vizkemia es hidrobiologia

Vízkémia és hidrobiológia

ELŐADÓK:

DR. LICSKÓ ISTVÁN (VÍZKÉMIA)

DR. SZILÁGYI FERENC (HIDROBIOLÓGIA)

Vízkémia - hidrobiológia Vizsgára bocsátás feltételei:

1. Két érvényes zárthelyi dolgozat (egy vízkémiából, egy

hidrobiológiából, mindkettő minimum kettes kell hogy legyen)

2. Teljesített laboratóriumi gyakorlat mind vízkémiából, mind

hidrobiológiából

3. Akik az előző években már teljesítették a laboratóriumi

gyakorlatokat, de nem szereztek érvényes kollokviumi jegyet, a laboratóriumi gyakorlatok alól mentességet kapnak. Akiket ez érint, írják fel a nevüket egy

papírra, és adják át az előadás végén, vagy keressék fel a tanszéken Perényi Ágnes tanárnőt

Laboratóriumi gyakorlatokVízkémia:

Az alábbi öt időpontban kerül sor vízkémia laboratóriumi gyakorlatra, melyeken max. 18 fő vehet részt. A gyakorlat időtartama 4 óra, melyet 15h (14h) és 19h (18h) között tartunk a Vízi Közmű és Környezetmérnöki Tanszék laboratóriumában, az U épületben.

Időpontok:

2008. szeptember 19.2008. szeptember 26.2008. október 3.2008. október 10.2008. október 17.

Minden hallgató csak egyetlen alkalommal vesz részt vízkémiai, és egyetlen alkalommal hidrobiológiai laboratóriumi gyakorlaton, azaz 2008. szeptember 8. és október 25. között, valamint október 27. és december 12. között mindössze két péntek délutánjuk lesz "foglalt".

2008. szeptemberében két alkalommal kedden (páros hét) 12h és 14h között a laboratóriumi gyakorlatok meghirdetett időpontjában (szeptember 16-án és szeptember 30-án) vízkémia feladat-megoldásra kerül sor a

Ka. 67. sz. teremben

A hidrobiológiai laboratóriumi gyakorlatokra öt csoportban

november 7-énnovember 14-énnovember 21-én

kerül sor 2-2 órás időtartammal. Öt csoportban teljesítik ezt a gyakorlatot is, de ez csak három délutánt vesz igénybe.

2008. október 28-án és november 11-én kedden 12h és 14h között a laboratóriumi gyakorlatok meghirdetett időpontjában hidrobiológia előadásra kerül sor a

Ka. 67. sz. teremben

Vízkémia zárthelyi időpontja: 2008. október 20. 10h

Helye: Ka. 60. terem, azaz a tanterem

Pótzárthelyi időpontja:

2008. november 3. 17h

Helye:

Hidrobiológia zárthelyi időpontja:

2008. november 24. 10h

Helye: Ka. 60. terem, azaz a tanterem

Pótzárthelyi időpontja:

2008. december 1. 17h

Helye: K.

Pót-pót zárhelyi időpontja:

2008. december

Helye: K.

Pót-pót zárthelyin csak azok vehetnek részt, akik előzőleg már sikertelen zárthelyit írtak

KollokviumKét lehetőség:

1. Irásbeli dolgozat, jegymegajánlással

2. Szóbeli vizsga Az írásbeli dolgozat elkészítésének módja:

Időpont: 2009. január

Helye: K

Szóbeli vizsga módja:Kijelölésre kerül 5-6 vizsgaidőpont, alkalmanként maximum 20 fő jelentkezhet. A szóbeli vizsga előtt írásbeli „belépő” lesz, öt-öt rövid választ igénylő kérdéssel. A „belépő” eredményétől függ, hogy az adott napon vizsgázhat az adott hallgató, vagy nem. A szóbeli vizsgán 10-10 perc felkészülési idő lesz vízkémiára és hidrobiológiára.

Mind Szilágyi tanár úrnál, mind nálam vizsgázniuk kell. Mind vízkémiából, mind hidrobiológiából el kell érniük az elégséges szintet ahhoz, hogy a közös jegy, mely az Indexbe és a Neptunba bekerül elégséges, vagy annál jobb legyen

Az írásbeli vizsga eredménye egy megajánlott jegy, amin szóbeli vizsgával javítani, de rontani is lehet! Az írásbelin szerzett elégtelen osztályzat azonban bekerül az Indexbe (és a Neptunba). Aki elégtelenre írja, annak a szóbeli javítás ajánlott.

Mind a vízkémia, mind a hidrobiológia laboratóriumi gyakorlatokat László Balázs tanár úr, valamint Perényi Ágnes és Musa Ildikó tanárnők vezetik

Vízkémiából és hidrobiológiából van használható jegyzet. Beszerezhető a Budafoki út 13. alatti fénymásolóban. Elérhető a Tanszék honlapján

Tanszéki honlap:www.vkkt.bme.hu

Oktatás menüpont

Tantárgyak

BSc

Víz- és környezeti kémia, hidrobiológia

Tekintettel arra, hogy jól használható jegyzet rendelkezésre áll a tantárgy „Vízkémia” részéhez is, szeptember 16-án és 30-án a korábbi évek gyakorlatától eltérően nem elméleti anyaggal foglalkozunk, hanem számpéldák megoldásával, melyek lényegesen nagyobb súllyal szerepelnek majd a zárthelyi dolgozatokban mint a megelőző években.

A laboratóriumi gyakorlatok alkalmával elhangzottakat (ez különösen a vízkémia gyakorlatokra vonatkozik) a zárthelyi dolgozatban nem kérdezzük, de a kollokviumon igen, függetlenül attól, hogy írásbeli, vagy szóbeli vizsgáról van szó!

A TANTÁRGY STRUKTÚRÁJA ALAPVETŐ KÉMIAI ISMERETEK (kémiai kötések, reakciók,

energetikai viszonyok, stb.) A VÍZ MINT TERMÉSZETES OLDÓSZER (fizikai és kémiai

tulajdonságok) VÍZBIOLÓGIA (vízi ökoszisztémák, trófikus szintek, anyag

és energia áramlás, táplálkozási kapcsolatok, bioindikáció, stb.)

