A víz szennyezése

A vízszennyezés fogalma többféle megközelítésben definiálható.

A legegyszerűbb megfogalmazás szerint a vízszennyezés alatt az emberi tevékenység hatására kialakuló olyan körülményeket értjük, amelyek közvetlenül befolyásolják a felszíni, illetve a felszín alatti vizek minőségét.

Más megközelítésben a különböző veszélyes és egyéb anyagoknak a természetes vizek koncentrációját meghaladó értéke a vízszennyezés.

Egy harmadik definíció szerint vízszennyezést okoz minden olyan anyag megjelenése a vízben, amely károsan befolyásolja a természetes víz emberi fogyasztásra alkalmasságát, illetve korlátozza vagy lehetetlenné teszi a vízi élet számára.

A vízminőség fogalmára visszautalva a vízszennyezés minden olyan a víz fizikai, kémiai, biológiai, bakterológiai, illetve radiológiai tulajdonságában - elsősorban emberi tevékenység hatására - bekövetkező változás, melynek következtében emberi használatra, illetve a természetes vízi élet számára való alkalmassága csökken, vagy megszűnik, illetve alkalmassá tétele költséges vagy szélsőséges esetben nem gazdaságos.

A vízminőség kedvezőtlen megváltozása mind a felszíni (vízfolyások, állóvizek), mind a felszín alatti vizek esetében bekövetkezhet. A levegővel való eltérő kapcsolat, a térbeli helyzet, a vízmozgás jellege miatt a két fő előfordulási forma szennyeződése, illetve a bekövetkező változások (pl. öntisztulás) jellege eltérő.

A szennyező anyag vízbe jutása, a víz szennyezése, két módon történhet, a szennyező forrástól függően.

E szerint

• pontszerű és

• nem pontszerű, vagy diffúz

szennyezést különböztetünk meg (13. ábra).

13. ábra A vízszennyezés módjai

A pontszerű szennyezés során a szennyező anyag a szennyező forrásból csővezetéken, vagy nyílt csatornán keresztül kerül a felszíni vagy felszín alatti vizekbe. Ilyen jellegű szennyezés például egy üzemből származó szennyvíz, vagy olajvezeték meghibásodása miatti talajvíz szennyezés.

A nem pontszerű (diffúz) szennyezés lényege, hogy a szennyező anyag nagyobb térbeli kiterjedésben kerül a vízbe. Ilyen jellegű szennyezést okoznak például egy zápor hatására bekövetkező felszíni lefolyással egy állóvízbe jutó, a talajból kimosódó növényi tápanyagok, vagy egy szabálytalan hulladék (szemét) lerakóból a csapadék hatására a talajvízbe mosódó toxikus anyagok.

A szennyező anyag hatására bekövetkező szennyeződés a felszíni, illetve felszín alatti vizek esetében egyaránt bekövetkezhet.

A szennyezés a szennyező anyag vízbe jutásával kezdődik (emisszió), majd a vízben terjedve (transzmisszió) kisebb-nagyobb víztömeg szennyeződhet (imisszió).

A szennyezőanyag továbbterjedésének mértékétől, a szennyeződés kiterjedésétől függően

• lokális (helyi)

• vízgyűjtőre kiterjedő (fluviális)

• regionális és

• kontinentális lehet.

Ha a szennyezés váratlanul, hirtelen valamely baleset, műszaki meghibásodás, mulasztás hatására helyi jelentősséggel, erőteljesen következik be, akkor havária szennyezésről beszélünk.

A víz szennyezői

A víz szennyezését okozó szennyezőket több szempont szerint is csoportosíthatjuk.

A szennyezők lehetnek élőlények, anyagok és energiák.

A szennyező anyagok olyan szervetlen elemek, ionok, illetve szervetlen és szerves vegyületek, amelyek a vízbe jutva az élőlények élettevékenységét kedvezőtlenül befolyásolják, életüket veszélyeztetik, az ember tevékenységét akadályozzák.

Sajátos szennyező anyagok az u.n. kontaminánsok, amelyek abban a formában, ahogy az ember ezeket a környezetbe juttatja, még nem szennyezők, de átalakulásuk, helyváltoztatásuk szennyezőkkel válnak. Ilyen kontominánsok a műtrágyák, amelyek a növénytermesztés, vagy a kertészeti hulladék terhelés technológiája keretében a kivont tápanyagok pótolása céljából juttatnak a talajba.

A talajból a talajvízbe mosódnak, annak nitrátosodását vagy a felszínen lefolyó csapadék hatására bekövetkező erózióval, vagy kimosódással az állóvizekbe jutva, annak eutrofizálódását okozzák.

