16

1. WSTĘP

Dopiero po osiągnięciu tych umiejętności następnym krokiem w edukacji spe-

cjalistów z zakresu inżynierii środowiska jest poznanie zasad biLa.nscwanić» proce-
sów środowiskowych i aparatów inżynierii środowiska" oraz zależności kinetycz-
nych wskazujących, jak szybko te procesy zachodzą. Te ostatnie zagadnienia są
omawiane na wykiadach:

- mechaniki płynów:
- wymiany ciepia:
- dyfuzyjnego ruchu masy:
- procesów reaktorowych (zagadnienia przemian chemicznych w przyrodzie,

procesy spalania paliw, oczyszczania ścieków, katalitycznego i nie kat a li tycz-
nego usuwania zanieczyszczeń).

Wprowadzenie do inżynierii srodowiska oraz wymienione wyżej przedmioty

stanowią podstawę teoretyczną technicznego opisu procesów inżynierii środowi-
ska. Po opanowaniu tych zagadnień przychodzi kolej na przedmioty kierunkowe:

- inżynierię ochrony atmosfery:
- procesy i technologie oczyszczania ścieków;
- technologie ochrony litosfery;
- bezpieczeństwo ekologiczne i procesowe:
- zarządzanie środowiskiem i inne specjalistyczne przedmioty, takie jak:

- klimatyzacja, wentylacja, ogrzewnictwo:
- biotechnologia środowiskowa:
- uzdatnianie wody;
- absorpcja gazów:
- adsorpcja i adsorbery;
- rozprzestrzenianie się zanieczyszczeń w środowisku:
- modelowanie procesów inżynierii środowiska i inne.

Podręcznik „Wprowadzenie do inżynierii i ochrony środowiska" jest napisany

w formie dwuczęściowej. Cześć pierwsza zawiera opis elementów środowiska na-

turalnego. występujących w nim zanieczyszczeń oraz technologii przeciwdziała-

jących emisji tych zanieczyszczeń. Część druga jest poświęcona aplikacjom praw

fizyki i chemii w technice obliczania procesów środowiskowych i aparatów inży -
nierii środowiska, ze szczególnym uwzględnieniem zasad bilansowania. Obie części
stanowią całość, mogą być także studiowane indywidualnie.

• Zasady bilansowania procesów środowiskowych i aparatów inżynierii środowiska są prezento-

w a n e w drugiej części podręcznika.

2

Ziemia i jej podstawowe ekosystemy

2.1. Uktad Słoneczny

Ziemia i Układ Słoneczny powstały ok. 4,5 mld łat temu w trakcie procesu, które-
go mechanizm i przebieg są cały czas przedmiotem badań i dyskusji. Według jed-
nej z hipotez, proces formowania się gwiazdy centralnej i planet układu podobne-
go do naszego rozpoczyna się, gdy międzygwiezdny, stabilny obłok gazowo-pviow\
pod wpływem zewnętrznego czynnika (np. wybuchu gwiazdy supernowej) zaczyna
się stopniowo zapadać. Gaz i pył skupiają się w środku masy obłoku, wokół które-

go wykształca się wirujący dysk i otoczka materii. Materia obłoku, spadając na
dysk rozgrzewa się. a część tej materii - ok. 10% - zostaje wyrzucona na zewnątrz
w postaci niejednorodnego wypływu (strumienia). Strumień ten, unosząc część
momentu pędu wirującej masy na zewnątrz, podtrzymuje skupianie się materii
(rys. 2.1). W kolejnej fazie procesu materia zlepia się. tworząc planetozymale -
zaczątki przyszłych planet.

a) b)

c)

d)

Rys. 2.1. Fazy powstawania układów plane-

tarnych: a) zapadanie się obłoku gazowo-
-pytowego. b) utworzenie dysku akrecyj-

nego, ci utworzenie protogwiazdy i pla-
netozymail. d) ukształtowany uklao pla-
netarny

18 2. ZIEMIk I J EJ POD STANOWE EK.0 SYSTEMY

Zapadajaca się materia w centrum dysku tworzy gwiazdę centralną., a wysokie

ciśnienie i temperatura we wnętrzu protogwiazdy zapoczątkowują syntezę termo-

jądrową. Planetozymale natomiast łączą się ze sobą. tworząc planety krążące po

eliptycznych orbitach. Mechanika takiego układu sprzyja temu. że orbity planet są
położone w przybliżeniu w jednej płaszczyźnie, zwanej eklipnkć. Cały proces two-
rzenia się i stabilizowania układów planetarnych trwa. wg różnych szacunków, od
kilkudziesięciu do 100 milionów lat. Badania przeprowadzone na próbkach skał
księżycowych i skal magmowych pochodzących z płaszcza Ziemi pozwoliły stwier-
dzić, że nasza planeta i jej Księżyc, a więc najprawdopodobniej także cały Ukiad
Słoneczny , uformowały się ostatecznie ok. 4.55 mid lat temu. Obecny kształt tego
ukiaau przedstawiono na rys. 2.2.

Naicży w tym miejscu zwrócic uwagę na jeden z ważnych paradygmatów obo-

wiązujących w teorii powstania i rozwoju życia. Mówi on. że: ..warunkiem powsta-
nia i rozwoju żywych organizmów jest obecność wodv w stanie ciekłym ". W tym kon-
tekście trzeba zauważyć, że Ziemia zajmuje w Układzie Słonecznym wyjątkowe
miejsce - leży praktycznie pośrodku tzw . ekosfery, czyli obszaru wokół gwiazd}'
centralnej, w którym na powierzchni planety typu ziemskiego może. przez co naj-
mniej kilka miliardów lat. utrzymywać się woda w stanie ciekłym, tworząc na po-

wierzchni planety trwałe warunki ekologiczne".

W Układzie Słonecznym granice ekosfery są wyznaczone orbitami Wenus

i Marsa. Zarówno bliżej Słońca, jak i w dalszej od niego odległości, prawdopodo-
bieństwo występowania wody na planecie typu ziemskiego jest male. Wewnątrz
obszaru ograniczonego orbitą Wenus temperatury są zdecydowanie za wysokie,
aby woda mogła pozostać w stanie płynnym. Z kolei poza orbitą Marsa, tempera-
tura na powierzchniach planet i ich księżycach gwałtownie spada i woda - jeżeli

jest tam obecna, to występuje w postaci zamrożonej. Nie wolno jednak zapominać,

że kolejnym warunkiem koniecznym do zaistnienia i trwania życia na naszej plane-
cie jest występowanie stabilnego źródła energii, działającego nieprzerwanie przez
co najmniej kilka miliardów lat. Źródłem tej energii jest Sionce.

V. Merkury Ziemia Jowisz Uran Pluton

Rys. 2.2. Schemat buaowy Układu Słonecznego (na rysunku nie zachowano proporcji wielkości i odległości obiektów)

Sionce

Neptun

Obszar ekosier\

Wenus Mars

Saturn

1

Paradygmat to ogólnie uznana teoria naukowa, która na pewnym etapie rozwoju dostarcza mo-

delowych rozwiazań w danej dziedzinie nauki.

" Podobna ekosfere można zdefiniować w skali galaktycznej, że jest to obszar w postaci sfery wokó!

centrum galaktyki, gdzie moga się tworzyć stabilne w okresie kilku miliardów lat układy planetarne.

2.2. StONCEI JEGO BUDOWA 16

2.2. Słonce i jeąo budowa

Słońce

j e s t

cerTraln ą gwiazdą naszego układu planetarnego. Jego masa wynosi ok.

2-10

3

" kg. czyli jest prawie 333 tysiące razy większa niż masa Ziemi. Również śred-

nica Sionca. wporownaniu do średnic wszystkich planet Układu Słonecznego, jest
bardzo duża

J

i wnosi Z> = 1 392 000 km. Słońce składa się głównie z wodoru i he-

lu: wodór stanowi 72.7% masy gwiazdy, a hel - 26.2%. Pozostałe pierwiastki wy-
stępują w ilościach niewielkich - tlenu jest 0.7%. węgla 0.3%. a azotu 0.1 %. Poza
tvm w śladowych ilościach wykryto na Słońcu magnez, krzem, siarkę i żelazo oraz
cząsteczki prostych rodników, takie jak OH". CN\ CH". Budowę Słońca przedsta-
wiono na rys. 2.3.

Morona ,

słoneczna

Fotosfera

Chromosfera

Korona

Strefa

promienista

Strefa

k o n w e k c y j n a

Rys. 2.3. Schemat budowy Stonca

.fądro Słońca ma gęstość ok. 100 000 kg/m' i temperaturę rzędu kilku milio-

nów kelwinów. W warunkach wysokiej temperatury i olbrzymiego ciśnienia do-
chodzi w jądrze do syntezy termojądrowej, w której 4 protony (jądra atomu wodo-
ru) łączą się. tworząc hel. a podczas tej syntezy wydziela się olbrzymia ilość energii

4|H - * Î H e + 2e

+

+ AE (2.1)

Energia powstająca w trakcie syntezy termojądrowej jest następnie przeno-

szona dzięki promieniowaniu ku jego powierzchni. W górnych warstwach wnętrza

' Średnica największej planet)' Układu Słonecznego - Jowisza - wynosi l) = 142 800 km.

20

2. ZIEMIA I JEJ PODSTAWOWE EKOSYSTEMU

Słońca energia jest przenoszona także w następstwie turbulentnych ru.ch.ow ma-
terii w strefie konwekcyjnej. Po przejściu tych stref promieniowanie ciocieia do
powierzchni Słońca. Zewnętrzna część Słońca tworzy atmosfera słoneczna, skła-
dająca się z warstw: wewnętrznej zwanej fotosferą oraz warstwy położonej bar-
dziej na zewnątrz zwanej chromosferą. Powyżej jest zlokalizowana jeszcze strefa
przejściowa, która przechodzi stopniowo w najbardziej zewnętrzną część atmos-
fery słonecznej, czyli koronę. W fotosferze temperatura spada do niecałych
4500+6000 K, jednak począwszy od dolnej warstwy chrotnosfery temperatura
zaczyna znowu wzrastać wraz z wysokością, by po przejściu przez warstwę przej-
ściową. osiągnąć w dolnej części korony wartość rzędu 1 min K.

Moc promieniowania elektromagnetycznego emitowanego przez Słońce wy-

nosi w przybliżeniu 3,8-10

2

" J/s. Jest to promieniowanie o baTdzo zróżnicowanym

charakterze. Znaczącą część energii stanowi promieniowanie o długości fal
300-S-1500 nm i strumień energii o takiej właśnie charakterystyce" dociera do gór-
nych warstw ziemskiej atmosfery (rys. 2.4).

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

Długość fali. nm

Rys. 2.4. Wiamo energetyczne promieniowania słonecznego docierającego do Ziemi

Część energii powstającej we wnętrzu Słońca na skutek reakcji (2.1) jest roz-

praszana w postaci tzw. wiatru słonecznego, czyli strumienia cząstek (protonów i elek-
tronów) o masie 5 min Mg/s, rozpędzonych do prędkości 500+800 km/s. Wiatr
słoneczny dociera także do Ziemi, ale z powodu występowania ziemskiej magne-
tosfery, opływa Ziemię i jest odrzucany w przestrzeń kosmiczną. Od 4.5 mld lat do
powierzchni Ziemi dociera ze Słońca potężny strumień energii, który zapoczątko-

wał i podtrzymuje szereg procesów zachodzących na naszej planecie.

4

Charakterystyka widma mocy promieniowania słonecznego jest zbliżona do tego. jakie posiada

ciało doskonale czarne o temp. 6000 K. Taką właśnie temperaturę ma fotosfera Słońca.

2.3. POWSTANIE ZIEMI I JEJ EWOLUCJA

21

2.3. P9wsianie Ziemi i jej ewolucja

Jak wspomniano powyżej. Ziemia powstała podczas tego samego procesu, który
doprowadzi! do ukształtowania sie Układu Słonecznego. Kształt i stabilność tego
układu spowodowały, że na naszej planecie procesy geologiczne, procesy kształtu-
jące klimat oraz procesy, które doprowadziły do powstania i rozwoju życia biolo-
gicznego mogły przebiegać w sposób w miarę niezakłócony.

Omawianie zagadnień związanych z ewolucją Ziemi należy rozpocząć od uwagi

na temat skali czasowej zjawisk będących przedmiotem rozważań. Ziemia liczy
sobie ok. 4.55 mld lat. Ponieważ trudno sobie wyobrazić taką liczbę, można posłu-
żyć sie w takim przypadku następującym porównaniem. Niech cały okres 4.55 mld

lat odpowiada jednej dobte. Skalę czasową zmian, jakie zaszły od tego czasu na

Ziemi można w tym momencie przedstawić w formie zegara, na którym będą od-
mierzane godziny geologicznej „doby" (tabl. 2.1). Przy takim podejściu era prekam-
bryjska trwająca od 4.55 mld do 570 min lat temu rozpoczęła się o godz. 00:00:00,
a skończyła o 20:59:36. Paleozoik zakończył się o godz. 22:42:28. a wyginięcie dino-
zaurów nastąpiło o 23:39:26. Pierwsze ślady człowieka (4 min lat temu) pojawiły się
tuż przed „północą" o 23:58:44. ale rozwinięte cywilizacje starożytnego Egiptu po-

wstały, wg przyjętej skali czasu, na ułamek sekundy przed 24:00 o godz. 23:59:59,9.

Porównanie skali geologicznej z ..ludzka'' miarą czasu pozwala uzmysłowić nam.

w którvm punkcie rozwoju i ewolucji Ziemi znajduje się nasza cywilizacja.

Tablica 2."!. Wzgięony i realny czas geologiczny (opis w tekście)

C z a s g e o l o g i c z m

(min lat t e m u )

W y d a r z e n i e

C z a s liczony

o d n o ś n i e do 1 doby

4550

P o w s t a n i e Z i e m i

00:00:00

570

K o n i e c ery p r e k a m b r y j s k i e j

20:59:36

245

P o c z ą t e k ery m e z o z o i c z n e j

22:42:28

65

K o n i e c o k r e s u kredy - wyginiecie d i n o z a u r ó w

23:39:26

4

P o j a w i e n i e sie h u m a n o i d o w

23:58:44

0,0045

P o w s t a n i e wielkich p i r a m i d egipskich

23:59:59.9

0.0004

P o c z ą t e k ery p r z e m y s ł o w e j ( X V I I I w.)

23:59:59.99

Od samego początku o kierunku ewolucji Ziemi i jej ekosystemów decydowa-

ły energia dopływająca do jej powierzchni oraz siła grawitacji. Wspomniano, że
Ziemia jako planeta kształtowała sie stosunkowo powoli w okresie 50+100 min
iat. na skutek zderzeń i upadku na jej powierzchnie planetoid, wielkich bolidów
i planetozymali wielkości Księżyca czy Marsa. Uderzenia ciał niebieskich o takiej
masie uwalniały olbrzymie ilości energii, która została ..zmagazynowana" we wnę-
trzu Ziemi i wpłynęła ostatecznie na strukturę i budowę jej jądra. Proces akrecji,
czyli kształtowania się Ziemi i tworzenia atmosfery zakończył się ok. 4.4-nikł iat
temu. W początkowej fazie rozwoju Ziemia była stosunkowo gorąca,

L

aie stopnio-

22

2. ZIEMIA I JEJ PODSTAWOWE EK09TSTEIW

wo, wraz ze zmniejszeniem się intensywności procesów akrecyjnych średnia tem-

peratura na jej powierzchni spadaia. Ogólny trend w tym zakresie przedstawiono
na rys. 2.5. Wynika z niego, że w okresie ostatniego miliarda lal temperatura dol-
nych warstw atmosfery ustabilizowała się na stosunkowo stałym poziomie i oscylo-
wała w granicach obecnej wartości + 15°C. Nie oznacza to. ze nie doświadczaliśmy
od tego czasu żadnych wahań temperatury: badania paleokiirnatyczne pozwalają

jednak sądzić, że zmiany średniej temperatury dolnych warstw ziemskiej atmosfe-

ry nie przekraczały amplitudy 1(J+13°C (tabl. 2.2).

200

r

r \

y 150 - \

5 100 I-

o

u,

S

^

5 0

h

o L

5 4 3 2 1 0 Rys. 2.5. Przypuszczalny przebieg zmian temperatu-

Czas. mld lat ry w dolnej warstwie zlemskiei atmosfery

5

Innym ważnym czynnikiem oddziałującym na kierunek ewolucji bvła atmosfe-

ra Ziemi. Powstała ona na skutek odgazowania płaszcza ziemskiego, co odbvło się
najprawdopodobniej w stosunkowo krótkim czasie, ok. 4.4 mld lat temu. Skład tej
pierwotnej atmosfery jest nieznany, a hipotezy dotyczące jej powstania i składu są
nadal dyskutowane. Najprawdopodobniej pierwotną atmosferę Ziemi tworzyły:
azot. ditlenek węgla i para wodna, a wg niektórych badaczy w skład atmosfery

ziemskiej wchodził także metan i amoniak. Brak było natomiast tlenu. którv poja-
wił się w atmosferze dopiero ok. 2.5 mld lat temu. Stężenie tlenu w ziemskiej at-

mosferze początkowo rosło dość powoli, lecz ok. 500 min lat temu nastąpił szybki

wzrost stężenia tlenu cio obserwowanego obecnie poziomu 21%. Źródłem tlenu

emitowanego uo atmosfery były bez wątpienia pierwotne organizmy żyjące w oce-
anach i zdolne do fotosyntezy. Gdy stężenie tlenu ustaliło się w atmosferze ziem-
skiej na poziomie pozwalającym na powstanie warstwy ozonowej, organizmy żvwe
mogły stopniowo skolonizować lądy.

Skład atmosfery ziemskiej (w tym zawartość w niej gazów cieplarnianych) jest

jednym z czynników, który wpływał i wpływa na ziemski klimat. Czynniki takie jak:
bilans energii docierającej ze Słońca, czynniki związane z grawitacją, ruchy wód

oceanicznych oraz wiele innych także kształtowało w przeszłości klimat na naszej
planecie. Dzięki badaniom paleoklimatycznym wiadomo, że klimat podlegał sil-

Schónwiese C. D.: Klimat i człowiek. Warszawa. Prószyński i S-ka 1197.

2.3. POWSTANIE ZIEM! I JEJ EWOLUCJA

23

nym wahaniom - okresy względnego ocieplenia były przerywane epokami lodow-
cowymi (tabl. 2.2). Cykliczrio.se tych zmian jest nadal trudna do wyjaśnienia, cho-
ciaż jest znanych kilki teorii wyjaśniających wahania klimatyczne obserwowane na
nasz:ej planecie.

Tablica 2.2. Geologiczna skala czasu i ważne wydarzenia w historii Ziemi'

E r a

O k r e s

E p o k a

W i e k w m i n lat

W y d a r z e n i a

T e m p e r a t u r a

P r e k a m b r

A r c h a i k

4500

2500 —

570 —

5 1 0 —

P o w s t a n i e Z i e m i
T l e n w a t m o s f e r z e

P r e k a m b r

Proteozoik

4500

2500 —

570 —

5 1 0 —

P o w s t a n i e Z i e m i
T l e n w a t m o s f e r z e

' o '

K a m b r

4500

2500 —

570 —

5 1 0 —

Pierwsze wielkie

w y m i e r a n i e

'Ñ S

o

U

4500

2500 —

570 —

5 1 0 —

Pierwsze wielkie

w y m i e r a n i e

'Ñ S

o

U

O r a o w i k

439

4 0 8 - —

362

323 —

290

Sylur

439

4 0 8 - —

362

323 —

290

Pierwsze rośliny l ą d o w e

Paleozoik

D e w o n

439

4 0 8 - —

362

323 —

290

Pierwsze rośliny l ą d o w e

Missisip

K a r b o n

439

4 0 8 - —

362

323 —

290

P e r s y Iwan

K a r b o n

439

4 0 8 - —

362

323 —

290

P e r m

439

4 0 8 - —

362

323 —

290

D r u g i e wielkie
wymieranie

T r i a s

208 —

14(.

65

56.5 —

35.4

D r u g i e wielkie
wymieranie

M e z o z o i k

J u r a

208 —

14(.

65

56.5 —

35.4

K r e d a

208 —

14(.

65

56.5 —

35.4

W y m a r c i e d i n o z a u r o w

P a l e o c e r

208 —

14(.

65

56.5 —

35.4

W y m a r c i e d i n o z a u r o w

P a l e o g e n

Eoceri

208 —

14(.

65

56.5 —

35.4

Oiigoceri

208 —

14(.

65

56.5 —

35.4

K e n o z o i k

N e o g e n

M i o c e n

/

N e o g e n

Pliocen

1.6

0.0.1 —

Pojawienie się

C z w a r t o r z ę d

P l e j s t o c e n

1.6

0.0.1 —

h u m a n o i d ó w
K o n i e c o s t a t n i e g o

z l o d o w a c e n i a

C z w a r t o r z ę d

H o l o c e n

1.6

0.0.1 —

h u m a n o i d ó w
K o n i e c o s t a t n i e g o

z l o d o w a c e n i a

Zmiany klimatyczne miały także olbrzymi wpływ na rozwój i ewolucję organi-

zmów żyjących na naszej planecie. Najwcześniejsze ślady takich organizmów, w po-
staci skamielin i stromatolitów odkryto w skałach osadowych pochodzących sprzed
3,5 mld lat. Ich pochodzenie nadal pozostaje zagadką, ale niezależnie od tego, jak
powstały te pierwsze organizmy, już ok. 2,5 mld łat temu życic na Ziemi było po-

wszechnym zjawiskiem. Dzięki zapisom paleontologicznym-wiadomo też, jaki by)

faktyczny przebieg dziejów życia na Ziemi. Z prostych organizmów prokariotycz-
nvch wyewoluowały bardziej złożone organizmy - najpierw proste mikroorgani-
zmy eukariotyczne (2 mld lat temu), potem zwierzęta wielokomórkowe (600 min

° Na p o d s t a w i e T. H. van A n d e l : N o w e spojrzenie na stara Z i e m i e - z m i e n n e oblicze Ziemi.

Warszawa, P W N 2001.

9 2. ZIEMIA I JEJ PODSTAWOWE EKOSYSTEM >'

iat lemu). Proces ewolucji doprowadzi) do powstania morskich bezkręgowców, a po-
tem morskich kręgowców. Dzięki sprzyjającym warunkom zewnętrznym i ewolu-
cyjnym życie zasiedliło takie lądy. Pojawiły sie lądowe rośliny, owady i kręgowce -
gady, płazy, ptaki, ssaki oraz ludzie (tabl. 2.2). Ewolucja gatunków żyjących na
Ziemi byia (i jest nadal) procesem ciągłym, lecz chaotycznym, nieprzewidywalnym
i obfitującym w przypadkowe, dramatyczne wydarzenia. Byłv tona przykład okre-
sy tzw. wielkiego wymierania gatunków w biosferze, w wynika których wyginięciu
ulegało 80-^90% wszystkich żyjących w tym okresie zwierząt i roślin. Pierwsze wy-
darzenie tego typu zaszło 530 min lat temu. drugie miało miejsce przed 25(1 min
lat. Wielkie wymieranie gadów jurajskich wydarzyło się 65 min lat temu i stworzyło
warunki do przyspieszonej ewolucji ssaków lądowych . Trzeba jednak podkreślić,
że pomimo wielkich strat i wymarcia setek tysięcy gatunków, życie zawsze powra-
cało cło stanu większej złożoności gatunkowej i tworzyło z powrotem całe bogac-
two nowych form istnienia. Cechą charakterystyczną procesu ewolucji istot żywycii
jest wzrost złożoności biologicznej (bioróżnorodności). a nie, jak się powszechnie
sadzi - wzrost liczebności organizmów (chociaż to zjawisko występuje w pewnym
zakresie). W procesie ewolucji nie następuje także zastępowanie jednych gatun-
ków przez inne. chociaż nowe formy życia muszą konkurować o ograniczone zaso-
by pokarmowe z gatunkami już występującymi (rys. 2.6).

E W O L U C J A

P R E K A M B R

, B e z k r ę g o w c e

V

K E N O Z O I K

B a k t e r i e

B e z k r ę g o w c e

K r ę g o w c e m o r s k i e

K r ę g o w c e l ą d o w e

v •

S s a k l

L u d z i e

Z ł o ż o n o ś ć o r g a n i z m ó w Z ł o ż o n o ś ć o r g a n i z m o w

Rys. 2.6. Profil bioróżnorodności i kierunek ewolucji organizmow żywych na Ziemi

6

Z badań paleontologicznych wynika, że pomimo wielkich wymierali profil bio-

różnorodności szybko wracał do pierwotnego kształtu, a w miarę upływu kolej-
nych milionów lat ewolucji pojawiły się na nim nowe. bardziej złożone gatunki,

które lokowały sie na prawym krańcu rozkładu złożoności.

Przyczyny wielkich wymierań nie su z n a n e - uczeni przypisują ie gwałtownym z m i a n o m klima-

tycznym. tektonicznym, zderzeniom Z i e m i z k o m e t a m i czy a s t e r o i d a m i i innymi czynnikami.

s

N a podstawie S. J. G o u l d : Ewolucja życia na Z i e m i .

Smal Nauki

1994,40( 12). s. 62.

2.3. POVJSTJWE ZIEMI I JEJ EW01UCJ\ 25

Podsumowaniem rozważań o ewolucji Ziemi i jej ekosystemów są dane za-

mieszczone w tabl. 2.2. Wynika z nich, że Ziemia przechodziła w swej historii

przez szereg burzliwych i dramatycznych okresów. Obecnie Ziemia sprawia wra-
żenie nadzwyczaj spokojnej i stabilnej pianety. dającej schronienie znanym nam
formom życia. Ale taka stabilność jest tylko złudzeniem wynikającym z ludzkiej
miary czasu.

Pomimo tego nożna powiedzieć, że miliardy lat funkcjonowania i ewolucji

ziemskich ekosystemów doprowadziły do tego. że od pewnego czasu żyjemy na
Ziemi w warunkach zbliżonych do stanu quasi-ńwT\owa.°l. W stanie tym energia,
materia i informacja w sposób niezkłócony przepływają miedzy poszczególnymi
elementami ziemskiej biosfer}'. W najbardziej ogólnym sensie trwanie tego stanu
jest możliwe dzięki następującym, korzystnym okolicznościom:

a) Występowaniu stanu równowagi między oddziaływaniami grawitacyjnymi

Ziemi, Księżyca. Słońca i planet Ukiadu Słonecznego. Stałość orbit i tra-
lektorii ruchu wymienionych ciał niebieskich pozwala na spokojny przebieg
procesów ewolucji w perspektywie wielu miliardów lat.

b) Stabilności geologicznej Ziemi i jej malej, lecz odpowiedniej do rozwoju

życia, aktywności wulkanicznej.

c) Stabiinej i małej aktywności Słońca, które wysyła w kierunku Ziemi niepod-

legąjący większym wahaniom strumień energii zasilający ziemską biosferę.

Wymienione powyżej czynniki tworzą zbiór warunków koniecznych do powsta-

nia i podtrzymania życia na Ziemi i nie zakłócają stanu rownowagi ukształtowane-

go przez miliony lat ewolucji. Stan ten podiega pewnym okresowym wahaniom,

jednak z perspektywy charakterystycznej dla ..ludzkiego'' punktu widzenia nie mają

one wielkiego znaczenia.

Również zagadnienia omawiane w niniejszym podręczniku należy traktować

z takiej właśnie perspektywy . Będą bowiem rozważane procesy, które przebiegają
w czasie o kilka rzędów wielkości krótszym od skali geologicznej. Również obszar

(przestrzeń) objęty taką analizą będzie mniejszy niż skala charakterystyczna dla
układów planetarnych czy ziemskiego globu. Z tego powodu procesy omawiane

w tvm podręczniku można uznać za pseudoustalone.

Ilustracją tej tezy jest rys. 2.7. na którym pokazano, jak zmienia się wartość

temperatury w zależności od przyjętej skali czasu w polodowcowvm jeziorze, które
powstało 10 min lat temu w okresie globalnego ocieplenia.; Na rysunku 2.7a na-
niesiono najbardziej ogólny, geologiczny kierunek zmian temperatury wody po-

wodowany kolejnymi zlodowaceniami i okresami interglacjalnymi. Na ten trend
nakładają się jednak wahania temperatury powodowane lokalnymi zmianami kli-
matycznymi, liczone w skali tysiącleci (rys. 2.7b) oraz zmiany temperatur wywo-
łane czynnikami sezonowymi (rys. 2.7c). W skalach czasowych przedstawionych
na rys. 2.7a h-2.7c temperatura jeziora podlegała ciągłym wahaniom, jednak w ska-

li czasu charakterystycznej dla zjawisk badanych przez inżynierię środowiska, czyli

52

2. ZIEMIA I JEJ PODSTAWOWE EKOSYSTEM >'

Niedostatek wody spełniającej minimalne wymogi sanitarne nioze powodo-

wać szereg negatywnych skutków zdrowotnych. Wśród nich najgroźniejszymi pro-

blemami sa:

- Szerzenie się epidemii chorób pokarmowych - cholery i duru brzusznego.
- Wzrost liczby zachorowań na biegunkę. Choroba ta powoduje śmierć blisko

2.2 min ludzi rocznie, w tym przede wszystkim dzieci poniżej 5 roku życia

- Rozprzestrzenianie się chorób spowodowane pasożytami rozwijającymi się

w przewodzie pokarmowym człowieka; problem ten dotyczy 10% populacji

dzieci żyjących w krajach rozwijających się.

- Utrata wzroku na skutek choroby pasożytniczej zwanej onchocerkozą (tra-

choma), rozprzestrzeniającej się z powodu trudnych warunków sanitarnych

i braku higieny. Blisko 6 min ludzi na świecie utraciło w ten sposób wzrok.

- Schistosomatoza. choroba przenoszona przez pasożyty, powodująca zapale-

nie pęcherza i marskość wątroby: 200 min ludzi na świecie choruje na schi-
stosomatozę; u 20 min ludzi stwierdzono ciężkie powikłania po tej chorobie.

Wszystkie wymienione epidemie, klęski oraz problemy wynikajace z trudnych

warunków sanitarnych (brak bieżącej wody, kanalizacji, sanitariatów itd.) można

rozwiązać, jeżeli zapewni się regionom cierpiącym na braki w zaopatrzeniu w wodę
odpowiednią pomoc i niezbędne, tanie technologie pozwalające na poprawę sytu-
acji w tym zakresie. Ludzkości grozi kryzys wodny, więc jak najszybciej należy pod-
jąć szereg dziaiań zaradczych, które pomogłyby go zażegnać. Trzeba dążyć do bar-
dziej racjonalnego wykorzystania dostępnych zasobów wodnych i oszczędniej go-
spodarować wodą. tak aby zaspokajać rosnące potrzeby za pomocą źródeł, które

są w danej chwili dostępne. Pewne nadzieje budzą nowe technologie odnowy i uzdat-
niania wody. takie jak: odsalanie wody morskiej, transport wody (lodu) na duże
odległości, odzyskiwanie czystej wody ze ścieków, sprawniejsze systemy wodno-
-kanalizacyjne. Są to jednak sposoby wymagające dużych nakładów finansowych
i mogą być one stosowane w krajach bogatych, dysponujących wysoko rozwiniętą
infrastrukturą przemysłową.

Surowiec do produkcji rolnej

Woda to cenny surowiec wykorzystywany w rolnictwie do produkcji żywności.
Jest ona jednym z podstawowych surowców stosowanych w procesie produkcji
zwierząt hodowlanych i roślin. Znaczenie wody w rolnictwie trudno jest przece-
nić. na przykład upowszechnienie sztucznego nawadniania upraw przyczyniło się
do trzykrotnego wzrostu światowej produkcji zbóż. Zastosowanie odpowiednich
systemów irygacji i melioracji pól pozwoliło uzyskać dwa lub nawet trzy plony rocz-
nie i zwiększyło w znaczący sposób wydajność upraw. Obecnie ok. 40% potrzeb

żywnościowych ludzkości zaspokajane jest dzięki roślinom rosnącym na sztucznie
nawadnianych polach. Sztuczne nawadnianie odgrywa kluczową rolę w produkcji
roślinnej, gdyż. na ten cel przypada blisko 2/3 światowego zużycia słodkiej wody.

2.5. ZIEMSKM-frDROSFEFW

53

Niedobór wody spowoduje w pierwszej kolejności kryzys w produkcji żvwności.
W opinii wielu specjalistów istnieją pewne możliwości podniesienia wydajności wy-
korzystania wody zużywanej w rolnictwie. Obecnie bardzo często stosuje się nie-
efektywne sposoby nawadniania, up. nawadnianie zalewowe (całych) pól lub roz-
prowadzanie grawitacyjne w równoległych bruzdach. Nowe systemy, takie jak na
przykład nawadnianie kropelkowe, doprowadzajace wodę niemal bezpośrednio dr.
systemu korzeniowego roślin, pozwalają na uniknięcie olbrzymich strat powodo-

wanych odparowaniem wody i je j przesiąkaniem do gruntu. Badania dowodzą, że

systemy kropelkowe zmniejszają o 30+70% zużycie wody w stosunku do tradycyj-
nych technologii, a wydajność plonów wzrasta o 20+909?:. Także dobrze zaprojek-
towane. niskociśnieniowe deszczownie (tzn. takie, które nic rozpylają wody na duże

wysokości, co zwiększa parowanie i starty wody) pozwalają na uzyskanie znacz-

nych oszczędności w zużyciu wody przez rolnictwo. Jednak oszczędności można
uzyskiwać także poprzez zmianę struktury spożycia i zmianę naszej diety. Wypro-
dukowanie 1 kg ziarna pochłania 0.8+2,0 m wody w zależności od kiimatu. jako-
ści gleby i metod nawadniania. Natomiast do produkcji ziarna niezbędnego do
otrzymania 1 kg wołowiny trzeba zużyć 20.0+70,0 nr wod\.

Surowiec do produkcji pnemystowej

W wielu zastosowaniach przemysłowych woda odgrywa role kluczową, gdyż jest
surowcem łub czynnikiem energetycznym wykorzystywanym bezpośrednio w pro-
dukcji. W tablicy 2.10 zestawiono wskaźniki zużycia wody przypadające na jed-
nostkę wytworzonego produktu w różnych sektorach przemysłu wytwórczego.

