A TERMÉSZETES ÉS ÉPÍTETT KÖRNYEZET VÉDELME
6.6 3.5
Kellemetlen szagú és ízű vízszennyezők egészségi jelentősége Tárgyszavak: vízszennyezés;szag; szagmentesítés; ivóvíz; egészségi hatás.
A gyakran hangoztatott nézet, amely szerint a kellemetlen szag és íz csak a víz fogyasztását zavarja, az egészségnek nem árt, megdől, amikor a tudomány bevallja, hogy a rákkeltő hatás felismerésére nincs más módszer, csak az idő, vagyis a kivárás. Ez azt jelenti, hogy elég a káros anyagokból naponta pl. a vízzel, vagy ipari folyamatok nyomán a levegőből normális mennyiségeket magunkhoz vennünk ahhoz, hogy bizonyos idő elteltével betegséget váltanak ki. A növényekben rendszeresen kimutatható nyolc többgyűrűs aromás szénhidrogén (PCA) közül legalább öt rákkeltő hatású, normális koncentrációjuk, pl. a 3,4-benzpiréné falevelekben, de emberi táplálékul szolgáló zöldségfélékben is, szárazanyagra számítva 1–2 µg/100 g. Ez a koncentráció a klorofilljukat vesztett, sárguló levelekben ennek háromszorosára-ötszörösére nő. Felszíni vizek PCA-koncentrációja, a szennyezésekből származóval együtt 0,075-től 1,0 µg/l-ig terjed.
A víz-, szag- és ízterhelés eredete A kellemetlen szagok és ízek túlnyomó része szerves anyagokból származik. Első helyen említendők a szennyvízben levő fenolok (metilfenolok, klór-fenolok, xilenolok), kis molekulájú zsírsavak, aldehidek és szénhidrogének, heterociklusos vegyületek. Különféle iparágak, pl. széncseppfolyósítás és -elgázosítás, erjesztőipar, élelmiszer-feldolgozás, petrolkémia, cellulóz- és papíripar, bőr- és textilipar szennyvizei öszszetételükben hordoznak széles spektrumú szagterhelést.
Néhány vegyület csak a vízben, más szennyezőkkel reagálva alakul át érzékszerveket terhelő módon (a klór-fenolok is ilyen reakció termékei). Másodlagos vízterhelést idéznek elő a sok szervetlen tápanyagot (N, P) tartalmazó vízben felszaporodott plankton sajátos anyagcseretermékei, a különféle „éterikus olajok” (erős szagú illóolajok).
Megelőzés. eltávolítás A víz-, íz- és szagterhelés ellen – megelőző és – közvetlen intézkedésekkel lehet védekezni. Megelőzéssel elsősorban planktonmegtelepedés, algásodás ellen lehet küzdeni. Algicidként felszíni vízben bevált – a réz-szulfát és a klór, valamint – néhány speciális szer, pl. nátrium-arzenit, diklór-benzol, bár általános biológiai veszélyeiket nehéz kivédeni. A közvetlen intézkedések közé tartoznak az ivóvízkezelő eljárások: – levegőztetés, – erőteljes klórozás, – keverés klór-dioxiddal, kloraminnal, – ózonnal és – aktív szénnel, továbbá – az íz- és szaganyagok adszorptív kivonása és kémiai lecsapása. A nitrogénvegyületek kivonása a vízből, az eutrofizálódás megakadályozásán kívül, a nitrátok egészségkárosító hatása miatt is fontos. Ha ugyanis a vér nitrátkoncentrációja meghaladja a 40 mg/l-t, akkor főleg kisgyermekek táplálkozási zavara esetén olyan nagyfokú lehet a nitritté redukálódás, hogy kialakul a methemoglobinemia kórképe.
