MHT ELİADÁS
Rendkívüli intézkedések a vízminıség javítására a Dombóvár és Környéke Víz-és Csatornamő kft mőködési területén. Degré András, Kalenics János, Szücs István Dombóvár és Környéke Víz- és Csatornamő Kft. 1. Bevezetés Magyarországon az emberi fogyasztásra szánt víz minıségérıl szóló 98/83/EK számú tanácsi Irányelvben foglaltakra figyelemmel - a Csatlakozási Szerzıdés szerinti idıbeli eltérésekkel meghatározott határidıs feladatokra alapozva országos ivóvízminıség-javító program került kidolgozásra (kiemelt paraméterek: az arzén, a bór, a fluorid és a nitrit, közegészségügyi okokból megállapított sajátos hazai kiemelt paraméter továbbá az ammónium).A hazai Program jogszabálya: Az ivóvíz minıségi követelményeirıl és az ellenırzés rendjérıl szóló 201/2001. (X. 25.) Kormányrendelet. Az Ivóvízminıség-javító Program 836 települést, több mint 2,3 millió embert érint, megvalósítása mintegy 200 milliárd forintba kerül, melynek 90 százalékát az Európai Unió támogatja. A feladatot az elképzelések szerint 2012-2013-ban fejezték volna be. A beruházások jellemzıen társfinanszírozásúak, a kötelezı saját forrás mellett EU támogatásokból, és központi költségvetési forrásból tevıdnek össze. Az Országos Ivóvízminıség-javító Program megvalósítása: Nemzeti Fejlesztési Terv I-II. ütem Új Magyarország Fejlesztési Terv (Környezet és Energia Operatív Program) Új Széchenyi Terv (Környezet és Energia Operatív Program) 480 (397+83) érintett településen (ebbıl csak 54 települése zárult a beruházás). Kifogásolt vízminıségi paraméterek: arzén, bór, fluorid. Teljesítési határidı: 2009. december 25-én lejárt. Derogációs halasztási kérelmet nyújtottunk be, mely szerint a végrehajtás tervezett új céldátuma 2015. A kérelmet gyakorlatilag elutasították, és 2012. december 25-ig kaptunk határidıt. Átmeneti vízellátás tömeges elrendelése makrogazdasági hatásainak vizsgálata, kockázatok, felelısség kérdése. Az adatgyőjtés az egész országra kiterjedıen folytatódott. Szintén a BM számára be kellett mutatni az ivóvíz projekten belül a derogációs kötelezettséggel érintett Döbrököz, Kurd és Csibrák szempontjából az elırehaladást, a „mérföldköveket”, a tervezett mőszaki megoldással kapcsolatos adatokat. Az érvényes ütemterv szerint a tervezett komplex vízkezelésre 1
alkalmas létesítmények, intézkedések, távvezeték összeköttetések megvalósítása 2012. december 25-ig nem történhet meg. A Magyar Víziközmő Szövetség és a BM újabb adatokat kért a szolgáltatási területünkön futó vízminıség-javító intézkedésekrıl, melyben meg kellett jelölni, hogy mely falvak esetén lehetséges a projekt részmegoldása (a tervezett projektbıl való kiemeléssel), és megkérdezték véleményünket a projekt felgyorsításának lehetıségeirıl. 2. Szükségvízellátás lehetıségei. Szükségvízellátás keretében 3L/fı/d vízmennyiséget kell biztosítani. A lakosság egészséges ivóvízzel való alapvetı ellátásának többféle lehetıségét vizsgáltuk. Az ellátandó létszám a három településen mintegy 3500 fı. 2.1.
Csomagolt (zacskós) víz.
Csomagolt víz biztosításához rendelkezésre kell, hogy álljon megfelelı vízminıséggel mőködı vízcsomagoló üzem, vagy berendezés. Az ellátandó területre meg kell szervezni a rendszeres szállítást és a víz szétosztását. A napi vízigény 10500 liter. Több napra elegendı mennyiség kiosztása esetén az eltarthatósági idı és a tárolás lehetıségének szempontjait is vizsgálni kell. Mivel a térségben igénybe vehetı vízcsomagoló kapacitás nem áll rendelkezésre, és egy új üzem telepítése és mőködtetése az átmeneti idıszakra ésszerőtlen lenne, ez a megoldás nem vehetı figyelembe. 2.2.
