Zanieczyszczenia wód

Zanieczyszczenia i ochrona wód


1. Obieg wody w przyrodzie- cykl hydrologiczny

Woda jest jednym z najbardziej rozpowszechnionych związków chemicznych na Ziemi, a zarazem związkiem podstawowym, decydującym o życiu organizmów, w tym człowieka. Woda wchodzi w skład organizmów, pełni funkcję środowiska życia, jest składnikiem pożywienia, umożliwia przemianę materii.
Całkowita ilość wody w przyrodzie jest stała. Dzięki właściwościom występowania w warunkach naturalnych w trzech stanach skupienia woda podlega stałemu krążeniu. Większość wody jest zgromadzona w oceanach i morzach. Lądy otrzymują wodę z opadów atmosferycznych. Część wód wyparowuje, część w wyniku spływu powierzchniowego dostaje się do ścieków wodnych, a z nimi do mórz i oceanów, reszta wsiąka w grunt, zasilając wody gruntowe; woda zatrzyma w glebie zwiększa jej wilgotność. Parowanie wody (ewaporacja) odbywa się zarówno z powierzchni wód, gleby jak i żywych organizmów, w szczególności roślin. W ten sposób woda wraca do atmosfery i cykl się zamyka.

2. Zasoby wody

Zasoby wody przez długi czas były uważane za niewyczerpywalne. Ogromne i stale rosnące zużycie wody przez człowieka położyło kres tym iluzjom. Przy światowym zużyciu prawie 4000 mld m3 rocznie, co równe jest jednej dziesiątej całkowitego przepływu wszystkich rzek świata , woda staje się dobrem rzadkim. Jej spożycie przekracza niekiedy zdolności regeneracyjne wód gruntowych.
Rolnictwo zużywa 73 % wody słodkiej
Przemysł- 21%
Woda pitna to 6 %.
Irygacja stawia rolnictwo na pierwszym miejscy „listy oskarżonych”. W krajach biednych rozwój upraw przemysłowo wyniszczył tradycyjne techniki gromadzenia wody: rolnictwo nie należy już do społeczności lokalnej, tak więc zbiorniki, gromadzące wodę deszczową nie są utrzymane w odpowiednim stanie. Uprawy przemysłowe wymagają ponadto zwiększonego nawadniania: trzcina cukrowa potrzebuje dziesięciokrotnie więcej wody niż zboża. Trudno jednakże zmienić tę sytuację , ponieważ dla ubogiego kraju sześciokrotny wzrost plonów, będący rezultatem nawadniania, ma podstawowe znaczenie.
Kraje uprzemysłowione o intensywnym rolnictwie odczuwają również ograniczenia w zakresie zaopatrzenia w wodę. W byłym ZSRR irygacja (sztuczne nawadnianie pól w celu otrzymania lepszych plonów) spowodowała obniżenie poziomu rzek. W Stanach Zjednoczonych rozszerzeniu terenów nawadnianych towarzyszyło wykorzystywanie nieodnawialnych rezerw wód poziemnych. W Teksasie ¼ wód z poziomów wodonośnych została już zużyta do celów irygacji.
Warstwa wodonośna Ogallala, największa w USA rozciąga się od południowych krańców Dakoty Południowej do pn-zach Teksasu, tworzyła się przez pół miliona lat; przy obecnym tempie eksploatacji wystarczy około 30 lat, aby ją opróżnić. W tym kraju, podobnie jak w większości krajów uprzemysłowionych szkody spowodowane przez rolnictwo sumują się z marnotrawstwem przemysłu i gospodarstw domowych- 674 tys. Basenów kąpielowych w samej tylko Kalifornii zużywa każdego roku 49 mld l wody każdego roku, a jest to ilość, która zapewniła by byt 300 tys. Ludzi
3. Zagrożenia jakości wód powierzchniowych

Przez zanieczyszczenie wód rozumiemy niekorzystne zmiany właściwości fizycznych, chemicznych i bakteriologicznych wody spowodowane wprowadzaniem w nadmiarze substancji nieorganicznych (stałych, płynnych, gazowych), organicznych, radioaktywnych czy wreszcie ciepła, które ograniczają lub uniemożliwiają wykorzystywanie wody do picia i celów gospodarczych.






