Vzi krnyezetvdelem

Bevezets a vzi krnyezetvdelem problmakrbe A vz maga az let s gy a vz minsge az letminsg, helyesebben maga az let lehetsgnek, rtelemszer mrszma. Ebbl kvetkezen a hidrolgia s a vzgazdlkods, vagy szlesebb rtelemben a vzi-krnyezet vdelme az ember egyik legfontosabb feladata (vagy legalbb is az kellene legyen), hogy vdje az ember lett s ms llnyek lett, mely utbbi gyszintn az emberi let elfelttele. Most az vezred vgn az sszes vzzel kapcsolatos tudomnyterletek mvelinek meg kell rtenie, hogy a vzzel kapcsolatos problmk megoldsra az egyetlen lehetsg a holisztikus szemllet, amely lnyegben a vzi-krnyezettel val gazdlkods tfog, rendszerszemllet megkzeltse. A hidrolgia s a vz(kszlet)gazdlkods, mint tudomnyterlet s mint gyakorlati gazdlkodsi szakma, fel kell adja a kizrlag a vz mennyisgvel (a vz trfogattal s vzhozammal) kapcsolatos szemllett (megtartva a megszerzett ismereteket s tudomnyos eredmnyeket e terleten) s t kell tljen a vzi krnyezet sszevont, egysges, holisztikus szemlletre, klns tekintettel e krnyezet termszetes kereteire, a vzrendszerekre s azok vzgyjtjre. Ebben a szemlletben az egsz hidrolgiai krfolyamatot s a vzrendszerek minden sszetevjt s elemt egymssal klcsnkapcsolatban s klcsnfggsgkben kell vizsglni, belertve minden termszeti s ember ltal alkotott elemt. Hasonlkppen fell kell vizsglni azonban az jabb, inkbb krnyezet orientlt krnyezet-bart s kolgiai megkzeltseket is. Annak oka amirt ezen szemlletvltsra knyszerlnk -bizonyos mrtkig ellenttben a nagyon lelkes krnyezetvd s kolgiai szemllettel s rzelmekkel- az, nem ms mint az ember nz harca a fennmaradsrt. mbr manapsg divatos ezt a kzdelmet, az sszes llny alapvet szksglett, fenntarthat fejldsnek nevezni, ez lnyegben csak azt jelenti, hogy az embernek felttlenl fel kell ismernie azokat a vgzetesen, ha gy tetszik hallosan veszlyes helyzeteket amelyeket az elmlt vszzadban az ember maga a gazdasgi fejldsvel teremtett. Tennie is kell ez ellen mgpedig nagyon srgsen, mert klnben nem marad egy csepp megihat vz sem, egy hal sem, egy vzimadr sem, egy ndszl sem, teht az let sem, belertve az emberi letet. Nagyon fontos mg azt is tudnunk, hogy a vzi krnyezet, az aquatikus koszisztma, nem fogja hossz tvon brni, hogy helyettnk vgezze el a tiszttsi munkt. Eddig ugyanis fknt erre tmaszkodtunk, erre szmtottunk, ha nem is tudott rla az tlagember s sajnos a szakemberek j rsze sem.

E munka sorn az embernek elszr az sszevont (integrlt) vzgyjt koncepcit kell magv tennie s biztostania kell a vzkszletek fenntarthat hasznostst. Ezt nem azrt kell tennie, mert rzelmileg elktelezett a krnyezet vdelme s javtsa irnt, hanem azrt mert az ember sajt fennmaradsa fgg e kszletek fenntarthat hasznlattl. Azt is fel kell ismerni, hogy e kszletek fenntarthat hasznlata csak az egsz vzi- s szrazfldi (terresztrilis) krnyezet s koszisztma fennmaradstl, fenntarthatsgnak biztoststl fgg. A vzi krnyezet biotikus s abiotikus elemekbl (l s lettelen dolgokbl) tevdik ssze. Nem korltozdik a vzfolysokra s llvizekre, hanem kiterjed a vz felszni s felsznalatti ramlsnak tvonalaira s gy az egsz vzgyjtre. A szakembereknek (s a leend szakembereknek) fel kell ismernie e rendszer igen nagyfok sszetettsgt (komplexitst) s ezen bell annak kiemelt szksgessgt, hogy mennyisgi, szmszer rtelemben fel kell trnia a rendszeren bell az ok-okozati kapcsolatokat. Ez utbbi ugyanis elfelttele annak, hogy a rendszer vdelmre s szablyozsra szolgl beavatkozsok s intzkedsek megtervezhetk legyenek. Annak is tudatban kell lenni, hogy e rendszer -a vzrendszer- egy viszonylag kis rszn (mondjuk a vzgyjt fels rszn) bekvetkez kismrtk vltozsnak is messzemen kros hatsai lehetnek ettl a ponttl tvol (mondjuk a vzrendszer lefolyst befogad tban). Pusztn mennyisgi-fizikai vltozsok, mint az erdk kivgsa s a fld felszntsa, is okozhat lnyeges mennyisgi s minsgi vltozsokat a vzrendszer vzmennyisgi, vzkmiai s biolgiai folyamataiban. Bizonyos anyagok, pldul biolgiailag bonthat szerves anyagok vagy mezgazdasgi vegyszerek, bevitele a rendszerbe alapvet biolgiai vltozsokat okozhat ms helyen, messze tvol a bevezets helytl alvzi irnyba. Ezek a vltozsok ismt jabb kmiai s biolgiai vltozsokat okozhatnak s mindez a vzi lvilg ltt fenyegetheti. A vz ramlsi tvonalai mentn a vz s sszetevinek szlltsi (transzport) s talakulsi (transzformcis) folyamatai, valamint azok klcsnhatsa az rintett biotikus s abiotikus elemekkel, olyan sszetettek, hogy valjban senki sem llthatja ma mg azt, hogy bizonyos termszeti vagy emberi vltozsok hatsait pontosan ki tudja szmtani. Pedig ez az amit meg kell tennnk a vzkszletekkel s a vzi krnyezettel val rtelmes, sszer gazdlkods rdekben;- azt, hogy lerjuk s szimulljuk/elrejelezzk a rendszerben lezajl folyamatokat s gy tervezett beavatkozsaink hatst. Ezt akkor tudjuk megtenni (az adott kor s a tudomny -s az adatbzisokadott szint fejlettsge ltal lehetv tett szinten), ha megismerkednk az kohidrolgia, a vzminsg szablyozs s a vzi koszisztma vdelmnek alapjaival s lehetsgeivel. A vzminsg szablyozs s a vzi-koszisztma vdelme elssorban s ltalnosan fogalmazva a szennyezs szablyozst jelenti. A vzszennyezs pontszer s nem-pontszer (diffz) forrsokbl szrmazik s az mindig az ember tevkenysgnek folyomnya. A Szerz elhatrolja magt attl a msok ltal nhol hangoztatott szemllettl hogy ltezik termszetes szennyezs. Ltezik termszettl ered, emberre s/vagy az

