A túlnépesedés és a fokozódó szárazság miatt a megfelelő szennyvízkezelés a 21. század egyik megoldandó problémája. A három fő szennyező forrás – az ipar, a mezőgazdaság és a lakosság – terhelik nagy mértékben élővizeinket. Miképpen oldható meg a szennyvíz tisztítása? Most megmutatjuk ennek az összetett folyamatnak a lépéseit.

Dihidrogén-monoxid

Ez a hosszú név sokakat megijeszthet. Az emberek tudatlanságból nemritkán mérgezőnek titulálják ezt az anyagot. Holott nincs másról szó, mint a H₂O-ról, azaz a vízről. Noha a Föld 70%-át ez az anyag borítja, ennek túlnyomó többsége a tengerek és az óceánok sós vize, amely emberi fogyasztásra alkalmatlan. Az 1%-nyi édesvízre érdemes nagyon vigyázni, körültekintően alkalmazni.

De miért van ennyi belőle?

Mint említettük, a bolygó nagy része víz, és ez nem véletlenül van így. A víz V-alakú molekulájában középen helyezkedik el az oxigén, és két oldalról (mintha csak egy felnőtt két kezét fognák a gyerekek) szimmetrikusan kapcsolódnak a hidrogénatomok. A hidrogén úgynevezett hidrogénkötés vagy hidrogénhíd kialakítására képes a periódusos rendszer pár elemével, köztük az oxigénnel is. Ez a legerősebb másodrendű kötés, amely atomok között létrejöhet, és a kötés magas energiáját a vízmolekula stabilitása támasztja alá. Például a hidrogén a kénnel nem képes ennek az erős kötésnek a kialakítására, így lehetséges az, hogy a kén-hidrogén (a záptojás kellemetlen szagát okozó anyag) hiába nehezebb molekulatömegű, mint a víz, szobahőmérsékleten gáz, szemben a stabilabb vízzel, amely folyékony.

A többségben lévő elemek stabilitását a légkörben szintén 70% körüli arányban előforduló nitrogéngáz (N₂) jelenléte is alátámasztja. Ez esetben a két nitrogénatom között háromszoros kovalens kötés alakul ki, amely a legerősebb elsőrendű kötés, és minél többszörös, annál több energiára van szükség ahhoz, hogy a molekulát a kötések mentén ketté lehessen hasítani. A nitrogéngáz esetében erre a villámlás extrém körülményei adnak lehetőséget.

Kapcsolódó bejegyzések

Magyar cég tisztítja Afrika vizeit

Magyar csapat kínai világcégeket megelőzve hazai fejlesztésű víztisztító telepet adott át Ghánában. Ahol most is nagy probléma a szennyvíz kezelése.

Mennyi vizet használunk?

A naponta ajánlott 2 liter víz elfogyasztása mellett számos más tevékenység jár nagy vízfelhasználással. Egy átlagos négyfős család napi 500–600 liter vizet fogyaszt el. Rengetegnek hangzik, nem?

Nézzük, hogy pontosan mire folyhat el ennyi víz! Ne feledkezzünk meg arról, hogy ezek az adatok közelítések, egy személy fogyaszthat többet vagy éppen kevesebbet is az alábbi tevékenységek elvégzésekor.

• Zuhanyzás, tusolás: 40–70 liter
• Kádfürdő: 100–120 liter
• Mosás mosógéppel: 40–60 liter
• Vécéöblítés: 10–15 liter
• Kézmosás: 3–5 liter
• Mosogatás kézzel: 40–60 liter
• Mosogatás géppel: 10–15 liter

A statisztikák szerint egy fejlett országban élő ember napi élelmiszer-szükségletének fedezésére körülbelül 3000 liter vízre van szükség, és ez a hatalmas szám nem tartalmazza a fenti listában leírtakat. De miért kell ennyi víz? Szükség van a növények öntözésére, legyenek ezek takarmányok vagy közvetlenül elfogyasztott növények. Emellett szerepet játszik az állatok itatása és a húsfeldolgozás is.

Így spórolj a vízzel!

Összegyűjtöttünk pár tanácsot, amelyek hasznosak lehetnek. Bizonyára nem először hallod őket.

