WATER QUALITY EARLY WARNING SYSTEM

MINISTRY OF FOREIGN AFFAIRS

WATER QUALITY EARLY WARNING SYSTEM ON TRANSBOUNDARY WATERCOURSES of TISZA river basin

Chapter 3 & 4

(VOP-1.1.1-11-2011-0001)

MINISTRY OF FOREIGN AFFAIRS

Content 3. Evaluation of technically applicable sampling systems in the EWS, taking into account different riverbed types, furthermore sample and data archivation system types and introduction of design options ................................................................................................ 3 3.1. Preface............................................................................................................ 3 3.2. Integrálandó elemek ........................................................................................ 6 3.2.1. Korábbi kialakított rendszer ...................................................................... 6 3.2.2. Vízminőségi paraméterek ......................................................................... 6 3.2.3. Legfontosabb paraméterekre jellemzően alkalmazott mérési módszerek . 7 3.3. Kiindulási alapelvek ........................................................................................33 3.3.1. "Basic CookBook" megközelítés ..............................................................33 3.3.2. „LEGO” elv megközelítés .........................................................................33 3.3.3. „Előtelepített fogadóhely” elv ...................................................................34 3.3.4. Rack szekrény elv ...................................................................................34 3.4. Mintavételi rendszerek a különböző mederlehetőségek figyelembevételével ..36 3.5. Az EWS monitoring állomások kialakítása ......................................................39 3.5.1. A telepítés speciális szempontjai .............................................................39 3.5.2. A monitoring állomások javasolt típusai ...................................................41 3.6. Mintaarchiválási rendszerek típusai és kialakítási lehetőségei .......................42 3.6.1. Mintaarchiválási rendszerek ....................................................................42 3.6.2. Passive samplers ....................................................................................43 3.7. Az EWS monitoring állomások műszerezettsége............................................47 3.8. Az EWS monitoring információ .......................................................................48 3.9. Eljárás rend (Forgatókönyvek készítése) ........................................................48 4. Calculation of investment and operational costs for the monitoring system to be developed.............................................................................................................................50 4.1. Projekt költségek: beruházási és üzemeltetés ................................................50 4.2. EWS mérőrendszer portfólió költségbecslés ..................................................50 4.2.1. Nagykonténer (Mobil Mérőlaboratórium) ..................................................51 4.2.2. Mobil mérőkonténer .................................................................................51 4.2.3. Mikro konténer .........................................................................................52 4.2.4. Autonóm vízminőség ellenőrző bója - multiparaméteres ..........................52 4.2.5. Standard bója ..........................................................................................53 4.3. Az EWS monitoring hálózat javasolt megvalósítási életciklusa .......................53

(VOP-1.1.1-11-2011-0001)

MINISTRY OF FOREIGN AFFAIRS 3. Evaluation of technically applicable sampling systems in the EWS, taking into account different riverbed types, furthermore sample and data archivation system types and introduction of design options 3.1. Preface WATER QUALITY EARLY WARNING SYSTEM ON TRANSBOUNDARY WATERCOURSES Preparation for the implementation of the Water Quality Early Warning System through a study on the Tisza water basin. Background Water’s role – as a strategic resource – has greatly appreciated from social, environmental and economic aspects. Protection and management of water resources are the key elements of sustainable development. Natural phenomena know no state boundaries, thus their management and adaptation for them need actions in the whole catchment, in our case the Tisza catchment area, occasionally in the wider territory of the water basin, which is outside of the EU. This is in accordance with the principles laid down in the Water Framework Directive. The establishment of a Water Quality Early Warning System on the Tisza on the water basin level is essential for both the upstream and downstream countries for warning and forecasting of possible catastrophic events, and helping timely reactions. Steps taken in the whole Danube region in order to prevent such incidents, as well as fast and effective treatment is essential. Early Warning System The Early Warning System does not replace the monitoring processes required and undertaken by the states, instead it would give help in the analysis and solutions of problems, as it would provide continuous timelines from the whole catchment territory. - Some elements of the alarm system may already exist in some countries, there is a need for accurate analysis of the situation, so that the elements of the warning system to be installed will conform to the European systems and regulations. - Instrumentation and full interoperability of information systems and databases used in the Member States and at European level is placed in the foreground. With the to be established warning system on the Tisza water basin there will be a possibility to replace the missing link in the monitoring system of surface water bodies, because: - we currently don’t have timelines with sufficient frequency to draw conclusions about the continuous development of the state of our watercourses - we currently don’t have appropriately detailed and composed unified parameter informations. Study The purpose of the study currently written is to lay down the basics of the strategy for the „basic” Water Quality Early Warning System, and to define the framework of the extendable, configurable and specializeable automatic monitoring system, which includes installation, infrastructural and ICT elements. The study is based on the existing detailed and circumspect documents and status analyses (WDF, ICPDR, Cross-border cooperation, works of the Tisza group). In addition to these, the warning system would provide for the decision-makers and the groups responsible for

(VOP-1.1.1-11-2011-0001)

MINISTRY OF FOREIGN AFFAIRS sustaining water quality a complimentary information database which would help track tendencies. There will be a possibility to find correlations between the results of the continuous measurements and the ones published in the reports, thereby supporting bidirectional work and helping countries reach the goals set on the basis of the Water Framework Directive quicker and more effectively.

-

-

-

-

-

-

-

-

-

EWS principles Providing a possibility for the precise definition of the concentration and source of harmful substances, this would also be an important added-value from the viewpoint of prevention of catastrophes. The Water Quality Early Warning System would be made of continuously operating monitoring stations and the attached online data transmitter-warning and remote monitoring systems. The monitoring stations are focusing mainly, but not exclusively on the water bodies downstream to hazardous objects. For this we plan to describe a process model system description, which would be achievable as a „cookbook” with various customization possibilities adaptable to given situations. For the warning system different warning scenarios can be worked out for the Tisza catchment. There would be a standardization of the installation methods and sampling techniques for the continuous monitoring warning system, on which we could rely on in the future. On the territory of choosing suitable physicochemical and toxicological parameters we determine indicator parameters which describe the condition of a water body. With the system we give a framework to which it is possible to attach modularly, informations can be shared and we also take into consideration the different capabilities of the involved countries. Basic expectations are: robustness, operational reliability and availability, and remote monitoring with minimal operating costs. EWS structural features On the designated installation sites infrastructural connection possibilities for the monitoring stations will be established. This will also provide quick, simple relocation possibility for the mobile measurement units (mobile container/vehicle, bouy). Big container monitoring stations are installed with basic devices, with possibility to upgrade them with different additional instruments. In the monitoring stations to be installed the uniform connection surfaces are able to operate and get data from different instruments, thus they can be attached to the already established data transmission system. Measurement parameters, measurable components don’t cover the whole spectrum, but applied methods show the status of the Tisza water basin properly. This can greatly help the work of the specialist teams. The established database and evaluation module must be able to share data in a parameterizable way, meaning it can send data to the AEWS of other countries and it is able to accept data from other monitoring systems. The four parts of the study 1. Proposal of installation sites and measurement parameters for the monitoring system on the Tisza river basin

(VOP-1.1.1-11-2011-0001)

MINISTRY OF FOREIGN AFFAIRS 2. Evaluation of measurement methods applicable on monitoring stations, and introduction and specification of the monitoring devices necessary for implementation. 3. Evaluation of technically applicable sampling systems of EWS, taking into account different riverbed types, sample and data archivation system types and introduction of design options. 4. Calculation of investment and operational costs for monitoring system to be developed

(VOP-1.1.1-11-2011-0001)

MINISTRY OF FOREIGN AFFAIRS 3.2. Integrálandó elemek Egy megvalósítási tanulmány keretében meghatározandó az alábbiakban sorba vett területek -

mely elemei és

-

milyen feltételekkel

alkalmazandók a Tisza vízgyűjtő területén megvalósítandó EWS hálózat esetében: -

már működő automatizált monitoring állomások

-

fizikai-kémiai, biológiai és toxikológiai paraméterek

-

elterjedt mérési módszerek.

3.2.1. Korábbi kialakított rendszer A Hernád, Szamos és Berettyó határszelvényében 1999-ben, a Tisza folyón Técső mellett 2003-ban telepítettek on-line mérőállomásokat, melyek az általános vízkémiai paraméterek mellett alkalmasak néhány speciális szennyezőanyag vizsgálatára és a korai riasztásra is. Az állomások a következő általános paraméterek mérésére vannak felszerelve: vízhőmérséklet, pH, oldott oxigén, vezetőképesség, zavarosság, ammónium ion, TOC, felszíni olaj, klorofill-a, biomonitor (toxicictás). Ezen kívül a Szamos folyón lévő állomás nehézfém analizátort (cink, kadmium, ólom, réz) valamint nitrát és cianid analizátort is tartalmaz. A Tisza folyón lévő állomás vízhőmérséklet, pH, oldott oxigén, vezetőképesség, ammónium ion, TOC és nehézfém mérésére alkalmas. A mérési eredményeket az állomások telefonvonalon keresztül továbbítják, az adatok interneten megtekinthetőek. Ezek az állomások az általános paraméterek mellett alkalmasak a várható speciális szennyezések egy részének detektálására is, ugyanakkor eszközállományuk már idős (1013 éves), jelentős felújításuk már időszerű.

3.2.2. Vízminőségi paraméterek A felszíni vizekre telepítendő on-line monitoring állomások által mérendő paraméterek meghatározásához a Víz Keretirányelvben foglaltakat kell mérvadónak tekintenünk. A Víz Keretirányelv az ökológiai szemléletű megközelítés alapján a vízkémiai jellemzőket két csoportra osztja: az ökológiai állapotot támogató háttér fizikai-kémiai paraméterekre és az adott vízgyűjtőre jellemző specifikus szennyező paraméterekre. A víztest kémiai állapotát jellemző paramétereket három fő csoportba foglalták: 1. Általános fizikai-kémiai paraméterek: vízhőmérséklet, pH, fajlagos elektromos vezetőképesség, oldott oxigén, összes lebegőanyag, KOIp, KOIk, TOC, BOI5, összes

(VOP-1.1.1-11-2011-0001)

MINISTRY OF FOREIGN AFFAIRS oldott anyag, összes keménység, oldott vas, oldott mangán, kalcium, magnézium, nátrium, kálium, lúgosság, klorid, szulfát. 2. Tápanyagmutatók: ammónium, nitrát, összes nitrogén, orto-foszfát, összes foszfor, klorofill-a. 3. Veszélyes anyagok („33” lista és „egyéb veszélyes anyagok” listája alapján): „33” lista szerves: Poliaromás szénhidrogén (PAH) vegyületek: naftalin, antracén, fluorantén, benzo(a)pirén, Halogénezett aromás szénhidrogén vegyületek: 1,2,4-triklór-benzol, pentaklór-benzol, hexaklórbenzol, Peszticidek: alaklór, atrazin, klórfenvinfosz, klórpirifosz, endoszulfán (alfa-endoszulfán), hexaklór-ciklohexán, gamma izomer lindán, „Egyéb veszélyes anyagok” széntetraklorid, tetraklór-etilén,

szerves:

DDT

vegyületek,

aldrin,

dieldrin,

„33” lista (nehézfémek): kadmium, ólom, higany, nikkel. „Egyéb veszélyes anyagok” (nehézfémek): összes króm, arzén, cink, réz. 3.2.3. Legfontosabb paraméterekre jellemzően alkalmazott mérési módszerek 1. pH Jellemző érték síkvidéki közepes és nagy folyók esetén 6,5-9,0 pH. Javasolt méréshatár: 0…14 pH. Jellemző karbantartás igény: - tisztítás és kalibráció (puffer oldat 2 x 0,5 liter/év) - pH-szenzor fej, vagy referencia elektród csere kétévente. Mérése a hagyományos elektrokémiai módszerrel történik. Alkalmazható üveg elektród, vagy ISFET félvezető szenzor. Kombinált elektród alkalmazásánál célszerű nagyméretű porózus teflon diafragmával rendelkező, vagy öntisztító on-line szenzor választása. A kereskedelemben a pH-mérésére szolgáló számos eszköz kapható. Itt célszerű figyelembe venni, hogy olyan eszköz kerüljön beépítésre, amely valamennyi típus rendszerhez megfelelő, így a rendszer üzemeltetése során nem szükséges számos különböző eszköz alkatrészeit raktáron tartani, így az üzemeltetés egyszerűbb, az alacsony raktárkészlet pedig alacsonyabb üzemeltetési költségeket eredményez. Ennek értelmében célszerű olyan pH-szenzorokat beépíteni, amelyek a szenzortestbe integráltan tartalmazzák az elektronikát is. Ezek a szenzorok önmaguk tárolják a kalibrációs paramétereket és az adatfeldolgozó elektronikával digitálisan kommunikálnak. A terepi alkalmazásra kifejlesztett szenzorok extrém alacsony energiaigényűek, így az akkumulátoros, és napelemes táplálású mérőállomásokon is kiválóan alkalmazhatóak. A digitális kommunikáció optimálisan SDI-12, vagy MODBUS RTU szabvány szerinti, mert ezek a szabványos kommunikációs protokollok igen elterjedtek.

(VOP-1.1.1-11-2011-0001)

MINISTRY OF FOREIGN AFFAIRS 2. Redox potenciál Általánosan jellemző érték erre a paraméterre nincs. Javasolt méréshatár: -2.000…+2.000 mV. Jellemző karbantartás igény: - tisztítás és kalibráció (standard oldat 0,5 liter/év) - szenzor fej, vagy referencia elektród csere kétévente. Méréséhez nagy felületű, lehetőleg öntisztító on-line platina elektród javasolt. Kombinált elektród alkalmazásánál célszerű nagyméretű porózus teflon diafragmával rendelkező, vagy öntisztító on-line elektród választása. Ebben az esetben is célszerű figyelembe venni a szenzor energiaellátásával, illetve a kommunikációval kapcsolatos igényeket a pH-mérésnél leírt szempontok szerint. Sok esetben a pH és redox szenzorok egy szenzortestben kerülnek forgalomba, így a beépítés és a kommunikációs rendszerbe történő integrálás egyszerűbb.

3. Fajlagos elektromos vezetőképesség Jellemző érték síkvidéki közepes és nagy folyók esetén <900 µS/cm. Javasolt méréshatár: 0…2,000 mS/cm. Jellemző karbantartás igény: - tisztítás és kalibráció (standard oldat 0,5 liter/év) - szenzor fej, vagy referencia elektród csere. Mérésére a legelterjedtebb módszer a konduktív elektród alkalmazása, de igen elterjedt az induktív szenzorok alkalmazása is. Bár ez utóbbi beruházási költsége magasabb, mint a konduktív mérőcellás megoldásé, de a magasabb költséget ellensúlyozza az induktív cellák alacsonyabb karbantartás igénye. A konduktív cellák igen érzékenyek a mérőelektródok felületére tapadó szennyezésekre (lebegőanyag, biológia), melyek az elektródok felületének blokkolásával megváltoztatják a cellaállandót és így a pontos méréshez viszonylag gyakori tisztítást és kalibrációt igényelnek. Az induktív szenzorok nincsenek közvetlen galvanikus kapcsolatban a mérendő közeggel, így ezek a szenzorok a felületre rakódó szennyezésekre sokkal kevésbé érzékenyek, ezért tisztításukra és újra kalibrálásukra csak néhány havonta van szükség. Mindkét típusú szenzorból rendelkezésre áll digitális kivitelű változat, amely a pH-elektródnál már leírt módon a szenzor fejben lévő elektronika segítségével az ott tárolt kalibrációs adatokkal végzi el a nyers mérési eredmény kompenzálását, és a szenzorból digitálisan kinyert mérési eredmény már a kalibrált, kompenzált adat, amely közvetlenül felhasználható. Mindkét mérési módszerre elérhető digitális, extrém alacsony energiaigényű szenzor, amely ideális a terepi alkalmazásokhoz.