Jednym z najbardziej „wodochionnych" procesów przemysłowych jest produk-

cja papieru. W przemyśle celulozowo-papierniczym wody używa się w procesach
roztwarzania drewna oraz - przede wszystkim - w trakcie mycia, mielenia i filtracji
mas włóknistych. Na etapie rozwłókniania, sortowania i mycia masy celulozowej
zużywa się bardzo duże ilości wody. chociaż istnieje w tym przypadku możliwość
recyrkulacji części strumieni procesowych, co pozwala zamykać obiegi wodne ma-
szyn papierniczych i uzyskiwać znaczne oszczędności w zakresie zużycia świeżej wod\.

W zintegrowanych hutach stali i w przemyśle stalowym woda niezbędna jest

do produkcji koksu oraz w procesach oczyszczania odgazów pochodzących z ta-
kich procesów hutniczych, jak produkcja surówki oraz świeżenie i wytop stali. Do

Tablica 2.10. Orientacyjne wskaźniki zużycia wody w różnych sektorach przemyśle

Lp.

Dział przemysłu

J e d n o s t k a

W i e l k o ś ć zużycia

1

P r z e t w ó r s t w o ropy n a f t o w e j

m 7 M g s u r o w e j ropy

0.8 1.5

Przemyśl celulozowo-papierniczy

m 7 M g p a p i e r u

10,0 -i- 50.0

3

H u t n i c t w o i przemysł stalowy

nrYMg stali

6.0 ^ 10.0

4

Przemysł sodowy

m 7 M g chioru

2.5 - 10.0

5

E n e r g e t y k a

n r Y M W h energii elektrycz.

3.0 H- 10,0

54

2. ZIEMIA I JEJ =0D STAJWOWE EKCSHTEMY"

produkcji koksu zużywa sie wo<ie w ilości 0.1 +0.35 m

3

/'Mg staii. a takie procesy,

jak: produkcja i świeżenie surówki, odlewanie, kucie i walcowanie wyrobów sta-
lowych pochłaniają dalsze 0.1 +0.2 nr wody/Mg stali. Największe zużycie wody

występuje jednak w procesach oczyszczania gazów odlotowy cli, gdyż podczas

mokrego odpylania lub odsiarczania gazów technologicznych zużycie wody wy-
nosi 0,5+8.0 m

J

/Mg stali, co stanowi 70-'-80% ogólnego zapotrzebowania świe-

żej wody w hutnictwie.

W energetyce woda jest wykorzystywana przede wszystkim jako surowiec do

produkcji pary wysokoprężnej, którą kieruje się następnie na turbiny wywarzają-
ce prąd elektryczny. Po rozprężeniu i wvkropleniu pary. uzyskany kondensat jest
zawracany do kotlow energetycznych, więc zużycie wody w procesach produkcji
pary jest stosunkowo niewielkie. Duże ilości wody zużywa się natomiast w proce-
sach chłodzenia i wykrapiania pary technologicznej krążącej w obiegu pierwot-
nym. a woda chłodząca stanowi najważniejszy problem w całej gospodarce wodno
-ściekowej zakładów energetycznych. Większość elektrowni stosuje obecnie za-
mknięte obiegi wód chłodniczych, które muszą być uzupełniane świeżą wodą. aby
zrekompensować ubytki masy wywołane odparowaniem wód w chłodniach komi-
nowych. Wskaźnik odparowania i strat wód chłodniczych krążących w obiegu za-
mkniętym wynosi 1.35+1.8 nrYMWh wyprodukowanej energii elektrycznej. Znacz-
ne ilości wody zużywa się także w procesach mokrego odsiarczania spalin oraz

w tych systemach produkcyjnych, gdzie jest stosowane ..mokre" odprowadzanie

żużla z kotłów.

W przemyśle sodowym woda zużywana jest przede wszystkim do przygotowa-

nia solanki, czyli podstawowego surowca do produkcji NaOH i Cl

2

. Niezbędna jest

także do utrzymywania odpowiedniego stężenia roztworow podczas elektroliz}
solanki oraz w procesie produkcji podchlorynu, który uzyskuje sic w procesie ab-
sorpcji chloru w alkalicznych roztworach wodnych. Zmniejszenie zużycia wod\

w przemyśle sodowym można uzyskać, optymalizując zużycie energii w procesie
produkcyjnym oraz dzięki stosowaniu nowoczesnych rozwiazań technicznych, ta-
kich jak np. wykorzystanie techniki membranowej w elektrolizie.

Podsumowując zagadnienia związane z wykorzystaniem wody w produkcji

przemysłowej, należy podkreślić, że w krajach uprzemysłowionych, gdzie ceny
wody podlegają regulacjom rynkowym, jest ona traktowana jak jeden z wielu
surowców, a koszty jej pozyskania są uwzględniane w rachunku ekonomicznym
każdego produktu. Rosnąca cena wody zmusza producentów do wdrażania pro-
gramów naprawczych, których celem jest zmniejszanie zużycia wody i poprawa
efektywności procesow produkcyjnych. Dużą presję na producentów wywierają
także regulacje prawne, zaostrzające normy ilościowe i jakościowe ścieków prze-
mysłowych odprowadzanych do środowiska naturalnego. Przed Ił wojną światową
na wyprodukowanie 1 tony stali zużywano 60+100 nr" wody, dzisiaj len wskaźnik
wynosi ok. 6+10 m7Mg produktu. Przykładów świadczących o postępującej racjo-
nalizacji zużycia wody w różnych sektorach przemysłu można podać znacznie wię-
cej. a unowocześnianie technologii produkcyjnych w kierunku zmniejszenia zuży-

2.6. ZIEMSKA LITOSFERA

55

cia wody pozwala uzyskać duże oszczędności w zakresie obniżenia kosztów pro-
dukcji. Jedna ze strategii, którą stosuje się coraz częściej jest zamykanie obiegów

wody w zakładzie oraz optymalizacja zużycia surowców i energii. Wdraża sic także

do praktyki technologie wykorzystujące wodę zregenerowaną, łącznie z wprowa-
dzeniem opcji całkowitego zamknięcia obiegów wodnych w zakładzie, tzw. ..zero-

wego zrzutu ścieków" (zero discharge).

2.5.5. Podsumowanie

Większość ludzi nie zdaje sobie sprawy, jak ważną role odgrywa w naszym życiu
woda. Towarzyszy narn (podobnie jak powietrze) w codziennym życiu, lecz dopie-
ro wtedy, gdy zaczyna jej brakować dostrzegamy, jak ogromne ma ona znaczenie.
Woda jest substancją, która bierze udział we wszystkich procesach metabolicznych
zachodzących w komórkach żywych organizmów. Dzięki malej lepkości i silnym

własnościom solwatacyjnym woda jest doskonałym rozpuszczalnikiem substancji
organicznych i nieorganicznych, ułatwia transport metabolitów w komórce oraz

umożliwia usuwanie produktów przemiany materii. Dzięki dużej pojemności ciepl-
nej chroni organizmy przed gwałtownymi zmianami temperatury. Woda jest także

ważnym substratem biorącym udział w reakcji fotosyntezy. Reakcja ta uruchamia
globalny łańcuch pokarmowy, obejmujący wiele szczebli organizmów żyjących na
naszej planecie.

Oceany były kolebką, w której kiedyś powstało życie, a dalszy jego rozwój i trwa-

nie nie jest możliwe bez dostępu do wody. Trudno o bardziej ważki i jednoznaczny
argument podkreślający znaczenie tej niezwykłej substancji. Dbałość o zasoby

wodne jest w tym kontekście obowiązkiem każdego człowieka.

2.6. Ziemska litosfera

2.6.1. buaowa litosfery

Lądy zajmują 30% powierzchni kuli ziemskiej. Powstały one w trakcie procesów
geofizycznych, które kiedyś ukształtowały powierzchnię naszej planet}' i pozostały
aktywne do chwili obecnej. Jądro naszej planet}' jest płynne i zbudowane z mate-
riału o dużej gęstości - najprawdopodobniej z żelaza (rys. 2.21). Jądro i płaszcz
Ziemi znajdują się w ciągłym ruchu, spowodowanym obrotem Ziemi wokół wła-
snej osi oraz cieplnymi ruchami konwekcyjnymi stopionego materiału jadra. Przy-

puszcza się, że ciepło niezbędne do utrzymania wnętrza naszej planet}' w stanie
płynnym pochodzi z procesu rozpadu pierwiastków promieniotwórczych, obecnych
w jądrze, ale jest to hipoteza, która wymaga nadal potwierdzenia.

Powyżej jądra Ziemi rozpościera się płaszcz, którego najbardziej zewnę-

trzną cienką powloką jest skorupa ziemska. Skorupa kontynentalna ma grubość

5 6

2. ZIEMIA I JEJ PODSTAWOWE EKOSYSTEM >'

S k o r u p a kornynentnina

f 5^-60 k m )

L i t o s f e r a -

S k o r u p a o c e a n i c z n a

X (0,5-5-5 k m i

P ł a s z c z 20rnv

^

^ ( 6 7 0 k m ) '

S k o r u p a

Płaszcz

J ą d r o z e w n ę t r z n e

J a d r o w e w n e t r z n e

0 k m

Rys. 2.21. Budowa wnętrza Ziem:

od 5 do 60 km. a skorupa oceaniczna od 0.5 do 5 km. co w porównaniu z promie-
niem całej Ziemi (R = 6378 km) stanowi niewielką wartość. Również masa skorupy
stanowi niewielki ułamek masy całego globu. Skorupa ziemska znajduje się w cią-
głym ruchu, gdyż jest położona na plastycznej astenosferze. Ruch ziemskiej litosfe-
ry iest dowodem aktywności geologicznej naszej planety' i wywołuje określone skutki
na iej powierzchni, takie jak: wędrówki ziemskich kontynentów, wybuchy wulka-
nów i przesuwanie się płyt tektonicznych, czyli wielkich segmentów litosfery poło-
żonych na astenosferze. Skala dryfu kontynentalnego jest bardzo mala, gdyż nie
przekracza kilku centymetrów na rok. ale powoduje odczuwalne na powierzchni
ziemi skutki. Jest przyczyna trzęsień ziemi, które występują w rejonach aktywności
sejsmicznej. Innym objawem geologicznej aktywności Ziemi są wybuchy wulka-
nów. czyli erupcje stopionej masy skalnej (magmy) i gazów wulkanicznych, poja-

wiające się na skutek gwałtownego wzrostu ciśnienia we wnętrzu kominów wulka-

nicznych. Erupcje wulkaniczne mają przebieg bardzo gwałtowny, a towarzyszy' im

wyrzucenie do atmosfery dużych ilości stopionego materiału skalnego, popiołu wul-

kanicznego i gazów zawierających SO

:

, CO

;

, parę wodną. HC1 i inne składniki.

Należy podkreślić, że rejony aktywności wulkanicznej pokrywają się w większości
przypadków z rejonami o dużej aktywności tektonicznej.

2.6. ZIEMSKA LITOSFERA

57

2.6.2. Rola i znaczenie pleby

Powierzchniową warstwę skorupy kontynentalnej, zdolną do zaspokajania zapo-
trzebowania roślin na składniki pokarmowe i wodę nazywamy glebą. Środowisko

glebowe to składnik przyrody, mieszczący się na styku litosfery, atmosfery i biosfe-
ry, składający się z organicznych i mineralnych ciał stałych (40+50%), z wody

(2(1 +25%) i powietrza, które wypełnia przestrzenie między ziarnami gruntu. Sche-
mat budowy tej wierzchniej warstwy powierzchni Ziemi, zwykle do głębokości

ok. ł.0+1.5 mprzedstawiono na rys. 2.22.

Najwyższą warstwę gleby stanowi warstwa próchnicza, w której przebiega

większość procesów życiowych roślin i organizmów żywych. Składa się ona z ob-

umarłych. nie rozłożonych do końca części roślin, martwych mikroorganizmów,
substancji humusowych

1

'. W skład tej warstwy gleby wchodzą także związki or-

ganiczne. takie jak: aminokwasy, organiczne kwasy karboksylowe, węglowodany
i tłuszcze. Zawartość próchnicy w glebach może być różna - od poniżej 1 % w pia-
skach pustynnych do 100% na torfowiskach. W Polsce, w glebach mineralnych

Poziom A

(próchniczo-

- k u m u l a c y j n y )

Poziom B

I w y m y w a n i a )

Poziom D

(skaia macierzysta)

Rys. 2.22. Schemat budowy warstwy gieOy

Poziom C

I w m y w a n i a )

1

' Kwasy humusowe są to wysokocząsteczkowe związki organiczne o różnej budowie, jak np. kwa-

sy fulwowe i huminowe. których skiad i budowa jest specyficzna dla danego rodzaju gleb).

58

2. ZIEMIA I JEJ POOSMWCWIEEKOSYSTEM/

występuje niewiele próchnicy (do f>9ij

:

przy czym w lekkich piaszczystych glebacii

bielicowych zawartość próchnicy wynosi 1.0+1,8%, w glebach płowych i brunat-
nych 1,0+2,5%', natomiast w najlepszych glebach rędzinowyclt i czarnoziemach
zawartość próchnicy dochodzi do b +8%.

"W próchniczo-kurnu!aq'jnej strefie gleby zachodzi wiele reakcji mikrobiolo-

gicznych. które prowadza do rozkładu materii organicznej i produkcji substancji
odżywczych, asymilowanych i wykorzystywanych następnie przez rośliny. Materia
organiczna może ulegać:

- mineralizacji, tzn. rozkładowi połączonemu z wytworzeniem prostych związ-

ków nieorganicznych C0

2

. FLO. NH-, oraz jonów takich, jak SOj". HPOr.

NOi i in.:

- humifikacji. czyli rozkładowipołaczonemuzwytworzeniemzwiązkówpróch-

niczych.

W glebie ok. 75 + 80% substancji organicznych ulega mineralizacji, a tylko

20+25% przekształca się w substancje próchnicze. Proces mineralizacj i może prze-
biegać w warunkach t l e n o w y c h 1 aerobowych) i prowadzi do powstania CO

;

,

H , 0 i innych tlenowych związków nieorganicznych lub w warunkach b e z t l e -
n o w y c h (anaerobowych). a wtedy produktami mineralizacji są: siarkowodór,
metan, amoniak i aminy organiczne.

Pod warstwą próchniczą występuje poziom eluwialny (wymywania), zwany też

bielicowym. Pod wpływem wód opadowych i procesów chemicznych w tej strefie
występują procesy wypłukiwania soli Ca(II). Mg(II). Na(I). K(I) i Fe(II). a także
przemieszczania i przemiany związków organicznych wymywanych z poziomu próch-

niczego. W strefie eluwialnej zachodzą także procesy wietrzenia minerałów, któ-
rych efektem jest powstawanie i gromadzenie w tej warstwie gleby krzemionki
(SiO

:

). Poza tym w warstwie wymywania przemieszczają się wytrącone zawiesiny

i koloidy, spłukiwane do niżej położonych poziomów glebowych. Poniżej poziomu

wymywalnego znajduje się poziom iluwialny (wmywów). W tej strefie wytrącają się
sole żelaza, glinu, fosforu i wapnia, wypłukiwane z wyżej położonych stref gleby.
Najniżej znajduje się poziom skały macierzystej, tzn. twór geologiczny, z którego
utworzyły się wyżej położone warstwy gleby i który nie został w widoczny sposób
zmieniony przez procesy glebotwórcze.

Litosfera i jej warstwa powierzchniowa, czyli gleba, pełnią ponadto wiele

ważnych funkcji, które podtrzymują i chronią życie na naszej planecie. Gleba

i położone niżej warstwy litosfery filtrują, zobojętniają i transformują szkodliwe
substancje chemiczne zawarte w wodzie przesiąkającej przez grunt do warstw

wodonośnych. Alkaliczne składniki gleby neutralizują kwaśne składniki wód opa-
dowych i dzięki temu poprawia się jakość wód spływających do otwartych zbior-
ników wodnych.

Procesy biegnące w glebie w znaczący sposób oddziałują także na szybkość

obiegu węgla w przyrodzie, gdyż podczas procesów mineralizacji i fermentacji bez-

2.6. ZIEMSKA LITOSFERA

59

tlenowej biomasa ulega częściowemu przekształceniu w CO

:

i metan ( oraz wodę),

co może mieć znaczący wpływ na stężenie tych gazów w atmosferze ziemskiej

14

.

Gleba jest naturalnym siedliskiem dla wielu organizmów. Zasiedla ją cztero-

krotnie więcej gatunków organizmów, niż wynosi liczba żyjących na jej powierzch-
ni. W glebie rozwijają się populacje takich mikroorganizmów, jak: wirusy, bakterie
sarnożvwne I autotrofyi i cudzożywne (heterotrofy), promieniowce, pleśnie, a tak-
że pierwotniaki, glony i nicienie. Wśród organizmów wyższych dominują dżdżow-
nice, stawonogi, pajęczaki i inne owady. Glebę zamieszkują także kręgowce, takie
jak: myszy, susły, krety, piżmaki, chomiki i świstaki. Można powiedzieć, że ze wzglę-
du na bogactwo żyjących tani organizmów, gleby są bezcennym bankiem genów,
który należy chronić i zachować w całej jego bioróżnorodnosci.

Gleby są źródłem surowców mineralnych, takich jak glina, iły, piasek i żwir.

które wykorzystuje się w budownictwie do wznoszenia budynków, budowy dróg. chod-
ników. mostów, zapór i zbiorników wodnych. Jednak rozwój przemysłu, budowa
nowych zakładów przemysłowych, osiedli mieszkaniowych, autostrad i składowisk
śmieci przyczynia się do niszczenia gleb i zmniejszania areału ziemi uprawnej.

Jedną z najważniejszych funkcji gleby jest to, że dzięki niej możliwa jest pro-

dukcja żywności. Rozwój rolnictwa, hodowla roślin zbożowych (pszenica, żyto. ryż),
okopowych (ziemniaków, buraków cukrowych), rzepaku, kukurydzy' i wielu innych
produktów nie byłaby możliwa bez gleb. spełniających określone wymogi jakościo-
we. Dzięki glebom jest możliwa produkcja pasz przeznaczonych następnie do ho-
dowli zwierząt. Uprawy rolne mogą być wykorzystane jako źródła odnawialnych
surowców energetycznych (drewno, kora. torf. oleje, etanol), mogą też dostarczać
surowców do produkcji tekstyliów (bawełna, len), papieru i drewna wykorzystywa-
nego w budownictwie.

Z przedstawionego powyżej opisu wynika, że procesy biegnące w glebie urucha-

miają cały szereg łańcuchów troficznych (pokarmowych), na szczycie których stoi
człowiek. Zniszczenie i zanieczyszczenie gleby prerwadza do zakłócenia równowagi
ukształtowanej podczas procesów ewolucji i załamania się całego ekosystemu.

2.6.3. Problemy wyżywienia świaia

Rozwój cywilizacyjny jest możliwy tylko dzięki produkcji żywności w stopniu za-
spokajającym ludzkie potrzeby. Gleba wykorzystywana do produkcji rolnej jest.
obok materiału nasiennego i substancji wspomagających hodowlę roślin, podsta-

wowym czynnikiem zapewniającym niezbędny poziom produkcji roślinnej i zwie-
rzęcej. Właściwa jakość gleb. ich dostępność, prawidłowa eksploatacja gruntów
są warunkiem uzyskania odpowiedniej produktywności i zaspokojenia potrzeb
żywnościowych.

14

Obieg węgla w przyrodzie szczegółowo omówiono w rozdz. 3 podręcznika.

116

4. PRZYCZYNY I SKUTKI ZANIECZYSZCZEIł AT M OSFE IN

Emisja CO

:

zc spalania paliw kopalnych wynosi obecnie oi;. <i<>00 Tg C/icł,

natomiast ze spalania biomasy 1600Tg C/rok. Biomasa jest paliwem odnawialnym
i nie powoduje wzrostu ilości CO, w atmosferze.

Wielkość emisji CO-, w okresie od 1901 do 1998 r. ze źródeł nieodnawialnych

przedstawiono na rys. 4.10. Wynika z niego, że w okresie ostatnich 40 lat nastąpi!
znaczący wzrost emisji tego gaza do atmosfery. Powiększyła sic ona ponad 3-krot-

nie - z poziomu 2000 Tg C na rok na początku XX wieku wzrosła do 6600 Tg C

w roku 1998. Głównym źródłem tego zanieczyszczenia są obecnie procesy spalania
produktów pochodzących z przetwórstwa ropy naftowej (42% ogólnej emisji CO-)

i węgla (blisko 36% ogólnej emisji). Przestrzenny rozkład emisji CO, z poszczegól-
nych regionów świata przedstawiono w tabl. 4.3. W chwili obecnej należy zwrócić
szczegóiną uwagę na duzą dynamikę wzrostu emisji ditlenku węgla zobszaru Chin.
W latach 1980+ 2000 emisja CO-, z terenu tego kraju wzrosła ponad dwukrotnie.

Tablica 4.3. Udział poszczególnych regionów świata w emisji CO, w 1996 r.'

9

Lp.

R e g i o n świata

T g C/rok

m

1

A f r y k a

223.4

3,4

2

A m e r y k a Ł a c i ń s k a

365.4

5.5

3

Chiny i A z j a C e n t r a l n a

924.1

14,0

4

E u r o p a W s c h . i R o s j a

790,4

12.0

5

E u r o p a Z a c h o d n i a

887.5

13.4

6

J a p o n i a i D a l e k i W s c h ó d

688.8

10.4

7

Azja S r o d . - W s c h .

338.9

5.1

«

A m e r y k a Pin.

1614.3

24.4

9

A u s t r a l i a i O c e a n i a

410.9

6.2

10

P o z o s t a ł e r e g i o n y

364.3

5.6

O g ó ł e m

6608,0

100.0

Polska, z roczną emisją CO, na poziomie ok. 87 Tg C/rok (318 min Mg COyrok,

1.4% globalnej emisji), zajmuje 16 miejsce na liście największych, światowych emi-

tentów tego zanieczyszczenia. Głównym źródłem emisji ditlenku węgla w naszym
kraju są procesy produkcji energii (cieplnej i elektrycznej) oraz transport, nato-
miast procesy przemysłowe dostarczają niespełna 3% ogólnej ilości CCK odprowa-
dzanego do atmosfery z obszaru Polski. W tablicy 4.4 podano wielkość emisji tego
zanieczyszczenia w poszczególnych procesach i sektorach gospodarki narodowej.
W Polsce ilość emitowanego do atmosfery CO, systematycznie maleje od po-

czątku lat 80. XX w. W 1988 r. wyemitowano ok. 477 min Mg tego zanieczyszcze-
nia, a w 2001 r. o 1/3 mniej, czyli 318 min Mg CO

:

. Pomimo postępu jaki uczynio-

no w tym zakresie. Polskę nadal charakteryzuje ujemny bilans CO

:

. Emitujemy

go więcej, niż wynosi zdolność wiązania tego zanieczyszczenia przez lasy i terem

111

ibidem

4.6. GAZY CIEPŁARWANE 1 1 7

zielone211 ajdujące się w Polsce. Oceniono, że zdolność usuwania CO, przez ro-
ślinność rosnącą nu terenie naszego kraju wynosi obecnie tylko ok. 43 min Mg
CO,/rok. co stanowi nieco ponad 13% ogólnej ilości CO, emitowanego do at-
mosfery z obszaru Polski.

Tablica 4.4. WielKose emisji CO. z Deszczeoóiwch źróctet w Polsce w 2003 r

2

"

Lp.

Wyszczególnieni t

min Mg CO

?

/rok

O i

i

Produkcja energii (bez iransportu j

276.6

86.8

2

Transport

30.5

9.6

3

Proc esy przemysł ow c

11.5

3.6

4

Spalanie odpadów komunalnych

0,03

<0.01

Razem

318.6

100.0

Stężenie CO

:

w atmosferze ziemskiej zależy od kilku wzajemnie przeciwstaw-

nych procesów. Spalanie paliw pochodzących ze źródeł nieodnawialnych zwiększa
to stężenie, ale w przyrodzie występuje kilka mechanizmów obniżających zawar-
tość CO , w atmosferze. Jednym z tych procesów jest fotosynteza, innym - absorp-
cja CO

:

w wodach oceanów i mórz.

Obecnie w skali całego globu bilans CO, jest ujemny, gdyż naturalne ekosys-

temy nie są w stanie pochłonąć (związać) wzrastającej ilości CO, emitowanego
do atmosfery. Oznacza to, że bez ograniczenia emisji CO, ze źródeł antropoge-
nicznych lub też bez wdrożenia do praktyki taniej i skutecznej metody usuwania
CO, z gazów spalinowych, stężenie tego gazu w atmosferze będzie systematycz-
nie rosło.

4.6.2. Metan

kolejnym ważnym gazem cieplarnianym jest metan - CH

4

. Jego zdolność do po-

chłaniania promieniowania podczerwonego (IR) jest dużo większa niż CO,, jed-
nak średnie stężenie metanu w atmosferze jest ok. 20(l-krotnie mniejsze niż ditlen-
ku węgla (CH

4

- 1.7 ppm. CO, - 360 ppm). Z tego powodu metan jest mniej groź-

ny i jego udział w generowaniu efektu cieplarnianego jest mniejszy niż odpowiedni
udział CO,.

W chwili obecnej globalna emisja metanu ze źródeł antropogenicznych osiąg-

nęła poziom ok. 380 Tg CH

4

/rok. a głównym źródłem tej emisji jest hodowla zwie-

rząt (rys. 4.11). W przewodach pokarmowych zwierząt hodowlanych, na skutek
procesów trawiennych powstaje metan, który w całości jest emitowany do atmo-
sfery. Procesy trawienne zwierząt oraz odpady zwierzęce i ich fermentacja dostar-
czają ok. 30% ogólnej emisji tego gazu.

Dane szacunkowe. Rocznik Statystyczny Ochrona środowiska. Warszawa. G U S 2005.

1 1 8

A. PRZYCZYNY I SKUTKI ZANIECZYSZD ZENIAATMOSFERA

D y s t r y b u c j a

r - s a z u z i e m n e g o

( 4 % )

H o d o w l a z w i e r z ą t

( 3 0 % )

Rys. 4.11. Uaziai poszczególnych źródeł antropogenicznych w olobalnei emisji metanu do atmostery

Kolejnym, ważnym źródłem emisji metanu jest hodowla ryżu. Podczas dojrze-

wania tej rośliny, z terenów pól ryżowych jest emitowany metan w ilości ok. 100 Tg
CHj/rok. co stanowi 27% globalnego strumienia tego zanieczyszczenia odprowa-
dzanego do atmosfery . Natomiast wśród źródeł typowo przemysłowych, należy wy-
mienić przede wszystkim emisje metanu towarzyszącą procesom wydobycia węgla
kamiennego. Złoża metanu występują niejednokrotnie w sąsiedztwie pokładów wę-
gla kamiennego, a metan iako uciążliwy i niebezpieczny gaz musi być usunięty z ko-
palni. Metan z tego typu źródeł nie może być odpowiednio zagospodarowany i w ca-
łości trafia do atmosfery. W skali globalnej, w trakcie wydobywania węgla kamien-
nego emituje się ok. 38 Tg CH

4

/rok. Poważnym źródłem metanu są także procesy

wydobycia, transportu i przechowywania gazu ziemnego. Niesprawne systemy pozy-
skiwania i dystrybucji tego gazu to poważne źródło emisji metanu, które dostarcza
ok. 5% ogólnego strumienia tego zanieczyszczenia odprowadzanego do atmosfery.

Źródłem metanu emitowanego do atmosfery są także składowiska odpadów

komunalnych. Podczas składowania resztek substancji organicznych zachodzą w ta-
kich złożach procesy fermentacyjne, które powodują emisję dwóch gazów cieplar-
nianych - CO

:

i metanu. Szacuje się. że z tego typu źródeł jest emitowanych rocz-

nie ok. 12% ogólnej ilości metanu odprowadzanego do atmosfery ze źródeł antro-
pogenicznych.

W Polsce emisja metanu jest relatywnie mala i wynosi ok. 1.8 Tg CHj/rok. co

stanowi około 0.5% emisji światowej. Głównym źródłem tej emisji są procesy to-

warzyszące produkcji energii, w tym przede wszystkim bezpośrednia emisja gazu
ziemnego z sieci dystrybucji tego gazu i emisja lotna z paliw, a także emisja towa-
rzysząca spalaniu metanu. Drugim, ważnym źródłem emisji są składowiska odpa-
dów komunalnych, które dostarczają blisko 30% metanu odprowadzanego dci at-

1

Stern D. I.. k a u i n t a n n R. Iv: E s t i m a t e s oi globai a n t h r o p o g e n i c m e t h a n e emissions 1860-1993.

Chemospherc 1996, 3 3 ( 1 ) . s. 159-176.

S p a l a n e g a z ó w

r e s z t k o w y c h

C5%)'

4.6. GAZY CIEPLARŃ IMIE 1 1 9

m o s i e T y

z terenu naszego kraju. Hodowla zwierzał i inne sektory rolnictwa są od-

powiedzialne za emisje ok. 24% tego zanieczyszczenia. Udział poszczególnych
źródeł emisji w ogólnym strumieniu metanu emitowanego do atmosfery z obszaru
Polski przedstawiono na rys. 4.12.

Hodciw la zwierząt Procesy przemysłowe

(74.6%) (0.8%)

Składów i ska siniec

( 2 7

Spalanie paliw

(2.8% i

Emisja lotna

Rys. 4.12. Udział ooszczegóinycti źródeł w emisji CH„ z terenu Polski w 2003 r.~

Lata

Rys. 4.13. Zmiany stężenia CH

a

w atmosferze ziemskiej w latach 1984-M997 zmierzone przez LaDoratorium Monitoringu

i Badań Klimatu N0AA

B

Globalna emisja metanu ze źródeł antropogenicznych systematycznie rośnie

wraz z rozwojem rolnictwa i intensyfikacją procesów wydobycia gazu ziemnego

i ropy naftowej. W 1970 roku wynosiła ona ok. 275 Tg CH

4

/rok, a ćwierć wieku

później wzrosła do 375 Tg metanu na rok. Średnie stężenie metanu w atmosferze
ziemskiej także wykazuje stalą tendencję wzrostową Irys. 4.13) i wynosi obecnie

" Rocznik Statystyczny Ochrona środowiska. Warszawa. G U S 2005.

:

' Dlugokencky E. J. et al.: Continuing decline in the growth rate ot the atmospheric Ctl , burden.

Nature 1998. 393, s."447-450.

1 20 4 PRZYCZYNY I SKUTKI ZANIE CZYSZCZENIA ATMOSFER

1.7 ppm. Ponieważ stężenie to rośnie niemal proporcjonalnie do wzrostu emisji

tego zanieczyszczenia ze źródeł antropogenicznych, oznacza to. że naturalne pro-
cesy powodujące zmniejszenie zawartości metanu w atmosferze ziemskiej nie sa
juz w stanie redukować nadwyżki metanu emitowanego z tych źródeł. Głównym
takim procesem jest reakcja CH

4

z rodnikiem hydroksylowym OH', zachodzaca

w górnych warstwach troposfery, prowadząca do powstania utlenionych form rae•
tanu, tj. metanolu (CH,OH) i formaldehydu (HCHO). Blisko 90% metanu jest

usuwane z atmosfery w ten właśnie sposób. Inne procesy, takie jak pochłanianie
i reakcje CH, z glebą oraz transport tego zanieczyszczenia w górne warstwy stra-

tosfery i ucieczka poza atmosferę, są mniej istotne

24

.

4.6.2. Podtlenek azotu

N , 0 jest gazem, który podobnie jak metan powoduje pogłębianie efektu cieplar-
nianego. Jego steżenie w atmosferze jest 5-ró-krotnie mniejsze niż stężenie CH.
(wynosi ok. 0.3 ppm), jednak jedna cząsteczka N

2

0. aż 200 razy skuteczniej absor-

buje kwanty promieniowania podczerwonego niż odpowiednia molekuła CO,.
Z tego powodu stężenie podtlenku azotu w atmosferze musi być uwzględnione

w ocenie globalnego efektu cieplarnianego. Innym, ważnym powodem do zainte-
resowania się tym gazem jest to, że podczas szybkiej reakcji z fotowzbudzoną mo-
lekułą tlenu. N

:

0 utlenia się do tlenku azotu (NO), który z kolei przyczynia się do

niszczenia warstwy ozonowej.

Podtlenek azotu jest emitowany do atmosfery głównie ze źródeł naturalnych

(ok. 80% ogólnej emisji), a jedynie 1/5 ogólnej ilości tego zanieczyszczenia pocho-
dzi ze źródeł antropogenicznych. Oceniono, że obecnie wielkość strumienia pod-
tlenku azotu emitowanego do atmosfery z tych źródeł wynosi 3,3 Tg N/'rok.

Podstawowym źródłem podtlenku azotu jest rolnictwo. Przy nadmiernym sto-

sowaniu nawozów azotowych, w trakcie procesów denitryfikacyjnych azotany mogą
ulegać redukcji do podtlenku azotu wg następującej, ogólnej reakcji:

NH

4

NO

:

, N

2

O

i

+ 2 H

:

0 (4.1)

Powstający w tej reakcji podtlenek azotu jest emitowany w całości do atmosfe-

ry. innym, ważnym źródłem N

:

0 są podobne procesy denitryfikacji towarzyszące

fermentacji odchodów zwierzęcych (gnojowicy). Uprawy rolne i hodowla zwierząt
są odpowiedzialne za emisję ponad 60% ogólnej emisji tego zanieczyszczenia do
atmosfery.

Procesy przemysłowe, takie jak produkcja kwasu azotowego i bezwodnika

kwasu adypinowego dostarczają 14% ogólnej emisji N

2

0. a spalanie węgla, ropy

i gazu ziemnego 5%. Ważnym źródłem tego zanieczyszczenia są procesy towarzy-

szące wycinaniu i wypalaniu lasów oraz spalanie biopaiiw i odpadów rolniczych.
Udział poszczególnych źródeł w globalnej emisji N

2

0 przedstawiono na rvs. 4.J4.