Tartályos vízellátás.
Az ellátásnak kétféle változata vehetı figyelembe. Tartálykocsival történı szállítás a tartályból való adagolással, valamint telepített tartályok rendszeres feltöltése tartálykocsival szállított ivóvízzel. 2.2.1. Tartálykocsis ellátás. A tartálykocsiból való adagolás a szükség vízellátás egyik lehetséges módja. Megvalósítása megfelelı vízminıségő víz tartálykocsiból történı közvetlen adagolással történik. Településen belül a könnyebb elérhetıség érdekében több helyen meghatározott ideig kell tartózkodnia. Az érintett fogyasztókat a tartálykocsi menetrendjérıl tájékoztatni szükséges. 2.2.2. Ellátás telepített tartályból. A település nagyságától függıen egy vagy több helyen kell megfelelı mérető tartályokat telepíteni, melyek feltöltése kiszállított vízzel történhet heti
2
gyakorisággal. A tartályok hıszigetelését meg kell oldani, ami esetleg földbe süllyesztett telepítéssel is megvalósítható. A telepített tartályból kézi szivattyúzással lehet biztosítani a vízvételezést.
2.3.
Részleges ellátás technológiával.
A 3L/fı/d vízmennyiséget, ill. azt meghaladó mennyiséget is a vízmő hálózat valamely pontjára telepített, és onnan csatlakoztatott, részáramot tisztító technológiával is lehet biztosítani. Egy ilyen megoldással a telepített technológia helyén lehet hozzájutni a megfelelı minıségő ivóvízhez. A részleges ellátás megvalósításánál a fogyasztónak kell gondoskodnia arról, hogy lakásába, vagyis a fogyasztás tényleges helyére a szükséges vízmennyiséget eljuttassa. 2.4.
Teljes ellátás részleges tisztítással.
Csibrák, Döbrököz és Kurd települések tagjai a Dombóvár Térségi Ivóvízminıség-javító Társulásnak. Ennek keretében a vízminıség javítása minden kifogásolt komponenst érintıen megtörténik, vagy a vízellátást más vízbázisról átvett vízzel oldják meg. A fogyasztók érdekei akkor sérülnek legkisebb mértékben, ha a vízigényüket teljes mértékben ki lehet elégíteni. Mivel átmeneti idıszakról van szó, a szolgáltatott víz arzén koncentrációjának csökkentését kellett megoldani 2012. december 25-i határidıre. Erre kínált lehetıséget az arzén szelektív eltávolításának megoldása. A kifogásolt vízminıségi komponensek közül az arzén külön is kivonható a vízbıl. Így az elıírt követelményt, vagyis az arzén koncentrációjának 10ug/L alá csökkentését el lehetett érni a többi komponens koncentrációjának gyakorlatilag változatlanul hagyása mellett. A fogyasztók teljes vízigénye a vízmő hálózaton keresztül kielégíthetı. 3. Az ellátási lehetıségek minısítése. Az átmeneti idıszakra figyelembe vehetı ellátási megoldások közül a részleges tisztítás jelenti a leginkább elfogadható megoldást. Ennél a változatnál a fogyasztói szokásokon nem kell változtatni. A vízigények kielégítése a megszokott módon történhet. A részleges tisztításhoz, vagyis az arzén koncentráció határérték alá csökkentéséhez alkalmas technológiai megoldást kerestünk.
