2015.02.26.
A víz fizikai és kémiai paraméterei
Vízvédelem KM011_1 2014/2015-ös tanév II. félév 2. rész: A vizek minőségi paraméterei és a vizek szennyezése Dr. Zseni Anikó egyetemi docens Széchenyi István Egyetem AHJK, Környezetmérnöki Tanszék
1. Általános fizikai, kémiai paraméterek: •
vízhőmérséklet
•
pH
•
lúgosság
•
fajlagos elektromos vezetőképesség
•
összes keménység
•
kalcium, magnézium, nátrium, kálium
•
klorid, szulfát
•
oldott oxigén
•
összes lebegőanyag
•
KOIp, KOIk, BOI5, TOC
•
összes oldott anyag
•
oldott vas, oldott mangán
Hőmérséklet
Kémhatás
• hőmérsékleti rétegződés: tavak, vízfolyások
• hőszennyezés hatásai: – sűrűségkülönbség stabil rétegződés
• légszennyezők száraz, nedves ülepedése savasodás • hatásai: – életközösség változása
– gerinctelen haltáplálékok kipusztulása
– életközösségek egyensúlya felborul
– fonalas algák, moszatok elszaporodása
– élőlények anyagcseréje felgyorsul
– élőlények mineralizációs képessége csökken szerves anyag lebontása csökken
– oxigén oldhatósága csökken ld. további hatások – fokozott párolgás
– növekvő oldóképesség
sótartalom nő
• vízfolyások: hígító hatásuk miatt kevésbé jelentős • kőzet jelentősége: – pl. mészkő: nagy savsemlegesítő képesség (nagy lúgosság) savasodás nem jellemző
Fajlagos elektromos vezetőképesség
Lúgosság • a víznek az a tulajdonsága, hogy mennyi sósavat fogyaszt literenként ( mekkora a savsemlegesítő
• összefüggésben az ionok koncentrációjával • változása sótartalom változása
képessége) – pH=4,5-ig (metilnarancs)
Sótartalom
– pH=8,3-ig (fenolftalein)
• lúgossági fok: mg egyenérték HCl 1 liter vízmintára számolva
• • • •
felhasználástól függő vízigények ipari víz: lágyítás öntözés: Na < 45 egyenérték% összes sótartalom, keménység, Ca2+, Mg2+, K+, Na+, CO32-, HCO3-, SO42-, Cl-
1
2015.02.26.
Az oxigénhiány kialakulása
Oldott oxigéntartalom • légzés: fajfüggő igények • vízben oldott biodegradálható szerves anyagok mennyiségétől függ (heterotróf baktériumok lebontják a szerves anyagokat) • forrásai: – diffúzió a légkörből, befolyó vizek O2-tartalma, fotoszintézis
• elhasználódása: – légzés, szerves anyagok bomlása, túltelítődéskor kiszellőzés, távozás elfolyó vízzel
• oxigéntelítettség: a vízben oldott oxigén legnagyobb mennyisége, amely a T, p, oldott anyagok, légkör O2tartalma függvényében a vízben odva lehet
Lebegőanyag-tartalom • a természetes vízmozgás által a vízben lebegésben
maradó, nem oldódó, ülepíthető vagy szűrhető, a kolloidméretnél nagyobb szilárd részecskék összessége • szervetlen, szerves anyagok (élő is lehet)
• • • • • •
nyáron: túlzott mértékben elburjánzott vízinövényzet nagyfokú bomlási, rothadási folyamatok télen: jégréteg akadályozza az oxigén víztérbe jutását jégrétegre hullott hó árnyékoló hatása egyéb okok: szerves és szervetlen szennyező anyagok vízbe jutása kedvezőtlen hidrometeorológiai helyzet
az oxigénhiány kialakulása egyéb jelenségekkel is együtt járhat: • a növényzet hirtelen rothadása, az iszap anaerob bomlása folytán kénhidrogén és ammónia keletkezik • baktériumok, algák: mérgező anyagcsere termékeik keletkeznek
Szervesanyag-tartalom • BOI5 (biokémiai/biológiai oxigénigény): az az oxigénmennyiség, amely a vízben lévő szerves anyagok 5 nap alatt, 20 °C-on, aerob úton történő biokémiai lebontása (mikroorganizmusok által) közben elfogy (mg/l)
• KOI (kémiai oxigénigény): a vízminta kálium-permanganáttal (KOIps) vagy kálium-dikromáttal (KOIk) történő egy órás forralása során elhasználódott vegyszerrel egyenértékű oxigénfogyasztást jelenti
• összes szerves szén (TOC): a vízben szuszpendált és oldott szerves anyagok széntartalma
A víz kémiai és fizikai paraméterei
Eutrofizáció
• ammónium
• ~: a vizek növényi tápanyagdúsulása által kiváltott biológiai reakció: a felszíni vizek elnövényesedése (algásodás, hinárasodás), azaz a víz trofitásfokának megnövekedése
• nitrát
• természetes és mesterséges hatásokra következik be
• összes nitrogén
• jelzi: egyes planktonalgák időszakos, hirtelen elszaporodása (vízvirágzások)
2. Tápanyagmutatók
• orto-foszfát • összes foszfor • klorofill-a
• a tavi elöregedés jellemzője, feltöltődéshez vezet
• erózióval, deflációval a felszíni vizekbe jutó tápanyag (főként a N- és P-tartalmú műtrágyák) és a szennyvizek elősegítik a folyamatot
2
2015.02.26.