A víz szennyező anyagait a következő csoportba sorolhatjuk:

• betegséget okozó ágensek (baktériumok, vírusok, protozoák, paraziták)

• oxigénigényes hulladékok (házi szennyvíz, állati trágya és egyéb biológiailag lebomló szerves anyagok, amelyek csökkentik a víz oldott oxigéntartalmát)

• vízoldható szervetlen anyagok (savak, sók, toxikus nehézfémek és vegyületeik)

• szervetlen növényi tápanyagok (nitrát, foszfát)

• szerves vegyületek (vízben oldódó, illetve nem oldódó olaj, kőolaj származékok, peszticidek, detergensek, stb.)

• hordalékanyagok vagy szuszpendált anyagok (nem oldódó talajrészecskék, és egyéb szervetlen vagy szerves anyagok, amelyek a vízben szuszpendált formában maradnak)

• radioaktív anyagok

• hő

Egyéb részletesebb osztályozást a szennyező anyagok jelentőségét mutatjuk be a 24. táblázatban.

24. táblázat A vízszennyezők általános típusai

A betegséget okozó ágensek körébe tartoznak a patogén baktériumok, vírusok, protozoák, illetve paraziták, mint a tífusz, kolera, dizentéria, fertőző májgyulladás és egyéb, betegségeket emberre átvivő férgek.

Ezek a kórokozók a fertőzött személyek székletén, illetve vizeletén keresztül és állatok közbeiktatásával kerülnek a vízbe.

Fő források még a túlterhelt emésztőgödrök kezeletlen szennyvize, túlterhelt szennyvízhálózatok.

A főbb kórokozókat, betegségeket és hatásukat foglalja össze a 23. táblázat.

25. táblázat Fontosabb kórokozók által okozott betegségek és hatásuk

Magyarországon egyre kevesebb a fertőző betegségek száma, így a gyermekbénulás gyakorlatilag teljesen megszűnt.

Ugyanakkor a WHO becslése szerint a vízszennyezés és a vízhiány következtében a fejlődő országokban naponta 25 ezer ember hal meg.

Az oxigén igényes hulladékok, ha elegendő oldott oxigén áll rendelkezésre az aerob dekomponáló szervezetek (baktériumok, gombák) tevékenysége eredményeként lebomlanak.

Ezek fő forrása, rosszul működő szennyvíztisztító telepek, természetes lefolyás, olajfinomítók, élelmiszeripari üzemek, textilgyárak, papírgyárak, stb.

Ha a felszíni víz ezekkel a szennyező anyagokkal túlterhelt, akkor a hirtelen elszaporodó aerob szervezetek olyan mértékben fogyasztják az oldott oxigént, hogy a halak és a rákfélék a fulladás következtében elpusztulnak.

A teljes oxigénhiány valamennyi oxigénigényes élőlény pusztulásához vezet, és az anaerob baktériumok elszaporodnak. Ezeknek következménye, hogy ezek a baktériumok a szervesanyagok anaerob lelbontásával toxikus és kellemetlen szagú anyagokat termelnek, mint a kénhidrogén, ammónia, és metán, amelyek buborékok formájában kerülnek a felszínre.

A vízoldható szervetlen anyagok között a nagyszámú vízben oldódó savak, sók, toxikus nehézfém vegyületek és egyéb szervetlen vegyületek említhetők.

A savak a szénbányákból, különböző ipari üzemekből kerülnek a felszíni vizekbe.

A nátrium, kalcium és egyéb sók öntözést követő lefolyásból, ipari tevékenységből, az utak sózásából és természetes forrásokból származhatnak.

Az utak téli sózásából származó károk, - mint a gépkocsik, hidak korróziója, a növényzet pusztulása, és a vízszennyezés, - az USA-ban 2,9 milliárd dollárt tesznek ki évente.

Vizsgálatok folynak a jelenleg használatos sók, kalcium-magnézium acetáttal történő helyettesítésére, amely lényegesen lecsökkentené ezeket a károkat.

A bányászatból, ipari üzemekből, szennyvíztisztító telepekről a befogadóba kerülő, az előzőekben említett anyagok mellett a vizeket toxikus, esetleg karcinogén hatású nehézfém (arzén, kadmium, kalcium, ólom, higany és egyéb szervetlen vegyületek) is szennyezhetik.

A szervetlen növényi tápanyagok közül két meghatározó tápanyag a vízi ökoszisztémák növényeinek növekedésében a foszfor, (foszfát) és a nitrogén (nitrát és ammónium).

Ezek fő forrásai a szennyvíztisztító telepek, mint pontforrások, a diffúz források közül a településekről, szántóföldekről, állati itató helyekről származó lefolyás, illetve a műtrágya bemosódása jelentős.

Ezek túlzott mennyisége az algák gyors növekedését, a fokozott virágzást, a gyomok sűrű növekedését, a víz szagának, ízének, szépségének romlását, a napsugarak blokkolását okozza.