Naturalne- pochodzą z domieszek zawartych w wodach powierzchniowych i podziemnych (np. zasolenie, zanieczyszczenie humusem, związkami żelaza)
Sztuczne- antropogeniczne, związane z działalnością człowieka, a pochodzące głównie ze ścieków, a także z powierzchniowych i gruntowych spływów z terenów przemysłowych, rolniczych, składowisk odpadów komunalnych (wysypisk śmieci). Obecnie o jakości wód decydują przede wszystkim zanieczyszczenia chemiczne, mikrobiologiczne związane z działalnością gospodarczą i bytowaniem człowieka.
Zanieczyszczenia mikrobiologiczne- są spowodowane obecnością drobnoustrojów patogennych, np. bakterii, wirusów, glonów, grzybów, pierwotniaków i ich toksyn.
Zanieczyszczenia chemiczne- odnoszą się do zmian składu chemicznego i odczynu (pH). Należą do nich oleje, smary, benzyna, ropa i jej składniki, detergenty, chemiczne środki ochrony roślin (pestycydy), nawozy (głównie związki fosforu i azotu), węglowodory aromatyczne (benzo(a)piren), sole metali ciężkich, silne kwasy, zasady, fenole, krezole i inne.


4. Charakterystyka wybranych zanieczyszczeń wód

 Detergenty- to syntetyczne substancje czyszczące, obniża on siłę wiązania np. cząstki brudu z podłożem. Stanowią one główny składnik środków piorących, myjących, zwilżających, stosowanych powszechnie w gospodarstwie domowym oraz w dużych ilościach w zakładach przemysłowych np. w przemyśle papierniczym, farbiarskim, gumowym, szklarskim, w budownictwie. Są bardzo trwałe i nie ulegają biodegradacji, czyli procesom niszczenia (unieszkodliwiania) związków chemicznych m. in. w wyniku działania bakterii. Ilość detergentów w ściekach wzrasta i wpływa hamująco na procesy samooczyszczania się wody. Działają toksycznie na organizmy żywe, według norm międzynarodowych woda nie może zawierać detergentów.

 Pestycydy- zwłaszcza polichlorowęlowodorowe (np. DDT- dichlorodifenylotrichloroetan), są szkodliwe ze względu na długi czas rozpadu i zdolność kumulowania się w środowisku oraz łatwość wchodzenia w szeregi troficzne. Do zbiorników wodnych dostają się z rozpuszczalnikami. Są słabo rozpuszczalne w wodzie, trudno ulegają biodegradacji, kumulują się w osadach dennych oraz w tkance tłuszczowej zwierząt wodnych np. mięczaków, ryb.

 Fenole- to związki aromatyczne, jedne z najbardziej uciążliwych składników ścieków. Wiele z nich dostaje się do wód wraz z e ściekami komunalnymi oraz przemysłowymi, pochodzącymi z przeróbki paliw, zakładów syntezy organicznej. Naturalnych źródłem fenoli w wodach jest biologiczny rozkład obumarłych organizmów. W wodzie ulegają biodegradacji. Woda zanieczyszczona fenolami ma odrażający smak, a ryby żyjące w wodzie, nabierające tego zapachu nie nadają się do spożycia.

 Metale ciężkie- dostają się do wód wraz ze ściekami przemysłowymi, z odpadami, ze spływami z pól (gdzie stosowano pestycydy, nawozy mineralne), z hałd hutniczych. Mają zdolność kumulowania się w osadach dennych, wchodzą w szeregi troficzne. Zanieczyszczenie metalami ciężkimi powoduje zachwianie równowagi biologicznej. Metale ciężkie są niezwykle toksyczne dla organizmów wodnych, jak również dla ludzi spożywających w jakiejkolwiek postaci zanieczyszczoną nimi wodę; mogą powodować trwałe i nieodwracalne uszkodzenia różnych narządów, np. nerek, mózgu, rdzenia kręgowego.

 Radioizotopy- ich źródłem są nie tylko wybuchy bomb atomowych, wodorowych, ale także reaktory jądrowe, kopalnie oraz tysiące zakładów, laboratoriów i instytucji, posługujących się substancjami promieniotwórczymi do celów naukowych i praktycznych. Zakłady te produkują odpady i zrzuty substancji promieniotwórczych dające ścieki o wysokim stopniu radioaktywności. Najbardziej radioaktywne ścieki powstają w czasie przygotowania paliwa przy wzbogacaniu rudy uranowej, tj. przy chemicznej przeróbce naświetlonego paliwa. Najmniej niebezpieczne są ścieki z laboratoriów badawczych.

5. Ścieki- ich rodzaje i skład

Ścieki są mieszaniną zużytej wody oraz różnego rodzaju substancji płynnych, stałych, gazowych, radioaktywnych oraz ciepła, usuwanych z terenów miast i zakładów przemysłowych.

