Kommunális technológiák I. 7.-8. előadás PTE PMMK Környezetmérnöki Szak Kommunális technológiák I. 7.-8. előadás Alapfogalmak, ivóvíz minősítés, vízbázisok, vízigények, gereb, szitaszűrés, derítés. Dittrich Ernő egyetemi adjunktus PTE-PMMK Környezetmérnöki Tanszék Pécs, Boszorkány u. 2. B ép. 003.. dittrich@witch.pmmf.hu

A vízellátás-csatornázás idealizált rendszere vízbázisok vízszerzés víztisztítás vízelosztás ipari vízfelhasználók szennyvíz vagy TFH tisztítás előkezelés (opcionális) mg-i vízfelhasználók befogadó lakossági vízfelhasználók A kivastagított tevékenységcsoportok vízkezelési eljárásokat alkalmaznak.

Kapcsolódó fontosabb jogszabályok I. 123/1997. (VII. 18.) Korm. r. a vízbázisok, a távlati vízbázisok, valamint az ivóvízellátást szolgáló vízilétesítmények védelméről 201/2001. (X. 25.) Korm. r. az ivóvíz minőségi követelményeiről és az ellenőrzés rendjéről 147/2010. (IV. 29) Korm. r. a vizek hasznosítását, védelmét és kártételeinek elhárítását szolgáló tevékenységekre és létesítményekre vonatkozó szabályokról 30/2008. (XII. 31.) KvVM r. a vizek hasznosítását, védelmét és kártételeinek elhárítását szolgáló tevékenységekre és létesítményekre vonatkozó műszaki szabályokról

Kapcsolódó fontosabb jogszabályok II. 2000/60/EK EU Víz Keretirányelv 219/2004. (VII. 21.) Korm. rendelet a felszín alatti vizek védelméről 6/2009 (IV.14) KvVM-EüM-FVM együttes rendelet a földtani közeg és a felszín alatti víz szennyezéssel szembeni védelméhez szükséges határértékekről és a szennyezések méréséről 220/2004. (VII. 21.) Korm. rendelet a felszíni vizek minősége védelmének szabályairól 28/2004. (XII. 25.) KvVM rendelet a vízszennyező anyagok kibocsátásaira vonatkozó határértékekről és alkalmazásuk egyes szabályairól 59/2008. (IV. 29.) Korm. rendelet a vizek mezőgazdasági eredetű nitrát-szennyezéssel szembeni védelméhez szükséges cselekvési program részletes szabályairól, valamint az adatszolgáltatás és nyílvántartás rendjéről 50/2001. (IV. 3.) Korm. rendelet a szennyvizek és szennyvíziszapok mezőgazdasági felhasználásának és kezelésének szabályairól 58/2013 (II.27.) Korm. rendelet a víziközmű-szolgáltatásról szóló 2011. évi CCIX törvény egyes rendelkezéseinek végrehajtásáról

Kapcsolódó fontosabb jogszabályok III. Az EU 91/271 számú irányelve 165/2004 (V.21.) Korm. rendelet Nemzeti Települési Szennyvízelvezetési és -tisztítási Megvalósítási Program sz „a Nemzeti Települési Szennyvízelvezetési és -tisztítási Megvalósítási Program végrehajtásával összefüggő nyilvántartásról és jelentési kötelezettségről szóló 27/2002. (II. 27.) Korm. rendelet módosításáról” 164/2004 (V.21.) Korm. rendelet „a Nemzeti Települési Szennyvízelvezetési és -tisztítási Megvalósítási Programmal összefüggő szennyvízelvezetési agglomerációk lehatárolásáról szóló 26/2002. (II. 27.) Korm. rendelet módosításáról” 221/2004. (VII.21.) Korm. rendelet a vízgyűjtő-gazdálkodás egyes szabályairól 10/2010 (VIII. 18.) VM rendelet a felszíni víz vízszennyezettségi határértékeiről és azok alkalmazásának szabályairól 2011 évi CCIX törvény a közműellátásról

2011 évi CCIX törvény a közműellátásról A közműszolgáltatás alapelvei: A természeti erőforrások kíméletének elve Az ellátásbiztonság elve Az ellátási felelősség elve A szolgáltatói felelősség elve A szennyező fizet elve A regionalitás elve A szolidaritás elve A költségmegtérülés elve A legkisebb költség elve A víziközművek együttműködésének elve A keresztfinanszírozás tilalmának elve

