Az ember és a víz kapcsolata: évszázadok óta szennyezzük, de mióta tisztítjuk?

Az ember és a víz kapcsolata: évszázadok óta szennyezzük, de mióta tisztítjuk?

A társadalmi változásokkal, a városok fejlődésével párhuzamosan megjelent az ember által elszennyezett városi víz. A vizek szennyezése és a tisztítás iránti szükséglet egyidős a történelem során fejlődő társadalmakkal. A modern társadalom kialakulásával, az iparosodással a vízszennyezések mértéke eszkalálódott, így egyre nagyobb szükség volt olyan megoldásokra, melyekkel csökkenteni lehetett a vizek szennyezettségét, így újra felhasználhatóvá, emberi fogyasztásra alkalmassá lehet tenni. A cikk áttekintést nyújt a történelem során megjelenő vízproblémákról és a vízszennyezések csökkentésének módszereiről.

A városok kialakulásával (tehát az urbanizáció megjelenésével) a népsűrűség is megváltozott. A városok népesebb, sűrűbben lakott területekké váltak, ahol az ipar és az innováció összpontosult, míg a vidéki térségekben inkább a mezőgazdaság felé billent el a mérleg nyelve, miközben a népesség itt kevéssé sűrűn lakott területeket foglalt el. Tehát a világ népessége a városok felé mozdult el, így koncentráltan jelentek meg a különböző környezeti problémák, levegő és vízszennyezések, egészségkárosító hatások.

 Bevezetés: a kezdetek, az ókori víztisztítási és közművesítési eljárások

Az egyiptomiak

A szennyvíztisztítás kezdeti módszerei már az ókori civilizációkban is megfigyelhetők voltak (Egyiptomban, az ókori Görögországban valamint a Római Birodalomban). Az ókori egyiptomiak szervezett és fejlett társadalma, aprólékosan kialakított államszerkezete több mint három és félezer évig fennmaradt. Ez alatt az időszak alatt a vízgazdálkodás is fontos szerepet játszott, hiszen a sajátos földrajzi elhelyezkedésnek köszönhetően (sivatagi, félsivatagi területek és a Nílus-menti néhány száz méter széles mocsárvidék) az öntözés és az ivóvíz ellátás kérdését is meg kellett oldani. Ahol pedig a lakosság vízfelhasználása mindennapossá válik, ott szennyvíz is keletkezik.  Az ókori Egyiptomban, kb. 5000 évvel ezelőtt már létezett rézből készült vízvezeték, mely naponta szállította a települések lakosainak a Nílusból nyert ivóvizet.

Mezopotámia, Sumér Birodalom

Az első vízgazdálkodási törvény megalkotása i.e. 1800-ban Hammurápi nevéhez fűződik. Törvénykönyve a csatornák védelmére, az öntözéses gazdálkodás megalapozására is kiterjedt.  Törvényei hatására épültek a Tigris folyóval párhuzamosan öntöző főcsatornák a folyás mindkét oldalán, kőalapra épült duzzasztógátakkal. A csatornázás rendszere a házakból kivezető csatornákból, gyűjtő és főgyűjtő csatornákból állt, a befogadó előtt ülepítő aknával, melyet rendszeresen tisztítottak. A csatornák falazata aszfaltba ágyazott tégla volt. A sumérok gátakat, csatornákat, zsilipeket építettek. Mikor megáradt a Tigris és az Eufrátesz, a két folyam vizét a termőföldekre irányították, majd állni hagyták a vizet, ami a talaj ásványi anyagaival eközben feldúsult. Összességében elmondhatjuk, hogy ezzel megszületett az öntözéses gazdálkodás.

Az ókori Görögország

Az ókori Görögország egyik legnépesebb városállamában, Athénban a csatornákat kőbe vésték vagy agyagból égették ki, ezzel viszonylag tartós műszaki állapotot értek el. Szennyvízcsatornákat és hálózatokat alakítottak ki, melyek a föld alatt húzódtak rejtetten és a lakossági szennyvíz Athénból való elvezetését szolgálták. Valószínűsíthetően, a kommunális szennyvizeket öntözésre is felhasználták. Az akkori kb. 200 ezer athéni lakos ivóvízellátását 18 vízmű és vezeték szolgálta. A források vizének elvezetését is megoldották, valamint a talajvíz felhasználását speciális kútrendszerrel tették lehetővé.