Wuebbles D. J. et al.: Global change: state of the science. Environmental Polkuum 1999,100. s. 57-86.

4.6. GAZY CEP IAFWIAU;

1 2 1

Wycinka i wypalanie

iasow

( 12%)

Spalanie t>iopaliw

Procesy przemysłowe

(14%)

Uprawy rolne

(30%)

Oopadv zwierzece

(32%)

Spaianie paliw

(5%)

Rys. 4.14. Udziat poszczególnych źródeł w globalne! emisji podtlenku azotu

25

W ujęciu geograficznym największym emitentem podtlenku azotu są kraje

azjatyckie, głównie Chiny i Indie.

W Polsce emisja N , 0 wynosi 77.2 Gg N

2

0/rok (tj. 0.05 Tg N/na rok). co stano-

wi 1,5% emisji światowej. Udział poszczególnych źródeł w ogólnej emisji N

:

0 z te-

renu Polski przedstawiono na rys. 4.15.

Spalanie paliw

(10%)

O c z y s z c z a n i e ś c i e k ó w P r z e m y s ł c h e m i c z n y

( 3 % ) - . \ -

n 8

% )

Rolnictwo —

(69%)

Rys. 4.15. Udział poszczególnych źródeł w ogólne] emisii N,0 w Polsce w 2003 r.

2e

Prowadzone obecnie pomiary stężenia podtlenku azotu w atmosferze i bada-

nia powietrza ..uwięzionego'" w rdzeniach lodowych dowodzą, że w porównaniu
z erą przedindustriaina stężenie tego zanieczyszczenia wzrosło z ok. 275 ppb przed
rokiem 1750 do 311 ppb w 1990 r. Stężenie to nadal wykazuje tendencję wzrostową
rzędu 0.2-5-0.3% rocznie.

25

Olivier J. Ci. J. et al.: Global air emission inventories for anthropogenic sources of NO,. N H „ and

N , 0 in 1990. Environmental Pollution 199S. 102. SI, s. 15-24.

2

" Rocznik Statystyczny Ochrona środowisku. Warszawa, G U S 2005.

1 2 2

4. PRZYCZYNY I SKUTKI ZANIECZYSZCZENIA ATMOSFERY

4.6.4. Chlorowcopocnaiiia erąariiczne

Lotne związki organiczne zawierające w cząsteczce atomy fluorowców - fluoru,
chloru, bromu lub jodu - niekorzystnie oddziałuj a na atmosferę ziemską w dwoja-
ki sposób:

- uszkadzają warstwę ozonową:
- przyczyniają się do pogłębienia efektu cieplarnianego.

Pogłębienie efektu cieplarnianego wiąże się ze szczególną cecha związków

chiorowcoorganicznych - wiele z nich rna silne pasma pochłaniania promieniowa-
nia IR w zakresie długości fal 8000+12000 nm. Ten zakres promieniowania elek-
tromagnetycznego jest ziemskim ..oknem w podczerwieni", przez które Ziemia

wypromieniowuje w przestrzeń kosmiczną znaczącą część energii cieplnej. Związ-

ki chlorowcoorganiczne, dzięki własnościom absorpcyjnym, mogą doprowadzić do
..zatrzaśnięcia" tego okna. W rozpatrywanym przedziale długości fal promienio-

wania elektromagnetycznego. 1 molekuła CFC1, (freonu-11) wykazuje zdolność
pochłaniania promieniowania IR 12 400-krotnie większa niż cząsteczka CO-,

Stężenie związków chlorowcopochodnych w atmosferze ziemskiej utrzymuje

się obecnie na mniej więcej stałym poziomie i wynosi od 100 ppt (CCL) do 500 ppt
(CF

2

C!

2

). Wzrost stężenia tych związków w atmosferze został zahamowany w la-

tach 90. XX w. dzięki międzynarodowej współpracy krajów uprzemysłowionych,
które podpisały odpowiednie porozumienia (protokoły - montrealski, londyński
i kopenhaski), na podstawie których wycofano freony z użycia. Niestety, niektóre

freony charakteryzuje duza odporność na wszelkie czynniki chemiczne i fizyko-
chemiczne. a czas ich „życia" w atmosferze jest bardzo długi. Dotyczy to przede
wszystkim tych chlorowcopochodnych, które w cząsteczce mają podstawione wszyst-
kie atomy wodoru, czyli np. CC1

4

, CFC1,. CF

2

C1

2

oraz tych. które nie mają w czą-

steczce wiązań podwójnych. Alifatyczne nasycone całkowicie podstawione chlo-
rowcopochodne mają długi czas przebywania w atmosferze: freon-11 - 50 lat. fre-
on-12 - 102 iata. Zaprzestanie emisji freonów i innych podobnych chlorowcopo-
chodnych organicznych przyniesie więc odczuwalne skutki (czyli spadek ich stęże-

nia w atmosferze) dopiero w połowie XXI w. Pomimo tego. że cześć związków
chiorowcoorganicznych została wycofana z użytku (np. freony czv czterochlorek

węgla), inne nadal są produkowane i znalazły zastosowanie w przemyśle i usłu-
gach. Na skalę masową produkuje się obecnie następujące związki:

- trichloroetylen: CHC1=CC1

2

(tzw. TRI):

- tetrachloroetylen: CC1

2

=CC1

2

(tzw. PER):

- dichlorometan: CH

2

C1

2

;

- difluorochlorometan (zamiennik freonów): CHF.C1 (HCFC-22).

Związki te znajdują zastosowanie jako rozpuszczalniki organiczne, środki od-

tłuszczające oraz jako składniki farb i lakierów. Należy podkreślić, że czas życia tych

związków w atmosferze jest relatywnie krótki, gdyż są one bardziej reaktywne, niż

4.6. GAZY CIEPLARŃ IMIE 26

wymienione wcześniej całkowicie podstawione chlorowcopochodne. Na przykład
czas życia CCI

;

= C C 1

2

w atmosferze wynosi 7 dni. a CH-.CP - o miesięcy

Globalna emisja wyżej wymienionych czterech związków chlorowcoorganicz-

nych wynosi obecnie ok. 1.5 min Mg/rok. a wielkość emisji poszczególnych związ-
ków przedstawiono w tafcl. 4.5.

Tablica 4.5. Wielkasc oloteirei emisji oiuwiłyen chlorowcoDochoawcn zwiazkaw oraanlezrwct

Lp.

Nazw;.

Wzór

Skro!

Emisja
Gg/rok

1

Trichloroetvlen

C H C I = C C 1

T R I

197,0

; 2 Czterochioroetvien

C C i

r

= C G

:

P E R

295,0

! 3 Dichlorometan

CH,C.l

D C M

513.0

i 4 1

Difluorcchloroinetar

CHF-C1

HCFC-22

484.0

Razem

1489.0

W Polsce zuzycie i emisja chlorowcopochodnych związków organicznych sys-

tematycznie rośnie od początku lat 90. Obecnie wynosi ona ogółem ok. 0.8 Gg/rok.
podczas gdy w 1996 roku zużycie wszystkich tych związków organicznych wynosiło

w Polscc 0.33 Gg/rok.

Kończąc rozdział poświęcony emisji gazów cieplarnianych należy jeszcze raz

podkreślić, że wpływ poszczególnych gazów na pogłębienie globalnego efektu cie-
plarnianego zależy od dwóch czynników: stężenia tego zanieczyszczenia w atmo-
sferze ziemskiej i jego zdolności do pochłaniania promieniowania podczerwonego.
Stężenie danego gazu zależy natomiast od wzajemnej relacji między dwoma, prze-
ciwstawnymi procesami: szybkością (natężeniem) emisji tego zanieczyszczenia do
atmosfery a szybkoscią usuwania (reemisji) tego składnika z atmosfery na skutek
reakcji chemicznych, depozycji na powierzchni ziemi i innych, podobnych proce-
sów fizykochemicznych. Wzajemna relacja między szybkościami tych procesów
deevduie o wzroście lub spadku stężenia danego gazu w atmosferze. W tablicy 4.8

zestawiono dane o czterech podstawowych gazach cieplarnianych obecnych w at-
mosłerze ziemskiej. W tablicy tej nie uwzględniono piątego, ważnego gazu cieplar-
nianego - pary wodnej. Wielkość emisji pary wodnej do atmosfery, czyli jej paro-
wanie z powierzchni oceanów, lądów i mórz jest bardzo trudna do określenia, a jej
stężenie w atmosferze zmienia się w szerokim zakresie wartości. Dodatkową trud-
ność sprawia także zjawisko tworzenia się chmur, które z jednej strony zwiększają
odbicie promieniowania słonecznego (albedo), a z drugiej strony pogłębiają efekt
cieplarniany. W związku z tym oddziaływanie pary wodnej na globalny efekt cie-
plarniany jest trudno ocenić. Więcej danych na ten temat znajduje się w rozdziale
poświęconym globalnemu efektowi cieplarnianemu.

- McCulioch A.. Midglev P. M.: The production and global distribution of emissions of trichloro-

ethene. tetrachloroethene and dichloromethane over tile period 1988-1992. Atmospheric Environment
19%, 30 (4j. s. 601-60S.

124

4 PRZYCZYNY I SKUTKI ZANIECTYS£C2ENIH ATMOSFERY

RAWKA 4.1

Emisja diolcsyn i fur arów

Dioksvnv i furany to uproszczone nazwy pewnej grupy związków chltirowcopoc/wd-

n\ch. którvch emisja do atmosfery rodź i społeczne kontrowersje. Pod pojęci en dioks\n\

i furanv należy rozumieć całą grupę związki w chemicznych. spośród których najbardziej
sa znane: 2,3,7.8-tetrach]orti-dibenzo-/><lioksyna i 2,3,7.8-tetrachloro-dibenzofuran.

2,3.7.8-tetrachioro-dibenzo-y>-dioksyna 2 . 3 . 7 . 8 - t e t r a c h l o r o - d i b e n z o f u r a i ;

W z o r y s t r u k t u r a l n e p c h c f i l o r o w a n e i d i b e n z o - p - d w k s y n y i p o l i c h l o r o w a n e g o ó i b e m o f u n n u

Poszczególne izomery (a właściwie tzw. kongenery) poiichlorowanych dibenzo-p-

-dioksvn (PCDD) i poiichlorowanych dibenzoturanów (PCDF) różnią sie liczbą alo-
mow chloru przyłączonych do pierścieni benzenowych oraz ich położeniem w pierście-
niu. Liczba tych kongenerów jest bardzo duzu (75 yv przypadku PCDD i 135 w przypad-
ku PCDF): różnią sie one właściwościami chemicznymi i toksykologicznymi. Praktycz-
nie wszystkie związki z grupy PCDD i PCDF są umieszczone na liście Międzynarodowej
Agencji Badań nad Rakiem (IARC), iako substancje o potencjalnym działaniu kancero-
gennym i teratogennym. Toksyczność poiichlorowanych dibenzo-/>-dioksvn i poiichloro-
wanych dibenzoturanów została potwierdzona w trakcie testów na wybranych gatun-
kach zwierząt, ale analiza znanych z historii przypadków narażenia ludzi n > działanie
tvch związków, nic potwierdziła ostrej toksyczności PCDD i PCDF w odniesieniu do
ludzi. Tym niemniej, związki te są uważane za substancje szczególnie niebezpieczne,
a ich emisja oraz obecność np. w żywności są poddane szczególnej kontroli.

Ponieważ trudno jest posługiwać się toksycznością każdego spośród kilkudziesięciu

kongenerów PCDD i PCDF, każdemu z nich przypisano względny współczynnik tok-
syczności (TEF) określony w odniesieniu do najbardziej niebezpiecznej pochodnej, czyli
2,3,7,8-tetrachloro-dibenzo-p-dioksynv (tabl. 4.6).

Tablica 4.6. Wzgledne wsDOtczvnniki toksyczności (TEFl wybranych konpenerow PCDD I PCDF

Lp.

K o n g e n e r P C D D

T E F

Lp.

K o n g e n e r P C D F

T E F !

1

2 , 3 . 7 . 8 - T C D D

1,0

1

2 , 3 . 7 . 8 - T C D F

OJ

2

1.2.3,7,8-PeCDD

1.0

o

2 , 3 , 4 , 7 , 8 - P e C D F

0,5 1

3

1,2.3,4.7,8-HxCDD

0.1

3

1.2,3,7.8-PeCDF

0.05 i

4

1,2.3.6.7.8-HxCDD

0.1

4

1.2,3.4.7.8-HxCDF

0.1

5

1,2,3.7.8,9-HxCDD

0.1

5

1.2.3,6.7.8-HxCDF

0.1 |

Toksyczność mieszaniny kongenerów określa się jako ważoną sumę toksyczności

poszczególnych składników mieszaniny

V

J

4.6. GAZY CIEPLARŃ IMIE 1 2 5

RAMKA 4.1 (Cd.)

f --

TEO=Tni;TEF

:

gdzie: TEQ - wskaźnik toksyczności względnej, g: m

l

- masa danego kongenera w mie-

szaninie, g: TEF -współczynnik toksyczności danego kongenera.

Dioksynv i furany powstają prawie wyłącznie podczas spalania związków organicz-

nych zawierających chlor w cząsteczce

R—Cl + O

2 (

""

g

'

< l

°

c

- PCDD

Głównym źródłem emisji polichlorowanych dibenzo-/>-dioksyn i polichlorowanych

dibenzoiuranow są inale lokalne ciepłownie i paleniska domowe, gdzie procesy spalania
są prowadzone w nieoptymalnych warunkach: w niskiej temperaturze i przy niedosta-
tecznym dostępie powietrza. Warunki takie sprzyjają tworzeniu się PCDD i PCDF. Pod-
stawowe źródła emis ji tych zanieczyszczeń zestawiono w tabl. 4.7.

Na podkreślenie zasługuje fakt. iz spalanie odpadow komunalnych, wbrew powszech-

I nie krążącym opiniom, nie jest wcale najistotniejszym źródłem emisji polichlorowanych
| dibenzo-/?-dioksvn i dibenzofuranów.

Tablica 4.7. Główne żródta emisji PCDD i PCDF w Polsce i RFN (p TEQ/rok)

R F K

P o l s k a

L p .

L p .

L p .

g T E Q / r o k

%

g T E O / r o k

%

1

H u t n i c t w o żelaza i stali

181,0

54.3

33,1

7.4

1

-

H u t n i c t w o metali kolorowvch

91.6

27.5

E n e r g e t y k a z a w o d o w a

5,3

1.6

7.4

1.6

| 4 C i e p ł o w n i e p r z e m y s ł o w e

6,2

1.9

45.0

10,1

M a ł e ciepłownie i p a l e n i s k a d o m o w e

7.1

2.1

207.2

46.3

! 6 S p a l a r n i e o d p a d ó w

32.1

9.6

41,1

9.2

T r a n s p o r t drogowy

4.8

1.4

0.9

0.2

i 8 I n n e

5.3

1.6

112.8

25.2

R a z e m

333,4

447.5

Tablica 4.8. Podstawowa charakterystyka pazow cieplarnianych

Lp.

Wyszczególnienie

J e d n .

c ; o .

CHj

n

2

o

H F C

1

G l o b a l n a emisja ze źródeł
a n t r o p o g e n i c z n y c h

T g / r o k

30 000

380

3,3

1,5

:

G l o b a l n a e m i s j a ze źródeł
naturalnych

T g / r o k

110 000

240,0

16,0

-

3

Ś r e d n i e s t ę ż e n i e w a t m o s f e r z e

p p b

336 000

1730

311

0,1 -i-0,5

4

Średni czas p r z e b y w a n i a

w a t m o s f e r z e

lat

5-i-200

12

114

45^-260

-

Względny współczynnik
a b s o r b a n c j i p r o m i e n i o w a n i a I R

H

1

50

200

ok. 15 000

5

Źródta zanieczyszczeń i skutki

degradacji wody

5 . 1 . W s t ę p

Europejska Karta Ochrony Wód stwierdza, że woda jest cennym i nieodzow-
nym dobrem każdego człowieka...". a zanieczyszczanie wody jest szkodliwym
działaniem wymierzonym przeciwko wszelkiemu ż y c i u . . . J e d n a z najważniejszych

zasad sformułowanych w tym dokumencie brzmi: obowiązkiem każdego człowieka

jest dbałość o zasoby wody i ich ochrona przed zanieczyszczeniem. Upowszechnie-

nie postawy wyrażonej w tym stwierdzeniu jest bardzo ważne, gdyż każdy z nas
korzysta w jakiś sposób z zasobów wodnych, a jednocześnie wytwarza ścieki, które
następnie trafiają do środowiska.

Źródła, z których ścieki są odprowadzane do wód powierzchniowych można

podzielić na trzy grupy. Źródła punktowe to każdy otwór, szczelina lub przelew,
który ma ograniczone, dobrze zdefiniowane rozmiary oraz jednoznacznie określo-
ne położenie. Do źródeł punktowych zalicza się m.in. wyloty kanałów ściekowych,
rowów. rur. odwiertów i kanałów burzowych odprowadzających wody opadowe,
a także spusty zbiorników, odstojników i innych urządzeń, z których odprowadza
się ścieki trafiające następnie do wód powierzchniowych. Tak więc źródła punkto-

we są to źródła emitujące zanieczyszczenia w ściśle określonym punkcie lub miej-
scu. Do innej grupy źródeł zalicza się źródła obszarowe. W przypadku tego typu
źródeł nie można ściśle określić miejsca zrzutu zanieczyszczonych wód, gdyż spły-

wają one do naturalnych zbiorników z dużego obszaru otaczającego odbiornik.

Wśród źródeł obszarowych można wymienić np. pola uprawne i łąki. z których

woda deszczowa wypłukuje biogenne składniki nawozów sztucznych (azotany, fos-

forany. mocznik) lub nierozlożone pestycydy. W takich przypadkach zanieczysz-
czenia trafiają do odbiorników z dużego obszaru i trudno jest określić konkretne
miejsce, gdzie sa one emitowane. Często zdarza się. że źródła obszarowe stanowią

w rzeczywistości zbiór kilkunastu czy kilkuset źródeł punktowych lub liniowych

5.2. ŚCIEKI KOMUNALNE

151

i w takim przypadku mówi sie raczej o źródłach rozproszonych. Do źródeł obsza-
rowych zalicza się także kwaśne opady, powodujące zanieczyszczenie wód grunto-

wych i powierzchniowych, a także nieodpowiednio wykonane i nieuszczeinione
składowiska odpadów. Trzecią grupę źródeł stanowią źródła liniowe. Są to np. dro-
gi, pobocza droju autostrady i mosty, a także silnie zanieczyszczone koryta rzek

i kanałów. Każdy typ spośród trzech wyżej wymienionych źródeł emisji, w inny spo-
sób oddziałuje na środowisko.

E L 2 ) Ś c i e k i k o m u n a l n e

W Polsce średnie zużycie wody w gospodarstwach domowych wynosi ok. 100 drr.
świeżej wody pitnej na dobę . Wykorzystuje się ją do przygotowania posiłków, do
picia, do celów higieniczno-sanitarnych, a także do sprzątania, prania i zmywania
naczyń. Z badań, jakie przeprowadzano w wielu zachodnioeuropejskich miastach,
a także w Polsce wynika, że ponad 80% całego zapotrzebowania na wodę w gospo-
darstwach domowych przypada na trzy rodzaje źródeł: spłuczki WC. kąpiele oraz
mycie i pranie (rys. 5.1). Natomiast najmniejszą pozycją w bilansie wody zużywa-
nej przez gospodarstwa domowe jest woda przeznaczona do przygotowywania
posiłków i do picia (4%). Znajomość struktury spożycia i wykorzystania wody

w gospodarstwie domowym jest bardzo ważna - pozwala racjonalizować zużycie

i oszczędnie gospodarować jej zasobami.

Każda czynność, podczas której zużywa się czystą wodę o wysokich parame-

trach jakościowych, powoduje powstawanie ścieków zawierających różne zanie-
czyszczenia pochodzenia biologicznego, a także środki powierzchniowo czynne,
fosforany, siarczany, amoniak oraz wiele innych substancji. Ponad 90% czystej wody

Z m v w a m c naczyń

(7%)

Spłuczki ustępowe

(30%)

Gotowanie i picie

( 4 % ) '

Pranie
( 1 3 % )

Sprza tanie

( 7 % )

Kąpiel i mycie

ciała

( 3 9 % )

Rys. 5.1. Struktura wykorzystania wody w gosDoaarstwach domowych

1

W miastach średnie zużycie wody w gospodarstwach domowych jest nieco większe i wynosi od

12(1 do 200 dm

3

/(M-doba).

• Siwoń Z.: Problemy modelowania i eksploatacji systemów dystrybucji wod\. Mat. IV Miedzyn.

Kont. Zaopatrzenie w wodę. jakość i ochrona wód. Tom I. Kraków 2000. s. 735-754.

152

5. ŹRÓDŁA ZANIECZYSZCZEŃ I SKUTKI DEGRADACJI V/OD>

konsumowanej przez człowieka zamienia sie w ścieki, które zwyczaj owo nazywa
sie .ściekami socjalno-bytowymi. Przybliżony skiad i średnie stężenia zanieczysz-
czeń zawartych w tego typu ściekach przedstawiono w tabl. 5.1 .] Cccii jchmakten -
stvczną ścieków komunalnych jest to, że zawierają one relatywnie dnia ilość za-
wiesin. związki, azotu (w tym azot amonowy) i związki fosforu; maja także wysoki

wskaźnik B Z T j Natomiast zawartość rozpuszczalnych soli czy wartość wskaźnika

ChZT nie są szczególnie wysokie.

Tablica 5.1. Porownanie wartości stężeń zameczvszczeń wysippującycn w ściekach komunalnych z wartościami »Kre-

ślonymi dla ścieków odprowadzanych da wód powieracnmcwYch

Lp.

Wskaznil.

Jednostica

Stężenie w ściekach

komunalnych

N D S w ściekach

wprowadzanych d o w ó d

1

1

Odczyn pH

H

7.0

-

2

Zawiesin}'

m g / d m '

2 5 0 + 3 0 0

35

3

Biochemiczne zapotrzebowanie
tlenu B Z T ,

m g 0

2

/ d m

3

190+300

15+25

4

Utlenialność d w u c h r o m i a n o w i
C h Z T

ing 0

;

>/d^v

,

3 3 0 + 5 0 0

125

5

Zawartość azotu całkowitego

mg N/dm '

25+4(1

15

&

Zawartość fosforu całkowitego

mg P / d m '

7 + 1 0

2.0

Miedź

m g / d m '

0 . 1 4 - 0 . 2 7

0.5

8

Ołów

mg/dm"

0 . 0 2 - 0 . 1

0.5

9

Chrom

mg/dm'

0 . 0 4 - 0 . 1 1

0,5

Duża wartość BZT

5

. azotu (amonowego i azotanowego) oraz fosforanów

w ściekach komunalnych powoduje, że nie mogą one być odprowadzane bezpo-
średnio do wód powierzchniowych, lecz powinny być wcześniej odpowiednio oczysz-
czone. Jeżeli porówna się średnie stężenia zanieczyszczeń w ściekach komunal-
nych z najwyższymi dopuszczalnymi stężeniami określonymi w odpowiednich prze-
pisach (tabl. 5.1), to wartość BZT

3

ścieków komunalnych należy zredukować

o 70+95%. zawartość azotu całkowitego o 80+85%. a ChZT o 75 + 80%.

Wymagane stopnie redukcji ładunku ChZT i BZT, można uzyskać za po-

mocą znanych, tlenowych metod biologicznych, wykorzystując do tego celu osad
czynny lub złoże biologiczne. Usunięcie azotu azotanowego i amonowego jest
trudniejsze i wymaga zastosowania dodatkowych stopni oczyszczania - procesów
nitryfikacji (przekształcenia jonów NHJ w jony azotynowe) i następującego po
nim procesu denitryfikacji. czyli mikrobiologicznej redukcji azotynów i azota-
nów do wolnego azotu.

Największym jednak problemem jest usunięcie ze ścieków komunalnych fos-

foranów - po pierwsze dlatego, że brak jest tanich i skutecznych technologii usu-

' Rozp. Min. Srod. z 29 listopada 2002 r. w sprawie warunków, jakie należy spełnić przy wprowa-

dzaniu ścieków do wód lub do ziemi ( D z U 2002.212.1799).

5.2. ŚCIEKI KOMUNAŁ BE

1 5 S

wdtiia tego zanieczyszczenia, a po drugie, ze względu na ostre normy środowisko-
we. Stopień usunięcia związków zawierających fosfor musi być duży: 9 5 + % % .

Poważnym problemem jest także usuwanie ze ścieków komunalnych jonów metali
ciężkich, gdyż tradycyjne metody oczyszczania ścieków za pomocą osadu czynnego
moga zatrzymać jedynie ok. 20% jonów miedzi i 40% jonów chromu.

RAMKA 5.1

Biochemiczne zapotrzebowanie tlenu (BZT

5

)

"Wartość BZT.- wody lub śeieku służy do określenia zawartości zanieczyszczeń, które

można utlenić na drodze mikrobiologicznej do CO, i wody. Biochemiczne utlenienie związ-
ków organicznych w wodzie można bowiem przedstawić za pomocą ogólnego równania

substancje organiczne + O,

tlaklcrK

CO, +• H , 0 + biomasa

Z t>owvzszego schemat u wynika, że do utlenienia substancji organicznej zawartej w ba-

danej próbce jest potrzebna pewna, ściśle określona ilość tlenu. Te ilość nazywa sie Bio-
chemicznym Zapotrzebowaniem na Tlen (BZT). Skrót BZT, oznacza, że zapotrzebowa-
nie na tlen określa sie w ciągu5 dni trwania procesu utleniania. BZT

5

próbki woav oblicza

sie. oznaczając mase tlenu, którą wykorzystają mikroorganizmy (zwykle - bakterie ścieko-
we) do utienienia zanieczyszczeń zawartych w określonej próbce badanych ścieków. Ozna-
czenie wykonuje się w ten sposób, że najpierw mierzy sic stężenie tlenu w świeżej próbce
badanych ścieków , następnie zaszczepia sie tę próbkę bakteriami ściekowymi i zamyka
szczelnie całość w butelce na 5 dni. tak aby powietrze zewnętrzne, zawierające tlen nie
miało kontaktu z próbka. Po upływie 5 dni ponownie mierzy się stężenie tlenu w badanej
próbce. Znając wartość różnicy między stężeniem tlenu na początku eksperymentu i na

jego końcu, wyznacza się masę tlenu, która skonsumowały bakterie podczas testu. Tę mase

tlenu odniesiona do objętości badanej próbki określa sie jako BZT, próbki.

\ ; J

RAMKA 5.2

/

N

Chemiczne zapotrzebowanie tlenu (ChZT)

Wartość ChZT wody lub ścieków służy do określenia ilości substancji, które można

całkowicie mineralizować, tzn. utlenić w sposób ilościowy do CO, i wodv. Utlenienie
związków organicznych można przedstawić za pomocą ogólnego schematu

substancje organiczne + silny chemiczny utleniacz —» CO, + H , 0

Z powyższego schematu wynika, że substancję organiczną (lub nieutłenioną formę

związków nieorganicznych) można ilościowo utlenić do produktów końcowych za po-
mocą silnego utleniacza. Może to być np. dwuchromian potasu K,Cr,0, i jesl to wtedv
tzw. utlenialność dwuchromianowa lub nadmanganian potasu KMnOj. W tvm ostatnim
przypadku mówi się o utlenialności nadmanganianowej. Ilość zużytego utleniacza prze-
licza się na odpowiadającą tej ilości masę tlenu cząsteczkowego O,. Tak obliczona war-
tość nazywa się utleniainością (próbki) wody. Określa się ją skrótem ChZT i wyraża

w jednostkach mg 0,/dm '.

J

154

5.ŻR0DLA LAniECnSTC2EŃ I SKUTKI DECRfiOACJI M>m

Jednvm z ważniejszych wskaźników ciiarakterrzitjących ścieli jest stosunek

wartości ChZT do wartości BZT\. Wielkość tego stosunku pozwala ocenić, czy
zanieczyszczenia zawarte w ściekach są podatne na biologiczny rozkład. ^ prze -
padku większości ś,cieków komunalnych, wartość ChZTTBZTj mieści się

2vykJe

w granicach 1.7+2,C,atooznacza.że ścieki te można zwysoką skutecznością oczy-
ścićza pomocą metod biologicznych. W odróżnieniu od ścieków komunalnych ścieki
przemysłowe charakteryzują się bardzo duża wartością ilorazu ChZTTBZT, ( czę-
sto ChZT/BZT, > 1.0), który świadczy o tym. że zanieczyszczenia zawarte w takich
ściekach są trudno rozkladalne biologicznie. W takich przypadkach, celem zwięk-
szenia podatności tych substancji na rozkład biologiczny, stosuje sie wstępne ich
podczyszczanie metodami chemicznymi.

Obecnie w Pollsce powstaje rocznie ok. 1.3 mld nr" ścieków komunalnych.

Odpowiednie dane o wielkości strumieni ścieków sanitarnych odprowadzanych do

wód powierzchniowych w latach 1980+2004 przedstawiono na rys. 5.2.

2500

2000

£ 1500

B 1000

500

0

Rys. 5.2. Ilość ścieków komunalinych odprowadzonych z obszaru Polski do wód powierzchniowym w latach 1 9 8 0 - 2 0 0 4 "

Spadek zużycia wody w gospodarstwach domowych, odnotowany w

:

latach

1980+2004, wynikaj z kilku przyczyn. Przede wszystkim urealniono ceny za zuży-

waną wodę wodociągową, co zwiększyło skłonność indywidualnych odbiorców do
oszczędzania wody i racjonalizowania jej zużycia. Niebagatelne znaczenie miało
także coraz powszechniejsze montowanie wodomierzy na instalacjach wodociągo-
wych zasilających mieszkania, a także wprowadzenie nowych, ulepszonych kon-
strukcji armatury, pralek automatycznych i spłuczek WC. Jak należy przypuszczać,

w kolejnych latach spadek zużycia wody i zmniejszenie ilości ścieków komunal-

nych nie będą już tak znaczące, gdyż wskaźnik zużycia wody na jednego mieszkań-
ca Polski powoli zbliża się do wskaźników charakterystycznych dla wielu krajów
europejskich (rys. 5.3).

1980 1990 1995 2000 2004

Lata

" Rocznik Statystyczny Ochrona środowisku. Warszawa. G U S 2005.

5.3. ŚCIEKI PRZEMYSŁOWE

15E

200

li.0

1

1 2 0

.¿r

- C 80

4 0

O

Niemcy Francja Hiszpania Szwecja Węgry Czechy Polska

Rys. 5.3. Zużycie wody z sieci wodociąpowei w wybranych krajach Europy w 2003 r.

5

5.3. Ścieki przemysłowe

Ecieki przemysłowe powstają podczas procesów produkcyjnych realizowanych

w przemyśle, rolnictwie i energetyce] Ścieki pochodzące z tych sektorów gospo-

darki znacznie się różnią składem, odczynem i temperaturą, ponadto są charakte-
rystyczne dla danego typu produkcji i wymagają swoistych technik oczyszczania.
W wielu przypadkach ścieki zawierają szkodliwe lub nawet toksyczne substancje,

które powinny być unieszkodliwione zanim "ścieki zostaną skierowane do wód
powierzchniowych. Wśród zanieczyszczeń, które najczęściej występują w ście-
kach przemysłowych, można wymienić m.in.:

- substancje organiczne, takie jak: węglowodory' (benzen, toluen, ksyleny, sty-

ren. wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne - WWA. np. benzof«]-
piren). alkohole (metanol, butanol, fenol, krezole i in.). aldehydy i ketony
(formaldehyd, aceton), chlorowcopochodne organiczne (chlorofenole. chlo-
robenzen. chloroform, dioksyny). estry kwasów organicznych (ftalany dibu-
tylu i dioktylu). aminy i nitrozwiązki (anilina, benzydyna, nitrofenol, trinitro-
toluen). a także tlenek etylenu, związki fosforoorganiczne i wiele innych:

- związki nieorganiczne - cyjanki, siarczki, tiosiarczany, siarczyny, azotyny,

azotany, sole amonowe, fosforany, fluorki, jodki, bromki, a także chlorki
i siarczany:

- jony metali ciężkich, takich jak np. chromudll) i chromu(VI). oiowiu(II),

kadmu(II). rteci(Il), miedzi(II), kobaitu(II). arsenu(III). cynku i innych.

Powyższe związki organiczne i nieorganiczne oddziałują niekorzystnie na ludzi,

zwierzęta, rośliny, a także w wielu przypadkach wykazują toksyczne aziaianie w sto-
sunku do bakterii i mikroorganizmow tworzących osad czynny lub złoże biologiczne.

" ibidem.

155

5. IRGDLA ZANIECZYSZCZEŃ I SKUTKI DES RJłDACJ IUICDV

Ścieki zawierające te zanieczyszczenia mogą pogaiszać sprawnośćpracvoczyszcza I-
ni biologicznych i powinny byc w związku z tym podczyszczone metodami fizykoche-
micznymi i chemicznymi, zanim zostaną przekazane do oczyszczalnibiologicznej.

Ścieki przemysłowe, przed skierowanie;® ich do oczyszczalni biologicznej, czę-

sto łączy się ze ściekami komunalnymi, aby poprawić ich biorozkladaLność i obniżyć
koszty oczyszczania. Jest to rozwiązanie korzystne, gdyż substancje biogenne zawar-
te w ściekach komunalnych wzbogacają skład ścieków przemysłowych* i poprawiaj a
skuteczność usuwania zanieczyszczeń. Łączenie strumieni ścieków przemysłowych
i komunalnych jest ekonomicznie uzasadnione, gdy zakłady przemysłowe są położo-
ne w rejonach zurbanizowanych i mają ogólnospławną sieć kanalizacyjną.

