Vízminőség, vízvédelem 3. előadás
Kémiai-fizikai alapok II.
Ka tio n Ca Mg K
Na
n o i An HCO3
Természetes vizek SO4 NO3
Cl
Kisebb koncentrációban:
Fe, Mn
NH4, NO2, PO4
Maucha 1932.
Szivárgó - csepegő - vizek iontartalma ionegyenértékek alapján
Akna után 10 m
NO 3
Cl
Na
K
SO 4
Szemlő-hegyi-barlang Ca
HCO 3
Mg
Csipkés-kút SO4
Baradla-barlang
HCO3 Ca
NO3Cl
H2O + CO
2
H2O + CO2 =H2CO3
CO2
CaCO3 + H2CO3 = Ca(HCO3)2 CO2
A mészkő oldódása
Kalcium (mészeny), magnézium (kesereny) Alkáli földfémek Előfordulás: A földkéreg 5. ill. 8. leggyakoribb elemei -kőzetképző ásványokban, karbonátokban (mészkő, dolomit, gipsz, keserűsó) -szilikátokban -másodlagos szilikátokban (agyagok) Természetes vizekbe (oldatba) kerülés: -Kőzetek mállása -szénsavas oldás -talajban lejátszódó biokémiai folyamatok
Biológiai szerep Kalcium: egyik legnagyobb mennyiségben előforduló fém a szervezetben minden élő sejt egyik építőköve Ajánlott napi kalciumbevitel életkor szerint: -Mészvázas élőlények Életkor Kalcium (mg/nap) -Csontok, fogak 0–6 hónap 210 -Izmok, idegrendszer, véralvadás 7–12 hónap 270
[1]
Magnézium: Klorofill Enzimek Fehérje, zsír, szénhidrát anyagcsere Érrendszer, idegek, izmok, csontok
1–3 év
500
4–8 év
800
9–18 év
1300
19–50 év
1000
51+ év
1200
mg/l
200,0 180,0
Ca
160,0
Mg
140,0 120,0 100,0 80,0 60,0 40,0 20,0 0,0
Visegrád Aggtelek Visegrád
Csapadék
Források
Patak
Ipoly
Baradla Szemlő
Folyó
Beszivárgó víz
A kalcium- és a magnézium-ion koncentrációja különböző víztípusokban
Ca + Mg
HCO3
Összes keménység = Karbon át keménység Karboná
Ca + Mg Összes keménység =
HCO3 Állandó keménység Karbonát keménység
100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%
Visegrád Aggtelek Visegrád
Csapadék
Források
100 % = összes keménység
Patak
Ipoly
Baradla Szemlő
Folyó
Beszivárgó víz
Állandó keménység Karbonát keménység
Keménységformák arányai a különböző víztípusokban
Mértékegység 1 mekv/l
mekv/l °nk (°nK)
°e
°f (°tH)
mg/l CaCO3
gpg CaCO3
1
2.805
3.51
5
50
2.924
0.3536
1
1.25
1.78
17.8
1.042
0.2852
0.8
1
1.43
14.3
0.833
0.2
0.561
0.702
1
10
0.585
1 mg/l CaCO3
0.02
0.0561
0.0702
0.1
1
0.0585
1 gpg CaCO3
0.342
0.9593
1.2004
1.71
17.1
1
1 °nk (°nK) 1 °e 1 °f (°tH)
•1 °nK (°nk) német keménységű az a víz, melynek 1 literében 10 mg/l kalciumoxiddal (CaO) egyenértékű (Ca és/vagy Mg) só van feloldva. •1 mekv/l keménységű az a víz, melynek 1 literében 1 mekv, azaz 1 mg egyenértéksúlynyi keménységet okozó (Ca és/vagy Mg) só van feloldva. •1 °e azaz 1 angol keménységi fok keménységű az a víz, melynek 0,8 literében 10 mg kalciumoxiddal (CaO) egyenértékű keménységet okozó (Ca és/vagy Mg) só van feloldva. (Másképp 1 angol keménységi fok (Clark°) keménységű az a víz, melynek 1 gallonjában (ti. Imp. Gallon UK. 4,546l) 1 grain azaz 0,0648 gramm CaCO3-tal egyenértékű keménységet okozó (Ca és/vagy Mg) só van feloldva.) •1 °F (°tH): francia keménység, 1 °F=10mg/l kalcium karbonáttal (CaCO3) egyenértékű (Ca és/vagy Mg) só van 1 liter vízben feloldva. •1 mg/l CaCO3 keménységű az a víz, melynek 1 literében 1 mg CaCO3-tal egyenértékű keménységet okozó (Ca és/vagy Mg) só van feloldva. •1 GPG CaCO3: 1 grain/US gallon keménységű az a víz, melynek 1 US gallonjában (ti. US gallon, 3,785 liter) 1 grain azaz 0,0648 gramm CaCO3-tal egyenértékű keménységet okozó (Ca és/vagy Mg) só van feloldva. 1 GPG=17,136 mg/l kalcium karbonát (CaCO3).