A Római Birodalom

Rómában, a lakosságnál keletkező szennyvíz elvezetésére, mai szemmel nézve is modern csatornahálózatokat alakítottak ki. A szennyvíz ülepítés kezdetleges jelei is megfigyelhetők, mivel a szennyvíz szikkasztására emésztő medencéket létesítettek. Az itt ülepített iszapszerű anyagot megpróbálták a mezőgazdaságban újrahasznosítani, a csatornákon keresztül összegyűjtött szennyvizet pedig előbb a Tiberisbe, majd a tengerbe vezették. Ez utóbbit ma már környezetszennyezésnek tekintjük, viszont a kor lehetőségeit figyelembe véve fejlett módszer volt. A Tiberisbe történő szennyvízbevezetés rövid időn belül komoly közegészségügyi problémákat okozott, mivel elszennyezte a folyó vizét, így nem megfelelő minőségű ivóvíz jutott a lakosságnak. Traianus császár uralkodása idején a Tiberis szennyezett vizének tisztítása érdekében, több kilométer hosszú csővezetékeken keresztül tiszta folyóvizet vezettek a Tiberisbe, így újra elfogadható minőségű ivóvizet nyerhettek. Mai szemmel nézve ezt nem tekinthetjük víztisztítási megoldásnak, csupán ökológiailag és kémiailag hasonló minőségű folyóvízzel történő hígításnak, így a szennyezőanyagok nagyságrendekkel kisebb koncentrációban maradtak a Tiberisben. Ugyanakkor a megoldás műszaki kivitelezése pontos mérnöki munkát igényelt, ami mindenképpen kihangsúlyozandó. I.e. 514-ben egy etruszk mérnök tervezte meg a ma is ismert római csatornát, a Cloaca Maxima-t, mely a korabeli Róma leghosszabb csatornája volt. Valószínűsíthetően a város hét dombja között húzódó mocsaras területet is ennek a csatornának köszönhetően sikerült lecsapolni. Fontos kiemelni, hogy azért építettek birodalom szerte hidakat és magasan vezetett falazott csatornákat a szennyvíz (és az ivóvíz) vezetésére, mivel azokban az időkben nyomócső még nem létezett, így a vízszállítást szennyvízátemelőkkel még nem tudták megoldani.

Az idő előrehaladtával egyre több csatorna épült a városban, így szembesülni kellett a hálózat rendszeres karbantartási igényével is. Természetesen nem minden utca volt csatornázva, így a közművesítés hiányában a szennyvizeket az útszéli kis árkokban illetve a kocsikerekek nyomvonalának mélyedésében vezették el.

Róma lakosságának folyamatos növekedése egyre nagyobb felkészültséget kívánt a város csatornázottsága és szennyvíztisztítása tekintetében. A birodalom fénykorában a Róma városának lakossága kb. 1,5 millió fő volt (az egész birodalom összlakossága Traianus császár uralkodása alatt – i.sz. 117-ben – kb. 49-50 millió fő volt). Érdekes tény, hogy a birodalom szervezeti, kulturális és tudományos fejlettségének ellenére, az ország lakosainak csak kis része élt nagyvárosokban, a többség kistelepüléseken, vidéken töltötte mindennapjait. A birodalomban csak néhány olyan város létezett, melynek lakossága elérte a 100 ezer főt. Az i.sz. 4. században, tehát a birodalom utolsó éveiben, Alexandriának 250 ezer fő, Antiochiának 150-200 ezer fő volt a lakossága. A legtöbb városban csupán néhány ezer ember élt. Ugyanakkor fontos kiemelni, hogy az összes városban, a legkisebbektől kezdve Rómáig bezárólag, önálló csatornahálózat volt, melyen a városi szennyvizet szikkasztásra, szűrésre elvezették, illetve minden város rendelkezett vezetékes ivóvíz hálózattal is.