1. Inkább válaszd a rövid zuhanyzást, mint a hosszú kádfürdőt!
2. Vásárolj mosogatógépet! Noha a gép fogyaszt áramot, amelynek szintén van környezeti terhelése, jóval kevesebb vizet és emellett időt fog igényelni az edények tisztítása.
3. Csak akkor mosd ki a ruháidat, ha tényleg szükség van erre! Nem kell egy farmert vagy kabátot egy hordás után a szennyesbe dobni. Természetesen ezek a határok mindenkinél mások, de érdemes őket feszegetni.
4. Míg régebben szokás volt a szállodákban, hogy naponta cseréltek ágyneműt és törölközőt, ma már nem egy helyen kiírják a fürdőszobákban, hogy csak a földre helyezett törölközőket viszik el kimosni.
5. Már létezik, de sajnos még nem kellően terjedt el a szürkevízzel történő vécéöblítés. Ez azt jelenti, hogy a kézmosásra, zuhanyzásra elhasznált vizet egy másik tartályban gyűjtik, és ebből merítik az öblítéshez szükséges vizet. Sajnos ahhoz, hogy ezt bevezessük a saját otthonunkban, komoly összegekre és nem mellesleg építkezésre van szükség. Ez tömeges szinten addig nem lehetséges, amíg a probléma nem növi ki magát olyan hatalmassá, hogy az állam érdemesnek tartson támogatást nyújtani az átalakításokra.
6. Vásároljunk kevesebb ruhadarabot! A textilipar az egyik leginkább környezetszennyező iparág, amely rengeteg víz felhasználását igényli.
7. Élj papírmentesen! A textilipar mellett a papíripar is a nagy vízfogyasztó iparágak közé tartozik. Szerencsére egyre több cég és vállalat áll át papírmentességre.

Mi történik a szennyvíztisztítóban?

A három fő szennyező forrás a lakosság, az ipar és a mezőgazdaság. Ezek szennyvizén kívül az esővíz is a szennyvíztisztítókba kerül. Így a naponta befolyó mennyiséget nagymértékben meghatározza az időjárás. A Fővárosi Csatornázási Művek oldalán közzétett információk szerint az észak-pesti és a dél-pesti telepek összesített kapacitása körülbelül 280 m³/nap. A szennyvíz tisztítása során fizikai, kémiai és biológiai módszereket alkalmaznak.

Elsődleges tisztítás

A beérkező szennyvíz először kőfogókon áramlik keresztül. Ezek segítségével felfogják a csatorna fenekén görgetett anyagokat. Második lépésként a víz vastag rácsokon folyik át. Ezek feladata a későbbi lépések során alkalmazott felszerelések esetleges megrongálását vagy meghibásodását okozó nagyobb szennyezők kiszűrése. El sem hinnénk, mennyi mindent szoktak találni (telefonokat, gyerekjátékokat, még műfogsorokat is).

A harmadik lépés az, hogy a homokfogó medencékben hagyják leülepedni a homokot, amelyet az esővíz az utcáról könnyedén bemoshatott a szennyvízbe. Ez is károsítaná a gépeket, ha a kezelendő szennyvízben maradna. Miután a homok leülepedett, zsírfogókban leválasztják a víz felszínén lebegő zsír- és olajszigeteket, amelyek például a szennyes edények elmosásával kerülhettek bele a kezelendő vízbe.

Miután sikeresen lezajlott a fenti, pusztán fizikai lépésekből álló tisztítás, következhet a biológiai és a kémiai tisztítás.

Másodlagos tisztítás

A víz legnagyobb szennyezői a szerves anyagokból álló, foszfort és/vagy nitrogént tartalmazó vegyületek, amelyeket el kell távolítani. A nitrogén elsősorban emberi és állati ürülékkel és vizelettel, fehérjékkel kerülhet a szennyvízbe, míg a foszfortartalmú szennyezők a vizelet és az ürülék mellett a mosószerekben találhatók nagy mennyiségben. [1]

Eutrofizáció

De miért szükséges a fenti anyagokat eltávolítani? Amennyiben a nitrogén- és a foszfortartalmú anyagok feldúsulnak az állóvízben mint többlet tápanyagok, ez az állóvíz algásodásához vezethet. Ez azért probléma, mert az alga beborítja a víz felszínét, így a fény nem jut el a tó alsóbb rétegeibe, ezért a fitoplanktonok elpusztulnak. A fitoplankton, más néven mikroalga a szárazföldi növényekhez hasonlóan klorofillt tartalmaz, életéhez és növekedéséhez napfényre van szüksége. A pusztulásuk probléma, mert jelenlétük számos vízi tápláléklánc alapja, és ezek az élőlények termelik a légköri oxigén felét. Az elhalt fitoplanktonokat a tóban lévő baktériumok elfogyasztják, így a víz oxigéntartalma csökken. Ez okozza a halállomány pusztulását, mert a vízben nincs számukra elegendő mennyiségű oldott oxigén. Emellett a többlet tápanyagot olyan fitoplanktonok is elfogyaszthatják, amelyek toxikus anyagokat állítanak elő, így ezek koncentrációja megnövekszik a vízben. Bekerülhetnek akár a táplálékláncba is.