lvilgra kros hats mind mennyisgi (rvz), mind minsgi (termszetes geokmiai eredet vzben oldott anyagokbl szrmaz hats, Pl. a haznkban kzismert magas arzn tartalom bizonyos terletek felsznalatti vizben) rtelemben, de ez nem nevezhet szennyezsnek, mert akkor sszekeverjk a termszet folyamatait az ember tevkenysgvel. Ilyen rtelemben a vzszennyezs szablyozs s a vzi koszisztma vdelme, az ember azon tevkenysgeinek szablyozst jelenti amelyek szennyezst okoznak a vzgyjtn s a vzrendszerben. Ilyen rtelemben teht szennyezs pldul az ember ltal kivltott vagy felfokozott erzi s a hordalkkal ily mdon fokozott mrtkben, terhelssel, rkez egyb anyag. Azt szksges mg megrteni, hogy a vzi krnyezet vdelme s a vzszennyezs szablyozsa egy szakma s pedig egy nehz szakma. ppen olyan szakma, mint egy hz, egy hd, egy t megtervezsemegptse, vagy akr csak egy pr cip elksztse. Ez azt is jelenti, hogy sem egy hd tervezje (vagy egy vzpt mrnk), sem egy cipsz, sem egy filmesztta, de mg egy vzkmikus vagy egy hidrobiolgus (kolgus) sem, tarthatja magt a vzszennyezs szablyozs s vzi krnyezetvdelem egyedli lettemnyesnek (br sokan ezt hiszik magukrl). Ez egyttal azt is jelenti, hogy tudomny-kzisg (multidiszciplinarts) s egy jl sszehangolt munkacsapat kzs munkja szksges ahhoz, hogy a vzi-krnyezet vdelmben megteend szablyozsi intzkedsek szakszeren megtervezhetk s kivitelezhetk legyenek. Ezen tevkenysgek, klnbz tudomnygak s hatr-tudomny terletek szakrtinek munkja, sszehangolst ignyel. Ezt a koordinlst s sszehangolst biztosthatja a rendszerszemllet megkzelts, amely megadja a kereteket a vzi-krnyezet vdelmre s szablyozsra irnyul tevkenysgek szmra. A rendszerszemllet mst is jelent, azt, hogy a vzgyjt s a vzrendszer sszes mennyisgi s minsgi, termszeti s ember ltal kivltott folyamatait egytt s egymssal klcsnhatsban vizsgljuk. Ennl a pontnl szksges definilnunk a rendszer fogalmt s azt, hogy a vzi-krnyezet milyen vonatkozsaiban tekinthet rendszernek.

A vzi krnyezetvdelem rendszerszer megkzeltse Mi a rendszer?A rendszer brmely termszetes vagy ember ltal alkotott trgy (objektum) -illetve azok kombincija- amely bizonyos kls (vagy bels) hatsokra, inputokra, egy bizonyos vlaszt, vlaszreakcit ad. Mi a rendszerszemllet megkzelts? A rendszerszemllet vizsglat az amikor az ember a rendszer vlaszt szablyozni akarja az bemenetek (inputok) vagy a rendszer bels tulajdonsgainak megvltoztatsa rvn. (Ebben az rtelemben

rendszernek tekinthet az autnk amelynek vlaszt (sebessgt) azltal szablyozzuk, hogy a gzpedlra vagy a fkre lpnk. Hasonlkppen rendszer az otthonunk ftsi rendszere, ahol a vlasz reakcit, a szoba hmrsklett, a fts (esetenknt automatikus) bekapcsolsval szablyozzuk, avagy nveljk az inputot azltal, hogy szenet rakunk a klyhba.) A vzi-krnyezet, amelyet szablyozni (megvdeni, javtani) akarunk egy igen sszetett rendszer (az egsz vzgyjt terlet) amelyben nagyszm termszetes s ember ltal ltrehozott alakzat, trgy, s maga az ember (a trsadalom) tallhat. Ez a rendszer vlaszt ad a nehezen szablyozhat termszetes bemenetekre (mint a csapadk, napsugrzs, szl s a lgkrbl kihull anyagok) s az emberi bemenetekre (mint a hulladkok, szennyvizek stb). Ezen tlmenen az ember nagymrtkben megvltoztatta s folyamatosan vltoztatja a rendszer bels tulajdonsgait (ltestmnyeivel, ptmnyeivel), amelyre a rendszer vlaszt, nha katasztroflis vlaszt ad, ami egyebek kztt a vzkszletek s a vzi koszisztma llapotnak megvltoztatsban jelentkezik. Ez a folyamat soha sem r vget. Egyedl a vilg fejlettebb iparosodott llamaiban mintegy 5-8 ezer j vegyianyagot tallnak fel vente s ezek mindegyike megtallja (potencilisan) az utat a befogad vzrendszerekbe s ott -ma mg jobbra ismeretlen- hatsokat vlt ki a vzik koszisztma llapotban. Mirt van szksgnk rendszerszemllet mdszerekre a vzi koszisztma llapotnak szablyozshoz? Azrt, mert a vzgyjtt s a vzrendszereket r termszetes s antropogn behatsok (impact) olyan sokflk s maga a rendszer is olyan sszetett, hogy esly sincs arra, hogy valamilyen j -tudomnyosan megalapozotteszkz nlkl lerhassuk a rendszer kls behatsokra adott vlaszt, azaz a vzi-koszisztma llapott s llapot vltozsait. Mennyire srgs az, hogy erre a clra tudomnyosan megalapozott eszkzket dolgozzunk ki s alkalmazzunk? Szerencssek vagyunk ha mg nem mlt el az a bizonyos 24. ra amikor mg rdemben tehetnnk valamit. Nagyon-nagyon hossz id ta tlterheljk az Anyatermszetnl vezetett szmlnkat s gy hatalmas adssgot halmoztunk fel. Ezt az adssgot neknk s gyermekeinknek kell megfizetni mghozz mielbb mert klnben egyszer csak nem lesznk kpesek mr fizetni a rszleteket s a kamatokat. Amikor fizetsrl beszlnk, akkor azt is rtnk alatta annak pnzgyi-gazdasgi rtelmben. A vzi krnyezet vdelme s ltalban a krnyezet vdelme ugyanis drga, nagyon drga. Valsznleg sokkal drgbb mint amire politikusaink s dntshozink gondolnak, vagy gondolni mernek. Minden esetre sokkal drgbb annl mintsem brki megengedhetn magnak, hogy az arra sznt (sznhat, sznni szksges) pnzt ne a leghatkonyabban kltse el. Ennek, mrmint a kltsg-hatkonysgnak, az egyik s legfontosabb elfelttele, hogy ismerjk a tervezett beavatkozssal elrhet hatst. Ennek rdekben a vonatkoz szaktudomnyok mvelsre s mg inkbb a vz s vzi krnyezet llapott jelz vltozk, paramterek, mrsre kellene pnzt fordtani. Ez a kltsg igny is igen nagy s ismt sokkal magasabb mint

amit a politikusok s gazdasgi szakemberek el tudnak kpzelni vagy mg inkbb el tudnak/akarnak fogadni. Pedig ez csak trtrsze (mondjuk durvn ezredrsze) annak a kltsgnek amit a megfelelen kialaktott beavatkozsokkal meg lehet(ne) takartani abbl a hatalmas kltsgbl amit az emberisgnek a vzi krnyezet vdelmre felttlenl r kell (s nagyon hamar) kltenie, ha lni akar. Az elads keretben a Szerz majd megnevez egy-kt orszgos ttelt s ad nhny nagysgrendi irnyszmot is. Amirt itt nem teszi, annak oka az, hogy egyrszt nem olyan egyetemi jegyzetbe val ami nem a gazdasg tudomnyokkal foglalkozik. Msrszt nem kvnja ezton sokkolni az olvast (megteszi azt mskor, arra val helyen tbbszr is).J o g i s a d m i n is z t r a t v v g r e h a j t s a J o g i s i n t a z dk m d i n is s e z k t r a t v e in t z k e d s e k

B e m e n e t i t e r h e l s m o d e ll e k S z a b ly o z s i a lte rn a tv k

M

K l t s g s z a k i s t r a t h a ti k o n y s g g k e l e m z s

E

m

i s s z i

O k - o k o z a tA i v i z i k r n y e z e t k a p c s o l a t ov k r h a t l la p o t a m o d e l le z s e

C

l k i t z s M

o n i t o r i n sg z a b l y o z o r i e n t l ts t r a t g i k

M

e g e l z

Fs o l y a m

a t

h e l y s z n i

I m

i s s z i S

V

z r e n d s z e r e k f o l y a m a t m o d e l lje i s t r a t g i k

z a b l y o z s i

C l k it z s e k m d o s t s a

1. bra

A vzi-krnyezetvdelem rendszerszemllet megkzeltsnek fbb feladatai megkzeltsnek a fbb lpsek, fbb vagy

A vzi-krnyezetvdelem rendszerszemllet feladatait az 1. bra mutatja be. Ezek feladatcsoportok az albbiak: 1.

