Közműellátás 4.előadás

1. PTE PMMIK Környezetmérnöki Szak (BSC) Közműellátás 4.előadás Vízminőségi követelmények, vízminőség változás a vízelosztó hálózatban Dittrich Ernő egyetemi adjunktus PTE-PMMK Környezetmérnöki Tanszék Pécs, Boszorkány u. 2. B ép. 039. dittrich@witch.pmmf.hu

2. Vízminősítési alapfogalmak • Főbb paraméter csoportok: • Fizikai paraméterek • Kémiai paraméterek • Biológiai paraméterek • Mikrobiológiai paraméterek • Ökológiai paraméterek • Biológiai vízminősítés szerinti csoportosítás: • Halobitás (szervetlen kémiai tulajdonságok összessége) • Szaprobitás (szerves anyag termelő képesség) • Trofitás (szerves anyag lebontó képesség) • Toxicitás (mérgező képesség) • Fizikai paraméterek: • Hőmérséklet • Sűrűség, viszkozitás • Oldóképesség • Átlátszóság, zavarosság • Lebegő anyag tartalom • Fajl. vezetőképesség • Szín • Szag • Stb..

3. Néhány fontosabb kémiai paraméter • pH • Nitrogén-vegyületek (ÖN, Szerves-N, Kjeldahl-N, NO3-N, NO2-N, NH4-N) • Foszfor-vegyületek (ÖP, PO4-P) • Szerves anyagok (TOC, KOI, BOI5) • Fémek, nehézfémek (Vas, Mangán, Króm, Réz, Ólom, Higany, Nikkel, stb..) • Toxikus és egyéb olajszármazékok (policiklikus aromás szénhidrogének, fenolok, stb..) • Peszticidek (különböző rovarirtók, féreg és csigairtók, növekedés-szabályzók, stb..) • Klór vegyületek és klórszármazékok (Klorid-ion, Klorit, Kötött aktív klór, Klorit, Vinil-klorid, összes trihalo-metán, stb..) • Radioaktivitás (összes indikatív dózis, Radon, Trícium, stb..)

4. Biológiai és mikrobiológiai paraméterek: Férgek Algák Gombák Fonalas baktériumok Telepszám Entherococcusok E.coli Coliform Stb.. Ökológiai vízminősítés: Élővizek minősítésére alkalmazott módszer Az EU 2000/60/EK Vízkeret Irányelve Víztechnológiai szempontból nincs jelentősége Néhány fontosabb biológiai, mikrobiológiai paraméter, ökológiai vízminősítés

5. Ivóvíz minősítés I. • Az ivóvíz minőségének követelményeit a 201/2001. (X.25) Korm. r. és az azt módosító 47/2005.(III.11.) Korm. r. tartalmazza. • A 201/2001. (X.25) Korm. r. „A” mikrobiológiai vízminőségi jellemzői: • Az ivóvíz fekáliás illetve kórokozó baktériumokat nem tartalmazhat! • Enterális baktériumok: életfeltételeiket az ember bélrendszerében találják meg. • Patogén baktériumok: egyéb kór és betegség hordozók.

6. Ivóvíz minősítés II. – 201/2001. (X.25) Korm. r. „B” Kémiai vízminőségi jellemzői

7. Ivóvíz minősítés III. – 201/2001. (X.25) Korm. r. „C” Indikátor vízminőségi jellemzői

8. Ivóvíz minősítés IV. – 201/2001. (X.25) Korm. r. alapján „D” Szennyezésjelző vízminőségi jellemzők és határértékek „E” Biológiai vízminőségi jellemzők és határértékek