A középkori települések szennyvízkezeléséből eredő közegészségügyi problémák

A középkori településeken (mai szóhasználattal élve) nyílt csatornahálózatot alkalmaztak, vagyis a háztartásokban, céhműhelyekben keletkező kommunális szennyvízmennyiség kezeletlenül, hígítatlanul ömlött az utcákon kialakított fedetlen csatornákba. Utólag számos humán egészségügyi problémát tulajdonítanak ennek a megoldásnak, elég a százmilliók halálát okozó pestisjárványokra, illetve Coli (Escherichia coli) fertőzésekre gondolnunk. A Coli-járvány még a 20. század közepén is felütötte a fejét Európában, többek között Magyarországon is, kisgyermekek tömeges megbetegedését és halálát okozva. A Ratkó-korszakban a korai közösségbe adás, valamint a bölcsődék és óvodák elégtelen higiéniai állapota, mind kedveztek a járványok terjedésének.

A középkori településeken egyre nagyobb problémát okoztak a humán egészségügyi kockázatot jelentő víz- és talajszennyezések. A korábban épült csatornahálózatokat elhanyagolták, a városok utcáiban kialakított vízelvezető árkok eltömődtek, a háztartási hulladékokat is ide dobták illetve a kommunális szennyvizet is ezekben az árkokban próbálták elvezetni. Azonban a rohamosan romló közegészségügyi állapotoknak a várások szerte leromlott csatornahálózat miatt nehezen lehetett gátat szabni. Az árkokban hömpölygő kommunális szennyvíz rothadt, bűzlött és a talajvizet is elfertőzte. Elgondolkodtató, hogy a rothadó szennyvíz és a nyáron jelentkező légyinvázió milyen napi problémákat okozott a városi lakosoknak. A városok szerte uralkodó tarthatatlan állapotok felszámolására, a vásárokba érkező árusokat arra kötelezték, hogy a vásár végeztével távozva az üres szekereken hulladékot szállítsanak ki a várásokból, ezzel is segítve a közegészségügyi állapotok javítását és csökkentve a csatornahálózatokba jutó hulladékok mennyiségét.

Több érdekes rendelet is napvilágot látott. Például 1372-ben Párizsban törvényben szabályozták, hogy a városi lakosok csak előzetes figyelmeztető felkiáltás után önthették ki szennyvizüket az utcai nyílt csatornahálózatba. Ehhez képest további előrelépést jelentett, hogy később rendeletben tiltották meg a fekáliás kommunális szennyvíz utcára történő kiöntését, és pöcegödrök, emésztők létesítésére kötelezték a lakosságot.

Ezt követően a kisebb-nagyobb középkori városokban egymást követték az ilyen és ehhez hasonló rendeletek, melyek részben vagy egészében megtiltották a városi lakosság számára a hulladék utcai elhelyezését és a kommunális szennyvíz nyílt utcai csatornákba történő kiöntését. Innen datálható az új szemlélet elterjedése, mely mérföldkövet jelentett a szennyvizek tisztítása szempontjából. Bevezették a hulladék és a szennyvíz szervezett elszállítását, melyet zárt kocsikkal végeztek. A pöcegödrök kialakítására műszaki követelményrendszert állítottak fel, mely tartalmazta, hogy a gödör fala és aljzata kőből készüljön, illetve zárt, szintén kő fedőlappal kell biztosítani a bűz és a szennyvíz kijutását. A pöcegödrökből kiszedett (ma úgy mondanánk, hogy víztelenített) fekália tárolására külön rakodóhelyeket jelöltek ki, hogy a folyékony szennyvizet és a szilárd frakciót szétválasszák egymástól.