TÁPELEM CIKLUSOK ANYAGMÉRLEGEK VÍZMINŐSÉG (komponensek, mintavételi és analitikai

módszerek, stb.) VÍZMINŐSÍTÉS ANTROPOGÉN SZENNYEZÉSEK (tápanyagok, szerves

mikroszennyezők, nehézfémek, biológiai szennyezés, stb.) TOXIKOLÓGIA

A VÍZ SZEREPE A FÖLDÖN

Az élet alapja

Felületi részaránya a Földön 70 %

Élőlények testének kb. 90 %-a víz

Élettér

Alapvető természeti érték

Az emberi társadalom létezésének feltétele

A jövőbeni fejlődés feltétele

VÍZKÉSZLETEK

97.4%óceá-nok,

tenge-rek

0.61 %talajvíz

1.98%jég

(jégsap-kák,

gleccse-rek)

0.05 ‰Telítet-

len talaj-zóna

0.07 ‰tavak,

tározók

0.02 ‰ folyók,atmosz-

féra, élővilág

2.6 % édes-víz

0.14 ‰

1.4 milliárd km3, a földkéreg felszínének 71 %-át borítja víz

A VÍZ TULAJDONSÁGAINAK GYAKORLATI VONATKOZÁSAI

A FÖLDI (EMBERI) ÉLET FENNTARTÁSÁHOZ NÉLKÜLÖZHETETLEN

TAVAK RÉTEGZŐDÉSE A JÉG FELÚSZÁSA HŐPUFFER, ÉVSZAKOK, KLÍMA KIEGYENLÍTÉS PÁROLGÁS, CSAPADÉK, VÍZ- ÉS

ANYAGFORGALOM MEGHAJTÁSA ERÓZIÓ, BEMOSÓDÁS ANYAGTRANSZPORT CSEPPKÉPZŐDÉS KAPILLÁRIS JELENSÉG

FAJLAGOS VÍZHASZNÁLATOK

ÉTEL, ITAL 2 L/FŐ/NAP

EGYÉB EMBERI VÍZHASZNÁLAT 100-150 L/FŐ/NAP

AUTÓGYÁRTÁS 105 L/AUTÓ

PAPÍRGYÁRTÁS 300 m3/TONNA

VISZKÓZ MŰSELYEN 100 m3/TONNA

1000 KWH VILLAMOSSÁG 200 m3

VASGYÁRTÁS 22 m3/TONNA

A tápanyagforgalom és a táplálkozási kapcsolatok egyszerűsített folyamatábrája

A TAVI ÖKOSZISZTÉMA ELEMEI (2)

Élőhelyek

Levegő – víz határfelület

Nyíltvíz

Üledék (bentosz)

Élőbevonat

Parti zóna


Társulások

Bakterioplankton

Fitoplankton

Zooplankton (egysejtűek, kerekesférgek, kisrákok)

Magasabbrendű vízinövények (makrofiton)

Makroszkópos gerinctelenek (csigák, kagylók, szivacsok, stb.)

Halak (növényevők, fenéktúrók, ragadozók)


Kölcsönhatások az ökoszisztémában

Energia áramlás szintjei

Táplálkozási kölcsönhatások

Kompetíció

Minden elem összefügg egymással

A folyóvizek (rheális) szinttájai

Tájék Szinttáj

Forrástájék (krenális)

Forrás szinttáj

Forrás kifolyó szinttáj

Pisztrángfélék tájéka (rhitrális)

Felső pisztráng- csermelyek, hegyi

szinttáj patakok

Alsó pisztráng- patakok

szinttáj

Pénzespér hegyi folyók

szinttáj

Pontyfélék tájéka (potamális)

Márna szinttáj kisebb folyók

dévérkeszeg- síksági folyók, szinttájfolyamok

Lepényhal – Tengeri durbincs szinttáj folyótorkolatok

Hidrobiológia

Tápanyagok Tápanyagok

100+ kémiai elem 40 életfontosságú

Makro elemek: C, O, H, N, S, P, K, Ca, Mg

Nyomelemek: Fe, Mn, B, Zn, Cu, Mo, Cl, Na

Felvételi formák

Bioszférában: H, O, C, N, Ca, K, Si, Mg, P, S

Litoszféra: O, Si, Al, H, Na, Fe, Mg, Ca, K, Ti, C, P, S

Atmoszféra: N, O, H, Ar, Ne

Hidrobiológia

Növények szervetlenből szerves anyagot állítanak elő (fény és klorofill)

6CO2 + 6H2O C6H12O6 + 6O2

Elsődleges termelés (primer produkció): fotoszintézis, kemoszintézis során termelődő biomassza

Nettó primer produkció: primer produkció – légzés

Energia megkötés: csak a primer produkció során, a további szinteken (fogyasztók, konzumensek) energia csökkenés (légzés, hőtermelés, mozgás)

Energiaáramlás: egyirányú folyamat

Termelők Fogyasztók (állati szervezetek) Lebontók

Élő szervezetek és tápanyagok Élő szervezetek és tápanyagok

Tápanyagok Tápanyagok

Hidrobiológia

Liebig-féle minimumtörvény: az a tápanyag korlátozza a termelést, ami a többihez képest a legkisebb arányban van jelen

C : N : P = 106 : 16 : 1

Tápelemek körforgalmakban vannak

AZ EUTROFIZÁCIÓ KÖVETKEZMÉNYEI

MÉRSÉKELT ÉGÖVI ÁLLÓVIZEK

ELSŐSORBAN: ALGA TÚLSZAPORODÁS (kovaalgák, zöldalgák, kékalgák)

MÁSODSORBAN: MAKROFITON ELBURJÁNZÁS

TRÓPUSI ÁLLÓVIZEK

ELSŐSORBAN: VÍZI MAKROFITON túlszaporodás (vízililiom, piscia)

MÁSODSORBAN: ALGA TÚLSZAPORODÁS (kékalgák, kovaalgák)