Az algák pusztulását követő lebontás során az aerob dekomponálók a víz oldott oxigéntartalmát lecsökkentik, és ez gátolja a vízi élőlények életműködését.

Az ivóvízben a foszfát nem okoz egészségügyi problémát, tekintettel arra, hogy az embereknek szüksége van erre a tápanyagra. Az ivóvíz nagyobb nitrátkoncentrációja veszélyes az ember számára. Vidéki területeken a talajvíz kutak nitrátszennyezése következhet be amennyiben, azok közelében emésztőgödör, vagy szeptikus tank található.

A nitrát az emberi emésztőrendszerben nitritté redukálódik, amely nagyobb mennyiségben 3 hónaposnál fiatalabb csecsemőknél, akiknél a vérképző szervek még teljesen nem fejlődtek ki, a nitrát bejutása a szervezetbe halálos kimenetelű lehet.

Az elmúlt 50 évben Észak-Amerikában és Európában több mint 2000 esetben következett be nitrát mérgezés, melyből mintegy 170 esetben következett be halál. Európában különösen Hollandiában következette be a talajvíz elnitrátosodása, az intenzív állattenyésztés, és az ezzel járó jelentős trágyaképződés illetve kihelyezés következtében.

A szerves vegyületek ezrei kerülnek a felszíni illetve a felszín alatti vizekbe. Ezek természetes eredetűek lehetnek ( az algák és baktériumok által termelt vegyületek), de a legtöbb szerves vegyület az emberi tevékenységből származó szintetikus vegyület. Nyers és finomított olaj kutakból, csőtörésből, gépek, gépkocsik, kenőolajjal illetve zsírral való kezeléséből származhatnak. A peszticidek a szántóföldekről, kertekből történő lefolyás útján juthatnak a felszíni vizekbe.

A talajvíz felszín alatti olaj, üzemanyag tartályok, vezetékek meghibásodása, toxikus anyagok szabálytalan hulladék lerakókból történő kimosódás útján szennyeződhetnek.

A szintetikus műanyagok, detergensek, széles körben alkalmazott oldószerek, mint a rákkeltő triklóretilén, az ipari tevékenységből kerülnek a felszíni vizekbe, és leszivároghatnak a talajvízbe.

A lebegtetett hordalékok vízben nem oldódó talajrészecskék, valamint szervetlen és szerves vegyületek a természetes lefolyásból, a mezőgazdasági termelésből, bányászatból, kitermelésből (fa), építésből származóan kerülnek a felszíni vizekbe.

A durvább részecskék, mint a homok, iszap gyorsan leülepednek a meder fenekére. A finomabb részecskék mint az agyag, és a finom szemcsés részecskék hetekig, hónapokig szuszpenzióban maradnak, mielőtt leülepednének.

A legtöbb hordalék a víz kezelése során kiszűrhető, így ezek ritkán okoznak egészségügyi károsodást, viszont a vízzel érintkező forgó gépészeti berendezések kopását, öntöző elemek dugulását okozhatják.

A vízkezeléssel el nem távolított finom hordalék részecskék adszorbeálhatják, és koncentrálhatják a toxikus nehézfém vegyületeket, peszticideket, baktériumokat és egyéb veszélyes anyagokat.

A szuszpendált részecskék a felszíni vizeket piszkossá és zavarossá változtathatják, akadályozzák vagy megszüntetik az asszimilációs vízinövények a fotoszintéziséhez nélkülözhetetlen napsugarak áthatolásának korlátozásával.

A lebegő részecskék a vízi állatokra is veszélyesek, azok pusztulását okozzák. A halak esetében a pusztulást a kopoltyúk eltömődése, más állatok esetében a táplálék hiánya okoz pusztulást.

A fenékiszap elpusztítja a táplálék és az itatóhelyeket, feltölti a tavakat, tározókat, csatornákat.

Ez csökkenti a halászat, a horgászat, illetve az üdülés lehetőségeit, a költséges beavatkozást tesz szükségessé.

A hordalékszennyezés csökkentése a talajvédelem gyakorlatának javításával, megfelelő erdőgazdálkodással oldható meg.

A radioaktív anyagok mint a ²²⁶Ra, ²²⁸Ra, ²²⁸Sr, ²³⁸U, geotermikus kutakból, atomerőművekből, egészségügyi intézményekből, ipari és kutatólaboratóriumokból kerülhetnek a felszíni vizekbe.

A ²²²Rn – amely a felszín alatti urán, gránit, foszfát kőzetekben található a felszín alatti vizeket szennyezheti. Ezekből az izotópokból származó ionizáló sugárzás a DNA mutációt okoz, amely születési rendellenességet, rákos megbetegedéseket és genetikai károsodást eredményez.

A felszíni vizek radioaktív szennyeződése nukleáris belesetekből is bekövetkezhet.