Denitrifikáló eljárások Az élővizek nitrogénforrásai: – a légkör nitrogénjéből elektromos kisülés által keletkező salétromsavat és salétromos savat az eső mossa be talajba, vízbe, – parlagon hagyott és előzőleg szakszerűtlenül kezelt földekből kilúgozódik a műtrágya, – a szennyvizek közül a kisipari szennyvíz telephelyhez kötötten, a háztartási eredetű főként húgysav és bomlástermékei (ammóni-
um- és nitrátionok) formájában juttat nitrogént természeti közegekbe. A nitrogénvegyületek vízből való eltávolításának módszerei közül – a fizikai–kémiai eljárások, azaz – szerves nitrogénvegyületek adszorpciója ioncserélő vagy adszorpciós gyantán és – az összes nitrogén átalakítása ammóniává és ennek kifúvása levegővel 4-es pH-nál költségesek, és csak megfelelő helyi feltételek mellett használatosak. A mikrobiológiai eljárások a jövő szennyvíztisztításának „nagy ígéretei”, de optimálásuk még intenzív kutatómunkát igényel. Kifejlesztésük különböző kémiai folyamatokon alapszik: – a szervesen kötött nitrogént a természetben nagy mennyiségben található ammónifikáló baktériumok ammóniummá alakítják át, – az autrotróf (táplálékként szerves szénvegyületet nem igénylő) csoporthoz tartozó Nitrosomonas-, Nitrosococcus-, Nitrosospiraés Nitrosogloea-nembeli nitrifikáló baktériumok az ammóniumot nitritté, a Nitrobacter- és a Nitrozocysztisz-nembeliek tovább nitráttá oxidálják. Mindkét reakció energiát termel (exoterm). – denitrifikáló baktériumok (pl. Pseudomonas denitrificans és Dinitrobacillus lichemiformis) egy részleteiben még felderítetlen biokemizmus során a nitrátot nitriten át elemi nitrogénné és kis mennyiségben dinitrogén-oxiddá redukálják, – a nitrogénnek kb. 16%-át a mikroorganizmusok sejtállományuk felépítésére fordítják. Az optimális nitrogéneltávolításhoz figyelembe kell venni a felsorolt reakciókban szereplő – nitrifikáló baktériumok, – érzékenységét a szubsztrátumkoncentráció és -minőség hirtelen változásaival (pl. fenolok, aminok, szalicilsav hirtelen „betörésével”) szemben, – szaporodási sebességének függését a tápanyagkínálattól és az oxigénbeviteltől (ellentétben más baktériumok 25 és 35 ºC közötti optimumával), valamint – denitrifikálók oxigénérzékenységét, amely a reakcióközeg pHjának növekedésével (lúgosságával) fokozódik. A részfolyamatok elkülönítése a szennyvíztisztítás biológiai fokozatában lehetővé teszi mindezen paraméterek és tényezők beállítását – szennyvízszűrő csepegtetőtest, – külön eleveniszaptermelő
– oxidáló, – utóderítő medencék és – algakezelő használatával a messzemenő alkalmazkodást az egyes baktériumfajok, ill. törzsek legkedvezőbb életfeltételeihez, maximálissá fokozva azok eltávolító teljesítményét.
Detergensek (tenzidek) eltávolítása Az élővízbe mosószerek formájában jutott detergenseknek (tenzideknek, felületaktív anyagoknak) eltávolítás szempontjából három csoportja különböztetendő meg: – a biológiailag könnyen lebonthatók (zsírsav-cukorészterek, cukorgliceridek, poliglikol-adduktumok, alkilszulfátok és -foszfátok) molekulájában hosszú, el nem ágazó szénlánc található, amelynek vége nem áll ellen a legenyhébb biokémiai „támadásnak” sem, s a bontás gyorsan kiterjed a jelen levő benzolgyűrűkre is, – a második csoport biológiai lebontása előtt hosszú disszimilációs időre van szükség, lebomlásuk mértéke a koncentráció növekedésével gyorsan csökken, – a lebontás szempontjából szinte megközelíthetetlen, emellett mérgező vegyületek fő képviselői az alkilszulfonátok és az elágazó oldalláncú alkilbenzolszulfonátok, amelyekben a biológiai lebontásnak ellenálló szerkezeti elem az elágazó szénlánc, a maga kvaterner C-atomjaival. A tenzidtartalmú szennyvíz tisztításának nehézségeit egyrészt hatékonyabb biológiai eljárások kidolgozásával, de leginkább első csoportbeli detergensek használatával lehetne mérsékelni. Ez nagymértékben tehermentesítené – nemcsak a bomlatlan tenzidektől, hanem a végleges lebomlásig (CO2+H2O+NaHSO4) képződő közbenső termékektől is – a tisztított szennyvizet befogadó élővizeket, amelyek mindinkább szolgálják az ivóvízellátást. A felsorolt szempontok és lehetőségek nagyrészt kisebb tenzidtartalmú szennyvizekre vonatkoznak. A tömények képződési helyüknek megfelelő, speciális kezelést igényelnek, a biológiai fokozat elé kapcsolva. Ilyen erőteljes tisztítási módszerek: – adszorptív pelyhesítő leválasztása – a régebben használt, de elégtelen hatású alumínium-hidroxid helyett – vas(III)-szulfáttal és ezt követő oxidáló hidrogén-peroxidos utókezeléssel, vagy a ha-
sonlóan nagyhatású adszorptív lecsapás kálium-kloriddal, ami a detergensek 95%-tól megszabadítja szennyvizet, – extrahálás C6–C8 lánchosszú alkohollal, mosodai szennyvízből is 95%-os eredménnyel, emellett az alkohol lepárlásos visszavezérlésével.