4. Oldott oxigén Jellemzően síkvidéki közepes és nagy folyók esetén >7,0 mg/l, szaturáció 70-120 %. Javasolt méréshatár: 0…20,00 mg/l, 0..200% szaturáció. Jellemző karbantartás igény:

(VOP-1.1.1-11-2011-0001)

MINISTRY OF FOREIGN AFFAIRS - tisztítás - szenzor fej csere kétévente. Az oldott oxigén koncentráció mérésére napjainkban már szinte kizárólag az optikai szenzorokat alkalmazzák. Bár ezek beruházási költsége magasabb az elektrokémiai módszerekkel mérő elektródáknál, de a magasabb költséget bőven ellensúlyozza az optikai szenzorok alacsonyabb karbantartás igénye és üzemeltetési költsége. A hagyományosnak tekinthető amperometriás, vagy galvanikus szenzorok fontos alkotóeleme a speciális (általában vékony teflon fóliából készült) gázpermeábilis membrán, amelyen keresztül a külső térben lévő oxigén a szenzor folyadékkal töltött belső terébe diffundál, ahol az elektródokon végbemenő elektrokémiai reakció villamos jelet eredményez. Ez a membrán a hagyományos szenzorok legkritikusabb része, mivel igen sérülékeny. A felületére rakódó lebegőanyagra, vagy biofilmre igen érzékeny, mivel ez a réteg csökkenti a gázdiffúzió sebességét, ami a külső térben és a belső térben lévő oldott oxigén koncentráció közötti arány változtatása révén megváltoztatja a kalibrációs konstanst is. Az optikai oldott oxigén mérés lényege, hogy a szenzor végén lévő membrán olyan átmenetifém-komplexet tartalmaz, amely látható (kék) fénnyel gerjesztve fluoreszkál. Ha a membránba olyan anyag jut, amely lehetővé teszi a gerjesztett komplex energiájának más, fénykibocsátással nem járó úton történő leadását, az észlelhető fluorszcencia intenzitása csökken. Ez a fluoreszcencia kioltás a membránban lévő oxigén koncentrációval arányos, így lehetővé teszi a membrán környezetében lévő oxigén koncentráció mérését. Az optikai oldott oxigén koncentráció mérés előnye, hogy a membrán kevéssé érzékeny a sérülésekre és a felületén lerakódó rétegre, így a tisztítás is ritkábban szükséges, és a kalibráció is hosszabb ideig (fél-egy évig) stabil.

5. Összes lebegőanyag, zavarosság Jellemző érték erre a paraméterre nincs. Javasolt méréshatár: 0…200,0 NTU. Jellemző karbantartás igény: - tisztítás. A lebegőanyag koncentráció mérését a zavarosságmérésre vezetjük vissza. A zavarosság mérésére szolgáló optikai szenzorok a szabványos nefelometria módszerével mérnek. Mint minden optikai szenzornál, a zavarosság mérésére szolgáló szenzornál is javasolt az automatikus tisztítás, amely lehet valamilyen mechanikus „ablaktörlő”, ultrahangos, vagy sűrített levegő befúvásos megoldás. A legtartósabb kivitelű és legalacsonyabb karbantartás igénnyel az ultrahangos tisztítás rendelkezik. Ebben az esetben is célszerű figyelembe venni a szenzor energiaellátásával, illetve a kommunikációval kapcsolatos igényeket a pH-mérésnél leírt szempontok szerint.

6. Klorofill-a

(VOP-1.1.1-11-2011-0001)

MINISTRY OF FOREIGN AFFAIRS Általánosan jellemző érték síkvidéki közepes és nagy folyók esetén erre a paraméterre nincs. Állóvizek esetén a határérték jellemzően <30 µg/l. Javasolt méréshatár: 0…200 µg/l. Jellemző karbantartás igény: - tisztítás. A klorofill-a koncentráció on-line mérésére a fluoreszcens szenzorok alkalmazása terjedt el leginkább. A fluoreszcens szenzorok érzékenysége megfelelő a felszíni vizekben előforduló klorofill-a koncentrációk mérésére. A módszer lényege, hogy a vízmintát 470 nm hullámhosszúságú gerjesztő fénnyel sugározzuk be. A vízmintában lévő klorofill a gerjesztő fény hatására 685 nm körüli hullámhosszú fényt emittál. A gerjesztés hatására emittált fény intenzitása arányos a vízmintában lévő klorofill-a koncentrációval.

7. Kékalga Általánosan jellemző érték erre a paraméterre nincs. Javasolt méréshatár: 0…200 µg/l. Jellemző karbantartás igény: - tisztítás.

(VOP-1.1.1-11-2011-0001)

MINISTRY OF FOREIGN AFFAIRS A kékalga koncentráció on-line mérésére a fluoreszcens szenzorok alkalmazása terjedt el leginkább. A fluoreszcens szenzorok érzékenysége megfelelő a felszíni vizekben előforduló kékalga koncentrációk mérésére. A módszer lényege, hogy a vízmintát 620 nm hullámhosszúságú gerjesztő fénnyel sugározzuk be. A vízmintában lévő klorofill a gerjesztő fény hatására 655 nm körüli hullámhosszú fényt emittál. A gerjesztés hatására emittált fény intenzitása arányos a vízmintában lévő klorofill-a koncentrációval.

8. Poliaromás szénhidrogének (PAH) Általánosan jellemző érték erre paraméterre nincs. Javasolt méréshatár: 0…500 µg/l. Jellemző karbantartás igény: - tisztítás.

a

Fluoreszcens méréstechnika elve

A poliaromás szénhidrogén koncentráció on-line mérésére a fluoreszcens szenzorok alkalmazása terjedt el leginkább. A fluoreszcens szenzorok érzékenysége megfelelő a felszíni vizekben előforduló PAH koncentrációk mérésére. A módszer lényege, hogy a vízmintát 254 nm hullámhosszúságú gerjesztő fénnyel sugározzuk be. A vízmintában lévő poliaromás szénhidrogének a gerjesztő fény hatására 360 nm körüli hullámhosszúságú fényt emittálnak. A gerjesztés hatására emittált fény intenzitása arányos a vízmintában lévő PAH koncentrációval.

9. SAC254, UV-spektrum Általánosan jellemző érték erre a paraméterre nincs. Javasolt méréshatár: 0…150 mAbs SAC254. Jellemző karbantartás igény: - tisztítás. A vízmintában lévő szerves anyag tartalomra utaló paraméter. A különböző összetételű szerves vegyületek a funkciós csoportok és a koncentráció függvényében az UV-tartományba eső fény egy részét elnyelik. A fényelnyelés intenzitásának hullámhossz függése különböző szerves vegyületek esetében eltérő. Azonban nagyszámú különböző szerves vegyületet tartalmazó vízminta esetében, ha szennyező komponensek aránya viszonylag állandó, a 254 nm hullámhossznál mért abszorbancia, és a vízminta szerves anyag tartalma között korreláció állapítható meg. A laboratóriumban mért összegző

(VOP-1.1.1-11-2011-0001)

MINISTRY OF FOREIGN AFFAIRS paraméterre (KOI, vagy TOC) megállapított kalibrációs faktorok segítségével a SAC254 mérésével a vízminta KOI, vagy TOC koncentrációjának változása követhető. Rendszeresen végzett kalibrációval a SAC254 kielégítően korreláltatható a KOI, vagy a TOC paraméterrel, ugyanakkor mérése a kémiai analizátorokhoz viszonyítva lényegesen olcsóbb és egyszerűbb eszközzel oldható meg. Általános megoldás, hogy az UV-fényforrás egy xenon lámpa, amelynek élettartama normál mérési UV-abszorpció mérés egy hullámhosszon gyakoriság mellett 10-15 év is lehet A mérőcella kvarcból készült speciális átfolyócella, vagy bemerülő szenzorok esetében kvarc ablakokkal ellátott nyitott mérőtér. A detektor előtt egy félig áteresztő tükörrel létrehoznak egy referenciasugarat, amelynek intenzitását 600-800 nm hullámhosszon mérik, ezzel mérve a minta zavarosságából származó fényelnyelést. a fő sugár ba helyezett interferenciaszűrő a 254 nm hullámhosszúságú fényt engedi át, itt történik a SAC254 mérése. A korszerű UV-abszorpciós szenzorok fényforrásaként már UV LED-et használnak, így a szenzor alkatrészeinek élettartama akár több tíz év is lehet. Ráadásul az interferenciaszűrőkre sincs szükség, így további költségeket lehet megtakarítani. Valamennyi eszköz a mért értéket automatikusan kompenzálja a vízminta zavarosságával. Ugyanakkor, mint minden optikai szenzornál, itt is kiemelt fontossággal bír az optikai felület tisztítása, amelyet folyamatos méréstechnikánál automatikusan vezérelve, rendszeres időközönként, illetve megfelelő gyakorisággal manuálisan el kell végezni.

(VOP-1.1.1-11-2011-0001)

MINISTRY OF FOREIGN AFFAIRS

Az UV-abszorpciós méréstechnika alkalmazhatósága A SAC254 mérése egy hullámhosszon történik, így egy egyszerű, alacsony beruházás költségű eszközzel megoldható. Drágább berendezést (on-line UVspektrofotométert) igényel a teljes UV-spektrum felvétele, de ezzel a módszerrel, a spektrum matematikai elemzésével számos komponens koncentrációja meghatározható. A szerves anyag tartalom (KOI, TOC) a SAC254-nél pontosabban mérhető, ezen kívül lehetőség van nitrát, nitrit, és huminsav koncentráció mérésére is, valamint minden olyan komponens koncentrációjának mérésére, amely az UV-tartományban abszorbeál. Ez a méréstechnika nagyon jól alkalmazható, ha a várható szennyező anyag intenzív és jellemző UVabszorpcióval rendelkezik.

(VOP-1.1.1-11-2011-0001)

MINISTRY OF FOREIGN AFFAIRS Korszerű in-situ UV-spektrofotométer

10. KOI Jellemző érték síkvidéki közepes és nagy folyók esetén 25 mg/l KOI. Javasolt méréshatár: 0…150 mg/l KOI. Jellemző karbantartás igény: - optikai szenzorok esetén tisztítás - kémiai analizátorok estén tisztítás, ellenőrzés, reagens újratöltés, kopó alkatrészek cseréje a gyártó előírásai szerint. A kémiai oxigén igény az egyik legfontosabb paraméter, amely a vizek szerves anyag terhelésére jellemző. In-situ mérése azonban vagy drága és költségesen üzemeltethető eszközöket igényel, vagy olyan kevésbé költséges eszközöket, amelyek kevésbé pontos, elsősorban trend figyelésére alkalmas eredményeket szolgáltatnak. A kémiai oxigén igény mérésére alkalmazható a szabványos módszerrel történő online analízis. Mivel ezek az eszközök a laboratóriumi KOI-szabvány szerinti mérést követik, költséges, veszélyes és rákkeltő reagenseket alkalmaznak (dikromát és koncentrált kénsav), amelyek megjelennek a készülékből kilépő szennyvízben is, ezért ennek ártalmatlanítására fokozott figyelmet kell fordítani. A mérési gyakoriságot a roncsolási idő befolyásolja, ezért ez még magas hőmérsékletű roncsolás esetén sem lehet 1 óránál rövidebb. A készülék viszonylag magas energiaigénye miatt a tápellátás elsősorban hálózatról oldható meg, amennyiben mégis csak akkumulátoros és napelemes tápellátás áll rendelkezésre, azok kapacitását az alap igényhez viszonyítva jelentősen növelni kell. Az ilyen készülékek karbantartás igénye jellemzően nagy, beruházási költségük is magasabb, mint az UV-abszorpciót alkalmazó készülékeké, de a kapott eredmények korrelációja a laboratóriumi mérésekkel ennél a módszernél a legjobb.

(VOP-1.1.1-11-2011-0001)

MINISTRY OF FOREIGN AFFAIRS

Dikromátos KOI-mérésre szolgáló on-line készülék vázlata A másik lehetőség az UV-abszorpciós módszer alkalmazása vagy egy hullámhossznál (SAC254), vagy teljes UV-spektrum elemzésével. Ez utóbbi módszerrel kapott eredmények lényegesen jobban korrelálnak a szabványos laboratóriumi módszerrel kapott KOI-val mint a SAC254, de a műszer beruházási költsége nagyobb. Az UVabszorpciós módszerrel történő KOI-mérés elvét az előző fejezetben vázoltuk.

(VOP-1.1.1-11-2011-0001)

MINISTRY OF FOREIGN AFFAIRS 11. TOC Általánosan jellemző érték erre a paraméterre nincs. Javasolt méréshatár: 0…20 mg/l. Jellemző karbantartás igény: - optikai szenzorok esetén tisztítás - kémiai analizátorok estén tisztítás, ellenőrzés, reagens újratöltés kéthetente, kopó alkatrészek cseréje a gyártó előírásai szerint. Az összes szerves széntartalom (TOC) mérésére alkalmazható a szabványos UVperszulfátos oxidációt alkalmazó módszerrel történő on-line analízis. Az ilyen készülékek karbantartás igénye jellemzően nagyobb, beruházási költségük is magasabb, mint az UVabszorpciót alkalmazó készülékeké, de a kapott eredmények korrelációja a laboratóriumi mérésekkel ennél a módszernél a legjobb. Az UV-perszulfátos oxidáció szabványos TOC-mérési módszer, amelyet számos laboratóriumi és on-line analizátorban alkalmaznak. Lényege, hogy a vízminta pH-ját először sav adagolással csökkentik, majd így felszabaduló szervetlen eredetű szén-dioxidot kifúvatják. A szervetlen eredetű szén-dioxid eltávolítása után a mintához perszulfátot adagolnak, majd 254 nm-es UV-fénnyel besugározzák. Az UV-sugárzás hatására a perszulfátból hidroxilgyök keletkezik, amely rendkívül erős oxidálószer, és a reaktorban a vízmintában lévő szerves komponensek széntartalmát szén-dioxiddá oxidálja. Az így keletkező szén-dioxid mennyiségét általában IR-detektorral mérik, majd a mért adatból a vízmintában lévő szerves szén koncentrációját számítják. Az on-line TOC-mérés az on-line KOI-méréshez viszonyítva egyszerűbb mérési eljárás, kevésbé ártalmas reagensek szükségesek hozzá, és a mérés pontossága valamint reprodukálhatósága is jobb. Mind a TOC mind a KOI paraméterek a vízminta szerves anyag tartalmát jellemzik. Ennek megfelelően közöttük korreláció mutatható ki, és a vízminta kémiai oxigén igénye a TOC-ből egy kalibrációs faktorral számítható, amely a leggyakoribb esetekben 3-4. Miután a két méréstechnika elviekben különbözik egymástól a kettő közötti korrelációs faktor csak állandó összetételű vízminta esetében állandó, azonban a korreláció a legtöbb esetben lényegesen jobb, mint az UV-abszorpció és a kémiai KOI-mérés között. Ezért célszerű a kémiai on-line KOI-analizátor helyett on-line TOC-mérést alkalmazni.