A hőszennyezés a szennyezés egyik formája, amely a víz természetes hőmérsékletének mesterséges úton történő megváltoztatásával, növelésével káros következményeket okoz, korlátozva ezzel a vízhasználatot, és megzavarja a vízi életfolyamatokat.

A hőmérséklet emelkedése önmagában még nem szennyezés, hatásai azonban károsak.

A hőmérséklet emelkedés hatására bekövetkező sűrűségkülönbség, u.n. hőcsóva kialakulását eredményezi, és hőmérsékleti rétegződés jöhet létre, ami stabilizálódhat, melynek következménye, hogy a melegvíz a felszínen elkülönülve áramlik.

A felmelegedés csökkenti az oldott oxigén mennyiségét, ugyanis az oxigén túltelítettség miatt annak egy része a légtérbe távozik. A veszteség elérheti a 4-5 mg•l^-1 értéket is. Ez azonos lehet egy szennyvízterhelés hatásával, ezért hőterhelésnek nevezzük.

Ha a melegvíz állóvízbe kerül, a felmelegedés fokozza a vízi élőlények aktivitását, ami az oxigén elvonás fokozódását okozza, a felszínen elterülő magasabb hőmérsékletű víz pedig az oxigén felvételét akadályozza.

A fokozott párolgás és a magasabb hőmérséklet miatti oldhatóság növekedés következtében az összes sótartalom növekedhet.

A hőmérséklet emelkedés fokozza a vízben levő toxikus anyagok hatását, és ezáltal csökken a letális értékhez tartozó koncentráció nagysága. Ennek oka egyrészt a jobb oldhatóság, illetve az élőlényekben felfokozódott biokémiai reakciók sebességének növekedése.

A van’t Hoff szabály szerint 10 ^oC-os hőmérséklet emelkedés megkétszerezi a kémiai reakciók sebességét.

Legsúlyosabb hatások az élővilágot érik a következők szerint:

• közvetlen hőhatás

• az életjelenségekben bekövetkező zavarok (légzés fokozódása, fotoszintézis növekedés, egyedfejlődési rendellenességek)

• az oxigénhiány miatt táplálék szervezetek eltűnése

• a mérgezéssel szembeni csökkenő ellenállás

• zavarok a szaporodásban és a kritikus fejlődési szakaszokban

• az eredeti populáció összetételének változása

A vízszennyeződést okozó emberi tevékenységek

A vízszennyezésben 50%-ban az ipari és mintegy 25-25%-ban a mezőgazdaság, illetve a lakosság részesül a közép-európai országok adatai szerint.

A háztartások mosás, mosogatás, tisztálkodás, WC öblítővíz, stb. céljára használt vizei adják a házi szennyvizet.

A városi szennyvíz a házi szennyvíz mellett a csapadék vizet, és a városi szennyvízhálózatba bekötött ipari üzemek szennyvizét is magába foglalja.

A házi szennyvíz összetételét, illetve mennyiségét a vízfogyasztás jelentős mértékben befolyásolja. Nagyobb vízhasználat esetén hígul a szennyvíz, így szárazanyag tartalma csökken.

A vízhasználat mellett befolyásolja a szennyvíz minőségét a lakosság életmódja, a településen működő üzemek típusa, stb.

Általában egy lakosra eső szennyvíz napi mennyisége megegyezik a napi vízfogyasztással. Ennek értéke 120-150 l•d^-1 közötti.

A szennyvizeket szerves (fehérjék, zsírok, cukrok, zsírsavak, detergensek, papír, stb.) vegyületek, illetve szervetlen (ammónia, foszfátok, klorid, szulfát, stb.) anyagok alkotják oldott vagy lebegő állapotban, és mikroorganizmusokat is tartalmaznak ezért járványügyi szempontból ez a szennyvíz a legveszedelmesebb.

A szennyvíz szárazanyag tartalma 1-2 mg•l^-1. A szennyezőanyagok egy része kiülepedhet. A szervesanyagok mennyisége több mint 50%, melyből a fehérje 40%, a szénhidrát 50%, a víz 10%. A friss házi szennyvíz pH-ja közel semleges. A városi szennyvíz átlagos vízminőségi jellemzőit a 26. táblázat tartalmazza.