Vízkészletek, vízszerzés Vízbázisok főbb típusai és vízkivétel módjai: Felszín alatti Talajvizek – ásott vagy fúrt kút Rétegvizek, Termálvizek– fúrt kút (geotermikus gradiens Mo-n 5 °C/100m, világátlag: 3 °C/100m) Karsztvizek - forrásfoglalás Parti-szűrésű vízbázisok – csápos kút Felszíni Álló vizek – felszíni vízkivétel Folyó vizek – felszíni vízkivétel

Vízkészletek vízminősége I. A vízkészletek vízminősége és a vizet igénylők vízminőségi igénye közötti különbség szabja meg a tisztítási technológiát. Talajvizek: Az első vízzáró réteg feletti vízadó rétegben található vízkészlet Általában erősen szennyezet Jellemző szennyezők: Nitrit, nitrát Szerves anyag (KOI, BOI5) Ammónium Bakteriológiai szennyezettség Szénsav (agresszivitás)

Vízkészletek vízminősége II. Rétegvizek: Két vízzáró réteg között található vízkészlet Kismértékben szennyezettek Jellemző szennyezők: Vas, mangán Szulfát Klorid Szénsav (agresszivitás) Metán Arzén Ammónia Stb..

Vízkészletek vízminősége III. Karsztvizek: Karsztos (mészkő, dolomit) kőzetek repedésrendszereiben található vízkészlet Nagy érzékenységűek Jellemző szennyezők: Magas karbonát-keménység (Mg-, és Ca-sók) Szulfát, Klorid, Nitrát, stb.. ált. csak antropogén szennyezés esetén (pl. városszéli forrás) Parti szűrésű vizek: Part menti aluviális rétegekben található vízkészlet Kismértékben szennyezettek Szerves anyag Ammónium Vas, mangán

Vízkészletek vízminősége IV. Vízkészleteink szennyezettsége évről évre nő. Főbb okai: Növekvő termelés, növekvő kibocsátások Tisztítatlan emissziók Illegális kibocsátások Meglévő tisztítók nem megfelelő hatékonysága Vízvédelem fejlődésének üteme – múltbeli szennyezések hosszú-távú hatásai Vízkincseink védelme fokozott odafigyelést igényel Vízbázisok védelmét a 123/1997 (VII.18.) Korm. rendelet és arra épülő jogszabályok tartalmazzák.

Vízminősítés Főbb paraméter csoportok: Fizikai paraméterek: Kémiai paraméterek Biológiai paraméterek Mikrobiológiai paraméterek Ökológiai paraméterek „Hagyományos” biológiai vízminősítés szerinti csoportosítás: Halobitás (szervetlen kémiai tulajdonságok összessége) Szaprobitás (szerves anyag lebontó képesség) Trofitás (szerves anyag termő képesség) Toxicitás (mérgező képesség) VKI-szerinti biológiai vízminősítési rendszer 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 és 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 alapján a hazai minősítési rendszer kidolgozás alatt áll. Víztechnológiai szempontból nincs jelentősége

Ivóvíz minősítés I. Az ivóvíz minőségének követelményeit a 201/2001. (X.25) Korm. r. és tartalmazza. Mikrobiológiai paraméterek és határértékeik: 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. - főbb fizikai és kémiai paraméterek és határértékeik:

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 hálózat a 201/2001. (X Minimális vizsgálati gyakoriság vízellátó hálózat 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.

Vízminőség változás a hálózatban I. A vízhálózatban betáplált kifogástalan minőségű víz a fogyasztási helyen nem biztos hogy kifogástalan minőségű lesz! Víz szállítása során a vízminőség módosul. A vízvezeték hálózat reaktorként értelmezhető, melyben számos vízminőséget befolyásoló folyamat zajlik le. A vízhálózat üzemeltetés jelentős egészségügyi kockázattal jár A vízminőség ellenőrzése és megfelelő szinten tartása az egyik legkiemeltebben kezelendő üzemeltetési feladat

Vízminőség változás a hálózatban II. – Néhány lehetséges folyamat Fertőtlenítőszer fogyása a szerves és szervetlen vegyületekkel történő reakciók miatt Fertőtlenítőszer és egyes anyagokból keletkező melléktermékek: Íz és szaganyagok THM Csövek belső korróziója Eltérő minőségű vizek hálózatbeli keveredése, mely kémiai instabilitást okoz Biofilm képződése a csőfalon Üledék a hálózatban Csőtörések, egyéb külső szennyeződések, befertőződések Elégtelen nyersvíz kezelés, technológiai meghibásodások Víz pangása ágvezetékekben vagy tározóban Oldott oxigén kimerülése, hidrogén-szulfid képződése Megnövekedett zavarosság Réz beoldódás Stb…