A TROFITÁS ÉS A VÍZHASZNÁLAT ÖSSZEFÜGGÉSE

Trofitás Vízhasználat

OligotrófVízellátás

fürdőzés, rekreáció

Mezotrófvízellátás

fürdőzés, rekreáció

EutrófÖntözés

haltenyésztés

HipertrófHaltenyésztés

hajózás

AZ ALGÁK VÍZMINŐSÉGI HATÁSAI

Instabil oxigén viszonyok

Szervesanyag termelés

Szín, szag és ízproblémák

Esztétikailag kedvezőtlen víz

Toxintermelő képesség

PROBLÉMÁK A VÍZELLÁTÁSNÁL

Növekvő koaguláns igény

Az ülepítés során flokkok felúszása

Szűrök eltömődése

Az algák átmehetnek a szűrőn

Baktériumok elszaporodása az algák szervesanyagán a vízelosztó rendszerben

MAKROFITON ELBURJÁNZÁSBÓL EREDŐ GONDOK

A VÍZKIVÉTELI MŰVEK eltömése (vízellátás, energiatermelés)

MAGAS EVAPORTRANSPIRÁCIÓ

VÍZI SZÁLLÍTÁS AKADÁLYOZÁSA

FÜRDŐZÉS AKADÁLYOZÁSA

HALÁSZAT AKADÁLYOZÁSA

MAKROFITON SZABÁLYOZÁS Aratás

Üledék lefedése

Kotrás

Foszfor inaktiválás

Növényevők betelepítése

Növényi patogének bevitele

Vízmélység szabályozás

Növényirtó szerek alkalmazása

A toxicitás fokozatai

0 Nem mérgező

1

2 Gyengén mérgező

3

4 Közepesen mérgező

5

6

7 Erősen mérgező

8

9 Igen erősen mérgező

% TLm

nincs válasz

> 100 (válasz < 10 %)

> 100 (válasz 10-50 %)

100-50

50-10

10-1

1-0,1

0,1-0,05

0,05-0,01

< 0,01

FényFény

Hidrobiológia

Fény jellemzője: hullámhossz (, lambda), amplitúdó (A)

A Föld felszínére érkező teljes sugárzás: 100-3000 nm

Fény intenzitása: egységnyi területen áthaladó fotonok száma

Elektromágneses hullámok folyamatos áramlása

vagy

Fotonok (kvantumok) diszkrét „energiacsomagok”, elektromos és mágneses mezővel

Hidrobiológia

Ibolyántúli (Ultraviola. UV) 300-380 nm

Látható fény (kék, zöld, vörös) 380-750 nm

Vörösön inneni (infravörös, IR) 750-3000 nm

Fotoszintetikusan aktív sugárzás (PAR) 400-700 nm

Közvetlen napsugárzás (~80%) (tiszta időben)

Szórt sugárzás (~20%) (tiszta időben)

Hidrobiológia

A légkör külső határára érkező napsugárzás további

útja: 100 % = 11 ezer MJ/m2/év

(Próbáld, 1981. nyomán)

Albedó: visszaverődött fénymennyiségvíz: ~5%, télen: ~ 10%hó: ~90%

Hidrobiológia

Beeső fény Visszavert fény

vízfelszín

Teljes reflexió

A

A

p

B

B’

bb’

V

V’

Fénytörés:

Tárgyak közelebbinek és nagyobbnak látszanak

Hidrobiológia

Fény és a vízFény és a víz

1. Fényvisszaverődés2. Fényelnyelés3. Fényszóródás

FényvisszaverődésBeesés szögétől és a felület érdességétől függ

Hidrobiológia

Fényelnyelés: vízben, illetve a fenéken

Iz=I0 e-z

ahol:

Iz párhuzamos, monokromatikus fénynyalábok intenzitása z mélységben

I0 a felszínen áthaladó intenzitás

z úthossz (vízmélység)

az adott hullámhossz extinkciós koefficiense

Fény biológiai jelentősége 1Fény biológiai jelentősége 1

Hidrobiológia

Látás, tájékozódás (barlang)HőforrásFotoszintézis

Fotikus réteg: felső, átvilágított réteg, ahol a fotoszintézis zajlik

Afotikus réteg: fotoautotrof élet nem lehetséges, csak lebontást végző élőlények vannak

Lefelé haladva (fény csökkenésével) a fotoszintézis csökken, a lebontás nő. Egy adott mélységben a két folyamat kiegyenlíti egymást, ez a kompenzációs mélység, (ahova a felszíni fény 1%-a jut le).


Hidrobiológia

Közvetlenül a növényzet elterjedését befolyásolja, főleg az algáknál és a gyökerező hinaraknál figyelhető meg jól (ld. Balaton)Lebegő élőlényeknél napszakos vertikális vándorlás

Mérnöki vonatkozás: pl. ivóvíztisztítóban elsötétítés (vagy zöld üveg) az algásodás megelőzésére (klorofill elsősorban vörös és kék fényt hasznosít)


Hidrobiológia

A szárazföldi növények PAR: 50%-át hasznosítják, a fitoplankton: 0,01-3%-ot

Fotoszintetikus hatékonyság: fotoszintézis során felépített szervesanyag energiatartalma és a besugárzott energia hányadosa

1-5% a magasabb rendű növényeknél

Hidrobiológia

Az eltérő hullámhosszak más mélységekig jutnak le a vízbenVízben található lebegő anyag (nem hullámhossz szelektíven) befolyásolja a víz fényáteresztő képességét.

Szervesanyag tartalom erős UV, kék és zöld elnyelő hatás

Infravörös sugarak elnyelése: melegedést okoz, (legfelső vízrétegben)

Fény méréseFény mérése

Hidrobiológia

Secchi-korong (Secchi-átlátszóság)

20 cm átmérő

Durva összefüggés a Secchi-átlátszóság és az oldott szervesanyag tartalom között.

Secchi x 2 fotikus réteg

A felszíni fény ~10%-a

Hidrobiológia

Epilimnion

Metalimnion

Hipolimnion

Átkeveredés, átfordulás

HőmérsékletHőmérsékletA mélység növekedésével a hősugárzás gyorsan elnyelődik Rétegződés alakul ki

Víz sűrűsége függ a hőmérséklettől

Hidrobiológia

Hőmérséklet alakulása a Csórréti-tározóban

Hőmérséklet változása a tározóban

0

5

10

15

20

25

Máju

sJú

lius

Szepte

mber

Novem

ber

Janu

ár

Már

cius

Máju

sJú

lius

Szepte

mber

Novem

ber

Janu

ár

C

T0 felszín

T1

T2

T3

T4 fenék

Hidrobiológia

HŐMÉRSÉKLETI RÉTEGZETTSÉGET BEFOLYÁSOLÓ TÉNYEZŐK

• Nyomás: a nyomás csökkenti a maximális sűrűséghez tartozó hőmérsékletet (~0,1ºC/100m)

