Környezetmérnöki ismeretek 2. Előadás Vízminőség szabályozás, vízminősítés Irodalom: Clement Adrienne öszeáll.: Vízminőségszabályozás. 2007. HEFOP/2004/3.3.1/0001.01 Bendek-Literáthy: Vízminőségszabályozás a környezetvédelemben. Műszaki kiadó. 1979. Thyll Szilárd: Vízszennyezés-vízminőségvédelem. A felszíni vizek kémiai és ökológiai állapotának értékelése (http://enfo.agt.bme.hu/drupal/sites/default/files/A%20felsz%C3%ADni%20vizek%20k%C3%A9 miai%20%C3%A9s%20%C3%B6kol%C3%B3giai%20%C3%A1llapot%C3%A1nak%20%C3%A9rt%C3 %A9kel%C3%A9se.pdf) AZ EURÓPAI PARLAMENT ÉS A TANÁCS 2000/60/EK IRÁNYELVE (2000. október 23.) a vízpolitika terén a közösségi fellépés kereteinek meghatározásáról [és módosításai: http://eurlex.europa.eu/legal-content/HU/TXT/HTML/?uri=URISERV:l28002b&from=EN]
Alapfogalmak Emisszió Transzmisszió Immisszió Emissziós határértékek Például: Tisztított szennyvíz kémiai oxigénigénye Füstgáz ózontartalma Műtrágya nehézfémtartalma - Pontszerű - Diffúz - Felületi (- Vonalmenti) (- Térbeli)
Immisszió kiszámítása az emisszió függvényében – környezetmodellezés. Célok: - Öntisztuló képesség meghatározása és gazdaságos kihasználása - Kockázatbecslés
Immissziós határértékek Víztest oldott oxigén tartalma Szmogriadó küszöbértékei Talaj nehézfémtartalma
- Terhelhetőség meghatározása: - „ami még nem okoz visszafordíthatatlan változást” - „ami mellett még elfogadható a környezet minősége”
Alapfogalmak Emisszió Transzmisszió Immisszió Emissziós határértékek
Immissziós határértékek
- Technológiai - Területi - Egyedi Elfolyó szennyvízre előírt: - Elérhető technológia alapján - Egyedi (költséghatékonyabb) - Modellezés szükséges hozzá (vagy…) - Időbeli-térbeli változás
Befogadóra előírt: - Transzmisszió modellezés = hol kellene mérni? - Gazdaságosság - Nehézségek
A vízminősítés szerepe a vízminőség-szabályozásban Szennyezőanyag terhelés Vízhasználati igények
Rendszeres vízminőség Követelményeknek ellenőrzés megfeleltetés Ellenőrzés Osztályozás, trendek
Döntéshozás
Beavatkoz ás - jogi, gazdasági, műszaki
Alternatív szabályozási javaslatok kidolgozása
Modell
Ok-okozati Összefüggések feltárása
Monitorning
Vízminőségi problémák
Vízminősítés Minőség: - Jellemzők összessége - Kategorizálás – objektíven mérhető jellemzők alapján - A minősítés céljától függően - + Szubjektív elemek…
Vízminősítés Régebben: - KGST előírás szerinti – a felhasználhatóság szempontjából - Integrált minősítési rendszer – használat + ökológiai stabilitás (3 osztály: tiszta, kissé szennyezett, szennyezett) - 1994.01.01.-től MSZ 12749 - Vízminőségi jellemzők csoportjai szerint: -
az oxigénháztartás jellemzői a nitrogén- és foszforháztartás jellemzői a mikrobiológiai jellemzők mikroszennyezők és toxicitás egyéb jellemzők (vezető képesség, keménység, savasság, stb.)
- Visszavonva: 2014.08.01. - Számok, majd később színes vonalak térképen.