(VOP-1.1.1-11-2011-0001)

MINISTRY OF FOREIGN AFFAIRS

A TOC, KOI és BOI paraméterek közötti kapcsolat

On-line UV-perszulfátos TOC-mérés elve

(VOP-1.1.1-11-2011-0001)

MINISTRY OF FOREIGN AFFAIRS A másik lehetőség az UV-abszorpciós módszer alkalmazása vagy egy hullámhossznál (SAC254), vagy teljes UV-spektrum elemzésével, és az így kapott eredményből a laboratóriumi összeméréssel meghatározott kalibrációs faktorral a TOC számítása. Az UV-abszorpciós méréstechnika leírása a 9. pontban található.

(VOP-1.1.1-11-2011-0001)

MINISTRY OF FOREIGN AFFAIRS 12. Olajszennyezés mérése Általánosan jellemző érték erre a paraméterre nincs. Javasolt méréshatár: 0…5,00 mg/l, vagy riasztás a felszínen úszó olajra. Jellemző karbantartás igény: - tisztítás - kalibráció negyedévente. A vízbe jutó olajszennyezés lehet a felszínen úszó, vagy a vízben emulgeált, esetleg a lebegőanyag felületén adszorbeált. A felszínen úszó olajszennyezés detektálására alkalmas az IR-reflexiós méréstechnika, vagy az érzékenyebb fluoreszcens méréstechnika, ám ez utóbbival csak az olaj aromás komponenseit érzékeljük. Általános esetben azonban az ebből eredő pontatlanság tolerálható, figyelembe véve a mérési módszer egyszerűségét és alacsony karbantartás igényét. Az infravörös reflexiós módszer elve az, hogy a vízfelszínen úszó mérőegységet az úszó szerkezet a vízfelszíntől folyamatosan meghatározott távolságban tartja. A mérőegység a vízfelszínre megfelelő hullámhosszúságú infravörös sugárzást bocsát, és figyeli a felszínről visszavert sugárzás intenzitását. Ha a felszínen olajfolt úszik, az olajréteg az infravörös sugárzás egy részért elnyeli, és a visszavert sugárzás intenzitása csökken. Az UV-fluoreszcens módszer elve az, hogy a vízfelszínen úszó mérőegységet az úszó szerkezet a vízfelszíntől folyamatosan meghatározott távolságban tartja. A mérőegység a vízfelszínre 254 nm hullámhosszúságú ultraibolya sugárzást bocsát, és figyeli a felszínről érkező, 360 nm-es sugárzás intenzitását. Ha a felszínen olajfolt úszik, az olajrétegben lévő aromás és poliaromás komponensek az ultraibolya sugárzás hatására fluoreszcens sugárzást bocsátanak ki. A vízfelszín erős turbulenciája mindkét méréstechnikát zavarhatja, de az UVfluoreszcencia erre a zavaró hatásra kevésbé érzékeny. A vízben emulgeált, illetve a lebegőanyag felületén adszorbeált olaj detektálására szintén a fluoreszcens méréstechnika a legérzékenyebb. Számos, ezen a méréstechnikán alapuló olajszennyezés mérő műszer található a kereskedelmi forgalomban. Kialakításuk szerint lehetnek szekrénybe épített analizátorok, vagy bemerülő szenzorok. A szekrénybe épített analizátoroknál lehetőség van az automatikus tisztításra, kalibrációra, illetve nullázásra, a szenzorok esetén a nullázást és a kalibrációt manuálisan kell elvégezni.

13. Ammónium-nitrogén Jellemző érték síkvidéki közepes és nagy folyók esetén 400 µg/l NH4-N. Javasolt méréshatár: 0…2,0 mg/l NH4-N. Jellemző karbantartás igény: - tisztítás, ellenőrzés, reagens újratöltés, - kopó alkatrészek cseréje a gyártó előírásai szerint. A felszíni vizekben előforduló ammónium ion egyrészt élő szervezetek anyagcsere termékeként, másrészt elhalt szervezetek bomlástermékeként kerülhet a vízbe. Az

(VOP-1.1.1-11-2011-0001)

MINISTRY OF FOREIGN AFFAIRS ammónium-ionok megjelenése a vizekben általában friss szennyezésre utal. Ily módon jelzőanyagként utalhat számos más szennyező vegyület koncentrációjának növekedésére. Az ammónium már kis koncentrációban is toxikus a vízi élővilágra, elsősorban a halakra. Az ammónium koncentrációja felszíni vizekben jellemzően igen alacsony. Ilyen alacsony koncentrációra a megfelelő méréstechnika a szabványos fotometria, melynek online alkalmazása széles körben elterjedt. A szabványos fotometria az indofenolkék módszert alkalmazza. A módszer szerint a vízben lévő ammóniumból lúgos közegben felszabaduló ammónia a reagensből felszabaduló klórral klóramint képez, a klóramin a szaliciláttal kék színű indofenol vegyületet alkot. A kék szín intenzitása az ammónium koncentrációval arányos.

14. Nitrit-nitrogén Jellemző érték síkvidéki közepes és nagy folyók esetén 60 µg/l NO2-N. Javasolt méréshatár: 0… 200 µg/l NO2-N. Jellemző karbantartás igény: - tisztítás, ellenőrzés, reagens újratöltés, - kopó alkatrészek cseréje a gyártó előírásai szerint. Nitrit ion szennyezés felszíni vizekben ritkán fordul elő mert instabil, könnyen oxidálódik. Ezért felszíni vizekben elsősorban havária esetén jelenhet meg akár közvetlenül, akár más nitrogénformák átalakulása során in-situ képződve. Az élő szervezetekre már kis koncentrációban is toxikus hatása van, ezért jelenléte igen veszélyes. A nitrit ion koncentrációja felszíni vizekben jellemzően igen alacsony. Ilyen alacsony koncentrációra a megfelelő méréstechnika a szabványos fotometria, melynek on-line alkalmazása széles körben elterjedt. A szabványos fotometria a szulfanilamid/NED módszert alkalmazza. A módszer szerint a nirit ionokat tartalmazó oldathoz, enyhén savas közegben szulfanilamidot, majd naftil-etilén-diamint adunk, melyek hatására színes azofesték képződik.

15. Nitrát-nitrogén Jellemző érték síkvidéki közepes és nagy folyók esetén 2 mg/l NO3-N. Javasolt méréshatár: 0…10,0 mg/l NO3-N. Jellemző karbantartás igény: - tisztítás, ellenőrzés, reagens újratöltés, - kopó alkatrészek cseréje a gyártó előírásai szerint. A nitrát ion koncentrációjának mérésére több, közel azonos pontosságú mérési eljárás is rendelkezésre áll.

(VOP-1.1.1-11-2011-0001)

MINISTRY OF FOREIGN AFFAIRS Kielégítő pontossággal alkalmazható az ionszelektív elektrokémiai szenzor, de mindenképpen javasolt olyan rendszer beépítése, amely automatikus kalibrációval és klorid ion kompenzációval rendelkezik. A nitrát ionszelektív elektródok érzékenyek aklorid ionok zavaró hatására, a klorid ionok pozitív mérési hibát okoznak. Ugyancsak egyszerű, és kevés karbantartást igényel az UV-abszorpciós méréstechnika. Az UV-abszorpciót a 9. pontban már bemutattuk. A nitrát ion jellemző abszorpciós maximuma 200 nm-nél van, ezért az alacsonyabb hullámhossznál elnyelő anyagok (pl. a 254 nm körüli hullámhossznál elnyelést okozó szerves vegyületek) alapvonal emelkedést okoznak. A nitrát ion UV-abszorpciós mérésénél ezért mindenképpen figyelembe kell venni ezek zavaró hatását. Ezért az UV-abszorpcióval történő nitrát mérésre szolgáló műszerek bonyolultabbak, mint a KOI mérésére szolgáló eszközök. A legpontosabb eredményt az on-line fotometria szolgáltatja. On-line készülékekben több fotometriás módszer is alkalmazásra került. A legtöbb esetben a nitrát iont nitritté redukálják, és az így képződött nitrit ion koncentrációját a szabványos szulfanilamid/NED módszerrel mérik. Az alapvető különbség a redukció módja. Az egyik elterjedt módszer szerint a redukciót a hagyományos kadmium oszlopon hajtják végre. Mivel ez a módszer a kadmium oszlop viszonylag gyakori regenerálását igényli, illetve a kadmium toxikus hatása miatt nem terjedt el on-line alkalmazása. A másik módszer szerint a nitrát iont lúgos közegben hidrazinnal, redukálják nitritté. A redukciót réz(II) ionok katalizálják. A legkorszerűbbnek tekinthető eljárás szerint a nitrát ionokat fotokémiai redukcióval alakítják át nitritté. Ez utóbbi módszer kevésbé érzékeny számos olyan zavaró hatásra, amely az előző két módszernél jelentős hibát okozhat.

16. Összes nitrogén Jellemző érték síkvidéki közepes és nagy folyók esetén 3 mg/l TN. Javasolt méréshatár: 0…10,0 mg/l TN. Jellemző karbantartás igény: - tisztítás, ellenőrzés, reagens újratöltés, - kopó alkatrészek cseréje a gyártó előírásai szerint. Az összes nitrogén koncentrációjának mérése szabványos módszerrel, roncsolással történik. A roncsolást a legtöbb analizátor típus a TOC-mérésnél már leírt UV-perszulfátos módszerrel hajtja végre. A roncsolás során a nitrogéntartalmú szervetlen és szerves vegyületekből nitrát keletkezik, melynek koncentrációját a korábban a nitrát elemzésnél leírt módszerek valamelyikével határozzák meg. A másik lehetőség a magas hőmérsékletű roncsolás, ahol katalizátor jelenlétében 650-850 oC-on, vagy katalizátor nélkül 1200 oC-on oxidálják a vízmintában lévő szerves anyagokat. Ez a magas hőmérsékletű TOC-mérés alapja is. A folyamat során a szerves anyagokból szén-dioxid, a vegyületekben kötött nitrogénből nitrogén-dioxid képződik. A nitrogén-dioxid koncentrációját elektrokémiai, vagy kemilumineszcens módszerrel határozzák meg.

(VOP-1.1.1-11-2011-0001)

MINISTRY OF FOREIGN AFFAIRS A magas hőmérsékletű oxidációt alkalmazó készülékek beruházási költsége, energiaigénye és üzemeltetési költsége magasabb, ezért az alacsony hőmérsékletű UVroncsolást alkalmazó készülékek terjedtek el jobban. A bonyolult analitikai eljárás miatt az összes nitrogén mérő műszerek beruházási költsége magas, üzemeltetésük bonyolult. Mivel a roncsolási folyamat miatt energiaigényük is viszonylag magas, csak olyan mérőállomásokon célszerű alkalmazásuk, ahol rendelkezésre áll hálózati villamos energia.

(VOP-1.1.1-11-2011-0001)

MINISTRY OF FOREIGN AFFAIRS 17. Ortofoszfát-foszfor Jellemző érték síkvidéki közepes és nagy folyók esetén 120 µg/l PO4-P. Javasolt méréshatár: 0…500 µg/l PO4-P. Jellemző karbantartás igény: - tisztítás, ellenőrzés, reagens újratöltés, - kopó alkatrészek cseréje a gyártó előírásai szerint. Ortofoszfát a felszíni vizekben elsősorban humán eredetű szennyezésként van jelen. Hirtelen emelkedése kommunális szennyvíz, vagy más kémiai szennyezés jelenlétét jelzi. Az ortofoszfát koncentrációja felszíni vizekben jellemzően igen alacsony. Ilyen alacsony koncentrációra a megfelelő méréstechnika a szabványos fotometria, melynek on-line alkalmazása széles körben elterjedt. A leggyakoribb szabványos fotometriás módszer szerint az ortofoszfátot savas közegben ammónium molibdáttal reagáltatják, majd a keletkezett vegyületet aszkorbinsavval reukálják. A redukció során molibdénkék keletkezik, melynek színintenzitása arányos az ortofoszfát koncentrációjával.

18. Összes foszfor Jellemző érték síkvidéki közepes és nagy folyók esetén 250 µg/l TP. Javasolt méréshatár: 0…1.000 µg/l TP. Jellemző karbantartás igény: - tisztítás, ellenőrzés, reagens újratöltés, - kopó alkatrészek cseréje a gyártó előírásai szerint. Az összes foszfor koncentrációjának mérése szabványos módszerrel, roncsolással történik. A roncsolást a legtöbb analizátor típus a TOC-mérésnél már leírt UV-perszulfátos módszerrel, míg a polifoszfátok roncsolását savas közegben, magas hőmérsékleten hajtja végre,. A roncsolás során a foszfor tartalmú szerves vegyületekből és a polifoszfátokból ortofoszfát keletkezik, melynek koncentrációját a korábban az ortofoszfát elemzésnél leírt fotometriás módszerrel határozzák meg. A bonyolult analitikai eljárás miatt az összes foszfor mérő műszerek beruházási költsége magas, üzemeltetésük bonyolult. Mivel a roncsolási folyamat miatt energiaigényük is viszonylag magas, csak olyan mérőállomásokon célszerű alkalmazásuk, ahol rendelkezésre áll hálózati villamos energia.

19. Összes keménység, kalcium, magnézium Általánosan jellemző érték erre a paraméterre nincs. Javasolt méréshatár: 0…400 mg/l Ca/Mg. Jellemző karbantartás igény: - tisztítás, ellenőrzés, reagens újratöltés, - kopó alkatrészek cseréje a gyártó előírásai szerint.

(VOP-1.1.1-11-2011-0001)

MINISTRY OF FOREIGN AFFAIRS A kalcium és magnézium a felszíni vizekben természetes eredetű. Mérésére elsősorban hegyvidéki vízfolyások esetében, vagy felszíni ivóvíz kivételnél lehet szükség. Az összes keménység, a kalcium és a magnézium ionok koncentrációja mérhető elektrokémiai módszerrel, ionszelektív elektródokkal. Ezek on-line alkalmazásánál azonban gyakori kalibráció szükséges a megfelelő pontosság elérésének érdekében, ezért célszerű olyan analizátort használni, ahol az automatikus kalibráció lehetősége rendelkezésre áll. Másik lehetőség az on-line fotometria alkalmazása. Az egyik megoldás szerint az online fotométer a kalcium koncentrációjának meghatározására metiltimolkéket és etanolamint használ, a keletkező kék szín intenzitását 630 nm-nél méri. Az összes keménység meghatározására a szabványokban leírt Mg-EDTA/kalmagit módszert alkalmazza, ahol a Mg-EDTA hozzáadásával a kalcium komplexbe kötődik, míg a vele egyenértékű mennyiségű magnézium szabadul fel. A magnézium koncentrációját a kalmagit hozzáadása után képződő bíborvörös komplex szín intenzitásának 525 nm hullámhosszon történő mérésével határozza meg. Lényegesen pontosabb megoldás az on-line titrimetria alkalmazása. Az on-line titrátorok a laboratóriumi szabványos titrálási metódust alkalmazzák, így a kapott eredmény a laboratóriumi eredményekkel igen jó korrelációt mutat.