• Sótartalom (szalinitás): fagyáspont akár 0 ºC alá csökkenhet (útsózás)

• Oldott anyagok: infravörös (hő)sugarak elnyelése

Hidrobiológia

MÉLY TAVAK OSZTÁLYOZÁSA KEVEREDÉSI TÍPUSOK SZERINT

1. Amiktikus2. Holomiktikus

1. Monomiktikus• Hideg• Meleg

2. Dimiktikus3. Polimiktikus

• Hideg• Meleg

3. Meromiktikus

Hidrobiológia

Rétegződés következménye: eltérő kémiai tulajdonságokHipolimnion anaeróbbá válik (válhat)

Kémiai következményekBiológiai következmények

redoxi viszonyok változása

Hidrobiológia

Kémiai következmények: redoxi viszonyok változása

• Vas redukciója, Fe(OH)3 Fe2+ Fe(III)Fe(II)

• Mangán redukciója, MnO2 Mn2+ Mn(IV)Mn(II)

• Vashoz kötött foszfor oldódása

Hidrobiológia

Mangán

A rétegzettség végső soron a víztisztítási technológiára is kihat!

Összes mangán a tározóban

0

100

200

300

400

500

600

700

800

Máj

us

Júni

us

Júliu

s

Aug

uszt

us

Sze

ptem

ber

Okt

óber

Nov

embe

r

Dec

embe

r

Janu

ár

Feb

ruár

Már

cius

Ápr

ilis

Máj

us

Júni

us

Júliu

s

Aug

uszt

us

Sze

ptem

ber

Okt

óber

Nov

embe

r

Dec

embe

r

g/L

T0

T1

T2

T3

T4

Oldott mangán a tározóban

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

Máj

us

Júni

us

Júliu

s

Aug

uszt

us

Sze

ptem

ber

Okt

óber

Nov

embe

r

Dec

embe

r

Janu

ár

Feb

ruár

Már

cius

Ápr

ilis

Máj

us

Júni

us

Júliu

s

Aug

uszt

us

Sze

ptem

ber

Okt

óber

Nov

embe

r

Dec

embe

r

g/L

T0

T1

T2

T3

T4

Hidrobiológia

Biológiai következmények

• Lebontási folyamat túlsúlya

• Szén-dioxid felszabadulása

• pH csökkenése

• Denitrifikáció, NO3- N2

• Ammónia képződés

• Szulfát redukció, SO42- H2S

• Metán fermentáció, CO2 CH4

• Anaerób lebontás során íz és szaganyagok keletkezése

Hidrobiológia

Biológiai vonatkozások

Élet: 0-50 ºC között, de extrém esetek vannak cseppfolyós víz a két szélső határ

Eutermikus (euritermikus): tág hőmérsékleti határokhoz alkalmazkodnak

Sztenotermikus: szűk hőmérsékleti határokhoz alkalmazkodnak

Állandó testhőmérsékletű fajok: homoioterm

Változó testhőmérsékletű fajok: poikiloterm

Hidrobiológia

Van’t Hoff törvénye: a hőmérséklet 10 ºC-al való emelésekor a reakciósebesség 2-3-szorosára nő. A legtöbb élőlény növekedése, fejlődése függ a környezet hőmérsékletétől.

HőigényHőtűrés

termofil (melegtűrő): +45 - +95 ºCmezofilpszichrofil (hidegtűrő)

Hőszennyezés: erőművek

ΔT

Tmax

télen és nyáron eltérő lehet

Toxikológia (1)

Toxicitás = mérgező képesség

Természetes (bakteriális endo- és exotoxinok, anyagcsere termékek)

Mesterséges (emberi tevékenység által okozott mérgezőképesség)

Nehézfémek

Szerves mikroszennyezők

Oxigén elvonás

Ammónia

A toxicitás dózistól függő

Akut toxicitás (egyszeri nagyobb dózis)

Toxikológia (2)

Idült toxicitás (hosszú idejű kisebb dózis)

A fajok és egyedek érzékenysége különböző

Értékelés LD50 és LC50 alapján

Mérés célja: hígítási igény megállapítása

Tesztek fajtái:

Gyorstesztek

Hosszú idejű tesztek

Különleges tesztek

Ökotoxikológia

Toxikológiai tesztekPeremfeltételek (1)

Több faj esetében kell a toxikusságot mérni Nagy mennyiségben előforduló szervezetek

kiválasztása előnyös A szervezetek jól tűrjék a laboratóriumi körülményeket Érzékeny élőlények szükségesek a toxikus anyagokkal

szemben Lehetőleg fiatal egyedeket válogassunk Az élőlények érzékenysége évszakosan is változhat Több toxikus anyag egyidejű jelenlétében változhat a

toxikus hatás

Egymást erősítő hatás

Egymást csökkentő hatás

Semleges hatás

Toxikológiai tesztek

Peremfeltételek (2)

Lehetőleg gyorsan szaporodó élőlényeket válasszunk

Jól felszerelt laboratórium szükséges

Bakteriális tenyésztések steril körülmények között

Tesztelés közben a környezeti feltételek változatlanok

Hígítási sort készítenek a toxikus anyagból

Kontrol minta szükséges

Több párhuzamos mérés szükséges

Környezet ne limitálja a szaporodást

Statisztikai kiértékelhetőség

Minőség

Dolgok, jelenségek, folyamatok belső lényegi tulajdonságainak összessége, melyek révén azok egymástól elkülönülnek

Alkalmasság, jóság

A minőség emberközpontú alkalmazása.

Felhasználástól függ a kedvező vagy rossz minőség (Pl. halászat, fürdés, ivóvíz, ipari víz, öntözővíz, stb.)

VízminőségRégi megfogalmazás:

A természetben előforduló víz tulajdonságainak összessége.

Új megfogalmazás:

A víztest állapota, amely az „n” dimenziós topológiai térben egy ponttal jellemezhető, ahol n = a víztest tulajdonságainak összességével.

A valóságban az „n” számú jellemző nem határozható meg, kevesebbel kell beérni (idő, anyagi korlát, stb.)

SZENNYEZŐANYAGOK TÍPUSAI OXIGÉNELVONÓ ANYAGOK (főként

szervesanyagok)

NÖVÉNYI TÁPANYAGOK (N és P)

SZERVES MIKROSZENNYEZŐK (Peszticidek, gyomirtó szerek, szerves vegyipari hulladékok, stb.)

