1

10.01. Wiadomości ogólne, zasoby wody
10.02. Dynamika hydrosfery
10.03. Wykorzystanie wody
10.04. Opady i odpływy w Polsce w latach1975 - 2007
10.05. Pobór wody na potrzeby gospodarki narodowej i ludności w Polsce w latach 1965-2007
10.06. Struktura zużycia wody względem źródeł poboru w 1980 roku i 2007 roku
10.07. Źródła i mechanizmy degradacji wód powierzchniowych
10.08. Fosforany, azotany azotyny – substancje biogeniczne
10.09. Ładunki zanieczyszczeń wprowadzone do Bałtyku z dorzecza Wisły, Odry i rzek przymorza w latach 1990-2007
10.10. Detergenty
10.11. Metale ciężkie
10.12. Pestycydy
10.13. Oleje i polimery
10.14. Podgrzewanie wód
10.15. Sole mineralne
10.16. Kategorie wód powierzchniowych
10.17. Klasyfikacja jakości wód powierzchniowych i podziemnych
10.18. Klasyfikacja jakości wód w rzekach w 2007 roku
10.19. Stan czystości jezior w Polsce w latach 1990-2006
10.20. Ocena jakości wód powierzchniowych wykorzystywanych do zaopatrzenia ludności w wodę przeznaczoną do
spożycia w 2007 roku
10.21

. Procesy samooczyszczania środowiska wodnego

10.22. Samooczyszczanie środowiska wodnego – rozcieńczanie, sedymentacja
10.23.

Samooczyszczanie środowiska wodnego – adsorpcja, biologiczne usuwanie zanieczyszczeń

10.24.

Samooczyszczanie środowiska wodnego – wymiana substancji pomiędzy powietrzem i dnem

10.25.

Oczyszczanie ścieków

10.26.

Ścieki przemysłowe i komunalne wymagające oczyszczenia odprowadzane do wód lub ziemi (1970-2007)

10.27.

Stopień oczyszczenia ścieków komunalnych i przemysłowych (2005, 2007)

2

2

10.01. Wiadomości ogólne, zasoby wody

STRATOSFERA

(warstwa izotermiczna o temperaturze – 55

0

C, gdzie utrudniona jest cyrkulacja)

HYDROSFERA

TROPOSFERA

LITOSFERA

ASTENOSFERA

(ze względu na bardzo wysokie temperatury woda nie może istnieć jako związek

chemiczny nawet w formie związanej z minerałami)

OGÓLNE ZASOBY WODY ok. 1,5 mld km

3

Jeziora słodkie i rzeki

0,009 %

Lodowce górskie i lądolody

2,115 %

Wody glebowe

0,005 %

Wody podziemne

0,580 %

Jeziora słone

0,007 %

Atmosfera

0,001 %

Organizmy żywe (udział

0,00005 %

Morza i oceany

97 %

WODY SŁODKIE 2, 5 % (75 % LODOWCE)

wody powierzchniowe –

70 % powierzchni Ziemi

3

3

Odnawialność zasobów wody związana jest głównie z cyklem hydrologicznym

obejmującym parowanie i opady, które napędzają cyrkulację w układzie globalnym.
W obiegu tym bierze udział zaledwie 3 % wody zawartej w atmosferze, czyli 0,00003

% całkowitych zasobów wody.

parowanie i transpiracja (pobieranie wody przez korzenie i parowanie z powierzchni liści):

• parowanie mórz i oceanów ……………………………………………………………………………….. 47 %
• parowanie wód powierzchniowych, oddychanie ludzi i zwierząt ……………………………….… .2 %
• parowanie gleby …………………………………………………………………………………………… 13 %
• transpiracja roślin ………………………………………………………………………………………….. 38 %

opad atmosferyczny

13 % - bezpośredni

pobór przez rośliny

48 %

gleba

39 % - opad bezpośredni i spływ

powierzchniowy: cieki wodne, morza i oceany

retencja (37 %)

warstwa wodonośna (11 %)

wody głębinowe

cieki wodne, morza i oceany

4

4

W skali globalnej dla celów gospodarki komunalnej i przemysłu

codziennie

:



pobiera się 310 km

3

wody słodkiej,



zużywa bezpowrotnie 85 km

3

,



wyrzuca w postaci ścieków 225 km

3

,



które zanieczyszczają 4680 km

3

zasobów wody słodkiej.