20. Lúgosság Általánosan jellemző érték erre a paraméterre nincs. Javasolt méréshatár: 0…20 mmol/l. Jellemző karbantartás igény: - tisztítás, ellenőrzés, reagens újratöltés, - kopó alkatrészek cseréje a gyártó előírásai szerint. A lúgosság mérésére síkvidéki folyóknál általában nincs szükség. Mérésére elsősorban hegyvidéki vízfolyások esetében, vagy felszíni ivóvíz kivételnél lehet szükség. A lúgosság mérésére az on-line titrimetria megfelelő. Az on-line titrátorok a laboratóriumi szabványos titrálási metódust alkalmazzák, így a kapott eredmény a laboratóriumi eredményekkel igen jó korrelációt mutat. A szükséges készülék egyszerű, karbantartás igénye viszonylag alacsony.

21. Klorid Jellemző érték síkvidéki közepes és nagy folyók esetén 60 mg/l. Javasolt méréshatár: 0…200 mg/l. Jellemző karbantartás igény: - tisztítás, ellenőrzés, reagens újratöltés, - kopó alkatrészek cseréje a gyártó előírásai szerint. A klorid koncentráció mérésére több alternatív lehetőség is rendelkezésre áll. Legegyszerűbb az ionszelektív elektród alkalmazása. Ennek stabilitása és pontossága

(VOP-1.1.1-11-2011-0001)

MINISTRY OF FOREIGN AFFAIRS megfelelő amennyiben olyan analizátort telepítünk, amely lehetővé teszi a rendszeres automatikus kalibrációt. A kolorimetriás módszerek, illetve a titrimetriás módszerek higany és ezüst vegyületeket, valamint kromátot alkalmaznak, melyek a környezetre veszélyt jelentenek. Bár ezek a módszerek az ionszelektív mérésnél pontosabb eredményt szolgáltatnak, a veszélyes reagensek miatt alkalmazásuk csak igen indokolt esetben javasolt.

(VOP-1.1.1-11-2011-0001)

MINISTRY OF FOREIGN AFFAIRS 22. Szulfát Általánosan jellemző érték erre a paraméterre nincs. Javasolt méréshatár: 0…500 mg/l. Jellemző karbantartás igény: - tisztítás, ellenőrzés, reagens újratöltés, - kopó alkatrészek cseréje a gyártó előírásai szerint. Szulfát koncentrációra a VKI nem tartalmaz határértéket, de koncentrációváltozása jelezheti egyes ipari eredetű szennyezések jelenlétét. A szulfát koncentráció mérésére az on-line fotometria alkalmazható. A módszer alapvetően a zavarosság mérésén alapul. A vízmintához megfelelő körülmények között bárium-kloridot adagolunk, amely a mintában lévő szulfáttal bárium-szulfát mikrokristályos csapadékot alkot. A bárium-szulfát koncentrációját a zavarosság mérésével határozzuk meg.

23. Oldott vas Általánosan jellemző érték erre a paraméterre nincs. Javasolt méréshatár: 0…500 µg/l Fe. Jellemző karbantartás igény: - tisztítás, ellenőrzés, reagens újratöltés, - kopó alkatrészek cseréje a gyártó előírásai szerint. A legelterjedtebb méréstechnika az on-line fotometria, mely jellemzően szabványos fotometriai módszereken alapul. Az egyik leggyakrabban alkalmazott eljárás szerint az oldott vasat hidroxilamin-hidrokloriddal vas(II)-vé redukáljuk és ortofenantrolinnal, vagy TPTZ-vel reagáltatjuk. A keletkező vörös szín (TPTZ esetén kék szín) intenzitása a vas(II) koncentrációjával arányos. A méréstechnika egyszerű, általánosan ismert.

24. Oldott mangán Általánosan jellemző érték erre a paraméterre nincs. Javasolt méréshatár: 0…500 µg/l Mn. Jellemző karbantartás igény: - tisztítás, ellenőrzés, reagens újratöltés, - kopó alkatrészek cseréje a gyártó előírásai szerint. A legelterjedtebb méréstechnika az on-line fotometria, mely jellemzően szabványos fotometriai módszereken alapul. A méréstechnika egyszerű, általánosan ismert.

(VOP-1.1.1-11-2011-0001)

MINISTRY OF FOREIGN AFFAIRS 25. Nehézfémek Jellemző érték síkvidéki közepes és nagy folyók esetén a következő paraméterekre: - kadmium és vegyületei - ólom és vegyületei - higany és vegyületei - nikkel és vegyületei - oldott cink - oldott réz - oldott króm - arzén Javasolt méréshatár: 0…500 µg/l. Jellemző karbantartás igény: - tisztítás, ellenőrzés, reagens újratöltés, - kopó alkatrészek cseréje a gyártó előírásai szerint.

ELCAD nehézfém monitor működési elve A felszíni vizekben a nehézfém szennyezés oldott, vagy lebegőanyag formában lehet jelen. A lebegőanyagként jelenlévő nehézfémek kimutatása feltárás után lehetséges. Ennek automatizált megvalósítása a mérési eljárást bonyolítja, ezért – amennyiben lehetséges – célszerű a nehézfémek vizsgálatát az oldott nehézfémekre korlátozni. A nehézfém koncentráció mérésére az elektrolitkatódos, atmoszférikus nyomású ködfénykisülésen (Electrolyte Cathode Atmospheric glow Discharge=ELCAD) alapuló nehézfém monitor alkalmazható. A készülékbe perisztaltikus puma segítségével pumpált vízminta folyamatosan áramlik a reaktorban, amelynek nyitott felszíne a ködfénykisülés katódjaként szerepel. A kisülés által kibocsátott színkép tartalmazza a szennyvízben feloldott nehézfémek atomi vonalait, ezek intenzitását mérve a nehézfémek koncentrációja meghatározható. A készülék beruházási költsége és üzemeltetési költsége magas, de előnye, hogy ezzel a készülékkel több nehézfém koncentrációja határozható meg egy időben. Alternatív lehetőség a nehézfémek on-line sztripping voltammetriás elemzése. Az anódos sztripping voltammetria elterjedését a számítógépes adatfeldolgozás lehetőségeinek és az elektronikai mérőeszközöknek robbanásszerű fejlődése tette lehetővé. A mérés során nagyon alacsony áramerősségek igen nagy gyakoriságú, és rendkívül pontos mérése szükséges. Dúsításkor a fémionokat negatív potenciálon választjuk le az elektródra (redukció), majd a kivált fémet az elektródpotenciált pozitív (anódos) irányba átváltva oldjuk ki (oxidáció). Ilyen módon számos veszélyes nehézfém koncentrációját tudjuk meghatározni. A mérési eljárás előnye a viszonylag alacsony beruházási költség és az alacsony kimutatási határ.

(VOP-1.1.1-11-2011-0001)

MINISTRY OF FOREIGN AFFAIRS

(VOP-1.1.1-11-2011-0001)

MINISTRY OF FOREIGN AFFAIRS 26. Toxicitás, biomonitoring Általánosan jellemző érték erre a paraméterre nincs. Jellemző karbantartás igény: - tisztítás, ellenőrzés, reagens újratöltés, - kopó alkatrészek cseréje a gyártó előírásai szerint. A toxicitás monitoring az early-warning rendszer egyik legfontosabb eleme. A Vízkeret Irányelv ökológiai szemlélete alapján bármely szennyezés kimutatása igen fontos, amely az ökoszisztémát károsítja. Valamennyi veszélyes kémiai komponens egyedi analízise lehetetlen feladat lenne, ezért az on-line rendszerek igen fontos elemei az összegzett paraméterek mérésére szolgáló analizátorok, ezen belül a toxicitás mérésére szolgáló biomonitoring rendszerek. A toxicitásmérő műszerek a törzsfejlődés különböző fokán álló szervezetek életfunkcióinak figyelésével állapítják meg a szervezeteket károsító anyagok jelenlétét. A leggyakoribb monitoring szervezetek különböző baktérium törzsek, algák, daphnia magna, folyami kagyló és halak. Mivel ezek érzékenysége eltérő, a biztos jelzés érdekében célszerű több különböző monitoring szervezetet használni. Valamennyi készülék beruházási költsége és karbantartás igénye magas, de az általuk nyújtott információ más módon nem érhető el.

Baktériumok: A baktériumok mint monitoring bioszervezetek több előnnyel is rendelkeznek. Az egyik, hogy folyamatos életben tartásuk, a biomassza mennyiségének állandó értéken tartása viszonylag egyszerűen megoldható. A másik előny, hogy a nagy egyedszám miatt az egyes egyedek eltérő érzékenysége statisztikailag kiegyenlítődik, így egy viszonylag állandó érzékenységű rendszert kapunk. Hátrány viszont, hogy a baktériumok több szennyező anyagra kevésbé érzékenyek, mint a magasabb rendű fajok. A leggyakrabban alkalmazott megoldás szerint a biomassza légzéses során elfogyasztott oxigén mennyiségét mérik. A biomassza lehet például Pseudomonas Putida, vagy más speciális törzs, esetleg nitrifikáló törzsek. Másik, szintén gyakran alkalmazott megoldás szerint a biomassza valamilyen biolumineszcenciával rendelkező törzs, például: Vibrio fischeri, Ebben az esetben a biolumineszcenciát mérik és annak

(VOP-1.1.1-11-2011-0001)

MINISTRY OF FOREIGN AFFAIRS csökkenéséből következtetnek a minta toxicitására. Egy elterjedt mérési eljárás, hogy a temperált biorekatorban rögzített biomasszán keresztül pumpálják az oxigénnel telített vizsgálandó mintát és figyelik a bioreaktorból kilépő víz oldott oxigén koncentrációját. Amennyiben az oldott oxigén koncentráció a reaktorra Folyamatos átáramlású jellemző értéknél alacsonyabb, a minta toxikus bioreaktor szennyezést tartalmaz. Ennek a rögzített biomasszával megoldásnak előnye, hogy a mérés teljesen folyamatos, hátránya viszont, hogy az állandó hatásnak kitett biológia a folyamatosan jelenlévő alacsony koncentrációjú szennyezéshez idővel adaptálódik, és érzékenysége csökken. Ezért ennél a megoldásnál a biomasszát időről időre újra kell telepíteni. A másik megoldás szerint a biológiát egy elkülönített bioreaktorban tartják fenn, és egy külön mérőcellában elegyítik a mintát a meghatározott mennyiségű biomasszával. Ez utóbbi módszer előnye, hogy a vízmintával mindig friss biomassza kerül érintkezésbe, a biológia nem tud adaptálódni.

Algák: Az algák mint bioszervezetek szintén széles körben használatosak a toxicitás ellenőrzésére. Az on-line megvalósítás során a temperált és állandóan megvilágított bioreaktorban a klorofill-a aktivitását mérik fluoreszcens méréstechnikával és így egy állandó aktivitású biomasszát tartanak fenn. A biomassza egy részét egy külön reaktorban elegyítik a vízmintával. Ha a minta toxikus szennyezést tartalmaz, a fotoszintézis aktivitása csökken. A fotoszintézis intenzitásának változásából következtethetünk a minta toxicitására.

Daphnia Magna: A Daphnia mint toxicitásmérő biológia már igen régen használatos. a méréstechnika on-line magvalósítása azonban a korszerű kamerák és számítógépek megjelenése előtt nehézségekbe ütközött. A mérési eljárás szerint egy temperált medencében lévő biomassza egyedeinek mozgását figyelték, és a mozgás gyakoriságából következtettek a vízminta toxicitására. A mozgás érzékelésére a korszerű eszközök CCD kamerát használnak, az adatfeldolgozást pedig nagy kapacitású számítógépes szoftverek teszik lehetővé. Daphnia mozgás on-line figyelése

(VOP-1.1.1-11-2011-0001)

MINISTRY OF FOREIGN AFFAIRS Kagylók: A kagylók, mint magasabb rendű szervezetek több olyan toxikus vegyületre is érzékenyek, amelyekre a korábban említet szervezetek nem, vagy csak igen kis mértékben. A készülék kialakításánál az egyes kagylók héjára érzékelőket szerelnek, melyek segítségével figyelik a kagylók záródását és nyílását. A kagylókkal felépített biomonitornak azonban a fenti előny mellett több hátránya is van. Az alkalmazható egyedek száma korlátozott, így az egyes egyedek eltérő érzékenysége az eredményt befolyásolhatja. A kagylók ellátása gyakori (néhány naponkénti) karbantartást igényel, így fenntartási költsége magas. A kagylók héjmozgását figyelő biomonitor elve

Halak: A halakat alkalmazó monitoring rendszer előnye, hogy a törzsfejlődés magas fokán álló biológiai rendszert alkalmaz, amely a korábbiakban felsorolt rendszereknél is érzékenyebb bizonyos toxikus vegyületekre. Az egyik műszaki megoldás szerint a műszerben elhelyezett akváriumban lévő halak mozgását figyelik kamerával és a mozgás intenzitásából, a halak mélységi elhelyezkedéséből következtetnek a minta toxikusságára. A másik módszer szerint a halak rheotaxis képességének csökkenését figyelik. Mivel a toxikus szennyezés hatására a halak ezen képessége csökken legelőbb, más módszerekhez viszonyítva érzékenyebb berendezés készíthető ezen az elven. Az áramlásban úszó halak igyekeznek megtartani pozíciójukat az áramló vízhez viszonyítva. Ha a vízminta toxikus szennyezést tartalmaz,a halk elvesztik ezen képességüket és az áramlás elsodorja őket. A készülék váltakozva biztosítja a halaknak a pihenő és az áramló periódust, így biztosítva a természeteshez közeli környezetet.

(VOP-1.1.1-11-2011-0001)

MINISTRY OF FOREIGN AFFAIRS Vizsgálandó szennyvíz folyamatos bevezetése

Jelfeldolgozás Archiválás

Feldolgozott jel transzportja Riasztás

Detektor

Jeltranszport

Zsilipelés Programozható csatornák

Szakaszos belső keringetés gyorsítás

Vizsgált szennyvíz folyamatos elvezetése

Halak rheotaxis képességének figyelésén alapuló toxicitás monitor elve

27. Egyéb szerves szennyezők Mivel számos komponenst érint, ezekre egyedi méréstechnikát kell alkalmazni. A legtöbb veszélyes szerves szennyezés kimutatására az on-line gázkromatográfia alkalmas. Az on-line gázkromatográf beruházási és üzemeltetési költsége, valamint karbantartás igénye igen magas, ezért alkalmazása csak igen indokolt esetben célszerű. A leggyakrabban mérendő paraméter a fenolindex. A fenolindex mérésére szolgáló on-line analizátorok általában fotometriás módszert alkalmaznak. A módszer lényege, hogy lúgos közegben kálium-hexaciano-ferrát és 4aminoantipirin reagensekkel reagáltatjuk őket. A képződő színt 510 nm hullámhossznál mérjük.