9. Ivóvíz minősítés V. – 201/2001. (X.25) Korm. r. alapján • Ivóvíz: • nem tartalmaz olyan mennyiségben vagy koncentrációban mikroorganizmust, parazitát, kémiai vagy fizikai anyagot, amely az emberi egészségre veszélyt jelenthet • megfelel az 1. számú melléklet „A” és „B” „C” „D” „E” vízminőségi követelményeknek • Kifogásolt minőségű ivóvíz: Ha a szolgáltatott víz az 1. számú melléklet „A” és „B” részében meghatározott határértékeknek megfelel, azonban az 1. számú melléklet „C”, „D” és/vagy „E” részében előírt valamely határértéknek nem felel meg, akkor kifogásolt minőségű ivóvíznek kell tekinteni. • Az víz sűrűbb mintavételezés mellett szolgáltatható • Szennyezés lehetséges okait javasolt feltárni

10. Vizsgálandó vízminőségi jellemzők a 201/2001. (X.25) Korm. r. alapján • Mindig ellenőrizendő paraméterek • Speciális esetekben vizsgálandó paraméterek • Speciális esetekben ritkábban vizsgálandó paraméterek

11. Minimális vizsgálati gyakoriság (vízellátó hálózaton) a 201/2001. (X.25) Korm. r. alapján

12. Az ivóvizek termelése, szállítása, vezetése, tárolása, kezelése során használatos hagyományos anyagok listája a 201/2001. (X.25) Korm. r. alapján Korlátozás nélkül alkalmazhatóak Bizonyos feltételek esetén alkalmazhatóak vörösréz bronz sárgaréz horganyozott vas alumíniumötvözetek alumínium-szulfát nátrium-aluminát egyéb szervetlen alumíniumvegyületek vas (III)-klorid vas (II)-szulfát aktivált kovasav kovasav szóda nátrium-hidroxid kálium-permanganát nátrium-klorit. • saválló acél • acél • öntöttvas • beton • vasbeton • homok • kavics • márványzúzalék • zeolit • mészkő • égetett, oltott mész • kerámiatermék (üveg, porcelán, kőedény) • alumínium 99,9%-os.

13. Víz szennyezéseinek eredete • Hibás csőkapcsolatok • Csőrepedések • Csőtörések javításakor • Tisztított vízben maradó anyagok • Diffúzió a csőfalon keresztül • Csőanyagból történő beoldódás • Házi berendezésekből történő visszaáramlás • Szándékos szennyezés • Víz szállítása közben történő átalakulások • Keveredés más vizekkel • Kémiai reakciók • Mikrobiológiai aktivitás

14. Kémiai folyamatok okozta vízminőség változás I. – Korróziós folyamatok • Ivóvíz korrozív jellegének okai: • Alacsony pH • Agresszív szénsav tartalom • Magas szabad aktív klór tartalom • Következmény: • Vas, ólom, rézcsövek korróziója • Korróziós lerakódások a csőfalon • Víztartási képesség romlás • Baktérium telepek kialakulásának elősegítése • Csőstatikai problémák • Fém-ionok kerülnek a szállított vízbe

15. Kémiai folyamatok okozta vízminőség változás II. – Vízben lévő anyagok oxidációja • Vízben lévő anyagok a vízben lévő szabad klór és oldott oxigén hatására oxidálódnak • Reduktív vegyületek (pl. vas, mangán) • Szerves anyagok (THM-vegyületek) • Vas, mangán csapadékokból lerakódások keletkeznek a csőfalon → baktérium telepek keletkezésének elősegítése

16. Műanyag vezetékek, bevonatok és tömítések vízminőségi hatásai • A műanyag vízellátó csövekből szerves vagy szervetlen segédanyagok oldódhatnak ki. • A biofilmben lévő mikroorganizmusok része képes a cső egyes segédanyagait biológiailag bontani. • A biofilm aktivitás egyes műanyagokon kiemelkedő lehet, mely alapvetően az anyagban található segédanyagok típusától függ. (pl: utólagos csőbélelés fóliával) • Vízminőség rontó hatásuk ma is vitatott és kutatott. • Műanyagok hosszú-távú viselkedése megkérdőjelezhető. • Íz és szagvegyületek megjelenése a műanyag csövekben jellemző. • Egyes oldószerek és szerves vegyületek képesek áthatolni a műanyag csöveken – ipari területeken, üzemanyag töltő állomásokon kockázatosabb műanyag csövek alkalmazása.

