Hidrológiai Közlöny, 2018 (98. évfolyam)
2018 / 2. szám - SZAKCIKKEK - Somlyódy László: Vízminőség-szabályozás: Fejlődéstörténelem
10 Hidrológiai Közlöny 2018. 98. évf. 2. sz. lékfolyót, létező és tervezett szennyvíztisztítót és költségeket feltételezve máris látszik a feladat bonyolultsága és szépsége. A fő kérdés - a vízminőség-szabályozás alapkérdése - hol és milyen mértékben kell a BOI-terhelést csökkenteni ahhoz, hogy a DO-ra előírt kritérium (költség- hatékonyan) tartható legyen. Azaz, hogyan alakul a DO a BOI-terhelés függvényében - ez lesz a Streeter-Phelps- modell (/. táblázat - 1925). A szerzők szerint megfogalmazott cél: (i) az oxigénháztartás jobb megértése; (ii) a fizikai-kémia, a bakteriológia akkori legfrissebb eredményeire támaszkodó, új „közegészségi tudomány” alkalmazása és általánosítása; (ifi) a gyakran hibás koncepción alapuló empirikus eredményekkel szemben, tudományosan megalapozott, általánosítható következtetések levezetése (Streeter és Phelps 1925). Az 1914-1915-ös mérési program lefedte az Ohio folyó teljes hosszát (több mint 1500 km), mintegy harminc keresztszelvényben. A mellékfolyók torkolati szelvényét is mintázták. A megfigyelési gyakoriság napi, illetve heti háromszori volt. Mérték a vízhozamot, a sebességet, a levonulási időt, a hőmérsékletet, a szervesanyag-tartalmat, az oldott oxigént és egyéb kémiai komponenseket. Az adatokból havi átlagokat képeztek, majd ezeket elemezték. Átfogó laboratóriumi program keretében vizsgálták a szervesanyag-lebontás kinetikáját. Az eredményeket három egymást követő cikkben jelentették meg. A harmadik tartalmazza a szerzőkről elnevezett Streeter-Phelps-modellt, ami az oldott oxigén (DO) és a szervesanyag-oxigénigény (BŐI,) folyásirányú változását írja le, oxigén-utánpótlás, heterotróf baktériumok és szerves anyag jelenlétében, feltételezve, hogy utóbbi oxidálódik és stabilizálódik. Megszületik az első, iskolateremtő vízminőségi modell, ami alapját képezi számos későbbi fejlesztésnek. Az egyik szerző, E. B. Phelps sokoldalú munkásságát a 2. táblázat szemlélteti, társa H. W. Streeter egészségügyi mérnök volt. A BIOKÉMIAI OXIGÉNIGÉNY: ÚJABB INNOVÁCIÓ Az előzőekben érzékeltük, hogy mennyire fontos az empirikus tudás. Emlékezzünk a Streeter-Phelps-modellre: a lebomlás kinetikájára tett hipotézis-labormérések, az igazolás pedig szerteágazó és nagy kapacitást igénylő helyszíni megfigyelések alapján született. De, ahogy egy szennyvíz- telep sem működtethető mérések nélkül, a modellfej leszté- sek is reménytelenek lennének nélkülük. A jogi előírások (például a határértékek, 3. táblázat) betartatása vagy a környezetterhelési és egyéb adók kivetése és behajtása sem lehetséges el lenőrző monitoring nélkül. Röviden tehát mérni kell. De mit? - lehetett a kérdés a 19. század második felében. Az eleveniszapos szennyvíztisztításban és a természetes vizekben egyaránt a szerves anyag lebomlása játszódik le, ha vannak szorgalmas baktériumok (vannak), és van oxigén-utánpótlás. A kérdés az, hogyan is mérjük a szerves anyagjellemzőit. Az összetétel meghatározása alapján? Ez aligha járható út (bár ebbe az irányba tartunk, lásd az ASM- [eleveniszapos szennyvíztisztítás] modellek egyre finomodó frakci- onálását, Henze és társai 1999). A kiutat minden bizonynyal az a gondolat jelenthette, hogy ha nem sikerül a közvetlen mérés, határozzuk meg magát az oxigénelvonásra gyakorolt hatást. A végeredmény a biokémiai oxigénigény, a BŐI volt, mint a bontható szerves anyagok mennyiségére jellemző mutató (nem koncentráció, hanem a mikroorganizmusok által adott idő alatt elfogyasztott oxigén mennyisége térfogategységnyi vízben). A BŐI az előírt hőmérsékleten (általában 20°C-on), adott időtartam alatt literenként elfogyasztott O2 mennyisége. Miért öt nap? Egyszerű a válasz: a rövid, angliai folyók levonulási ideje nem éri el ezt az időtartamot. Ezzel megszületett az a helyettesítő és integráló módszer, ami mindmáig a vízminőség-szabályozás egyik fontos eszközét jelenti, aminek gyengeségeit - az angol vécéhez hasonlóan - napjainkban kezdjük felismerni. Néhány jellemző BOIs-értéket a 3. táblázat tartalmaz. 2. táblázat. Earle Bemard Phelps, a sokoldalú, interdiszciplináris „mérnök" Table 2. Earle Bemard Phelps, the versatile, interdisciplinary ____________________"engineer"____________________ Earle Bemard Phelps (1876-1953) Tanulmányok Kémia, biológia (MIT) Dolgozott, mint Kémikus,bakteriológus,mikrobiológus, vízmémök, közegészségügyi szakértő Munkakapcsolat Lawrence Exp. Station, US Geological Survey, US Army Corp, US Public Health Service, MIT, Stanford, Columbia, Florida Eredmények Szennyvizek fertőtlenítése, klórozás, nagy szennyvíztelepek (NY, New Jersey, Toronto stb.) Úttörő eredmények New York Harbor vízminőségének j el- lemzése DO által, Streeter-Phelps- modell 3. táblázat. Különböző vizekjellemzőBOIyértékei Table 3. Typical BOI5 values for different waters Vizekjcllege BOE (mg/1) Hegyvidéki patak <1 Közepesen szennyezett víz 2-8 Tisztított szennyvíz, harmadik fokozat <20 Részlegesen tisztított-80 Nyers szennyvíz 200-600 A városi szennyvizek sokféle szennyező- és tápanyagot tartalmaznak. A szerves szenet heterotróf baktériumok viszonylag gyorsan lebontják, az oxigénelvonást a CBOI5 jellemzi. Nemcsak a szerves szén lebontása, de a nitrifikáció is oxigénigényes reakció, amelyet két lépésben, a heterotrófokon elszaporodó (autotróf) nitrifikáló baktériumok lassabban végeznek el, ezért célszerű a mérést 20 napig folytatni. Ez lesz a teljes BOEo- A nitrogénhez kötődő ún. NBOI oly módon határozható meg, hogy a BOI- tesztet az autotróf baktériumokat lemérgezve is elvégezzük (CBOI), majd képezzük a különbséget (teljes BŐI - CBOI). Ez az NBOI.