A foszfor- és nitrogéntartalmú anyagok eltávolítása

A Fővárosi Csatornázási Művek oldalán található információk szerint a foszfor eltávolítása vegyszeradagolással történik, így csapadék keletkezik (a kémiában ez kicsapott, szilárd, jól látható anyagot jelent). Ezt szűréssel el tudják távolítani. Ezután előülepítőkben kiülepítik a lebegő szerves anyagokat.

A karbamidból álló vizeletet a szervezetünkben található ureáz enzim ammóniává (NH₃) és szén-dioxiddá (CO₂) hidrolizálja. Az ammóniát – amely a vízben savas kémhatásának köszönhetően ammónium-ionná alakul (NH₄⁺) – el kell távolítani. Ez eleveniszapos levegőztető medencékben történik, amelyeknek több fajtájuk van. Lényegük, hogy aerob körülmények között (oxigéngáz felhasználásával) a mikroorganizmusok oxidálják az ammóniumiont, ekkor nitrition (NO₂^–), majd nitrátion (NO₃^–) keletkezik. Ezt a lépést nevezik nitrifikációnak. A mikroorganizmusok emellett táplálékként használják a szerves anyagokat, így lebontják a finom részecskéket, amelyeket korábban nem tudtak kiszűrni, és bolyhok (flocs) keletkeznek, amelyeket könnyebb eltávolítani. Ezt követően anaerob körülmények között (oxigéngáz jelenléte nélkül) a nitrátiont gáz állapotú nitrogénné alakítják (N₂) (denitrifikáció), amelyet kiengedhetnek a levegőbe. A nitrogéngáz előállítása során azonban, ha nem megfelelőek a körülmények, N₂O keletkezhet, amely üvegházhatású gáz. A technológia hátránya, hogy nem tudják nyomon követni, hogy mennyi gáz szökik ki.

Harmadlagos kezelés

Ez a legutolsó lépés, amelyet sok esetben nem is alkalmaznak, csak akkor, ha valószínűleg közvetlenül emberekkel érintkezhet a kezelt szennyvíz. Egy ultraszűrést követően a vizet fertőtlenítik. Ez történhet klórral (ez esetben arra kell figyelni, hogy a víz pH-ja megváltozik, amelyet visszaengedés előtt vissza kell változtatni semlegessé), ózonnal vagy UV-sugárzással. Utóbbi nem öli meg a kórokozókat, csak károsítja a DNS-üket, így képtelenek lesznek további szaporodásra. Azonban továbbra is jelen lesznek a vízben, mivel nem pusztultak el, csak sterilizálódtak.

Mi történik az iszappal?

Miután az eleveniszapot elválasztották a kezelendő szennyvíztől, az iszapot egy centrifugálást követő sűrítés után fermentációval stabilizálják. Ehhez körülbelül három héten keresztül 30 és 38°C közötti anaerob körülményekre van szükség.  Ekkor az anaerob körülményeket kedvelő mikroorganizmusok a hosszú láncú szerves anyagokat cellulózzá, aminosavakká és cukorrá tördelik. Emellett metánt (CH₄) állítanak elő, amelyet biogázként tudnak alkalmazni. Ennek nagy előnye, hogy a metánt elégetve kevésbé üvegházhatású szén-dioxid-gáz keletkezik. Az égetésből származó energiát elektromos energia előállítására használják. A víztelenített iszapot komposztálják, vagy jó tüzelőértékű tüzelőanyagot állíthatnak elő belőle.

Összefoglalás

A fentiek alapján látható, hogy a vízfogyasztásnak is van ökológiai lábnyoma. Tetemes mennyiséget fogyasztunk ahhoz képest, hogy a bolygón mennyi édesvíz található. Nem vonhatjuk meg a vállunkat, hogy „De úgyis tisztítják a vizet, akkor meg minek idegeskedni ezen?”, mert ugyan valóban ki lehet nyerni H₂O-t a szennyvízből, ez nagy energiafelhasználással és környezeti terheléssel jár. Például a levegőztető reaktorokban az intenzívebb oxigénellátás érdekében energiaigényes levegőztető rendszert telepítenek. Nem szabad megfeledkezni a keletkező üvegházhatású gázokról sem, amelyek a denitrifikáció, illetve a metán égetése során keletkeznek.

Összefoglalva: nagyon jó, hogy meg tudják tisztítani a szennyvizet, de nem szabad ezt természetesnek venni. Továbbra is kincsként kell vigyáznunk a vízre!

Egyéb videók a témában:

Források:

[1] Instituto Superior Técnico, Universidade de Lisboa, Environmental Biological and Chemical Engineering Processes, Nutrients Removal presentation – egyetemi tanagyag