AZ IVÓVÍZ VEZET KÉPESSÉGÉNEK ÉS KEMÉNYSÉGÉNEK ÖSSZEFÜGGÉSE Dr. Szilágyi Ferenc PhD egyetemi docens, BME Vízi Közm és Környezetmérnöki Tanszék Bevezetés Az akvarisztikai gyakorlatban gyakran van szükség a víz keménységének meghatározására. Az akvaristák általában csapvizet használnak a munkájuk során. A csapvíz keménysége azonban a víznyer hely jellegét l függ en széles tartományban változhat. A keménység mérése viszonylag drága és bonyolult, némi analitikai szaktudás is szükséges hozzá. Az akvaristák ezért a víz keménységét a víz elektromos vezet képességének mérése révén próbálják becsülni, mivel a vezet képesség mérésére relatíve olcsó és, egyszer , könnyen kezelhet m szerrel gyorsan mérhet . A vezet képesség adatokból azután egy arányszám segítségével becsülik a víz keménységét. A kérdés az, hogy ez a módszer megfelel -e a vízkeménység becslésére, vagyis létezik-e általános és szoros összefüggés a két vízmin ségi jellemz között. Amennyiben ilyen összefüggés létezne, a dolog rendkívül egyszer volna. Ha a két jellemz között nincs általános és szoros összefüggés, akkor érdemes megvizsgálni, hogy a víznyer hely jellegét l (illetve területt l) függ en lehetséges-e kevésbé általános összefüggést találni. E tanulmányban ezekre a kérdésekre keressük a választ a hozzáférhet vízm ves adatok elemzésével. Miel tt az adatelemzésre térnénk rá, röviden tekintsük át az elméleti hátteret! A víz keménysége A víz keménységét a benne oldott kalcium és magnézium sók okozzák. A keménységet általában keménységi fokban adjuk meg. Magyarországon jellemz en a német keménységi fokot használják (nk°). 1 nk° keménység az a víz, mely 10 mg/l kalcium-oxiddal (CaO) egyenérték kalcium, vagy magnézium vegyületet tartalmaz. A változó keménységet (karbonát keménységet) a kalcium-hidrogénkarbonát [Ca(HCO3)2], illetve a magnéziumhidrogénkarbonát [Mg(HCO3)2] okozza. E sók oldhatósága a h mérséklet növekedésével csökken, ezért a változó keménység a víz forralásával csökkenthet , mert a vízben rosszul oldódó karbonátok egy része csapadék formájában kiválhat (pl. CaCO3, vagyis a kalcit, más néven mészk ). A víz állandó keménységét olyan kalcium és magnézium sók okozzák, melyek h hatására nem válnak ki (pl. kalcium-szulfát, kalcium-klorid, magnézium-szulfát, stb.). A két keménység együttesen mutatja a víz összes keménységét (Felföldy 1987). A kalcium és a magnézium ionok töménységének meghatározása a vízben komplexometriás titrálással történhet murexid indikátor jelenlétében etilén-diamin-tetraecetsav (EDTA) mér oldattal. Ez a titrálás megfelel laboratóriumi eszközöket és nem kevés gyakorlatot igényel, legpontosabban jól felszerelt vízanalitikai laboratóriumban végezhet el. Ugyancsak használatos, de nem egyszer bb mérés a lángfotometriás kalcium és magnézium töménység meghatározás, ehhez azonban drága és speciális m szer kell, jobb a titrálás. Ilyen feltételek az akvaristák többsége esetében többnyire nem állnak rendelkezésre, a vízminták megfelel en felszerelt laboratóriumi meghatározása pedig id igényes és költséges lehet, ezért joggal merül fel az igény más, egyszer bb, módszerre. Léteznek különböz gyorstesztek a keménység mérésére, ezek pontossága azonban nem minden esetben elegend . Más, egyszer bb lehet ség a víz vezet képességének mérése, és abból a víz keménységének becslése. A víz vezet képessége A víz vezet képességét az elektromos ellenállása (R) alapján, m szerrel mérik. Az ellenállás mértékegysége az ohm. Valamely anyagnak a fajlagos ellenállása a bel le készült egy cm 1