26. táblázat A városi szennyvíz átlagos minőségi jellemzői

Jellemzők	Alsó és felső határérték a vizsgált szennyvízben	Középértékek egyben a szennyvíz-technológiai számítások alapja, ha nincs mért érték
KOI eredeti, mg•l-1 BOI5 eredeti, mg•l-1 KOI ülepített, mg•l-1 BOI5 ülepített, mg•l-1 Imhoff, mg•l-1 (60 min) Összes lebegő anyag, mg•l-1 Lebegő szerves anyag, mg•l-1 Összes oldott anyag, mg•l-1 Oldott szerves anyag, mg•l-1 Oldott ásványi anyag, mg•l-1 Összes P, mg•l-1 Ammónia N, mg•l-1 pH	300-600 150-300 200-350 100-200 2,5-5,0 150-600 100-400 600-1200 250-600 200-600 10-20 25-35 6,9-7,8	450 225 275 150 3,75 275 250 900 425 400 15 30 7,2

Az ipari szennyvíz mintegy 80-90%-a a felhasználás során elszennyeződik. Az ipari használt vizek a következők:

• hűtő, illetve gőzrendszerek kibocsátott vizei

• technológiai használt víz

• üzemi szociális használt vizek

• az üzem területéről elvezetendő csapadékvíz

A használt hűtővíz csak hőszennyezést okoz, szennyezőanyag csak üzemzavar esetén kerülhet a vízbe.

Az egyes iparágak közül a villamosipar a legjelentősebb vízfelhasználó, de a felhasznált víz szennyezettsége kismértékű, ugyanis a felhasznált víz mintegy 96%-a a hűtővíz, így hőszennyezést okoz. Egy 100 MW teljesítményű erőmű óránként kb. 2000 m³ hűtővizet használ, amelynek hőmérséklet átlagosa 11 ^oC-al magasabb mint a felhasználás előtt.

A technológiai vízhasználat és szennyezés tekintetében a könnyűipar esetében a legnagyobb ennek az aránya (88%), azonban az ágazatokon belül az összes használat aránya nem jelentős.

A vegyiparra a szennyező anyagok változatossága jellemző. A különböző vegyipari üzemek (műtrágya, kőolaj feldolgozás, gyógyszer, műanyagipar, stb.) szennyvizeinek minősége eltérő, így egységes szennyvíztisztítási eljárás sem alakítható ki.

Jelentős vízfelhasználó és szennyvízkibocsátó az élelmiszeripar. Legkevésbé szennyezett vizek a konzervgyártásban, a legszennyezettebbek a szeszgyártásban keletkeznek.

A KOI 1300-7600 mg•l^-1, a BOI₅ 600-4800 mg•l^-1 értékek között változik. A szennyező anyagok biológiailag jól lebonthatók, az aerob és anaerob lebontási folyamatokban.

A húsiparban különös gondot kell fordítani arra, hogy a szennyvízbe minél kevesebb hulladékanyag (vér, csont, szarudarabkák) kerüljön, ezeket el kell távolítani.

A tejiparban a szennyvíz mennyisége jobb vízgazdálkodással és a melléktermékek (író, savó) hasznosításával csökkenthető.

A konzerv- és cukoripari szennyvizek különösen kedvezően használhatók öntözésre.

A könnyűiparban legkevésbé szennyezett a papírgyártó és feldolgozó, legszennyezettebb a cellulóz-, bőr- , és textilkészítő ipar szennyvize.

A papírgyártásból zömében szilárd rostanyagokat tartalmazó “fehér”, míg a cellulóz gyártásból főleg oldott szennyezést tartalmazó “barna” szennyvizek keletkeznek.

A textilkészítő iparban a vegyi anyagok, színezékek és mosószerek kerülnek a szennyvízbe.

A bőripari szennyvizek nagy üledék- és zsírtartalma kifogásolható, de nagy a szulfid és krómion koncentráció is.

A mezőgazdasági termelés hazánk egyik legfontosabb természeti erőforrását, a talajt hasznosítja. Ezen erőforrás hasznosítása a megfelelő mennyiségű és minőségű víz nélkül azonban nem lehetséges.

A víz nagyobb mennyisége illetve hiánya egyaránt rontja a termelés feltételeit.

A termelés során felhasznált víz egy része a párolgás illetve párologtatás útján, egy része viszont közvetlenül kerül vissza a környezetbe, így a felszíni illetve felszín alatti vizekbe.

A növénytermesztési technológiák fejlődésével kapcsolatban a kemikáliák (műtrágyák, peszticidek) széleskörű alkalmazása, az állattartásban az alom nélküli tartási technológia elterjedése (hígtrágya) jelentették potenciális veszélyt a vízkészletekre. Szennyezést okozhatnak ezen kívül a feldolgozó üzemek is.

Ezek a szennyező anyagok a vízi környezetre

• elsődleges (közvetlen)

• másodlagos (közvetett)

hatást gyakorolhatnak.

Közvetlen hatást jelent az állattartásban keletkező hígtrágya, melynek elhelyezése, komoly gondot jelent. A közvetett hatást kiváltó tényező a kemikáliák felhalmozása, melyek a talajból mind a felszíni, mind a felszín alatti vizekbe ki- illetve bemosódhatnak.

Az előzőekből következik, hogy a szennyezés lehet

• pontszerű, illetve

• nem pontszerű, diffúz jellegű.