Vízminősítés Régebben: - KGST előírás szerinti – a felhazsnálhatóság szempontjából - Integrált minősítési rendszer – használat + ökológiai - MSZ 12749 - Számok, majd később színes vonalak térképen. + Szorgalmi feladat: +5% (fél jegy) - Régi vízminőségi térképet digitalizálni - És a hozzá tartozó vízminősítési rendszert bemutatni (max. 1 db A4-es oldal) - Forrás megjelölésével, szakirodalmi hivatkozással
Vízminősítés Szakirányos tantárgyakban majd: - Felszíni vizekre VKI szerinti minősítés – mai napig - Ivóvíz: 201/2001 (X.25.) korm. r. - Szennyvizek: 28/2004. (XII. 25.) KvVM rendelet
Vízminősítés 2000/60/EK szerint: 17. „A felszíni víz állapota” egy felszíni víztest állapotával kapcsolatos általános kifejezés, amely állapotot a víz ökológiai és kémiai állapota közül a rosszabb határoz meg. 18. „A felszíni víz jó állapota” az a felszíni víztest által elért állapot,amikor annak mind ökológiai, mind kémiai állapota legalább „jó”. 19. „A felszín alatti víz állapota” egy felszín alatti víztest állapotával kapcsolatos általános kifejezés, amely állapotot a víz mennyiségi és kémiai állapota közül a rosszabb határoz meg.
Vízminősítés 2000/60/EK szerint: 20. „A felszín alatti víz jó állapota” az a felszín alatti víztest által elért állapot, amikor annak mind mennyiségi, mind kémiai állapota legalább „jó”. 21. „Ökológiai állapot” a felszíni vizekkel kapcsolatban levő vízi ökoszisztémák szerkezetének és működésének minősége, az V. mellékletnek megfelelően osztályozva. 22. „Jó ökológiai állapot” egy felszíni víztest állapota az V. mellékletnek megfelelő osztályozás szerint.
Vízminősítés 2000/60/EK szerint: 23. „Jó ökológiai potenciál” egy jelentősen (erősen) módosított vagy mesterséges víztest állapota az V. melléklet vonatkozó feltételei szerint lett megfelelően osztályozva. 24. „A felszíni víz jó kémiai állapota” a 4. cikk (1) bekezdésének a) pontjában a felszíni vizekre meghatározott környezeti célkitűzéseket elérő kémiai állapot, azaz egy olyan, a felszíni víztest által elért kémiai állapotot, ahol a szennyező anyagok koncentrációja nem haladja meg a IX. mellékletben és a 16. cikk (7) bekezdésében meghatározott környezetminőségi követelményeket, és más vonatkozó közösségi joganyagban, közösségi szinten megállapított környezetminőségi követelményeket.
Vízminősítés 2000/60/EK szerint: 25. „A felszín alatti víz jó kémiai állapota” egy olyan felszín alatti víztest kémiai állapota, amely az V. melléklet 2.3.2. táblázatban megállapított minden feltételnek megfelel. 26. „Mennyiségi állapot” annak a mértéknek a kifejezése, hogy egy felszín alatti víztestet a közvetlen és közvetett vízkivételek mennyire befolyásolnak. 28. „Jó mennyiségi állapot” az V. melléklet 2.1.2. táblázatában meghatározott állapot.
Vízminősítés (Bendek-Literáthy, 1979) szerint: - Vízminőség: víz tulajdonságainak összessége (fizikai,kémiai, radiokémiai, biológiai, mikrobiológiai) - Minősítés: határértékkel való összehasonlítás Általában: - Halobitás - Trofitás - Szaprobitás - Toxicitás - lásd: hidrobiológia, ökológia tárgyak
Vízminősítés VKI szerinti minősítés Besorolás
Állapotjellemzők
biológiai elemek hidrológiai és morfológiai elemek fizikai és általános kémiai elemek Specifikus szennyezők Kémiai paraméterek
5 osztály
5 osztály
5 osztály
5 osztály
biológiai állapot hidrológiai morfológiai állapot
ökológiai állapot
Az ökológiai állapotot befolyásoló kémiai állapot 2 osztály
kémiai állapot