3
3.1. A figyelembe vehetı arzénmentesítı technológiák értékelése. 3.1.1. Koagulációs technológia. Jelenleg Magyarországon a koagulációs-flokkulációs technológia tekinthetı a leggyakrabban alkalmazott arzénmentesítési eljárásnak. A 80-as évek végén, 90es évek elején kormányprogram keretén belül arzénmentesítési technológiákat építettek ki azokon a telepeken, ahol az (akkor érvényben lévı) 50 µg/L-es arzén határérték nem teljesült. Ezek a technológiák a koagulációs arzénmentesítésen alapultak. A koagulációs-flokkulációs technológia az ivóvízkezelésben régóta alkalmazott, széleskörően elterjedt megoldás. Az eljárás lényege, hogy többértékő fémsó adagolása következtében az ivóvízben található kolloid mérettartományba esı szennyezı anyagok felületi töltését semlegesítjük, így azok aggregálódására sor kerül, majd a kialakuló pelyhek ezt követıen szilárd-folyadék fázisszétválasztási technológiával (ülepítés, szőrés) eltávolíthatóak a vízbıl. Az eljárás alkalmazása során a nyersvízben található arzenát is beépül a kialakuló pelyhekbe, így azok eltávolításával a víz arzéntartalma is csökken. 3.1.2. Adszorpciós technológia. Az arzénmentesítési technológiák másik csoportját a különféle adszorpciós megoldások alkotják. A magyarországi mélységi vizek jellege – elsısorban a magas foszfáttartalom – következtében azonban több, speciálisan arzénmentesítésre kifejlesztett adszorbens nem mőködik kellı hatékonysággal, kimerülésük jóval a tervezett idıpont elıtt megtörténik. Az adszorpció fizikai folyamat, melynek lényege, hogy a folyadék vagy gáz fázisban található eltávolítandó komponensek szilárd felületen (adszorbensen) megkötıdnek (adszorbeálódnak), akkumulálódnak. Ez a megkötıdés az adszorbeálandó molekula és az adszorbens közötti elektrosztatikus erıknek és a van der Waals erınek köszönhet. Amennyiben nem csupán megkötıdésrıl van szó, hanem az eltávolítandó komponens adszorbeálásával egyidejőleg az adszorbens felületérıl ugyanolyan töltéső ion a vízbe jut (többnyire kloridion), a folyamatot ioncserének nevezik. 3.1.3. Membrántechnológia. A membrántechnológiával történı arzéneltávolítás során alapvetıen kétfajta eljárás különböztethetı meg: A technológiák egyik csoportjánál az arzén oldott/szilárd fázisátmenetét követen a membrán egységben a szilárd/folyadék fázisszétválasztás történik meg. Ebben az esetben az alkalmazott membrántechnológia általában a mikroszőrés, és ezt megelızıen a víz elıkezelésére (koagulációra) van szükség annak érdekében, hogy az oldott arzén szilárd állapotúvá alakuljon. 4
A technológiák másik csoportjánál a membrán alkalmas az oldott állapotú arzén eltávolítására, elızetes kicsapatásra nincsen szükség. Ebbe a csoportba tartozik a fordított ozmózissal, valamint nanoszőréssel történ arzénmentesítés. 3.2.
A megvalósítandó változat kiválasztása.
Esetünkben a megvalósítandó technológiának nem valamennyi kifogásolt vízminıségi komponens javítása a feladata. Megoldandó az arzén határérték alá csökkentése. Az alkalmazandó technológiának meghatározott ideig kell biztosítania arzén koncentráció határérték alatt tartását, mivel a végleges, minden kifogásolt paraméter javítására alkalmas technológia a jelenleg kidolgozási szakaszban lévı ivóvízminıség-javító program keretében épül meg. A részleges tisztítási technológiának legfeljebb 2014. év végéig kell üzemelnie. Ezt a szempontot figyelembe véve az adszorpciós arzénmentesítési eljárás vehetı elsısorban figyelembe. 4.
Adszorpciós arzénmentesítés.