Jellje ki a clokat (milyen j minsg vizet kvn, hol s milyen kritriumok szerint). A feladatok ezen csoportja lnyegben egy igen sszetett munkt fed, amelybe tartozik a az emisszis (kibocstsi) s immisszis (a vzi krnyezetben mrt llapot) krnyezeti szabvnyainak kidolgozsa. Az egyes orszgokban -s nemzetkzi szinten- ezt a munkt magasan kvalifiklt s erre szakosodott vzkmikus, kolgus s humn egszsggyi szakemberek munkacsoportja vgzi el, illetve egyezteti a nemzetkzi elktelezettsgek s normk szerint. Ezeket a szabvnyokat s irnyelveket idrl-idre fellvizsgljk s modernizljk. Haznkban e jegyzet rsakor (1999 janur) az MSz 12749 szm Felszni vizek minsge, minsgi jellemzk s

minsts megnevezs szabvny van rvnyben, amelyet a I. Fggelk mutat be. 2. Figyeljk s szleljk (monitoring) a vzi krnyezet llapott s vltozsait azaz a rendszer vlaszreakciit a termszetes s emberi behatsokra (inputokra). A feladatok ezen csoportjba elssorban a haznkban vzminsgi trzshlzati mintavteli rendszernek nevezett tevkenysg tartozik. Ehhez csatlakozik a balesetszer vzszennyezst riaszt rendszer zemeltetse is. Ez lnyegileg a kzi mintavtelezs s az automatikus monitor llomsok sszehangolt s komplex feladatrendszert jelenti. A kzi mintavtelezs mrhelyeirl s a vizsglt paramtereirl a mr fent emltett MSZ 12749 sz. szabvny intzkedik, mg a dunai nemzetkzi balesetszer szennyezst riaszt hlzat jelenlegi (1999) llapott a II. Fggelk ismerteti. Itt azt kell mg mint egyik legfontosabb (sajnos jobbra jvbeli) feladatot megjegyezni, hogy a vzminsgi mrhlzatot teljes mrtkben sszhangba kell hozni a vzrendszer ms (hidrolgiai-vzrajzi, hidrometeorolgiai) hlzatainak zemeltetsvel, amely ki kell terjedjen az adatbzisok sszevonsra is. Ezt a feladatot gy kell (majd) megoldani, hogy lehetv tegye az egymssal szorosan sszefgg vzmennyisgi s vzminsgi folyamatok idbeli s trbeli vltozsainak nyomon kvetst. A jelenlegi helyzet ettl a kvnt llapottl mg kisebb-nagyobb mrtkben eltr, mert a hlzatok s adatrendszereik jobbra egymstl fggetlenl, vagy csak igen laza kapcsolatban lteznek (szerencss, br nem tkletes, kivtel a balesetszer szennyezsek riaszt rendszere). Ennek oka rszben gazdasgi-pnzgyi, de nagyobb rszben szervezeti s adminisztratv. Mindez a vzgyi s a krnyezeti (s gy vzi-krnyezeti) gazat hazai szerencstlen kettosztottsgbl, kt klnbz minisztriumhoz tartozsbl, fakad -br az sszehangolsra irnyul trekvsek ersek s folyamatosak. Remlhet teht, hogy nincs messze (mert nem szabad, hogy messze legyen) az a kor amikor nem lesz kln vzgazdlkods s vzi-krnyezetvdelem, hanem csak egyetlen teljesen sszehangolt gazdlkodsi s vdelmi rendszer ami egysgesen irnyul minden vzzel kapcsolatos emberi tevkenysg szablyozsra s gy a vizek llapotnak mrsre, megfigyelsre is. Ebben a remlheten kzeljvbeli rendszerben mr elvlaszthatatlanul az egysges monitoring keretbe fog tartozni az albbi feladatcsoport is. 3. Figyeljk s szleljk (monitoring) a vzi krnyezet llapott s vltozsait kivlt sszes termszetes s emberi behatsokat (inputokat). Ez a tevkenysg ma mg jobbra a szennyvz kibocsts mrsre szktett. Pedig ebbe a tevkenysgbe tartozik a vzrendszereket r sszes termszetes (mint a csapadk, napsugrzs, szlenergia) s emberi behats (hztartsi s ipari szennyvzbevezets, hulladk elhelyezs, kemiklik s szerves trgya terleti alkalmazsa, stb) mrse s megfigyelse s az adatok s adatrendszerek sszevonsa a 2. pont

alatti immisszis mrrendszerek adatrendszereivel. Azt is meg kell emlteni azonban, hogy a Szerz ismeretei szerint mg vilg szinten sincs (vagy csak igen kevs lehet) olyan megbzhat kibocstsi (emisszis) monitoring rendszer, amely szorosan csatlakozna a befogad vizek (immisszis) monitoring rendszerhez s alkalmas volna arra, hogy a trben s idben vltoz szennyezsi folyamatok ok-okozati sszefggseinek megfelel lerst s elrejelzst szolgln. 4. Azon beavatkozsi/szablyozsi stratgik kivlasztsa, melytl a vzikrnyezet llapotnak javulsa vrhat. Taln ez a legnagyobb feladat csoport az egsz vizsglati rendszerben. Ide tartoznak az sszes szennyezs cskkentsi beavatkozsok (szennyvztisztt telepek ltestse, hatsfoknak javtsa s a nem-pontszer szennyezforrsok szablyozsa). De ide tartozik minden a vzkszletek mennyisgi s minsgi llapotnak megvltoztatsra irnyul beavatkozs (Pl. trozk, szr-t rendszerek ltestse, zemeltetse; holtg rendszerek vzptlsnak biztostsa; vztvezetsek, stb) csakgy mint az egsz vzgyjt gazdasgi-trsadalmi fejlesztse. Ezen emltett terletek mindegyike egy-egy szakterlet, szakma, vagy akr szakterlet csoportok halmaza. Kln ki kell emelni ezen bell is a nem-pontszer szennyez forrsok szablyozst, mely felleli az egsz mezgazdasgi vzgazdlkodst, erzi szablyozst, meliorcit s kemiklia alkalmazst, csakgy mint az u.n. belterleti vzrendezstlemosds szablyozst, azaz a lakott terletek vz s szennyezanyag gazdlkodsnak megoldst. 5. A befogad vizekben lejtszd folyamatok megismerse lehetsges legrszletesebb helyszni mrsekkel, vizsglatokkal. a

Ide tartozik minden nem-rutinszer (nem rendszeres monitoring jelleg) mrs s vizsglat ami arra irnyul, hogy a vz s a benne lv anyagok mozgsra s talakulsi folyamataira vonatkoz tudomnyos ismereteket szerezzenek. Ez ki kell terjedjen a vz (a hidrolgiai krfolyamat) vzgyjtterletre es sszes szlltsi (transzport) tvonalra s bele kell rteni a szrazfldi (terresztrilis) s vzi (aquatikus) koszisztmval, azaz az lvilg folyamataival, val kapcsolatot is. Mindezek a mrsek s vizsglatok nem nclak, hanem arra irnyulnak, hogy a fenti folyamatok mennyisgileg, szmszeren, lerhatk legyenek. 6. A rendszer viselkedsnek lersa, szimulcija s elrejelzse (modellezse). Ide tartozik minden tevkenysg, mely a rendszer (a vzrendszer s annak l s lettelen sszetevi) termszeti s emberi behatsokra (inputokra) adott vlaszreakcijnak lersra irnyul. Ez a kulcsfontossg feladat az egsz folyamatban. Itt trtnik annak a tervezsi eszkznek a kidolgozsa, mellyel a tervezett beavatkozsok vrhat hatsa kiszmthat, elre jelezhet. A vzi krnyezet s lvilg llapotnak javtsra, vdelmre sznt emberi beavatkozs