LEBEGŐ ANYAGOK

NEHÉZFÉMEK (Cd, Cu, Cr, Ag, Hg, Fe, Mn, stb.)

FETŐZŐ ÁGENSEK (baktériumok, vírusok, stb.)

RADIOAKTÍV ANYAGOK

HŐ

A SZENNYEZŐ ANYAGOK HATÁSAI

A VÍZI OXIGÉNFORRÁS CSÖKKENÉSE

EUTROFIZÁLÓDÁS

A TÁPLÁLKOZÁSI KAPCSOLATOK SÉRÜLÉSE

POTENCIÁLIS TOXIKUSSÁG

JÁRVÁNYOK

ESZTÉTIKAI ÉRTÉK CSÖKKENÉSE

KORRÓZIÓ

BIOKORRÓZIÓ

ÖSSZES SZENNYEZŐANYAG TERHELÉS

HÁTTÉRTERHELÉS (TERMÉSZETES EREDET)

IPARI/KERESKEDELMI TERHELÉS

HÁZTARTÁSOKBÓL SZÁRMAZÓ TERHELÉS

MEZŐGAZDASÁGI TERHELÉS

MÚLTBELI SZENNYEZÉSEKBŐL SZÁRMAZÓ MARADVÁNY TERHELÉS

A vízminősítés szerepe a vízminőség-szabályozásban

Szennyezőanyag terhelés

Vízminőségi problémák Vízhasználati igények

Rendszeres vízminőségellenőrzés

Követelményeknekmegfeleltetés

Osztályozás, trendek

Ok-okozatiÖsszefüggések feltárása

Alternatív szabályozási javaslatok kidolgozása

Döntéshozás

Ellenőrzés

A MAGYAR VÍZMINŐSÍTÉSI RENDSZER

Felszíni vízre (folyókra, tavakra, tározókra)

250 mintavételi hely volt, ma 150

Komponensek koncentráció értékei szerint

Heti, kétheti, havi gyakoriságú mérés

Mintegy 50-60 vízminőségi komponens

MSZ 12749 SZABVÁNY (1)A szabvány a komponenseket az alábbi mutatócsoportokba sorolja:

Oxigénháztartás

Nitrogén és foszforháztartás

Mikrobiológiai jellemzők

Mikroszennyezők

Toxicitás

Radioaktív anyagok

Egyéb jellemzők

Oxigénháztartás

Oldott oxigén

oxigéntelítettség

KOIcr, KOIps, BOI5

TOC, DOC

Nitrogén- és foszforháztartás

Összes P, PO4-P

Összes N, NH4-N, NO2-N, NO3-N

Mikrobiológiai szennyezők

Vírusok

Baktériumok (összes baktériumszám 37 és 20 °C-on, Coliszám, Enterális coliszám, Streptococcus szám, Salmonella, Shigella)

Féreg kitartóképletek (pl. ciszták)

MikroszennyezőkSzervetlenek:

Összes Hg, Ni, Cd, Zn, Cu, Cr, Pb, As

Oldott Hg, Ni, Cd, Zn, Cu, Cr, Pb, As

Szilárd Hg, Ni, Cd, Zn, Cu, Cr, Pb, As

Szervesek: Fenolok és homológjai (C6H5OH) Klórozott szénhidrogének (PCB, THM) PAH EDS

Toxicitás

Mérgezőképesség Tesztek LD50

LC50

Az eredmények átvitele emberre?

Toxikológia (1)

Toxicitás = mérgező képesség

Természetes (bakteriális endo- és exotoxinok, anyagcsere termékek)

Mesterséges (emberi tevékenység által okozott mérgezőképesség)

Nehézfémek

Szerves mikroszennyezők

Oxigén elvonás

Ammónia

A toxicitás dózistól függő

Akut toxicitás (egyszeri nagyobb dózis)

Toxikológia (2)

Idült toxicitás (hosszú idejű kisebb dózis)

A fajok és egyedek érzékenysége különböző

Értékelés LD50 és LC50 alapján

Mérés célja: hígítási igény megállapítása

Tesztek fajtái:

Gyorstesztek

Hosszú idejű tesztek

Különleges tesztek

Ökotoxikológia

Egyéb jellemzők

Anionok: klorid, szulfát, karbonát, hidrokarbonát, fluorid,

Kationok: kálium, nátrium, kalcium, magnézium, vas, mangán

pH Vezetőképesség Redoxpotenciál

8. RADIOAKTIVITÁS (Bq/L)

Összes béta aktivitás

40K

3H

90Sr

137Cs

MSZ 12749 SZABVÁNY (2)

Amennyiben a vizsgálatok száma több min 12, a 90 %-os összegzett relatív gyakoriságú (tartósságú) érték.

Amennyiben a vizsgálatok száma kevesebb mint 12, a legnagyobb vizsgálati eredmény (az oldott oxigént és az oxigéntelítettséget kivéve).

Egy-egy csoporton belül a legrosszabb osztály besorolású komponenst kell mértékadónak tekinteni.

Minden egyes vízminőségi komponens éves adatsorát a szabvány előírásainak megfelelően külön-külön kell értékelni. A mértékadó érték a vizsgálat gyakoriságától függően:

A felszíni vizek minőségi jellemzői és határértékei (kivonat az MSZ 12749 szabványból) (1)

OXIGÉNHÁZTARTÁS

KomponensI. II. III. IV. V.

