Ugrás a tartalomhoz

Szennyvíztisztítási technológiák I.

Dr. Simándi Péter (2011)

Szent István Egyetem

2. fejezet - A szennyvíz fizikai tulajdonságai

2. fejezet - A szennyvíz fizikai tulajdonságai

Bevezetés

Ahhoz, hogy egy technológiai folyamatot kidolgozhassunk, működtessünk, szükségünk van az adott rendszer alapos megismerésére. Ha valamire ránézünk, legelőször a fizikai tulajdonságait vesszük észre. Ezek közül az adott anyagnak a legjellemzőbb a színe, szaga, halmazállapota, stb. A szennyvíztisztítás kezdeti korszakában elsősorban csak a fizikai tulajdonságokat befolyásoló anyagok: kavics, homok, lebegő anyagok, stb. eltávolítása volt az elsődleges szempont.

Ebben a tanulási egységben a szennyvíz legjellemzőbb fizikai tulajdonságaival (sűrűség, viszkozitás, hőmérséklet, lebegőanyag-tartalom (zavarosság), szín, szag és azok a környezetre, az élővilágra gyakorolt hatásaival ismerkedhet meg.

Követelmény:

  • legyen tisztában a szennyvíz legfontosabb fizikai tulajdonságaival, tudjon különbséget tenni köztük;

  • tudjon következtetni ezek környezeti hatásaira;

  • ismerje fel konkrét példákon a különböző fizikai paraméterek okozta hatásokat!

A víz minőségét statikus illetve dinamikus megközelítésben vizsgálhatjuk. Statikus megközelítésben a vízminőséget a fizikai, kémiai, biológiai, mikrobiológiai (bakteriológiai) és radiológiai tulajdonságok összessége határozza meg. E tulajdonságokat részben a víz természetes körforgása keretében lejátszódó folyamatok, részben a társadalom termelő, fogyasztó tevékenysége keretében kialakuló társadalmi körforgás befolyásolhatja. A természetben lezajló különböző fizikai, kémiai, fizikai-kémiai, biológiai folyamatok hatására kialakul a víznek egy adott összetétele.

Miután mind a felszíni, mind a felszín alatti vizek örökös mozgásban vannak egy-egy újabb pl. kémiai folyamat hatására, egy újabb egyensúlyi állapot alakulhat ki. Ez a vízminőség dinamikus megközelítése.

A szennyvíz is halmazállapotát tekintve cseppfolyós, így célszerű a vízről már korábban tanultakat feleleveníteni. Először ejtsünk néhány szót a víz alapvető tulajdonságairól, hogy össze lehessen hasonlítani a szennyvíz tulajdonságaival.

A víz alapvető fizikai tulajdonságai:

  • sűrűség;

  • viszkozitás;

  • oldóképesség;

  • hőmérséklet;

  • szag és íz;

  • szín;

  • zavarosság (lebegőanyag tartalom).

A víz sűrűsége és viszkozitása befolyásolja a különféle víz- és szennyvíz-technológiai eljárások (leginkább a derítés, az ülepítés és a szűrés) hatásfokát. A sűrűség és a viszkozitás is hőmérsékletfüggő (a +4 °C hőmérsékletű víznek a legnagyobb a sűrűsége).

A víz oldóképessége (abszorpció) anyagonként különböző. Függ az oldandó anyag fajlagos oldhatóságától, a hőmérséklettől és a vízben már meglévő oldott anyagok koncentrációjától. Az oldhatóság felső határa a telítettségi érték. A szilárd anyagok, a gázok és a folyadékok vízben történő oldódásának folyamata különböző. Általános szabály, hogy a „hasonló a hasonlóban” oldódik jobban, ami azt jelenti, hogy pl. egy poláris molekula a poláris szerkezetű vízben oldódik jobban, míg egy apoláris molekula kevésbé.

A vizek hőmérséklete természetes körülmények között igen eltérő. A felszíni vizekben hőmérséklet rétegeződés alakulhat ki, ha a különböző hőmérsékletű rétegek lassan keverednek el. Ez a jelenség közvetve hatással van (lehet) több kémiai és biológiai vízminőség jellemzőre is.