nk° 0-4 4-8 8-18 18-30 30 felett
keménység nagyon lágy lágy közepesen kemény kemény nagyon kemény
Szabvány szerinti mértékegység: 1 mg/l kalciumoxiddal (CaO) egyenértékű (Ca és/vagy Mg) só 1 liter vízben (nk° / 10)
Nátrium (szikeny), Kálium (hamany) Alkáli fémek Előfordulás: Szilikátok (K
Nitrogén-formák Nitrogén forgalom nagy része élőlényekhez kötött nitrátammonifikáció (nitrátredukció)
Nitrogén molekula nitrogénkötés
Ammónium ion
dinitrogén -oxid
denitrifikáció
Amino csoport
hiposalétromossav
Nitrit
Nitrát
nitrifikáció
www.bme.hu
www.bme.hu
Ammonifikáció Elhalt élőlények szerves anyagának bakteriális lebontása N-tartalom (amin-csoport) ammóniává alakítása. (Pl. Pseudomonas) Nitrifikáció Nitrifikáló baktériumok oxidációja: ammónia → nitrit → nitrát szervetlen szén → szerves anyag (Pl. Nitrosomonas, nitrobakter) Nitrátammonifikáció (nitrátredukció) Anaerob körülmények közötti bakteriális lebontás Nitrát → nitrit → ammónia (ill. Ammónium) (Pl. Pseudomonas) Denitrifikáció Anaerob körülmények közötti bakteriális lebontás Szervesanyag+nitrát → dinitrogénoxid, nitrogéngáz (Pl. Nitrococcus denitrifikans)
Nitrogénformák aránya aerob (oxidatív) – anaerob (reduktív) viszonyok tisztulási folyamatok Ammónia, ammónium (pH 11 ↔ 6) Felszíni vizek: kis mennyiségben a vegetációs időszakban Talajvíz: mikrobiális tevékenység Reduktív körülmények – pl. mocsár Szennyvíz NH3 - sejtméreg – kopoltyúban vérzés (légzőhám pusztulás), izmok, úszók görcsei Klór + ammónium vegyületek = klóramin (szag+rákkeltő hatás)
Nitrit Ammónium oxidációja, vagy nitrát redukciója – gyors átalakulás Tartós, nagy mennyiségű jelenléte fekáliás szennyeződésre utal
Nitrát Felszíni vizek: kis koncentráció – öntisztulási folyamatok Nagy mennyiségben (ill. felszín alatti vizekben) szennyezés Ivóvíz Csecsemőkori methemoglobinemia bélcsatronában a nitrát nitritté redukálódik hemoglobin methemoglobinná – oxigénszállítás megszünése
mg/l
10,0
NO3
9,0
NO2
250 mg/l
NH4
8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0
Visegrád Aggtelek Visegrád
Csapadék
Források
Patak
Ipoly
Baradla Szemlő
Folyó
Beszivárgó víz
Nitrogénformák koncentrációja különböző víztípusokban
Nitrogénformák koncentrációja különböző tavakban
Foszfor, foszfát-vegyületek Élőlények energiaháztartása (ATP) Nukleinsavak (RNS, DNS) Sejtmembrán (foszfolipidek) Csontok,kötőszövetek Liebig-féle minimumtörvény: az a tápanyag korlátozza a termelést, ami a többihez képest a legkisebb arányban van jelen C : N : P = 106 : 16 : 1
A foszfor az ökoszisztémák legfontosabb növekedéskorlátozó, limitáló eleme
www.bme.hu
Növényi felvétel csak foszfát alakban -Szervetlen foszfát (ortofoszfát, hidrogén- és dihidrogénfoszfát) -Szerves molekulában Könnyen kicsapódik, ill. adszorbeálódik (talaj, üledékek) DE! pH változásra visszaoldódhatnak
Eutrofizáció: Liebig-törvény! A nagy mennyiségű oldott foszfát fő forrása: ipari, mezőgazdasági és háztartási szennyezés
mg/l
3,50 3,00 2,50
1993.
2000.
2004.
2008.
2,00 1,50 1,00 0,50 0,00
0,00
2,00
4,00
6,00
8,00
10,00
a forrástól mért távolság, km
Az Apátkúti-patak orto-foszfát-ion koncentrációjának változása a távolság és az idő függvényében
Kén, kénvegyületek Élőlényekben kisebb mennyiségben Egyes baktérium- és gombafajok energiaforgalmában fontos szerep ásványi szulfátok - gipsz (CaSO4), ill. keserűsó (MgSO4) → gyökereken keresztül közvetlen felvétel → lebontók – baktériumok, gombák (Aspergillus, Neurospóra) Természetes vizekben szulfát formájában szulfidok, kénhidrogén (anaerob körülmények)
www.bme.hu
mg/l
180,0 160,0 140,0 120,0 100,0 80,0 60,0 40,0 20,0 0,0
Visegrád Aggtelek Visegrád
Csapadék
Források
Patak
Ipoly
Baradla Szemlő
Folyó
Beszivárgó víz
A szulfát-ion koncentrációja különböző víztípusokban