Pontszerű szennyezés a hígtrágya felszíni befogadóba vezetése, melynek a kibocsátás jellegéből adódó szennyező hatása is jól mérhető. Ennek következtében egyértelműen meghatározhatók a szükséges intézkedések, illetve műszaki beavatkozások. A diffúz szennyezés a növénytermesztéssel kapcsolatos műtrágya használatból, illetve a peszticidek alkalmazásából származó a talajvízbe történő beszivárgás, illetve a záporokból következő lefolyás, valamint az erózió által a felszíni vizekbe való lemosódás. A lemosódó komponensek közül elsősorban a foszfor és nitrogén meghatározó az eutrofizálódás szempontjából.

Az eutrofizálódás különösen az üdülőterületek esetében veszélyes, mint pl. a Balaton vízgyűjtő területéről a tóba lefolyó foszfor és nitrogén vegyületek. Ennek megoldására már történtek intézkedések, azonban a végleges megoldást a vízgyűjtőterületen a talajvédelmi beavatkozások megvalósítása jelenthet.

Az alom nélküli állattartás kialakulásával megváltozott a keletkező melléktermék jellege és összetétele, mivel a szilárd ürülék és a vizelet eltávolítása az almos állattartáshoz képest eltérő módon, technológiai vízzel, hidraulikus úton történik. Az így képződő folyadékban szuszpendált trágya a hígtrágya.

A mezőgazdasági szennyvíz kibocsátás helyzetét tovább rontja, ha az állattartás vagy a gyümölcs-zöldség, illetve a növénytermesztést feldolgozó üzem egészíti ki.

Összetételét tekintve a mezőgazdasági üzemekből származó szennyvízek szilárd, és oldott szervesanyagokból, valamint vízben nem oldódó, kolloid oldatot képező folyadékból és zsírokból, valamint oldott szervetlen anyagokból állnak.

A szennyvizek jelentős része mikroorganizmusokkal (baktériumok, gombák, stb.) is szennyezett, ezért állathigiéniai és közegészségügyi szempontból problémát okozhatnak.

Ezért ezek kijuttatása a környezetbe komplex (környezetvédelmi, közegészségügyi, vízgazdálkodási, növénytermesztési) mérlegelést igényel.

Az alomnélküli állattartás és az ehhez kapcsolódód feldolgozó üzemekben keletkező szennyvizek szennyezettsége általában nagyobb fokú, mint egy átlagos kommunális szennyvízé. A mezőgazdaság szennyvíz átlagos összetételét mutatja be a 27. táblázat.

27. táblázat Mezőgazdasági szennyvizek főbb minőségi jellemzői

A hígtrágya elhelyezés illetve hasznosítás lehetősége a nyárasok és szántóföldi, közvetlen emberi fogyasztásra nem használt növények öntözése során lehetséges. Ennél a módszernél túlzott, vagy nem szakszerű alkalmazás esetén – a talajvíz szennyezése következhet be. A hígtrágya és műtrágya nagymértékű alkalmazása okozta a hollandiai talajvizek nitrátosodását.

Ugyancsak a talajvíz szennyeződését (nitrátosodását) okozhatja a helytelen, túlzott, nem megfelelő mennyiségű és nem megfelelő időben kijutatott műtrágya. Erre vonatkozóan az EU előírások 2002-ig a vízbázisokon 170, egyéb területen 210 kg•ha^-1 –ban maximálják a kijuttatandó összes nitrogén mennyiséget. A felszíni lefolyás eredményeként a felszíni vizek NO₃^- koncentrációja a 70-es évek elejétől növekedett.

Így pl. a Dunában az 1659 km-nél, 1970-ben az NO₃^- koncentráció minimum mintegy

2 mg•l^-1, a maximum 5 mg•l^-1 között alakult. 1982-ben a minimum 7,5, a maximum 22 mg•l^-1 értékre nőtt. A növekedés háromszoros volt, de a 80-as években a növekedés lelassult, a 90-es években bekövetkezett egyre csökkenő műtrágya használat eredményeként az NO₃^- koncentráció csökkent.

A természetes vizek szennyezése

A felszíni vizek szennyezése

A felszíni vizek szennyezése, a szennyezés terjedése és öntisztulása vonatkozásában a vízfolyások illetve állóvizek eltérő hidrológiai, illetve hidraulikai tulajdonságai miatt lényeges különbségek tapasztalhatók, ezért célszerű ezeket külön tárgyalni.

A vízfolyások szennyezése, a szennyezés terjedése, az öntisztulás

Amint azt az előzőekben már tisztáztuk a szennyező anyag bejutása a vízfolyásba pontszerűen vagy nem pontszerűen történik.

A szennyező anyagok koncentrációja és kémiai összetétele, a vízbe lépést követően a különböző természetes folyamatok hatására megváltozik.