Należy w tym miejscu zaznaczyć, że mikroorganizmy obecne w osadzie czyn-

nym adaptują się stopniowo do określonego typu zanieczyszczeń, zawartych w ście-
kach kierowanych do oczyszczalni. Dzięki temu po pewnym czasie uzyskuje się
duży stopień redukcji nawet bardzo toksycznych zanieczyszczeń. Wykazano, że
pewne mikroorganizmy obecne w osadzie czynnym potrafią rozkładać i unieszko-
dliwiać nawet tak niebezpieczne substancje jak: fenol, chlorowcopochodne orga-
niczne, nitrofenole, siarczki czy metale ciężkie, takie jak chrom czy rtęć. W tym
ostatnim przypadku jony metali ciężkich tylko akumulują się w osadzie czynnym
i nie ulegają redukcji.

Hutnictwo,

przemysł

stalowy

Przemyśl

chemiczny Przemys:

celulozowo-

|' -papierniczy

Przemyśl Przemyśl

petrochemiczny, cementowy

koksownictwo

Przemysł

spożywczy

Rys. 5.4. Udział wyDranych sektorów gospodarki w ogólnej emisji ścieków przemysłowycn w Polsce w 2004 r.

4 0

T " T ~

, 1 Ciomictwo

" Wysoką skuteczność usuwania zanieczyszczeń organicznych metodą biologiczną uzyskuje się,

gdy proporcje węgla organicznego do azotu ogólnego w ściekach mają sic jak C:N = 12:1. a stosunek
węgla do fosforu mieści sie w granicach C:P = 30:1. Ładunek biogenów obecnych w ściekach komunal-
nych pozwala uzupełnić niedobory azotu i fosforu w ściekach przemysłowych.

' Rocznik Statystyczny Ochrona środowisku. Warszawa. G U S 2005.

5.3. ŚCIEKI PRZEMYSŁOWE

157

W Polsce znacząca część ścieków przemysłowych (ok. 75%) wytwarzają trzy sek-

tory - górnictwo, hutnictwo i przemysł stalowy oraz przemysł chemiczny (rys. 5.4).
Udział innych sektorów jest mniejszy, chociaż ze względu na specyfikę ładunków
zanieczyszczeń, które powstają w trakcie produkcji, mogą one być również bardzo
uciążliwe dla srodowiska naturalnego. Dlatego omawianie zagadnień dotyczących
ścieków przemysłowych należy rozpocząć od charakterystyki szczególnie uciążli-

wych ścieków, powstających w głównych sektorach gospodarki narodowej.

5.3.1. Przemysł rafineryjny i petrochemiczny

Przemysł rafineryjny i petrochemiczny jest ważną częścią gospodarki narodowej,

gdyż wytwarza znacząca część dochodu narodowego. Charakterystyczną cechą tego
przemysłu jest to, że olbrzymia produkcja tego sektora przebiega w kilku zaledwie,
dużych zakładach przetwórczych. Jest to cecha niekorzystna z punktu widzenia
obciążenia środowiska naturalnego w rejonie sąsiadującym z zakładami petroche-
micznymi. z drugiej strony - koncentracja produkcji ułatwia wdrażanie progra-
mów, zmniejszających uciążliwość tego typu zakładów na środowisko.

W Polsce przetwarza się obecnie ok. 16 min Mg ropy naftowej, z czego ok. 3/4

przetwarza PKN ..Orlen S.A." w swoich zakładach w Płocku, a ok. 1/4 - Rafineria
Gdańska. Przetwórstwo ropy naftowej jest procesem złożonym i trudnym pod wzglę-
dem technologicznym. Produktami końcowymi tego procesu są paliwa płynne (ben-
zyna, oleje: napędowy i opałowy, paliwo lotnicze, propan i butan), produkty stale
to: asfalt, woski i wiele innych.

W trakcie przetwarzania ropy naftowej produkuje się także wiele cennych pół-

produktów chemicznych. Z tego powodu obok rafinerii buduje się zakłady przetwa-
rzające te substancje na surowce wykorzystywane w innych działach gospodarki. Tę
część produkcji nazywa się produkcja petrochemiczną. Obejmuje ona wytwarzanie
takich substancji, jak m.in.: etylen, tlenek etylenu, propylen, fenol, aceton, butadien,
ksyleny, metanol, a także tworzywa sztuczne, jak polipropylen czy polietylen.

Przetwarzanie ropy polega na jej wstępnym odsoleniu (przemyciu wodą),

a oczyszczona w ten sposób surowa ropa jest kierowana do węzła destylacji atmos-
ferycznej, gdzie następuje rozdział ropy na kilka podstawowych frakcji - benzynę
lekką, benzynę, oleje, naftę. Ciężkie frakcje ropy, pozostałe po destylacji atmosfe-
rycznej poddaje się destylacji próżniowej, prowadzonej pod zmniejszonym ciśnie-
niem. W tym procesie otrzymuje się ciężkie oleje napędowe i pozostałość, którą

kieruje się na instalacje krakingu'. Kraking termiczny polega na podgrzaniu pozo-
stałości do wysokiej temperatury, w której cząsteczki węglowodorów o dużej masie
cząsteczkowej ulegają rozpadowi na związki o mniejszej masie cząsteczkowej, bar-
dziej przydatne do produkcji paliw płynnych. Obecnie powszechnie stosuje się kra-

k

Procesy krakingu szerzej o m ó w i o n o w rozdz. 9 p o d r ę c z n i k a , w części p o ś w i e c o n e j technikom

unieszkodliwiania tworzyw sztucznych.

15S

5.2R0DLA ZAIMECHSiCZEN I SKOKI DiGRM)iCJl V 0 C V

king katalityczny, hydrokraking i hydr o o d siarczani e. czyi i procesy, które także pro-

wadzą do rozpadu wysokowrzącycti węgl (wodorów", aJe przebiegaj a w niższej tem-

peraturze i pod niższym ciśnieniem oraz w obecności katalizator ów. Pć iproduku
otrz\'inane w procesach destylacji (zwykłej i próżniowej) oraz po procesach kra-
kintiu poddaje się kolejnym, pozwalającym „uszlachetnić" paliwa, procesom: alki-
lacji, izomeryzacji, reformingowi. Ważną role odgrywają także procesy chemicznej
obróbki paliwa: usuwanie związków siarki, odasfaltowanie. izomeryzacja. W pro-
cesie przetwórstwa ropy naftowej powstaje wiele odpad ow i ścieków zawiera jących
zanieczyszczenia szkodliwe dla środowiska naturalnego. W tablicy 5.2 przedsta-

wiono charakterystykę wybranych strumieni ścieków powstających narożnych eta-
pach przetwórstwa ropy naftowej.

W latach 1980+200(1 przemysł rafineryjny w Polsce (i na świecie) znaiazl się

pod silną presji) istotnych czynników, których następstwem były działania popra-

wiające efektywność produkcji i zmniejszające koszty wytwarzania. Czynniki te byiy

związane z:

- zaostrzeniem norm dotyczących ochrony środowiska;
- zmniejszeniem subsydiów rządowych:
- wzrastającymi kosztami zatrudnienia:
- zwiększeniem wymagań w zakresie bezpieczeństwa technologii przemysłowej.

Tablica 5.2. Charakterystyka wybranych strumieni oaoaciowycli oowstaiących w trakcie niektórych etaoow przetwór-

stwa ropy naftowej'

Skład ścieków p r o c e s o w y c h

Ilość ścieków

E t a p p r o c e s u

Skład ścieków p r o c e s o w y c h

[dm^/m ropy]

O d s a l a n i e ropy

H i S . NH... fenol, d u ż a z a w a r t o ś ć zawiesin, duża
ilość soli. wysokie B Z T

32

Destylacja a t m o s f e r y c z n a

HUS.

N H

4 t

. f e n o l , d u ż a z a w a r t o ś ć zawiesin, chlorki.

m e r k a p t a n y , f e n o l , p o d w y ż s z o n e p H

39(1

K r a k i n g termiczny

H

3

S. N H ; . f e n o l , zawiesiny, wysokie p H . B Z T

i C h Z T

30

K r a k i n g katalityczny

W y s o k a z a w a r t o ś ć olejów, zawiesiny, fenole, cyjanki.
H , S . NH

4+

. wysokie p H . B Z T , i C h Z T

226

H y d r o k r a k i n g katalityczny W y s o k i e C h Z T . zawiesiny. H

;

S . niskie B Z T

;

30

Alkilacja

Niskie p H . zawiesiny, sole r o z p u s z c z o n e , C h Z T . H?S,
kwas siarkowy

b r a k danych

Izomeryzacja

Niskie p H . chlorki, resztki H . S i N H ;

b r a k danych

Polimeryzacja

H

;

S . NH

4

", p r z e m y w k i alkaliczne, m e r k a p t a n y .

wysokie p H

b r a k danych

R e f o r m i n g katalityczny

W y s o k a z a w a r t o ś ć olejów, zawiesiny. C h Z T . resztki
H

3

S

90

"W trakcie p r o c e s ó w hydroodsiarczania i h y d r o k r a k i n g u powstaja d u ż e ilości H

r

S i N H , . k t ó r e

muszą być o d p o w i e d n i o z a g o s p o d a r o w a n e i unieszkodliwione.

1 1 1

EPA Sector N o t e b o o k Project: Profile ofthe Petroleum Refimng Jndustry. Waszyngton. E P A 1 9 9 5 .

5.3. ŚCIEKI ?R2EWStOr.E

159

W USA powyższe czynniki doprowadziły do zamknięcia w latach 1980-M992

ok. 40% rafinerii i zakładów petrochemicznych, w większości niewielkich, prze-
twarzaiacych mniej niż 10 000 Mg ropy rocznie. Kilka dużych zakładów także ule-
gło likwidacji z powodu małej ich efektywności ekonomicznej i niespelniania stan-
dardów z zakresu ochrony środowiska. W Polsce zmiana wymogów formalnopraw-
nych dokonana na początku 1980 r. oraz uchwalenie Ustawy o ochronie środowi-
ska i ustawy Prawo "Wodne spowodowały zaostrzenie warunków uzyskiwania po-

zwoleń na odprowadzanie ścieków do wód powierzchniowych i zmusiły wiele za-
kładów petrochemicznych do usprawnienia gospodarki wodno-ściekowej.

Dobrym przykładem skuteczności podjętych w rym okresie działań jest zmniej-

szenie wskaźników zużycia wody i zrzutu ścieków odprowadzanych do wód po-

wierzchniowych Drzezjedenzpolskichzakladówpetrochemicznych (rys.5.5). Dzia-

łania inwestycyjne i organizacyjno-techniczne podjęte w tym zakładzie pozwolił}
na uzyskanie korzystnych efektów ekologicznych, w tym np. zmniejszono ładunek
ChZT odprowadzany do wód powierzchniowych o ok. 58%. ograniczono także
zrzut fenolu o blisko 90%. Wskaźniki zużycia wody przez polskie rafinerie są jed-
nak, pomimo postępu, jaki dokonał się w tym zakresie w ciągu ostatnich lat. nadal
zbyt duże i przekraczają normy określone w tzw. dokumentach referencyjnych
BAT

1

. Istnieje więc pilna potrzeba poprawy warunków gospodarowania wodą

i zmniejszania zrzutu ścieków z zakładów przetwarzających ropę naftową (tabl. 5.3).

Rys. 5.5. Roczne zuzycie wody i wielkość zrzutu ścieków w |ednym z zakiadów petrochemicznych w Polsce w latach

1980-^1998

BAT - Best Available Techniques (Najlepsze Dostępne Techniki), to system oceny technologii

i instalacji produkcyjnych, pozwalający określić m.in. graniczne wielkości emisyjne oraz wskaźniki ma-
terialo- i energochłonności produkcji realizowanej na ocenianej instalacji. Szerzej zagadnienie to zo-
stało omówione w ostatnim rozdziale podręcznika.

1 60 5. ŹRÓDŁA ZMIEC2VSZCZEŃ I SKUTKI QEGfMDMJI TCDV

Tablica 5.3. Wskaźniki e t e k m m o s c i vivicorzystams wodv «»produkcji rafineryjnej

W s k a ź n i k

» o b r y

Sredns

1

IN ieico rzystry.

S t o s u n e k ilości ścieków do ilości p o b i e r a n e j -ł'odv

0.547

0.506

0.737

S t o s u n e k ilości wody w obiegach chłodniczych

I

do ilości ścieków

1.968

1.095

11.452

S t o s u n e k ilości wody zużyLej do wytwarzania p a r y
do ilości ścieków

0.75.'

l).47d

11.3114

Z a p o t r z e b o w a n i e w o d y surowe j w m V M g r o p y

O.S

1,1

1.3

Z r z u t ścieków w m VMg ropy

0,26

0.4

0.54

Jednym z głównych kierunków działań, jakie powinny podejmować zakłady

przemysłu petrochemicznego, jest wdrażanie strategii polegającej na maksymal-
nym zamykaniu obiegów wodnych i stosowanie technologii pozwalających zwięk-
szać stopień wykorzystania wody, łącznie z wprowadzeniem opcjizerowego zrzu-
tu ścieków" („zero discharge"). Cel ten wymaga jednak zastosowania bardzo efek-
tywnych technik oczyszczania ścieków, tak aby zregenerowana w ten sposób woda
mogła być użyta z powrotem w procesach produkcyjnych.

5.3.2. Przemysł celulozowo-papierniczy

Przemysł celuiozowo-papierniczy jest jednym z najbardziej wodochłonnych prze-
mysłów. Wyprodukowanie 1 Mg papieru pochłania od 60 do 100 nr czystej wody

1

'.

Papier jest produkowany z wodnej zawiesiny drobnych włókienek celulozy (tz\\.
celulozowej masy włóknistej), którą filtruje się, prasuje i suszy w maszynie papier-
niczej, otrzymując gotowy produkt - wstęgę papieru. Głównym źródłem uciążli-

wych ścieków powstających w procesie produkcji papieru jest wytwarzanie masy
włóknistej. Proces produkcji papieru składa się bowiem z trzech podstawowych
etapów: produkcji celulozy, obróbki chemicznej i mechanicznej uzyskanej masy
włóknistej i wreszcie - produkcji papieru. Produkcja masy celulozowej rozpoczyna
się od odkorowania drewna i rozdrobnienia surowca na tzw. zrębki. Zrebki prze-

kazuje się do warników, gdzie pod ciśnieniem ok. 0.8 MPa w temp. 170°C. roztwa-
rza się drewno za pomocą ługu sodowego z dodatkiem siarczku sodowego. W trak-
cie tego procesu następuje oddzielenie włókien celulozy od innych składników drew-
na, takich jak ligniny, hemicelulozy i kwasy żywiczne, które ulegają rozpuszczeniu
i przechodzą do roztworu, tworząc tzw. ..ług czarny". Zawiesinę z warników prze-
syła się następnie do zbiornika wydmuchowego i kieruje na filtr, gdzie następuje

oddzielenie włókien celulozy od ługu i ich przemycie wodą. Odmyta masa celulo-

1 2

Wg zaleceń E P A , U S A .

1

' W nowoczesnych celulozowniach i papierniach zużycie wody m o ż e być znacznie mnieisze i kształ-

tuje się w granicach 30-S-50 m'7Mg masy celulozowej (papieru).

5.3. ŚCIEKI PRZEMYSŁOWE

1 6 1

zowa jest dodatkowo bielona'

4

za pomocą utleniaczy, takich jak np. związki chlo-

ru. ozon lub H,0

2

, a następnie przesyłana do miynow. Na tym etapie produkcji

masa jest mielona i sortowana, a uzyskana zawiesina włókien, po dodaniu środkow
uszlachetniających, jest kierowana na maszyny papiernicze, gdzie na filtrach ta-
śmowych jest formowana wstęga papieru, którą prasuje się i suszy. Otrzymany pa-
pier jest cięty w odpowiednie bele i konfekcjonowany.

Otrzymany w procesie roztwarzania drewna ..ług czarny" jest kierowany do

baterii wyparnej. gdzie następuje jego zatężenie. Uzyskana masa o dużej zawarto-
ści substancji organicznych jest przesyłana do kotła sodowego, gdzie następuje od-
zysk surowców używanych do roztwarzania drewna - NaOH i Na-.S, W procesie
tym odzyskuje się także energię pochodzącą ze spalania odpadowych związków
organicznych rozpuszczonych w ługu.

Produkcja masy celulozowej i papieru prowadzi do powstania dużej ilości

ścieków, które zawierają duży ładunek zanieczyszczeń, niekorzystnie oddziału-

jących na środowisko naturalne. Ścieki są mocno obciążone substancjami orga-

nicznymi, mają duże wartości BZT, i ChZT. Ponadto zawierają duże ilości za-

wiesin. często zabarwionych i są bardzo toksyczne dla organizmów żyjących
w wodzie

1

'

1

.

Glowne źródła ścieków powstających w trakcie produkcji celulozy i papieru

oraz ich ogólną charakterystykę przedstawiono w tabl. 5.4.

Tablica 5.4. Podstawowe zródta ścieków powstających w trakcie produkcji celulozy i papieru

Lp.

Faza procesu

Podstawowe zanieczyszczenia

1

Mycie papierówki i zrębków

Zawiesiny, duże B Z T

?

O

Roztwarzanie chemiczne drewna

Duże BZT

5

. redukujące związki siarki. C h Z T .

(kondensaty z warników i wyparek)

metanol

3

Sortowanie, oczyszczanie i zagęszczanie

Ligniny, zawiesiny, duże B Z T ,

masy celulozowej

4

Filtracja i mycie masy celulozowej po

Barwa. A O X Hgriny, CIO", CIO,

mieleniu i bieleniu

5

Wody obrotowe z maszyny papierniczej

Zawiesiny. B Z T , . A O X

W Polsce działa kilka wytwórni mas celulozowych zintegrowanych z papiernia-

mi (m.in. Mondi Packaging Świecie. International Paper Kwidzyn i Intercell Ostro-
łęka) oraz kilka papierni. Łącznie produkują one ok. 1,7 min Mg papieru rocznie,
a jego zużycie w przeliczeniu na jednego mieszkańca wynosi ok. 60 kg/'rok

lh

(dane

14

Do wytwarzania mas włóknistych, używanych później do produkcji tektury i papierów worko-

wych. nie stosuje się bielenia masy.

15

Zwiększona toksyczność jest spowodowana obecnością w ściekach organicznych związków chlo-

rowcopochodnych (chlorofenoli. dioksyn) powstających w trakcie bielenia celulozowej masy włókni-
stej za pomocą utleniających związków chloru - podchlorynow CIO" lub chloranów CIO;.

Wartość ta uwzględnia także import papieru.

162

5.ŻFWDŁA3UHEC2TSZCZEŃI SKUTKI »ECRAOUJI WOt>'-

R A M K A 5 .3

Adsoroowałne ?wiazki cltlorowcoorgairicziie - A O X

Zawartość chlorowcopochodnych związków organicznych. które niejednokrotnie

są szczególnie niebezpieczne dla środowiska naturalnego, ocenia się za pomocą wskaź-
nika o nazwie AOX. Stężenie tępo typu związków określa się wykorzystując fakt. iż
związki te doskonale adsorbują się na węglu aktywnym, Oznaczając masę związków,
które zaadsorbowaly się na próbce węgla aktywnego o określonych własnościach, wy-
znacza się w badanej próbce ścieku zawartość adscirbowalnych związków organicznych.

! czyli tzw. AOX.

i \ >

z roku 2002). Należy przypuszczać, że w najbliższej przyszłości zużycie papieru

w Polsce wzrośnie i zbliżymy się w tym zakresie do poziomu charakterystycznego

dla rozwiniętych krajów europejskich (tab!. 5.5). Oznacza to. że produkcja papieru

w Polsce w znaczący sposób ulegnie zwiększeniu.

Tablica 5.5. Zużycie papieru w przeliczeniu na 1 mieszkańca w wypranych

regionach świata w 1998 r.

!

Lp.

Region

Zużycie papieru

kg/rok

1

Stany Zjednoczone

318

9

Europa Zacnodnia (średnio)

173

3

Chinv

21

4

Polska

55

5

świat (średnio)

4K

Polski przemysł celulozowo-papierniczy reprezentuje poziom europejski, jeśli

chodzi o przestrzeganie norm ochrony środowiska. Jest to wynikiem licznych mo-
dernizacji, które przeprowadzono w polskich zakładach papierniczych w ostatnich
latach, oraz realizacji programów proekologicznych, które pozwoliły zbliżyć się do
poziomu, jaki reprezentują zakłady tego typu w krajach Europy Zachodniej. Pro-

gramy te obejmowały przede wszystkim: zamykanie obiegów wodnych i recykling
wody. ograniczenie emisji substancji oaorotwórczych z procesów zatężania ługu
czarnego, zmniejszenie emisji SO, i NO,.z kotłów sodowych, a także poprawę sku-
teczności usuwania zanieczyszczeń ze ścieków odprowadzanych do środowiska na-
turalnego. Polskie zakłady papiernicze osiągają obecnie wskaźniki emisji zanie-
czyszczeń. które spełniają wymagania określone w normach ochrony środowiska
obowiązujących w krajach Unii Europejskiej (tabl. 5.6).

1

Tarnawski W. Z. (red.): P o d a ż i p o p u p a p i e r u na świecie i w Polsce - perspektywa 2010. Lódź.

S P P 2000.

5.3. ŚCIEKI PRZEMYSŁOWE 1 6 3

Tablica 5.6. Emisja zanieczysiczen oo wod z DOlskicn celuiozowni siarczanowych na tie norm UE

Lp.

W s k a ź n i k

J e d n o s t k a

Polskie Z C P

W a r t o ś c i zalecane

w n o r m a c h U E

1

Z u ż y c i e w o d y świeżej

m ' / M g s.m.

2 5 + 9 0

3 0 + 5 0

?

Ilość ścieków

m

J

/ M g s.m.

2 0 + 7 5

1 5 + 2 0

Z r z u t (emisja) C h Z T

k g / M g s.m.

4 + 2 0

5 + 1 0

Z r z u t B Z X

(

k g / M g s.m.

0 . 4 + 0 . 7

0 . 2 + 0 . 7

5

Z r z u t A O X

k g / M g s.m.

0 . 1 1 + 0 . 1 2

0.4

5.3.3. Przemysł stalowy i hutnictwo

W hutnictwie i w przemyśle stalowym stosuje się technologie, które niekorzyst-
nie oddziałują na środowisko naturalne. Produkcja stali jest poważnym źródłem
emisji zanieczyszczeń gazowych, takich jak SO

:

. NO

v

i pyły zawierające metale

ciężkie. W trakcie procesów hutniczych powstają także duże ilości odpadów sta-
łych oraz ścieki przemysłowe zanieczyszczone jonami metali ciężkich i emulsja-
mi olejowymi. Przemyśl stalowy to drugi po górnictwie, największy „producent"
wód odpadowych w Polsce.

Produkcja stali składa się z kilku etapów:

- wzbogacanie rudy żelaza, polegające na separacji magnetycznej lub flotacji

oraz prażeniu rudy. W trakcie prażenia piryt zawarty w rudzie ulega utle-
nieniu do tlenku żelaza

2FeS + 3'/20

2

F e Ą + 2SCV (5.1)

- produkcja surówki z rudy w tzw. wielkich piecach, gdzie w obecności koksu

i topników następuje redukcja tlenku żelaza do metalu. Reduktorem jest

w tym procesie tlenek węgla, który tworzy się w wyniku pośredniej reakcji

redukcji CO, za pomocą węgla:

C + C O

:

2 CO (5.2)

F e , 0 , + 3 C 0 —• 2Fe + 3COy (5.3)

- produkcja stali polegająca na przedmuchiwaniu stopionej surówki tlenem,

w trakcie którego następu je utlenienie resztek węgla, krzemu i fosforu obec-

nych w surówce (w tej fazie procesu dodaje się do konwertera także topniki
i złom stalowy);

- odlewanie stali (ciągłe lub do kadzi odlewniczych):
- etap końcowy: produkcja wyrobów gotowych (walcowanie, wytrawianie,

galwanizacja).

164

5.2FS0DtAZANIEC2TS2CZEŃI SKUTKI DEGFMMCJI WODY

Ponieważ do produkcji stali niezbędny jest koks. często tui obok zakładów

hutniczych buduje sie koksownie, a produkcje koksu"" traktuje się jaioczęść pro-
cesu produkcji metalurgicznej.

Każdy z opisanych powyżej etapów procesu produkcji wyrobów stalowych nie-

korzystnie oddziałuje aa środowisko naturalne. Mocno obciążone ścieki powstają
przede wszystkim podczas korcowych procesów obróbki stali, czyli w trakcie wal-
cowania. wytrawiania gotowych wyrobów i podczas obróbki galwanizerskięj.

Ścieki zanieczyszczone bardzo niebezpiecznymi substancjami, taknni jak fe-

nol. pirydyna, amoniak, są wytwarzane podczas produkcji koksu. Duże ilości ście-
ków powstaja także w trakcie procesów pomocniczych, takich jak np. odsiarczanie
odgazów odprowadzanych z pieców hutniczych. W tablicy 5.7 podano wykaz pod-
stawowych zródel ścieków przemysłowych powstających w trakcie produkcji żela-
za i stali oraz wyrobów stalowych.

Tablica 5.7. Podstawowe źródła ścieków powstających w trakcie produkcji wyrobow stalowych

Lp.

Miejsce p o w s t a n i a ścieków

P o d s t a w o w e zanieczyszczenia

1

W z b o e a c a n i c rudy - ciecze p o a b s o r p c y j n e

J o n y Fe(]I i i M n ( I I ) , sole metali ciężkich.

z p r o c e s ó w o d s i a r c z a n i a i o d p y l a n i a odgazów zawiesiny

O

W o d y p r o c e s o w e z p r o d u k c j i surówki

Jony F e ( I I 1 i M n i l l ) . sole metali ciężkich.
zawiesiny

3

W y t r a w i a n i e w y r o b ó w stalowych

HC1. H

?

S O j . jony F e ( I I j i M n ( I I ) , sole m e t a l i

ciężkich

4

W a l c o w a n i e

Oleje, tłuszcze, C r f l l l 1. P b i l l J , duże C h Z T

5

G a i w a n i z a c j a

Solc Z n ( I I ) , C r ( I I I ) , C d ( I I ) . P b ( I I )

6

P r o d u k c j a koksu
a) ścieki z p r o c e s u gaszenia koksu m e t o d ą

N H ; . S

:

, CN", fenole, benzen. W W A .

m o k r ą

pirydyna, d u ż e B Z T

:

i C h Z T

b) ciecze w y c z e r p a n e z p r o c e s ó w absorpcji

N H

4 ł

, S

2

". CN". fenole, benzen. W W A .

gazów koksowniczych

pirydyna

W Polsce produkuje sie obecnie ok. 10 min Mg stali i wyrobów stalowych

rocznie, a ilość ścieków powstających w hutnictwie i przemyśle stalowym wynosi
ok. 200 min nr/rok. Ścieki o charakterystyce podanej w tabl. 5.7 muszą bvć pod-
dane oczyszczaniu przed odprowadzeniem ich do wód powierzchniowych. Naj-

ważniejszym problemem jest w takim przypadku usuniecie jonów metali ciężkich
oraz - w przypadku ścieków z produkcji koksowniczej - usunięcie toksycznych
substancji, takich jak: siarczki, amoniak, fenole i inne związki organiczne obecne
w tvch ściekach.

I k

P r o d u k c j a koksu polega na o g r z e w a n i u węgla bez d o s t ę p u powietrza do t e m p e r a t u r y ok. 110(1°C.

oddestylowaniu powstających p r o d u k t ó w ciekłych i smól węglowych zawartych w węglu oraz na odsiar-
czeniu p o w s t a j ą c e g o koksu.

5.3. ŚCIEKI PRZEMYSŁOWE

1 6 5

5.3.4. Gornictwc

W Polsce wydobywa się kilka rodzajów surowców mineralnych, jednak cztery pod-
stawowe - węgiel kamienny i brunatny, kruszywa oraz wapienie wydobywane na
potrzeby przemysłu cementowego, stanowią ponad 80% ogólnej masy wydobytych
surowcow minerairtych (rys. 5.6).

Z punktu widzenia technologii pozyskiwania kopalin wyróżnia się kilka rodza-

jów wyrobisk górniczych, łączących złoże surowca z powierzchnią. W kopalniach

odkrywkowych złoże jest udostępniane przez wybranie tzw. nadkładu i odsłonięcie
złoża. W kopalniach podziemnych dostęp do złoża uzyskuje się poprzez wyrobiska
korytarzowe (szyby) i wyrobiska komorowe. Eksploatację złóż prowadzi się na różnej
głębokości - od kilku czy kilkunastu metrów pod powierzchnią gruntu w przypad-
ku kopalni odkrywkowych do nawet 1500 ni w przypadku kopalni głębinowych.
Złoże kopalin eksploatuje się różnorodnymi technikami (metody strzałowe, kom-
bajny, kruszarki itp.), a urobek jest transportowany na powierzchnię systemem
taśmociągów, wózkami lub podajnikami.

Niezależnie od stosowanej technologii, jednym z podstawowych warunków

prowadzenia niezakłóconej eksploatacji górniczej jest odwodnienie złoża. System
odwodnien ma na celu odprowadzenie całości wód otaczających złoże oraz wód
opadowych, przesiąkających do złoża na skutek opadów. Odwodnienie musi objąć

jeden, a nawet kilka poziomów wodonośnych, a poziom wód kopalnianych powi-

120

100

80

c

2 60

4 0

20

0

Rys. 5.5. Wydobycie podstawowych surowców mineralnych w Polsce w 2004 r

Vj

W ę g i e l

k a m i e n n y

101

W ę g i e l

b r u n a t n y

6 1

W a p i e ń R u d \

m i e d z i

3 6

K r u s z y w a

32 | R u d y c y n -

| ku i o ł o w i u

S u r o w c e
d r o s o w c

Sól k a -

m i e n n a

2 4 :

R o p a

R u d

> ;

n a f t o w a

s i a r K

'

1

0 , 9

R o c z n i k S t a t y s t y c z n y . W a r s z a w a . G U S 2 0 0 5 .

1 6 6

5 2R0DŁA EWIE CZYSZCZEŃ I SKUTKI DEGRNMCJ NOW

nicn bvć obniżony o l +3 tri poniżej poziomu wyrobiska lub spąguzłoża. Odwod-

nienie uzyskuje się. drążąc studnie głębinowe, za pomocą którym odpompowuje

s

j e następnie wody kopalniane.

Wody kopalniane charakteryzuje zwykle duża zawartość soli mineralnych

i obecność zawiesin. W tablicy f.S przedstawiono ogólną charakterystykę wód ko-
palnianych pochodzących z rejonu wydobycia węgla kamiennego.

Lp- I

Wskaźnik

i Zakresy steżeń

Substancje rozpuszczone ogółem

200i>+70 000

Zawiesiny

1(10(1+11) 000

Metale ciężkie

(1,1 +0.6

Pvt węglowy

10+50(1

Wody kopalniane są swoistym rodzajem wód odpadowych, gdyż nie są to ście-

ki powstające w trakcie konwencjonalnego procesu technologicznego. Można wręcz

^wiedzieć, że są to wody wgłębne, naturalne, obecne w kole jnych warstwach wo-

d o n o ś n y c h .

Problemem jest jednak ich duże zasolenie, gdyż często są to solanki

o łącznej zawartości Cl" i SOj", powyżej 40+50 g/dm

3

ścieku. Ładunek soii odpro-

wadzonych do Wisły i Odrv razem z wodami kopalnianymi wvniosl ok. 5 min Mg

w roku 2000.

Należy także zaznaczyć, że odwodnienie kopalń powoduje powstanie w rejo-

nie kopalni leja depresyjnego - obszaru, na którym następuje obniżenie zwierciadła

wód podziemnych i zmniejszenie zasobów tych wód. zmniejszenie lub zanik pod-
/icinneeo zasilania rzek. występuje także zmiana reżimu hydrogeologicznego rzek

.

w ( ) £

] gruntowych, prowadząca do stepowienia oraz zaniku źródeł wody w sąsiedz-

k i e obszarów górniczych.

Obecnie w Polsce trwają próby zmniejszenia ładunku zanieczyszczeń odpro-

wadzanvch do rzek z wodami kopalnianymi. Polegają one na przykład na ponow-

n v r n

wtłoczeniu tych wód w głąb górotworu i zamykaniu ich obiegu, odzyskiwaniu

|

U

p produkcji soli z soianek czy wykorzystaniu mało zasolonych wód do cetów prze-

rpvslowvch. a nawet spożywczych. Rozważa sie także budowę rurociągów, które
tłoczyłyby zasolone wody kopalniane w dól rzeki, do miejsc, gdzie ryzyko nadmier-
nego zwiększenia stężenia soli w tej rzece jest mniejsze.

5 3 , 5 . B n e r g e t v k a

Energetyka to duży. ważny sektor gospodarki narodowej, grupujący zakłady zaj-

n n

i j ą c e

się wytwarzaniem oraz dystrybucją energii elektrycznej i cieplnej. Obej-

muje

o n z a

k '

a c i

y wytwarzające energię elektryczną, parę grzewczą oraz ciepłą

vV

odę rozprowadzana następnie w systemach centralnego ogrzewania. Paliwo do

5.3. ŚCIEKI PRZEMYSŁOWE

1 6 7

produkcji energii można pozyskiwać z różnych źródeł, ale obecnie dominujący
udział w tym zakresie wykazują paliwa pochodzące ze źródeł nieodnawialnych.
Do źródeł tych zaliczamy:

- złoża paliw kopalnych, takich jak: węgiel kamienny, węgiel brunatny, ropa

naftowa i gaz ziemny:

- złoża rud uranowych, z których produkuje się paliwo do reaktorów jądrowych.

Niestety, nadal mały udział w produkcji energii mają paliwa pochodzące ze

źródeł odnawialnych, takich jak np:

- biomasa roślinna (drewno, torf. słoma) i produkty jej przetwarzania (eta-

nol. estry olejów rzepakowych):

- energia: wiatru, wody, geotermalna, słoneczna.