Zważywszy, że :



całkowity opad deszczu na lądy wynosi 180 000 km

3

/rok,



odpływ - 37 000 km

3

/rok,



transpiracja - 71 000 km

3

/rok,

zasoby czystej wody słodkiej wynoszą 72 000 km

3

/rok

(200 km

3

/dzień)

.

W żywych komórkach roślinnych i zwierzęcych zawartość wody dochodzi do 90 %

5

Różnica pomiędzy opadem a odpływem to dyspozycyjny zasób wody

Źródło: GUS Ochrona środowiska

6

6

10.05. Pobór wody na potrzeby gospodarki
narodowej i ludności w Polsce w latach
1965-2010

Źródło: GUS Ochrona środowiska

7

roczny pobór wód

14,1 km

3

11,4 km

3

wody powierzchniowe

11,9 km

3

9,7 km

3

wody podziemne

1,9 km

3

1,6 km

3

do nawadniania

1,3 km

3

1,1 km

3

do produkcji

10,1 km

3

8,2 km

3

na cele komunalne

2,7 km

3

2,1 km

3

1,3 km

3

1,1 km

3

9,2 km

3

7,9 km

3

1,4 km

3

0,7 km

3

0,6 km

3

0,2 km

3

1,3 km

3

1,4 km

3

wody z odwadniania

0,3 km

3

0,1 km

3

1980 rok

2007 rok

8

czynniki

źródło pochodzenia

skutki

fosforany

rolnictwo
nawozy sztuczne
ścieki komunalne

eutrofizacja
zaburzenia metabolizmu ludzi i zwierząt

azotany, azotyny

NO

x

z atmosfery

ścieki organiczne i mineralne

detergenty

ścieki komunalne

izolacja akwenów od dostępu tlenu
działanie kancerogenne

metale ciężkie

ścieki przemysłowe
opad pyłów

działanie kancerogenne
zaburzenia metabolizmu

pestycydy

rolnictwo

zaburzenia ekosystemów wodnych
toksyczność

oleje i polimery

chemia i petrochemia
transport

izolacja akwenów od dostępu tlenu
toksyczność

podgrzewanie wód

energetyka

zaburzenia ekosystemów wodnych

sole mineralne

kopalnictwo

mineralizacja wody

wirusy i bakterie

ścieki komunalne

epidemie cholery, tyfusu, choroby
pasożytnicze przewodu pokarmowego

turystyka i rekreacja

człowiek

zaburzenia ekosystemu

9

nadmiar substancji pokarmowych

rozwój

fitoplanktonu

(szybki

metabolizm) –

zakwity wód

rozwój

zooplanktonu

gwałtowny przyrost odpadu

organicznego

rozkład materii organicznej –

pobór tlenu i wytwarzanie

dwutlenku węgla, siarkowodoru

martwe strefy zwane azoicznymi

(pozbawione organizmów żywych)

nadmiar nawozu azotowego

azotany w wodzie pitnej

azotyny w organizmie

hemoglobina  methemoglobina

niedotlenienie organizmu

śmierć

EUTROFIZACJA

ZMIANY METABOLIZMU

10

Biologiczne zużycie tlenu
(BZT

5

)

jest to ilość tlenu zużyta w ciągu 5
dni w procesie biologicznego
utleniania substancji (głownie
organicznych) zawartych w wodach
i ściekach przy użyciu żywych
bakterii i enzymów
pozakomórkowych