Az adszorpciós eljárások közül megemlítendı a széles körben alkalmazott alumínium-hidroxid (alumínium sókból vagy poli-alumínium-kloridból képezve). Ennek arzén eltávolítási hatásfoka alacsony, különösen arzén(III)tartalomra nézve. A gyakorlatban leginkább alkalmazott eljárás a granulált vas-hidroxid (GEH) töltet adszorpciós képességét hasznosítja. Ebben az esetben a GEH töltetet, amely Fe(OH)3 és Béta-FeOOH hatóanyagú, oszlopba töltve, rögzített adszorbensként használják. Figyelembe kell venni, hogy a foszfát-, szilikát-, borát-tartalmú vizekben az adszorbens felületén rosszul oldódó vas-vegyületek képzıdnek, melyek az arzén adszorpcióját meggátolják, így az arzénmentesítı kapacitás hamarabb kimerül. A granulált vashidroxidot (GEH) a Berlini Mőszaki Egyetemen fejlesztették ki arzéneltávolítás céljából és az eddigi kutatások szerint mind arzenit-, mind pedig arzenáteltávolításban hatékonyabb, és szélesebb pH-tartományon alkalmazható, mint az aktivált alumínium. Adszorpciós kapacitása a gyártó szerint 55-60 g As / kg adszorber, de ez a szám erısen függ a választott áttörési koncentrációtól és a vízben jelenlevı egyéb anyagoktól. 5 µg/l-es elfolyó vízbeni koncentrációig végezve a kísérleteket, a kapacitás a fenti szám 1%-a lehet. A töltet arzenit és arzenát eltávolításában is, széles pH-tartományon hatékony, mindazonáltal 7,5 fölötti pH-értékeknél az arzenáteltávolítás hatékonysága csökken. A pH nincs hatással a töltet arzenit-eltávolító kapacitására. A lúgos pH nem befolyásolja a kezdeti eltávolítási hatásfokot, viszont csökkentheti a GEH élettartamát.
5
A feltárt szakirodalom egyezett abban, hogy az arzén után a foszfát kötıdik meg leginkább a granulált vashidroxidon. Driehaus alapos kísérletei szerint az adszorpciós affinitás sorrendje arzén > foszfát > fluorid > szulfát > klorid. A toxicitás-jelleget feltáró kioldódás vizsgálat szerint a kimerült töltet nem minısül veszélyes hulladéknak, mind a németországi, mind pedig az Amerikai Egyesült Államok-beli szabályozás megengedi közönséges szilárd hulladéklerakóban való elhelyezését. A vízben található egyes anionok és az arzenit/arzenát ionok között verseny alakul ki a szabad adszorpciós helyekért. Amennyiben a nyersvízben foszfát, bikarbonát, szilikát vagy szulfát található, számolni kell azzal, hogy az adszorbens arzénmegkötı kapacitása jelentısen csökken. Driehaus granulált vas-hidroxid (GEH) adszorbens arzénmegkötı képességét vizsgálta foszfát, fluorid, szulfát és klorid ion jelenlétében. A moláris arányokat figyelembe véve a vizsgált anionokra a következı szelektivitási sorrendet írta fel: arzenát > foszfát > fluorid > szulfát >klorid. A sorrend alapján tehát a GEH arzénre szelektív adszorbensnek minısül, azonban míg az arzén a vizekben többnyire 10-100 µg/L koncentrációban fordul el, addig a többi anion koncentrációja általában egy (esetleg több) nagyságrenddel nagyobb, így jelenlétük drasztikusan csökkentheti az adszorbens arzén-megkötı kapacitását. Driehaus részletesen vizsgálta a foszfát hatását a GEH kapacitására. Eredményei szerint kezdetben a foszfát/arzenát arány növekedésével a megkötött arzenát mennyiség rohamosan, késıbb kisebb mértékben csökken. Foszfát/arzenát = 5 mólaránynál mintegy negyedannyi arzenát kötıdik meg, mint foszfát jelenléte nélkül, ez a szám 10-es arány esetén 10%, 20-as arány esetén 7-8%. A GEH tiszta szintetikus vashidroxid. A granulátum kb. 75 %-osan porózus, felszíne speciális: 250 – 300 m2/g. 0,2–2 mm-es szemcseméretben szállítható.
6
1. ábra: Arzénmentesítı oszlop szerkezete.
7
5. Arzénmentesítı berendezések. 5.1. Csibrák községi adszorpciós arzénmentesítı.
2. ábra: Csibrák községi arzénmentesítı berendezés.