Vízminőségi kockázat A vízminőségi kockázat az egész rendszerben fennáll A lehetséges kockázatok bemutatására „termelési diagram”-ot célszerű készíteni Kockázat elemzés valószínűség elméleti alapokon történik Vízminőségi kockázat lehet: Kémiai kockázat Mikrobiológiai kockázat

Vízben rosszul oldódó anyagok A vízben rosszul oldódó anyagok a vízben diszpergálhatók: Emulzió: olyan diszperz rendszer melyben a szennyező anyag 0,1 µm-nél nagyobb szemcse- vagy cseppméretben közel egyenletes eloszlással található a folyadékban. Kolloidok: olyan diszperz rendszer melyben a szennyező anyagok az emulziónál kisebb, de a molekuláris méreteknél nagyobb méretekben van jelen.

A víz keménysége Ca- és Mg-sók okozzák → Összes keménység Hőmérséklet vagy pH növekedés hatására a vízkő növekvő mennyiségben válik ki. Karbonát- (változó-) keménység: a kalcium és magnézium ionok azon mennyisége amely a vízben lévő karbonátok és hidrogén karbonátok mennyiségével egyenértékű. Okozó vegyületei: Ca(HCO3)2 és Mg(HCO3)2.. Forralás hatására szilárd csapadékot képeznek Nem karbonát- (állandó-) keménység: Okozó vegyületei: CaSO4, MgSO4, CaCl2, MgCl2 . Ezek forralással nem távolíthatóak ela vízből. Összes keménység = karbonát keménység + nem karbonát keménység A víz keménységét német keménységi fokban adjuk meg [nk°]: 1 nk°: 10 mg CaO-val egyenértékű keménységet okozó iont tartalmaz 1 l víz.

Víztisztítás alapelve

Gerebek, rácsok Durva felületi szűrők Ivóvíztisztításban: gereb, szennyvíztisztításban: rács Ivóvíztisztításban felszíni vízkivételeknél alkalmazzák Durva méretű szennyeződések eltávolítására szolgál (pl. ágak, levelek, széna, stb..) Durva gereb: résszélesség 20 - 30 mm Finom gereb: résszélesség: 1,5 – 15 mm Szennyvíztisztítási technológiák tárgyalásakor részletesen tárgyaljuk

Szitaszűrés Finom felületi szűrők Alapelv: vékony szitaanyagon keresztül történő szűrés Célja az ülepítő vagy derítő terhelésének csökkentése Makro-szita szűrés: szitaszövet nyílásmérete 0,3-2,5 mm. Mikro-szita szűrés: szitaszövet nyílásmérete 23-65 µm. Finom szuszpendált anyagok, élő mikroszervezetek, planktonok eltávolítására részlegesen alkalmas. Alkalmazása. Felszíni vízkivétel esetén jellemző. Szitafonal átmérő: 0,02-0,05 mm.

Makro-szita szűrés I. - működésük elve Nyitott (gravitációs rendszer) és zárt kivitelű szitaszűrők (nyomás alatti rendszer):

Makro-szita szűrés II. Hidraulikai méretezés alapelve: szabad átfolyási felületre vonatkoztatott átfolyási sebességre történő méretezés [0,3-2 mm: 0,04-0,3 m/s; 2-5 mm: 0,3-0,5 m/s] Fsz [m2]: szükséges szűrőfelület k=k1*k2 [-]: szabad keresztmetszeti tényező (k1=0,35-0,6 a szűrőszövet szabad keresztmetszeti tényezővel; k2=0,3-0,6 az alátámasztó szerkezet szabad keresztmetszeti tényezője) z [-]: a szita víz alatti felületének és teljes felületének hányadosa

Mikro-szita szűrés Méretezés tapasztalati úton A szitaszöveten kialakuló filmszerű bevonat miatt egyre finomabb szemcséket képes kiszűrni, közben az ellenállása folyamatosan nő Technikai adatok: Dob átmérő: 1,5-3 m Dob hossz: 2-5 m Forgási sebesség: 30-50 m/perc Öblítővíz mennyiség: 1,5-5% (magas!)