Produkcja energii ze spalania paliw organicznych sprowadza się do szybkiego

utleniania tych paliw i uwolnienia dużych ilości energii chemicznej. Spalaniem na-

zywa się proces utleniania przebiegający w podwyższonej temperaturze, w obec-
ności tlenu, któremu towarzyszy powstanie płomienia i wydzielenie dużych ilości
ciepła oraz gazów spalinowych

2

'

1

. Wyzwolona w procesie spalania energia ma nie-

wielkie własności użytkowe i musi być zamieniona na energię elektryczną i/lub

energię cieplną pary wodnej o podwyższonym ciśnieniu. Jedynie w przypadku sil-
ników spalinowych, energia spalania paliwa jest zamieniana w komorze spalania

bezpośrednio na energie mechaniczną. Silniki spalinowe nie odgrywają jednak
większej roli w produkcji energii elektrycznej, w przeciwieństwie do ich szerokiego
zastosowania w transporcie do napędu: samochodów, statków, samolotów, loko-
motyw i innych środków transportu.

Proces produkcji energii elektrycznej rozpoczyna się od spalenia paliwa w ko-

tle energetycznym i wykorzystania powstającego ciepła do wytworzenia pary

wodnej (rys. 5.7).

Para jest produkowana w rurowym, przeponowym wymienniku ciepła, przez

który przepływa zdemineralizowana woda. Wymiennik ten (nazywany często plo-

mienicą, oplomkiem lub wytwornica paty) jest ogrzewany gorącymi spalinami uno-
szonymi z paleniska kotła, przy czym wymiana ciepła w tym przypadku następuje
nie tylko na drodze konwekcji, lecz w znacznym stopniu także na skutek promie-
niowania cieplnego emitowanego przez płomienie i ściany paleniska. W wymien-
niku ciepła woda jest zamieniana w parę. która jest następnie kierowana na łopat-
ki turbiny poruszającej generator prądu elektrycznego. Para-napędza turbinę, lecz
po przejściu przez turbinę ulega skropleniu. Odbywa się to w kolejnym przepono-
wym wymienniku ciepła - skraplaczu, chłodzonym przez wodę krążącą w obiegu

2 1

Paliwem m o ż n a w związku z tvm n a z w a ć substancje, k t ó r a : a) przy łączeniu się z t l e n e m wydzie-

la d u ż ą ilość ciepła, b) w y s t ę p u j e w przyrodzie w s t o s u n k o w o dużych ilościach, c) koszt jej wydobycia
i dostarczenia do miejsca spalania jest s t o s u n k o w o mały. Powyższa definicja nie o b e j m u j e paliwa jądro-
wego wykorzystywanego w e n e r g e t y c e j ą d r o w e j .

1 6 8

i. ZBĆDLA Z/INIECZSSZCZEN I SICUTKI » E 6 F W D M J N J J 1

S p a l i n y d o

o c z y s z c z a n i a

Węgiel

T

7

\ w

i-

P t o n n e n i c e

. :

/

Cłiłcdnia

P i ą i elektjyczny k o m i n o w a

T u r b i n y do sieci

N i rx

siJ

S k r a p l a c z '

Zuze?

/

' W

O b i e g p i e r w o t n y

Rys. 5.7. Schemat cieplnej elektrowni węglowej

O b i e e wtornv

chłodniczym. Skropliny ze skraplacza, czyli kondensat, powracają do kotła i są wy-
korzystane ponownie do produkcji pary . Ten obiegwody w układzie kocioł—plornu -
nica-turbina-skrapiacz nazywa się pierwotnym obiegiem parowo-wodnym.

Wtórny obieg tworzy natomiast woda chłodnicza przepływająca przez skra-

placz. służąca do skroplenia pary i ochłodzenia kondensatu. Woda ta po przej-
ściu przez skraplacz ulega podgrzaniu do temp. 80-^90°C i powinna być schło-
dzona. W układach z zamkniętym obiegiem chłodniczym proces ten odbywa się

w chłodniach kominowych lub wentylatorowych, w których zimne powietrze, pły-

nąc od dołu chłodni ku górze, kontaktuje się w przeciwprądzic z gorącą wodą
doprowadzoną do chłodni w 1/4 jej wysokości i rozprowadzoną wewnątrz chłod-
ni za pomocą systemu zraszaczy.

Wodę podgrzaną w skraplaczach można też skierować do sieci centralnego

ogrzewania, gdzie oddaje ona ciepło, ogrzewając pomieszczenia. Takie rozwią-
zanie pozwala racjonalnie wykorzystać dużą część energii cieplnej i powinno być
powszechnie stosowane, jeżeli tylko występują odpowiednie warunki techniczne
i ekonomiczne. Taki zintegrowany system produkcji energii elektrycznej i ciepl-
nej często jest nazywany skojarzonym, a zakład w ten sposób produkujący ener-

gię jest elektrociepłownią.

Woda w obiegu pierwotnym wykorzystywana do produkcji pary, musi być po-

zbawiona soli nieorganicznych, zawiesin i mikroorganizmów. Zanieczyszczenia te
są usuwane w stacjach uzdatniania i deminaralizacji wody, po przejściu których
oczyszczona woda nie tworzy kamienia kotłowego, nie powoduje przyspieszonej
korozji rur i zarastania przewodów kotłowych (płomienie)

2

'. W tego typu proce-

sach uzdatniania wody powstają duże ilości ścieków, gdyż jonity, wykorzystywane

2 1

W o d a w obiegu wtórnym (chłodniczym l nie musi być p o d d a w a n a demineralizacji, jest jednak

zmiękczana i usuwa się z niej mikroorganizmy p o w o d u j ą c e zarastanie obiegów chłodniczych.

5.3. ŚCIEKI PRZEMYSŁOWE

48

w procesach deiriineralizacji. muszą być co pewien czas regenerowane. W trakcie

regeneracji wymienników jonowych powstają silnie zasolone ścieki: siinie kwaśne,
gdy regeneruje sie kanonii. lub silnie zasadowe, gdy regeneracji jest poddawany

anionil. Skład ścieków powstających podczas produkcji energii elektrycznej w elek-

trowni konwencjonalnej przedstawiono w tabl. 5.9.

Tablica 5.9. Skład ścieków z Konwencjonalne! elektrowni i elekirocieplowni |mo/dm

3

)

2 2

i Lp-

M i e i s c e p o w s t a w a n i a

ścieku

p H

Zawiesiny

Sole

r o z p u s z c z o n e

Ż e l a z o

M i e d ź

1

P ł u k a n i e odżelaziaczy

-

1400

485

150

-

! 2 P ł u k a n i e filtrów

żwirowych

8 - 1 1

8 0 0 - 4 3 0 0

2 0 0 - 4 5 0

0 . 1 - 6 0

0 . 2 - 0 . 5

3

R e g e n e r a c j a k a t i o n i t ó w

0 . 1 - 2 , 5

0 - 1 2 0

2 0 0 0 - 4 2 0 0 0

0 . 4 - 1 8 0

0 , 3 - 1 . 0

: 4 R e g e n e r a c j a a n i o n i t ó w

1 1 - 1 2 . 4

0 - 6 0 0

1 0 0 0 - 1 2 0 0 0

1 , 2 - 6 . 0

0 - 0 , 6

5

T r a w i e n i e i mycie k o t ł ó w 2 . 5 - 2 , 7

1 3 0 0 - 3 3 0 0 0 4 0 0 0 - 4 0 0 0 0

4 0 0 - 3 5 0 0

3 - 1 9 0

Innym ważnym źródłem ścieków , pochodzących z elektrowni są wtórne wody

chłodnicze, które nazwano umownie „czystymi". Wody te są celowo wyprowadza-
ne z obiegów chłodniczych elektrowni, aby zapobiec ich nadmiernemu zatężeniu
przez sole gromadzące sie w tym obiegu. Natomiast w tych zakładach, gdzie nie
stosuje sie zamkniętych obiegów wodnych, woda chłodnicza z obiegu wtórnego po
przejściu przez skraplacz pary (i wychłodzeniu) jest odprowadzana bezpośrednio
do wód powierzchniowych. Należy podkreślić, że wody chłodnicze z wtórnych obie-
gów chłodniczych elektrowni stanowią największą pozycję w bilansie ścieków od-
prowadzanych do wód powierzchniowych w naszym kraju. W Polsce, w 2002 r.
odprowadzono do wód powierzchniowych 8,99 km

1

ścieków przemysłowych z cze-

go 6,71 kirf stanowiły właśnie wody chłodnicze, umownie nazywane czystymi. Mogą
one być niejednokrotnie ..zanieczyszczone" ciepłem, tzn. że mają temperaturę
powyżej +26°C. co przekracza wartości dopuszczalne dla IV klasy wód powierzch-
niowych. W takiej sytuacji jest wymagane poprawienie sprawności schładzania tego
typu ścieków przed wprowadzeniem ich do rzeki iub jeziora.

5.3.6. Podsumowanie

Kończąc omawianie problemów związanych z emisją ścieków z różnych sektorów
produkcji przemysłowej, trzeba zauważyć, że w Polsce przedsiębiorstwa rafineryj-
no-petrochemiczne, celulozownie i papiernie, a także huty, koksownie, zakłady
farmaceutyczne, zakłady włókiennicze odprowadzają do środowiska naturalnego

prawie 1 młd nr ścieków rocznie (tabl. 5.10).

~ Kucowski L.. Laudyn D.. Przekwas M.: E n e r g e t y k a a o c h r o n a środowiska. Warszawa. W N T 1994.

170 S.ŻROBŁAZANIECZTSZCZEŃI SKUTKI DEGRADACJI Wt

Tablica 5.10. Ścieki orzemys owe i min mvrelo wytworzone v

w»iiran/cii

sekiaracn ¡josDonarii naraocuei 2094 r.

Lp.

Sektor gospodarki rarodcwei

OjtćMem dc

oczyszczania

Oczyszczone

Oczyszczone

chemicznie

1 Górnictwo

291.6

261.2

26.5

-

Hutnictwo i przemysł stalowy

143.2

142.3

2.0

3 Przemvsi chemiczni

S7.J

85.4

42.0

4 Przemyśl celulozowo-papierniczy

68,*

1,8

5 Przemyśl petrochemiczny

15.7

15."

5.0

6 Przemyśl s u m o m ' i tworzyw sztucznych

3.7

0.(1

7 Produkcja tkanin i wyrobów włókienniczych

1.8

1.5

0.3

8 Koksownictwo

3 u .

-

3.9

1.3

9 Przemyśl cementowy i materiałów buaovlanvch

40,8

37.4

0.1

i

1(1 Przemyśl spożywczy

35.8

32.9

0.1

11 Pozostałe sektory gospodarki

148.3

139.2

27,8 |

Razem

841.3

790,8

107,5

Ścieki pochodzące z wymienionych w tabl. 5JO sektorów przemysłu zawierają

uciążliwe zanieczyszczenia, więc powinny być wstępnie oczyszczone, zanim zostaną

skierowane do oczyszczalni biologicznej. W ten sposób zabezpiecza się osad czyn-
ny przed nieodwracalnym uszkodzeniem lub zmniejszeniem jego aktywności. Tym-
czasem wg danych zawartych w tabl. 5.10. ok. 13% ścieków przemysłowych jest
oczyszczanych metodami chemicznymi, a pozostałe 87% jest kierowane bezpo-
średnio do oczyszczania biologicznego.

Z danych zawartych w tabl. 5.10 wypływa wniosek, iż konieczne jest zwiększe-

nie udziału metod chemicznych w procesach oczyszczania ścieków przemysłowych
pochodzących ze szczególnie uciążliwych sektorów gospodarki narodowej. Nie-
które spośród wykorzystywanych do tego celu technologii oczyszczania ścieków

przedstaw iono w rozdz. 8 podręcznika.

5.4. Obszarowe źródia zanieczyszczeń

Przez długi czas panowało dość powszechne przekonanie, że główną przvczvną degra-
dacji wód powierzchniowych i podziemnych są punktowe źródła zanieczyszczeń (np.
kolektory ścieków przemysłowych i komunalnych). Ostatnio pogląd ten uległ zmianie,
stwierdzono bowiem, że tzw. źródia obszarowe są poważnymi donatorami szkodli-

wych substancji deponowanych na powierzchni Ziemi i migrujących następnie dowód
gruntowych i powierzchniowych. Z danych przedstawionych w tabl. 5.11 jednoznacz-

nie wynika, że w niektórych przypadkach źródia obszarowe dostarczają nawet powyżej
9W,r ogólnej masy zanieczyszczeń spływających do zbiorników wodnych.

2

' Rocznik Statystyczny Ochrona środowisku. Warszawa. G U S 2005.

5.4. OBSZAROWE ZRCDtA ZANIECZYSZCZEŃ

1 7 1

Tablica 5.11. Procentowy udział zródel punktowych I ooszarowvcn w oostawie

zameczvszczen w U Si

i

Lp. Z a n i e c z y s z c z e n i e

Z r ó d i a p u n k t o w e Ź r ó d ł a o b s z a r o w e

i i

F o s f o r całkowity

34

66

A z o t całkowity

10

90

3

R o p o p o c h o d n e

30

70

i 4

M e t a i e cieżkie: !

1

- c h r o m

50

50

- arsen

95

? i

- ż e l a z o

5

95

- r t ę ć

98

o

Źródła obszarowe mogą być bardzo uciążliwe dla srodowiska przede wszyst-

kim dlatego, że bardzo trudno jest ograniczyć lub kontrolować emisję z tego typu
źródeł. Dotychczas nie są znane proste (w domyśle - tanie) technologie do neutra-
lizacji zanieczyszczeń, które są deponowane na dużym obszarze, a ponadto wystę-
pują w bardzo małych stężeniach. Poza tym bardzo trudno jest określić zasięg i wiel-
kość skażonego obszaru oraz poziom emisji zanieczyszczeń z tego typu żrouei.
Wymaga to bowiem kosztownych i długotrwałych badań, a bez informacji o wiel-
kości i charakterze emisji trudno jest podejmować decyzje co do konkretnych pro-
gramów naprawczych. Ograniczanie emisji ze źródeł obszarowych jest w wielu przy-
padkach bardzo trudne lub wręcz niemożliwe, a działania naprawcze sprowadzają
się w takim przypadku do działań o charakterze zapobiegawczym i prewencyjnym.

5.4.1. Rolnictwo

Wypłukiwane z gleby nawozy sztuczne, powszechnie stosowane w rolnictwie, sta-
nowią jedno z najpoważniejszych zagrożeń dla wód śródlądowych. Nawozy azoto-

we i fosforowe zawierają składniki pokarmowe i odżywcze niezbędne dla roślin do

ich prawidłowego rozwoju. Jednak nadmierne stosowanie nawozów sztucznych

powoduje, że część z nich jest wypłukiwana z gleby i przedostaje się do wód grun-

towych. a stamtąd do rzek i jezior. Większość obecnie stosowanych nawozów sztucz-
nych ma ponadto dodatkową niekorzystną cechę. Szybkość przyswajania składni-
ków pokarmowych (związków azotu i fosforu) przez rośliny jest dużo mniejsza niż
szybkość, z jaką składniki te są wypłukiwane do glębszychrwarstw gleby i w konse-
kwencji - do wód gruntowych. Rozsypany na polu nawóz może być szybko wypłu-
kany przez opady i tylko niewielka jego część będzie zasymilowana przez rośliny

2

.

Uwolnione z pól uprawnych składniki odżywcze (azotany, fosforan}', jon amonowy
i in.) trafiają do wód gruntowych i migrują do otwartych zbiorników wodnych wy-

2 4

Chelmicki W.: W o d a - zasoby, d e g r a d a c j a , o c h r o n a . W arszawa. Wyd. N a u k o w e P W N 21)01.

2 3

P r o b l e m ten rozwiązano, stosując nawozy o spowolnionym dziaianiu.

1 7 2

5. ŻRODŁA MNECTVSZC2EŃ I SMJHCI DEGKA DiCJl W9D"\

wołując w nicii niekorzystne zrn iany środo wiskowe. Najpoważniejszym problemern
jest zjawisko

eutrofiiacji

zbiorników wodnych. czvii nadmiernego wzrostu glonów,

sinic i roślinności wodnej, powodujące zarastanie zbiornikow i cieków wodnych, co
z kolei prowadzi do nasilenia procesów gnilnych i zmniejsza stężenie tlenu w przy-
dennych warstwach wody. Eutrofizacja zmniejsza zdolność zbiorników wodnych
ao samooczyszczania oraz powoduje wyginięcie wielu gatunków p/b i skorupia-
ków. które nie moga rozwijać siew środowisku o małym steżeniu tlenu.

Na obszarach, gdzie jest stosowana intensywna gospodarka rolna, poważny

problem stanowią wypłukiwane z pól środki ochrony roślin, w tym przede wszyst-
kim pestycydy i herbicydy. W wielu przypadkach ich degradacja pod wpływem czyn-
ników atmosferycznych jest bardzo powolna, wiec - podobnie jak nawozy sztuczne
- są one wypłukiwane przez opady atmosferyczne i trafiają do wód gruntowych,
a stamtąd do zbiorników wodnych. W ten sposób ulega pogorszeniu jakość wody
wypełniającej zbiorniki, a jeżeli jeziora lub rzeki służą celom gospodarczym (ho-
dowla ryb. ujęcia wody pitnej, tereny rekreacyjne), to tego typu zanieczyszczenie

w znaczący sposób obniża ich przydatność do tych celów . Związki organiczne za-
warte w środkach ochrony roślin mogą poza tym kumulować się w osadach den-

nych. gdzie ich stężenie może osiągnąć niebezpiecznie duze wartości.

5.4.2. Kwaśne opady

Klasycznym przykładem źródeł obszarowych są także kwaśne opady. Czyste, nieza-
nieczyszczone wody opadowe, czyli deszcze, mgły iub np. rosa, są zmineralizowane

w niewielkim stopniu, a stężenie soli nieorganicznych w tych roztworach waha się
w granicach 2+10 mg/dm

3

. Odczyn takich opadów jest lekko kwaśny o pH = 5-5-6,

gdyż krople wody. spadając na ziemię, absorbują niewielką ilość CO, z powietrza
atmosferycznego i tworzą wodny roztwor słabego kwasu węglowego. Jednak, jeżeli
w atmosferze występują obok CO

;

bezwodniki silnych kwasów nieorganicznych

(S0

3

, NOj). zakwaszenie jest o wiele silniejsze, a odczyn opadów spada do warto-

ści pH =4-r4.5

26

Kwaśne opady, jak już o tym wspomniano w rozdz. 4. mogą powodować

skutki bezpośrednie v. postaci uszkodzenia aparatów asymilacyjnych roślin,
defoliację drzew i niszczenie lasów, a także skutki pośrednie związane z wymy-

waniem z gleby zasadotwórczych kationów, takich jak: KU), Mg(Il). Ca(II) oraz

jonów metali ciężkich oraz jonów glinu Al(III). Zakwaszenie zbiorników wod-

nych spowodowane depozycją kwaśnych składników opadów atmosferycznych
może prowadzić do wyginięcia pewnych, wrażliwych na kwaśne środowisko ga-
tunków ryb i roślin wodnych.

2<

' W niektórych regionach Szkocji w latach 1 9 7 0 + 1 9 8 0 o d n o t o w a n o opadv o pH - 3.0.

5.4. OBSZAROWE ZRODLA ZANIECZYSZCZEŃ

1 7 3

innym problemem, związanym z obszarowym charakterem zanieczyszczeń,

przenoszonych przez opady atmosferyczne, jest depozycja na powierzchni Ziemi
metali ciężkich. W rejonach silnie zurbanizowanych i uprzemysłowionych opad
pvlów zawierających metale cieżkie jest znacznie większy niż na obszarach niesą-
siadujących z przemysłem.

Na rysunku 5.8 przedstawiono wielkość opadów wybranych metali ciężkich

w rejonie Krakowa oraz Suwałk. W większości przypadków opaci metali ciężkich
w rejonie silnie uprzemysłowionym, jakim są rejony Krakowa, przewyższa analo-

giczny opad zmierzony w Suwałkach. Na diagramie pokazano także średnią war-
tość opadów metali ciężkich notowaną w krajach Europy Zachodniej. Opadające
na powierzchnię ziemi metale ciężkie moga w sprzyjających warunkach zostać uwol-
nione z glebv i zanieczvszczac wody «runtowe.

I » 0 1

80

60

= 4 0

94

18

13

i

i •

Kraków

•

Suwałki

•

Europa

15

u l !

3.0

0 . 3 0.4

Cynk

Ołów

Miedź

Kadm

Rys. 5.8. Opad wybranych metali ciężkich w okolicach Krakowa i Suwałk; przykładowo podano średnie wartości zmierzone

w Europie Zachodniej

5.4.3. Składowiska odpadów

Nieodpowiednio zabezpieczone lub dzikie wysypiska śmieci i składowiska odpa-
dów są obszarowym źródłem wielu potencjalnie groźnych zanieczyszczeń. W trak-

cie składowania odpadków pochodzenia organicznego oraz innych odpadów uwal-
niane są do środowiska substancje, które mogą zanieczyszczać wody podskórne
i podziemne. Substancje te są uwalniane podczas procesów fermentacyjnych od-
bywających się wewnątrz składowisk oraz w wyniku bezpośredniego wypłukania
rozpuszczalnych zanieczyszczeń przez deszcze i topniejący śnieg. Skład odcie-
ków pochodzących z wysypiska jest bardzo zróżnicowany i zależy od składu mor-
fologicznego odpadow. Najniebezpieczniejsze pod tym względem są jednak od-
pady sklasyfikowane jako odpady niebezpieczne, których absolutnie nie wolno

174

5.2R0DIAZMHECZVS2CIEŃ I SKUTKI DEGRADACJI WODY

składować na nieuszczeinionycii. źle zaprojektowanych składowiskach. Ponie-

waż wiele takich składowisk nie spełnia dotychczas norm krajowych i europej-

skich, jest niezbędny ciągły monitoring wód gruntowych i podziemnych zlokali-

zowanych w pobliżu tych składowisk.

W tablicy 5.12 przedstawiono skład odcieków powstających w trakcie wypluki -

wania zanieczyszczeń ze składowiska odpadów komunalnych i porównano z nor-

mami zanieczyszczeń określonymi dla wód powierzchniowych IV klasy czystości.
Z lego porownania wynika, że odcieki ze składowisk odpadów wielokrotnie prze-
kraczają dopuszczalne normy stężeń zanieczyszczeń i powinny być bezwzględnie

oczyszczone przed skierowaniem do odbiorników wodnych.

Tablica 5.12. Średni skład odciekow pccnodzących ze składowisk odpadow komunalnych

Lp.

W s k a ź n i k

J e d n o s t k a

O d c i e k i

N o r m a dla I V k i a s v w ó d

1

Odczyn p H

_

6.84-8.4

5.5 4-9

2

BZT<

mg 0,/diTT

70.0-5-800.0

12

3

C h Z T

m i 0,/'din

467.0-5-6650,0

6(1

4

A z o t a m o n o w y

m g N H j / d i n

763.0-5-855,0

^

5

A z o t a z o t a n o w \

m g N O , / d r n

;

0.04-1.(1

5 0

6

Ż e l a z o

m g / d m

2.44-106.0

2.0

7

M i e d ?

m g / d m

O.Oi -=-0,014

0.1

8

Ołów

m g / d m

0.054-0.11

0.05

5.4.4. Tereny przemysłowe

Z terenów, na których są zlokalizowane zakłady przemysłowe, opady atmosferycz-
ne wypłukują duże ilości zanieczyszczeń. W wodach deszczowych są zawarte za-
nieczyszczenia charakterystyczne dia danego typu i rodzaju produkcji realizowa-
nej w zakładzie. Poza tym mogą to być zanieczyszczenia związane z użytkowaniem

środków transportu, czyli substancje ropopochodne, pyły, a także pyl węglowy ze
składowisk węgla zlokalizowanych przy zakładowych elektrociepłowniach.

Należ}' także podkreślić, że poważnym zagrożeniem dla srodowiska są tereny,

na których zakończono już działalność przemysłową, np. z powodu likwidacji za-
kładu. Pozostawienie takich obiektów bez należytego nadzoru prowadzi do nisz-
czenia budynków, rozpadu infrastruktur)', korozji zbiorników magazynowych i ru-
rociągów . Procesy te wywołują poważne szkody w środowisku naturalnym, a brak
nadzoru użytkownika powoduje, że brak jest także środków na rekultywację tych
terenów i przywrócenie ich do stanu przed wystąpieniem zanieczyszczeń. Nieczyn-
ne zakłady przemysłowe mogą więc stanowić poważne, choć często lekceważone

źródło zanieczyszczeń środowiska.

:

M a g d z i a r e k M „ U r b a n i a k W . : G o s p o d a r k a o d c i e k a m i n a składowiskach o d p a d ó w k o m u n a l -

nych. M a t . X K o n f . N a u k o w o - T e c h n i c z n e j Gospodarka odpadami komunalnymi. G d a ń s k - H e l s i n k i .
20(14. s. 144-161.

5.4. OBSZAROWE ŹRÓDŁAZANIECZYSZCZEŃ

RAMKA 5.4

1 7 5

Rekultywacja terenów po nieczynnych zakładach przemysłowych

W Karlsruhe (RFN) poważnym problemem dla tamtejszych wtadz miejskich były

teieny przemysłowe po dawnej gazowni i zakładach chemicznych, które zlikwidowano

pod koniec lat 80. ubiegłego wieku. Zajmowały one teren o powierzchni 100 000 nr
i były zlokalizowane w rejonie spływu wód gruntowych, kiore przenosiły zanieczyszcze-
nia wypłukiwane przez opady atmosferyczne do pobliskiego Renu. Stwierdzono, ze splvw
ten w okresie zwiększonych opadów wynosił nawet do 90 rys. nr zanieczyszczonych wód
podskórnych na dobę. Wody tc zawierały takie zanieczyszczenia jak m.in. benzen, wielo-
pierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWAl. chlorek winylu i inne tego typu za-
nieczyszczenia w steżeniach od 0.02 do 0.5 mg/dm'. Pod koniec lat 90. podjęto próbę
oczyszczenia tych wód gruntowych za pomocą tecnnik utleniania fotokatalitycznego.
..Sercem" instalacji było kilkanaście fotoreaktorów o średnicy 2 m i głębokości 17 m.
umieszczonych w szybach nawierconych w strefie spływu wód gruntowych. Każdy reak-
tor składa! się z 56 lamp UV o długości 1 m i mocy 40 W oraz złoża węgla aktywnego
o pojemności 23 m . Inwestycja kosztowała ok. 13 min euro, a koszty operacyjne instala-
cji wyniosły ok. 8 min euro/rok. Dzięki temu rozwiazaniu udało sie zredukować emisje
WWA i benzenu o ok. 70%, a chlorku winviu o ponad 80%.

\ : •

W Polsce poważnym problemem były i są do dzisiaj tereny po byłych bazach

wojsk radzieckich, tereny po zlikwidowanych zakładach hutniczych, zakładach che-
micznych i nieczynne wyrobiska górnicze, w tym np. zamknicte kopalnie węgla

kamiennego i siarki

5.4.5. Tereny zurbanizowane i szlaki komunikacyjne

Tereny miejskie, w tym przede wszystkim jezdnie, chodniki, place i dachy domów ,
to potencjalne źródło zanieczyszczeń, które są spłukiwane przez opady atmosfe-
ryczne do kanalizacji miejskiej i mogą trafiać do zbiorników wodnych. Do najczę-
ściej występujących zanieczyszczeń należą w takich przypadkach substancje po-
chodzące z użytkowania środków transportu miejskiego - benzyna, oleje napędo-

we i pyły. na których są osadzone cząstki sadz}' pochodzącej ze spalin samochodo-
wych. Spłukiwane są także pyły pochodzące z erozji powierzchni asfaltowych oraz
pvłv powstające na skutek ścierania się opon samochodowych, zawierające WWA

i metale cieżkie. Wszystkie te substancje trafiają po każdym deszczu do kanalizacji

burzowej i są odprowadzane do oczyszczalni ścieków komunalnych, gdzie mogą
kumulować się w osadzie czynnym, albo też trafiają bezpośrednio do wód powierzch-
niowych, gdyż w przypadku gwałtownych opadow wody burzowe kieruje się nie-
jednokrotnie awaryjnym kanałem zrzutowym wprost do rzeki. Innym, trudnym do

uchwycenia i zlokalizowania źródłem emisji zanieczyszczeń są wycieki z uszkodzo-

nych systemów kanalizacji miejskich i kanałów odprowadzających nieczystości.
W wielu przypadkach systemy te były budowane wicie lat temu. a obecnie ich kon-
serwacja i utrzymanie w dobrym stanie technicznym iest mocno utrudnione.

176

5. ZROBIĄ 2AMIECZYS2CZENI S KIJKI B E G R I D J O WO D>'

Drogi, autostrady oraz mosty są poważnym źródłem emisji szkodliwych sub-

stancji. Z jezdni i chodników są spłukiwane zanieczyszczenia pochodzące z użyt-
kowania środków transportowych, czyli oleje napędowe. benzyna, smary.cząstecz-
ki sadzy, a także pyły wypłukane z erodującej powierzchni asfaltowej. Zanieczysz-
czenia te trafiają zwykle do wód powierzchniowych, gdyż szlaki komunikacyjne
nolożone poza obszarami miejskimi nie sę przeważnie podłączone do sieci kanali-
zacji ogólnospławnej. Szczególne zagrożenie stanowią mosty przerzucone nad zbior-
nikami wodnymi, ponieważ ich odwodnienie i skanalizowanie jest często utrudnio-
ne. a spłukiwane z powierzchni mostów zanieczyszczenia trafiają wprost do wód
powi e rzchniowy ch.

5.4.6. Podsumowanie

W Polsce ze źródeł punktowych jest odprowadzanych rocznie do wód powierzchnio-
wych ok. 9 mld nr' ścieków

2

". Od lat 80. ubiegłego wieku w Polsce obserwuje się ciągły

spadek ilości ścieków odprowadzanych do wód powierzchniowych (rys. 5.9). Jedno-
cześnie systematycznie rośnie ilość ścieków oczyszczanych metodami biologicznymi.

W 1980 roku aż 42% ścieków wymagających oczyszczania, czyli ścieków, które

nie są wodami pochlodniczymi. nie hylo oczyszczanych i odprowadzano je bezpo-
średnio do wód powierzchniowych. Obecnie odsetek ścieków odprowadzanych do
rzek i jezior bez oczyszczania spadł do 9%. co dowodzi znacznego postępu, jaki
dokonał się w dziedzinie ochrony wód powierzchniowych przed zanieczyszczeniem.

16 000

12 0 0 0

8000

4 0 0 0

1 2 0 1 1

11 3 6 8

O g ó ł e m

-ł Ścieki k o m u n a l n e
- h - Ścieki p r z e m y s ł o w e

9 6 6 9

9 0 5 5

9981

9161

8 9 9 0

9 1 2 0

ń

8 1 2 9

*

7 6 6 7

*

7 6 3 6

-L

7 8 2 6

2 3 4 2

2 3 1 4

6 - —

1852

1494

1353

1294

1

1980

1990

1995

2000

2002

2 0 0 4

Rys. 5.9. Ilość ścieków odprowadzonych do wód powierzchniowych w Polsce w latach 1 9 8 0 4 - 2 0 0 4 " ; ponad 80% ścieków

przemysłowych stanowią wody chłodnicze - umownie czyste

"

s

Ścieki p o c h o u z ą c e ze źródeł obszarowych nie są u j m o w a n e w statystykach.

2

'' Rocznik Statystyczny Ochrona środowisku. Warszawa. G U S 2005.

5.5. SKUTKI ZANIECZYSZCZENIA WODY

177

Jeinak owe 9% z ogólnej ilości 2.1 mld nr ścieków wymagających oczyszczania to
nadal olbrzymi strumień ścieków niekorzystnie oddziałujących na środowisko.

Należy przy tej okazji zwrócić uwagę na fakt. iż skuteczność usuwania zanieczysz-
czę n w polskich oczyszczalniach ścieków nie jest zadowalająca. Świadczy o tym
diagram przedstawiony na rys. 5.10, z którego wynika, że tylko 47% ścieków jest
oczyszczanych ze sprawnością większą niż 90%, a w przypadku prawie 20%> spraw-
ność "usuwania ChZT jest mniejsza niż 75%. Istnieje też pewna „czarna" liczba

oczyszczalni, które nie podają sprawności usuwania ChZT i jak należy przypusz-
czać - nie jest to wartość duża.

B r a k d a n y c h

Rys. 5.10. Sprawność usuwania ChZT ze ścieków komunalnych i przemysłowych (r/) w polskich oczyszczalniach ścieków

w 2004 r. (w % ogólne] ilości ścieków podaawanych oczyszczaniu)

31

Nadal występuje więc pilna potrzeba budowy nowych oczyszczalni ścieków,

tak aby zmniejszyć do minimum ilość ścieków kierowanych do wód powierzchnio-

wych bez oczyszczania. Poza tym należy systematycznie rozwijać i doskonalić tech-

nologie oczyszczania ścieków, co pozwoli na zwiększenie skuteczności usuwania
zanieczyszczeń ze ścieków. Zagadnienia te omówiono w rozdz.,8 podręcznika.

Ładunek zanieczyszczeń odprowadzany do wód wraz ze ściekami wywołuje nieko-
rzystne skutki środowiskowe, które mają charakter bezpośredni i pośredni. W spo-
sób bezpośredni zmienia się skład fizykochemiczny wody oraz jej stan sanitarny, co
powoduje niszczenie naturalnych biocenoz wodnych i wymieranie mniej odpor-

R o c z n i k Statystyczny Ochrami środowiska. Warszawa. G U S 2005.

5.5. Skutki zanieczyszczenia wody

178

5- Z RODU ZANIECZYSZCZEŃ! SKUTKI OEGRADflCJIWCDY

riych gatunków ryb. roślin i skorupiaków zamieszkujących zanieczyszczone wody.
Natomiast pośrednie skutki zanieczyszczenia dotyczą takich zjawisk, jak:

- zakłócenie naturalnie ukształtowanych łańcuchów pokarmowych i kumu-

lowanie się ekotoksyn w tkankach roślin i zwierząt:

- pogarszanie się jakości powierzchniowych ujęć wody pitnej:
- obniżenie produktywności jezior i rzek. skutkujące zmniejszeniem ich zna-

czenia gospodarczego.

5.5.1. Klasyfikacja jakości wód powierzchniowych

Abv ocenić jakość wód powierzchniowych, tj. rzek. strumieni, jezior, terenów ba-
giennych i in., w Polsce wprowadzono system klasyfikacji, w któryin wyróżniono
pięć klas czystości wód (tabl. 5.13).

