Tiszta víz vegyszer nélkül? Mit tud az UV-fény, a membrán és az aktív szén

„Vegyszermentes” – kevés szó hangzik ennél megnyugtatóbban egy víztisztító berendezés dobozán. A valóság árnyaltabb. A víz tisztításának minden módszere fizikai vagy kémiai kölcsönhatásra épül, és mindegyiknek megvan a maga erőssége és vakfoltja. Ebben a cikkben három olyan eljárást veszünk sorra, amelyek nem igényelnek vegyszeradagolást – az ultraibolya fényt, a membránszűrést és az adszorpciót –, és megnézzük, mit tudnak valójában, és mit nem.

Egy fontos megkötés előre: itt műszaki működésről írunk. Az, hogy egy adott víz iható-e, mérés kérdése; erről a vízszolgáltató, illetve a hatósági vizsgálat ad megbízható választ, nem egy cikk és nem egy dobozfelirat.

Ultraibolya fény: nem öl, hanem „lemásolhatatlanná” tesz

Az UV-fertőtlenítés lényege, hogy a vizet egy zárt csőben ultraibolya lámpa mellett vezetik el. A fertőtlenítésre használt UV-C tartományú fényt – az alacsony nyomású higanygőzlámpák jellemzően 254 nanométer körül sugároznak – a mikroorganizmusok örökítőanyaga, a DNS és az RNS erősen elnyeli. Az elnyelt energia hibákat okoz a molekulában, így a sejt vagy a vírus nem tud többé szaporodni. A mikroorganizmus tehát nem feltétlenül pusztul el, de „inaktiválódik”.

A hatás mértékét az UV-dózis jellemzi: a besugárzás erőssége szorozva az idővel, szokásos mértékegysége a millijoule per négyzetcentiméter (mJ/cm²). A német és az osztrák szakmai szabványok (DVGW W 294, ÖNORM M 5873) szakmai összefoglalók szerint a berendezések validálásánál 40 mJ/cm² úgynevezett redukcióekvivalens dózist várnak el – ezt nem számolással, hanem tesztmikroorganizmusokkal végzett méréssel igazolják.

Hogy egy UV-berendezés jól működik-e, az több dologtól függ:

• A víz zavarosságától. A lebegő részecskék árnyékolják a mikroorganizmusokat, ezért az UV elé gyakran szűrőt tesznek.
• A víz UV-áteresztő képességétől. A vas, a mangán és a szerves anyagok elnyelik az UV-fényt, így kevesebb jut a célpontig.
• A lámpa állapotától. A lámpák öregszenek, a kvarcburkolat lerakódással szennyeződhet.

És van egy alapvető korlát: az UV-nak nincs utóhatása. Csak abban a pillanatban hat, amikor a víz elhalad a lámpa mellett; ha utána a csőhálózatban szennyeződik, az UV ez ellen már nem véd. Kémiai szennyezőket – nitrátot, arzént, peszticideket – pedig egyáltalán nem távolít el.

Membránszűrés: a pórusméret dönt

A membrán egy vékony, porózus hártya, amelyen a vizet nyomással préselik át. Ami nagyobb a pórusoknál, az fennakad. A membránokat a pórusméretük szerint szokás csoportosítani, a durvábbtól a finomabb felé:

A finomabb membrán többet tart vissza, de nagyobb nyomás, több energia kell hozzá, és könnyebben eltömődik. A fordított ozmózis ráadásul egy koncentrátumáramot is termel, amelyben a visszatartott anyagok feldúsulnak – ezt is el kell helyezni valahol. Az eltömődés (szakszóval fouling) a membrántechnika legnagyobb gyakorlati gondja: a felületen lerakódó anyagok csökkentik az áteresztést, ezért a membránokat rendszeresen tisztítani kell.

Magyar egyetemi vonatkozás: a Szegedi Tudományegyetem Mérnöki Karának Folyamatmérnöki Intézetében hosszú ideje kutatják a nyomáskülönbségen alapuló membrános eljárásokat a mikroszűréstől a fordított ozmózisig. A kutatások egyik visszatérő témája éppen az eltömődés csökkentése: például a membrán rezgetése, vagy módosított felületű membránok – köztük titán-dioxiddal kezelt műanyag membránok – alkalmazása. A vizsgálatok jelentős része ipari szennyvizekre irányul, de a fizikai elvek az ivóvíz-tisztításban is ugyanazok.