A felszíni vizek közül a vízfolyások hőmérséklete követi a léghőmérsékleti minimumot illetve maximumot. Az állóvizek hőmérséklete a felszíntől lefelé haladva csökken. Egyébként követi a léghőmérséklet napi és évszakok szerinti változását, és általában 0-25 °C. Télen az állóvizek felszíni rétege 0 °C és befagy, az alsóbb rétegek hőmérséklete nem csökken 4 °C alá, ami a vízi élet szempontjából igen lényeges.

A felszíni vizek hőmérséklete nagy mértékben befolyásolja az öntisztulást. Minél alacsonyabb a hőmérséklet, annál lassabban játszódik le az öntisztulás.

A víz szaga és színe a benne oldva lévő szag- és ízkeltő anyagoktól függ. Ezek vagy természetes úton, vagy pedig emberi tevékenység következtében kerülhetnek a vízbe. Az ízek és szagok erőssége függ a hőmérséklettől.

A felszíni vizek íz- és szaghatásait leggyakrabban okozó anyagok:

  • oldott gázok (pl. klór, hidrogén-szulfid);

  • oldott sók (pl. Ca-szulfát – fanyar; Mg-szulfát – kesernyés);

  • mikroorganizmusok anyagcsere termékei (pl. penész-, doh- és földszag);

  • szerves anyagok bomlástermékei (melyek lehetnek természetes eredetűek, vagy mesterséges szennyező anyagok, pl. szennyvízből származóak).

A víz szagát a vízben lévő illékony anyagok okozzák, melyek szagérzés észlelését váltják ki.

A szagforrás:

  • elsődleges - primer és

  • másodlagos – szekunder eredetű lehet.

Az elsődleges források a következők:

  • természetes folyamatokból a vízbe kerülő anyag (kénhidrogén);

  • biológiai eredetű (növények, algák, baktériumok, gombák, paraziták élettevékenységéből vagy ürülékéből származó) anyagok;

  • szennyvizek (kommunális, ipari).

A másodlagos források a víz kezeléséből származó, a víz szagát okozó anyagok (pl. a víz klórozása).

A víz színe, ha tiszta, vékony rétegben színtelen, nagyobb tömegben halványkék színű. A víz színét a benne oldott huminanyagok, a csapadék formában kivált vas, a szulfidok, a mikroszervezetek anyagcsere termékei és a színes lebegő anyagok alakítják a leggyakrabban.

A víz zavarossága a benne lévő szuszpendált lebegő anyagok mennyiségétől függ. Zavarosságot leggyakrabban a vízben nem oldódó szerves és szervetlen anyagok, kolloid részecskék (pl. agyagásványok, szilíciumoxidok, vashidroxidok, magnézium-hidroxidok) és szerves eredetű anyagok (szerves kolloidok, baktériumok, planktonok) okozhatják. A talajvizek zavarosságát főleg szervetlen vegyületek okozzák.

A szennyvíz fizikai jellemzői:

  • szín;

  • szag;

  • oldott gázok (oxigén);

  • hőmérséklet;

  • zavarosság;

  • nem oldott anyagtartalom (ülepedő, felúszó és lebegőanyag).

A szennyvíz színéből a szennyvíz eredetére, a szennyezettség mértékére és frissességére lehet következtetni. A szín a felszíni és felszín alatti vizek tisztaságának indikátora. Az elszíneződést az oldható és oldhatatlan (az utóbbi a víz zavarosságát eredményezi) anyagok okozzák.

A szennyvíz színe lehet pl. színtelen, sárgás, barnás, szürke. A friss, híg szennyvíz általában világos színű, és ahogy nő a szennyezettség mértéke – vagy beindul a szennyvízben lévő szerves szennyezőanyagok rothadása – úgy egyre sötétebb színűvé válik. A tisztított szennyvíz színtelen, esetleg igen gyengén színezett.