17. Indikátor mikroorganizmusok – Coliform csoport • Patogén baktériumok izolálásának problémái: • A patogének megjelenése időszakos • Koncentrációjuk kicsi – Nagymennyiségű víz átvizsgálása szükséges • A lakósság elfogyasztja a vizet, mire kimutatásra kerül • Ritka mintavételezés hamis képet adhat • Gyorsan elpusztulnak – gyors analízis szükséges • Egyszerűbb eljárás: fekáliás eredetű indikátor baktériumok jelenlétének ellenőrzése – coliform csoport • Megfelelően tisztított vízben talált indikátor baktérium csak a fekáliás eredetű szennyezettség valószínűségét indikálja!!! • Problémák: • A Coliformok csak a betegséget okozó bélbaktériumok jelenlétének valószínűségét mutatják ki • A víz okozta betegségprofil ma már ennél jóval szélesebb (vírusok, protozoonok, egyéb baktériumok)

18. Vírusok az ivóvízellátásban • Többféle vírus ismert mely rezisztens a hálózatban alkalmazott szabad aktív klór szintre • A vírusok életben maradását a hálózatban számos tényező befolyásolja: • Vírus fajtája • Alga aktivitás • Bakteriális aktivitás • Hőmérséklet (Inaktiválódásuk gyors 50 °C felett) • pH • Szuszpendált anyagok (vírusok számára védelmet nyújtanak) • UV • Szerves vegyületek (felületükön adszorbeálódnak) • Problémák: • Alacsony egyedszám – detektálásuk szinte lehetetlen, ezért először koncentrálni kell a vírusokat • Transzmissziós folyamatok szinte követhetetlenek

19. Vírusok túlélése a vízkezelés során • Vannak ózon és klór rezisztens vírusok • Vírusok pehelybe épülése növeli a túlélés esélyeit, ugyanakkor a koaguláció erősen csökkenti a vírusok koncentrációját • Fertőtlenítési dózis és kontakt idő növelés csökkenti a túlélés esélyeit (akár 6 mg/l aktív klórszint + 30 perc kontaktidő) • Koaguláció + ülepítés + gyorsszűrés együttes vírus eltávolítási hatékonysága: 98,4-99,7%

20. Paraziták az ivóvízellátásban I. • Paraziták lehetnek: • Protozoonok: egysejtű állati paraziták, véglények • Platyhelminthes: laposférgek • Namethelminthes: hengeres férgek • Arthropda: ízeltlábúak • Ivóvíz ellátásban leggyakoribb bélbetegséget okozó protozoa fajok: • Entamobea histolyca • Giardia lambia • Cryptosprodium parvum • Cyclospora cayetanensis • Protozoonok kétféle alakja: • Trophozoit: vegetatív forma. A ptotoozon megfelelő életkörülmények között van. Táplálkozik, mozog, szaporodik. • Cysta: ellenálló forma.A sejt ektoplasmájából ellenálló sejt képződik. • Encystálódás: a trophozoit cystavá alakul. • Excystálódás: a cysta újból működő sejtté alakul • Gazda szervezet: az az élőlény, melyben a parazita élősködik

21. Paraziták az ivóvízellátásban II. • Protoozonok mérete: 2 – 80 μm • Számos betegség okozói lehetnek: • Emésztési problémák • Idegrendszeri betegségek • Immun rendszer legyenglése • Tályog • Stb… • Protoozonok rosszul tűrik: • Kiszáradást • 60 C° feletti hőmérsékletet • Vegyszerekkel szembeni rezisztenciájuk magas, különösen cysta alakban! • Ivóvíz hálózatban akár több hónapig is életben maradnak! • Kimutatások nehézkes: • Kis egyedszám • Akár több 100 l víz is vizsgálata is szükséges