Źródło: GUS Ochrona środowiska

11



należą do grupy środków powierzchniowo czynnych



jako związki rozpuszczalne w wodzie mogą infiltrować do wód

podziemnych (studnie w pobliżu zanieczyszczonych rzek –
stężenie 1,5 g/m3, wody czyste - 0,006 g/m3)



detergenty twarde (nie ulegające biodegradacji) - zakłócenia

zarówno w procesach biologicznego oczyszczania ścieków jak i w
wodach odbiorników ( warstwy piany o grubości powyżej 2 m
poniżej śluz na rzekach)



detergenty miękkie (ulegające biodegradacji)

12

rtęć



jony rtęciawe



jony rtęciowe



związki metylortęciowe o charakterze lipfilowym



plankton

kadm

ewidentna toksyna; atakuje system nerwowy, powoduje anemię,

odwapnienia, choroby nerek i wątroby;

wzrost toksyczności w obecności miedzi i cynku;

kumuluje się zwłaszcza w organizmach żyjących w środowisku

wodnym

ołów

działa toksycznie na struktury organiczne powodując zahamowanie

metabolizmu

na

skutek

blokady

enzymów;

bardzo

rozpowszechniony w środowisku wodnym - w wodach miękkich

występuje w postaci szczególnie niebezpiecznej jako rozpuszczalne

sole

13

Szkodliwe ze względu na:


długi czas rozpadu (np. arsenian ołowiowy - 15 lat, UCH Lindan - 11 lat,

Chlordan 12 lat),


zdolność kumulowania się w środowisku,



łatwość wchodzenia w szeregi troficzne.

Powodują pogarszanie stanu wód podziemnych, działają toksycznie,

naruszają procesy samooczyszczania się wód.
Zanieczyszczenia pestycydami są trudne do usunięcia w procesie

uzdatniania wody przeznaczonej do picia. Według norm światowych WHO

woda do picia w ogóle nie może zawierać DDT, natomiast polskie normy

dopuszczają 0,03 mg/dm3

Obecnie wycofuje się pestycydy o szerokim spektrum szkodliwości i

długich okresach trwałości na rzecz preparatów działających wybiórczo i

względnie krótkim okresie rozpadu rozkładających się względnie szybko.
Mechanizmy ich rozprzestrzeniania się i przemieszczania w biocenozach

pozostają jednak nie zmienione, a jedynie czas ich zalegania w

organizmach jest ograniczony trwałością preparatu, skumulowane zaś w

kolejnych ogniwach łańcuchów pokarmowych nie mają tak wysokich

stężeń.

14

akwen

mln ton/rok

t/km

2

rocznie

Morze Śródziemne

4

4,9

Bałtyk (600 plam ropy rocznie)

0,4

1,4

Morze Północne

4

6,9

Zatoka Meksykańska

1,2

0,8

Zatoka Perska

3

12,5

1 – 3 % przewożonego ładunku ropy wprowadza się do wód morskich

podczas płukania zbiorniskowców (10 – 30 mln ton ropy rocznie)

1 tona ropy może pokryć 10 km

2

powierzchni. Ropa ulega bowiem

zemuglowaniu, w związku z czym zajmuje dużą powierzchnię jako cienka

(kilka



m) warstwa (25 % powierzchni Bałtyku pokryte na stałe emulsją) .

Warstwa emulsji



hamuje procesy wymiany gazowej (ok. 5-krotnie)



hamuje procesy fotosyntezy na skutek ograniczenia dostępu światła

Warstwa emulsji utrzymuje się na powierzchni przez kilka tygodni, potem

znika. Sądzono początkowo, że ulega biodegradacji. Nowsze badania

wskazują jednak na gromadzenie się jej na dnie.