rtelmesen (hatkonyan) csak ilyen eszkzk birtokban tervezhet meg. Enlkl is lehet beavatkozni, de az egyfajta ugrs a sttbe. A bekvetkez hatst csak vlelmezik s gy az akr kros, rossz is lehet. 7. A modell kalibrlsa a rendelkezsre ll (rendszeres s cl-orientlt mrsi) adatokra. Tovbbi helyszni mrsi s egyb adat igny kijellse. Ez egy iteratv folyamat, melyben finomtani s igazolni igyeksznk a 6. pont alatti tervezsi eszkzt (a modellt) egszen addig, amg az megfelelen kpes lerni s elre jelezni a vzi-krnyezetben lejtszd folyamatokat s azok vltozst a rendszert r emberi s termszetes hatsokra. Ez a gyakorlatban egy soha vget nem r folyamat, mert tkletes eszkz (modell) nincs. A kidolgozott eszkznek (a kalibrlt modellnek) mindig maradnak korltai, amelyeket az id s sajnos leginkbb a rendelkezsre ll anyagi eszkzk szabnak meg. 8. A tervezett beavatkozsok (amelyeket lehetsges krt szcenriknak, vagy vltozatoknak -alternatvknak- is nevezzk) futtatsa a modellel, a tervezsi eszkzzel. Itt kell megllaptani, hogy az eredetileg kitztt clok elrhetk-e. Ha nem, akkor mdostani kell vagy a clokat, vagy a stratgikat, vagy mindkettt. Ebben a feladat csoportban, lpsben, trtnik a nem-kvnatos, de mindig szksges kompromisszumok elfogadsa. Ezeket a kompromisszumokat a tervezre (a krnyezet jelenlegi s vrhat llapotnak elemzjre) az adott trsadalmi-gazdasgi krnyezet knyszerti r. A megfelel megolds, a kompromisszum, elrsben a legfbb irnyelv azonban a fenntarthat fejlds biztostsa. Maga a fogalom, a fenntarthat fejlds, is arra a kompromisszumra utal, hogy folyamatosan keressk azt a megoldst, amely biztostja az ember s a termszeti krnyezet s lvilg bks egyttlst. Ebbl az is egyrtelmen kvetkezik (majd az elemz szmra), hogy messze el kell vetnnk az olyan ultra-zld gondolatokat, hogy a vzi krnyezetet s koszisztmt valamely seredeti llapotba lltsuk vissza. Ezt is lehetne persze -elmletileg-, de akkor az emberisgnek sajt npessgt minimlisra reduklva kellene visszatrni abba a bizonyos barlangba. gyszintn el kell persze vetnnk azt a technokrata szemlletet is, hogy a krnyezet s az lvilg ignyeit elutastva, egyedl az embert szolglja minden tettnk. Nem azrt (nem csak azrt) kell elvetnnk mert rzelmileg elktelezettek vagyunk a nvnyek, llatok s termszeti szpsgek irnt, hanem azrt, mert sajt ltnk elfelttele az termszeti kszletek megfelel (fenntarthat, fennmarad) llapotnak biztostsa. Egyszeren fogalmazva, nem ltezik olyan megolds, hogy tiszta s egszsges vz folydogl majd a patakokban, folykban s llvizekben, mikzben annak lvilga kihalt s a vzgyjt lvilgt is kipuszttottuk. Ahhoz, hogy a jvben tiszta vizet ihassunk, s tiszta folykban s tavakban frdhessnk felttlenl szksgnk van arra, hogy a

vzgyjt s a befogadk lettelen termszeti elemei s lvilga viszonylag zavartalanul fejthessk ki azon tevkenysgket amelynek eredmnye az ltalunk (is) megkvnt llapot (tiszta) vz. Itt a hangsly azon a bizonyos viszonylagon van. Ennek a nagyon sajtos fogalomnak gyakorlati tltetse, aprpnzre vltsa, az igazi tudomnyos illetve gyakorlati szakmai feladat. Azt a viszonylagossgot, viszonyt, kell teht megbzhat szmszersggel kifejeznnk, hogy mi az eltrhet szennyezs vagy egyb vltozs a vzi krnyezetben. Az eltrhet szennyezs fogalma, nagyon rosszul hangzik a krnyezet-rzkeny tlag ember szmra is s mg inkbb az elktelezett krnyezetvd, a zld-mozgalmista szmra. Rosszul hangzik, de ez a valsg s igazsg. Az ember lte az adott trsadalmi s letminsgi szinten (amelybl azrt sajt maga az ember nem igen akarna engedni- pedig fog) elkerlhetetlen szennyezssel jr. Hztartsi s ipari hulladkainkat, szennyviznket el kell helyeznnk. Nem ltezik a nulla szennyezs, a nulla kibocsts, (amint ezt mr ezt a szakterleten bebizonytottk s lehetsgt elvetettk), illetve csak a mr emltett barlang szcenri mellett ltezik. A krds teht -kiss elnagyolva- az, hogy mekkora az eltrhet szennyezs,-mekkora szennyezst trhetnek el a befogadk (s a vzgyjt) termszeti elemei s lvilga anlkl, hogy abban drasztikus, visszafordthatatlan, vltozsok kvetkeznnek be. Ekkor azonban az a krds, hogy mi a drasztikus s visszafordthatatlan, a trhetetlen vltozs. Nos ennek megvlaszolsa az igazi feladat amelyre az egsz nemzetkzi vzikrnyezetvdelemi szakterlet tevkenysge s gy ez a knyv (jegyzet) is irnyul s amely terleten mg igen htul kullog a tudomny (nhibjn kvl). Eddig ugyanis az a helyzet (mg a fejlett orszgokban is), hogy nagy mrtkben (tlzott mrtkben) tmaszkodunk a vzi (s egyb) krnyezet trkpessgre, adaptv kszsgre, ntisztul?! kapacitsra, anlkl, hogy tudnnk mi is zajlik le valjban ezekben a krnyezeti befogadkban. Valamennyire tiszttjuk (tiszttgatjuk, s csak bizonyos paramterek, szennyez komponensek tekintetben) szennyvizeinket (mr ahol s aki) s a tbbit a befogadra, fknt annak lvilgra bzzuk. Valamit, valamicskt azrt tudunk arrl, hogy mit trtnik vizeinkben a szennyezs hatsra (errl is szl ez a jegyzet), de az igen kevs. Most s itt (ebbl a jegyzetbl s eladsokbl) nk, a hallgatk, ezt a keveset fogjk megtudni (ha akarjk) egy bizonyos szinten. Tudatban kell azonban lennik annak, hogy ez roppant kevs s nagyon hossz az t mg addig (s nagyon sokba fog elkerlhetetlenl kerlni az emberisgnek s a trsadalomnak) amg elegend mrtkben ismerni fogjuk a vzi-krnyezet, a vzikoszisztma, viselkedst sajt (szennyez) tevkenysgeinkkel szemben, amg ezt a bizonyos eltrhet szennyezst, a megengedhet terhelst, a vzi krnyezet terhelhetsgt, megbzhatan megllapthatjuk, kiszmthatjuk. Mindezt gy, hogy ez a vzi-koszisztma a jvben is, a gyermekeink szmra is,

biztostani tudja fennmaradst. 9.

majd

vizeink

tisztasgt

s

lvilgnak

llaptsuk meg, hogy mennyibe kerlnek ezek a beavatkozsok s igyekezznk megtallni a leginkbb kltsg-hatkony megolds egyttest. Itt gazdasgossgi vizsglatokrl van sz, ami megint egy kln szakterlet. Ebbl annyi esik (esne) a krnyezeti beavatkozst tervezre, hogy megllaptsa az egyes beavatkozsok hatkonysgt. Ez viszonylag egyszer feladat egy szennyvztisztt berendezs esetben ahol az eltvoltsi hatsfok (s annak kltsg vonzata) ismert a vonatkoz szakterleten. Nagyon nehz feladat azonban a nem-pontszer szennyezsek szablyozsnak esetben. Nemzetkzi szinten sem igazn megalapozott az ismeret arra nzve, hogy mondjuk egy mezgazdasgi beavatkozs, mvels vlts, milyen fok szennyezanyag eltvoltst eredmnyez majd a befogadt elr terhels tekintetben.

10.

Vgezzk el a beavatkozs kivitelezhetsgnek, megvalsthatsgnak, elemzst, figyelembe vve az sszes jogi, adminisztratv s gazdasgi korltoz krlmnyt s felttelt. Ez a feladat ismt egy kln szakterlet igazgatsi (llamigazgatsi), szervezsi, jogi s pnzgyi-gazdasgi szakemberek szmra. Hiba kpzeltnk el egy mszakilag kivitelezhet s gazdasgilag is hatkony megoldst, ha annak kivitelezhetsge jogi s adminisztratv szablyozkba, rendeletekbe, vagy ppen forrs hinyba (a pnzgyi megolds, finanszrozs, ellehetetlenlsbe) tkzik.