Vízminősítés VKI szerinti minősítés Célállapot – vízgyűjtő gazdálkodási tervek: http://www.vizeink.hu/ http://www2.vizeink.hu/ http://www3.vizeink.hu/
Vízminőség szabályozás Eszközei: - műszaki - jogi-gazdasági Céljai: - Víz minőségi igények kielégítése - Igények: - Felhasználás - Környezetvédelm Feladatok: - Monitoring - Műszaki beavatkozások végrehajtása - Rendkívüli szennyezések elleni védekezés, kárelhárítás
Vízminőség szabályozás Műszaki eszközök: 1. Tisztítás: megtisztítás a befogadóba vezetés előtt (szennyvíztisztítás) 1. Újrafelhasználás és visszanyerés 2. Technológia változtatás 3. Termékmódosítás 4. Megszüntetés 5. Szétszórás 6. Késleltetés 7. Átvezetés 8. Hígítás 9. Környezet tisztítás
Vízminőség szabályozás Természetes vizek diffúz terhelése: - Felszíni lefolyással - Hordalékhoz kötött (erőzió) - Oldott - Légköri kihullással - Száraz - Nedves - Visszatartás, átalakulás, transzport: - Felszínen, vízgyűjtő területen - Víztestben (tóban, folyóban)
Vízminőség szabályozás Természetes vizek diffúz terhelése: - Csoportosítás közvetítők és források szerint:
Vízminőség szabályozás Természetes vizek diffúz terhelése: - Diffúz terhelés meghatározási módszerei - Fajlagos területi terhelés - Statisztikai modellek (vízgyűjtő területre vonatkozó adatok, egyes szelvényekben mért vízminőség) - Dinamikus modellek – transzport folyamatok modellezésével
Vízminőség szabályozás Természetes vizek diffúz terhelése: - Diffúz terhelés szabályozásának eszközei - Mezőgazdasági - Kötelező talajvizsgálat - Trágya kijuttatás helyi korlátozása - Precíziós mezőgazdasági technológiák - Sortrágyázási technológiák - Biotermesztés - Takarmányok manipulációja - Állattartás korlátozása, tiltása - Szabadon tartott állatok mozgásának korlátozása - Talaj foszforkészletének kivonása - Melléktermékek betakarítása - Több tápanyagot kivonó növények termesztése
Vízminőség szabályozás Természetes vizek diffúz terhelése: - Diffúz terhelés szabályozásának eszközei - Mezőgazdasági - Vízoldható foszforformák csökkentése: - Trágya kijuttatás időbeli korlátozása - Szakszerű kijuttatás - Foszfor kémia megkötését szolgáló anyagok hozzáadása - Hígtrágya helyett szalmás istállótrágya alkalmazása - Közvetlen foszfor visszanyerés szennyvízből - oldható foszforban gazdag maradványok talajba forgatása - Lassú hatású nitrogén műtrágyák alkalmazása
Vízminőség szabályozás Természetes vizek diffúz terhelése: - Diffúz terhelés szabályozásának eszközei - Mezőgazdasági - Partikulált foszforveszteségek csökkentése (erózió) - Művelési ág megváltoztatása - Műszaki talajvédelem (teraszolás, sáncolás, felszínegyengetés) - Talajvédő táblásítás - Talajvédő talajművelés (szintvonalas művelés, sávos művelés) - Talajvédő növénytermesztési technológiák - Betakarítást követő tarlóhántás
Vízminőség szabályozás Természetes vizek diffúz terhelése: - Diffúz terhelés szabályozásának eszközei - Mezőgazdasági - Partikulált foszforveszteségek csökkentése (erózió) - Növényi maradványok aprítása, felszínen hagyása (mulcs) - Másodvetés, sorközök gyepesítése - Csökkentett és no-tillage művelés - Talajszerkezet romlás, tömörödés megakadályozása - Talajstabilizátorok alkalmazása (főként iszap talajokon)
Vízminőség szabályozás Természetes vizek diffúz terhelése: - Diffúz terhelés szabályozásának eszközei - Mezőgazdasági - Partikulált foszforveszteségek csökkentése (erózió) - A talaj szervesanyag tartalmának növelése - Védősáv létesítése a vízfolyások és táblák mentén - Füvesített, vagy csak parlagon hagyott táblaszegélyek