15

skutki negatywne



wzrost parazytofauny



20 % wzrost zachorowań na choroby

przewodu pokarmowego



zmniejszenie zdolności do absorbowania tlenu przy równoczesnej

intensyfikacji procesów przemiany materii wzmagających
zapotrzebowanie na tlen

skutki pozytywne



opóźnienie w tworzeniu powłoki lodowej



przedłużenie okresu mineralizacji zanieczyszczeń nieorganicznych

16

Ze względu na zawartość jonów chlorków i siarczanów rozróżnia się

4 grupy hydrochemiczne

wód kopalnianych:

I – zawartość jonów < 600 mg/l - woda nadaje się do picia po
uzdatnieniu

II – zawartość jonów 600 – 1800 mg/l – woda o podwyższonej
mineralizacji, przydatna do celów przemysłowych

III – zawartość jonów 1 800 – 42 000 mg/l – uciążliwe ścieki, zasadniczo
nieprzydatne do wykorzystania,

IV – zawartość jonów powyżej 42 000 – solanka nadająca się do utylizacji
na sól kuchenną i do produkcji surowców chemicznych

Do wykorzystania nadaje się około 60 % odpompowanych wód.
Wykorzystuje się około 20 %. Problemem jest separacja wód słabo i silnie
zmineralizowanych.

Metoda hydrotechniczna:

mechaniczne oczyszczenie  zbiorniki retencyjne zrzut do rzek

Proces termicznej krystalizacji

 woda do celów spożywczych i sól kamienna oraz ługi

pokrystalizacyjne (związki jodu, magnezu, potasu, sodu i bromu)

17

Wody powierzchniowe

Kategorie jakości wody ustalone dla wód powierzchniowych, które mogą być wykorzystywane do
produkcji wody lub do spożycia:



kategoria A1

– wody najczystsze wymagające prostego

uzdatniania fizycznego (filtracji i dezynfekcji),



kategoria A2

– wody gorszej jakości wymagające wielostopnio-

wego uzdatniania fizycznego i chemicznego,



kategoria A3

– wody najbardziej zanieczyszczone wymagające

wysokosprawnego uzdatniania fizycznego i chemicznego

Wody podziemne



wody gruntowe

zasilane bezpośrednio opadami atmosferycznymi, silnie narażone na

oddziaływanie czynników antropogenicznych



wody wgłębne

–

zalegające pod nieprzepuszczalnymi utworami geologicznymi i

posiadają dobrą lub średnią izolację przed wpływem zanieczyszczeń.

18

klasa I

–

wody bardzo dobrej jakości – nie wykazujące skutków oddziaływania

antropogenicznego oraz zaliczone do kategorii A1

klasa II –

wody dobrej jakości – wykazujące niewielki wpływ oddziaływań

antropogenicznych oraz zaliczone do kategorii A2

klasa III

–

wody zadowalającej jakości - wykazujące umiarkowany wpływ oddziaływań

antropogenicznych oraz zaliczone do kategorii A2

klasa IV

–

wody niezadowalającej jakości wykazujące zmiany jakościowe i ilościowe w

populacjach biologicznych na skutek
oddziaływań antropogenicznych oraz zaliczone do kategorii A3

klasa V

-

wody złej jakości wykazujące zanik znacznej części populacji biologicznych i nie

nadające się do spożycia

19

2005 rok

1360 pkt. pomiar.

klasa I 1

klasa II 27

klasa III 522

klasa IV 560

klasa V 250

Źródło: GUS Ochrona środowiska

20

Źródło: GUS Ochrona środowiska

21

2005 rok

143 pkt. pomiar.

kategoria A1 9

kategoria A2 46

kategoria A3 44

poza kateg. 44

Źródło: GUS Ochrona środowiska

22

Samooczyszczanie wód powierzchniowych

jest zjawiskiem fizyczno-biochemicznym

polegającym na samoistnym zmniejszaniu się stopnia zanieczyszczenia wód. Procesy te występują w
wodach płynących i stojących, jednak z różną intensywnością.

Zasadnicze znaczenie dla procesu samooczyszczania ma zdolność modyfikowania środowiska
wodnego przez organizmy żywe

Procesy samooczyszczania

• rozcieńczanie zanieczyszczeń wodą odbiornika i mieszanie
• sedymentacja zawiesin
• adsorpcja
• biologiczne usuwanie zanieczyszczeń

biosorpcja

mineralizacja

biokumulacja

immobilizacja (zjawisko przeciwstawne mineralizacji)

• wymiana substancji lotnych pomiędzy wodą a atmosferą
• wymiana substancji między dnem i wodą