osztály

Oldott O2, mg/L 7 6 4 3 <3

Oxigéntelítettség, % 80-10070-80

100-120

50-70

120-150

20-50

150-200

< 20

> 200

BOI5, mg/L 4 5 10 15 > 15

KOIps, mg/L 5 8 15 20 > 20

KOIk, mg/L 12 22 40 60 > 60

Pantle-Buck index 1,8 2,3 2,8 3,3 > 3,3


TÁPANYAG HÁZTARTÁS


osztály

Ammónium-ion, mg/L 0,26 0,64 1,29 2,57 > 2,57

Nitrit-ion, mg/L 0,033 0,100 0,329 0,986 > 0,986

Nitrát-ion, mg/L 4,43 22,14 44,28 110,7 > 110,7

Összes foszfor1 mg/L 100 200 400 1000 > 1000

Összes foszfor2 mg/L 40 100 200 500 > 500

PO4-P1 mg/m3 50 100 200 500 > 500

PO4-P2 mg/m3 20 50 100 250 > 250

A-klorofill, mg/m3 10 25 75 250 > 250

1 Nem állóvízbe engedés esetén, 2 egyéb


MIKROSZENNYEZŐK, TOXICITÁS


osztály

Fenolok, mg/m3 2 5 10 20 > 20

ANA-detergensek, mg/m3 100 200 300 500 60 500

Kőolaj és termékei, mg/m3 20 50 100 250 > 250

EGYÉB JELLEMZŐK

pH - 6,5-8,06,0-6,5

8,5-9,0

5,5-6,0

9,0-9,5

< 5,5

> 9,5

Vezetőképesség 20 °C-on S/cm

500 700 1000 2000 > 2000

Felszíni vizek minősítési rendszere (MSZ 12749) (1)

I. osztály: kiváló víz: Mesterséges szennyező

anyagoktól mentes, tiszta, természetes állapotú

víz, az oldott anyaga tartalom kevés, közel teljes

az oxigén telítettség, a tápanyagterhelés csekély

és szennyvíz baktérium gyakorlatilag nincs.


II. osztály: jó víz: Külső szennyező anyagokkal

és biológiailag hasznosítható tápanyagokkal

kismértékben terhelt, mezotróf jellegű víz. A

vízben oldott és lebegő, szerves és szervetlen

anyagok mennyisége, valamint az oxigén

háztartás jellemzőinek évszakos és napszakos

változása az életfeltételeket nem rontja. A vízi

szervezetek fajgazdasága nagy, egyedszámuk

kicsi, beleértve a mikroorganizmusokat is. A víz

természetes szagú és színű. Szennyvíz

baktérium kevés.


III. osztály: tűrhető víz: Mérsékleten szennyezett

víz, amelyben biológiailag hasznosítható tápanyagterhelés eutrofozálódást eredményezhet. Szennyvíz baktériumok következetesen kimutathatók. Az oxigénháztartás évszakos és napszakos ingadozása és az esetenként előforduló káros vegyületek átmenetileg kedvezőtlen életfeltételeket teremthetnek. Az életközösségekben a fajok számának csökkenése és egyes fajok tömeges elszaporodása vízszíneződést is előidézhet. Esetenként szennyeződésre utaló szag és szín is előfordul.


IV. osztály: szennyezett víz: Külső eredetű szerves és szervetlen anyagokkal, illetve szennyvizekkel terhelt, tápanyagokban gazdag víz. Az oxigénháztartás tág határok között változik, előfordul az anaerob állapot is. A nagy mennyiségű szerves anyag biológiai lebontása, a baktériumok nagy, valamint az egysejtűek tömeges előfordulása jellemző. A víz zavaros, esetenként színe változó, előfordulhat vízvirágzás is. A biológiailag káros anyagok koncentrációja esetenként a krónikus toxicitásnak megfelelő értéket is elérheti. Ez a vízminőség kedvezőtlenül hat a magasabb rendű vízi növényekre és a soksejtű állatokra.


V. osztály: erősen szennyezett víz: Különféle

eredetű szerves és szervetlen anyagokkal,

szennyvizekkel erősen terhelt, esetenként toxikus

víz. Szennyvíz baktérium tartalma közelít a nyers

szennyvizekéhez. A biológiailag káros anyagok és

az oxigénhiány korlátozzák az életfeltételeket. A

víz átlátszósága általában kicsi, zavaros, bűzös,

színe jellemző és változó. A bomlástermékek és a

káros anyagok koncentrációja igen nagy, a vízi

élet számára krónikus, esetenként akut toxikus

szintet jelent.

Biológiai szennyvíztisztítás

• A mikroorganizmusok megfelelő működéséhez optimális körülmények és nyersanyagok kellenek.

• A sejteket zömmel a szén, hidrogén, nitrogén, elemeket tartalmazó szerves vegyületek építik fel. Ha ezek közül valamelyik szükséges, de nem áll rendelkezésre elegendő mennyiségben, csökken az enzimtevékenység. Adagolni kell!

• Az enzimtevékenységet befolyásoló tényezők:

hőmérsékletpH (5,0-8,5)redoxpotenciáloldott oxigéntápanyag-összetételmegfelelő mikroflóra

A szennyvíz mikroflórájának szerepe

• A szennyvíz biológiai tisztításának alapvető feltétele, hogy

mikroorganizmusok legyenek jelen. A mikroorganizmusok

számának időbeli változását harang-görbén ábrázolhatjuk.

A szennyvíz mikroflórájának szerepe

• A szennyvízben található mikroorganzimusok száma a

vízben található szerves anyag minőségének és

mennyiségének függvénye.

idő

baktériumokszubsztrát

Iszapszaporodási görbe

A lebontáshoz szükséges oxigénigény

• A biokémiai oxigénigény (BOI) az az oxigénmennyiség [mg/dm3], mely a szennyvízben, vagy a szennyezett vízben lévő szerves anyag aerob baktériumok által történő lebontásához, adott időtartam és hőmérséklet mellett szükséges.

• A biokémiai oxigénigény arányos a víz szerves anyag tartalmával.

BOI < KOIps < KOICr

Szerves anyag + O2 + mikroorganizmus → CO2 + H2O

Szerves anyag + O2 + Nitrosomonas → NO2- + H2O

NO2- + O2 + Nitrobacter → NO3

- + H2O

A biokémiai oxigén igény lefutási görbéje

Csatornahálózat biológiája

• Szagterhelés, különösen a nyomóvezetéknek gravitációs

csatornákba csatlakozásakor.

• Szulfátkorrózió a csatornahálózatokban (vezetékekben,

aknákban és átemelőkben)

• Csatornákban dolgozó személyzet veszélyeztetése,

kedvezőtlen befolyás a szennyvíztisztításra.

Csatornahálózat biológiája• Oldott oxigén elfogyhat - anaeróbia

• Oxidált kénvegyületek redukciója SO42-→ S2- (→H2S ↑)

SzufátredukálóCH3COOH + SO42- H2S + 2 HCO3-

MetanogénCH3COOH CH4 + CO2

Szufátredukáló4 H2 + SO42- H2S + 2 H2O + 2 OH-

Metanogén4 H2 + CO2 CH4 + 2 H2O

Csatornahálózat biológiája

Fertőtlenítés• Célja, hogy a szennyvíztelepről kilépő anyagéramok kórokozó mikroorganizmusai elpusztítsa, fertőzőképességüket megszüntesse.