Vízminőség szabályozás Természetes vizek diffúz terhelése: - Diffúz terhelés szabályozásának eszközei - Jogszabályi: - Nitrát érzékeny területek - Nyilvántartási, adatszolgáltatási kötelezettség - Célzott mezőgazdasági támogatások
Gyakorlat – összetett rendszerek kémiai egyensúlya, gépi számítás Példa: a szén-dioxid vízben való oldódása a következő egyenletekkel írható le: HCO3-
+ − ⇀ H2CO3 * ↽ H + HCO3
log K = - 6,35
pK = 6,35
CO23−
+ 2− ⇀ H2CO3 * ↽ 2H + CO3
log K = -16,68
pK = 16,68
H2 CO3 *
⇀ HCO3− + H+ ↽ H2CO3 *
log K = 6,35
pK = - 6,35
CO23−
2− + ⇀ HCO3− ↽ H + CO3
log K = -10,33
pK = 10,33
H2 CO3 *
⇀ CO23− + 2H+ ↽ H2CO3 *
log K = 16,68
pK = -16,68
HCO3−
− ⇀ CO23− + H+ ↽ HCO3
log K = 10,33
pK = -10,33
H2 CO3 *
⇀ CO2 (g) ↽ H2CO3 *
log K = -1,50
pK = 1,50
HCO3−
+ − ⇀ CO2 (g) ↽ H + HCO3
log K = - 7,80
pK = 7,80
CO23−
+ 2− ⇀ CO2 (g) ↽ 2H + CO3
log K = -18,00
pK = 18,00
Gyakorlat – összetett rendszerek kémiai egyensúlya, gépi számítás Példa: a szén-dioxid vízben való oldódása: Az egyenletek mátrix alakba rendezhetőek: H CO *: CO (g) - oszlopok: anyagmegmaradás HCO : CO (g) - sorok: egyensúlyok CO : CO (g) 2
3
− 3
2− 3
CO2(g)
H+
{K}
CO2(g)
1
0
0
H2CO3
1
0
-1,5
HCO3-
1
-1
-7,8
CO32-
1
-2
-18
OH-
0
-1
-14
H+
0
1
0
2
⇀ ↽ H2CO3 *
log K = -1,50
pK = 1,50
2
+ − ⇀ ↽ H + HCO3
log K = - 7,80
pK = 7,80
2
+ 2− ⇀ ↽ 2H + CO3
log K = -18,00
pK = 18,00
K = 10 −1,5 =
pCO2 (g)
[H2CO3 *] = 10−1,5 ⋅ pCO (g)
p HCO3− = 10 −7,8 ⋅ CO2+(g ) H p CO23− = 10 −18 ⋅ CO2 (g2) H+
1 OH− = 10 −14 ⋅ + H
C H + ,ÖSSZES = H+ − HCO3− − 2 ⋅ CO23− − OH− CCO2 (g ),ÖSSZES = [H2CO3 *] + HCO3− + CO23−
[H2CO3 *] ⇒
2
Gyakorlat – összetett rendszerek kémiai egyensúlya, gépi számítás Példa: a szén-dioxid vízben való oldódása: Megadás excelben: - szabályok: -
-
H+ az utolsó sorban és az utolsó oszlopban, a {log K} oszlop előtt Minden független komponens a sorokban is szerepeljen, log K = 0 értékkel A töltést „+”, „++”, „+++”, „-”, „—”, „---”, stb. formában kell a név után írni Második sor – kezdeti koncentrációk „total” : szabadon változhat „free” : rögzített, fix „solidPhase” – szilárd fázissal érintkező oldat egyensúlya „checkPrecip” – oldott anyag kicsapódásának ellenőrzése. Az utolsó sor (H+) után lehet írni a független azon koncentrációit, amiknél az egyensúlyt ki akarjuk számolni
Gyakorlat – összetett rendszerek kémiai egyensúlya, gépi számítás Példa: a szén-dioxid vízben való oldódása: Megadás excelben: - szabályok: -
-
H+ az utolsó sorban és az utolsó oszlopban, a {log K} oszlop előtt Minden független komponens a sorokban is szerepeljen, log K = 0 értékkel A töltést „+”, „++”, „+++”, „-”, „—”, „---”, stb. formában kell a név után írni Második sor – kezdeti koncentrációk „total” : szabadon változhat „free” : rögzített, fix „solidPhase” – szilárd fázissal érintkező oldat egyensúlya „checkPrecip” – oldott anyag kicsapódásának ellenőrzése. Az utolsó sor (H+) után lehet írni a független komponensek azon koncentrációit, amiknél az egyensúlyt ki akarjuk számolni Mentés: Szöveg (Macintosh) formátumban, tabulátorral tagolt
Gyakorlat – összetett rendszerek kémiai egyensúlya, gépi számítás Példa: a szén-dioxid vízben való oldódása: Megadás excelben: -
Az utolsó sor (H+) után lehet írni a független komponensek azon koncentrációit, amiknél az egyensúlyt ki akarjuk számolni: A példában: 0,0001; 0,000316; stb. atm CO2
Gyakorlat – összetett rendszerek kémiai egyensúlya, gépi számítás Példa: a szén-dioxid vízben való oldódása: Betöltés Chemeql programba: (file – open matrix) http://www.eawag.ch/en/department/surf/projects/chemeql/