élhosszúságú kocka két szemben lev oldala között mérhet elektromos ellenállása, egysége az ohm/cm). A vezet képesség az elektromos ellenállás reciproka, egysége tehát 1/ohm, amely az SI rendszerben a Siemensnek (S) felel meg. Ennek megfelel en a víz elektromos vezet képességének mértékegysége a S, fajlagos vezet képessége pedig a S/cm lenne. Azonban ez túl nagy fajlagos vezet képességet jelent, ezért a természetes vizekben a mS/cmt, illetve a S/cm-t használjuk (Felföldy 1987). A desztillált vízben gyakorlatilag csak a víz disszociációjából származó H+ és OH- ionok fordulnak el . A víz disszociációja nagyon kismérték : 180 t vízben csak 18 g disszociált vízmolekula fordul el szobah mérsékleten. Mivel a vízben ionok vezetik az elektromos áramot, a desztillált víz ilyen szempontból nagy ellenállású, ezért rossz elektromos vezet képesség (Licskó 2006). A természetes vizekben sokféle ion található, ezek töménysége a víz típusától függ en különböz lehet. A gyakorlatban a nyolc f iont szokták els sorban mérni, ezek töménysége határozza meg els sorban a víz elektromos vezet képességét. A nyolc f ion a következ : kálium, nátrium, kalcium, magnézium, klorid, szulfát, karbonát, hidrokarbonát (Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Cl-, SO42-, CO32-, HCO3-) (Felföldy 1987). A többi ion általában kevésbé játszik szerepet a vezet képesség alakításában. A nagyobb folyóink vize általában közepes ion töménység , 300-500 S/cm vezet képesség . Lágy viz ek a vulkanikus k zeteinken található tározóink (pl. a mátrai Csórréti-tározó). Kemény viz a Balaton, 500-600 S/cm vezet képességgel, és Ca-, Mg-hidrokarbonátos jelleggel. A szikes vizeink Nahidrokarbonátos és –szulfátos vizek, nagy vezet képességgel (2000-4000 S/cm). Mivel a különböz ionok méretüknél és töltésüknél fogva eltér mértékben vezetik az elektromosságot, valamint a vizeink jellege, ionösszetétele er sen különbözhet, ezért feltételezhet , hogy általános összefüggést a vezet képesség és a vízkeménység között nehéz találni. Nézzük meg tehát, hogy mit mutatnak az adatok. A víz keménysége és vezet képessége közötti összefüggés A víz keménysége és vezet képessége közötti összefüggést a különböz hazai vízm vek által szolgáltatott ivóvíz interneten hozzáférhet adatai alapján elemeztük. A vízm vek nyersvíz bázisa nagymértékben eltér egymástól. Parti sz rés dunai víz, karsztvíz, felszín alatti víz és felszíni víz egyaránt szolgálhat az ivóvíz „alapanyagául”. A vízm vek adatszolgáltatása eltér : egyikük éves átlagértékeket ad meg, mások id sorba mutatják be a változásokat, megint mások települések, vagy vízm telepek szerint részletezik adataikat. Tehát a rendelkezésre álló adatsor meglehet sen inhomogén, ennek ellenére az adatbázis alkalmas bizonyos következtetések levonására. Az adatbázis adatainak vízm venkénti jellemz it az 1. táblázatban mutatjuk be. A hivatkozásokat az irodalomjegyzék tartalmazza, ezeken az internet címeken tekinthet k meg az alapadatok. Természetesen az értékeléshez nem álltak rendelkezésre minden magyar vízm b l adatok. Az akvaristák körében elterjedt az a gyakorlat, hogy a vezet képesség (µS/cm) és a német keménységi fok arányát 35-nek veszik. Az 1. táblázat összesített adatain az látható, hogy például a F városi Vízm vek m ködési területén ez a gyakorlat átlagosan megfelel . A területenkénti lebontás viszont már azt mutatja, hogy az arány 29 is (XXII. kerület) és 45 is (XXIII. kerület) lehet attól függ en, hogy melyik kút(sor) szolgáltatja a vizet az adott területen (Budapesten a vízellátás parti sz rés kutakra épül). Az eltérés a legnagyobb és legkisebb érték között jelent s, ennek ellenére az átlag szórása kicsi (igazából csak két kerület „lóg ki a sorból”). A területenkénti eltéréseket a F városi Vízm vek esetében jól mutatja az 1. ábra is. 2
A F városi Vízm vekéhez hasonló arány adódott az ÉRV és a Soproni Vízm m ködési területén is, bár az utóbbi esetében a szórás lényegesen nagyobb volt. 27 és 54 közötti arányok fordultak el Sopron körzetében. Ebben az esetben már lényegesebb, hogy melyik kútból kapja az adott település a vizét. Jellemz en nagyobb átlag adódott a Salgótarjáni Vízm esetében (40), és az értéktartomány is szélesedett (31-79). Ezen a területen tehát már nem használható általánosan a 35-ös arány az átszámításhoz, hanem ismerni kell a településeket ellátó vízm telep konkrét adatait is. Makón és a Nyírségvíz egyes ellátott területén voltak a legnagyobbak az arányok (92 és 100). Az els esetben az alacsony keménység, a másodikban pedig a magas keménység, és ezzel együtt a még nagyobb vezet képesség okozta a nagy arányt. E területeken tehát már nem alkalmazható a 35-ös átszámítási tényez .