• A mikroorganizmusok enzimrendszerét irreverzibilisen befolyásolja.

• Az enzimrendszerek az oxidáló anyagokra igen érzékenyek. Jelenleg klórt, Na-hipokloritot, ózont, UV-t használnak.

• A sejtekre klórozáskor toxikus hatást a hipoklóros sav fejt ki, ami a vízbe vezetett klórgázból keletezik:

Cl2 + H2O → HOCl + H+ + Cl-

• A bevitt klórt a szennyvízben jelenlévő ammónia klóraminok formájában leköti, ezért a klóradagolást az ammóniatartalom figyelembevételével kell végezni.

Vízhálózatok biológiájaVízbeszerzés módja

Parti szűrés

Problémák: folyószennyezés, eltömődés (olaj, kátrány, vas-mangán baktériumok, korrózió, elhomokosodás, karbonátosodás), mikroszennyezők, NH4-N.

• Rétegvíz

Problémák: beszivárgó szennyezés, As, NH4-N, NO3-N, huminanyag, CH4, vas-mangán baktériumok.

• Felszíni víz

Problémák: Eutrofizálódás, mikroszennyezők, lebegőanyag, savasodás (?).

Vízhálózatok biológiájaVas és mangán baktériumok

Kemoszintetizálók

Fe (II) Fe (III) + energia

Mn (II) Mn(IV) + energia

Fajonként mást végeznek

Problémák: csapadék lerakódás, , másodlagos szervesanyag terhelés, klórigény növekedés, szag és íz gondok, szinezés, lebegőanyag tartalom növekedés, korrózió

• Íz- és szaganyagok

Aromás szag: Asterionella, Cyclotella

Halszag: Eudorina, Melosira

Földszag: Stephynodiscus

Fűszag: Anabaena, Aphanizomenon

VÍZKÉSZLETEK

97.4%óceá-nok,

tenge-rek

0.61 %talajvíz

1.98%jég

(jégsap-kák,

gleccse-rek)

0.05 ‰Telítet-

len talaj-zóna

0.07 ‰tavak,

tározók

0.02 ‰ folyók,atmosz-

féra, élővilág

2.6 % édes-víz

0.14 ‰

1.4 milliárd km3, a földkéreg felszínének 71 %-át borítja víz

Felszíni vizek oxigénmérlege

ΔO2 = (O2 be + O2 f + O2 dbe) – (O2 ki + O2 l + O2 k + O2 dki)

Ahol:

O2 be : a befolyó vízzel érkező oldott oxigén mennyiség,

O2 f : a fotoszintézis során termelt oldott oxigén mennyiség,

O2 dbe : az atmoszférából a víztestbe diffundáló oldott oxigén

mennyiség,

O2 ki : a kifolyó vízzel távozó oldott oxigén mennyiség,

O2 l : a légzés során elfogyasztott oldott oxigén mennyiség,

O2 k : a kémiai folyamatok során elfogyasztott oldott oxigén

mennyiség,

O2 dki : a diffúzióval az atmoszférába távozó oldott oxigén

mennyiség.

OXIGÉN HÁZTARTÁSIOXIGÉN HÁZTARTÁSIPROBLÉMÁKPROBLÉMÁK

Felszíni vizek napi oxigéngörbéje

Oxidáltsági fok:Nitrátammonifikáció (nitrátredukció)

Nitrogénmolekula

dinitrogén-oxid

nitrogénkötés denitrifikáció

Ammónium-ion

Amino csoport

hiposalét-romsav

Nitrit Nitrát

nitrifikáció

-III -II -I O +I +II +III +IV +V

OldottN2

SzervesN

NO3-N

OldottN2

NO2-N NO3-N

NO2-N

NH4-N

NH4-NSzerves

N

nem lebomló szerves N

víz

üledék

NO

3-N, N

O2-N

, NH

4-Nszerves N

NO

3-N, N

O2-N

, NH

4-N

szerves N diffúzió

kiülepedésfelkeveredés

diffúzió

szorpcióammónia képződés

ammónia felvételanaerobnitrogénkötés

denitrifikáció

nitrát redukció

diffúzió

denitrifikáció

ammónia képződés

ammónia felvétel

levegő

aerobnitrogénkötés

nitrátfelvétel nitrifikáció

denitrifikáció

Biokémiai folyamatok: (1)

Nitrogénkötés

Kékalgák, baktériumok által

Mesterséges ammóniaszintézissel

Fotokémiai úton (NH3), (NOx)

N2 2 N ( H = + 670 KJ)

2 N + 3 H2 2 NH3 ( H = - 54 KJ)

020406080

100120140

szár

azfö

ldam

món

iasz

inté

zis

teng

erek

, óce

ánok

ener

giah

ord.

elég

etés

e

term

észe

tes

oxid

áció

val a

zat

mos

zfér

ában

össz

esen

A globális nitrogénkötés mérlege:

biológiai úton

Iparban

Delwiche (1977) szerint

mill

ió t

on

na

Biokémiai folyamatok: (2)

Ammonifikáció:

Az élőlények elpusztult testét baktériumok bontják aminocsoport eltávolításával, ammónia (NH3) előállításával.

(pl. Pseudomonas):

2CH2NH2COOH + 3O2 4CO2 + 2H2O + 2NH3

(H = 737 KJ/mol glicin)

Égés

Állatok ammóniaürítése

Ammónia-ammónium egyensúly: (1)

Az ammónia %-os aránya a pH és hőmérséklet függvényében

6,5

7

7,5

8

8,5

9

510

1520

25

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

30,00-40,00

20,00-30,00

10,00-20,00

0,00-10,00

am

mó

ni a

[%

]

T [C]

pH


NH3 + H2O OH- + NH4+

NH4+ + H2O = H3O+ + NH3

°C 5 10 15 20 25 30

pKa 9,80 9,73 9,56 9,40 9,25 9,09

( )pH-pKalognum+1100

=%NH3


Az ammónia-molekula vízben oldódik, lúgként viselkedik (protont tud felvenni); az ammónium-ion viszont savtermészetű (protont tud leadni).