Ma is köztudott tény, és ez a középkorban sem volt másképp, hogy a csatornázás (főleg az elválasztó jellegű csatornahálózatok kialakítása) költséges eljárás, így nem követte megfelelő ütemben a vízszolgáltatáshoz kiépített többi közművesítési eljárást. Ebből kifolyólag, megjelent egy új környezetszennyezési forma is, a pöcegödrökből a talajba, a talajvízbe majd az élővizekbe jutó szennyezőanyagok megjelenése. A folyók, patakok rohamosan szennyeződtek, és ez hamar ivóvíz-ellátási problémákat okozott illetve a mezőgazdaságban is jelentős terméskiesést jelentett. A középkori városok közül is a legfejlettebbnek Berlin, London és Párizs volt tekinthető. Ezekben a nagyvárosokban a lakosságszám rohamosan emelkedett, így ezzel párhuzamosan a környezetszennyezés, a közegészségügyi problémák is a szennyvízkezelési nehézségek is fokozódtak. A világ első szervezett és a külvárosokra is kiterjedő csatornázási programja ezekben a nagyvárosokban indult meg. Mérnöki műszaki kialakításra vonatkozó rendeleteket adtak ki, melyek szerint a csatornáknak mészhabarcsba rakott kövekből kell készülnie, hogy a szennyvíz szivárgását megakadályozzák. Meghatározták a csatornák kötelező legkisebb mértékű lejtését is.

A szennyvíztisztás, mint környezettechnikai eljárás fejlődése a 19. században

A 19. század nagyvárosainak (országainak) népességnövekedése okán, az ivóvíz-fogyasztás és a szennyvíz mennyisége is nagyságrendekkel emelkedett. A 19. század második felére datálható a szennyvíztisztítás fejlődésének kezdete. Az elsődleges feladat a szennyvizek elvezetésének és elhelyezésének megoldása volt. Bár az ókori civilizációk már megoldották ezt a kérdést, viszont az iparosodás útjára lépett 19. századi társadalmak számára a kommunális mellett, az esetenként sokkal nagyobb szennyezőanyag koncentrációval rendelkező ipari szennyvizek jelentették az új problémát.

A 19. század közepére Európa több nagyvárosában, így Londonban is sikerült a csatornázást megoldani, így lehetőség volt az összegyűjtött szennyvizeket valamiféle tározóba vezetni, és elkülöníteni a lakott területektől, ugyanakkor a csatornahálózaton keresztül érkező szennyvizeket sokszor még mindig a Temzébe engedték. A kor orvosai sejtették, hogy a század folyamán pusztító járványok jelentős része a kezeletlen és humán egészségügyi kockázatot jelentő szennyvizeknek köszönhető. 1876-ban Robert Koch német orvos, mikrobiológus izolálta a tuberkulózis, a kolera és a bélfene baktériumait, és bebizonyította, hogy a fertőzések (járványok) vizes közegben, sok esetben a szennyvizekkel terjednek. Ez a fontos eredmény nem csupán a modern mikrobiológia egyik úttörő felfedezése volt, hanem a majdani biológiai szennyvíztisztítási eljárások kiindulópontjának is tekinthető. A szennyvizekben számos korokozó és betegséget nem okozó baktérium található. A kórokozók közül kiemelendő a tífuszbacilus, a kolera vibris, a vérhasbacilus, a lépfene illetve a tetanusz. A széklet és a vizelet szennyvízbe kerülésével megnövekedik a humán expozíció esélye, így járványok, fertőzés-hullámok alakulhatnak ki. Robert Koch felfedezése e közegészségügyi problémák megelőzése szempontjából is fontos volt.

A szennyvizek szerepe a fertőzésekben, járványokban, több ízben, a való életben is bebizonyosodott. Hazánkban, Pécsett 1890-1891-ben volt hatalmas tífuszjárvány, mely a vízvezetékek hiányos tömítéseinél történő elszennyeződésnek volt köszönhető. A fertőzés megjelent az ivóvíz-hálózatban így a lakossághoz is eljutott.