(VOP-1.1.1-11-2011-0001)

MINISTRY OF FOREIGN AFFAIRS 3.3. Kiindulási alapelvek 3.3.1. "Basic CookBook" megközelítés A CookBook egy olyan IT alapú katalógusrendszer, mely az adott szituációkra előre modellezett, kidolgozott, alkalmazható forgatókönyveket javasol. Olyan kész megoldást kínál a részvízgyűjtő területekre, amellyel az adott tipológiához, kockázathoz, feladathoz, költségvetéshez alkalmas "lap" kikereshető, illetve elektronikusan leszűrhető. A részvízgyűjtő területet jellemző paraméterek (tipológiai besorolások, medermorfológia, stb.) alapján telepítési lehetőségeket vázol fel, a szennyezők áttekintésével mintavételi eljárásokat, indikátor paramétereket és méréstechnikai módszereket javasol a szakértő felhasználók számára. A kiépítendő rendszer információval szolgál a monitoring pontok számára, a mintavételek gyakoriságára, a mérési időközökre és a szituáció kezeléséhez minimálisan szükséges paraméterlistára. A rendszer alternatívákkal dolgozik, ami azt jelenti, hogy a lehetséges és figyelembe vett megoldások közül sorrendet állít a környezeti hatás és gazdaságosság szempontjából. Az elektronikus lap tartalmazza a kérdéses monitoring ponton szükséges mérőrendszer alap specifikációját, ugyanakkor az alternatívákban az egyes monitoring pontokhoz rendelt állomások felszereltsége „puzzle”-szerűen konfigurálható az alkalmazható műszerezettségi választékból. Mindezt kiegészíti a beépített dokumentálási- és eljárásrend sablonok paraméterezése, kitöltése és jogkörök, felelős és feladatkörök személyekhez rendelése (pl. riasztások kezelése esetén). A tárolt fajlagos adatok alapján mindezt kiegészítik a telepítéshez kapcsolódó projekt ütemezési, logisztikai és gazdasági elemzések, amikből mind a lebonyolítás átfutási időtartama, mind a várható erőforrás szükséglet és költségszint meghatározható. 3.3.2. „LEGO” elv megközelítés A telepítendő hálózatos rendszer cserélhető, variálható összes elemének előre definiált, szabványos interfésszel kell rendelkeznie a saját működési területén. A kötött kapcsolódási felületekkel elérhető, hogy a rendszer módosítása, bővítése, karbantartása során több különféle gyártótól elérhető elemkészletből válogathassunk az elvárt konfiguráció kiépítésének megfelelően. Szabványos, definiált interfészek alkalmazása szükséges: 

Szenzor szint. Kommunikációs mód meghatározása a távadók és/vagy az értelmező elektronika irányába. Tápellátás meghatározása, feszültség/áramerősség definiálása. Alvó/hibernált állapotok kezelése.



Tápellátás szint. A megújuló energiaforrások (pl. napelemek) kimeneti szintjeinek előre definiálása, fizikai paraméterek (rögzítés, méret) meghatározása. A megtermelt/rendelkezésre álló energia tárolásának módja, típusa. Elrendezések, méretek és topológiák meghatározása.



Autonóm mérőrendszer szint. A megalkotott mérőrendszerek felcserélhetőségét, pótlását, redundanciáját, annak lehetőségét biztosítani kell. Ebbe bele kell érteni a szállítás, telepítés, karbantartás ide tartozó tényezőit.

(VOP-1.1.1-11-2011-0001)

MINISTRY OF FOREIGN AFFAIRS 

Mobil mérőlaborok szintje. A mérés módjainak definiálása (validálhatóság, visszamérhetőség). Műszerek, mérési módszerek, eljárások, vízkivételi módok rögzítése.



Kommunikációs szint. Az autonóm mérőrendszerek egymás közötti és az adatparkkal való kapcsolat kialakítására szolgáló rendszer definiálása. Kommunikációs módok, típusok, alkalmazott szabványok meghatározása és rögzítése. Alkalmazott eszközök fizikai csatlakozási lehetőségeinek deklarálása.



Felső szerver szintek: Meghatározandó az adatparkok interfészei, az alkalmazott adatbázis rendszerek és az adatbázis struktúrák, valamint azok elérésének módjai.



HMI (Human-Machine Interface) szint: A több országra kiterjedő felügyelet miatt definiálni kell a megjelenítő/kiértékelő/beavatkozó/lekérdező szoftverek felületeit. Az alkalmazott programmodulok egymás közötti információcseréjét alkalmazói csomagokkal lehet biztosítani. A felhasználói felület megjelenítésére egységes nyelvet kell alkalmazni.

3.3.3. „Előtelepített fogadóhely” elv A megvalósítás során a meghatározott monitoring pontok, mérési helyek kijelölésre kerülnek, a szükséges paraméterek a "Basic CookBook" elv alapján bármikor rendelkezésre állnak. A pontok kialakításánál telepített eszközök mennyisége nem kell, hogy elérje a teljes konfigurációt. A beruházás ideje alatt elegendő, ha a megfigyelési pontok kialakításához szükséges infrastruktúrát alakítjuk ki. Kialakításra kerülnek a műszerdobozok fogadására létrehozott fix talppontok, amik lehetnek betonozott talapzatok, állványok, póznák, vagy terepbe simuló álcahelyek. Itt lehet kialakítani a vízvételhez szükséges csővezeték rendszert a hozzá szükséges fizikai védelmekkel, valamint a tápellátást biztosító segédberendezéseket. A fogadóhelyek alap készültségi szintjeit definiálni kell, vagy az adatbázisban rögzíteni szükséges annak kiépítettségi szintjét. A kialakított fogadóhelyek mindegyike ezek után alkalmas a "drag & drop" jellegű telepítése, azaz a kész csatlakozási pontokhoz egyszerűen, (a Lego elvből következően) csatlakoztatni lehet az odaszállított eszközparkot. A telepítés folyamatában kell elvégezni a technikai (vízmintavételezési, tápellátási, kommunikációs/távfelügyeleti/biztonsági) csatlakoztatásokat is. Ezáltal az elemek későbbi beüzemelése a telepített infrastrukturális háttérhez illesztve egyszerűen elvégezhető, költségtakarékos megoldássá válik. 3.3.4. Rack szekrény elv Az Előtelepített fogadóhely elv, a Lego elv és a Basic CookBook elv felhasználásával létrehozott rendszerben a mérőrendszer bármelyik eleme cserélhető, hasonlóan mint az IT szektorban elterjedt rack-szekrények belsejében lévő szerver vagy hálózati elemek. A fixen rögzített csatlakozási pontok a mintavevő dobozok egész szerkezeti felépítését meghatározzák, így rack-szerűen cserélhetőek (a mérési programnak megfelelő) műszerek, szenzorok, mintavevők, akkumulátorok, kommunikációs és informatikai eszközök. Az elv lehetővé teszi a helyszíni szenzorkalibráció elkerülését, mivel a karbantartási ütemben a laborkörülmények között kalibrált, tisztított berendezést a működtetés helyére lehet

(VOP-1.1.1-11-2011-0001)

MINISTRY OF FOREIGN AFFAIRS csatlakoztatni. A cserealkatrész lehet más gyártó által forgalmazott termék is, amelynek azonos rögzítési, tápellátási, kommunikációs és technológiai csatlakozási felületet alakítottak ki.

(VOP-1.1.1-11-2011-0001)

MINISTRY OF FOREIGN AFFAIRS 3.4. Mintavételi rendszerek a különböző mederlehetőségek figyelembevételével Kiemelendő, hogy az automata monitoring rendszerek esetében garantálni kell a rendszer stabilitását és biztonságát. Ez alatt elsősorban a vízminta ellátás biztonságát és a reprezentativitását értjük (kémiai, biológiai szempontból nem változhat, a mérőműszerekhez való eljutás alkalmával). A mérőműszerek megbízhatósága/pontossága a megfelelő karbantartással biztosítható, de a nem megfelelő mintavétel a mérési eredményeket nagymértékben befolyásolhatja, így kiemelt figyelmet kell fordítani e rendszer kivitelezésére. Áttekintésre került a Tisza vízgyűjtőn kialakításra került automata mérőállomás mintavételi rendszere, amely nagy folyók esetében kivitelezhető valamint további különböző mederszerkezethez alkalmazható mintavételi rendszerek is felmérésre kerültek. A megfelelő megvalósíthatóság érdekében minden egyes telepítési körülményt külön meg kell majd vizsgálni. A Tiszai monitoring esetében a mintavíz kivétele a folyómederbe mélyített álló csöves vízkivételi műből történik (perforált kialakítású), amelyben külön úszó biztosítja a felszíni vízmintát (ez biztosítja mindig ugyanarról a vízszintről történjen a vízmintavétel) az esetlegesen úszó olaj észleléséhez, egy másik pedig mélyebbről veszi a vízmintát a műszerek részére. A vízminta-ellátás az óránkénti mérési ciklushoz igazodik. A mérési folyamat előtt a rendszert átöblítik és tisztítják, amelyhez vizet és sűrített levegőt használnak. A técsői állomáson a vízmintavétel a mederbe beépített, abból kb 15 cm-re kiálló csövön történik. A mintavételi rendszerek kialakításánál is alkalmazzuk a „Cookbook” elvet és a kialakításokat típus specifikusan standardizáljuk. A monitoring állomások telepítésénél a mederszerkezetet figyelembe véve, nagy vizek esetében alkalmazható -

-

-

meder sodorvonalába levert állványcsöves vízkivételi módszer, amelyben úszó biztosítja a mintavíz kivételt (folyamatosan a megadott vízszintről történik a mintavétel). Ebben az esetben felszíni és felszín alatti minta is vehető. A mederben rögzített állványcső elé védő csövet is telepíteni kell az uszadék felfogása érdekében. A mintavételi szivattyú a mérőállomás épületében van elhelyezve. Ez a módszer télen is működik. A régebben használt járókerekes szivattyúk –a nagy vákuumhatás és a mintavíz felmelegítésének hatására –egyes paraméterekben hibákat eredményeznek, ezért ennek az alkalmazását nem javasoljuk. A fent említett szivattyú helyett megfelelő méretű perisztaltikus szivattyú használata megfelelő. Telepítése költségesebb, de karbantartási igénye kicsi. A kis vízhozamú meder esetén ez a módszer helyett javasolt a mederbe mélyített nagynyomású pl. KPE cső lefektetése, és a végén szűrővel lezárva (pl. eltömődés elleni védelem, uszadék felfogása).

A telepítések kivitelezésének nagyban befolyásoló tényezője a vagyonvédelem és a biztonságtechnika. Ezért mindenképpen szükséges a már kiépített rendszerek

(VOP-1.1.1-11-2011-0001)

MINISTRY OF FOREIGN AFFAIRS feltérképezése és lehetőség szerint alkalmazása az EWS rendszerben is, mert így csak a mintavételi ágra kell megfelelő csatlakozást kiépíteni.

A műszakilag alkalmazható mintavételi rendszerek esetében a következő logikai áttekintését tesszük: Elhelyezési szempontok Amennyiben közvetlenül a vízfolyásban helyezzük, el a monitoring állomást akkor mintavételről nem beszélünk. Ha ez nem lehetséges, akkor a következő lépéseket kell megtenni: - a vizsgálni kívánt víztest típusa pl. nagy folyó, kisvízfolyás, időszakos vízfolyás (pl. mederszélesség, vízmélység, partszakasz szerkezete) - természetes vagy mesterséges meder (pl. meder kiépítettsége, a mintavételi cső rögzítésének lehetőségei) - kisvízfolyás esetében a mintavétel a sodorvonalból lehetséges-e - áramlási sebesség (legmagasabb–legalacsonyabb vízállás, vízhozam) A vízmintavétel esetében, meg kell vizsgálni hány db mérőeszköz kerül kiszolgálásra a monitoring állomáson, hogy mennyi vizet kell biztosítani a mérőeszközök részére. Kialakítási szempontok 1. A vízfolyásban helyezzük el a búvárszivattyút és úgy juttatjuk a vizet a monitoring állomáshoz 2. Perisztaltikus szivattyút használunk, amikor csak egy mintavevő csövet helyezünk el a vízfolyásban a szivattyú pedig az állomáson található. Figyelembe kell venni a kapacitását: 8 m az emelőmagasság és 15-20 m távolságra. 3. A kisvízfolyások esetében a mintavételi csövet a meder falához rögzítjük, és a sodorvonalból vesszük a vízmintát. A mintavételi cső végére megfelelő szűrő elhelyezése szüksége, hogy a nagyméretű lebegőanyag és az uszadék ne okozzon dugulást a csőben. 4. A reprezentatív vízminta elérése érdekében a kialakításra kerülő csőrendszer anyagának a meghatározása szükséges, hogy ne szennyezzük el a vízmintát. 5. A vízminta áramlási sebességének megválasztásánál figyelembe kell venni, hogy a teljes csőrendszer megfelelően átmosásra kerüljön a friss vízmintával, valamint pangó víz ne legyen a rendszerben (pl. algásodás). 6. A mérési gyakoriság megválasztásánál megvizsgáljuk a szennyező anyagok terjedési sebességét valamint figyelembe vesszük a mérőrendszerek mérési idejét. 7. A szivattyú felszívási időtartamának a megválasztása is kulcsfontosságú, hogy ha a monitoring állomás belsejében kerülnek meghatározásra az általános paraméterek (pH, vezetőképesség), akkor megfelelő ideig rendelkezésre álljon a vízminta valamint a mintatároló edénybe elegendő mennyiségű víz kerüljön a mérőrendszerek/analizátorok kiszolgálása érdekében. 8. Magas partfal esetében: pl. karos rendszer alkalmazása: a parton egy beton akna kerül kialakításra és egy acél csövet rögzítettek, amely benyúlik a víztestbe. Az acél cső végén egy úszó található, amely biztosítja, hogy mindig ugyanabból a mélységből történjen a mintavétel. A védelem érdekében terelőelemet használhatunk. 9. A téli üzemelésnél az elfagyás megakadályozása érdekében a mintavételi cső szigetelésével vagy fűtőszál elhelyezésével biztosítható.

(VOP-1.1.1-11-2011-0001)

MINISTRY OF FOREIGN AFFAIRS A mintavételi rendszer kialakítása mellett szükséges a mérőrendszerek kalibrálásához és tisztításához desztillált víz. Ezért a kialakítását ugyanúgy ki kell építeni és automatizálni.