Ścieki bytowo-gospodarcze- pochodzą bezpośrednio z otoczenia człowieka, a więc z domów mieszkalnych, miejsc użyteczności publicznej, zakładów pracy. Powstają one w wyniku zaspokajania potrzeb gospodarczych oraz higieniczno- sanitarnych. Ścieki te zawierają dużą ilość zawiesin oraz związków organicznych i nieorganicznych; mogą się w nich także znajdować wirusy i bakterie chorobotwórcze (czerwonki, duru brzusznego, paraduru, żółtaczki zakaźnej, cholery i In.) oraz jaja robaków pasożytniczych, np. nicieni, tasiemców. Skażenie powierzchniowych i podziemnych wód ściekami bytowymi stanowi poważne zagrożenie higieniczne i epidemiologiczne.

Ścieki przemysłowe powstają w zakładach produkcyjnych i usługowych podczas różnych procesów technologicznych, np. przy otrzymywaniu, uszlachetnianiu i przeróbce surowców. Ilość i rodzaj ścieków przemysłowych zależy od rodzaju przedsiębiorstwa, technologii produkcji, ilości zużywanej wody. Do najważniejszych źródeł zanieczyszczeń wód ściekami należy przemysł: paliwowo-energetyczny, metalurgiczny, górniczy, elektromaszynowy, włókienniczy, chemiczny, celulozowy, garbarski i spożywczy.

Ścieki opadowe- powstają w wyniku spływów deszczowych (kwaśne deszcze), topnienia śniegu, a także przy myciu i polewaniu ulic miast.

6. Gospodarka zasobami i stan hydrosfery w Polsce

Pobór wody w Polsce wynosi w ostatnich latach ok. 13 km3 rocznie, z czego około 2/3 pobiera przemysł, około 1/5 gospodarka komunalna i około 1/10 rolnictwo i leśnictwo. W większości (84%) pobierane są wody powierzchniowe, a uzupełniająco (14%) wody gruntowe. Jednakże w przemyśle oraz w rolnictwie i leśnictwie pobór z wód gruntowych jest bardzo mały, zaś w gospodarce komunalnej wzrasta aż do 49 %. Oznacza to, że dla zaopatrzenia ludzi w wodę pitną równie duże znaczenie ma czystość wód podziemnych oraz powierzchniowych.

Zużycie wody w przemyśle przedstawia się następująco: zakłady elektroenergetyczne i ciepłownicze- 75%, przemysł chemiczny- 8%. Największe zapotrzebowanie na wodę występuje w aglomeracjach miejsko-przemysłowych, gdzie na potrzeby komunalne nakładają się przemysłowe. Prowadzi to do lokalnych deficytów wody (np. Górny Śląsk, Łódź, Kraków) pokrywanych przerzutami z odległych zbiorników i rzek.

Struktura ilościowa i jakościowa ścieków
Jest ściśle związana ze strukturą poboru wody. Po odliczeniu wód pochłodniczych, suma ścieków wymagających oczyszczenia wynosi ok. 3,4m3 rocznie, z czego oczyszczanych jest około 71%. Prawie połowa ścieków oczyszczonych przechodzi tylko przez oczyszczalnie mechaniczne, około 46% przechodzi przez oczyszczalnie biologiczne, a tylko około 7 % przez oczyszczalnie chemiczne. Z puli około 1 km3 ścieków nieczyszczonych, aż za ¾ odpowiedzialna jest gospodarka komunalna, a w ¼ przemysł. Około 65% ścieków nieczyszczonych spływa do dorzecza Wisły, a około 33% do dorzecza Odry, przy czym znacząca część tych zrzutów następuje już w górnych częściach tych dorzeczy, kiedy rzeki prowadzą stosunkowo mniej wody (Wisła do ujścia Dunajca, Odra do ujścia Bobru). Do Bałtyku ścieki dopływają głównie Wisła i odrą, gdyż rzeki Przymorza prowadza ich stosunkowo małe ilości. Podkreślić należy, e nieczyszczone ścieki przemysłowe są bezpośrednio odprowadzane głównie w dorzeczu Wisły.
Efektem odprowadzania dużej ilości puli ścieków nieczyszczonych do rzek jest wysoki stopień zanieczyszczenia wód rzecznych. Na większych rzekach Polski można wskazać tylko krótkie odcinki, gdzie woda spełnia kryteria III klasy czystości. Pozostałe odcinki to wody pozaklasowe. Tylko niektóre małe rzeczki prowadzą wodę klasy II. Największy wpływ na zanieczyszczenie rzek- poza gospodarką komunalną- wywierają zakłady przemysłu chemicznego (głównie przemysłu organicznego, farmaceutycznego, nawozów i tworzyw sztucznych i celulozowych).
W Polsce 2002 roku ogółem powstało 8989,7 hm3 ścieków. 2279 hm3 wymagało oczyszczenia. Zdecydowana większość (204,6hm3) ścieków nieczyszczonych odprowadzana była siecią kanalizacyjną, a znacznie mniej (42hm3) bezpośrednio z zakładów przemysłowych.
W 2002 r. na 2430 zakładów przemysłowych odprowadzających ścieki 53% nie posiadało w ogóle oczyszczalni, a blisko 4,2% miało oczyszczalnie ścieków o niewystarczalnej przepustowości. Spośród 883 miast w 2002 r. 53 miasta nie posiadały w ogóle oczyszczalni ścieków, zaś 18 miast było wyposażone w oczyszczalnie mechaniczne, niezapewniające wymaganego stopnia redukcji zanieczyszczeń. W ostatnich latach zwiększa się zanieczyszczenie na terenach wiejskich, gdyż wzrostowi konsumpcji wody z wyciągów nie towarzyszy rozwój systemów kanalizacji. Ścieki z gospodarstw wiejskich odprowadzane są do pobliskich rzek, jezior lub do gruntu, powodując degradacje tych ekosystemów.