A 19. század nagyvárosainak népességnövekedése okán, az ivóvíz-fogyasztás és a szennyvíz mennyisége is nagyságrendekkel emelkedett. A 19. században elindult iparosítási hullám az Új Világot, az Egyesült Államokat is érintette. A század utolsó éveiben a keleti parton megjelent gyárak és üzemek rendkívüli mértékben elszennyezték a nagyvárosok környezetében található felszíni és felszín alatti vízbázisokat. Mivel a században létrejövő nagyvárosok többsége vízfolyások mellé épült (az ivóvíz-ellátás, a szennyvíz bevezetés, az ipari vízigények miatt), rövid időn belül bekövetkezett a vízfolyások magas szennyezőanyag koncentrációjából eredő túlterheltség. Habár a csatornázás eredményeként, a szennyvizeket a felszíni vizekbe (tavakba, folyókba) vezették, és így komoly környezetszennyezést valósítottak meg, ennek a megoldásnak mégis volt annyi pozitív hozadéka, hogy a 19. század végére gyakorlatilag megszűntek a milliók halálát okozó világméretű járványok, fertőzéshullámok. A világ első komolyabb és méretben is jelentős szennyvíztisztító telepe Hamburgban épült 1842-ben. A kor technológiai fejlettségi szintjét és lehetőségeit vizsgálva, ez technológiai bravúrnak számított. Kialakították a mechanikai (szűréses), és előülepítéses tisztítási eljárást. Ezek a módszerek a két legfontosabb (legalábbis a korban legfontosabbnak vélt) szennyvíz problémát oldották meg. A szennyvizek zavarossága, lebegőanyagtartalma szemmel is látható szennyezés volt. A mechanikai tisztítással, a telepre beérkező szennyvizet mozgató átemelő szivattyúkat is kímélték, mivel a szűrőket és rácsokat már a telepre vezető csatornahálózatba építették. A kor legnagyobb vívmánya az előülepítési technika volt. Napjainkban használatos paraméterekkel kifejezve, a KOI és BOI értékben is mérhető szennyezőanyag tartalom nagyjából 30%-át tudták kiülepíteni. Az előülepítés bevezetésével a szennyvíztisztító műtárgyak száma is nőtt, és kialakításában már hasonlított a ma ismert szennyvíztisztító telepekre.

Az első biológiai jellegű szennyvíztisztítási kísérlet a talajon történő szennyvízszűrés volt az 1870-es években. Ezt a módszert a mai csepegtetőtestes és eleveniszapos szennyvíztisztítási technológiák előfutárának tekinthetjük, melyek kidolgozására Angliában került sor, hiszen az ország speciális éghajlati viszonyai kedveztek a technológia egész évben történő működtetésének. Ma már ezt a módszert természetközeli szennyvíztisztítási technikaként ismerjük.

A szennyvíziszap kezelési technikák fejlődése

A tisztítási technikák fejlődésével párhuzamosan, megjelent egy addig ismeretlen anyag, a szennyvíziszap. Ennek a kezelésére az addig használt módszerek nem voltak alkalmasak, hiszen a szennyvíziszap halmazállapotát tekintve kettős: magas víztartalommal rendelkezik (több mint 90%), ugyanakkor jelentős a szilárd fázis mennyisége is, mely jellemzően az aerob mikroorganizmusok után maradt szerves anyagot jelenti.

Rájöttek, hogy ha a szennyvíziszapot megfelelő időtartamon keresztül anaerob körülmények között állni hagyják, akkor anaerob lebomlási folyamatok indulnak meg benne (a lebomlás intenzitása és hatásfoka a hőmérséklet emelésével nő). Ezzel párhuzamosan meghatározták, hogy az iszapkezeléshez a mezofil tartomány az ideális (~33oC). Ezt a módszert ma anaerob iszapstabilizálásként ismerjük. Az így kezelt szennyvíziszapot jó hatásfokkal lehetett vízteleníteni, ami egyrészt azt jelentette, hogy az iszap tározása is könnyebbé vált, másrészt a kinyert szilárd fázist, vagyis a szerves anyagot megfelelően lehetett komposztálni.

A modern szennyvíztisztítási módszerek megjelenése

A 20. századra egyértelművé vált, hogy a keletkezett szennyvíz mennyiségét mechanikailag (fizikailag) és más módon is kezelni kell, hiszen számos fertőzésveszélyt, bűz- és szagártalmat tulajdonítottak neki. Az ipari technológiák fejlődésével, ugyanakkor a sokszor környezetszennyező technikák használatával, folyamatosan változó szennyezőanyag összetételű ipari szennyvizek is keletkeztek, melyek sokkal nagyobb kihívást jelentettek a kor szakemberei számára. Sem a kommunális, sem az ipari szennyvizeket nem lehetett a felszíni természetes vízfolyásokba (befogadókba) vezetni, hiszen a szennyezőanyagok koncentrációja messze meghaladta a vízfolyások, tavak öntisztuló képességét. Az I. világháború előtti években a szennyvíztisztító telepek modernizálása jellemzően az ülepítő műtárgyak és az iszapfermentáció létesítményeinek műszaki (mérnöki) fejlesztését jelentette. Komolyabb fejlesztésekre az Egyesült Államokban, Angliában és Németországban volt lehetőség.