(VOP-1.1.1-11-2011-0001)

MINISTRY OF FOREIGN AFFAIRS 3.5. Az EWS monitoring állomások kialakítása 3.5.1. A telepítés speciális szempontjai On-line mérőállomásokat a víztestre elsősorban két célból telepíthetünk. Az egyik cél a Víz Keretirányelv szerinti vízminőségi adatok és így a víztest kémiai állapotának folyamatos ellenőrzése, a másik az esetleges havária jellegű szennyezések korai észlelése és az ezekhez kapcsolódó riasztás (early warning). A Víz Keretirányelv szerinti mérések helyszínét az országos monitoring hálózatban szereplő mérési pontokhoz célszerű illeszteni. Az early-warning célból telepített on-line monitoring rendszer telepítésének előkészítése során először a telepítés javasolt helyszínét célszerű meghatározni. A helyszín kiválasztásánál a következő fő szempontokat kell figyelembe venni: 1. A telepítési pont a potenciális szennyező források közelében legyen a havária jellegű szennyezések minél korábbi detektálása érdekében. A közeli telepítés mellett figyelembe kell venni azt is, hogy az esetlegesen bejutó szennyezés a víztestben milyen mértékben terül szét a mintavétel helyéig, a mintavételi pont a kialakuló csóva mely szakaszára kerül, esetleg a csóva a mintavételi helyet éppen elkerüli. 2. A telepítés helyszíne védett legyen a szélsőséges vízállásokkal szemben, illetve tegye lehetővé a mintavételt még igen alacsony vízállás esetén is. Fontos szempont az úszó (bója típusú) mérőállomások megfelelő biztonsággal történő horgonyzása, illetve a parti rendszerek megfelelő mintaellátása és biztonsága. Ez utóbbiaknál a mintaellátást szivattyúval kell megoldani, ami hálózattól független energiaellátás esetében további energiatakarékossági szempont figyelembevételét is megköveteli. Az általános gyakorlat szerint a minta szállítását minél rövidebb úton kell megoldani. Nem javasolt 30-50 méternél hosszabb, illetve a vízminta tartózkodási idejére nézve 10-20 másodpercnél hosszabb mintavezetéket kialakítani. Ha szükséges, a telepítés helyét a hullámtérben, az áradásoktól megfelelően véve kell kialakítani. 3. A telepítés helyszíne könnyen megközelíthető legyen a rendszeres karbantartás céljából. Amennyiben az eszköz úszó telepítésű, a megközelítése csónakkal lehetséges. Itt az eseti karbantartásokat a vízen, csónakból kell elvégezni. 4. Az energiaellátás lehetőség szerint hálózati feszültséggel legyen megoldható. Ha hálózati feszültség nem áll rendelkezésre, olcsó alternatív energiaellátást kell biztosítani (napelem, akkumulátor, tüzelőanyagcella). 5. Könnyen hozzáférhető kommunikációs lehetőség álljon rendelkezésre (megfelelő térerő GSM esetén, telefonvonal, WIFI-lehetőség, stb.). A mérési adatok továbbítása alternatív lehetőségként GSM hálózaton keresztül GPRS kommunikációval, vagy rádiós adatátviteli eszközzel szabad frekvenciasávon, esetleg WIFI-kapcsolat elérhetősége esetén közvetlenül az internetre lehetséges. Az adatgyűjtés és végső adatfeldolgozás az internetre kapcsolódó szerveren történik. A szerveren tárolt adatok megfelelő jogosultság esetén az interneten keresztül elérhetőek. 6. A telepítés helyszíne védett legyen szabotázs ellen. A védelem aktív és passzív elemekből állhat. A vízen úszó egység védelmét több szinten lehet biztosítani. Megfelelő robusztus kialakítással az elsődleges mechanikai védelmet lehet biztosítani. Kinyitás, a horgonyról történő leválasztás, vagy a GPS pozíció megváltozása esetén SMS-riasztás,

(VOP-1.1.1-11-2011-0001)

MINISTRY OF FOREIGN AFFAIRS esetleg helyszíni hang riasztás is lehetséges. Az eszköz megfigyelhető egy, a parton lehelyezett internetre kapcsolt kamerával is. A megfelelő helyszín behatárolása után a mérendő paramétereket a következő szempontok szerint célszerű meghatározni: 1. A mért paraméterek és méréshatárok illeszkedjenek a potenciális szennyező forrásból a víztestbe jutó szennyezőanyagok típusához és a várható koncentrációkhoz. Amennyiben az esetleges szennyezés több különböző paraméter változását eredményezi, célszerű a leg-egyszerűbben mérhető paramétert kiválasztani (pl. vezetőképesség) és ennek folyamatos mérésével biztosítani a havária jelzését. Itt kiemelt fontosságú a vízgyűjtő terület potenciális szennyező forrásainak feltérképezése különös tekintettel a várható szennyező komponensek anyagi minőségére és koncentrációjára. Egy sajtgyárból érkező tejsavó szennyezést detektálhatunk on-line KOI-méréssel is, de mivel a savó pHja igen alacsony, sok esetben elegendő lehet a pH-mérés is. A víztest pH-jában bekövetkező ugrásszerű változás utalhat a szennyező csóva érkezésére. 2. Amennyiben egy paraméter mérése több különböző technikával is megoldható, célszerű a legalacsonyabb karbantartás igényű, alacsony üzemeltetési költségű, alacsony segédanyag és energia igényű megoldást választani, még abban az esetben is, ha ez a másik megoldásnál kevésbé pontos eredményt szolgáltat. Igen gyakori eset, hogy az adott paraméter mérésére rendelkezésre áll kémiai analizátor, amely többnyire szabványos mérési eljárással, a laboratóriumi méréseket megközelítő pontossággal képes az adott komponens koncentrációját meghatározni, ugyanakkor rendelkezésre áll egy, vagy több alternatív méréstechnika is, amely nem szabványos, de az on-line méréstechnikai igényeknek jobban megfelel. Ez utóbbiak alacsonyabb karbantartás igénnyel, alacsonyabb üzemeltetési költséggel és egyszerűbb szerkezettel rendelkeznek, de a mérési eredmények gyengébben korrelálnak a laboratóriumi eredményekkel. Tipikus példa a KOI mérése szabványos dikromátos módszerrel, illetve UVabszorpcióval. A szabványos dikromátos módszer a laboratóriumi eredményeket jobban közelíti, de az UV-abszorpció beruházási költsége fele, üzemeltetési költsége töredéke a dikromátos módszerrel működő analizátorénak, mérési gyakorisága a dikromátos módszer óránkénti maximum egy mérésével szemben akár percenkénti is lehet, és pontossága sok esetben ez utóbbinak is kielégítő lehet. 3. Az early-warning működés szempontjából az összegzett paraméterek mérése kedvezőbb (TOC, KOI, BOI, TN, TP, PAH, aromások, fenolindex). Ebből a szempontból kiemelkedő jelentőséggel bír a toxicitás on-line mérése. 4. A szennyezések biztonságos beazonosítása érdekében valamennyi rendszerhez ajánlott automata vízmintavevő beépítése, amely a határérték túllépések estén a későbbi laboratóriumi elemzésekhez szükséges vízmintákat automatikusan tárolja. A monitoring rendszer kialakításánál tipizált megoldások segítségével több különböző szintű (ennek megfelelően különböző költségigényű), modulárisan bővíthető rendszert célszerű összeállítani, és az adott helyszín figyelembevételével a megfelelő típust és annak megfelelő paraméterekre specializált változatát telepíteni. A tipizált megoldásokba épített eszközöket szintén célszerű egységesíteni. Amennyiben több különböző gyártő készülékei

(VOP-1.1.1-11-2011-0001)

MINISTRY OF FOREIGN AFFAIRS kerülnek beépítésre, esetleg alternatív lehetőségként, a tipizált monitoring rendszer kialakításánál egységes hidraulikus és villamos csatlakozási pontokat, egységes tápfeszültséget és egységes kommunikációs protokollokat, vagy analóg jeleket kell kialakítani, illetve amennyiben az eszközök ezen szempontok szerint eltérőek, megfelelő csatlakozó rendszereket kell kialakítani. Amennyiben az eszközök cseréjére a terepen szükség lehet, az így egységesített csatlakozó felületekkel a laboratóriumban előre felkészített és kalibrált eszköz beépítése a terepen már egyszerűen megoldható. 3.5.2. A monitoring állomások javasolt típusai 1. Bójába épített egyszerű rendszer Bójába épített egyszerű rendszer extrém alacsony energiafogyasztással, egy, maximum két paraméter mérésére. Az energiaellátás napelem és akkumulátor segítségével történik. A mérhető paraméterek körét az alacsony energiaigényű szenzorokkal mérhető paraméterek közül kell választani. Mérhető paraméterek: vízhőmérséklet, pH, redox potenciál, vezetőképesség, oldott oxigén, zavarosság, klorofill-a, kékalga, SAC254, PAH, ionszelektív elektróddal mérhető paraméterek (ammónium, klorid, nitrát). 2. Bójába épített multiparaméteres rendszer Bójába épített multiparaméteres rendszer extrém alacsony energiafogyasztással, több paraméter mérésére. Az energiaellátás napelem és akkumulátor segítségével történik. A mérhető paraméterek körét az alacsony energiaigényű szenzorokkal mérhető paraméterek közül kell választani. Mérhető paraméterek: vízhőmérséklet, pH, redox potenciál, vezetőképesség, oldott oxigén, zavarosság, klorofill-a, kékalga, SAC254, PAH, ionszelektív elektróddal mérhető paraméterek. 3. Parton telepített műszerszekrénybe épített egyszerű többparaméteres mérőrendszer Parton telepített műszerszekrénybe épített egyszerű többparaméteres mérőrendszer, a központi egység a bójára telepített mérőrendszernél alkalmazott központi egység bázisán alapul. Az energiaellátás hálózati feszültséggel, vagy napelem és akkumulátor segítségével oldható meg. Mérhető paraméterek: vízhőmérséklet, pH, redox potenciál, vezetőképesség, oldott oxigén, zavarosság, klorofill-a, kékalga, SAC254, PAH, olajszennyezés, ionszelektív elektróddal mérhető paraméterek. Ehhez a rendszerhez már csatlakoztatható speciálisan alacsony energiaigényű automata vízmintavevő is. 4. Kisméretű mobil konténerbe telepített mérőrendszer

(VOP-1.1.1-11-2011-0001)

MINISTRY OF FOREIGN AFFAIRS Kisméretű mobil konténerbe telepített mérőrendszer, mely igény szerint a kritikus helyszínekre egyszerűen áttelepíthető. A mérőrendszer a multiparaméteres bója központi egységét tartalmazza, energiaellátása akkumulátorról, és napelemről történik. Mérhető paraméterek: vízhőmérséklet, pH, redox potenciál, vezetőképesség, oldott oxigén, zavarosság, klorofill-a, kékalga, SAC254, PAH, olajszennyezés, ionszelektív elektróddal mérhető paraméterek. Ehhez a rendszerhez szintén csatlakoztatható speciálisan alacsony energiaigényű automata vízmintavevő is. 5. Nagyméretű konténerbe, vagy téglafalú épületbe telepített összetett mérőrendszer Nagyméretű konténerbe, vagy téglafalú épületbe telepített összetett mérőrendszer, amely alkalmas bonyolult méréstechnikát alkalmazó kémiai analizátorok üzemeltetésére is. Ez a rendszer a korábbiaknál nagyobb energiaigényű, ezért energiaellátását villamos hálózatról kell megoldani. Speciális esetben megoldható a napelemes energiaellátás, de a biztonságos energiaellátáshoz több nagyméretű napelem szükséges. Alternatív lehetőségként alkalmazható a tüzelőanyag cellás energiaellátás. A beépített analizátorok csatlakozásra is.

függvényében

szükség

lehet

tiszta

technológiai

víz

Mérhető paraméterek: vízhőmérséklet, pH, redox potenciál, vezetőképesség, oldott oxigén, zavarosság, klorofill-a, kékalga, SAC254, PAH, olajszennyezés, ionszelektív elektróddal mérhető paraméterek. Ezek a rendszerek a fentieken kívül alkalmasak bonyolult működésű kémai analizátorok üzemeltetésére is: TOC, KOI, toxicitás, nehézfém analizátor, on-line gázkromatográf, egyedi paraméterek mérésére alkalmas speciális analizátorok. 6. Automata vízmintavevő Ehhez a rendszerhez szintén csatlakoztatható automata vízmintavevő, mely határérték túllépés esetén, vagy a kezelő távoli utasítására vízmintát vesz és szabványos körülmények között, hűtve tárolja. 7. Passzív mintavevők Részletesebben ld. 3.5 pont. 3.6. Mintaarchiválási rendszerek típusai és kialakítási lehetőségei 3.6.1. Mintaarchiválási rendszerek Automatikus hűtött vízmintavevő rendszerek elhelyezése a monitoring állomásokon. Több mintavételi lehetőség állítható be. - A mintavétel történik határérték túllépés esetén (rendszer automatikusan indul vagy távoli asztali eléréssel is elindítható) -

A mérőállomásokon a mintavétel a mérési periódussal automatikusan megtörténik pl. óránként. Ha nem történik határérték túllépés, akkor üríti magát a

(VOP-1.1.1-11-2011-0001)

MINISTRY OF FOREIGN AFFAIRS rendszer. Így rendelkezésre áll 24 db tároló edény hűtött tárolóban. Egy edény 2,5 literes. Ha nem önleeresztő a rendszer, akkor a begyűjtött mintákat laboratóriumba szállítják és utána elemzésre kerül. EWS rendszer esetében milyen típusú jelzések lehetnek: Vízminőségére vonatkozó jelzések - jelzés (normál), amikor a megadott határérték túllépés esetén riasztást küldd SMS (szöveges vagy hang), e-mail formájában -

mintavételről jelzés, abban az esetben, amikor előre definiált szituációkban a telepített hűtött vízmintavevő segítségével tároljuk a mintát és az üzemeltető a vízmintát laboratóriumba szállítja (pl. órás mintavétel, 24 órás átlag minta, mindig történik mintavétel és ha gond van akkor megtartja a vízmintát és jelez). A vízminta tárolása esetében a meghatározni kívánt fizikai-kémiai paraméterekre vonatkozóan meg kell adni az edények típusát (pl. üveg vagy műanyag)

Mérőrendszerre vonatkozó jelzések - mérőműszer meghibásodásáról jelzés -

mintavételi problémából származó jelzés (pl. nincs vízminta, szivattyú probléma)

-

akkumulátor töltöttségi szintje alacsony

-

reagens fogyásról/cseréről jelzés

-

kalibrálás jelzése

Biztonsági okokból történő jelzés - ajtónyitásról jelzés -

GPS koordináták változásáról jelzés

-

áramellátási problémák

Vakriasztás - Működési probléma (szondafej érzékelőjének elszennyeződése, mintavevő cső eltömődése, mérőrendszer meghibásodás) Tekintettel kell lenni arra, hogy országok technológiái, továbbá környezetvédelmi infrastruktúrája rendkívül eltérőek. 3.6.2. Passive samplers Introduction of passive samplers Most aquatic monitoring programmes rely on collecting discrete grab, spot or bottle samples of water at a given time. Often, where pollutants are present at only trace levels, large volumes of water need to be collected. The subsequent laboratory analysis of the sample provides only a snapshot of the levels of pollutants at the time of sampling. However, there are drawbacks to this approach in environments where contaminant concentrations vary over time, and episodic pollution events can be missed. Passive sampling methods have shown much promise as tools for measuring aqueous concentrations of a wide range of priority pollutants. Passive samplers avoid many of the problems outlined above, since they collect the target analyte in situ and without affecting the bulk solution. Depending on sampler design, the mass of pollutant accumulated

(VOP-1.1.1-11-2011-0001)