A berendezés fıbb adatai: • 1 db CALPLAS D-960 típusú tartály (anyaga üvegszál erısítéső poliészter, RAL Nr. 5015) • Ø 960 mm H=2648 mm tartály, szőrıfelület: 0,7 m2, Pn = 7 bar, • 1,3 m rétegvastagság (900 l térfogat) • szőrési hozam (teljes áramban) 180 l/perc azaz 10,8 m3/h, • részáramú szőrés esetén 7,2 m3/h, megkerülı ágon 3,6 m3/h • bevezetés, kivezetés csıátmérıje: 2,5” A kutakba telepített búvárszivattyúk a vizet az arzénmentesítı szőrıre emelik. Az arzénmentesített víz - külön töltıvezetéken át - a magaslati tárolóba jut. (opcionális NaOCl adagolás a szőrı utáni vezetékszakaszon lehetséges). Lehetıség van részáramú szőrésre, azaz a szőrıberendezésre a nyersvíz részáramban vezethetı, a szőrı megkerülhetı, amellyel a szőrıtöltet terhelése így élettartama is meghosszabbítható. A szőrt vízhez, a szőrın áthaladó és a
8
szőrıt megkerülı vízhozamok beállítására Petz tolózárak és győrődugattyús vízmérık kerültek beépítésre. A szőrı elıtti, szőrı utáni és a részáramban tisztított kevert víz mintavételi csapokon mintázható, a helyszínen arzén gyorsteszt áll rendelkezésre. Amennyiben a szőrt/kevert vízben 10 mikrogramm/l határértéket megközelítı mértékő az arzénkoncentráció, akkor a szőrıre jutó nyersvíz arányát meg kell növelni. 5.2. Döbrököz községi adszorpciós arzénmentesítı.
3. ábra: Döbrököz községi arzénmentesítı berendezés.
A berendezés fıbb adatai: • 2 db CALPLAS D-960 típusú tartály (anyaga üvegszál erısítéső poliészter, RAL Nr. 5015) • Ø 960 mm H=2648 mm tartály, szőrıfelület: 0,7 m2, Pn = 7 bar, • 1,3 m rétegvastagság (tartályonként 900 l térfogat) • szőrési hozam (teljes áramban) 180 l/perc azaz 10,8 m3/h, • részáramú szőrés esetén 7,2 m3/h, megkerülı ágon 3,6 m3/h • bevezetés, kivezetés csıátmérıje: 2,5” 9
A berendezés mőködésének elve megegyezik a csibráki berendezésnél leírtakkal.
5.3. Kurd községi adszorpciós arzénmentesítı.
4. ábra: Kurd községi arzénmentesítı berendezés.
A berendezés fıbb adatai: • 3 db CALPLAS D-640 típusú tartály (anyaga üvegszál erısítéső poliészter, RAL Nr. 5015) • Ø 960 mm H=2648 mm tartály, szőrıfelület: 0,3 m2, Pn = 7 bar, • 1,3 m rétegvastagság (tartályonként 400 l térfogat) • szőrési hozam (teljes áramban) 180 l/perc azaz 10,8 m3/h, • részáramú szőrés esetén 7,2 m3/h, megkerülı ágon 3,6 m3/h • bevezetés, kivezetés csıátmérıje: 2,5” A berendezés mőködésének elve megegyezik a csibráki berendezésnél leírtakkal. 10
5.4.
Mérési eredmények.