Ezek a folyamatok

• a hígulás

• a biodegradáció

• a biológiai felerősödés (amplifikáció) és

• az ülepedés(szedimentáció)

A hígulás a szennyezőanyag tovaterjedésével következik be.

A terjedésben a folyó áramlási tulajdonságainak van szerepe. Ezek közül a vízhozam, a víztömeg és a vízsebesség a meghatározó, de fontos szerepet játszik a turbulencia is.

A vízhozam, illetve a víztömeg és a koncentráció között fordított arányosság áll fenn. A korrelációs vizsgálatok alapján megállapították, hogy a vízhozam és a sókoncentráció között szoros korreláció áll fenn (r = -0,5-0,9). Hasonlóan fordított arányosság áll fen az oxigén fogyasztásra vonatkozóan is, de nem olyan egyértelműen, mint a sókoncentráció esetében.

A vízhozam növekedése kezdetben növeli a oxigénfogyasztást, és majd később jelentkezik a hígító hatás, amikor a fordított arányosság egyértelművé válik. Ennek oka, hogy a KOI_ps meghatározásakor az oldott szerves anyagok mellett a szerves hordalék mérésére is sor került.

A vízhozam és vízminőség közötti összefüggésre vonatkozó adatokat Hock B. (Pásztó, 1998. nyomán) foglalta össze (14. ábra).

14. ábra A vízhozam és a vízminőség összefüggései

A mérések eredményeinek kiegyenlítő görbéje

• nagy vízfolyások, vagy erősen, de egyenletesen terhelt kis vízfolyások esetében hiperbolával jellemezhető

• kevesebb vízjárású, illetve kevésbé szennyezett kisebb vízfolyások esetén a kezdeti hiperbolikus szakasz után emelkedő tendenciát mutat

A vízminőség valamely komponensből (C) adott vízhozam (Q) mellett származó terhelés (T=CQ) lényegéből három tagból tevődik össze:

1. a vízfolyás vízhozamával arányos alapterhelésből (aQ),
2. a vízfolyás vízhozamától független szennyvízterhelésből (b),
3. a vízfolyás vízhozamával (Q), illetve egységnyi idő alatt bekövetkező vízhozam változásával (Q-Q_-1) egyenesen arányban változó nagyvízi terhelésből, amely az árterületről történő bemosások szennyező hatását tartalmazza.

Így a terhelés:

T = CQ = aQ + b + cQ(Q-Q_-1)

terh.= terh. = alapterh.+szv.+nagyvizi terhelés

ahol a, b és c állandók meghatározása nagyszámú mérési adat birtokában korrelációszámítással lehetséges.

Olyan kiegyenlített vízjárású vízfolyás (pl. a Duna) esetében, ahol Q és a Q_-1 értéke nagyságrendileg megegyezik, ott az előző összefüggés jobboldalának harmadik tagja - figyelembe véve azt a tapasztalati tényt, hogy c értéke nagyságrendekkel kisebb a értékénél - elhanyagolható.

Ez esetben az összefüggés alakja

T = CQ = aQ + b

illetve

Heves vízjárású vízfolyásoknál az összefüggést vagy eredeti alakjában használjuk, vagy azzal a közelítéssel élhetünk, hogy Q-1 értéke Q értékéhez képest elhanyagolható. Ez esetben

T = CQ = aQ + b +cQ²

illetve

alakú összefüggésekhez jutunk megegyezésében a 14. ábrán feltüntetett tapasztalati eredménnyel.

A szennyezés terjedésében a turbulens diszperzió játszik szerepet. Ennek eredményeként a 15. ábra szerinti szennyvízcsóva alakul ki, majd egy bizonyos távolság után a szennyező anyag a meder teljes szélességében elkeveredik és ennek megfelelően a koncentráció csökken.

15. ábra Szennyvízcsóva kialakulása folyóban (Benedek P. – Literáthy P. (1979) szerint)

Ez a hígulás esetleg 10 vagy 100 km távolságig is lejátszódhat, amikor is a folyó teljes keresztszelvényében azonos lesz a koncentráció.

A koncentráció maximumok hosszmenti változását a turbulens vízmozgásra jellemző eloszlásra kidolgozott Taylor - modell alapján Kádár L. (1971) vezette be a következők szerint:

ahol

C_m – maximális koncentráció, g•m^-3

M – az időegység alatt bebocsátott szennyezőanyag, g•s^-1

n – az átlagos vízmélység, m

v – a vízfolyás középsebessége m•s^-1

x – a szennyvízforrástól mért távolság, m

K_y – a keveredési tényező, m²•s^-1

A keresztirányú eloszlás:

ahol

C_y – a koncentráció az y helyen, g•m^-3

y – távolság szennyvízcsóva szimmetriai tengelyétől, m

Y_o – a szelvényállandó, m

A turbulens diszperzióval kapcsolatos vizsgálati eredmények jól használhatók

• a mintavételi hely kiválasztásában

• a vízkivétel optimális helyének kiválasztásánál

• a szennyvízbevezetés helyének megválasztásánál

• a szennyvíztisztítás szükséges hatásfokának meghatározásánál

• a váratlan szennyvízhullámok előrejelzéssel.