Wodę zalicza się do określonej klasy czystości, porównując wartości wskaźni-

ków jakości tej wody z wartościami granicznymi określonymi dla każdej z klas. Wskaź-
ników jakości wody jest ogółem 53 i zostały one podzielone na następujące grupy:

- fizyczne', temperatura, odczyn pH. barwa, zapach, zawiesiny ogólne:
- tlenowe, w tym m.in. BZT

5

, ChZT. zawartość tlenu rozpuszczonego, ogólny

węgiel organiczny:

- biogenne, m.in. azot ogólny, fosforany, amoniak, azotany:
- zasolenia, np. zawartość siarczanów, chlorków, substancji rozpuszczonych,

przewodność:

- zawartości metali, w tym metali ciężkich, m.in. chromu, miedzi, rtęci, kad-

mu, ołowiu, arsenu i in.:

- zanieczyszczeń przemysłowych: fenołe. pestycydy, anionowe substancje po-

wierzchniowo czynne, oleje mineralne i in.:

- biologiczne: saprobowość fitoplanktonu i peryfitonu, zawartość chloro-

filu ..a", indeks bioróżnorodności i indeks biotyczny:

- mikrobiologiczne: liczba bakterii grupy Coli typu kałowego, liczba bakterii

grupy Coli.

Wykaz wartości granicznych kilku wybranych wskaźników jakości wody. okre-

ślonych dla każdej z pięciu klas jakości wody. zestawiono w tabl. 5.14.

Klasę czystości wody w zbiorniku lub rzece określa się na podstawie pomiarów

wartości wymienionych powyżej 53 wskaźników jakości. Zmierzone wartości po-

równuje się z wartościami granicznymi i na tej podstawie określa się klasę czystości

wody. Ponieważ wskaźników jest aż 53, praktycznie zawsze pojawia się problem
polegający na tym. że część wskaźników można zaliczyć np. do klasy I. ale inne
mieszczą się w klasie wyższej, tzn. w II. III lub IV. W tej sytuacji jest niezbędne
zastosowanie reguły wyboru, która pozwoli zaliczyć wodę do określonej klasy. For-
muła reguły wyboru jest następująca: badana wodę kwalifikuje się do tej klas}' jako-

ści wód. która reprezentuje 90% parametrów wyznaczonych podczas pomiarów war-

5.5. SKUTKI ZiNI E c z r a c n m A A/ODY

1 7 9

tości wskaźników wody. Inaczej mówiąc. badaną wodę można zakwalifikować do
danej klasy. np. do klasy II. jeżeli 47 spośród 53 wskaźników (tj. 90% z 53) należy
do klasy II. I nie ma najmniejszego znaczenia, w której klasie jakości wód znajduje
się pozostałe ó wskaźników charakteryzujących badaną wodę.

Tablica 5.13. Klasyfikacja sianu iakosci wód oowierzchniowych oDowiazwaca od 2004 r

IN azwa

O p i s

C h a r a k t e r y s t y k a

luasa 1

•Vy'ody o b a r d z o
d o b r e j jakości

a ) s p e ł n i a j ą w y m a g a n i a o k r e ś l o n e dla wód p o w i e r z c h n i o w y c h

wykorzystywanych do z a o p a t r z e n i a ludności w w o d ę p r z e z n a c z o n ą

do spożycia, w p r z y p a d k u ich u z d a t n i a n i a s p o s o b e m właściwym
dia kategorii A l .

b i wartości biologicznych w s k a ź n i k ó w jakości w o d y nie w s k a z u j ą

n a ż a d n e oddziaływania a n t r o p o g e n i c z n e

KJasa tl W o d y o d o b r e j

jakości

a) s p e ł n i a j ą w o d n i e s i e n i u do większości w s k a ź n i k ó w jakości w o d \

w y m a g a n i a o k r e ś l o n e dia w ó d p o w i e r z c h n i o w y c h
wykorzystywanych do z a o p a t r z e n i a ludności w w o d ę p r z e z n a c z o n ą
do spożycia, w p r z y p a d k u ich u z d a t n i a n i a s p o s o b e m właściwym

dla kategorii A 2 .

b) wartości biologicznych w s k a ź n i k ó w jakości w o d y wykazują

niewielki wpływ o d d z i a ł y w a ń a n t r o p o g e n i c z n y c h

1 KJasa 111 W o d y

o z a d o w a l a j ą c e j

jakości

a ) s p e ł n i a j ą w y m a g a n i a o k r e ś l o n e dla w ó d p o w i e r z c h n i o w y c h

wykorzystywanych do z a o p a t r z e n i a ludności w w o d ę p r z e z n a c z o n ą
do spożycia, w p r z y p a d k u ich u z d a t n i a n i a s p o s o b e m właściwym
dla kategorii A 2 .

b ) wartości biologicznych w s k a ź n i k ó w jakości w o d y w y k a z u j ą

u m i a r k o w a n y wpływ o d d z i a ł y w a ń a n t r o p o g e n i c z n y c h

Kiasa IV W o d y o nie-

z a d o w a l a j ą c e j

jakości

a ) s p e ł n i a j ą w y m a g a n i a o k r e ś l o n e dla w ó d p o w i e r z c h n i o w y c h

wykorzystywanych do z a o p a t r z e n i a ludności w w o d ę p r z e z n a c z o n ą

do spożycia, w p r z y p a d k u ich u z d a t n i a n i a s p o s o b e m właściwym
dla kategorii A 3 .

b ) wartości biologicznych w s k a ź n i k ó w jakości w o d y wykazują

zmiany ilościowe i j a k o ś c i o w e w p o p u l a c j a c h biologicznych,
n a s k u t e k o d d z i a ł y w a ń a n t r o p o g e n i c z n y c h

Klasa V W o d y o ziej

jakości

a) nie s p e l n i a j a w y m a g a ń dia w ó d p o w i e r z c h n i o w y c h

wykorzystywanych do z a o p a t r z e n i a ludności w w o d ę p r z e z n a c z o n ą
d o spożycia.

b ) wartości biologicznych w s k a ź n i k ó w jakości w o d y w y k a z u j ą zmiany

p o l e g a j ą c e n a zaniku w y s t ę p o w a n i a z n a c z n e j części populacji
biologicznych, na s k u t e k o d d z i a ł y w a ń a n t r o p o g e n i c z n y c h

3 1

R o z p . M i n . Ś r o d o w i s k a z 11 lutego 2004 r. w sprawie klasyfikacji dla p r e z e n t o w a n i a stanu wód

powierzchniowych i p o d z i e m n y c h , s p o s o b u p r o w a d z e n i a m o n i t o r i n g u o r a z s p o s o b u interpretacji wyni-
k ó w i prezentacji stanu tych w ó d f D z U 2004.32.284).

1 8 0

5.ŻRÓDU ZANIECZYSZCZEŃ I SKUTKICEBRA0/CIIV0ITV

Tablica 5.14- Wartości graniczne kilku wył) randek mstaznikom jakości won/ w klasach M iskusci wed Jowit •

rzchmowycf:

Lp.

Wskaźniki

1

II

II!

r v

1 Temperatura wod\

"C

22

24

26

28

> 2 §

2 Odczyn

pH

6.5+8.5

Ö.( 1+8.0

6.11+ 9,0

5.5+9.1»

c>,5 lul>

>9.(1

3 BZT--

ing 0,/diri'

-

t>

> 1 2

4 C h Z T ,

mg C y d n r

III

20

30

60

>fi(i

5 Azot ogólny

mg N/drrr'

2 s

5

10

20

> 2 0

6 Fosfor ogólny

m» P/dir

1

o.:

0.4

0,7

'

>1.0

Chlorki

mg/dir

10(i

20(1

300

400

>400

S Siarczan;.

mg/rim

100

15(1

250

300

>30(1

9 Cynk

mg/am

1

0.3

0,5

1

0

> 2

10 Chrom

mg/dm

0,05

0.05

0.05

0.1

>0.1

11 Oiov

mg/dm

0.01

0.01

0.02

0.05

>0.05

12 Fenole

mg/dm-

0.001

0,005

0,01

0.05

>0.05 I

13 Chlorofil „a"

Hg/dm

1

1(1

25

50

toil

> 1 0 0 1

14 Liczba bakterii Coli w 100 cm

3

20

200

2000

20000

> 2 0 0 0 0 ;

typu kałowego

W chwili obecnej trudno jest ocenić stan jakości wód powierzchniowych w Pol-

sce na podstawie klasyfikacji opisanej powyżej, wprowadzonej do stosowania
w 2004 r. Opracowania dotyczące klasyfikacji jakości wód. wykonane w latach

1963-^2003, opierały się na zupełnie innej metodyce. Przede wszystkim jakość wod\

określano na podstawie trzech klas czystości:

- I klasa czystości obejmowała rzeki i jeziora zawierające wody o wysokiej

jakości, które mogły być wykorzystane do zaopatrzenia ludności w wodę do
picia, do hodowli ryb łososiowatych i zasilania zakładów przemysłowych
wymagających wody o wysokiej jakości:

- II klasa czystości - wody o tej klasie czystości mogły być wykorzystane do

hodowli zwierząt gospodarskich i ryb innych niż łososiowate oraz do celów
rekreacyjnych, czyli uprawiania sportów wodnych i organizowania kąpielisk:

_ III klasa czystości - obejmowała wody. które można było wykorzystać do

nawadniania terenów rolnych i ogrodniczych, zasilania zakładów przemy-
słowych niewymagających wody wysokiej jakości: oraz

- wody pozaklasowe, które nie mieściły się w wyżej wymienionych trzech kla-

sach czystości.

Inne były także wartości graniczne wskaźników jakości wody w poszczegól-

nych klasach czystości (tabl. 5.15). Poza tym, jeżeli wody powierzchniowe charak-
teryzował choćby jeden tylko wskaźnik typowy np. dla III klasy czystości, to cho-
ciaż inne wskaźniki mieściły sie w I klasie czystości, wodę te należało zakwalifiko-

ibidem. Załącznik nr 1.

5.5. SKUTKI ZANIECZYSZCZENIA WODY

RAMK/ 5.5

181

Wyznaczanie wartości stężeń zanieczyszczeń w wodach powierzchniowych

Odpowiednie przepisy określają tzw. referencyjne metodyki analityczne wyznacza-

nia stężeń zanieczyszczeń wód powierzchniowych. Częstotliwość wykonywania pomia-
rów icst ściśle określona, tzn. że pomiary wartości wskaźników fizycznych, tlenowych,
biogennych, mikrobiologicznych i zasolenia należy wykonywać minimum l raz w miesią-

cu (pozostałe wskaźniki oznacza się raz na kwartał lub nawet raz w roku - np. wskaźniki
biologiczne lub przemysłowe). Uzyskane wyniki pomiarów należy opracować w ten spo-
sób, żc z otrzymanej serii (minimum) 12 wyników należy obliczyć 90. percentyl. Oblicza
się go wg następującej metodyki: tworzy się funkcję częstości, grupując wyniki uzyskane
w danei serii pomiarów zgodnie z przedziałami uzyskanych wartości, tak jak to przedsta-
wiono w tabeli poniżej (założono, dla ułatwienia obliczeń, że w ciągu roku wykonano 5(1
pomiarów stężenia jakiegoś zanieczyszczenia):

Przedział

wartości stężeń

¡mg/dm-

1

]

Liczba pomiarów,

w których uzyskano

wartość* z danego

przedziału

Częstość

występowania

wartości x z danego

przedziału [%]

0 < j s ; 1 0

->

4.0

10 < x s; 20

10

20.0

2 0 < J $ 3 0

15

30.0

30 < .r s; 40

15

30,0

4(1 < x < 50

5

10,0

5U<x< 60

3

6.0

Razem

50

100.0

Na podstawie tabeli częstości tworzy się skumulowaną funkcję rozkładu częstości,

czyli jego dystrybuantę:

i Wartość steżenia.'

-

| mg/dm

3

]

Skumulowana częstośc występowania

pomiarów, w których uzyskano

wartości mniejsze lub r ó w n e * [%]

A: < 1 0

4

* s C 2 0

24

x i: 30

54

x < 40

84

x < 5 0

94

x < 60

100

Na podstawie skumulowanej funkcji częstości przedstawionej w tabeli i na rysunku

poniżej, można wyznaczyć 90. percentyl serii pomiarów. Jest to taka wartość stężeniax.
że 90% wszystkich wyników pomiarów ma wartość mniejsza lub równa tej wartości. W tym
przykładzie jest to w a r t o ś ć ^ = 42 mg/dm .

Wyznaczoną wartość 90. percentyia traktuje się jako wartość wskaźnika jakości wody.

którv stosuje się do określenia klasy czystości.

1 8 2

5. ŹRÓDŁA ZANIECZYSZCZEŃ I SKIT1KI D£GRM>ACJI WODY

R A M K A 5 . 5 (od.)

/

W t y c h

przypadkach gdy wykon uje się mniej

n i ż

12 pomiarów rocznie, do określe-

nia klasy czystości nie stosuje sie90. peicentjda.lecz wybiera się wartość najniekorzyst-
niejszą-sposród uzyskanych.

1 0 0 %

9 0 %

60%

4 0 %

20%

0%

0 20 40 ~ . 60 m g / d n

« 9 0

n

;

waćdo nizszej III klasy czystości. Decydował o tym jeden najgorszy wskaźnik, obec-

nie decyduje kilka wskaźników. System ten, juz nieobowiazujacy. bvl mocno kryty-
kowany m.in. dlatego, że nie byl zgodny z tzw. Ramową Dyrektywą Wodną Unii
Europejskiej (Directive 2000/60/EC).

Tablica 5.15. Graniczne wartości wybranych wskaźników zanieczyszczeń w wonach o okreśionei klasie czystości

| Lp.

W s k a ź n i k

J e d n o s t k a

Kiasa czystości

| Lp.

W s k a ź n i k

J e d n o s t k a

i ; u

III

1

T e m p e r a t u r a

° C

00

26

26

1 O Odczyn pH

H

6.5-=-8.5

6,5-5-9.0

6 . 0 + 9 . 0

i 3 B Z T ,

m g 0 , / d n r '

4

8

12

4

C h Z T

c r

m g O J d n r '

25

70

100

5

A z o t ogólny

m g N / d m '

5

10

15

F o s f o r ogólny

m g P / d m '

0.1

0.25

0.4

i

Chlorki

m g / d m '

250

300

400

8

Siarczany

m g / d m '

150

200

250

9

Cynk

m g / d m

?

0.02

0.02

0.02

1(1 C h r o m ( V I )

m g / d m

!

0.05

0,05

0.05

U

Ołów

m g / d m '

0.05

0.05

0.05

12

F e n o l e

m g / d m '

0.005

0.02

0.05

13

Chlorofil ..a''

m g / d m '

10

20

30

H

M i a n o Coli typu k a ł o w e g o

1.0

0.1

0.01

" Wg R o z p . M O Ś Z N i L z 5 listopada 1991 r. w sprawie klasyfikacji w ó d oraz w a r u n k ó w , jakim

powinny o d p o w i a d a ć ścieki w p r o w a u z a n e do w ó d i ziemi.

5.5. £ KUTKI ZANIECZYSZCZENIA WOD

v

183

W dalszej części podręcznika niektóre dane dotyczące klasyfikacji czystości

wód powierzchniowych w Polsce są z konieczności

3

"* podane na podstawie trój-

stopniowej skaii oceny jakości wód.

5.5.2. Ocena stanu czystości rzek

Stan czystości polskich rzek od wielu lat pozostaje na niskim poziomie i to pomimo
oddania do użytku wielu nowych oczyszczalni ścieków i uporządkowania gospo-
darki wodno-ściekowej w wielu zakładach przemysłowych, miastach i gminach. Jest
to następstwem m.in. tego. że z ponad 2,1 mld nr' ścieków wymagających oczysz-
czania nadal aż 190 min nr' ścieków rocznie nie jest oczyszczanych żadną metodą,
a następne 580 min nr jest oczyszczanych tylko mechanicznie'". Dowód powierzch-
niowych trafia więc potężny ładunek zanieczyszczeń mikrobiologicznych. BZ1 -
i substancji biogennych. Fakt ten powoduje, że odsetek wód o najwyższej klasie
czvstosci w Polsce wynosi ok. 7%. a ponad 19% stanowią wody pozaklasowe.

W ciągu ostatnich 10 lat nastąpiła znaczna poprawa jakości wody w rzekach.

gcivż w okresie tym można zaobserwować spadek ilości wód pozaklasowych (rys. 5.11).
Jednak, kiedy przeprowadzi się klasyfikację stanu polskich rzek. stosując do tego
celu bardziej rygorystyczne kryterium mikrobiologiczne, to wynika, że nie 17%, ale
ponad 40% tych rzek ma wody nadmiernie zanieczyszczone. Tak duże zanieczysz-

100%

n Klasa I
• Klasa II
• Klasa 111
d Pozaklasowe

2000 2002

Rys. 5.11. Stan czystości rzek wg kryterium fizykochemicznego w Polsce w latach 1990+2000 wyrażony w % długości rzek

należących do określonej klasy czystości

30

" W momencie oddania podręcznika do druku nie istniały opracowania oceniające stan jakości

wód powierzchniowych w Poisce wykonane wg obowiązującej od lutego 2004 roku klasyfikacji.

3

' Przez ścieki oczyszczane mechanicznie rozumie się ścieki poddane procesowi usuwania zanie-

czyszczeń nierozpuszczalnych tj. ciał stałych i tłuszczów (ulegających osadzaniu lub flotacji), przy uży-
ciu krat. sit. piaskowników i odtiuszczaczy.

36

Wg Rozp. M O Ś Z N i L z 5 listopada 1991 r. w sprawie klasyfikacji wód. Rocznik Statystyczny

Ochrona środowiska. W arszawa. G U S 2005.

184

5. ZRDDM ZAMIEĆ ZYSZCZEN I SKUTKI M C R A D M J 7V0DV

czenie wód rzecznych mikroorganizmami iekainyrni dobitnie potwierdza. że'wspo-
mniane powyżej 1.3 irild m' ścieków komunalnych, 2 których cześć nie jest oczysz-

czana w ogóle, lub które są oczyszczane wyłącznie metodami mechanicznymi, wy-

wołuje niekorzystne skutki środowiskowe. Konieczna jest w tej sytuacji rozb uiiowa

sieci kanalizacyjnych i budowa nowych, skutecznych oczyszczalni ścieków.

5.5.3. Sian czystości jezior

W przypadku iezior jednym z największych problemów środowiskowych jest pro-
ces ich cuirofizacji. Pojecie eutrofia oznacza bogatą zasobność zbiorników wod-
nych w substancje odżywcze. Wszystkie typy zbiornikow wodnych podzielono pod
tym wzgledem na dwie dttże grupy: zbiorniki eutroficzne charakteryzujące się nad-
miarem substancji biogennych oraz zbiorniki oligo troficzne, w których występuje
niedobór substancji odżywczych. Pośrednim typem są wody mezotroficzne. Klasyfi-
kacje stanu troficznego zbiorników na podstawie zawartości azotu nieorganiczne-
go i tosforu całkowitego przedstawiono w tabl. 5.16.

Tablica 5.16. Klasyfikacja stanu troficznego zbiornikow wonnych

Lp.

Stan troficzny

F o s f o r calkowitv A z o t calkowiiv

Lp.

Stan troficzny

| n g / d m ' j

f u g / d m ' ]

1

Ultraoiigotroficzny

< 5

< 2 0 0

:

Oligotroficzny

5 + 1 0

2 0 0 + 4 0 0

Mezotroficznv

1 0 + 3 0

3 0 0 + 6 5 0

Eutroficzny

3 0 + 1 0 0

5 0 0 + 1 5 0 0

5

Hvpertroficznv

> 1 0 0

> 1 5 0 0

Wzrost stężenia substancji odżywczych w zbiornikach wodnych powoduje przy-

spieszenie wzrostu i rozwoju fitoplanktonu, glonow i sinic oraz roślinności wodnej
i stopniowe zarastanie jezior. Nadmierny rozwój tych form gatunkowych prowadzi do:

- zmniejszenia się steżenia tlenu w przyaennej warstwie wody i nasilenia w tym

obszarze procesów gnilnych;

- odcięcia dostępu światła słonecznego do głębszych warstw wody i zmniej-

szenia intensywności procesów fotoutleniania zanieczyszczeń zawartych
w wodzie:

- zmniejszenia zdolności zbiorników eutroficznych do samooczyszczania, czyli

mineralizacji zanieczyszczeń na drodze utleniania mikrobiologicznego lub
fotolitycznego;

Vollenweider R. A.: W a t e r M a n a g m e n t R e s e a r c h : Scientific F u n d a m e n t a l s of the E u t r o p h i c a -

tion of Lakes and Flowing W aters. O E C D . Paris, Tech. R e p . DAS/CSI/68/27.

5.5. SKUTKI ZANIECZYSZCZENIA WODY

185

- zubożenia gatunkowego organizmow zasiedlających zbiornik, przy jednoczes-

nym wzroście populacji roślin tolerujących duże stężenia azotu i fosforu;

- pogorszenia produktywności jezior i rzek, gdyż ulega zmniejszeniu popula-

cja gatunków ryb mających znaczenie gospodarcze:

- pogorszenia jakości wody w zbiornikach eutroficzych; jeżeli zbiorniki są

wykorzystywane do zasilania systemów wodociągowych wzrastają koszty
związane z oczyszczaniem wody o gorszej jakości:

- pogorszenia walorów turystyczno-rekreacyjnych w przypadku zbiorników

hyperproficznych. co także powoduje określone straty gospodarcze.

Szybkość eutrofizacji jezior spowodowanej czynnikami antropogenicznymi

może być wyjątkowo duża. W ciągu zaledwie kilku, kilkunastu lat zbiornik wodny
może przejść ze stanu oligotroficznego do pełnej eutrofii. Świadectwem tych zmian
może być spadek stężenia tlenu w wodzie, wzrost stężenia azotanów i fosforanów.

wzrost stężenia chlorofilu i wyginięcie pewnych gatunków ryb. Zwiększona antro-
popresja dotyczy przede wszystkim jezior położonych w pobliżu dużych aglomera-
cji miejskich oraz otoczonych terenami o intensywnej produkcji roinej.

W Polsce większość jezior jest zanieczyszczona, tylko ok. 4% wód zgromadzo-

nych w tvch zbiornikach wodnych charakteryzuje najwyższa klasa czystości (uwzględ-
niając objętość wody zgromadzonej w zbiornikach). Większość zaś lokuje się w II
i III klasie czystości (rys. 5.12).

Ponieważ polskie zasoby wód stojących są niewielkie, należy dołożyć wszel-

kich starań, aby powstrzymać procesy degradacji jezior oraz poprawić ich stan.
Jest to zadanie wyjątkowo trudne m.in. dlatego, że jeziora nie odnawiają sw ;h
zasobów wodnych tak szybko jak rzeki. Poza tym ich zdolności do samooczyszczania

100%";

8 0 % -

60% 4

4 0 %

20%

0 % -

| L _

j c K l a s a 1
l • K l a s a Ii
i n K l a s a III
I ci P o z a k l a s o w e

1 9 9 0 1 9 9 5 1 9 9 7 1 9 9 9 2 0 0 1

Rys. 5.12. Stan czystości jezior (objętych monitoringiem) w Polsce w latach 1 9 9 0 + 2 0 0 1 wyrażony w % jezior należących

do określonej klasy czystosci

3 8

3,1

Wg R o z p . M O S Z N i L z 5 listopada 1991 r. w sprawie klasyfikacji w ó d . Rocznik Statystyczny

Ochrona srodowiska. W a r s z a w a . G U S 2005.

18S

5. ŹRÓDŁA ZANIECZYSZCZEŃ I SKUFKIDESKAMCJI WODY

są znacznie mniejsze, gdyż mniejszy jest stopień wymieszania mas wodnych i na-
sycenia ich tlenem. Należy jednak zaznaczyć, że nawet lepsze napowietrzenie
i zwiększenie możliwości samooczyszczania nie rozwiąże problemu eturoiizacji
jezior. Techniki, które mogą posłużyć do rozwiązania tego problemu omówiono
w rozdz. 8.

Z przedstawionego przegląda stan« zanieczyszczenia rzek i jezior w Polsce

wynika, że jest on nadal bardzo niezadowalający. Można powiedzieć, że pomimo
postępu, jaki się dokonał w ostatnim okresie, nadal zbyt duza ilość substancji bio-
gennych i zanieczyszczeń mikrobiologicznych trafia dowód powierzchniowych i po-
garsza ich jakość. Większość głównych rzek Polski i duże jeziora znajdujące się na
obszarach silnie zurbanizowanych nie spełniają norm określonych dla wód po-

wierzchniowych wykorzystywanych do zaopatrzenia ludności w wodę przeznaczona

do spożycia, a wartości biologicznych wskaźników jakości wody wskazują na silne
oddziaływania antropogeniczne.

Pomimo to stopień zanieczyszczenia polskich rzek nie różni sie w dramatycz-

ny sposób od stopnia zanieczyszczenia innych rzek europejskich, płynących przez
tereny poddane silnej antropopresji. Świadczą o tym dane zawarte w tabl. 5.17.

w której przedstawiono średnie stężenia BZT,. azotanów i związków fosforu w wy-
branych rzekach Europy oraz w Polsce.

Tablica 5.17. Porownanie wybranych wskaźników zanieczyszczeń rzek europejskich

Rzeka

Kraj

Rodzaje zanieczyszczeń i ich stezenie jmg/dirT]

Rzeka

Kraj

B Z T ,

Azotany

Fosfor og.

D u n a j

Austria

3.1

2 3**

0.115

Guadalaquivir

Hiszpania

15.8

1.95

0.953

Loara

Francia

2.2

4.60

0.163

Laba

Czechy

4,9

4.9(1

0.194

Maas

Holandia

1.6

4.39

0.260

Odra

Polska

5.3

2.34

0.346

Ren

Niemcy

2.9

4.31

0.317

Tamiza

Wielka Brytania

2.3

7.15

1.184

Wisia

Polska

4.4

1.72

0.233

Z danych zawartych w tabl. 5.17 wynika, że stężenia substancji biogennych

(azot i fosfor ogólny) w Wiśle nic są większe niż w innych rzekach europejskich,

natomiast wskaźnik BZT

5

, charakteryzujący obecność zanieczyszczeń pochodze-

nia organicznego jest tylko nieco większy niż średnia europejska. Dużo gorszy od
średniej europejskiej jest jednak stan sanitarny większości dużych polskich rzek.
gdyż nadal wiele polskich miast i wsi nie ma oczyszczalni biologicznych, które sku-
tecznie eliminują zanieczyszczenia typu mikrobiologicznego i chemicznego.

3V

Raport Sian środowisku w Polsce w kiach 1996+2002. Warszawa. GIOS 2003.

5.5. £ KUTKI ZANIECZYSZCZENIA WOD

v

187

Skutki zanieczyszczenia wód powierzchniowych substancjami szkodliwymi dla

środowiska oraz mikroorganizmami chorobotworczymi odczuwamy wszvscv - pi-

jemy wodę o gorszej jakości, pogarszają się warunki gospodarczego korzystania
z zasobow wodnych, a olbrzymie masy ładunków zanieczyszczeń trafiają w końcu

do Baltvku. gdzie stwarzają kolejne problemy ekologiczne.

5.5.4. Zanieczyszczenie wód Bałtyku

Bałtyk jest morzem śródlądowym i zlewnią wielu rzek płynących przez tereny pod-
dane silnej antropopresji. Jest on akwenem dość nietypowym, gdyż jest morzem bar-
dzo płytkim

4

", łączącym się z sąsiednim Morzem Północnym jedynie wąskimi i płyt-

kimi cieśninami, które utrudniają dopływ słonych wód oceanicznych. Z tego powo-
du zasolenie wód bałtyckich jest niewielkie w porownaniu z zasoleniem oceanów,
gdyż zawartość soli w wodach Bałtyku wynosi 7+8 g/dnr, podczas gdy średnia dla
oceanów wynosi 37+40 g/dm . Zlewiska Morza Bałtyckiego są położone na tere-

nach dziewięciu wysoko uprzemysłowionych i dobrze rozwiniętych rolniczo państw.
a to powoduje, że do tego akwenu jest dostarczana ogromna masa zanieczyszczeń.
Najwięcej substancji szkodliwych niosą duże rzeki, takie jak: Wisła. Odra. Dzwina.
Newa i Niemen. Jednym z większych destruktorów Bałtyku jest jednak Polska, która

wytwarza znaczne ilości zanieczyszczeń bytowych, przemysłowych oraz rolniczych.

Około 80+95% zanieczyszczeń zawartych w ściekach z terenu Polski dostaje się

do morza za pośrednictwem Wisły i Odry. które zbierają ścieki z przeważającej czę-
ści obszaru Polski. Rocznie jest odprowadzane w ten sposób do Bałtyku 29 min Mg
substancji rozpuszczonych. 1,9 min Mg ChZT. 220 tys. Mg BZT\, a także 754 Mg
cvnku(II). 210 Mg miedzi(Il) i 1,0 Mg kadmufll ). Na wykresie przedstawionym na
rys. 5.13 pokazano dynamikę zmian wielkości ładunku zanieczyszczeń odprowa-
dzanych do Bałtyku w latach 1990+2000 z terenu naszego kraju. Z danych tych

wynika, że pomimo znacznego postępu, jaki się dokonał w zakresie gospodarki
wodno-ściekowej w Polsce, wielkość ładunku zanieczyszczeń, które są odprowa-

dzane do Morza Bałtyckiego nie uległa zmianie w istotny sposób. W niektórych
przypadkach odnotowano duży wzrost, np. ładunek azotu biogennego wzrósł

w okresie 1990+2002 powyżej 125%. a ładunek ChZT o ok. 58%. Zmniejszyła się

natomiast zawartość metali ciężkich, których obecnie jest odprowadzanych do
Bałtyku o ok. 60+-80% mniej niż w 1990 r. (rys. 5.14).

Bałtyk nadal jest morzem bardzo silnie zanieczyszczonym. Pomimo tego że

w ciągu ostatnich 20 lat nastąpiła zasadnicza redukcja zanieczyszczeń dostarcza-
nych z terenu takich krajów, jak: Szwecja. Finlandia. Dania i Niemcy, to miliony

ton szkodliwych substancji trafiają każdego roku do Morza Bałtyckiego, zakłóca-
jąc naturalnie ukształtowaną równowagę ekologiczną. Bałtyk ze względu na małe

4 0

Ś r e d n i a głębokości Bałtyku wynosi zaledwie 52 m, p o d c z a s gdy np. M o r z a Kaspijskiego wynosi

184 m. a M o r z a C z a r n e g o nawet 1149 m.

188

5.2R0DŁA ZANIECZYSZCZEŃ I SKUTKI OE6S/CACJI WODY

L a t a

Rys. 5.13. Dynamika zmian wielkości ładunku zanieczyszczeń odprowadzanych z obszaru Polski do Bałtyku w latach

1 9 9 0 + 2 0 0 2 (rok 1 9 9 0 = 1 0 0 ) "

L a t a

Rys. 5.14. Dynamika zmian w wielkości ładunku metali ciężkich Doprowadzanych z obszaru Polski do Bałtyku w latach

1 9 9 0 + 2 0 0 2 (rok 1990 = 100)®

zasolenie jest bardzo podatny na eutrofizację i wszystkie niekorzystne skutki tego
procesu. Poważnym problemem jest także kumulowanie się substancji toksycznych
w osadach dennych morza, do którego przez dziesiątki lat trafiały zanieczyszcze-
nia z kilkunastu wysoko uprzemysłowionych krajów Europy. Z tego powodu żvcie
biologiczne w Bałtyku jest stosunkowo ubogie - spotyka się tutaj znacznie mniej

gatunków roślin i zwierząt niż w sąsiednim Morzu Północnym, chociaż zjawisko to

ma także przyczynę naturalną - jest nią małe zasolenie morza.

R o c z n i k S t a t y s t y c z n y Ochrona środowisku. W a r s z a w a . G U S 2 0 0 5 .

42

ibidem.

5.5. £ KUTKI ZANIECZYSZCZENIA WOD

v

189

R A M K A 5.6

Ginące gatunki - orzeł bielik i bałtyckie foki

W latach 50. ubiegłego stuiecia na obszarze Bałtyku gwałtownie zmniejszyła się po-

pulacja orłów bielików. Przyczyną tego zjawiska było stosowanie na masowa skalę środka
owadobójczego - DDT. który kumulował się w łańcuchu pokarmowym tych ptaków. Sub-
stancja ta niekorzystnie oddziałuje na budowę ptasich jaj. gdyż ich skorupki stają się zbyt |
kruche i nie pozwalają na normalny rozwój zarodków. Pisklęta wykluwały się wówczas

1

tvlko z 25% złozonych jaj. Po wprowadzeniu zakazu stosowania DDT i objęciu orła bielika
ścisła ochroną populacja tych oriów stopniowo wzrastała. Obecnie orły bieliki powracają

w te części środowiska Bałtyku, skad zniknęły kilkadziesiąt lat temu. Jednakże inne skutk

destrukcji środowiska naturalnego nadal stanowią barierę do znaczącego zwiększenia po-
pulacji tego gatunku nad obszarem Morza Bałtyckiego. Tym razem jest to niedostatek
terenów odpowiednich do zakładania siedlisk i gniazdowania.

Również gwałtowne zmniejszenie się populacji szarych fok. występujących najczę-

ściej w wodach szwedzkich, fińskich i estońskich było najprawdopodobniej spowodowane
obecnością DDT i polichlorowanych bifenyli (PCB)w pokarmie tych zwierząt. Związki te
są odpowiedzialne za różnorodne zmiany patologiczne u fok. obejmujące żołądek, nerki,
skórę i pazury. Zatrucie PCB było również powodem bezpłodności samic. Po zakazie sto-
sowania D D T populacja fok szarych na obszarze Bałtyku wzrasta. Jednakże wzrost ten
jest stopniowy, a w wielu częściach wschodniego i północnego Baltvku icn populacja jest

wciąż bardzo mala - w 1995 r. naliczono w Zatoce Fińskiej tylko 150 tych zwierząt.