Az ammónium-ion számára az élő sejthártya áthatolhatatlan, a szabad ammónia viszont a sejtmembránon áthatol, veszélyeztetve az élőlényeket.

A víz ammónia – ammónium tartalmáért algák, vízinövények, baktériumok versengenek.

Nitrifikáció:

A különböző folyamatokkal keletkező ammóniát (NH3) a nitrifikáló baktériumok először nitritté (NO2

-), majd nitráttá (NO3-)

oxidálják és szervetlen szénből szerves anyagot szintetizálnak.

(pl. Nitrosomonas):

2NH3 + 3O2 2H+ + 2NO2- + H2O (H = - 522 KJ)

(pl. Nitrobacter):

2NO2- + O2 2NO3

- (H = - 146 KJ)

Nitrátnitrátredukció:

anaerob körülmények

a baktériumok a nitrát (NO3-) ionokat

oxigénforrásként, illetve hidrogénion (H+) akceptorként hasznosítják

A folyamat nitriten (NO2-) keresztül az

ammónia (NH3), ill. ammónium-ionig (NH4+) fut.

(pl. Pseudomonas):

2C6H12O6 + 6NO3- 12CO2 + 6OH- + 6NH3

Denitrifikáció:

Ez a folyamat is a nitrátért (NO3-) versenyez. Itt a

redukció csak dinitrogén-oxid (N2O) vagy dinitrogén-gázokig (N2), történik.

(pl. Nitrococcus denitrificans):

C6H12O6 + 6NO3- 6CO2 + 3H2O + OH- + 3N2O

(H = - 2282 KJ / mol glükóz)

5C6H12O6 + 24NO3- 30CO2 + 18H2O + 24OH- + 3N2

(H = - 2387 KJ / mol glükóz)

(pl. Thiobacillus denitrificans):

5S + 6NO3- + 2CaCO3 3SO4

2- + 2CaSO4 + 2CO2 +3N2

(H = - 533 KJ / mol kén)

Felszíni vizek nitrogénmérlegeA vizek nitrogénmérlege az alábbi részfolyamatokból evődik

össze.BEVÉTELI OLDAL:• a befolyó vízzel érkező mennyiség,• a nitrogénkötéssel bekötődő mennyiség,• az élőlények által (pl. vándorló madárcsapatok által) bevitt mennyiség,• a nitrogéngáz bediffundálása a vízbe.

KIADÁSI OLDAL:• a kifolyó vízzel távozó mennyiség,• a denitrifikációval távozó mennyiség,• a vizet elhagyó, vagy a vízből kivett, élőlények testében kivitt mennyiség,• a nitrogéngáz kidiffundálása a vízből.

Tó - víz Lebegő anyag

Pórus - víz Üledék

A VÍZ- ÜLEDÉK KÖLCSÖNHATÁST BEFOLYÁSOLÓ FŐ FOLYAMATOK

Szorpció

Precipitáció

SzorpcióOldódás

Fel

keve

red

és

Üle

ped

és

Ko

nve

kció

Dif

fúzi

ó

Határ-réteg

VÍZ

ÜLEDÉKréteg

A FOSZFORTERHELÉS NÖVELÉSÉNEK HATÁSA

A FOSZFORTERHELÉS CSÖKKENTÉSÉNEK HATÁSA

AZ ÜLEDÉK FELKEVEREDÉSE

A LEBEGŐANYAG KIÜLEPEDÉSE ÉS FOSZFOR ADSZORPCIÓJA

VÍZMINTAVÉTEL (1)

Célok

Átlagos vízminőségi állapot felvétele

A vízterület osztályozása

Terhelés becslése

Megfelelő szabályozási stratégiák kiválasztása

Vízminőségi állapot előrejelzése

VÍZMINTAVÉTEL (2)Mérések feltételei

Megfelelő komponensek kiválasztása

Analízis gyorsasága

Megfelelő érzékenység és kimutatási határ

Mérések megfelelő reprodukálhatósága

A mérések reprezentatívak legyenek a vízterületre (tér- és időbeni reprezentativitás)

Szükséges mintaszám meghatározás

MINTAVÉTELI MÓDSZEREK (1)Kémiai komponensekre Mayer-palack Rutter-palack Szempontok:

– elegendő minta a meghatározandó komponensekre,

– tiszta mintavevő– Különböző koncentráció tartományok

figyelembe vétele (szennyvizes palackba felszíni vizet nem szabad gyűjteni)

Pontminták Folyamatos mintavétel (monitor)

MINTAVÉTELI MÓDSZEREK (2)

Biológiai komponensekre

Planktonháló (fito-, zooplankton)

Szűrő (szilárd részecskékre)

Sűrítés (szűrés, centrifugálás, ülepítés)

Bakteriológiai mintavétel steril üvegbe

Helyszíni tartósítás:

zooplankton: formaldehid,

fitoplankton: Lugol oldat

Egyszerű vízmintavevő készülék

Ruttner-féle palack

Zsigmondy-szűrő

Plankton-háló

MINTAVÉTELI HELYEK MEGHATÁROZÁSA (1)

Vízgyűjtő

Fontosabb befolyók meghatározása

Szennyező források feltárása eredet szerinti bontásban

Szennyezőanyag emissziók mérése

Koncentráció és anyaghozam mérése a vízfolyásokban

Transzmissziós tényezők meghatározása

MINTAVÉTELI HELYEK MEGHATÁROZÁSA (2)

Víztest

Területi változások reprezentálása (horizontális, vertikális)– mély rétegzett tavak– sekély tavak

Időbeni változások reprezentálása (szezonális, napi, napon belüli)

Rétegzett mintavételi stratégia Fontos elem a költség

Mintavételi gyakoriság meghatározása

Cél: Jellemző vízminőségi állapot meghatározása

Szükséges gyakoriság komponens-függő is Gyakoriság és változékonyság fordítottan

arányos Összefüggő komponensek esetében elég

egyiket mérni (vezetőképesség vagy összes oldott anyag)

Pontminta mérések Időbeni átlagminták Monitorozás

MÉRÉSI MÓDSZEREK KRITÉRIUMAI

Szelektivitás

Megfelelő méréshatár

Kimutatási határ

Pontosság

Érzékenység

vizkemia es hidrobiologia

Documents