Fotó : Haczai
Fotó : Haczai
Fotó : Haczai
A víz fizikai és kémiai paraméterei 3. Mikroszennyezők
• íz-, szagrontás, mérgező, rákkeltő anyagok • A, Szervetlen mikroszennyezők Fe, Mn: ízrontók; Hg, Cd, Pb, As: mérgezők szinorganikus hatások •
B, Szerves mikroszennyezők kőolajszármazékok (aromás szénhidrogének: rákkeltők) szintetikus mosószerek (detergensek) fenolvegyületek peszticidek (inszekticidek, herbicidek, fungicidek) stb.
3
2015.02.26.
A víz fizikai és kémiai paraméterei 4. Radioaktív anyagok • érzékszerveinkkel nem észleljük
A víz biológiai mutatói • fitoplankton: vízben lévő növényi planktonok • fitobenton: bevonatlakó algák
• biológiailag irreverzibilis változások
• makrofita: vízi- és mocsári növényzet
• természetes radioaktivitás (pl. 40K)
• makrozoobentosz: makroszkópikus gerinctelenek
• izotópokat felhasználó laborok
• halak
• atomerőművek
Biológiai vízminősítés: fogalmak 1. Halobitás: • a víz azon szervetlen kémiai tulajdonságainak összessége, amelyek biológiai szempontból fontosak (pl. összes sótartalom, ionösszetétel) 2. Trofitás: • a vízi ökoszisztéma elsődleges szervesanyagtermelésének mértéke • a trofitás fokának meghatározására a vízben élő algák számát ill. azok klorofill-tartalmát mérik: klorofill-a tartalom
Bakteriológiai vízminősítés • háztartási szennyvizek kórokozó (patogén) baktériumok a vízfolyásokba kerülnek • steril táptalajon történő tenyésztés: időigényes, kis baktériumszám esetén sok víz kell hozzá • kólibaktériumok (pl. Escherichia coli): fekáliás szennyeződést jelez, jól kimutatható • coliformszám (i/ml): 1 ml vízmintából kitenyésztett baktériumtelepek száma • kóliliter: az a legkisebb vízmennyiség ml-ben, amelyből a kólibaktérium kitenyészthető • mérések: ÁNTSZ
Biológiai vízminősítés: fogalmak Szaprobitás: • a vízben lévő holt anyagok lebontásának a mértéke
• KOI, BOI, Pantle-Buck index (az indikátor szervezetek relatív gyakoriságából számítható) Toxicitás: • a víz mérgező képessége • olyan mérgek jelenléte, amelyek zavarják, veszélyeztetik a vízi élőlények életműködését, csökkentik a víz öntisztuló képességét, korlátozzák ivóvízként történő felhasználását • mérése: biológiai tesztmódszerek • mértékét azzal a hígítással jellemzik, amilyen hígítású vízben a kísérleti élőlények fele életben marad
Vízszennyezések típusai rendszeres (folyamatos)
rendkívüli (havaria szerű)
• ipari üzemek • kommunális és ipari szennyvíztisztítók • települések • mezőgazdaság
• természeti katasztrófák • ipari katasztrófák • műszaki hibák • szabotázs akciók • emberi felelőtlenség
4
2015.02.26.