- >

Cechy geofizyczne Bałtyku, jego płytkie wody. brak cyrkulacji i wymiany wód

powodują, że jest to akwen szczególnie mało odporny na nadzwyczajne zagrożenia
środowiska, takie jak duże awarie przemysłowe czy katastrofy tankowców. Wszyst-
ko to nakłada na społeczeństwa zamieszkujące rejony nadbałtyckie szczególny
obowiązek dbania o stan środowiska naturalnego w zlewniach tego morza. W cią-
gu ostatnich kilkudziesięciu lat podjęto w związku z tym wiele inicjatyw o charak-
terze międzynarodowym (np. Konwencja o ochronie środowiska morskiego ob-
szaru Bałtyku. Deklaracja Morza Bałtyckiego podpisana w 1990 r. w Ronneb).

w Szwecji i wiele innych), które mają na celu przywrócenie stanu równowagi eko-

logicznej Morza Bałtyckiego. Działania te obejmują m.m. tworzenie nowych i sku-
tecznych regulacji prawnych, prowadzenie działalności inwestycyjnej zmierzającej
do ograniczenia zanieczyszczeń ze szczególnie uciążliwych źródeł, tworzenie sys-
temów zarządzania zlewniami przybrzeżnymi i terenami podmokłymi oraz rozwój
edukacji ekologicznej.

5.5.5. Podsumowanie

W Polsce opóźnienia i zaniedbania w zakresie gospodarki wodno-ściekowej są
znacznie większe niż w przypadku ochrony powietrza atmosferycznego. Wiele pol-
skich miast (w tym dużych aglomeracji miejskich ) nic ma biologicznych oczysz-
czalni ścieków, co powoduje, że stan polskich rzek i jezior jest niezadowalający.

1 9 0

5.ŹRÓDŁA ZANIECZYSZCZEŃ I SKUTKI DEGIMDAGJI WODY

Większość z nich niesie wody pozaklasowe, a szczególne zagrożenie stanowią suh-
stancje biogenne (związki azotu i fosforu) oraz zanieczyszczenia mikrobiologiczne

pochodzenia fekalnego. Zanieczyszczenie wód powierzchniowych i podziemnych
w znaczący sposob pogarsza poziom i jakość naszego życia, zagraża istnieniu wielu
gatunków zwierząt i roślin, a także przenosi duże straty gospodarcze. Nie wolno
również zapominać, że dostęp do czystej wody pitnej jest fundamentalnym pra-
wem i potrzebą każdego człowieka. Europejska Karta Ochrony Wód uchwalona

w 1968 r. w Strasburgu stwierdza min., żc:

- obowiązkiem każdego człowieka jest - dla dobra ogółu - oszczędne i ro-

zumne gospodarowanie wodą:

- wody zużyte (ścieki) należy odprowadzać do odbiornika w takim stanie,

aby nie powodowały one ograniczenia w jego użytkowaniu do celów pu-
blicznych i prywatnych:

- ochrona wód wymaga intensyfikacji badan naukowych, kształcenia fachow-

ców i uświadamiania szerokich rzesz społeczeństwa.

Należy także stale pamiętać, że zasoby zdrowej, świeżej wody nie są nieogra-

niczone. Dlatego oszczędne gospodarowanie tymi zasobami i pomnażanie ich

w miarę możliwości jest niezbędne, a - jak twierdzi ww. Karta - zanieczyszczanie
wód należy traktować jako szkodliwe działanie, wymierzone przeciw ludzkości
i wszelkiemu żvciu.

6

Przyczyny i skutki zanieczyszczenia

litosfery

6.1. Zanieczyszczenie gleby

Przez degradacje gleby należy rozumieć „zniekształcenie jednej lub wielu jej wła-

ściwości. w tym również zanieczyszczenie pogarszające warunki życia i plonowaniu
roślin uprawnych, skład gatunkowy, wartość użytkową (odżywczą, technologiczną,
sanitarną) piodów rolnych i leśnych, a także ekologiczne funkcjonowanie pokrvw\
glebowo-roślinnej"

1

. Zanieczyszczenie i postępująca degradacja gleb jest najczę-

ściej powodowana następującymi przyczynami:

- depozycją (osiadaniem) na powierzchni ziemi metali ciężkich:
- składowaniem na powierzchni ziemi odpadów:
- zakwaszeniem gleby przez kwaśne opady:
- przekształceniem struktury gleby i zmianą ukształtowania terenu.

Procesy te prowadzą do obniżenia jakości gleby z powodu jej zanieczyszczenia

szkodliwymi substancjami, jak również na skutek usunięcia i zniszczenia jej naj-
bardziej cennej warstw}' próchniczej.

Jakość gleby i jej przydatność do produkcji rolnej ocenia się na podstawie kil-

kunastu wskaźników, takich jak np.: skład granulometryczny. zawartość próchni-
cy, zawartość CaCO

?

. odczyn pH ekstraktu wodnego, wodoprzepuszczalność. za-

wartość glinu ruchomego i poziom radioaktywności gleby. Decydujące znaczenie

dla jakości gleby ma także obecność określonych zanieczyszczeń, w tym m.in.: metaii
ciężkich, węglowodorów (w tym: benzyny, olejów mineralnych, węglowodorów aro-
matycznych. WWA), węglowodorów chlorowanych (chlorowcoalkanów. chlorow-

cobenzenów. chlorofenoli), pestycydów (DDT, aldrinu. dieldrinu i in.), oraz in-
nych zanieczyszczeń, takich jak: cyjanki, fenol, ftalany. pirydyna, krezole, tetrahy-
drofuran. cykloheksan, tetrahvdrotiofen.

Raport 5tan środowiska w Polsce. Warszawa. GIOŚ 1998. 2(103.

192

6. P R Z ł C Z m I SKUTKI ZAINIECCTS2CZENIA LITOSFERY

W Polsce szczególnej ochronie pódlzgnyą. gleb}' i tereny znajdujące się wokół

ujęć wody pitnej, w rezerwatach przyrody, a. także gleba wykorzystywana dc tzw.
ekologicznej produkcji rolnej (sa to glehy o statidardzie jakości grupy A). Grunt}
i tereny zaliczone do użytków rolnych, a takie grunty leśne i tereny zabudowane
należą do grupy B jakości gleby, natomiast tereny przemysłowe, użytki kopalne,

tereny komunikacyjne charakteryzują wskaźniki zanieczyszczenia należące do
grupy C. W tablicy 6.1 podano zakresy stężeń wybranych zanieczyszczeń w gle-
bach zaliczonych do poszczególnych klas jakości gleby.

Tablica 5.1. Dopuszczalne wartości stęzen w / t r a n / c h zaniecnszczen w glebie Ino ziemi iw rrg kq suchei masy!

; Lp.
i

Zanieczyszczenia

Klasa A

-KJasa H w a r s t w i e

d o 0 . 3 m p . p . t . )

KJasa C (w warstwie

do 2 r n p.p.t.)

I

1 R t ę ć

0.5

2

30

2

O l o w

50

i o n

60(1

M i e d ź

30

150

600

4

C h r o m

50

150

500

5

Benzyna

1

5

500

6

S u m a węglowodorów
aromatycznych

O J

0.1

200

7

Benzo( a )piren

0.02

0.03

50

8

W W A ( s u m a )

1

1

250

9

C h l o r o b e n z e n y ( s u m a )

0.01

0,01

25

10

C h l o r o f e n o l e t s u m a )

0.001

0.001

10

11

D D T

0.0025

0.025

0.25

12

Aldrin

0.0025

0.025

0.25

13

Fenol

0.05

0.1

50

14

Ftalany

0.1

0,1

6 0

6.1.1. Zanieczyszczenie gieby metalami ciężkimi

Do metali ciężkich zalicza się następujące metale lub jonv tvch metali: chrom (Cr),
kobalt (Co), nikiel (Ni), miedź (Cu), cynk (Zn), seien (Se), srebro (Ag), kadm
(Cd ), cyna (Sn), antymon (Sb), wanad (V). tellur (Te), rtęć (Hg). tal (Tl), ołów
(Pb) oraz bar (Ba), beryl (Be) i arsen (As). W większości przypadków pierwiastki

te są toksyczne dla ludzi i zwierząt, jednak niektóre spośród nich wvkazują du-
alizm funkcjonalny. Na przykład jony miedzi, chromu lub kobaltu są szkodliwe

w dużych stężeniach, gdyż hamują działanie enzymów i zakłócają metabolizm ko-

mórek organizmów. Z drugiej strony, pierwiastki te występują w organizmie, gdvż
są niezbędne do budowy pewnych kompleksów białkowych. Organizmy nie mogą

- Na podstawie R o z p . Min. Środowiska z 9.09.2002 r. w sprawie standardów, jakości gleby ( D z U

2002.J65.1359).

6.1. ZANIECZYSZCZENIE GIEBY

1 9 3

się prawidłowo rozwijać bez tych mikroelementów, więc woda i żywność muszą
zawierać pewna ilość tych niezbędnych do życia biopierwiastków. Do właściwego
fu nic jonowania roślin i zwierząt są potrzebne m.in.: miedz (Cu), kobalt (Co),
mangan (Mn), chrom (Cr) i cynk (Zn). Natomiast inne metale ciężkie, takie jak:
olóv. kadm. tal. arsen czy rtęć nie są biopierwiastkami. a mając zdolność kumu-
lowania sie w roślinach oraz w tkankach zwierząt, mogą w konsekwencji powo-
dować ciężkie zatrucia.

W Polsce naturalny poziom metali ciężkich w glebach uprawnych wynosi

i w mg/kg suchej masy): kadm 0.3-5- 1.0. miedź 10-^25. chrom 20-^50. ołów 20^60.
Obecność tych metali w glebie, to skutek obecności minerałów i związków che-
micznych zawierających te pierwiastki. Źródłem metali ciężkich osadzanych na
powierzchni ziemi si) przede wszystkim procesy zwiazane z depozycją pyłów prze-
mysłowych. W Polsce głównym źródłem emisji metali ciężkich jest spalanie paliw
stałych i emisja pyłów. Z tego typu źródeł jest emitowanych 98% arsenu. 95%
miedzi. 92% rtęci, 96% kadmu i niklu. W przypadku takich metali, jak ołów czy
chrom, udział źródeł związanych z produkcja energii cieplnej i elektrycznej jest
mniejszy i wynosi od 60 do 80% ogólnej emisji tych metali ze wszystkich źródeł
krajowych. Z przedstawionych danych wynika, że procesy przemysłowe, niezwią-

zane ze spalaniem paliw i produkcją energii, czyli produkcja stali i metali koloro-
wych. przetwórstwo ropy naftowej, a także spalanie odpadów , dostarczają niewiel-
ki procent metali ciężkich emitowanych każdego roku do atmosfery. Głównym
źródłem emisji tych zanieczyszczeń jest energetyka, przy czym sektor tzw. energe-
tyki zawodowej, dostarczającv 3/4 energii elektrycznej i cieplnej w Polsce, emituje
tylko niewielki procent ogólnego strumienia metali ciężkich. Zakłady energetycz-
ne lego sektora są wyposażone w instalacje odpylające o dużej skuteczności, co
powoduje, że wskaźniki unosu pyłów i emisja metali ciężkich przypadająca na jed-
nostkę wyprodukowanej energii są dużo niższe niż w kotłowniach lokalnych cz\
zakładowych. Strukturę emisji wybranych metali ciężkich z różnych rodzajów dzia-
łalności przemysłowej przedstawiono na rys. 6.1.

Zmiany wielkości emisji metali ciężkich w Polsce w latach 1990^-2001 ilustru-

je wykres przedstawiony na rys. 6.2. W okresie tym zarysowała się pozytywna ten-
dencja polegająca na spadku wielkości emisji metali ciężkich, w tym znacząco
zmniejszyła się emisja ołowiu (o ok. 46%) i chromu (42%), natomiast ogranicze-
nie emisji takich metali, jak miedź czy nikiel stanowiło w tym okresie ok. 30%.

innym potencjalnym źródłem skażenia gleb metalami ciężkimi jest nawożenie

pól osadami pochodzącymi z biologicznych oczyszczalni ścieków komunalnych.
W krajach europejskich i w USA przez wiele lat dość powszechnie wykorzystywa-
no nadmierny osad czynny i inne osady ściekowe do nawożenia pól uprawnych, co
powodowało, że metale ciężkie znajdujące się w tego typu osadach dostawały się
bezpośrednio do gleby. Dopiero w ostatnich latach wprowadzono bardzo rygory-
styczne przepisy określające dopuszczalne zawartości metali ciężkich w osadach
ściekowych stosowanych do nawożenia pól oraz wskaźniki dotyczące maksymal-
nych dawek tego typu nawozu.

194

6 PRZYCZYNY I SKUTKI ZANIECZYSZCZENI/ LITOSFERY

t*r*

•li-

te-

t*r*

•li-

te-

I • I r a n s p o r
i • Froduicc ia przienn's-iowa

T

I • K o t ł o w n i e l o k a l n e

I C K o t ł o w n i e z a k ł a d o w e

l C E n e r g e t y k i z a w o d o w a

t*r*

•li-

te-

I • I r a n s p o r
i • Froduicc ia przienn's-iowa

T

I • K o t ł o w n i e l o k a l n e

I C K o t ł o w n i e z a k ł a d o w e

l C E n e r g e t y k i z a w o d o w a

t*r*

•li-

te-

t*r*

•li-

te-

*

I

s - i

A r s e n C h r o m O ł ó w M i e d ź K a d m

Rys. 6.1. Udział źródeł związanych z różnymi rodzaiarni działalności w globalnei emisji metali ciężkich w Polsce w 2003 roku'

Lata

Rys. 6.2. Emisja wybranych metali ciężkich w Polsce, w latach 1990^-2003

W Polsce, ze względu na małą liczbę oczyszczalni ścieków i ogromne opóźnie-

nia w gospodarce wodno-ściekowej, pola uprawne tylko wyjątkowo były nawożone
osadami z oczyszczalni ścieków. W związku z tym stopień skażenia gleb metalami
ciężkimi i innymi zanieczyszczeniami, takimi jak np. chlorowcopochodne organicz-

ne, pochodzącymi z tego źródła byl w Polsce dotychczas niewielki. Wraz ze wzro-

Rocznik Statystyczny Ochrana środowiska. Warszawa. G U S 2005.

J

ibidem.

6.1. ZANIECZYSZCZENIE GLEBY

195

stenn liczby oczyszczalni ścieków, a także ilości osadów nadmiernych, istnieje praw-
dopodobieństwo. że cześć z nich będzie stosowana jako nawóz i w przyszłości bę-
dzie 10 istotnym źródłem skażenia gleb metalami ciężkimi.

Metale cieżkie osiadające na powierzchni ziemi lub doprowadzane na skutek

nawożenia zanieczyszczonymi osadami ściekowymi, powodują wzrost stężenia tych
pierwiastków w glebie i stopniową jej degradacje. Kiopot z depozycją metali cięż-
kich ua powierzchni ziemi polega na tym. ze nie jest znany prosty sposób usunięcia
tvch zanieczyszczeń z gleby. Zdeponowane metale cieżkie pozostają w glebie di
pót\, dopóki nie zostana wypłukane przez deszcz lub zasymilowane przez rośliny .

Stan jakości polskich gleb w porównaniu z podobnymi wskaźnikami w Euro-

pie i na świecie nie jest jednak zły, co ilustrują dane zawarte w tabl. 6.2. Zdecydo-

wana większość terenów przeznaczonych pod produkcję rolną nie zawiera metali

ciężkich w stężeniach, które przekraczają poziom naturalny. Jedynie w kilku rejo-
nach naszego kraju występują gleby klasy Ił i III. czyli lekko lub średnio zanie-
czyszczone metaiami ciężkimi (ok. 2,2% powierzchni). Na tych terenach jest zale-
cam' stosunkowo łagodny reżim produkcji roślinnej. Dopuszcza się uprawę roślin
zbozowych. okopowych i pastewnych, pod warunkiem okresowej kontroli zawar-
tości metali w konsumpcyjnych częściach roślin.

Natomiast mocno zanieczyszczone gleby (klasy IV i V) występują jedynie w po-

łudniowych. uprzemysłowionych rejonach Polski, na terenach poddanych silnej
antropopresji. Odsetek gleb zanieczyszczonych w dużym stopniu metalami ciężki-
mi jest niewielki i nie przekracza wartości 0.5-H%'.

Tabiica 6.2. Średnia zawartość wybranycn metali ciężkich w piebacn w Polsce i w krajach Europy Zachodniej oraz USA

Z a w a r t o ś ć metali ciężkich w glebach

L p .

N a z w a m e t a l u

Polska

E u r o p a Z a c h .

U S A

L p .

N a z w a m e t a l u

L p .

mg/kg s.m.

udział gleb

nieskażonych"

1

m g / k g s.m.

mg/kg s.m.

1

K a d m

0,3-H 1.0

98.4%

0,2 H-1,8

0.5

2

C h r o m

16.8

2,0-5-15,0

37,0

3

M i e d ź

1,5-5-46,2

99.6?;

4.0-5-50,0

17,0

K o b a l t

3.6

2.0-5-21.0

6.7

5

M a n g a n

300.0

-

200.0-5-900.0

330.0

6

Nikiel

0,9-5-40.5

99.6%.

4,6-5-46.0

13.0

O ł ó w

11,0-5-16.0

99.3%

15.0+70,0

16.0

8

C y n k

8.9H-284

9 8 , 5 %

16.0-5-85,0

48.0

9

R t ę ć

0.0 in-0.3

100%

-

-

O d s e t e k gleb wyKazujących n a t u r a l n ą z a w a r t o ś ć m e t a l u i zaliczonych do I kiasy czystości.

5

C z ę s t o jedynym s p o s o b e m d e k o n t a m i n a c j i gleby z a w i e r a j ą c e j m e t a l e cieżkie jest usuniecie za-

nieczyszczonej warstwy i z a s t ą p i e n i e jej świeża, n i e s k a ż o n ą ziemią.

" R a p o r t Stan środowiska w Poiscc. W a r s z a w a . Gl OS 2003.

196

6. PRZYCZYNY I SKUTKI ZANIECZYSZCZENIA LI TCSFEBY

6.1.2. Kwaśne opady

Gleby w Polsce są w większości kwaśne, a i 45% charakteryzuje odczyn pH < 5.i.
lecz spowodowane jest toprzede wszystkim czynitikarniraturalnyim Bardzo kwaśne
gleby o pH < 4,5 (zwykle dawne tereny leśne ) stanowią 20-r 23% gruntów ornych
i występują w rejonach centralnej i południowo-wschodniej Polski. Najmniej gleb
kwaśnych występuje natomiast w zachodniej części kraj u. Kwasowość gleb jest pod-

wyższana przez kwaśne opady spowodowane działalnością przemysłową oraz nie-
prawidłowym nawożeniem niektórymi rodzajami nawozów sztucznych. Zjawisko

depozycji kwaśnych składników opadów atmosferycznych omówiono szczegółowo

w p. 4.6.3. a w tvm miejscu należy tylko jeszcze raz podkreślić, że niskie pH gleby
sprzyja migracji składników gleby - przede wszystkim glinu i metali ciężkich do
wód gruntowych i powierzchniowych. Poza tym nadmierne zakwaszenie gleby po-
garsza jej produktywność, przyspiesza procesy erozyjne i powoduje utratę cennych
składników próchniczych.

6.2. Gospodarka odpadami

6.2.1. Podstawowe definicje i źródła odpadów

Ilość odpadow produkowanych przez współczesne, wysoko rozwinięte społeczeń-

stwa wzrasta z roku na rok, mimo wysiłków czynionych zarówno przez rządy, insty-
tucje ponadnarodowe, ich agendy, jak i organizacje pozarządowe. Jest to spowo-
dowane m.in. tym. że wielkość środków inwestowanych w łagodzenie skutków wpro-

wadzania do środowiska odpadów jest zdecydowanie niższa niż te, które zostały
wykorzystane do produkcji dóbr konsumpcyjnych, z których z kolei odpady po-
wstały. Strumień odpadów ulega ogromnemu zwiększeniu przede wszystkim wsku-
tek stosowania produktów o krótkim czasie użytkowania, takich jak artykuły jed-

norazowego użytku i opakowaniu. Dotyczy to szczególnie społeczeństw o wysokim

stopniu rozwoju cywilizacyjnego. Także kwestia utylizacji produktów o długim cza-
sie życia oraz ich składników jest rozwiązywana w sposób niewystarczający zarów-
no pod względem organizacyjnym, jak i ekonomicznym. Wydaje się natomiast, że
rozwiązania prawne oraz przyjęte ogólne zasady zarządzania środowiskiem w for-
mie strategii zrównoważonego rozwoju spełniają już nasze oczekiwania.

Ochrona środowiska naturalnego i gleby przed odpadami ma szczególne zna-

czenie. gdyż stanowią one poważne źródło zanieczyszczeń, które przenikają do

wszystkich elementów środowiska - powietrza, wody i gleby. Zagrożenie emisją
występuje na wszystkich etapach gospodarowania odpadami, czyli podczas ich po-
wstawania. gromadzenia, przechowywania, segregowania, transportu, przetwarza-

nia i końcowego składowania.

Nie należy zapominać, że odpady mogą bvć źródłem cennych surowców, pół-

produktów oraz energii, więc ich przetwarzanie poprzez recykling, odzysk surow-
ców. materiałów i energii, może przynieść wymierne korzyści materialne w postaci

6.2. GOSPOOMSM 0 DFADMfll

197

zmniejszenia ko

S2tów produkcji i oszczędności surowców . Z tych powodów gospo-

darka odpadami jest ważnym, priorytetowym celem polityki ekologicznej każdego
kraju. Niestety, wiele problemów z zakresu unieszkodliwiania odpadow nadal cze-
ka na poprawne rozwiazania.

Omawianie zagadnień dotyczących gospodarki odpadami naieży rozpocząć od

definicji odpadu. "W polskim prawodawstwie, podobnie jak w europejskim, pod

pojęciem „odpad'' należy rozumieć ..każda substancje lub przedmiot (...). którego

posiadacz pozbywa się. zamierza pozbyć się lub do ich pozbycia się jest obowiązany".

Aby uściślić to pojęcie w Ustawie o odpadach opublikowano listę poszczególnych
kategorii odpadów. Pełną listę tych kategorii przedstawiono w tabl. 6.3. Każda sub-

Tablica 6.3 Kateocrie oaaacow określone w Załączniku nr 1 do Ustawy o odpadach

¡ I

N a z w a kategorii o d p a d u i jej symbol

01 Pozostałości z produkcji lub k o n s u m p c j i , n i e w y m i e n i o n e w pozostałych k a t e g o r i a c h

0 2 P r o d u k t y n i e o d p o w i a d a j a c e w y m a g a n i o m jakościowym

0 3 P r o d u k t y , których t e r m i n przydatności d o właściwego użycia upłynął

0 4 S u b s t a n c j e lub p r z e d m i o t y , k t ó r e zostały r o z l a n e , rozsypane, z g u b i o n e lub takie, k t ó r e uległy

i n n e m u z d a r z e n i u l o s o w e m u , w tym zanieczyszczone w s k u t e k w y p a d k u lub p o w s t a ł e wskutek
p r o w a d z e n i a akcji r a t o w n i c z e j

0 5 S u b s t a n c j e lub p r z e d m i o t y zanieczyszczone lub z a b r u d z o n e w wyniku p l a n o w y c h działań

( n p . pozostałości z czyszczenia, m a t e r i a ł y z o p a k o w a ń - o d p a d y o p a k o w a n i o w e ,
p o i e m n i k i itp.)

0 6 P r z e d m i o t y lub ich części n i e n a d a j ą c e się d o użytku (np. u s u n i ę t e b a t e r i e , zużyte

katalizatory itp. )

0 7 S u b s t a n c j e , które nie s p e ł n i a j ą już należycie swojej f u n k c j i ( n p . zanieczyszczone kwasy,

zanieczyszczone rozpuszczalniki, zużyte sole h a r t o w n i c z e itp. I

j Q8 Pozostałości z p r o c e s ó w przemysłowych ( n p . żużle, p o z o s t a ł o ś c i p o d e s t y l a c y j n e n p . ) |

j 09 Pozostałości z p r o c e s ó w u s u w a n i a zanieczyszczeń (np. osady ściekowe, szlamy z płuczek, pyły

z filtrów, zużyte filtry itp.)

I O 1 0 Pozostałości z o b r ó b k i s k r a w a n i e m lub wvkanczania (np. wióry, zgary itp.)

0 1 1 Pozostałości z w y d o b y w a n i a lub p r z e t w a r z a n i a s u r o w c ó w (np. pozostałości górnicze itp.)

i 0 1 2 P o d r o b i o n e lub z a f a ł s z o w a n e s u b s t a n c j e łub p r z e d m i o t y (np. o l e j e zanieczyszczone P C B itp.)

i 0 1 3 Wszelkie s u b s t a n c j e lub p r z e d m i o t y , których użycie z o s t a ł o p r a w n i e z a k a z a n e (np. P C B itp.)

! 0 1 4 S u b s t a n c j e lub p r z e d m i o t y , dla których p o s i a d a c z nic z n a j d u j e j u ż d a l s z e g o z a s t o s o w a n i a

I np. o d p a d y z roimctwa. g o s p o d a r s t w d o m o w y c h , o d p a d y b i u r o w e , z p l a c ó w e k handlowych,
sklepów itp.)

i

I 0 1 5 Zanieczyszczone s u b s t a n c j e p o w s t a j ą c e p o d c z a s rekultywacji gleby i ziemi

0 1 6 Wszelkie substancje łub p r z e d m i o t y , k t ó r e nie zostały u w z g l ę d n i o n e w powyższych

kategoriach (np. z działalności usługowej, r e m o n t o w e j )

U s t a w a o o d p a d a c h z 20 czerwca 2001 r. ( D z U 2001.62.628).

1 9 8

5 PRZYCZYNY I SKUTKI ZA MECZTS2CZ E N / LITCSFEPr

stancja lub przedmnioi. który należy do jednej z kategorii wymienionych w tej tabli-
cy, należy zakwalifikować jako odpad, a sposób postępowania z nimi określają

w tym momencie pprzepisy zawarte w Ustawie o odpadach.

Polska pod wzzgledem ilości wytwarzanych i nagromadzonych odpadow zaj-

muje wysoką pozyycję wśród krajów Unii Europejskiej. Podobnie jak w wielu
krajach dawnej Eturopy Wschodniej, wskaźnik ilości wytwarzanych odpadów
przypadających naa jednostkę wytworzonego produktu krajowego brutto jest
bardzo duży i kszztaltuje sie na poziomie 800-^-900 kg odpadów/10006 PKB.
W krajach Europw Zachodniej wartość tego wskaźnika oscyluje w granicach

50-i-10() kg/10(K)€ PKB. o czym świadczą dane przedstawione na rys. 6.3. Jest
to między innymi skutek dużej materiałochłonności polskiej gospodarki oraz
efekt dużego udzi:iaiu przemysłu ciężkiego - głównego wytwórcy odpadów -
w krajowym produukcie brutto.

1200-

C-

1000

t 800

O

2 6 0 0 T

« 4 0 0

Q.
o

Ji

J

200

0

X l

II

n

Rys. 6.3. Ilość odpadow w y t w o r z o n y c h w ciągu roku, przypadająca na jednostkę produktu kraioweąo brutto (1000 e PKB).

w wybranych kraiacn europejskich

1

'

W Polsce ok. 9()'J% powstających odpadów stanowią odpady przemysłowe, któ-

rych źródłem jest pnrzede wszystkim przemysł wydobywczy, w tym górnictwo wę-
glowe i wydobycie stsurowców mineralnych. Pod względem morfologicznym są to:
skały płonne, nadkłaad górniczy i odpady powęglowe pochodzące z kopalni i zakła-
dów przetwórstwa wwęgla. W większości przypadków są to odpadv inertne, które
łatwo można zagospoodarować. np. wykorzystując je do melioracji terenów, wyro-

bisk górniczych czy tbudowy dróg.

Merlins L.. Vinoialas C.. Bargallo A.. S o m m e r G.. R e n a u J.: D e v e l o p m e n t and application of

waste f a c t o r s - an overvieew. Technical R e p . No. 37. European Environment Agenc\ 1999.

6.2. GOSP ODARKA ODPADAM:

199

Duże ilości odpadów powstają w hutnictwie oraz energetyce bazującej na wę-

glu. W tym o&tatnim przypadku są to przede wszystkim żużle i popioły powstające
w elektrowniach, zakładach energetycznych i lokalnych kotłowniach. Hutnictwo
metaii niezelaznrch wytwarza z kolei duże ilości odpadów poflotacyjnych i osadów
z mechanicznych oczyszczalni ścieków przemysłowych i wód kopalnianych. W 2004
roku wytworzono w Polsce ogółem 133.8 min Mg odpadów (w tym 9,7 min Mg
odpadów komunalnych), a strukturę i głównych wytwórców tych odpadów przed-
stawiono na rvs. 6.4.

Pozostaie

(3%)

Gospodarka

komunalna

(8%)

Gornictwo

i kopalnictwo

(32%)

Energetyka

(19%)

Produkcja metali

kolorowych

(26%)

Przemyśl

spozvwczy

(7%)

Produkcja staii

Rys. 6.4. Udział poszczególnych sektorów gospodarki w ogólnym strumieniu odpadów wytworzonych w Polsce

Pomimo tego że gospodarka odpadami stanowi jeden z priorytetów polityki

ekologicznej w Polsce, stan tej gospodarki jest niezadowalający. Przejawia się to
m.in. bardzo złą strukturą gospodarki odpadami komunalnymi. W 2002 r. z ogól-
nej masy 10.5 min Mg odpadów odzyskano niewiele ponad 117 tys. Mg szkła, ma-
kulatury. metali i tworzyw sztucznych, co stanowiło tylko 1.1% całego strumienia
odpadów komunalnych wytworzonych w Polsce. Z pozostałej ilości jedynie 2.4%.
unieszkodliwiono przez kompostowanie (2,1%) lub metodą termiczną (0.3%). Po-
nad 96.5% odpadów komunalnych było po prostu wywiezione na składowiska

1

".

Z kolei struktura gospodarki odpadami innymi niż komunalne również nie

była właściwa irys. 6.5). Stosunkowo duży udział mają metody unieszkodliwia-
nia, polegające na składowaniu odpadów (14.5%). natomiast innymi sposobami
unieszkodliwia się niewielki ułamek ogólnej masy odpadów. Około 79% odpa-
dow przemysłowych jest ponownie wykorzystywane, w szczególności do niwelacji
gruntów i robót ziemnych, ponieważ większość tych odpadów stanowią nadkłady
górnicze oraz żużle i popioły pochodzące z procesów mokrego odżużlania pale-
nisk kotłowych.

* Rocznik Statystyczny Ochrona środowiska. Warszawa. G U S 2005

'" ibidem.

200

S. PRZYCZYNY I SKUTO ZAWECZY&ZCZE MA LITOSFERY

U n i e s z k o d l i w i o n o m e t o d a m i

t e r m i c z n y m i

(0.3 V.)

\

T y m c z a s o w o

-— m a g a z y n o w a n o

S k ł a d

(14

\

U n i e s z k o d l i w i o n o

( 2 . 9 % ;

\

- P o d d a n o

odzysKOwi Rys. 5.5. Struktura gosDoaarki oopaaami in-

( 7 8 , 9 % ) nyrni niz komunalne

1

Obecna struktura gospodarki odpadami w Polsce pozostaje w sprzeczności

z przyjętą w programie II Polityki Ekologicznej Państwa hierarchią celów, którą
należy stosować do planowania i realizacji zadań dotyczących gospodarki odpada-
mi. Hierarchia ta jest następująca:

1. Unikanie powstawania odpadów.

2. Selektywna zbiórka i recykling materiałowy powstających odpadów.
3. Recykling energetyczny odpadów (spalanie z odzyskiem energii).
4. Ostateczne składowanie na odpowiednio przygotowanych i zabezpieczo-

nych składowiskach.

W tworzonych na szczeblu krajowym, wojewódzkim i gminnym Planach Go-

spodarki Odpadami należy obecnie położyć szczególny nacisk na dwa pierwsze
kierunki działań - tworzenie mechanizmów pozwalających zmniejszać ilość po-

wstających odpadów ,,u źródła" oraz rozwój i wdrażanie do praktyki sprawnych
systemów selektywnej zbiórki i recyklingu odpadów. Należy także promować pro-
cesy termicznego przekształcania odpadów, tak aby do minimum zmniejszyć udział
składowania, iako dominującej techniki końcowego unieszkodliwiania odpadów.

6.2.2. Odpady niebezpieczne

Odpady zawierajace substancje niebezpieczne, stanowiące potencjalne zagrożenie
dla zdrowia ludzi lub powodujące nieodwracalne zmiany w środowisku natural-
nym. wymagają szczególnego traktowania, a ich wytwarzanie, przechowywanie,

obrót, unieszkodliwianie i składowanie podlega ścisłej regulacji prawnej. O stop-
niu szkodliwości odpadów niebezpiecznych decyduje nie tylko ich ilość wytworzo-
na w jednostce czasu, ale także rodzaj substancji zawartych w odpadzie i ich sto-
pień oddziaływania na środowisko. Istotę tego problemu ilustruje rys. 6.6. na któ-

11

Rocznik Statystyczny Ochrona środowiska. W a r s z a w a . G U S 2005.

6.2. G O S K X M M ODPffiWffl

2 0 1

Rys. 6.6. Charakterystyka oddziaływania odpadów zawieraiących wyprane grupy zanieczyszczeń na środowisko naturalne"

rym pokazano, że niektóre rodzaje odpadów w sposób istotny mogą oddziaływać
na środowisko naturalne, pomimo tego że są wytwarzane w niewielkich ilościach.
Szczególnie niebezpieczne w tym ujęciu są odpady zawierające pestycydy, metale
ciężkie i niektóre rodzaje niebezpiecznych związków chemicznych, takich jak: PCB.
cyjanki, benzen, WWA, cyjanki organiczne (nitryle) i kancerogenne aminy.