Ülepítés I. Csak a derítés megértéséhez szükséges alapfogalmakat vesszük. Az ülepítőket részletesen a szennyvíztisztításnál tárgyaljuk. Tisztítási feladat: különálló részecskék (0,1 mm felett) és vagy összeállt pelyhek (0,1 mm alatt) kiülepítése Különálló szemcsék állandósult ülepedési sebessége a lamináris ülepedési törvényből számítható: Ahol: η [Pas]: dinamikai viszkozitás; g=9,81 m/s2; sz [kg/m3]: ülepítendő szemcse sűrűsége; f [kg/m3]: folyadék sűrűsége A méretezés alapelve: az ülepedési idő kisebb kell hogy legyen mint a szemcse tartózkodási ideje a műtárgyban:

Ülepítés II.

Ülepítés III. Pelyhesedő lebegőanyagok ülepedése: a pehelyméret változás miatt az ülepedési sebesség nem állandó → Az ülepedési időt kísérleti úton kell meghatározni!

Derítés I. Célja: a 0,1 mm-nél kisebb átmérőjű részecskék és oldott anyagok egy részének eltávolítása (pl. szervetlen és szerves kolloidok, mikro-szennyezők, prekurzorok, zavarosságot vagy színt okozó anyagok stb..) Derítés alapelve: pelyhesítő szer bekeverése és kolloid destabilizáció (koaguláció) → pelyhesítés (flokkuláció) → a keletkező pelyhek fázisszétválasztása (ülepítés és/vagy szűrés). Pelyhesítés során a kolloidális részecskék makro-pelyhekbe tömörülnek, így már fázisszétválasztással kiválaszthatóak a vízből.

Derítés II. – Zeta-potenciál Kolloidok stabilitása: pelyhesedéssel szembeni ellenálló képesség. Stabil kolloidok (hónapok alatt is csak kismértékben pelyhesednek) pl. proteinek, keményítők, detergensek. Instabil kolloidok pl. fém oxidok, agyagásványok, mikroorganizmusok. A derítés célja az instabil kolloidok leválasztása. Vizes szuszpenzióban a kolloidok felülete negatív töltésű, mivel felületi energiájuk révén főleg negatív töltésű ionokat (anionokat) adszorbeálnak. A negatív töltésű kolloid felület így csak pozitív töltésű ionok (kationok) vonzására képes. A kolloidok taszítják egymást. Zeta-potenciál [mV] értelmezése: (pl. ásványi anyagok -13 mV, algák -8 mV)

Derítés III. – kolloidok destabilizálása A koaguláció feltétele: a kolloidok közötti taszító erő minimális szintje. Cél a 0 mV Zeta-potenciál elérése → a van der Waals erők és a kémiai kötőerők az uralkodóak Erre a célra kémiai derítőszereket használunk

Derítés IV. – koaguláció derítőszerekkel Leggyakrabban használt derítőszerek: alumínium-szulfát [Al2(SO4)3], vas(II)szulfát [FeSO4] , alumínium-klorid [AlCl3], vas(III)klorid [FeCl3] Az összetett kémiai folyamatok révén a ++ vagy +++ töltésű fém ionból, semleges töltésű fém-hidroxid [Al(H2O)3(OH)3 keletkezik. Közbenső hidrolízis termékek az ún. fém-hidroxid-komplexek keletkeznek pozitív töltéssel. Ezek destabilizálják a negatív felületi töltésű kolloidokat.

Derítés V.- derítés folyamata

Derítés VI.- gyorsbekeverők és pelyhesítők

Derítés VII.- derítők

Kötelező irodalom Kapcsolódó jogszabályok www.magyarorszag.hu Dr. Öllős Géza: Vízellátás - Csatornázás I. Műegyetemi Kiadó, Budapest, 1995. kapcsolódó fejezetei

Felhasznált irodalom Dr. Chovanecz Tibor: Az ipari víz előkészítése. Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1979. Dr. Benedek Pál, Valló Sándor: Víztisztítás- szennyvíztisztítás zsebkönyv. Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1990. Dr. Öllős Géza: Vízellátás - Csatornázás I. Műegyetemi Kiadó, Budapest, 1995. Bozóky-Szeszich-Kovács-Illés: Vízellátás és Csatornázás tervezési segédlet. Műegyetemi Kiadó, Budapest, 1999. Illés-Kelemen-Öllős: Ipari Vízgazdálkodás. Vízdok nyomda, Budapest, 1983. Dr. Licskó István – Laky Dóra: Vízkémia (felkészülési segédanyag). BME-VKKT, 2003, digitális jegyzet. Víz és szennyvízkezelés. DRV Rt. Továbbképzési segédanyag

Köszönöm a megtisztelő figyelmet!