A szennyvíz szagából a szennyvíz frissességére, a rothadási folyamatokra, ill. a tisztulás mértékére lehet következtetni. A szennyvíz lehet szagtalan vagy bűzös (gyengén, közepesen, erősen). Lehet földszagú, dohos, záptojásszagú. A friss, ill. a tisztított szennyvíz gyakorlatilag szagtalan.

3. táblázat. Jellegzetes szaghatást kiváltó anyagok

A szennyvizek fizikai tulajdonságai közé sorolhatjuk még a víz oxigéntelítettségét, melynek csökkenése jelentős hatással bír a vízi élővilágra. A szennyvizek oldott oxigén tartalma jelentős hatással van a szerves vegyületek bonthatóságára. Az oxigén igényes hulladékok, ha elegendő oldott oxigén áll rendelkezésre az aerob dekomponáló szervezetek (baktériumok, gombák) tevékenysége eredményeként lebomlanak. Ezek fő forrása a 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 (5. ábra).

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

5. ábra. A szennyvíz hatása a folyó élővilágára

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 szennyvíz hőmérsékletéből annak származási helyére lehet következtetni. A városi szennyvíz hőmérséklete általában 12-16 °C között van.

A hőmérséklet emelkedés hatására bekövetkező sűrűségkülönbség, ún. 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 °C-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 szennyvíz zavarosságából a szennyezettség mértékére és a szennyvíz állapotára (friss, rothadó, üledékes) következtethetünk. A szennyvíz lehet átlátszó, opálos, erősen vagy gyengén zavaros.

A szennyvíz szennyezőanyagának nem oldott része a szennyezőanyagok sűrűségétől és méretétől függően háromféle lehet:

  • ülepíthető anyagok sűrűségük nagyobb a szennyvíz sűrűségénél (pl. homok, szerves iszap);

  • felúszó anyagok sűrűségük kisebb a szennyvíz sűrűségénél (pl. olaj, zsír);

  • lebegő anyagok (kolloidok) sűrűségük közel áll a víz sűrűségéhez és szemcseméretük igen kicsi (d<10-2 mm).

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 asszimilációt a vízinövények 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.

Összefoglalás

A szennyvizek fizikai tulajdonságai utalnak eredetére és hatással vannak a benne zajló biokémiai folyamatokra. A színe, zavarossága alapján a szennyvíz eredetére, a szennyezettség mértékére és frissességére lehet következtetni. A szín a felszíni és felszín alatti vizek tisztaságának indikátora. A szuszpendált részecskék a felszíni vizeket piszkossá és zavarossá változtathatják, akadályozzák, vagy megszüntetik az asszimilációt.

A szaga a szennyvíz frissességére, a rothadási folyamatokra, ill. a tisztulás mértékére utal.

A szennyvizek oldott oxigén tartalma jelentős hatással van a szerves vegyületek bonthatóságára. Az oxigén igényes hulladékok, ha elegendő oldott oxigén áll rendelkezésre az aerob dekomponáló szervezetek (baktériumok, gombák) tevékenysége eredményeként lebomlanak, ha viszont kevés van belőle anaerob folyamatok játszódnak le, ami lassúbb lebomlást eredményez toxikus anyagok keletkezésével, és kellemetlen szaggal jár.

A hőmérséklet emelkedés hatására bekövetkező sűrűségkülönbség, ún. 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. A fokozott párolgás és a magasabb hőmérséklet miatti oldhatóság növekedés következtében az összes sótartalom növekedhet. A felmelegedés fokozza a vízi élőlények aktivitását, ami az oxigén elvonás fokozódását okozza, a felszínen elterülő magasabb hőmérsékletű víz pedig az oxigén felvételét akadályozza.

Ellenőrző kérdések

  1. Mire lehet következtetni a szennyvíz színéből?

  2. Milyen folyamatokra utal a szennyvíz szaga?

  3. Hogyan hat a biokémiai folyamatokra a hőmérséklet növekedése?

  4. Milyen tényezők szabályozzák az oldott oxigén mennyiségét a vízben?

  5. Milyen hatása van a lebegő részecskéknek a vízi ökoszisztémára?