Gyakorlat – összetett rendszerek kémiai egyensúlya, gépi számítás Példa: a szén-dioxid vízben való oldódása: Számítás futtatása: (run – go) Eredmények:
Gyakorlat – összetett rendszerek kémiai egyensúlya, gépi számítás Évközi feladat: - egy kérdés – Chemeql programmal kiszámítani a választ - tartalma: - Elégséges (2): Helyes reakcióegyenletek, egyensúlyi állandók, szakirodalmi hivatkozással, forrás megjelölésével. - Közepes (3): A feladatban érintett anyagok környezeti hatásának ismertetése, különös tekintettel az ivóvíz-szennyvíz-felszíni-felszín alatti és csapadékvizekben játszott szerepére. (maximum fél A4-es oldal, minimum 1 mondat). - Jó (4): Sztöchiometriai mátrix felírása excelben, bevitele Chemeql programba, a programból kapott eredmények közlése. - Jeles(5): Sztöchiometriai mátrix felírása excelben, bevitele Chemeql programba, a programból kapott eredmények közlése, helyességtől és kidolgozottságtól függően. - Plusz pont: (5% = fél jegyemelés) – grafikus megadás, eredmény bejelölése a pH függvényében rajzolt diagramon, stb.) Példa feladat: honlapon + gyakorlaton elmondottak
ZH kérdések 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21.
Mi az emisszió? Mi a transzmisszió? Mi az immisszió Mik az emissziós határértékek alkalmazásnak előnyei/hátrányai? Mik az immissziós határértékek alkalmazásnak előnyei/hátrányai? Mit jelent a terhelhetőség fogalma? Milyen vízminősítési rendszereket alkalmaztak(-nak) Magyarországon, mi jellemzi őket? Milyen jogszabályok alapján minősíthetjük a felszíni-, az ivó- és a szennyvizeket? Mi a halobitás Mi a trofitás? Mi a szaprobitás? Mi a toxicitás? Soroljon fel példákat a VKI szerinti minősítésben alkalmazott állapotjellemzőkre (5 db)! Soroljon fel példát a vízminőség szabályozás műszaki eszközeire (9 db)! Mit jelent a tisztítás fogalma, mint a vízminőség szabályozás műszaki eszköze? Mit jelent a újrafelhasználás fogalma, mint a vízminőség szabályozás műszaki eszköze? Mit jelent a technológia változtatás fogalma, mint a vízminőség szabályozás műszaki eszköze? Mit jelent a termékmódosítás fogalma, mint a vízminőség szabályozás műszaki eszköze? Mit jelent a megszüntetés fogalma, mint a vízminőség szabályozás műszaki eszköze? Mit jelent a szétszórás fogalma, mint a vízminőség szabályozás műszaki eszköze? Mit jelent a késleltetés fogalma, mint a vízminőség szabályozás műszaki eszköze?
ZH kérdések 22. 23. 24. 25. 26. 27. 28. 29. 30. 31. 32. 33.
Mit jelent a átvezetés fogalma, mint a vízminőség szabályozás műszaki eszköze? Mit jelent a hígítás fogalma, mint a vízminőség szabályozás műszaki eszköze? Mit jelent a környezet tisztítás fogalma, mint a vízminőség szabályozás műszaki eszköze? Mik a felszíni vizek diffúz terhelésének forrásai? Milyen diffúz terheléseket különíthetünk el a felszíni vizekre közvetítők szerint? Milyen módszerekkel határozhatjuk meg a diffúz terhelés mértékét? Mit jelent a diffúz terhelés fajlagos felületi terhelés alapján történő meghatározásának módszere? Mit jelent a diffúz terhelés statisztikai modellek alapján történő meghatározásának módszere? Mit jelent a diffúz terhelés dinamikus modellek alapján történő meghatározásának módszere? Milyen mezőgazdasági eszközök vannak a felszíni vizek diffúz terhelésének szabályozására (11 db)? Milyen mezőgazdasági eszközök vannak a vízoldható foszforformákból származó terhelés csökkentésére? Milyen mezőgazdasági eszközök vannak a partikulált foszforformákból származó terhelés csökkentésére (14 db)?