Fenolok eltávolítása szennyvízből Fenolszármazékok nagy töménységben kokszolóművek, kőolajfinomítók és hasonló termelőüzemek szennyvizét terhelik. Kezelésükre ma is extraháló eljárásokat alkalmaznak, amelyekkel a vegyületek hasznosítás céljából ki is nyerhetők. Fenolextraháló szerek többek közt: – butilészter (márkaneve Phenosolvan), – izopropiléter, – kumol, – alacsony forráspontú kőolajfrakciók, – trikrezil-foszfát. A költséges, mivel mindig kisebb-nagyobb oldószerveszteséggel járó extrahálás helyett a fenolszármazékok kivonása is ésszerűbb a bevált adszorbensekkel. Az aktív szén, a szerves ioncserélt (Amberlite) és adszorbensgyanták nagy előnye, hogy reverzibilisen kötik meg a fenolokat, amelyek így könnyen visszanyerhetők és az adszorbens is regenerálható. A fenolok olykor még alkalmazott elbontása klór-dioxiddal csupán kisebb szagterhelésű vegyületté – magának a fenolnak az esetében 1,4benzokinonná és klór-4-benzokinonná – való átalakításukat jelenti. A fenolos szennyvizek tisztítására itt felsorolt eljárásokban közös, hogy kivonóteljesítményük csupán megközelíti a természetes befogadóba engedhető állapotot, ezúttal és szükség van tehát egy második, biológiai tisztítófokozat beiktatására.
Az ózonos ivóvízkezelés kérdései Az ózon háromatomos molekulájáról – annak térbeli szerkezeténél fogva – az egyik oxigénatom igen könnyen leválik, ezáltal a gáz egyike a legerősebb oxidálószereknek. Nagy reakcióképessége miatt oxidálható anyag jelenlétében hevesen robban, nem tárolható, nem szállítható, ezért a felhasználás helyén és idején kell előállítani. Az ózon vízben rosszul (pl. a klórnál 8-szor kevésbé) oldódó, intenzív szagú, nagy töménységben mérgező gáz. Csírátlanításra először
1891-ben használták. Ózonnal a legzavarosabb, pl. vassal és mangánnal súlyosan terhelt, rossz szagú és ízű, valamint nagy baktériumszámú víz más szerekhez képest alaposabban megtisztítható és fertőtleníthető. Emellett harmadik oxigénjét leadva nem hagy gondot jelentő maradékot, hanem a víz oxigénkoncentrációját növeli. Az ózon a szervesen (pl. humuszsavakhoz) kötött vasat és mangánt oldhatatlanul kiváló sókká, a nitritet nitráttá, a szulfitot szulfáttá oxidálja, az ipari eredetű cianidokat is ártalmatlanná teszi.