A biodegradáció az oxigént felhasználó szennyező-anyagok esetében következik be.

Ez a folyamat a vízfolyások öntisztulásának része.

Öntisztulásnak (természetes tisztulásnak) nevezzük azt az emberi beavatkozás nélkül végbemenő folyamatot, amely a vízfolyásba kerülő szennyezőanyag tartalom csökkenését vagy eltűnését eredményezi.

Ez egy bonyolultabb folyamat, amely

• fizikai (keveredés, ülepedés)

• kémiai (oxidáció, koaguláció, stb.) és

• biokémiai (fotoszintézis, mineralizáció)

részfolyamatokból áll.

A legnagyobb szerepe ebben a folyamatban a biokémiai folyamatoknak van, melyek keretében a vízi ökoszisztémában levő mikroszervezetek (baktériumok, gombák, protozoák), amelyek szerves vegyülettel táplálkoznak, részben saját testük felépítéséhez használják a biodegradálható szerves szennyezőket, részben mineralizálják ezeket.

Ezek aerob és

anaerob folyamatok lehetnek.

Az aerob folyamatoknál oxigénigényes mikroszervezetek vesznek részt a lebontásban, a végtermékek, a szén-dioxid, szulfátok, foszfátok és a víz (16. ábra).

16. ábra Aerob lebomlási ciklus

Néhány szerves anyag lebontásához szükséges oxigén mennyiséget mutatjuk be a 28. táblázatban

A folyók öntisztulása viszonylag gyorsan és rövid szakaszon játszódik le, ha megfelelő a hígulás mértéke, és elegendő oldott oxigén áll rendelkezésre, illetve a terhelés nem túl nagy.

A szennyezés hatására a vízfolyás mentén a vízi ökoszisztéma faji összetétele, illetve az oldott oxigén koncentrációja, illetve a BOI változik. A változásokat mutatja be a 17. ábra.

17. ábra A vízfolyások öntisztulási folyamatában bekövetkező változások

(Forrás: Miller, 1988)

28. táblázat Néhány szerves anyag lebontásának oxigén szükséglete

Szerves anyag	Oxigén igény gO2•g-1 szerves anyag
Zsír Fenol Fehérje Keményítő Cellulóz Glükóz Ecetsav	2,85 2,38 1,46 1,18 1,18 1,06 0,94

A biodegradáció illetve a hígulás hatására a vízfolyás mentén a mikroszervezetek mennyiségében illetve az oldott anyagok koncentrációjában bekövetkezett változásokat mutatja be a 18. ábra.

18. ábra Szennyvízbevezetés hatásai a befogadó folyóvízben, azonnali elkeveredés feltételezésével

1 – oldott oxigén; 2 – szerves anyag (pl. KOI-ben); 3 – összes oldott só; 4 – szennyvízgombák; 5 – baktériumok; 6 – protozoák; 7 – ammónia; 8 – foszfát; 9 – nitrát; 10 – alga; 11 – szennyvízfauna; 12 – köztes fauna; 13 – tiszta vízi fauna;

Az aerob öntisztulási viszonyok jellemzésére Streeter-Phelps javasolta az oxigénvonal meghatározását (19. ábra), amely a szerves anyagok mineralizálásához elhasznált oxigénmennyiség és a vízben felvett oxigén eredője.

19. ábra Az oxigénvonal jellegzetes alakja (Pásztó, 1998.)

A folyók oxigénháztartásában Phelps szerint

aktívák

• az oldott oxigénfelvétel a vízfelületen keresztül történt direkt diffúzió révén

• oldott oxigénfelvétel a vízi növényzet fotoszintézis tevékenysége következtében

passzívák

• felszíni víz természetes szennyeződése (erózió)

• a szennyvizek által okozott közvetlen szennyezés

• a fenékiszap aerob, de főleg anaerob bomlásból származó közvetett szennyeződés

A szerves anyag lebomlása az

differenciál egyenlettel, az oxigén deficit pedig az oxigénfelvétel nélküli szervesanyag okozta oxigén felhasználás és a szervesanyag lebomlás oxigén felvétel különbségének

differenciál egyenletével jellemezhetjük.

Az egyenletrendszert megoldva és 10-es alapra vonatkoztatva a következő egyenletet kapjuk

ahol

D – a telítettségi állapothoz képest mutatkozó oldott oxigénhiány tetszőleges t időpontban g•m^-3

D_o – a telítettségi állapothoz képest mutatkozó oldott oxigénhiány a vizsgált folyamat kezdetén (a szennyezés helyén t=0, és S=S_o), g•m^-3