MINISTRY OF FOREIGN AFFAIRS by a sampler should reflect either the concentration with which the device is at equilibrium or the time-averaged concentration to which the sampler was exposed. Any sampling technique based on free flow of analyte molecules from the sampled medium to a receiving phase in a sampling device, as a result of a difference between the chemical potentials of the analyte in the two media. The net flow of analyte molecules from one medium to the other continues until equilibrium is established in the system, or until the sampling period is stopped. Sampling proceeds without the need for any energy sources other than this chemical potential difference. Analytes are trapped or retained in a suitable medium within the passive sampler, known as a reference or receiving phase. This can be a solvent, chemical reagent or a porous adsorbent. The receiving phase is exposed to the water phase, but without the aim of quantitatively extracting the dissolved contaminants. There are two kinds of passive samplers from the viewpoint of desing: equilibriumpassive samplers and kinetic passive samplers. The former the exposure time is sufficiently long to permit the establishment of thermodynamic equilibrium between the water and reference phases. In the latter it is assumed that the rate of mass transfer to the reference/receiving phase is linearly proportional to the difference between the chemical activity of the contaminant in the water phase and that in the reference phase. It should be noted, that passive samplers use no electricity or chemicals, need no or almost no maintenance, and are very useful for the measurement of specific chemicals, even in extremely low concentrations. However, the measurements themselves are made in a laboratory with the help of analytical devices, meaning they can not be used as early warning sensors nor as parts of on-line monitoring systems. Also, the measurement results are the sum of the pollutants absorbed during the whole exposure period, meaning no temporal diversification can be made. Passive sampler types for organic pollutants Semi-permeable membrane (SPMD) devices comprise lay-flat tubing made of lowdensity polyethylene (LDPE) filled with a high-molecular weight lipid, typically high-purity synthetic triolein. LDPE is a non-porous material with no fixed pores, only transient cavities with a typical size of 1 nm. This solute size limitation excludes large molecules as well as those that are adsorbed on colloids or humic acids. Only truly dissolved and nonionised contaminants diffuse through the LDPE membrane and can be separated by the sampler. Polar organic chemical integrative sampler (POCIS). The POCIS is used to monitor hydrophilic contaminants, such as pesticides, prescription and over-the-counter drugs, steroids, hormones, antibiotics and personal-care products. Such compounds are entering water and ecosystems on a global scale and some have been linked with chronic toxicities. POCIS samples from the dissolved phase and thereby enables the biologically available fraction to be estimated. Chemcatcher (organic version). This system uses a diffusion-limiting membrane and a bound, solid-phase receiving phase. Accumulation rates and selectivity are regulated by the choice of both the diffusion-limiting membrane and the solid-phase receiving material; both are supported and sealed in place by an inert plastic housing. For a range of priority pollutant classes, a number of designs are available with different combinations of receiving phase and diffusion-limiting membrane

(VOP-1.1.1-11-2011-0001)

MINISTRY OF FOREIGN AFFAIRS Solid-phase microextraction (SPME) is a simple extraction method with several advantages over liquid–liquid extraction and solid-phase extraction. The use of organic solvents is diminished and the SPME technique is simple, precise, and it may be automated easily, and the apparatus is inexpensive. The extraction medium is a thin layer of a polymer coating on an optical silica fibre, with a typical volume of 10–150 nL. Extraction equilibrium may generally be reached in 30 min. The mass of analyte on the fibre can be measured by either gas chromatography (GC) or high-performance liquid chromatography (HPLC) Membrane-enclosed sorptive coating. This adaptation of the SPME technique to enable integrative passive sampling of hydrophobic organic pollutants has been reported. The device, referred to as the MESCO (membrane-enclosed sorptive coating), comprises a Gerstel Twister stir bar used for stir-bar sorptive extraction (SBSE) or a silicone polymer rod enclosed in a membrane made of regenerated cellulose. The receiving phases may be surrounded by air or water within the bag. The miniature MESCO sampling system combines sampling with solventless pre-concentration. The sampler enables direct analysis of the accumulated contaminants by thermodesorption coupled on-line to GC, thereby avoiding time-consuming sample preparation and clean-up. Ceramic dosimeter. The ceramic dosimeter uses a ceramic tube as the diffusionlimiting barrier to enclose a receiving phase comprising solid sorbent beads. Recently, the utility of the ceramic dosimeter as a robust groundwater-sampling device was demonstrated for benzene, toluene, ethyl benzenes, xylenes (BTEX) and naphthalenes, using Dowex Optipore L-493 as the receiving phase. Polyethylene diffusion bags. There is potential for loss of volatiles during the collection of VOCs from groundwater. Polyethylene diffusion bag (PDB) samplers help to eliminate this problem .The sampler comprises a membrane sealed in the form of a long cylindrical bag, filled with deionised water. The bag is made of LDPE and acts as a semipermeable membrane allowing the passage of most chlorinated VOCs. VOCs in groundwater diffuse across the membrane into the de-ionised water in the bag until equilibrium is reached. Passive sampler types for inorganic pollutants Dialysis in situ. Equilibrium dialysis is a simple, size-based separation method applicable to the study of trace-metal speciation. Sampling with a dialysis cell is based on a diffusive flux of species able to pass through the cell membrane towards a small volume of water as the acceptor solution, until equilibrium is reached. Dialysis with receiving resins. An alternative configuration to the above is to add a receiving phase (e.g., a chelating resin) with a high affinity for the species being measured in the cell. Under these conditions, the diffusion rate is theoretically directly proportional to the metal concentration in the water being sampled. Supported liquid membranes (SLMs) pre-concentrate trace elements from water and have been developed to mimic uptake across biological membranes. This system comprises an organic solvent with a complexing agent that is selective for the target element and is immobilised on a thin macroporous hydrophobic membrane Diffusive gradient in thin films. The diffusive gradient in thin-films (DGT) device is a development of a similar sampler – the diffusion equilibrium in thin-films (DET) device The DGT device comprises a gel-layer incorporating a binding agent (which acts as a solute sink)

(VOP-1.1.1-11-2011-0001)

MINISTRY OF FOREIGN AFFAIRS and a hydrated acrylamide diffusion gel separating it from the water column. This creates a diffusion layer of well-defined thickness. Passive integrative mercury sampler. Attempts have been made to use the passive integrative mercury sampler (PIMS), originally designed for air sampling, to sample neutral Hg species in water. The device comprises lay-flat LDPE tubing containing a reagent mixture of nitric acid and gold stock solution. Chemcatcher (inorganic version). An alternative configuration of the Chemcatcher has been developed for the separation of metals. The device comprises a commercially available 47 mm diameter chelating extraction disk as receiving phase and a cellulose acetate diffusion-limiting membrane. The sampler has been used to monitor Cd, Cu, Ni, Pb and Zn, in various aquatic environments, such as a storm-water pond, where the uptake of metals was compared with flow-weighted bottle samples. Uses Chemical monitoring: Currently available passive sampling devices are applicable to monitoring chemicals with a broad range of physicochemical properties and the detection limits obtained or the lowest measured concentrations suggest that passive samplers may find application in monitoring programmes. Contaminant speciation: Speciation of environmental contaminants includes not only physicochemical speciation of the forms in which analytes are present in the sampled matrix (e.g., freely dissolved, colloidal and particle-bound forms), but also chemical speciation (e.g., the valency state of metals in the sampled water). Trace metals are present in water in various forms (hydrated ions, and inorganic and organic complexes) together with species associated with heterogeneous colloidal dispersions. The particulate phase also contains elements in a range of chemical associations, from weak adsorption to binding in the mineral matrix. These species coexist, although they may not necessarily be in thermodynamic equilibrium. The difficulty in differentiating the various forms arises from the low levels present in natural waters. The fractionation of species is recognised as an essential step in assessing bioavailability and toxicity in water. A problem is that solution equilibria may change after sample collection through adsorption or desorption of analytes to particulate and colloidal surfaces. Passive samplers can be applied to characterise the distribution of organic contaminants between particulate, dissolved and colloidal phases in the water column. The selectivity of devices may be adjusted to sample a desired fraction of an analyte present by choosing membrane materials with desired properties (e.g., pore size and charge on the surface). Most passive samplers collect only the truly dissolved fraction of chemicals, since the truly dissolved molecules become separated from colloids and particles during their diffusion across the membrane that separates water from the receiving phase; and, only dissolved molecules are sorbed by the receiving phase Passive samplers have been used to gain understanding of the species of metals in the aquatic environment. Speciation of metals with the DGT device relies on two effects: the relative difference in diffusion coefficients; and, the relative difference in affinity to the binding agent between the species to be characterized. It is possible to differentiate between inorganic labile species and organic labile species by employing a systematic variation of diffusion gel pore sizes, resulting in a size-discriminating uptake in a similar fashion to

(VOP-1.1.1-11-2011-0001)

MINISTRY OF FOREIGN AFFAIRS voltammetry. However, diffusion coefficients of the model species have to be determined individually to make accurate measurements of the concentration of the labile species Quantification of concentrations in water. Passive sampling methods can be used to calculate the concentrations of compounds in the aqueous phase. However, it is important to recognise that, in most cases, the aqueous concentration estimated using passive samplers reflects only the truly dissolved contaminant fraction and is not necessarily equal to the concentration measured in spot samples, particularly in very hydrophobic compounds in the presence of elevated levels of dissolved organic matter. Nevertheless, the comparison is possible, if all species and fractions of contaminants present in the sampled matrix are characterized. In many aquatic systems, contaminant concentrations are not constant, but fluctuate or occur in the form of unpredictable pulses. Concentrations reflected by integrative passive samplers are TWAs over the exposure period, but more research is needed to quantitate the uptake in passive samplers in scenarios involving pulsed and discontinuous exposure. Such research will provide sufficient evidence of realistic concentration estimates using passive samplers and convince the regulators of the application of passive samplers in monitoring programmes. Estimate of organism exposure. Biomimetic equilibrium sampling approaches using SPME and Empore disks can mimic partitioning of contaminants between the pore water and the organism. Both approaches assume that the freely dissolved contaminant concentrations will represent bioavailability. However, for substances that may be biotransformed in the organism, the methods will overestimate the concentration in the organism. For organisms that have several routes of uptake (in addition to via the water phase), the biomimetic method will underestimate the concentration in the organisms. Bioassays. The pre-concentrated extracts obtained from the elution of receiving phases of passive samplers (particularly those used to measure organic pollutants) can subsequently be combined with a variety of bioassay procedures to assess both the level and the biological effects of water contaminants. In some in vitro bioassays used to assess the health of an ecosystem, problems can occur due to the difficulty of obtaining suitable water samples for testing. For example, most hydrophobic organic contaminants are present in aquatic environment only at trace levels (i.e., <1 lg/L). The extraction of several litres of water would be required to yield sufficient amounts of analyte for subsequent bioassay. The use of ‘‘bio-mimetically’’ separated extracts from passive samplers can overcome this problem. It has been shown that the baseline toxicity of chemicals can be predicted (based on total body residue estimates) from the concentration of contaminants separated by passive samplers. 3.7. Az EWS monitoring állomások műszerezettsége Az Előtelepített fogadóhely elv megvalósításával viszonylag kevés számú, nagy bekerülési értékű műszer/szenzor/szonda beszerzésével lehet nagyszámú mérési pontot létrehozni. Az eljárás során a műszerek (szenzorok, szondák vagy komplett mérőberendezések, analizátorok) meghatározott telepítési program alapján, ütemezetten – akár rotációban - vagy extrém körülmények, ill. riasztási esetekben egyszerűen (gyorsan és behatárolt költséggel) telepíthetőek egyik megfigyelési pontból (vagy egy központi tárolóból) a cél monitoring pontba.

(VOP-1.1.1-11-2011-0001)

MINISTRY OF FOREIGN AFFAIRS Így lehetővé válik, hogy a vízgyűjtő terület kijelölésre kerülő jellegzetes monitoring pontjain elsősorban csak EWS szúk fókuszát jelentő alap indikátor paraméterek detektálására alkalmas eszközök telepítésére kerüljön sor. A LEGO és a Rack-szekrény elvek alkalmazásával biztosított a rendszer rugalmassága, gazdaságos működtetése -

az előkészített infrastrukturális elemekhez (pl. betonozás, vízmintavételezés) egyszerűen illeszthetők a mobil mérőkonténerek

-

a konténerekbe az újabb, vagy más feladatot ellátó (csere) műszerek a készítendő szabványosított adapterek alkalmazásával egyszerűen telepíthetők, vagy leválaszthatók az előkészített rögzítési, (víz be/kivezetés, tápellátás) csatlakozási egységesített felületek segítségével

-

a SW felület paraméterezhetően kezeli a mérőhálózati elem változtatásokat

-

felhasználói felület paraméterezhető (pl. a monitoring ponthoz rendelt riasztási határérték beállítása)

-

helyszíni teszt és öndiagnosztika végezhető el.

Az állomások igény esetén az elemzéshez szükséges kiegészítő berendezésekkel is felszerelhetők, a nyert adataik integrálhatóak (GPS, időpont párosítható) -

vízállásmérő,

-

áramlásmérő,

-

csapadék érzékelő.

3.8. Az EWS monitoring információ A helyek kijelölése és a hálózat kialakítása biztosíthatja a megfelelő minőségű, részletezettségű információt a felszíni vizek állapotáról. A viszonylag alacsony költségszinten nyert folyamatos adatsorok, kiegészítő információk közvetett és közvetlen módon járulhatnak hozzá a felszíni vizek jó ökológiai és kémiai állapotának elérését célzó intézkedési tervek készítéséhez. Az egyes monitoring pontokból nyert információk közvetlenül (nyers adatok), vagy bizonyos feldolgozottsági állapotban (aggregált, időszakosan átlagolt, stb.) jellemzően valós idejű adatként több szinten is megoszthatók, mind az adott országon belüli, mind az érintett országok kijelölt stake holder részére. Ugyancsak biztosítható az interoperabilitás, a különböző rendszerek kellő adatfeldolgozási, értelmezési együttműködése. Természetesen megoldandó a mért adatok közül a műszerhiba, vagy mérési eljárási probléma, leállások okozta téves/hibás adatok, ill. vakriasztás kiszűrése, a hiba okának detektálása, a távfelügyeleti rendszer segítségével történő beazonosítása, esetleges központi elhárítása. 3.9. Eljárás rend (Forgatókönyvek készítése) -

Automatikusan jegyzőkönyv készül

-

Riasztási eljárás rend (e-mail, SMS). Megadásra kerülnek a felelősök, akikhez befut a riasztás valamint a felsőbb vezetés elindítja az intézkedési folyamatot.