23

1. rozcieńczanie zanieczyszczeń wodą odbiornika i mieszanie

 rozcieńczanie głównie w wodach płynących –skuteczność zależy od mieszania (prędkość

przepływu i cyrkulacja w przekroju poprzecznym)

 mieszanie  lepsze natlenienie, dyfuzja z wody produktów przemiany materii (CO

2

, N

2

), lepszy

kontakt substratów z komórkami mikroorganizmów

 w wodach stojących (jeziora lub stawy) ruch wody pod wpływem zmian temperatury (różnice

gęstości)

2. sedymentacja zawiesin

 głównie w zbiornikach zaporowych, rozlewiskach, zatokach
 nad osadami dennymi duży deficyt tlenu lub całkowity zanik tlenu
 w osadach dennych występują warunki anaerobowe (beztlenowy rozkład substancji

organicznych, związany z intensywnym wydzielaniem się gazów:14% CO2, 17% CH4, 69% N

2

,

siarkowodór)

 w razie nagłego przyboru wody niebezpieczeństwo wtórnego zanieczyszczenia toni wodnej

osadami dennymi co prowadzi do zwiększenia deficytu tlenu

24

3. adsorpcja

 zatrzymanie zanieczyszczeń chemicznych na powierzchniach ciał stałych (np. dna i brzegi,

roślinność wodna, konstrukcje hydrotechniczne, zawiesina substancji stałej) usuwane są głównie
związki organiczne oraz częściowo nieorganiczne – metale ciężkie

 niebezpieczeństwo desorpcji i przejścia substancji nagromadzonych na powierzchni do toni

wodnej

4. biologiczne usuwanie zanieczyszczeń

 biosorpcja - zatrzymanie zanieczyszczeń na powierzchni mikroorganizmów oraz ścianach

komórkowych i ich uczestniczenie w procesach wymiany między komórką a środowiskiem

 mineralizacja – rozkład związków organicznych przez drobnoustroje, zwykle wewnątrz komórki –

proces tlenowy

 biokumulacja – gromadzenie w komórce związków niepodatnych na rozkład biologiczny lub

jonów nie podlegających metabolizmowi (pestycydy, zwłaszcza węglowodory chlorowane i sole
metali ciężkich)  śmierć komórki

25

5. wymiana substancji lotnych pomiędzy wodą a atmosferą

uwalnianie gazowych produktów przemiany materii i ich dyfuzja do atmosfery ( CO

2

, N

2

,CH

4

)

oraz równoważenie zawartości gazów rozpuszczalnych w wodzie, między woda a atmosferą
(dyfuzja tlenu z powietrza)

6. wymiana substancji między dnem i wodą

wytrącanie się pewnych soli i osadzanie na dnie zbiornika i odwrotnie - oddawanie produktów
metabolizmu drobnoustrojów z dna do wody

26

Oczyszczanie
mechaniczne

Usuwanie wyłącznie zanieczyszczeń nierozpuszczalnych, tj. ciał
stałych i tłuszczów ulegających osadzaniu lub flotacji, przy użyciu
krat, sit, piaskowników, odtłuszczaczy

Oczyszczanie
chemiczne

Wytrącanie niektórych związków rozpuszczalnych lub ich
neutralizacja metodami chemicznymi, takimi jak np. koagulacja,
sorpcja na węglu aktywnym

Oczyszczanie
biologiczne

Mineralizacja przez drobnoustroje w środowisku wodnym w sposób
naturalny (np. rolnicze wykorzystanie ścieków, zraszanie pól, stawy
rybne) lub w urządzeniach sztucznych (złoża biologiczne, osad
czynny) powoduje usunięcie związków organicznych oraz
biogennych

Podwyższone
usuwanie biogenów

Wysokoefektywne oczyszczanie chemiczne i biologiczne
umożliwiającą zwiększoną redukcję azotu i fosforu

27

Źródło: GUS Ochrona środowiska

28

Źródło: GUS Ochrona środowiska

29

Źródło: GUS Ochrona środowiska

30

Źródło: GUS Ochrona środowiska