11.

Hajtsuk vgre a beavatkozst. ptsk meg a mszaki megolds mtrgyait, vezessk be az u.n. nem-szerkezeti megolds jogiadminisztratv rendelkezseit. Mrjk, szleljk (monitoring) az elrt eredmnyt, azaz a vzi krnyezet megvltozott llapott s llaptsuk meg, hogy a kvnt hatst, vrt eredmnyt elrtk-e. Ha nem akkor kezdjk az egsz folyamatot elrl. ltalban ez utbbi a helyzet. Mrmint az, hogy nem sikerlt teljes mrtkben elrni a kvnt krnyezet javt hatst, mert mindig marad olyan tnyez amit nem vettnk figyelembe (mert a modell mindig csak bizonyos korltozott tulajdonsgaiban felel meg a valsgnak), vagy mert olyan szennyezs trtnt idkzben amirl nem volt tudomsunk.

12.

A fenti lpsek kztt a kulcsfontossg feladat, mint emltettk, az okokozati sszefggsek (a behats-vlasz) feltrsa s szmszerstse, teht egy olyan eszkz avagy modell kialaktsa s kalibrlsa amely alapjn a vzi krnyezetre hat tnyezk (szennyezsek) s a befogad vizek llapota kztti kapcsolat szmszeren lerhat s segtsgvel a krnyezet javt intzkeds megtervezhet.

ppen ezrt jelen jegyzet a tovbbiakban fknt ennek az eszkznek a kialaktsval, illetve annak lehetsgeivel, foglalkozik. Ezrt clszer az pontosabban definilni, hogy

Az oxignhztarts folyamatai Az oxign hztartst befolysol folyamatok: az oxignvonal egyenlet levezetse: A vz oldott oxign tartalma a vzminsg egyik legjellemzbb legmeghatrozbb paramtere. A vzben tallhat magasabbrend llnyek s gy az egsz vzi koszisztma ltnek elfelttele az oxign jelenlte a vzben. A vz oldott oxign tartalmnak alakulst nagyszm fizikai, biolgiai s kmiai (reakci) folyamat befolysolja. Ezek egy rsze fogyasztja az oxign tartalmat, msik rsze pedig nveli azt. Ezeket a folyamatokat az oxignhztarts rszfolyamatainak nevezzk, mg azok eredmnyt az oxign mrlegnek. A jelents szervesanyag bevitellel szennyezett vzi krnyezetben a legjelentsebb oxignt fogyaszt folyamat a szervesanyag biokmiai lebontsa. Ennek sorn a vzben lv mikroorganizmusok lebontjk a szervesanyagot s ennek sorn, anyagcsere folyamataikhoz oxignt vonnak el a vzbl. A vz biokmiailag bonthat szervesanyag tartalmnak mrtkegysge a Biokmiai Oxign Igny (BOI), amely az az oxign mennyisg amelyet a mikroorganizmusok a szervesanyag lebontsa sorn egysgnyi vztrfogatbl meghatrozott idszak alatt elvonnak. Ily mdon a leggyakrabban hasznlt t napos BOI (BOI5, [gO2/m3 vztrfogat, gyakori jellssel mg/l]) az oxign mennyisg [gramm O2] amelyet a mikroorganizmusok egy kbmter vzbl t nap laboratriumi inkubcis id alatt a vzbl elvonnak. A legfontosabb folyamat amely ennek ellene hat, fknt folykban, a leveg-felvteli illetve oxign-felvteli folyamat, amely egy ltalnos fogalom a lgkrbl a vzfelsznen keresztl a vztestbe lp oxign mennyisg jellsre. Ez a folyamat elssorban a vzmozgs hidraulikai jellemzitl, a turbulencitl, fgg. Fogalmazzuk meg most e fenti folyamatokat -azok reakci kinetikjt-, figyelembe vve az 1. egyenletet is. Tegyk a 3. egyenlettel kapcsolatban az albbi felttelezseket: a. Tekintsnk el, egyelre, az egyenlet diszperzis tagjaitl. Ezzel azt felttelezzk, hogy a vztestbe jut szennyezanyag azonnal s teljesen elkeveredik abban. Ez a felttelezs igen durva s annak kvetkezmnyeivel ksbb foglalkozunk. Tekintsnk egy vzfolyst amelyet egyetlen szennyezforrsbl r szervesanyag (szennyvz) terhels. Ttelezznk fel permanens llapotokat, azaz azt, hogy mind a szennyezanyag-ram mind a trfogatram idben lland, vltozatlan mind a befogadban mind a bevezetett szennyvzben.

b.

Az a. alatti felttelezs ekkor azt jelenti, hogy a szennyvz anyagram, azonnal s teljesen elkeveredik a vzfolys keresztszelvnyben, kzvetlenl a bevezets alatt. (Mg ekkor is fennmaradna a hosszirny elkevereds, diszperzi, hatsa, amit egyelre ttelezznk fel -sszhangban a szakirodalom ilyen felttelezseivel- elhanyagolhatnak az egyb reakcikinetikai folyamatok hatsaihoz kpest. Ekkor a bevezets alatt a szennyezanyag C0 koncentrcija a befogadban egyszer hgulsknt, anyagmrlegbl szmthat:C0 = C s q s + Qb C b qs + Q

(4)

ahol a szennyezanyag koncentrcija a bevezetett szennyvzben [ML-3] a szennyvzhozam [L3 T-1] a szennyezanyag httr koncentrcija a befogadban (a szennyvzbevezets felett) Qa vzfolys vzhozama (Megjegyzs: a mrtkegysgeket a tovbbiakban is a nemzetkzi ltalnos jellssel adjuk majd meg, ahol L a hosszsg-, M a tmeg- s T az id mrtkegysgei) Miutn az azonnali teljes keresztszelvnybeli elkevereds felttelezse azt is jelenti, hogy a 3. Egyenlet y s z irny konvektv transzport tagjai is kikszbldnek, ezrt a 3. egyenlet az albbi alakra egyszersdik:Vx dC = bels reakcik dx

Cs qs Cb -

(5)

Ez azt jelenti, hogy az egyetlen transzport tag a hosszirny konvektv transzport marad, azaz az anyag hosszirny szlltsa a vzsebessggel. Ha bevezetjk a t=x/vx folysi idt, akkor az albbi sszefggst kapjukdc = bels_ reakcik dt

(6)

Visszatrve az oxignhztarts folyamatainak modellezsre tegynk elszr felttelezst a bels reakci kinetikai viszonyokra, azaz a biolgiailag bonthat szervesanyag (BOI) lebomlsi viszonyaira s a levegztets folyamatra. Streeter s Phelps (1925) voltak az els kutatk, akik megfogalmaztk e folyamatok matematikai lerst, kijelentve, hogy a biokmiai oxidci sebessge egyenesen arnyos a mg lebontsra vr anyag koncentrcijval, azaz dC 1 = - K1 C1 dt ahol (7)

C1 a vz lebonthat szervesanyag tartalma BOI-ban [ML-3] kifejezve s K1 a biokmiai lebontsi folyamat sebessg tnyezje [T-1] Az elzekben definilt kiindulsi felttelek mellett (C1 =C10, t=0-nl) az 7. egyenlet megoldsa

C1 = C1,0 e K1ahol

-

t

(8)

a BOI kezdeti koncentrci rtke a befogadban a szennyvzbevezets alatt, amint azt a 4. Egyenlet lerja. Ha most a C2 oxign hinyt mint a Cs teltettsgi oxign szint s a Cox tnyleges oldott oxign koncentrci klnbsgt definiljuk, azaz C2 = Cs Cox , s felttelezzk, hogy az oxign felvtel azaz a levegztets folyamatnak sebessge egyenesen arnyos a C2 oxign hinnyal, akkor a biokmiai lebonts s a levegfelvtel csatolt folyamatait az albbi sszefggssel rhatjuk le: dC 2 = K1 C1 - K 2 C2 dt (9)

C1,0 -

A 9. Egyenlet megoldsa az elzekben definilt kiindulsi felttelek mellett az albbi formban kaphat:C2 = K1 C1,0 - K1 t -K 2 t (e - e ) + C2,0 e-K2 t - K1 K2

(10)

ahol K2 C20 az oxign-felvteli vagy levegztetsi sebessg tnyez [T-1 ] s a kezdeti oxign hiny a befogad vzfolysban a szennyvzbevezets alatt (amelyet a 4. egyenlethez hasonl un. hgtsi sszefggsbl kapunk).