Szerves vegyületek kezelése ózonnal A szerves vegyületek ózonbomlása a szervetlen reakcióknál sokkal bonyolultabb mechanizmusokat követ. A fenolvegyületek oxidatív bontásában két párhuzamos reakció vesz részt: – ózonidképződés és az aromás gyűrű elhasadása, majd szétesése kis molekulákra (ecetsav, oxálsav, szénsav), – közvetlen oxidálás, ugyancsak gyűrűhasadással, de nagyobb egységekre (maleinsav, hidroxi-benzoesav, glioxál stb.) való széteséssel. A nagyobb molekulák további oxidáló lépéseiben már az ózonból felszabadult oxigén is részt vesz, csökkentve az ózonfogyasztást. A fenol lebontása 1 mólra számított 3 mól ózonnal 70%-os, 5,5 mól ózonnal csaknem teljes. A gyakorlatban elegendő a 80%-os lebontás, ami 100 g fenolhoz kb. 200 g ózonnak felel meg. A metil-fenolokat (krezolokat) az ózon a fenoloknál sokkal könnyebben bontja le. Ezen belül kedvez a reakciónak a metilcsoport metahelyzete és a lúgos közeg, amelyben nem válnak le savhatásra képződő sárgás, gyantaszerű kondenzációs termékek. A metil-fenolok szennyvízben 1 mólra számított 2 mól, azaz 100 ghoz 85 g ózon bevezetésének hatására 80%-ban elbomlanak. A teljes oxidációhoz gyakorlati körülmények közt 100 g metil-fenolra kb. 1900 g ózont kell számítani. A xilenolokat, vagyis az OH-csoporthoz képest különböző gyűrűpozícióban két CH3-csoportot tartalmazó fenolszármazékokat az ózon a krezoloknál is könnyebben bontja le. Bomlástermékeik ez utóbbiakéihoz hasonlók, nagyrészt savak, de – az öt xilenol-izomernek megfelelően – nagyobb „választékban” (hidroxikarbonsavak, hidroxiftálsav), de kimutathatók köztük ketoaldehidek és diacetil is. A mérgező és intenzív szagú klór-benzol a fenolnál lassabban reagál ózonnal. Az ozonid gyűrűhasadását követő bomlás termékei meg-
egyeznek a fenoléival, de mellettük sósav is képződik. Ennek egy része szervesen kötődik (pl. klór-borkősavként), ezért titrálással az elméleti mennyiségnél kevesebb mutatható ki. A klór-benzolhoz hasonlóan az izomer klór-fenolok és klór-metilfenolok esetében is lejátszódik az aromások ózon általi oxidatív lebontásának két említett, közvetlen és közvetett reakciója. Általános tapasztalat, hogy nagy molekulájú fenolszármazékok és több OH-csoportot tartalmazó molekulák gyorsabban bomlanak, mint az egyszerűbb fenolok.
A víz csíramentesítése ózonnal Minthogy a higiéniai kezelésre szoruló víz mindig tartalmaz szerves szennyezőket, többnyire két vegyértékű vasat és mangánt is, az ózonszükségletet meg kell növelni az ezek oxidálásához szükséges mennyiséggel. Emellett a keletkező fém-oxidhidrátok eddig ismeretlen okból fokozzák az ózon spontán bomlását, így a csírátlanításhoz nemcsak nagyobb ózonfelhasználást, hanem hosszabb reakciót is számításba kell venni. Az ózon csíraölő képességét a víz pH-ja nem befolyásolja, bomlási sebességét viszont OH-ionok jelentősen növelik, tehát lúgos közegben a gázból nagy fölösleget kell alkalmazni ahhoz, hogy a meghatározott reakcióidő után is kimutatható legyen. Különböző minőségű vizek ózonkezelésére, a klórozással ellentétben nem lehet sem egzakt szükségleti, sem maradékkoncentrációértékeket megadni, de tekintettel a kiváló mértékű fertőtlenítés csekély szabadózon-igényére, kevéssé terhelt vízre, 5–10 perces reakcióidő mellett megfelelő követelmény – 0,3–0,5 mg/l ózon adagolása és a hatás leteltével – 0,15–0,30 mg/l összes maradék ózon. Erősebben terhelt víznél laboratóriumi mérésekkel kell meghatározni az eredményes csírátlanítás ózonigényét, de a gyakorlatban ezt kellő ráhagyással alkalmazva. A kipróbálás tájékoztató eredményére a klórozással való gazdasági összehasonlításhoz van szükség.