-

Nemzetközi riasztási rendszerekbe történő integrálása:

-

PIAC, Principal Industrial Alarm Center,

(VOP-1.1.1-11-2011-0001)

MINISTRY OF FOREIGN AFFAIRS -

AEWS, Accidental Emergency Warning System

-

Kiegészítő adattartalom (pl. időjárás, csapadék) ezen adatok beintegrálása a rendszerbe, az előrejelzésben fontos szerepet tölt be, mivel csapadék esetében előre lehet jelezni, hol várható intenzív szennyezés bemosódás (pl. jelezhető a vízkivételek leállítása)

-

Amennyiben szükséges áttelepítés az erre vonatkozó eljárás is kidolgozásra kerül

Logical architecture of Early Warning System

(VOP-1.1.1-11-2011-0001)

MINISTRY OF FOREIGN AFFAIRS 4. Calculation of investment and operational costs for the monitoring system to be developed 4.1. Projekt költségek: beruházási és üzemeltetés A tervezett monitoring rendszert, illetve az egyes állomásokat beruházási és fenntartási költségek szempontjából megvizsgálva néhány fontos megállapítást kell tenni, jellemzően ezen rendszereket tekintve. Mind a beruházási (CApital EXpenditure CAPEX), mind a fenntartási (OPeration EXpenditure - OPEX) költségek, illetve azok magas vagy alacsony értékei látszólagosan egymástól függetlenül kombinálhatóak. A beruházási (C) és fenntartási, üzemeltetési (O) költségek alacsony szinten tartása a feladat léptékéből következően szóba sem kerülhet, mint megvalósítási alternatíva, mert sem az alacsony beruházási költségekből megvalósítható műszaki tartalom, sem pedig a megvalósított rendszer biztonságos üzemeltethetősége nem fogja lefedni azt az igényt, amit a megvalósítani kívánt rendszerrel kapcsolatban elvárunk. Ezzel szemben a mindkét költség kategóriába való egyidejűleg magas értékű ráfordítást a tervezett monitoring technológia nem igényel, az ilyen rendszerek tipikusan nagy infrastruktúrát és erőforrásokat igénylő, nagy kockázatot jelentő és elviselő üzemi, folyamatirányítási rendszerek, komoly szakember gárdával a háttérben. A költségek tervezésének említett két szélsőséges kombinációját már a tervezés korai fázisában sem tartjuk az adott feladatra alkalmazhatónak, emiatt a finanszírozást nem ezekben a formákban képzeljük el. A beruházási költségek (C) alacsony szinten tartása egy magasabb fenntartási költség (O) tervezése mellett a rövid távon üzemeltethető, elavuló, kísérleti rendszereket jellemzi, a monitoring szempontjából nem szerencsés a választása. A monitoring rendszer kialakítása szempontjából a legjobb megoldás az induláskor magasabb összeget beruházni (C) a költségesebb anyagi, hardver és szoftver elemekbe, a rendszert robusztus kialakításúra készíteni, majd egy alacsonyabbra tervezett költségvetéssel (O), az “Install it and forget it” filozófiának megfelelően, kevés humán erőforrással és karbantartási igénnyel üzemeltetni, amely robusztus, hosszú élettartamra tervezett, sokáig üzemelő rendszerek esetén gyakorlatként általában beválik. A rendszer kialakítása során ebből a koncepcióból indultunk ki. A tervezett rendszer alapvetően szenzor elemekből, intelligens adatgyűjtőből, kiértékelő elektronikából, valamint rádiófrekvenciás kommunikációs egységből áll. Mivel egy adott vízgyűjtő területen a megfigyelő állomások egymástól nagy távolságban is elhelyezkedhetnek, a műszereket rádiófrekvenciás adatátvitellel szereljük fel, ezzel is jelentősen csökkentve a helyileg installált eszközök számát és ezzel a telepítés költségeit. A rendszerrel szemben támasztott műszaki követelmények mellett meghatározó az eszközök ára, melyet olyan szintre kell csökkenteni, hogy versenyképes legyen a kiszállásos, terepi laboratóriumi méréseken alapuló vizsgálatok költségeivel. 4.2. EWS mérőrendszer portfólió költségbecslés Jellemzők:

(VOP-1.1.1-11-2011-0001)

MINISTRY OF FOREIGN AFFAIRS -

Jól definiált mintavételi helyekre (monitoring pontokra) telepített mérőrendszer (pontszerű, fix telepítésű)

-

Felhasználási hely: kisvízfolyások, folyók, tavak és tározók partmentén.

-

A folyóvizek vízhozama és az áramlási profilja befolyásolja a mérőrendszer egyes elemeinek (fizikai paraméterek mérésére szolgáló elektródák valamint áramlásmérő) közvetlen elhelyezését a víztestben

4.2.1. Nagykonténer (Mobil Mérőlaboratórium) Szabványos (ISO) méretű, mintavételt/mérést kivitelező, adatgyűjtő- és feldolgozó konténer, felszereltségtől függően 20 vagy 40 láb hosszúsággal. Előnye, hogy a szabvány méretű konténerek szállítása a világ szinte minden helyén megoldható technológia. Olyan helyre célszerű telepíteni, ahol hosszú időn keresztül kell működnie, adatot szolgáltatnia. A méret előnye, hogy mind műszerekből, mind reagensekből nagyobb mennyiséget tud használni és az üzemeltetés biztonságát növelő rendszerek (hőszigetelés, energia-ellátás, hőmérséklet-szabályzás) is könnyen elhelyezhetők a konténerben. Hátránya a magasabb szállítási-telepítési költség, valamint az üzemeltetés magasabb költsége. I. Mintavételi rendszerhez tartozik: szivattyú, hűtött vízmintavevő, fűtőszál II. Általános fizikai paraméterek mérése: hőmérséklet, pH, vezetőképesség, oldott oxigén, zavarosság mérő szenzor III. Különböző típusú analizátorok telepítése: TOC, KOI, ammónium, nitrát, nitrit, ortofoszfát, nehézfém analizátor, Robot Analizátor (RWA) Az igények szerint specifikálható rendszer fenntartási költségét figyelembe kell venni pl. analizátorok kalibrálása, karbantartása. A felszereltségtől függő ára: 23.5 – 51 kEUR (13.9 kEUR alapár/mérőkonténer, ill. 18,3 kEUR/tégla épület belső kialakítással és 9.6 – 37.1 kEUR felszereltség). Átlagos költséghányada: 30 % eszköz és anyagköltség, ill. 35 % szerelési költség. 4.2.2. Mobil mérőkonténer Cél, hogy könnyen szállítható, bárhová gyorsan eljuttatható legyen, azaz egy összkerékhajtású pick-up platójára felférjen, két személy kézi erővel mozgathassa és a beépített vagy hozzákapcsolt energiaforrás (pl. akkumulátor, napelemek) hosszabb ideig el tudják látni a mérőrendszert. Kialakításával állandóan friss vízmintát biztosít a mérőeszközök számára, közvetlenül a víztestbe kerül kihelyezésre. Standard felszereltség: 

pH, hőmérséklet, vezetőképesség, oldott oxigén, zavarosság mérőszonda, valamint az áramlás mérő).

Az opcionálisan választható eszközpark:

(VOP-1.1.1-11-2011-0001)

MINISTRY OF FOREIGN AFFAIRS 

áramlásmérő UV spektrofotométer (nitrát, kémiai oxigén igény mérése)



UV fluoreszcens szonda (klorofill-a, PAH koncentráció meghatározás)



Ionszelektív elektróda (klorid, ammónia)



hűtött vízmintavevő (szükség esetén vízminták tárolása további analízis céljából)

A beépített ipari számítógép egység biztosítja a rendszerrel való távoli kommunikációt, (távfelügyelet, távvezérlés, mérési eredmény validálás, riasztás kezelés: SMS, e-mail). Rendkívüli esemény (katasztrófa) helyszínén központi egységként tud működni. Az üzemeltetés biztonságát növelő rendszerek (hőszigetelés, energia-ellátás, hőmérsékletszabályzás) is elhelyezhetők benne bizonyos kompromisszumok árán. A felszereltségtől függő ára: 16.7 – 33.5 kEUR (7.9 kEUR alapár és 8.8 – 25.6 kEUR felszereltség). Átlagos költséghányada: 30 % eszköz és anyagköltség, ill. 35 % szerelési költség. 4.2.3. Mikro konténer Cél, hogy minél nagyobb vízgyűjtő terület vízminőség állapotáról információt kapjunk. A rendszer hálózatszerűen kerül kitelepítésre, amely esetben figyelembe vesszük a különböző szennyező forrásokat. A mérőkonténer alapfunkciójával rendelkezik. Elvégzi a méréseket, majd a kapott mérési eredményeket gyűjti, továbbítja és riasztást küld határérték túllépés esetén. A kis méretéből fakadóan kis energiaigényű szenzorok kerülnek alkalmazásra, hogy minél több mérés kerülhessen elvégzésre. Energia ellátásához akkumulátort, napelemet tervezünk. A mikro konténer maximum 3 paraméterig bővíthető, de olyan komponensek kerülnek kiválasztásra, amelyek szennyeződés jelzők pl. ionszelektív elektród alkalmazása – klorid, ammónium koncentráció. Bár a telepített szenzorok kevésbé érzékenyek, de a szennyező hullámok jelzésére, mint előrejelző rendszerként történő alkalmazásra megfelelő. A felszereltségtől függő ára: 11.3 – 27.9 kEUR (7.9 kEUR alapár és 3.4 – 20 kEUR felszereltség). Átlagos költséghányada: 30 % eszköz és anyagköltség, ill. 35 % szerelési költség. 4.2.4. Autonóm vízminőség ellenőrző bója - multiparaméteres Jól definiált mintavételi helyen (adott pontra telepített) elhelyezett úszó mérőrendszer. Felhasználási hely: nagyobb folyók vagy állóvizek esetében. Különböző mélységekből képes mintavételre (rétegzettségi profil felvétele) A vízminőség ellenőrző bója telepítés után képes autonóm módon folyamatosan monitorozni az adott víztestet. Az energiaellátás akkumulátorokról és napelemekről történhet. A bója az adott időintervallumonként mért értékeket GPRS kapcsolaton keresztül a központi EWS monitoring rendszerbe továbbítja. Riasztási eseménynél (határérték túllépés,

(VOP-1.1.1-11-2011-0001)

MINISTRY OF FOREIGN AFFAIRS illetéktelen beavatkozás, GPS koordináták beprogramozott telefonszámokra SMS-t küld.

szerinti

jelentősebb

elmozdulás)

a

A beépített szenzorok segítségével a következő paramétereket mérhetjük: 

Tervezett standard mérési paraméterek: vízhőmérséklet, pH, redox potenciál, vezetőképesség, sótartalom, zavarosság, oldott oxigén.



Tervezett összetett mérési paraméterek: klorofill-a, PAH, KOI, nitrát, nitrit és igény szerint további ionszelektív elektróddal mérhető paraméterek.

A felszereltségtől függő ára: 9.7 – 26.3 kEUR (6.3 kEUR alapár és 3.4 - 20 kEUR felszereltség). Átlagos költséghányada: 30 % eszköz és anyagköltség, ill. 35 % szerelési költség. 4.2.5. Standard bója A multiparaméteres bója egyszerűsítése, némi kompromisszummal lényegesen olcsóbb változata. A bója alapfunkciójával rendelkezik. Önállóan nem, csak hálózatban telepíthető a tavakban, tározókban. Terveink szerint a számítógépes világban alkalmazott „slot” bővíthetőséggel és cserelehetőséggel bír, azaz bár olcsóbb, de cserélhető célszenzorok kerülnek beépítésre. Így mindig az igényelt paraméterek mérhetők, pl. oldott oxigén, oxigéntelítettség, hőmérséklet, klorofill, vagyis az időközi cserével több információhoz juthat a felhasználó. A felszereltségtől függő ára: 3.2 – 5 kEUR (3.2 kEUR alapár és 3.4 - 20 kEUR felszereltség). Átlagos költséghányada: 30 % eszköz és anyagköltség, ill. 35 % szerelési költség. 4.3. Az EWS monitoring hálózat javasolt megvalósítási életciklusa Az eddigi tapasztalatainkra épülő ajánlásunk szerint az EWS monitoring rendszert 4 fázisban lenne célszerű megvalósítani. Az egyes fázisok kézben tarthatóak, azaz belátható időtartammal bírnak, így viszonylag rövid időn belül érzékelhető eredményt tudnak felmutatni, valamint a költségvetésük is behatárolt, ezáltal viszonylag kis kockázatot jelentő projektekként jelennek meg. Az első 3 fázis költségvetését az egyszerűsített tízes szorzó szabály alapján kalkuláltuk, míg az időtartamok esetében a duplázódással számoltunk. A javasolt fázisok: 1. Részletes megvalósíthatósági tanulmány -

a Tisza vízgyűjtő területében érintett országok szabályozási hátterének összevetése (pl. besorolások, határértékek)

-

a teljes vízgyűjtő területre kiterjedő monitoring pont meghatározáshoz kötött infrastrukturális kiépítettségi és indikátor paraméterlista javaslat

-

monitoring pontonkénti telepítési terv és tételes költségvetés kalkuláció

-

részletes CookBook kidolgozás.

Estimated budget: 84.000 EUR Project duration: 9 months (2014)

(VOP-1.1.1-11-2011-0001)

MINISTRY OF FOREIGN AFFAIRS 2. A Tisza HU-SK részvízgyűjtő határterületén megvalósuló pilot projekt -

a nemzeti sajátságok, előírások figyelembe vételével kidolgozott egységes mérőhálózati jellemzők meghatározása, szabályok rögzítése

-

20-25 db monitoring ponthoz előkészített, ill. kiépített fix és ütemezetten (át)telepített mobil mérőállomás

-

szennyező forrásokhoz illesztett egyedi műszerezettség

-

újdonságértékű, innovatív, szenzor alapú műszerek kipróbálása

-

szabványos adapterekkel fel- és lecsatlakoztatott, ill. áttelepített berendezések alkalmazása

-

parametrizáltan konfigurálható kezelő SW implementálása

-

up-to-date kommunikációs infrastruktúra telepítése

-

központi többszintű adatbázis réteg (terhelés elosztó, nyers adatbázis, data warehouse) alkalmazása

-

felhasználói tájékoztatási, értesítési, riasztási felület kialakítása

-

mobil távfelügyeleti elemek kiemelt kezelése (smart mobile tablet/phone) mind központi, mind helyszíni, terepi funkcionalitás esetében

-

a két ország érintett helyi/regionális, ill. központi hatósági, felügyeleti szerveinek bevonása

-

a kapcsolódó adatbázis kommunikációs csatornák kifejlesztése

-

riasztási helyzet szimuláció

-

féléves próbaüzem lebonyolítása

-

tapasztalatok rögzítése, visszacsatolása

-

projekt disszemináció.

Estimated budget: 840.000 EUR 20 pcs x 27 kEUR/pcs = 540 kEUR mérőállomás 5 pcs x 5 kEUR/pcs = 25 kEUR mérőállomás előkészítés 34 kEUR anyagköltség 134 kEUR ICT development cost 107 kEUR lebonyolítási költség. Project duration: 18 months (2014 - 2015) 3. A Tisza teljes vízgyűjtő lefedő alap EWS infrastruktúra kialakítása -

a pilot projekt lépéseinek adaptálása

-

100 db monitoring ponthoz előkészített, ill. 50 db monitoring ponthoz kiépített fix és ütemezetten (át)telepített mobil mérőállomás

-

újabb, időközben megjelent, kifejlesztett újdonságértékű, innovatív alacsony fenntartási költséggel bíró mérőberendezések kipróbálása

-

éves próbaüzem lebonyolítása

-

tapasztalatok rögzítése, visszacsatolása

(VOP-1.1.1-11-2011-0001)

MINISTRY OF FOREIGN AFFAIRS -

projekt disszemináció.

Estimated budget: 8.400.000 EUR Project duration: 36 months (2016 – 2018) 4. A Tisza teljes vízgyűjtő lefedő multiparaméteres, összetett EWS monitoring kiépítése. -

az alap EWS infrastruktúra kibővítése

-

150 db monitoring ponthoz előkészített, ill. kiépített fix és ütemezetten (át)telepített multiparaméteres mobil mérőállomás

-

újabb, időközben megjelent, kifejlesztett újdonságértékű, innovatív alacsony fenntartási költséggel bíró mérőberendezések kipróbálása

-

féléves próbaüzem lebonyolítása

-

tapasztalatok rögzítése, visszacsatolása

-

projekt disszemináció.

Estimated budget: 4.200.000 EUR Project duration: 12 months (2019)

(VOP-1.1.1-11-2011-0001)