízminőségi szempontból Tározókban lezajló vízminőség változások (nagy tartózkodási idejű reaktor)

Felhasznált irodalom Hegedűs János: Parazitológia az ivóvíz ellátásban. Környezetügyi Műszaki Gazdasági Tájékoztató. Környezetgazdálkodási Intézet Budapest 2000. Öllős Géza: Vízellátás-csatornázás közegészségügyi ismeretei. Vízügyi Múzeum, Levéltár és Könyvgyűjtemény, Budapest. Öllős Géza: Vízminőség-változás a vízelosztó rendszerben. Közlekedési Dokumentációs Kft. Budapest 2008. Öllős Géza: Vízellátás K+F eredmények. VDSZ, Budapest, 1987.

Köszönöm a megtisztelő figyelmet!