Példák vízminőség-javításra n A németországi Weissenfels ivóvizének felét 1966 óta mélyített kb. 8 m-es sekély kutakból nyerik. A víz kellemetlen organoleptikus tulajdonságainak, főleg korhadásra emlékeztető szagának eredetét kutatva baktériumszámlálást végeztek, amelynek eredménye nem vallott
kifejezett szennyvízbeszivárgásra, bár ml-enként a 20–3800 közötti kolóniaszám és a 111 ml-nyi kóliform-titer nem zárta ki a fekális szennyezést. A már nem halasztható „terápia” első lépéseként kipróbálták a íz- és szaganyagok adszorbeáltatását aktív szénen, laboratóriumi méretben. A 2–4 mm szemcseméretű aktív szén nyomás nélkül feltöltött, 8 cm átmérőjű, 1 m magas oszlopán áthaladt vízből teljesen eltűnt a kellemetlen terhelés. (Előzőleg a vízhez klór-dioxid (0,5–4,0 mg ClO2/l) keverése és levegőztetés eredménytelen volt.) Miután a felszíni méretben kipróbált por alakú aktív szén a szálló por és az adagolószivattyú eldugulása miatt nem bizonyult járható útnak, új típusú eljárásra esett a választás, amelyet porberétegzéses szűrésnek neveznek. Eszerint gömbszemcsés hordozóval töltött szűrőbe kell kis tételenként adagolni az aktív szenet, amely ennek felületén egy speciális technika által reverzibilisen megtapad. Több órás, esetleg néhány napos (a körülmények szerint optimálandó) szűrés után a szénréteget egyszeri öblítéssel le lehet választani. Weissenfels vízműveinél ezt az elvet alkalmazták 200 mm átmérőjű, 600 mm-es oszlopra felvitt, ugyancsak 2–4 mm finomságú, 16 l aktívszén-oszlopon, amelyen percenként kb. 11 l nyersvíz haladt át, 21 m/h sebességgel. Ezzel a módszerrel a város lakossága kifogástalan ivóvízhez jutott. o Merseburg városát a Saale folyó bal partján, a Leuna vegyiművek szennyvízbevezetése alatt létesített Rösseni vízmű emelőkútjai látják el ivóvízzel. Ennek a parti szűréssel nyert víznek mind organoleptikus, mind higiéniai minőségére már évek óta panasz volt. A nyersvízben újabban fenolszármazékokból kolorimetriásan 0,1–0,5 mg/l-es (az egyik kútban egy alkalommal 1,20 mg fenol/l-es) töménységet mutattak ki. Ezen klór-dioxid hozzáadása, 3,0 mg/l-es koncentrációig sem segített (csak sárgára színezte a vizet). Wofatit mint adszorbens sem szüntette meg a víz kellemetlen szagát és ízét, egy közeli műszálgyárból beszerzett aktív szén jól adszorbeált, de cinktartalmánál fogva nem volt alkalmas ivóvíz folyamatos minőségjavítására, legfeljebb szükségállapotban való alkalmazásra. Az eredménytelen kísérleteket követően Merseburg ivóvízhálózatát a Harz-hegység keleti oldalán levő nagy vízműhöz csatolták távvezetéken. Extrakciós maradékok IV- és UI-spektroszkópos vizsgálatai egyébként kiderítették, hogy a víz szag- és ízterhelését nem fenolszármazékok, hanem karbonil- és metilcsoportokat tartalmazó, kis és nagyobb
molekulájú szénhidrogének, valamint magasabb rendű karbonsavak sói okozták. Összeállította: Dr. Boros Tiborné Thielemann, H.: Hygienische Bedeutung der Entfernung von Schad -bzw. Geruchsund Geschmackstoffen aus Wässern. = Gesundheits-Ingenieur – Haustechnik – Bauphysik – Umwelttechnik, 126. k. 1. sz. 2005. febr. p. 39–47. Bauch, H.; Buchard H.: Ozon als oxidatives Abbaumittel für Phenole in wäßrigen Lösungen. = Gesundheits-Ingenieur – Haustechnik – Bauphysik – Umwelttechnik, 91. k. 1970. p. 258–260.
Egyéb irodalom Kiss T.: Közszolgáltatás, környezetvédelem és versenyképesség. = ÖKO, 13. k. 1–2. sz. 2005. p. 1–21. Szirmai V.; Baráth G.; Szépvölgyi Á.: Kinek az érdeke a társadalmi részvétel környezetvédelmi ügyekben. = ÖKO, 13. k. 1–2. sz. 2005. p. 46–64.