22. Biofilm képződés a csővezetékben I. • A biofilm képződés sebessége függ (többek között): • Szabad aktív klór szinttől • Asszimiálható szénforrástól (AOC) • Egyéb tápanyagok jelenlététől • Hőmérséklettől • Tartózkodási időtől • Áramlási sebességtől • Biofilm vastagsága: 1 – 1000 μm • Szabad aktív klór koncentráció nem szünteti meg, csak mérsékli a biofilm aktivitást! A biofilm az aktív klór fogyását okozza a hálózatban. • A klóros fertőtlenítés hatása erősen függ a biofilm vastagságától. • A biofilm bizonyos patogének, vírusok, protozoonok számára élettérként, tározóként funkciónál a vezetékekben • A biofilm növeli a fertőtlenítéssel szembeni rezisztenciát a hálózatban

23. Biofilm képződés a csővezetékben II.

24. Baktériumok inaktiválási lehetőségei • Hiperklórozás • Magas aktív klórszint (akár 4 mg/l) • Magas kontaktidő (akár 1 óra) • Hőkezelés (60-80 C°) • Ózonizálás (1-2 mg/l) • UV sugárzás • Réz és ezüst ionok alkalmazása

25. Gombák a vízhálózatban • Gombák kedvezőtlen hatásai: • Fertőtlenítő szer hatékonyságát csökkentik • Biofilmben megtelepedhetnek • Allergéneket illetve mikotoxinokat termelnek • Élelmiszer fertőződését okozhatják • Íz és szaganyagokat termelhetnek • Immunrendszer gyengítő hatásuk lehet • Forrásaik: • Felszíni vízkivételek • Csőtörések (talaj kontaktus) • Tározókban légtér-vízfelület kontaktus közben • Probléma: spórák hosszabb ideig ellenállhatnak a klórnak

26. Gerinctelenek a vízhálózatban • Legjellemzőbb szervezetek a vízhálózatban: • Fonalférgek • Laposférgek • Atkák • Rovarlárvák • Kedvezőtlen hatásaik: • Íz és szagproblémákat okozhatnak • Vizet elszínezhetik illetve zavarosságot okozhatnak • Házi csap- és egyéb szűrőket eltömhetik • Korokozó baktériumokat szállíthatnak, illetve védelmet nyújtanak nekik • Klór hatékonyságát csökkentik • Szerves anyag terhelést jelentenek a vízelosztó rendszer számára • Egyedszámuk függ (többek között): • Aktív klór koncentrációtól • Áramlási sebességtől • Évszakok • Csőrendszer állapota

27. Ivóvíz biológiai stabilitása • Elsősorban BOM (biodegradable organic matter) vegyületek mennyiségétől függ • BDOC: Biodegradable Dissolved Organic Carbon • AOC: Assimilable organic carbon • Nitrogén és foszfor limitáló tényező lehet • BOM komponensek eltávolítási módszerei: • Ózonizálás • Biológiai szűrés • Biológiai aktív szén szűrés • Koaguláció • Mikrobiológiai problémák elkerülése a hálózatban: AOC <100μg/l és BDOC <300μg/l • Minél alacsonyabb a BOM vegyületek jelenléte annál kisebb mértékűek a mikrobiológiai problémák a hálózaton

28. Fertőtlenítés klórral I. • A klór-gáz vízben oldódik és disszociál az alábbi egyenletek szerint. A disszociáció mértéke függ a pH-tól és a hőmérséklettől. • Az OCl- (hipoklorit-ion), HOCl (hipoklóros sav), és a Cl2-gáz baktericid hatásúak. • A HOCl jobb hatásfokú fertőtlenítő szer. Cél a pH semleges vagy savas pH-n tartása, mert akkor képződik a legnagyobb mennyiségben HOCl. • A fertőtlenítési hatásfok a reagenssel való kontaktidővel, illetve a reagens dózis növelésével nő.