1. ábra: A vezet képesség és a vezet képesség/vízkeménység arány közötti összefüggés a F városi Vízm vek területenkénti éves átlag adatai esetében
2. ábra: A vezet képesség és a vízkeménység közötti összefüggés a teljes adatbázis esetében. 3
Vízm F városi Vízm vek Átlag szórás Minimum Maximum ÉRV Átlag szórás Minimum Maximum Soproni Vízm Átlag szórás Minimum Maximum Salgótarjáni Vízm Átlag szórás Minimum Maximum Szegedi Vízm MIVÍZ Makó Észak Zalai Víz és Csatornam Nyugat Kelet Pannonvíz Átlag szórás Minimum Maximum Nyírségvíz Átlag szórás Minimum Maximum
Vezet képesség, S/cm
Keménység, Vezet képesség/keménység nko arány
528 43 471 622
15,3 1,5 13,6 21,5
35 3 29 45
527 98 390 665
15,8 3,5 11,2 22,3
33 3 27 38
582 140 293 942
17,9 4,6 8,5 25,4
33 6 27 54
505 246 249 930 439 545 499
14,0 8,8 5,0 30,4 10,5 13,7 5,4
40 12 31 79 42 40 92
318 600
5,7 14
56 43
437 87 146 557
12,0 3,1 4,8 18,5
37 8 29 66
580 123 341 1010
14,7 3,3 6,2 24,4
41 12 31 100
1. táblázat: Az adatbázis f bb jellemz i A 2. ábrán a vízkeménység és a vezet képesség közötti összefüggés látható a teljes vizsgált adatbázis esetében. Az ábrán világosan látszik, hogy a két jellemz közötti összefüggés 4
valóban létezik, szignifikáns az összefüggés, azonban a korrelációs együttható nem mutat függvénykapcsolatot. Ennek az oka az, hogy a különböz vizek ionösszetétele eltér , és ezek az ionok a vezet képességhez más-más mértékben járulnak hozzá.
3. ábra: A vezet képesség és a vezet képesség/vízkeménység arány közötti összefüggés a teljes adatbázis esetében. Ha a teljes adatbázis esetében megvizsgáljuk a vezet képesség/keménység arány alakulását (3. ábra), azt tapasztaljuk, hogy a pontok nagyobb hányada a 40-es érték alá esik, azonban meglehet sen sok település, vagy vízm telep található az 50-nél nagyobb értékek tartományában. E területeken tehát már jelent s hibához vezethet, ha a vezet képességb l becsüljük a keménységet a 35-ös arány segítségével. Hangsúlyoznunk kell, hogy adatbázisunk nem fedi le az ország területét, és nem is homogén a felhasznált adatok tekintetében, azonban az eredmények felhívják a figyelmet arra, hogy óvatosan kell eljárni, amikor a vezet képességb l próbálunk vízkeménységet becsülni. Egyegy településen id ben is változhat a vezet képesség/keménység arány attól függ en, hogy mely kutak milyen kombinációja szolgáltatja éppen a nyersvizet a vízm ben. Ha tehát pontos arányra van szükségünk, az adott területet ellátó vízm höz kell fordulnunk információért, vagy pedig vízmintából keménységet kell méretnünk. Irodalomjegyzék ÉRV Rt. (2011): http://www.ervrt.hu/cgi-bin/index.php?hlid=37, (2009. évi átlagok) Észak Zalai Víz és Csatornam (2011): http://www.zalaviz.hu/tart/farticle/60/339/2 (jellemz értékek) Felföldy L. (1987): A biológiai vízmin sítés. – VÍZDOK 16, Budapest, pp. 257 F városi Vízm vek (2011): http://vizmuvek.hu/hu/fovarosi-vizmuvek/tarsasagiinformaciok/a_vizrol/vizminoseg_vizkemenyseg, (2010 éves átlagok kerületenként) Licskó I. (2006): Vízkémia. – BME egyetemi jegyzet, kézirat Makó (2011): http://www.makoviz.hu/vizszolgaltatas.htm#vizkemenyseg (jellemz értékek) MIVÍZ (2011): http://www.miviz.hu/gyakori-kerdesek/vizminoseg/7/, (átlag értékek) Nyírségvíz (2011): http://www.nyirsegviz.hu/files/vizmin, (2010, negyedéves adatok) Pannonvíz (2011): http://www.pannon-viz.hu/data/files/vizminadatok.pdf (jellemz értékek) Salgótarjáni Vízm (2011): http://www.salgoviz.hu/page.php?32, (2010. évi értékek) 5
Soproni Vízm (2011): http://www.aquadocinter.hu/themes/Vandorgyules/pages/4szekcio/horvath_bertalan_pinter.ht m, (2003. évi átlagok) Szegedi Vízm (2011): http://www.freeweb.hu/aquad/modules.php?name=linkek&file=vizmuvek (jellemz adat)
6