T e

l t e t 2t s

g i

O

k o

n c e n t r

c i

DO 2 k o n c e n tr c i

0

D

c r i t

D D D Ov a g y id , t = x / v3

O

DT

cO r i t

v o ls g

V S z e n n y e z s

z f o l y

s

3. bra

Az oxignvonal (Oxygen sag curve)

A 10. egyenletet nevezzk az oxignvonal egyenletnek, amelynek grafikus alakjt a 3. bra mutatja be. Szavakkal kifejezve a 8-10 egyenletek az albbiakat rjk le: A szervesanyag biokmiai lebomlsa exponencilisan trtnik a folysi id fggvnyben (azaz a vzfolys mentn, folysirnyban), ahol a folyamat sebessgt a K1 lebomlsi tnyez rtke hatrozza meg. A mikroorganizmusok ltal a lebontsi folyamat sorn felhasznlt (vzbl elvont) oxign mennyisge hozzaddik az oxignhinyhoz (azaz a 7. Egyenlet jobboldali tagja pozitv eljellel jelenik meg a 9. Egyenletben), mg a vzfelleten t trtn levegfelvtel cskkenti az oxign hinyt (msodik tag a 9. Egyenlet jobboldaln), azaz ellene hat az oxignhiny nvekedsnek. Amint azt a 3. bra bemutatja az oxign vonalnak van egy kritikus pontja (ahol legkisebb az oxign koncentrci, avagy legnagyobb az oxign hiny a teltettsgi oxign szinthez kpest. Ennek folysirny helye, azaz az ehhez tartoz folysi id az albbi sszefggssel szmthat:

t crit =

C ( - ) 1 ln K 2 1 - 20 K 2 K1 C10 K1 K 2 - K1 K1

(11)

Az ehhez tartoz kritikus oxign hiny rtke pedig:

K1 C2, crit = C10 e K1tcrit K2

(12)

A kritikus oldott oxign koncentrcit teht az albbi sszefggssel kapjuk:D crit = CS - C2, crit O

(13)

Ezzel befejezdtt az oxignhztarts fbb folyamatainak lersa, amelyben az oxign vonal (a hagyomnyos oxygen sag curve) egyenlett vezettk

le transzport s transzformcis megfontolsok alapjn az alapegyenletbl. Annak oka, hogy ennek a jl ismert s igen szles krben mindmig alkalmazott vzminsgi modellnek a levezetst ilyen rszletesen mutattuk be az, hogy ennek rvn az olvas (a hallgatk) megismerkedhetnek az sszetett (egymshoz trsul) vzminsgi -vzi koszisztma- reakci folyamatok lersnak ltalnos szablyaival is. E tekintetben megemlthetjk, hogy a 6 - 10 egyenletek mr tnylegesen felhasznlhatk vzminsgszablyozsi, illetve vzi krnyezeti hatsvizsglati, feladatok megoldshoz. Teht pldul szmthat a mondott pontszer szennyezforrs BOI eltvoltsnak (azaz egy biolgiai tiszttsi fokozott kiptsnek) hatsa a befogad oxign viszonyainak alakulsra, feltve ha a BO-O2 viszonyok alakulst befolysol egyb folyamatok (ld. ksbb) elhanyagolhatk a fent emltett kt f folyamat hatsaihoz kpest. Hasonlkppen, a modellel elemezhet egy tervezett szennyvzbevezets hatsa a befogad oxignhztartsa szempontjbl. Ahhoz azonban, hogy a modellt tnyleges feladat megoldsra hasznljuk mg ismernnk kell a K1 s K2 reakcisebessgi tnyezk rtkt. Streeter s Phelps (1925) eredeti tanulmnyban (Velz, 1970) mg feltteleztk, hogy a biokmiai lebontsi sebessg tnyez rtke lland (0,23 nap-1). A ksbbi vizsglatok azonban hamar rmutattak arra, hogy a szervesanyaglebontsi tnyez rtke igen sok egyb tnyez s paramter fggvnye: fgg pldul a termszetes vzben jelenlv mikroorganizmusok tpustl s szmtl, a szerves szennyezs jellegtl, a hmrsklettl, stb. Kvetkezskppen hrom gyakorlati lehetsgnk van arra, hogy becsljk a K1 szervesanyag lebomlsi tnyez rtkt (vagy brmely ms reakcisebessgi tnyez rtkt): a. Laboratriumi ksrletek alapjn (amelynek sorn egy vzminta BOI koncentrcijnak alakulst mrik az id fggvnyben s abbl -a 8. Egyenlethez val illesztssel- hatrozzk meg a K1 tnyez rtkt. A szakirodalomban lekzlt (publiklt) tapasztalati sszefggseket hasznlunk a reakcitnyezk szmtsra; Sajt helyszni mrsi, mintavteli adataink alapjn hatrozzuk meg a tnyezk rtkt.

b. c.

Jelen knyv (jegyzet) szerzje sok vtizedes tapasztalat alapjn azon a vlemnyen van, hogy az egyedli megbzhat mdszer a c. pont alatti, azaz a helyszni mrsek alkalmazsa. A szervesanyag lebomls reakcitnyezjt (vagy brmely ms elsrend reakcikinetikt felttelez sszefggs tnyezjt) gy lehet meghatrozni, hogy a vzfolys mentn a folysi idvel egytt haladva mrt (BOI) rtkeket logaritmikus papron brzoljuk. Az gy kapott egyenes meredeksge (irnytangense) a K1 tnyez rtke. Matematikai formban kifejezve:

1 C 1A K 1 = ln t C 1Bahol

(14)

C1A,C1B - a BOI koncentrci rtkei egy felvzi A illetve egy alvzi B pontban a vzfolysbl vett vzmintban [mgO2/l]; tA folysi id az A s B pontok kztt. A K2 leveg-felvteli sebessgtnyez is tbb egyb paramter fggvnye, melyek kztt a legfontosabbak a vzfolys hidraulikai jellemzi (vzmlysg, vzsebessg, turbulencia jellemzk s gy a diszperzis tnyez). A vonatkoz szakirodalomban nagyszm tapasztalati sszefggst publikltak K2 rtknek becslshez. E kpletek kzl nhny jellemzt az 1. Tblzatban foglaltunk ssze. 1. Tblzat. A K2 tnyez szmtsra szolgl nhny szakirodalmi sszefggs sszefggs Szerzk Megjegyzs -2 K2=6.5 v H Streeter s Phelps K2 =127(DL v1/2 H-3/2) O,Connor s Dobbins cf. Velz (1970) 0.969 -1.673 K2=5.026 v H Churchill et al. -2.087 K2= 2.6 ED H Krenkel s Orlob K2= 18.6 Ux H-1 Thackston s Krenkel -1 K2= 1.63 H T Tsivoglu cf. Gromiec (1983) K2= 1088.6 U-3 v-2 H-1 Lau K2= 0.116 + 2147 S1.2 Foree K2 = 4.8 S0.25 H-1.25 O,Connor s Dobbins v = kzepes vzsebessg [m/sec, ft/day*] H = kzepes vzmlysg [m, ft*] ED = kzepes fggleges diffuzivits [m2 sec-1 ] DL = molekulris diffzis tnyez [ngyzetlb per nap] H = vzszint klnbsg a vizsglt szakaszon [m] T = folysi id a vizsglt szakaszon (nap) S = meder ess [m/m] *A Gromiec s Velz ltal hivatkozott kpletekben metrikus illetve angolszsz mrtkegysgek szerepelnek. Ha valaki egy adott vzfolys paramtereivel kiszmtja K2 rtkeit a fenti kpletekkel, akkor igen ellentmondsos eredmnyeket kap. Ezrt a Szerz azt javasolja, hogy ha csak md van r akkor a K2 rtkeit helyszni mrsi adatok alapjn kell meghatrozni. Ha a K1 rtkt meghatroztuk a BOI hossz-szelvny mrs alapjn, akkor mr csak egy ismeretlen tnyez (a K2) marad a 10. Egyenletben s gy ennek rtke meghatrozhat, gy, hogy a modellt a mrsi adatokhoz illesztjk. Ehhez azonban valamely iteratv algoritmust kell kidolgozni, mert a K2 a kitevben van. Ha ismerjk K1 s K2 rtkt, akkor a modell mr hasznlhat tervezsi vagy elrejelzsi feladatok megoldshoz. Erre azonban, csak akkor van md ha az sszes kls krlmnyek (vzhozamok, hmrsklet) azonosak azzal ami a kalibrcis mrsek sorn mrtek. Ez azt jelenti, hogy egy modell tnyleges kalibrcijhoz mrs sorozatra van szksg, amely lefedi a modellben szerepl termszetes (hidrolgiai-hidraulikai) s ember ltal befolysolt (kls szennyvzterhels) lehetsges tartomnyt. Ez azt is jelenti mg, hogy a modell (brmely modell) kalibrcija akkor r vget ha a modellben szerepl minden modell-tnyezre kidolgoztunk egy-egy olyan sszefggst