A 20. század elején kidolgoztak egy új módszert a vizek minőségének rendszeres vizsgálatára, melyet mind a szennyvizek, mind az ivóvizek minősítésénél alkalmaztak. Ez a szaprobitás vizsgálata (mely a biológiai vízminősítési eljárások egyik legfontosabb lépése). Monitoringozták a nagyvárosok mellett a vízfolyások szaprobitását. A szaprobitás a vizekben lévő holt anyagok lebontásának mértékét jelenti, mely a heterotróf vízi szervezetek számára alkalmas, nem mérgező (biokémiai úton bontható) szerves anyagok mennyiségétől függ. Jellemzésére a KOIps, KOId, BOI5 értékek használatosak.

A 20. század második felében folyamatos fejlesztéseken ment keresztül a biológiai szennyvíztisztítási fokozat is. Növekedett a tisztítás hatékonysága, szélesedett az alkalmazott módszerek köre. Ma már (a teljesség igénye nélkül) biofilmes, csepegtetőtestes, eleveniszapos, „élőgépes”, adszorpciós (azaz szennyezőanyag megkötési) eljárásokat alkalmaznak.

Modern fizikai, kémiai és mikrobiológiai vizsgálatok a vízminősítés szolgálatában

Napjainkban, az Európai Uniós tagság tekintetében is, szigorú környezetvédelmi és vízminőség-védelmi előírásoknak kell megfelelni. Magyarország összes kisebb-nagyobb felszíni vízfolyását (melyek száma kb. 9800-ra tehető) és állóvizét rendszeresen monitoringozni kell, hogy figyelemmel lehessen kísérni a vízminőségi paraméterek változását. Az EU Víz Keretirányelvéhez igazodva, ún. „jó” vízminőségi kategóriában kell tartani a felszíni vizek többségét, ahol pedig ennél rosszabb állapotok vannak, ott kárelhárítást kell alkalmazni (az EU VKI – Víz Keretirányelv szempontjai szerint).

A napjainkban használatos vízminősítési eljárások során, az alábbi vízminőségi osztályokba sorolják a felszíni vizeket (10/2010. (VIII. 18.) VM rendelet illetve MSZ 12749 szabvány alapján):

  1. Kiváló minőségű vizek
  2. Jó minőségű vizek
  3. Megfelelő minőségű vizek
  4. Szennyezett vizek
  5. Erősen szennyezett vizek

Mindezek alapján, minden felszíni vizet be kell sorolni valamelyik minőségi osztályba. A besorolás alapjául a mindenkori kontroll mérések szolgálnak, melyek szigorú kémiai, fizikai szabványmérések illetve mikrobiológiai vizsgálatok objektív számszerű eredményei.

Összefoglalva a fenti gondolatsort:
Láthattuk, hogy a történelem során, a népességnövekedéssel párhuzamosan hogyan fejlődtek a szennyvíztisztítási technikák. Az ókori civilizációk fejlettnek mondható tisztítási módszereit követően kisebb visszaesés volt tapasztalható a középkori civilizációk esetében. Azonban a 19. századra már nem csupán a szennyvíztisztítási igény jelentkezett, hanem a kor műszaki fejlettségével egyidejűleg a tisztítási technikák hatékonysága is jelentősen javult. Napjainkban már modern tisztítási módszerek állnak rendelkezésünkre, melyekkel bármilyen kémiai, fizikai és mikrobiológiai szennyezőanyagot tartalmazó ipari és kommunális szennyvizet megfelelő hatékonysággal tudunk tisztítani.

A tanulmány teljes terjedelme megjelent a Studia-Mundi Economica tudományos folyóiratban:
Czikkely Márton (2019): A társadalmi változásokkal fejlődő települési szennyvízgazdálkodási koncepciók kronologikus áttekintése. Studia-Mundi Economica 6 (2) pp. 37-45.