29. Fertőtlenítés klórral II. Maradék aktív klór – adagolt klór közötti kapcsolat: • 1-es görbe: nincsenek a vízben redukáló vegyületek: maradék és aktív klór értéka azonos • 2-es görbe: nitrogén vegyületek nélküli redukáló vegyületek vannak jelen a vízben: maradék klór kevesebb mint az adagolt klór

30. Fertőtlenítés klórral III. • Ha a vízben ammónia (NH3) vagy ammónium-ion (NH4+) is jelen van, akkor a klórozás hatására klóraminok keletkeznek. A ammónia és az ammónium-ion a vízben disszociál: • A klóraminok keletkezésének reakcióegyenletei: Monokklóramin keletkezése: Diklóramin keletkezése: Triklóramin keletkezése:

31. Fertőtlenítés klórral IV. – Törésponti klórozás

32. Klór és klóraminok a vízelosztó rendszerben • Elegendő fertőtlenítőszer biztosítása esetén: • Az áramló vízben lévő baktériumok inaktiválódnak • A biofilmről leváló baktériumok inaktiválódnak • A hálózat csőfalán lévő biofilm aktivitás korlátozott • A csőfalon történő mikrobiális aktivitás ellenére a fogyasztókat nem érik kellemetlen mikrobiológiai hatások • Klóramin (kötött klór) előnyei a klórral szemben: • Kevesebb fertőtlenítési melléktermék keletkezik • Stabilabb fertőtlenítőszer – hosszabb ideig gátolja a mikrobiális szaporodást • Biofilmbe mélyebben hatol, így az inaktiválás hatékonyabb • Klóramin hátrányai a klórral szemben: • Áramló vízben kevésbé hatékony mint a klór • „hypo-szag” • Általában klór és klóramin együttesen van jelen a hálózatban

33. Klórfogyás a vízelosztó rendszerben • Klór fogyasztók a hálózatban: • Reduktív vegyületek • Szerves vegyületek • Élő szervezetek. biofilm

34. Fertőtlenítési melléktermékek a hálózatban • Fertőtlenítési melléktermékek: • Trihalometánok (THM) • Haloecetsavak (HAA) • Haloacetonitrilek (HAN) • Haloketonok (HK) • Klórpikrin • Klórhidrát • Cianogén-klorid • Keletkezésük: huminanyagok, fulvinanyagok és aminosavak klórral történő reakciójakor képződnek

35. Nitrifikáció a hálózatban • Hátrányai: • Klóramin koncentráció csökken • Heterotróf baktérium populáció nő • Nitrit- és nitrát-ionok keletkeznek • Csökken a pH és a lúgosság • Csökken az oldott oxigén koncentráció • Magas ammónium koncentráció esetén alternatív fertőtlenítőszer: klór-dioxid • Nitrifikáció szabályozása: • maradék szabad klór biztosításával • tartózkodási idő csökkentése • rendszeres öblítési program • klórsokk alkalmazása

36. Tározók és vízminőség • Tározók jelentékenyen befolyásolják a szolgáltatott víz korát! • Tározó elhelyezés optimalizálása vízminőségi szempontból • Üzemoptimalizálás vízminőségi szempontból • Tározókban lezajló vízminőség változások (nagy tartózkodási idejű reaktor)

37. Felhasznált irodalom • Hegedűs János: Parazitológia az ivóvíz ellátásban. Környezetügyi Műszaki Gazdasági Tájékoztató. Környezetgazdálkodási Intézet Budapest 2000. • Öllős Géza: Vízellátás-csatornázás közegészségügyi ismeretei. Vízügyi Múzeum, Levéltár és Könyvgyűjtemény, Budapest. • Öllős Géza: Vízminőség-változás a vízelosztó rendszerben. Közlekedési Dokumentációs Kft. Budapest 2008. • Öllős Géza: Vízellátás K+F eredmények. VDSZ, Budapest, 1987.

38. Köszönöm a megtisztelő figyelmet!