7. Metody oceny jakości wód

W ocenie czystości wód bierze się pod uwagę ich cechy fizyczne, chemiczne i biologiczne i określa je za pomocą wskaźników zanieczyszczeń. Posuwowymi wskaźnikami są wskaźniki fizykochemiczne i biologiczne.

Wskaźniki biologiczne Opis
Miano coli To oznaczenie określające najmniejszą ilość wody wyrażona w cm3, w której znajduje się jedna bakteria z grupy coli (np. pałeczka okrężnicy, np.
Woda czysta- miano coli = 1 bakteria w 100 cm3
Woda brudna- miano coli= 1 bakteria w 1 cm3
Obecność bakterii świadczy o zanieczyszczeniu wody przez kał lub ścieki bytowe
Indeks saprobowości To biologiczny wskaźnik jakości wody, ustalany za pomocą saprobów, charakterystycznych dla wód o różnym stopniu zanieczyszczeniu. Określa się go na podstawie występowania w wodzie tzw. Gatunków wskaźnikowych, czyli określonych zespołów organizmów roślinnych i zwierzęcych charakterystycznych dla danego stopnia czystości wód, natomiast obecność sinic, na bardzo duże zanieczyszczenie.


Fizykochemiczne wskaźniki Opis
temperatura Powinna mieścić się w granicach od 0 do 25o C
Smak Powinien być słony, gorzki, słodki, kwaśny
Zapach Jest związany z występowaniem związków organicznych, drobnoustrojów, niektórych gazów. Rozróżnia się zapachy : R- roślinny, wywołany przez plankton, roślin, ziemię, G- gnilny, wywołany przez pleśń, fekalia, butwiejące szczątki, siarkowodór i S- specyficzny, wywołany obecnością zw. chemicznych
Odczyn wody Wartość pH. Najbardziej pożądany odczyn to 6,5-8,5
Twardość Zależy od obecności w wodzie soli, wapnia, magnezu oraz jonów glinu, żelaza i cynku. Jest 6 stopniowa skala twardości wody.
Mętność Zależy od obecności w wodzie nierozpuszczalnych substancji organicznych, zwierzęcych i roślinnych oraz nieorganicznych, np., piasku, gliny.
Utlenialność Ilość tlenu potrzebna do utlenienia substancji organicznych zawartych w wodzie. Utlenialność wynosi od 4 mgO2/ dm3 dla wód czystych do kilkuset mgO2/dm3 dla wód zanieczyszczonych.
Biochemiczne zapotrzebowanie na tlen Jest to umowny wskaźnik jakości wód, określający ilość zużytego tlenu przez mikroorganizmy do całkowitego oczyszczenia próbki wody z substancji organicznych, w temp. 200 C, w określonym czasie.
Chemiczne zapotrzebowanie na tlen Jest to umowny wskaźnik jakości wód, wyrażający ilość zużytego tlenu na procesy utleniania związków organicznych i nieorganicznych, ulegających utlenianiu w warunkach otoczenia. Informuje on o zawartości związków organicznych oraz niektórych nieorganicznych (np.sole żelazowe, siarczki) ulegających utlenianiu pod wpływem silnych utleniaczy.