(tapasztalati modellt az elmleti modellhez) ami lerja annak vltozsait a befolysol paramterek s tnyezk fggvnyben. Miutn azonban a fenti ksrlet sorozat vgrehajtshoz igen sok munkra s gy pnzre van szksg, ezrt a gyakorlatban dolgoz krnyezetimrnk sokszor meg kell elgedjen valamely szakirodalmi sszefggs alkalmazsval. Ennek megknnytsre szmos kutat ksrelte meg megadni a modell tnyezk lehetsges tartomnyt. Ezekbl legelterjedtebb Fair (c.f Velz, 1970) tblzata, (2. Tblzat) amelyben a K2 levegztetsi s a K1 szervesanyag lebomlsi tnyez f arnynak (f=K2/K1) vltozsait adjk meg a befogad hidraulikai viszonyai fggvnyben. 2. Tblzat Az f tnyez tartomnyai (Fair nyomn) A befogad jellemzi az f=K2/K1 tartomnya Kis troz vagy t 0,5 - 1,0 Lass vzfolys, nagyobb t 1,0 - 2,0 Lass, nagy foly 1,5 - 2,0 Nagyobb, kzepes sebessg foly 2,0 - 3,0 Gyorsfolys vzfolys 3,0 - 5,0 Zg, vzess >5,0

K1 s K2 rtkei a hmrsklettl is fggenek. A leggyakrabban hasznlt ltalnos sszefggs az albbi:o K i ,( T C) = (T -T j ) o K i ,( T j C)

(15)

ahol Ki Tj a sebessg tnyez (i = 1, 2, az esetnkben) a vonatkoztatsi hmrsklet (leggyakrabban Tj = 20 oC, vagy 25 o C) a tapasztalati ton meghatrozand hmrskleti tnyez A szakirodalom ltal knlt sszefggsek kzl nhnyat a 3. Tblzatban mutatunk be. 3. Tblzat Nhny szakirodalmi sszefggs a K2 levegfelvteli tnyez hmrskleti korrekcijhoz Kplet Szerzk Megjegyzs (T-20) K2(T)=K2(20oC) 1,047 Streeter s Phelps (T-20) K2(T)=K2(20oC) 1,015 Wright s Kehr cf. Velz (1970) K2(T)=K2(20oC) 1,024(T-20) K2(25oC)=1,126 K2(20oC) Churchill et al. cf. Gromiec (1983)

E kpletek alkalmazshoz is javasolhat azonban, ha van r md, a paramter rtknek ksrleti ton trtn meghatrozsa.

Az oxignhztartsi modell tnyleges alkalmazshoz mg htra van a teltettsgi oldott oxign szint meghatrozsa. A vzminsgvdelmi kziknyvekben, pldul Velz (1970) mr emltett knyvben, Cs tblzatos rtkei is megtallhatk a hmrsklet fggvnyben. Tapasztalati sszefggseket is knl a szakirodalom, amelyek kzl Wang et al. (1978) kplete (amelyre 0,01 mg O2/l pontossgot grnek a szerzk) az albbi: Cs = 14,61996 - 0,40420 T + 0,00842 T2 - 0,0009 T3 A BOI-O2 folyamatok lershoz mg tbb egyb oxign forrs s nyel tagot is figyelembe lehet illetve kell venni. Szmos szerz foglalkozott az oxign modellek mdostsaival (Jolnkai, 1979; Gromiec, 1983), bemutatva a Streeter s Phelps fle alap modell lehetsges mdostott vltozatait. A folyamatok amelyek befolysoljk az oxign szint alakulst egy befogad vzben, az albbiak: A BOI lebomlsi grbe mdosulhat a szervesanyag kilepedse rvn, illetve a fenkre korbban kilepedett szervesanyag bels (bentikus) BOI terhelsknt jelentkezik; A nagyobb vzi nvnyek (makrofitk) valamint a bentikus s lebeg algk fotoszintzisk sorn oxignt termelnek illetve lgzsk sorn oxignt vonnak el a vzbl; Az oxidcis vegyi folyamatok, mint a nitrifikci, oxignt vonnak el a vzbl.

-

-

Ahelyett, hogy rszleteiben trgyalnnk ezeket a folyamatokat, az albbiak rviden a sok-paramteres vzminsgi modellekkel foglalkozunk, amelyek -egyebek kztt- az oxignhztarts fenti folyamatait is figyelembe veszik.

Eutrofizlds: az llvizek alapvet krnyezeti problmja llvizek szennyezanyag transzport s transzformcis folyamatait trgyalva legelszr is az Eutrofizlds problmakrvel kell foglalkoznunk, mert korunkban az antropogn hatsok ltal befolysolt vzgyjtk llvizeiben messze ez okozza a legtbb gondot. Az eutrf sz ltalnossgban tpanyagban gazdagot jelent (Jrgensen, 1988) s sokszor azt a disztrofikus (tpanyagban szegny) ellentteknt alkalmazzk (Baxter et al., 1992). Az eutrofizci, ami az llvizek termszetes elregedsi folyamataknt is ismert, drmai mdon megnvekedett az 1960-as vekkel kezdden a fejlett iparral s mezgazdasggal rendelkez trsadalmakban. Ennek elssorban a kt legfontosabb nvnyi tpanyag, a nitrogn s a foszfor, kls terhelsnek megnvekedse volt az oka s ez a nvekeds sszefggsben volt az ember tevkenysgvel. gy, megklnbztetve a termszetes eutrofizldstl, ezt a jelensget antropogn, vagy ember ltal okozott eutrofizldsnak is szoktk nevezni. A jelensget ltalban az alga (fitoplankton) tlzott mrtk elszaporodsnak tnyben szlelik, ami