A vízszennyező anyagok csoportosítása Klasszikus vízkomponensek (természetesen is jelen vannak, feltétlenül szükségesek, mennyiségüktől függ, hogy szennyeznek, károsítanak-e vagy sem) sók, oldott oxigén, szervesanyag-tartalom, nitrogén- és foszforvegyületek
A vízszennyező anyagok csoportosítása (folyt.) eredet szerint • pontszerű • diffúz megjelenési forma szerint • felszínen úszó (mosószer-hab, festék, oldószer, alga-békalencse tömeg, szilárd hulladék, szemét, állattetem stb.)
Fertőzést okozó mikroorganizmusok vírusok, baktériumok
• vízben lebegő • oldott
Mikroszennyezők szerves és szervetlen
Hőszennyezés
a, a víz elszíneződése, szaga, lebegőanyagtartalma utal rá b, észrevehető elváltozást nem okoz, csak a bekövetkezett vízminőségi kár észlelhető (eutrofizáció, halpusztulás stb.)
Radioaktív szennyezés
kiömlő olajszennyezés lokalizálása
A vízszennyező anyagok csoportosítása (folyt.)
gazdasági ágazatok szerint • települési: házi szennyvíz + csapadékvíz + települési csatornahálózatba bekötött ipari üzemek • ipari: hűtővizek, technológiai használt vizek, üzemi szociális szennyvizek, az üzem területéről elvezetendő csapadékvizek • mezőgazdasági: műtrágyák, növényvédő szerek, állattartó telepek szennyvizei (hígtrágya)
Fotó : Haczai
Házi (háztartási) szennyvíz • szerves anyagok (fehérjék, zsírok, cukrok, mosószerek, papír stb.), szervetlen anyagok (különféle sók, foszfátok, ammónia stb.) oldott vagy lebegő állapotban • mikroorganizmusok, féregpeték • járványügyi szempontból a házi szennyvíz a legveszélyesebb • tisztítatlanul jellegzetesen bűzösek, színük sárgás-barna • darabos, sárga, szürke vagy fekete lebegőanyag-tartalmukról könnyen felismerhetők, megjelenésüket a mosószertől származó erős habzás kíséri • gyakori kísérőjelenség a felszín „bőrösödése” és a felszínen úszó szilárd hulladék, szemét
• közlekedési: tankhajó-katasztrófák, utakról lemosódó szennyező anyagok, szervízhálózatok olajtartalmú szennyvizei
Ipari technológiai szennyvizek vegyipar: igen változatos szennyvizek: savas v. lúgos, olajszármazékok, szénhidrogének, zsírok stb. kohászat, gépipar: már a gyártás során ki kell vonni a veszélyes anyagokat élelmiszeripar: • legszennyezettebb víz: a szesz- és takarmányélesztő ipar • húsipar, tejipar: melléktermékek hasznosítása könnyűipar: • legszennyezettebb víz: cellulóz-, bőr- és textilkészítő ipar • bőrgyártás: magas üledék, zsír- és szulfidtartalom • cellulózgyártás: barna szennyvíz (biológiai tisztítás kell) • papírgyártás: fehér szennyvíz (elég a mechanikai tisztítás) • textilkészítő üzemek: vegyi anyagok, színezékek, mosószerek stb.
5
2015.02.26.
Vízminőségromlás ~: nem egy közvetlen szennyezés hatására kialakuló kedvezőtlen vízminőségi változás pl. oxigénhiány, eutrofizáció
A vízszennyezés elleni védekezés lehetőségei • a szennyezést csökkentő vagy megszüntető technológiai módosítás • technológiai módosítás a víztakarékosság érdekében • a víz többszörös (soros: az egyik lépcsőben kismértékben elszennyezett vizet egy következő technológiai lépésben felhasználnak) vagy ismételt (recirkulációs: pl. recirkulációs hűtővízrendszerek) felhasználása • a szennyvizekben található értékes anyagok visszanyerése • szennyvíztisztítás (szennyvizek összegyűjtése és tisztítása)
6