Adszorpció: a felület hatalma

Az adszorpció során a szennyező molekulák egy szilárd anyag felületén tapadnak meg. Minél nagyobb a felület, annál többet tud megkötni. Az aktív szén ezért olyan hatékony: rendkívül porózus szerkezetű, így egyetlen grammjának belső felülete óriási. Jól köti a szerves anyagokat, sok íz- és szaganyagot, egyes szerves mikroszennyezőket.

Az adszorbens azonban telítődik. Egy idő után a szűrő „áttör”: a szennyező már átjut rajta, és ezt kívülről nem látni. Ezért az adszorpciós szűrőket mérési eredmények vagy átfolyt vízmennyiség alapján cserélni kell. A gondozatlan szűrőben ráadásul baktériumok is elszaporodhatnak.

Az arzén mint próbakő

Magyarországon a vegyszermentes tisztítás határait jól mutatja az arzén. Egyes hazai térségekben a mélyebb rétegekből származó ivóvíz természetes eredetű arzént tartalmaz. A hatályos, 5/2023. (I. 12.) Korm. rendelet 10 mikrogramm/liter határértéket ír elő; a Nemzeti Népegészségügyi és Gyógyszerészeti Központ tájékoztatója szerint ezt megelőzően átmeneti határértékek voltak érvényben: 2009 decemberéig 50, majd 2012. december 25-ig 20 mikrogramm/liter.

Az arzént az UV-fény nem bántja. A fordított ozmózis és bizonyos adszorbensek – például vas-oxid alapú szemcsék – képesek eltávolítani, de a hatékonyságuk erősen függ attól, milyen kémiai formában van jelen az arzén, és mi minden más van még a vízben. A BME Vízi Közmű és Környezetmérnöki Tanszékén 2009-ben készült doktori értekezés szerint Magyarországon a koagulációs-pelyhesítéses technológia számított a leggyakrabban alkalmazott arzénmentesítési módszernek – ez viszont vegyszeradagolással jár. Ugyanez a munka kimutatta, hogy a vízben lévő foszfát versenyez az arzénnel a megkötő felületekért, és már kis foszfáttartalom is érezhetően rontja az eltávolítás hatékonyságát. Szegedi és budapesti kutatók egy 2007-es közleményben az adszorpciós arzénmentesítés lehetőségeit is vizsgálták.

A tanulság: ami a gyakorlatban a legjobb megoldás, az nem a „vegyszermentes” vagy „vegyszeres” címkén múlik, hanem a víz összetételén, a mérési eredményeken és az üzemeltetés biztonságán.

Kísérlet otthon (nem ivásra!): Színezzünk meg egy pohár vizet néhány csepp ételfestékkel, és öntsük át egy kávéfilteren: a szín átmegy, mert az oldott festék molekulái sokkal kisebbek a papír pórusainál. Most keverjünk a festett vízbe egy kanálnyi akváriumi aktív szenet, rázogassuk tíz percig, és szűrjük meg újra. A szín jelentősen halványul – ezt az adszorpció végezte el, nem a szűrő.

Mi lett belőle?

Mindhárom eljárás bevett, működő technológia: az UV-fertőtlenítést, a membránszűrést és az aktív szenes adszorpciót a nagy vízművek és a kisebb, helyi berendezések is alkalmazzák. A magyar egyetemi kutatások – a szegedi membránkutatásoktól a budapesti arzénmentesítési munkákig – elsősorban a meglévő eljárások finomításához, a hazai vizek sajátosságaihoz való igazításához járulnak hozzá, nem egy-egy önálló „csodagéphez”.

Ha pedig valaki egy otthoni berendezésről olvas olyan ígéretet, hogy „mindent kiszűr, vegyszer nélkül”, érdemes megkérdezni: mit, mennyire, milyen vízből, és mikor kell cserélni a szűrőt? Erre a kérdésre egy jó termék adatlapja mérési eredményekkel válaszol.