az llvizeket s lass-pang vzfolysokat zldd teszi. A kznyelv algavirgzsknt is ismeri a jelensget, amit a szakmai nyelv is tvesz idnknt. A vzben lebeg algk tlzott szaporodsa mellett a jelensg gyakran a rgzlt (szlas) algk s a makroszkopikus vzinvnyek elszaporodsval is trsul (egy idre), de a vgeredmny, a hipertrfia, mr ltalban a teljes vzfellet lefedst okoz lebeg alga, amit alga sivatagnak is nevez az irodalmiassgra is trekv szaknyelv. Az algaszaporodst mg elsdleges termelsnek is nevezik, azrt mert az alga (a fitoplankton) az els lncszem a tpllk krfolyamatban amikor a szervetlen tpanyagbl l (majd holt) szervesanyag keletkezik. Ez utbbinak egyik mrszma az egysgnyi tfelleten egysgnyi id alatt megtermelt szerves szn mennyisge (azaz gCm-2v-1). Ennek eredmnyeknt a vzben megnvekszik az oldott szerves anyag (DOM) mennyisge, amely a szervesanyag lebomlst vgz heterotrf baktriumok elszaporodsval jr. Ez utbbi (emlkezznk az oxign hztarts folyamataira), azaz a szervesanyag lebonts lecskkenti a vz oldott oxign tartalmt. Ez az oxign elvons anaerob viszonyok kialakulsra vezethet (klnsen a mlyebb, hrtegzett tavakban, a mlyebb rszekben, a hipolimnion-ban) amelynek nyomn igen veszlyes biolgiai s kmiai folyamatok indulnak meg, azaz az aerob lvilg pusztulsa (pl halpusztuls) kvetkezik be. rdemes megjegyezni, hogy az eutrofizlds bizonyos szakaszai erteljesebb hal termelsre is vezethetnek (hiszen a tbblet tpanyag vgigvonul a tpllklnc tbbi elemn is), de a fajok sszettele ltalban kedveztlenl vltozik. Br a vzi nvnyek szaporodshoz szksges nvnyi tpanyagok kz mintegy 16-20 elemet sorolhatunk (Pl:szn, szilcium, kalcium, klium, magnzium, vas, stb,- Jrgensen, 1988) az antropogn eutrofizldst csaknem kizrlag a foszfor s a nitrogn feldsulsa okozza. Ez utbbiak forrsai a vzgyjt pontszer s nem-pontszer szennyezforrsai, ami alatt a kommunlis s ipari szennyvizeket (pontszer szennyezforrsok), valamint a felszni s felsznalatti lefolys ltal a mezgazdasgi s teleplsi terletekrl lemosott tpanyagokat s a lgkrbl a vzre s a vzgyjtre jut terhelst (nem-pontszer forrsok) rtjk. A forrsok oldalrl ezt a krdskrt ksbb az 5. fejezetben fogjuk trgyalni. Termszetes tavi koszisztmkban a nvnyi tpanyagok egyike-msika (egy vagy tbb) olyan alacsony koncentrcival van jelen a vzben, hogy az korltozza, limitlja, a fitoplankton szaporodst s ezltal szablyozza az egsz vzi koszisztma let folyamatait. E limitl tpanyagok kz leginkbb a nitrogn s a foszfor, valamint igen ritkn a szilcium tartozik. Haznk s Kzp-Eurpa llvizeiben a limitl tpanyag csaknem kizrlag a foszfor volt s ezen bell is az gynevezett biolgiailag hozzfrhet foszfor (a BAP). Biolgiailag hozzfrhet foszfornak tekinthet az ortofoszft foszfor (PO4-P) avagy az oldott reaktv foszfor (DIP). Azt, hogy mi tartozik mg a biolgiailag hozzfrhet foszfor formk kz mr esetenknt helyszni s laboratriumi ksrletekkel (alga tesztek, radioaktv nyomjelzs) kell eldnteni (s mg ma is parzs vitkat folytatnak errl a biokmikus s kolgus szakemberek). A gyakorlati feladatok megoldshoz ltalban a mrsi adatok kztt ltalban rendelkezsre ll sszes foszfor (P, vagy

TP) s a az gyszintn mrt PO4-P kztti frakci egy bizonyos szzalkos rszt szoktk mg BAP-nak tekinteni (Pl. 20%-t). Mieltt e tanknyv clkitzsnek megfelelen az eutrofizlds mennyisgi-szmszer lersnak lehetsgeivel foglalkoznnk, szksg van arra, hogy rviden foglalkozzunk a vzi koszisztma fbb folyamataival, azaz llapotvltozival s reakcifolyamataival, amit a 13. brn szemlltetnk.

B

e m

e n e t e kO2

F n y

K

i m

e n e t

A PS z e N s r v e s

lg a N C3O I

o o - V z p la n k t o n Z H 1

Ha l s z

at

N

I T R

I F I K

a la k H a la k

S

z e r v e a n y a g

O

x ig

n

2

B a k t r i u m o kD e t r it u s z

P

l e

d k

N

le

e n t i k u ll a t o k d k

B

s

l e d k

13. bra

A Tavi koszisztma fbb folyamatai

A 13. bra a vzi koszisztma folyamatainak egy ersen leegyszerstett vzlata s lnyegben kt fbb folyamat lncolatra koncentrl. Ezek: i, ii, a vzi koszisztma tpllk lnca, vagy hlja (food-chain, food web) s az oxignhztarts folyamatai Az alga (fitoplankton) szaporodst ltalban a kt fbb nvnyi tpanyag (P s N), valamint a fny s a hmrsklet szablyozza; Az algt fogyasztja (legeli azaz megeszi) a nvnyev vagy mindenev zooplankton (lnyegben apr rkok, melynek kzismert kpviselje a daphnia, a vzibolha), amelyek viszont tpllkul szolglnak a hsev zooplankton s a nem-ragadoz halak szmra. Ez utbbiak kpezik a tpllkot, a prdt, a ragadoz halak szmra. Elpusztulsa utn minden l szervezet hozzjrul ahhoz az llapotvltozhoz amelyet holt szerves anyagnak, detritusznak, neveznk. Ez kpezi a tptalajt, a szubsztrtumot, a baktriumok szmra. Szervesanyag kls forrsokbl is szrmazik, br nagyobb llvizeinkben a vztesten bell megtermelt szervesanyag mennyisge ltalban jval nagyobb, mint a kvlrl rkez.

Szavakkal lerva ezeket a folyamatokat az albbi megfontolsokat tehetjk:

iii,

iv,

A szervesanyag baktriumok ltal trtn lebontsnak van egy sznen alapul (C-BOI) szakasza s egy nitrifikcis (N-BOI) szakasza. Ez utbbiban a nitrifikl baktriumok a szerves nitrognbl ammnin, nitriten keresztl nitrtot lltanak el. Ez utbbi, a nitrt, az egyik fontos nvnyi tpanyag az alga szmra. Ez egyttal azt is jelenti, hogy az elhalt alga a detrituszon t visszaforgatdik alga tpllkk. Az elhalt szervesanyag foszfor tartalmnak egy rsze is visszajut a baktriumok kzremkdsvel az oldott biolgiailag hozzfrhet frakcikba (Porter, 1975), de ltalban azt tartjk, hogy ennek egy jelents rsze a fenkre jut, ahol eltemetdik.

v,

Mg a szervesanyagok lebontsa cskkenti a vz oldott oxign tartalmt addig a vzinvnyzet (a fitoplanton s a makrofitk) oxignt ad a vzhez fotoszintzise rvn. A fotperiduson kvl, azaz jszaka, azonban a lgzs rvn a vzinvnyzet is oxignt von el a vzbl. E kt folyamat nett eredje (a mr emltett P-R) fogja meghatrozni az oxignhztarts e ttelnek alakulst. Gyakorlatilag minden koszisztma komponensnek van kls forrsa is a befoly vizek, szennyvizek s a lgkri szraz s nedves kihulls rvn. A mrleg negatv oldaln ll a kifolys rvn tvoz l s lettelen komponens, a mr emltett eltemetds a fenken, valamint a halak halszata s a vzinvnyzet kitermelse (Pl. a ndarats). Szmos termszetes s ember ltal is befolysolt tnyez jrul mg hozz a folyamatok alakulshoz, ezek; a pH, a vzhmrsklet, a vzmlysg, a lebeganyag tartalom (az tltszsg), a szl vagy a hmrsklet klnbsg ltal keltett ramlsok s fenkrl trtn felkevereds s a turbulencia rven a vzbe jutott oxign.

vi.

vii,

Az eutrofizlds problmakrnek trgyalst most azzal clszer folytatni, hogy miben s hogyan mrhetjk illetve szmthatjuk az eutrofizlds, a trofitsi szint, llapott. Az albbiakban nhny mdszert illetve osztlyozsi rendszert ismertetnk. Az eutrofizldssal foglalkoz szakirodalom egyik viszonylag korai, de mind mig szles krben alkalmazott s hivatkozott tanulmnya az OECD jelentse (OECD, 1982), amelyben nagyszm t s llvz adatait dolgoztk fel. Az OECD tanulmny ktfle osztlyozsi rendszert ad meg az llvizek trofitsi jellemzire:

i,

Ezek kzl az els az un. rgztett osztlyozsi rendszer, amelyet az 5. Tblzatban mutatunk be:

5. Tblzat Az OECD tanulmny trofits-osztlyozsi kategrii llapotvltozk (mg/m3) Trofitsi kategrik PL Chltl Chlmax Ultra-oligotrf