8. Klasy czystości wód

Ocenę stanu jakości wód śródlądowych wód powierzchniowych wyraża się zakwalifikowaniem odcinków badanych rzek do poszczególnych klas czystości. Zaliczenie wody do odpowiedniej klasy następuje na podstawie wyników analiz cech fizykochemicznych i biologicznych. Wyróżnia się 3 klasy czystości śródlądowych wód powierzchniowych:

1) klasa I – wody czyste, nadające się do picia, do korzystania przez przemysł spożywczym i farmaceutycznym, do hodowli ryb, w tym łososiowatych
2) klasa II – wody nadające się do chowu i hodowli zwierząt gospodarczych oraz do potrzeb rekreacyjnych (kąpieliska)
3) klasa III – wody nadające się do zaopatrzenia zakładów przemysłowych ( z wyjątkiem przemysłu spożywczego i farmaceutycznego) i nawadniania terenów rolniczych, ogrodniczych
4) wody nadmiernie zanieczyszczone, nieodpowiadające normom, to wody pozaklasowe

9. Skutki zanieczyszczenia wód dla środowiska

Wszystkie ścieki odprowadzane do wód mają wpływ na ich jakość, zmieniając skład chemiczny i fizyczny, oddziaływując w ten sposób na faunę i florę. Odbija się to niekorzystnie na organizmach wodnych i lądowych korzystających z wody.

Eutrofizacja- czyli przeżyźnienie wód jest naturalnym zjawiskiem zachodzącym w środowisku w wyniku postępujących na przestrzeni kilkudziesięciu lat zmian sukcesyjnych. Polega ona na stopniowym zwiększaniu biomasy i bioróżnorodności organizmów wodnych, odkładaniu nadmiaru szczątków organicznych w postaci osadów dennych i powolnej mineralizacji, w efekcie czego dochodzi do stopniowego wypłycania zbiornika wodnego, a w końcowym etapie do przekształcania w ekosystem lądowy. Głównym źródłem dopływu substancji biogenicznych (fosfor, azot) są ścieki komunalne i nawozy. Nadmierna eutrofizacja prowadzi do zachwiania równowagi ekologicznej ,a w konsekwencji do całkowitego zaniku fauny.

10. Sposoby ochrony wód przed zanieczyszczeniami

Ochrona zasobów wodnych polega przede wszystkim na rozwiązaniach technicznych, takich jak:
1) stosowanie bezściekowych technologii w produkcji przemysłowej
2) napowietrzanie wód stojących
3) zamykanie obiegów wodnych w cyklach produkcyjnych i odzysk wody ze ścieków
4) utylizacja wód kopalnianych w cyklach produkcyjnych i odzysk wody ze ścieków
5) zabezpieczanie hałd i wysypisk
6) instalowanie niezbędnych urządzeń ochrony wód we wszystkich nowych inwestycjach przemysłowych
7) oczyszczanie ścieków i unieszkodliwienie osadów ściekowych

Oczyszczanie ścieków komunalnych prowadzi się zazwyczaj metoda mechaniczna albo mechaniczną i biologiczną. Warto przy tym pamiętać, że żadna z przyjętych metod w praktyce nie prowadzi do przekształcenia wody w klasę I. Nie jest obojętne więc, gdzie spływają oczyszczone wody. Dla czystości wody i dla jej dobrego funkcjonowania ważne jest również zachowanie naturalnego koryta i całej dolny. Tak więc poprawie jakości wód sprzyja przywracanie naturalnych krajobrazów dolin rzecznych i odchodzenie od nadmiernej regulacji koryt rzecznych.
















Bibliografia:

1) Ewa Pyłka-Gutowska Ekologia z ochroną środowiska wyd. Oświata, Warszawa 2004
2) Anna Stańczykowska Ekologia naszych wód wyd. Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne, Warszawa 1997
3) Michel Barner Atlas wielkich zagrożeń, ekologia, środowisko, przyroda wyd. Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 1995
4) Wybrane zagadnienia pod redakcją Alicji Kurnatowskiej Ekologia. Jej związki z różnymi dziedzinami wiedzy. Wyd. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa-Łódź 1997
5) M. Wright, Zanieczyszczenie oceanów, wyd. Alma-Press, Warszawa 2000
6) Tony Hare Ratujmy naszą planetę. Odpady niebezpieczne, zanieczyszczenie środowiska, zagrożenia środowiska wyd. Alma-Press, Warszawa 1999