I. táblázat: Mérési eredmények a nyers és kezelt vízbıl. Csibrák,kút Csibrák,szűrt Döbrököz,k. Döbrököz,sz. Kurd,kút Kurd,szűrt pH 8 8,2 8,3 8,2 8,4 8,3 As ug/L 17 <2 15 <2 20 <2 PO4 mg/L 0,3 0,3 0,35 0,3 0,38 0,33 Vez.kép. uS/cm 980 935 830 865 1160 1110 Fe mg/L 0,15 0,08 0,12 0,13 0,4 0,58 Mn mg/L 0,02 0,03 0,04 0,03 0,03 0,04 SO4 mg/L <10 <10 10 10 10 10 Cl mg/L 66 60 40 38 55 53 Na mg/L 250 240 240 240 180 180 K mg/L 2,2 2,2 1,3 1,8 Össz.kem. mgCaO/L 81 80 210 30 SiO2 mg/L <10 <10 <10 <10 <10 10 NH4 mg/L 4 4,1 4,1 3,9 3,8 4,1 KOIps mg/L 2,4 2,1 3,1 2,3 2,4 2,6
Az összefoglaló táblázatból látható, hogy igazolódik az az állítás, mely szerint az adszorpció As-ra nézve gyakorlatilag szelektív. Nyilvánvaló, hogy –az egyébként nem részletezett –a kapacitás számításánál a foszfát- és szilíciumkoncentrációt figyelembe kellett venni. Tekintettel arra, hogy a beépített technológiákba levegıt, vagy egyéb oxidáló szert nem adagolunk, az egyébként problémát okozható komponensek (Fe, Mn, NH4+) gyakorlatilag nem változnak, tehát a szolgáltatott víz minısége az elfogadott keretek között marad az Astartalom határérték alá csökkentése mellett. A technológia hatékonyságának ellenırzésére heti gyakorisággal teszt méréseket, havi gyakorisággal akkreditált laboratóriumi vizsgálatokat végzünk. Az elmúlt 5 hónapban az adszorber oszlopokról lejövı vízben az Askoncentráció nem emelkedett a 2 µg/L-es kimutathatósági határ fölé. Ez a teszt méréseknél <5 µg/L alatti tartományt jelent. A hálózati mintákban a kevert víz As koncentrációját mérjük. Az eredmények között nem fordult elı 10 µg/L-es, vagy annál magasabb koncentráció. 6. Összefoglalás. A magyarországi ivóvízminıség-javító program végrehajtásának teljesítése nem a megkívánt, és vállalt ütemben halad. Az Európai Únió követelményeit határidıre nem sikerült teljesíteni. Az utolsó, 2012. december 25-i idıpontig az arzénmentesítést minden 10 µg/L-t meghaladó As-koncentrációjú vizet szolgáltató vízmő esetében meg kellett oldani, vagy alkalmas szükségvízellátásról gondoskodni. 11
A Dombóvár és Környéke Víz- és Csatornamő Kft mőködési területén három község tartozott az ily módon kifogásolt vízminıségő települések közé. Alapos megfontolás után 2014. év végéig a vízmő méretben történı arzénmentesítés megoldását választottuk. Szelektíven mőködı adszorber alkalmazásával az átmeneti idıszakra Csibrák, Döbrököz és Kurd községek elfogadható minıségő ivóvízzel való ellátását megvalósítottuk.
Irodalomjegyzék
1. A Belügyminisztérium és az ÁNTSZ tájékoztatója az ivóvíz minıségérıl. 2012.10.19. Széchenyi Programiroda. 2. Bujdosó Tamás és szerzıtársai: Arzénmentesítés adszorpciós technikával. 2007. Mőszaki Szemle 39-40. 3. Galambos Ildikó: Kútvizek huminsav –és arzénmentesítése. Doktori értekezés. 2006. Budapest. 4. Gurin Gergı: GEH-töltetes adszorpció ipari alkalmazásai kútvizek arzénmentesítésére. Diplomamunka. 2012. Budapest. 5. Kalenics János: Próbaüzemi zárójelentés. Kézirat. 2013. Dombóvár. 6. Kállai Ernı: Víztisztítás a Magyar Honvédségben. 7. Laky Dóra: Adszorpciós technológiák alkalmazása a víztisztításban. Budapest, BME. Vízi Közmő és Környezetmérnöki Tanszék. 8. Laky Dóra: Arzénmentesítés koagulációval. Doktori (PhD) értekezés. 2009. BMGE. Budapest. 9. Dr. Licskó István /Projektvezetı/: Mélységi vizek tisztítására alkalmas komplex technológia kidolgozása a megfelelı minıségő ivóvíz biztonságos szolgáltatása érdekében. Szakmai beszámoló. 2.Munkaszakasz. 2007. Budapest. 10. OTH: GEH alkalmazási engedély. OTH közlemény. 3982/ 2004 Budapest. 11. Dr. Wolfgang Driehaus: Arsenic removal from drinking water:the GEH® process. 2000. Osnabrück, Germany. 12. W + T Környezetvédelmi Szolgáltató Kft.: GEH Granulált vashidroxid. Mőszaki információ. 2012. Szigetszentmárton. 13. W+T Környezetvédelmi Szolgáltató Kft: Ivóvíztisztítás GEH töltettel. Ismertetı. 2012. Szigetszentmárton.
12