Do rzeczywistej oceny stanu gospodarki odpadami niebezpiecznymi jest ko-

nieczne przedstawienie sposobów postępowania z wybranymi rodzajami odpadów,

wymagającymi szczególnego traktowania. Do odpadów tych należy zaliczyc: odpa-

dy zawierające PCB, oleje odpadowe, baterie i akumulatory, odpady zawierające
azbest, pestycydy, zużyte urządzenia elektryczne i elektroniczne, a także wycofane

z eksploatacji pojazdy, odpady medyczne.

Podstawą każdego systemu gospodarki odpadami musi być spójny system kla-

syfikacji odpadów, który umożliwia zarówno kontrole wytwarzania odpadów, ich

transport i unieszkodliwianie, jak również bilansowanie poszczególnych strumieni
odpadowych. Niejednoznaczny system klasyfikacji odpadów powoduje powstanie
poważnych problemów natury prawnej, ekonomicznej i społecznej. W Polsce pod-
stawą systemu klasyfikacji są zapisy zawarte w Ustawie o odpadach, w której szcze-
gółowo zdefiniowano pojecie odpad niebezpieczny. Przede wszystkim analizowany
odpad powinien należeć do jednej spośród 18 kategorii lub rodzajów odpadów

M a r t i n L. et at.: D e v e l o p m e n t and application of waste factor - an overview . EEA. Technical

R e p . N o . 37. Bruksela 1999.

2 0 2

6. PRZYCZYNY I SKUTKI ZANIECZYSZCZENIU, LITOSFERY

określonych na podstawie procesu jego powstania. Kategorie te obejmują nun.
odpady medyczne lub weterynaryjne, leki. biocydy (pestycydy), środki do impre-
gnacji drewna, rozpuszczalniki, emulsje olej-woda, oleje mineralne i substancje
zawierające PCB. a także lakiery, farby, środki pirotechnicze. materiały srnoiiste.

wszelkie substancje zawierające pol ¡chlorowane dibenzo-p-dioksyny iub polichlo-

rowane dibenzofurany

1

. Jednocześnie odpady te powinna charakteryzować co

najmniej jedna z właściwości podanych w tabl. 6.4.

Do odpadów niebezpiecznych zalicza się również substancje, które wwyuiku kon-

taktu z wodą, powietrzem lub kwasem

tnvuiniaja

gazy

toksyczne.

Poza tym odpady,

które zawierają m.m. metale ciężkie, związki arsenu i berylu lub sole baru (z wyjąt-
kiem BaS0

4

). siarczki, cyjanki, azbest, nadtlenki. PCB. fenole, izocyjaniany. amin\

i wykazują wiasności podane powyżej, należ}'także uznać za odpady niebezpieczne.

Obecnie w Polsce rocznie powstaje ponad 1 min Mg odpadów niebezpiecz-

nych

14

. W tablicy 6.5 przedstawiono wielkość poszczególnych strumieni tych odpa-

dów. pogrupowanych na podstawie kategorii zgodnych z odpowiednią klasyfikacją.
Z danych zawartych w tabeli wynika, że największe ilości odpadów niebezpiecz-
nych powstają w takich sektorach gospodarki, jak: produkcja i stosowanie związ-
ków nieorganicznych, przeróbka ropy naftowej, oczyszczanie gazu ziemnego i wy-
sokotemperaturowa przeróbka węgla. Stosunkowo duże ilości odpadow niebez-

piecznych powstają podczas procesów oczyszczania ścieków. Poważną grupę od-
padów stanowią także zużyte oleje i odpady nieorganiczne bedace pozostałością
procesów przygotowania powierzchni i powlekania metali oraz procesów hydro-
metalurgii metali nieżelaznych. Odpady niebezpieczne należące do pięciu wyżej

wymienionych grup stanowią blisko 80% ogólnej masy wszystkich odpadów nie-
bezpiecznych wytwarzanych w Polsce.

Przedstawiona struktura odpadów niebezpiecznych jest odzwierciedleniem

utrzymującej się struktury gospodarki, która nadal jest oparta na przemyśle cięż-
kim i jego sektorach, takich jak: górnictwo, hutnictwo (w tym hutnictwo metali
kolorowych), przemysł rafineryjno-petrochemiczny i przemysł chemiczny, wytwa-
rzających w skali masowej niskoprzetworzone produkty, takie jak: nawozy sztucz-
ne. kwasy nieorganiczne, chlor, tworzywa sztuczne itp. Z danych przedstawionych

w tabl. 6.5 wynika także, że z ogólnej masy odpadów niebezpiecznych powstają-
cych w przemyśle i usługach tylko 30% jest odzyskiwanych, a 55% podlega uniesz-
kodliwianiu metodami innymi niż składowanie. Niestety , nadal znaczący odsetek
(14,5%) stanowią odpady niebezpieczne, które są unieszkodliwiane przez składo-

wanie. Szczególnie niepokojące jest to. że ponad 70-i-80% odpadów niebezpiecz-
nych pochodzących z rolnictwa, hodowli i przetwórstwa żywności oraz odpady
z urządzeń do likwidacji i neutralizacji odpadów oraz oczyszczania ścieków także
są unieszkodliwiane tą metodą.

1 3

Wykaz tych kategorii z n a j d u j e sie na tzw. liście A Zalacznika nr 2 do Ustawy o o d p a d a c h .

1 4

1 min Mg o d p a d ó w niebezpiecznych stanowi jedynie ok. 1% o g ó l n e j ilości o d p a d ó w powstają-

cych w Polsce.

6.2. GOSP ODARKA ODPADAM:

Tablica 6.4. Właściwości cnarakleryzuiace odpady niebezpieczne

2 0 3

Nazwa właściwości

Opis cechy

| Wvbuchowość

I Właściwości utieniajacc

I l>u:a iarwopalncść

Łatwooainość

Właściwości drazniacc

I Są to substancje, które mogą wybuchnąć pod wpływem ognia lub które
| są wrażliwe na wstrząs lub tarcie

j Są to substancje, które inicjują silnie egzotermiczne reakcje podczas
j kontaktu z innymi substancjami, w szczególności z substancjami
j łatwopalnymi

I Cecha ta dotyczy substancji, które dzielą się na następujące grupy:

- ciekłe substancje majace temperaturę zapłonu poniżej 21 °C;
- substancje, które mogą się rozgrzać, a w efekcie zapalić w kontakcie

z powietrzem, w temperaturze otoczenia, bez jakiegokolwiek

\ dostarczenia energii:

- stale substancje, które mogą się łatwo zapalić po krótkim kontakcie

ze źródłem zapłonu i które palą się nadal lub tlą się po usunięciu
źródła zapłonu:

| - gazowe substancje, które są łatwopalne w powietrzu pod normalnym
I ciśnieniem;

- substancje, które w kontakcie z wodą lub wilgotnym powietrzem

tworzą wysoce łatwopalne gazy w niebezpiecznych ilościach

I Są to ciekłe substancje mające temperaturę zapłonu równą lub wyższą
i niż 21 °C i niższą lub równą 55°C

| Są to substancje nieżrące, które poprzez krótki, długotrwały lub
[ powtarzający się kontakt ze skórą lub błoną śluzową mogą wywołać
i stan zapalny

! Są to substancje, które, jeśli są wdychane lub dostają się drogą
| pokarmową, lub wnikają przez skórę, mogą spowodować ograniczone

zagrożenie dla zdrowia

Substancje tego typu, jeśli są wdychane lub dostają się do organizmu
inną drogą, mogą spowodować poważne, ostre lub chroniczne zagrożenie
zdrowia, a nawet śmierć

Sa to substancje, które, jeśli są wdychane lub dostają się do organizmu
inną drogą, mogą wywoływać raka lub też zwiększyć częstotliwość jego

występowania

I Są to substancje, które w zetknięciu z żywymi tkankami mogą

spowodować ich zniszczenie

Są to substancje, które zawierają żywe mikroorganizmy lub ich toksyn},
o których wiadomo, lub istnieją wiarygodne podstawy do przyjęcia,
że powodują choroby człowieka lub innych żywych organizmów

Są to substancje, które, jeśli są wdychane lub dostaną się do organizmu
inną drogą, mogą wywołać nieaziedziczne. wrodzone deformacje lub też
moga zwiększyć częstotliwość ich występowania

Sa to substancje, które, jeśli są wdychane lub dostaną się do organizmu

i inna drogą, moga wywołać dziedziczne defekty genetyczne lub też mogą

zwiększyć częstotliwość ich występowania

i Właściwości ekoioksvczne | Są to substancje, które stanowią lub mogą stanowić bezpośrednie lub

i opóźnione zagrożenie dla jednego lub więcej elementów środowiska

Szkodliwość

Toksyczność

Właściwości rakorwńrczc

Właściwości żracc

Właściwości zakaźne

Właściwości

oddziaiujace szkodliwie

i na rozrodczość
I Właściwości mutagenne

204

S PRZYCZYIWI SKUTKI ZANIECZYSZCZENIA LITOSFERY

c S

1

F

=

—

d c d -

= = - « - . =. =. " ¡

O ~ ~ r - O' r^j ^T ^ w O

r— —

I - I

i S

U".

in o o -r vD oq ^ oc

r S r 3 S i§ 00 rî Ë cn Ł'

I - g I S »

s

l i

s g

ü S 1 s

s s ~ g

2

6.2. GOSP ODARKA ODPADAM:

2 0 5

Innego rodzaju problemy stwarzają odpady niebezpieczne znajdujące się

w strumieniu odpadów komunalnych. Gospodarstwa domowe są poważnym źró-

dłem niektórych rodzajów odpadów zawierających niebezpieczne substancje, ta-
kie jak: metale ciężkie, środki ochrony roślin, kwasy i alkalia, rozpuszczalniki
organiczne. Z tego powodu do ogólnej masy ponad 1 min Mg rocznie odpadów
niebezpiecznych powstających w Polsce należy dodać jeszcze ok. 100 tys. Mg od-
padów niebezpiecznych zawartych w odpadach komunalnych

1

. Dotychczas w Pol-

sce nie opracowano efektywnych systemów selektywnej zbiórki i segregacji od-
padów komunalnych, stąd cala ilość niebezpiecznych substancji dociera na skła-
dowiska odpadów komunalnych i stanowi tym samym potencjalne, poważne źró-
dło skażeń środowiskowych.

W dalszej części rozdziału omówiono w sposób szczegółowy gospodarkę wy-

branymi rodzajami odpadow niebezpiecznych.

Odpady zawierające PCB

Pod pojęciem odpady zawierające PCB należy rozumieć odpady zawierające: poli-
chlorowane difenyle, polichlorowane trifenyle, monometylotetrachlorodifenylo-
metan. monometylodichlorodifenylometan. monometylodibromodifenyiometan

oraz mieszaniny zawierające jakąkolwiek z tych substancji w ilości powyżej 0.005%
wagowo łącznie. Związki typu PCB zalicza się do tzw. trwałych zanieczyszczeń or-
ganicznych. objętych Konwencją Sztokholmską. Szacunkowe ilości odpadów i urzą-
dzeń zanieczyszczonych PCB w Polsce przedstawiono w tabl. 6.6.

Odpady zawierające PCB są unieszkodliwiane metodami termicznymi w od-

powiednich instalacjach na terenie Polski lub za granicą. Są także rozważane moż-
liwości unieszkodliwiania tego typu odpadów w oparciu o nowe rozwiązania tech-
nologiczne (np. metodą plazmową).

Pestycydy

Problematyka odpadów zawierających pestycydy i inne biocydy ma dwojaki cha-
rakter: bieżący, związany z produkcją, dystrybucją i ich stosowaniem w rolnictwie,
oraz historyczny, dotyczący przeterminowanych środków ochrony roślin zdepono-

wanych w mogilnikach. Są to rozproszone na całym obszarze kraju składowiska
w postaci podziemnych silosów o średnicy 1,0-^2,5 m i głębokości ok. 3 m. Składo-
wiska te ze względu na zły stan techniczny stwarzają poważne zagrożenie dla śro-
dowiska naturalnego. Zgodnie z najnowszymi danymi na terenie Polski znajduje się
nieco ponad 300 mogilników i innych miejsc składowania środków ochrony roślin
(są to np. składowiska odpadów przemysłowych, doły ziemne, bunkry wojskowe,
zbiorniki betonowe). W mogilnikach jest składowanych obecnie ponad 5 tys. Mg

1 5

K r a j o w y Pian G o s p o d a r k i O d p a d a m i ( M o n i t o r Polski. 2003. nr 11, poz. 159).

2 0 6 6. PRZYCZYNY I SKUTKI MNECZ"VSZ CZENIA UH)SfERT

Tablica 6.6. Szacunkowe ilości oooacaur i urządzeń zanieczyszczonych PCb w Polsce

1,

Wyszczególnienie

M a s a

[Mg]

P o c i c d z e n i e

Sposók zagospodarowania

| O i e j z P C B

3000

Olei usunięty z t r a n s f o r m a t o r ó w -

Spalanie w instalacji iii>

1000 Wg. olej usunięty ze

destrukcji cie Hycli

z ł o m o w a n y c h k o n d e n s a t o r ó w

substancji chlorowcu-

i t n r y c h urządzeń (wyłączniki.

organicznycł

prostowniki) - 1.0<l() M g , o d p a d o w e
oleje i ciecze z p r o c e s u
d e k o n t a m i n a c j i - 1000 Mg

1 ¡kondensatory i inne

7600

250 00(1 sztuk k o n d e n s a t o r ó w

Spalanie w instalacji do

i urzadzenia w y m a g a j ą c e

o ś r e d n i e j masie 30 kg/szt..

destrukciiciekłych

1 unieszkodliwienia

zainstalowanych o r a z z ł o m o w a n y c h

substancji c h ł o r o w c o -

- 7500 Mg. niemetaliczne materiały oręanicznych
z d e m o n t a ż u t r a n s i o r m a t o r o w -

120 Mg

T r a n s f o r m a t o r y i inne

3500

1000 s z t u k t r a n s i o r m a t o r o w p o

D e k o n t a m i n a c j a

u r z ą d z e n i a w y m a g a j ą c e

usunięciu o l e j u i części

d e k o n t a m i n a c j i

niemetalicznych - 3000 M g . części
m e t a l o w e wyłączników.
prostowników - 500 Mg

pestycydów' . Natomiast na podstawie informacji zawartych w Krajowym Pianie Go-
spodarki Odpadami przypuszcza się. że ogólna ilość pestycydów i przeterminowa-
nych środków ochrony roślin, składowanych na różnego typu składowiskach w Pol-
sce wynosi ok. 15 000 Mg. W odpadach tych znajdują się takie substancje, jak: DDT.
dieldryna, heksachlorobenzen, toksafen. a także aldryna, enaryna i heptachlor. któ-

re powinny być trwale unieszkodliwione, tak aby środowisko było chronione przed
ich szkodliwym oddziaływaniem. Składowane w mogilnikach oraz produkowane

współcześnie środki ochrony roślin i opakowania po nich. mogą być w sposób sku-
teczny unieszkodliwiane w klasycznych spalarniach niebezpiecznych odpadow prze-
mysłowych. Inne techniki unieszkodliwiania zostały omowione w rozdz. 9.

Oleje odpadowe

Oleje odpadowe stanowią wszystkie oleje smarowe lub przemysłowe, które nic na-
dają się już do stosowania, a w szczególności - zużyte oleje silników spalinowych.

oleje przekładniowe, oleje do turbin, oleje hydrauliczne i smarowe. W kraju po-

wstaje ok. 116+120 tys. Mg odpadów tego typu. Głównym miejscem, gdzie po-
wstają oleje odpadowe są: stacje obsługi pojazdów, bazy transportowe, stacje re-
montów i konserwacji maszyn, urządzenia przemysłowe.

Ż u r e k J. i Sadowski M. (red. |: T r w a l e zanieczyszczenia organiczne. T o m 1 - O c e n a sytuacji

w Polsce. Warszawa. Instytut Ochrony Środowiska 2003.

!

ibidem.

6.2. G D S F O C M U ODPADAM

2 0 7

Gospodarka oleiami odpadowymi w Polsce jest realizowana w sposób popraw -

ny. Ponad 68% tych odpadow jest regenerowanych, 22% jest unieszkodliwionych
różnymi metodami, a 10% jest tymczasowo składowanych. Regeneracją olejów
odpadowych zajmuje się w kraju kilka przedsiębiorstw, a wiodącymi pod tym wzglę-
dem sa rafinerie na południu Polski. Oleje odpadowe są spalane także w cemen-
towniach lub w spalarniach odpadów, wspólnie z odpadami z innych grup. „Wą-
skim gardłem" systemu przetwarzania olejów odpadowych jest probiem zbiórki,
gromadzenia i transportu odpadów powstających w dużym rozproszeniu - w ma-
łych warsztatach mechanicznych i w gospodarstwach domowych.

Baterie i akumulatory

Akumulatory i baterie są potencjalnym źródłem skażeń środowiska takimi metala-
mi ciężkimi, jak: kadm. ołów . nikiel, cynk i mangan. Akumulatory wielkogabaryto-
we: kwasowo-ołowiowe i niklowo-kadmowe są wykorzystywane przede wszystkim
w środkach transportu i po eksploatacji stanowią odpad, który powinien być odpo-
wiednio unieszkodliwiony. W Polsce powstaje rocznie ok. 60 rys. Mg odpadów w for-
mie złomowisk akumulatorów ołowiowych, z czego 95% jest odzyskiwana i podle-
ga recyklingowi. Docelowo planuje się osiągnięcie 100% odzysku z rynku akumu-
latorów ołowiowych i niklowo-kadmowych, czemu sprzyjać będzie konsekwentne
stosowanie opłaty depozytowej, a także wprowadzenie całego szeregu działań po-
rządkujących gospodarkę pojazdami wycofanymi z eksploatacji.

Krańcowo inna jest sytuacja w sferze gospodarki bateriami i akumulatorami

małogabarytowymi, takimi jak np.: baterie alkaliczne, baterie litowe, srebrowe i man-
ganowe. akumulatorki wodorkowe. niklowo-kadmowe i litowe. Po pierwsze - w Pol-
sce nie opracowano technologii unieszkodliwiania i/lub odzyskiwania tego typu
odpadów. Po drugie - baterie i akumulatory małogabarytowe nie są aktualnie zbie-

rane z rynku: brak jest jakiegokolwiek spójnego systemu selektywnej zbiórki, gro-
madzenia i przechowywania tego typu odpadów. Szacuje się, że ok. 10 tys. Mg
odpadowych baterii i małogabarytowych akumulatorów trafia wraz z odpadami
komunalnymi na składowiska. Na skutek przyspieszonych procesów korozji, odpa-
dy te uwalniają do środowiska metale ciężkie, o których wspomniano powyżej.
Oznacza to. że stworzenie efektywnego systemu zbiórki baterii i akumulatorów

małogabarytowych jest jednym z najpilniejszych zadań w zakresie gospodarki tego
typu odpadami. Niezbędne jest także podjęcie działań i prac zmierzających do
opracowania technologii odzysku i unieszkodliwiania tego^typu odpadów.

Odpady zawierające azbest

Azbest, odpady azbestowe i wyroby azbestowe stanowią zagrożenie dla zdrowia
ludzi i w związku z. tym wszędzie tam, gdzie jest to tylko możiiwe powinny być
stopniowo eliminowane i zastępowane innymi materiałami. Azbest może występo-

wać w odpadach w następującej postaci:

208

6. P R Z r a m I SKUTKI ZAIIEC2W2CZEHW LITCEFERV

- w postaci niezwiązanej - gruz. pyl. kurz. resztki tynków, izolacje, tkaniny

azbestowe, z których moga sie stosunkowo łatwo uwalniać luźno zwiazane
włókna: odpady te charakteryzują się wysoką zawartością azbestu - nawet
powyżej 60% i rnalt|gęstością (poniżej 1000 kg/m');

- w postaci związanej - pap a. twarde płyty azbestowo-cementowe, płytki pod-

łogowe z PCW lub inne tworzywa sztuczne z azbestem jako wypełniaczem,

w których udział azbestu jest stosunkowo mały. maksymalnie 15%. a ich
gęstość jest relatywnie duza - powyżej 3000-r 1500 kg/m

3

.

Z raportów międzynarodowych wynika, że prawdopodobnie większość włó-

kien azbestu jest emitowana ze źródeł naturalnych. Mają one jednak mniejsze
znaczenie ze względu na występowanie na terenach stosunkowo rzadko zalud-
nionych i na ich znaczne rozproszenie. Natomiast źródła związane z działalno-
ścią człowieka są zlokalizowane na terenach o dużej gęstości zaludnienia. Do

źródeł tych należą m.in.:

- tereny wydobywania i produkcji azbestu oraz zakłady przetwórstwa azbestu:
- odpady przemysłowe związane z przetwórstwem azbestu. Ze względu na

praktyczną niezniszczalność włókien azoestu. bardzo istotny problem sta-
nowią niewłaściwie składowane odpady azbestowe;

- zanieczyszczenie powietrza spowodowane stosowaniem wyrobów azbesto-

wych - np. ścieranie tarcz sprzęgłowych i hamulcowych czy korozja płyt
azbestowo-cementowych, którą wydatnie przyspieszają ,.kwaśne deszcze"
i inne chemiczne zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego;

- źródła wewnątrz pomieszczeń: urządzenia ogrzewcze, wentylacyjne, klima-

tyzacyjne i izolacje zawierające azbest.

Na terenie Polski wg różnych ocen znajduje się obecnie ok. 15.47 min Mg

wyrobów zawierających azbest, w tym: J4.87 min Mg plvt azbestowo-cementowych

(1 351 500 tys. nr), 600 tys. Mg rur i innych wyrobów azbestowo-cementowych
Należy jednak podkreślić, że z uwagi na brak możliwości szczegółowej inwentary-

zacji wyrobów zawierających azbest, wszystkie podane niżej wartości oraz więk-
szość danych ilościowych mają charakter szacunkowy.

Ostatecznym celem gospodarki odpadami zawierającymi azbest jest bezpiecz-

ne dla zdrowia ludzi usuniecie tych wyrobów i zdeponowanie ich na wyznaczonych
składowiskach w sposób eliminujący ich negatywne oddziaływanie. Należy pod-

kreślić. że składowanie wyrobów zawierających azbest jest zalecanym, skutecz-
nym i efektywnym ekonomicznie sposobem unieszkodliwiania tego typu odpa-
dów, z tym zastrzeżeniem, że powinno być prowadzone w taki sposób, aby nie
dopuścić do uwalniania włókien azbestu i ich przenikania do powietrza atmosfe-
rycznego. Łatwo pylące się odpady azbestowe winny być przed składowaniem

przekształcone poprzez związanie ich z cementem. Odpady azbestowe nie ule-

Wg: Krajowy Pian G o s p o d a r k i O d p a d a m i ( M o n i t o r Polski. 2003. nr 11, poz. 159).

6.2. GOSP ODARKA ODPADAM:

2 0 9

gaja zmianom w procesach składowania, zatem składowiska tych odpadów win-
ny bvć na trwałe wyłączone z jakiegokolwiek użytkowania, które mogłoby naru-
szyć ich stan.

Zużyte urządzenia elektryczne i elektroniczne

W skład tej grupy odpadów wchodzi złom elektryczny i elektroniczny, zawierający
przede wszystkim wycofane z użytku lub zepsute: urządzenia radiowe i telewizyj-
ne, sprzęt komputerowy, urządzeniu gospodarstwa domowego, sprzęt łącznościo-

wy (aparaty i centrale telefoniczne), urzadzenia laboratoryjne i medyczne, apara-

tura i podzespoły urządzeń wojskowych, inne urzadzenia. np. czujniki, mierniki,
sterowniki, regulatory.

Każde z tych urządzeń składa się z szeregu zespołów, takich jak: płytki obwo-

dów drukowanych, układy scalone, kable, tworzywa sztuczne zawierające substan-
cje obniżające palność, wyłączniki rtęciowe, akumulatory , baterie, kondensatory
i styczniki. Część z tych elementów zawiera różnorodne substancje, które z jednej
strony stanowią surowce, z drugiej zaś są źródłem istotnych zagrożeń dla środowi-
ska. jak np.: metale ciężkie (Pb. Hg. Cd. Cr. As), substancje chlorowcopochodne
(w tym CFC. PCB, HCFC). bromopochodne obniżające palność, azbest. Rocznie
powstaje w Polsce ok. 300 tys. Mg zużytych urządzeń domowych, np. pralki, lodów-
ki, zamrażarki oraz ok. 100 tys. Mg urządzeń elektronicznych (odtwarzacze, kom-
putery, odbiorniki TV, aparaty telefoniczne).

Obecnie w większości przypadków sprzęt AGD jest kierowany do składnic

złomu stalowego lub na składowiska odpadów komunalnych. W takich przypad-
kach substancje niebezpieczne zawarte w tego typu urządzeniach stanowią istot-
ne zagrożenie dla środowiska naturalnego. Taki stan gospodarki odpadami po-
chodzącymi z wycofanych z użytku urządzeń elektrycznych i elektronicznych na-
leży uznać za wysoce niezadowalający. Zgodnie z Dyrektywą Unii Europejskiej
dotyczącej odpadów tego typu należy dążyć do osiągnięcia poziomu odzysku sub-
stancji (materiałów) zawartych w tych urządzeniach w ilości ok. 4 kg/mieszkańca

w terminie do 1 stycznia 2006 roku. Aby osiągnąć ten cel podejmujemy następu-

jące działania:

- zorganizować sprawny system zbiórki odpadów elektrycznych i elektronicz-

nych, w tym odpadów zawierających substancje, które niszczą warstwę ozo-
nową (CFC i HCFC);

- stworzyć sieć zakładów demontażu urządzeń elektrycznych i elektronicz-

nych;

- zorganizować wtórny obieg przestarzałych, lecz sprawnych urządzeń elek-

trycznych i elektronicznych:

- dążyć do wyeliminowania szkodliwych substancji (PCW, rtęci, kadmu, oło-

wiu. chlorowcopochodnych organicznych) z urządzeń tego typu:

- uruchomić instalacje do odzysku i unieszkodliwiania CFC i HCFC zawar-

tych w złomie elektrycznym i w sprzęcie AGD.

2 1 0

6 P r a r C Z Y N Y l SKUTKI ZANIEC2TS2CZENA L(TCSFERV

Problemy zwiazane z gospodarka odpadami zawierającymi itTzadzenia elek-

tryczne i elektroniczne naieży obecnie uznać za bardzo pilne, gdyż w Polsce i aa
świecie obserwuje się siime zaznaczona tendencję, polegającą na wzroście ilości
tego typu odpadów o ok. 3 + 5 % rocznie. Powyższe oznacza, że w bliskiej perspek-
tywie ilość tego typu odpadów ulegnie podwojeniu.

Odpady medyczne

Odpady tego typu stanowią swoistą grapę odpadów powstających w związku z szero-
ko rozumianą działalnością medyczną. Działalność taka jest prowadzona w wielu
bardzo różnorodnych jednostkach, takich jak np. szpitale, przychodnie, kliniki, in-
stytuty badawcze, lecznice zwierząt i punkty weterynaryjne. Na podstawie wytycz-
nych Głównego Inspektora Sanitarnego odpady medyczne podzielono na trzy grupy:

- Grupa 1: odpady bytowo-gospodarcze (zmiotki, szmaty, makulatura, resztki

pokonsumpcyjne). niestanowiące zagrożenia.

- Grupa 2: odpady specyficzne, które ze względu na swój charakter i zanieczysz-

czenie drobnoustrojami moga stwarzać zagrożenie dla ludzi i środowiska.

- Grupa 3: odpady specjalne, do których są zaliczane substancje radioaktyw-

ne, przeterminowane środki farmaceutyczne i in.

Odpady z grupy 1 nie należa do grupy odpadów niebezpiecznych i są trakto-

wane jak zwykłe odpady komunalne. Natomiast odpady z dwóch pozostałych grup
ze względu na swoją specyfikę należy kwalifikować jako odpady niebezpieczne. Do
grupy odpadów s p e c y f i c z n y c h są zaliczane m.in. następujące odpady:

- zużyte materiały opatrunkowe, zużyty sprzęt jednorazowego użytku (strzy-

kawki. igły), odpady z oddziałów chirurgicznych, sal operacyjnych i porodo-
wych. tkanki pobrane do badań laboratoryjnych, szczątki pooperacyjne i po-
sekcyjne. materiał biologiczny:

- wszystkie odpady ze szpitali i oddziałów zakaźnych, łącznie z bytowymi

i resztkami pokarmowymi:

- odpady bytowe pochodzące z zabiegowych oddziałów szpitalnych (są to od-

pady potencjalnie zakażone).

Odpady specyficzne mogą stanowić zagrożenie dia ludzi i środowiska, głównie

z powodu obecności w nich chorobotwórczych drobnoustrojow: bakterii, wirusów,
grzybów i pasożytów. Mogą być źródłem infekcji i chorób zakaźnych, jak żółtaczka,
gruźlica i in. Z powyższych względów, w przypadku nieodpowiedniego obchodzenia
się z nimi. mogą być źródłem skażeń wewnątrzszpitalnych i pozaszpitalnych.

Z kolei odpady s p e c j a l n e to m.in.:

- odpady radioaktywne (szczególnie ze szpitali onkologicznych) oraz zużyte

diagnostyki izotopowe;

- przeterminowane środki farmaceutyczne i niezużyte leki;
- substancje toksyczne (w tym środki dezynfekujące):

6.2. GOSP ODARKA ODPADAM:

2 1 1

- zuzvte oleje, substancje chemiczne, rozpuszczalniki i odczynniki chemicz-

ne oraz opakowania po lekach i chemikaliach:

- odpady srcbronośne (klisze zdjęć rtg i in.);
- uszkodzone termometry rtęciowe oraz zużyte baterie i świetlówki.

W ogólnym strumieniu odpadów pochodzących ze szpitali i placówek medycz-

nych ok. 6(1+75% to odpady będące zwykłymi odpadami komunalnymi. 20+30%
stanowią odpady należące do grupy odpadów specyficznych, a 5 + 10% to odpady
specjalne. Skład morfologiczny odpadów szpitalnych o charakterze komunalnym
i specyficznym przedstawiono w tabl. 6.7.

Tablica 6.7. Skład morfologiczny odDadów poszpitalnych (% mas.)

1

L p .

Składnik

O d p a d )

socjalno-bytowe

O d p a d y

specyficzne

1 1 Tworzywa sztuczne

21

31 ( 2 8 + 3 6 )

2 1 M e t a l e

1

1

3 ! Papier, o p a k o w a n i a

57

48 (42-1-63)

4 ! Szkło

2

9

5 ! G u m a

1

1

fi i O d p a d y o r g a n i c z n e

9

4

n | Odpady specjalne

9

6

Obecnie w Polsce powstaje rocznie ok. 25 tys. Mg specyficznych odpadów szpi-

talnych i przewiduje się. że do 2014 roku liczba ta wzrośnie o ok. 20%, a więc do
29 + 30 tys. Mg/rok. Główne elementy systemu gospodarki odpadami medycznymi,
to m.in.:

- segregacja odpadów w miejscu ich powstawania na trzy wymienione powy -

żej grupy:

- tymczasowe składowanie odpadów specyficznych w specjalnych pomieszcze-

niach, w temp. nieprzekraczającej 10°C. Bardzo istotną rolę w rozwiązywa-
niu tego zagadnienia odgrywają pojemniki jednorazowego i wielokrotnego
wykorzystania, gwarantujące szczelność i bezpieczeństwo przechowywani;!
niebezpiecznych materiałów;

- transport odpadów medycznych:
- unieszkodliwianie odpadów niebezpiecznych.

Według oficjalnych statystyk obecnie 100% odpadów specyficznych i specjal-

nych jest unieszkodliwiane. Przepisy zabraniają składowania tych odpadów na skła-
dowiskach i nie podlegają one recyklingowi - nie są więc ponownie wykorzystywa-
ne w jakikolwiek sposób. Ponad 98% szpitalnych odpadów specyficznych jest uniesz-

" W a n d r a s z J. W.: G o s p o d a r k a o d p a d a m i medycznymi. P o z n a ń . P Z i T S 2000.

212

6. PR2VCMIY I SKUTKI ŻABIECZrSJCTEfNM LITCSFERV

kodiiwtane metodami termicznymi, w tym przede wszystkim przez spalanic. Nie
więcej niż 2% tych odpadów jest uiszczone metodami fizyKocheniicznyrni, takimi

jak dezynfekcja i sterylizacja w autoklawach oraz dezynfekcja chemiczna za po-

mocą chloramin i NaClO. Szerzej problematykę unieszkodliwiania odpadów me-
dycznych omówiono w rozdz. 9.

Podsumowując zagadnienia związane i gospodarka odpadami niebezpieczny-

mi. można stwierdzić, że problemy te były w przeszłości traktowane marginalnie.
Skutkiem tego poziom społeczne j świadomości o skali zagrożeń, j aide powoduje zle
gospodarowanie niebezpiecznym i substancjami, jest bardzo niski. Społeczeństwo nie
ma także dostatecznej wiedzy o rodzajach odpadów, a także o n iebezpiecznych skład-
nikach zawartych w produktach konsumpcyjnych i w użytkowanych sprzętach.

Z przedstawionych powyżej rozważań wynika, że efektywność systemu go-

spodarki odpadami niebezpiecznymi zależy od wielu czynników. Najistotniejszy-
mi są warunki ekonomiczne, w szczególności dla firm zajmujących się zbiórka
i/lub unieszkodliwianiem odpadów niebezpiecznych. Jeżeli koszty tej działalno-
ści będą kilkakrotnie wyższe niż najprostszy (i niezalecany) sposób unieszkodli-

wiania, polegajacy na składowaniu odpadów w nieprzetworzonej postaci na skła-

dowiskach, to nie należy się spodziewać, że możliwe będzie stworzenie syste-
mów. które w efektywny i skuteczny sposób rozwiążą problemy z zakresu gospo-
darki odpadami niebezpiecznymi.

6.2.3. Odpady z tworzyw sztucznych i gumy

Od ponad stu lat są obecne w naszym życiu tworzywa sztuczne, które zastąpiły

wiele materiałów naturalnych. Ich podstawowe zalety, takie jak: trwałość, duża
odporność na utlenianie w temperaturze otoczenia, odporność chemiczna i niski
stopień degradacji w środowisku naturalnym pod wpływem mikroorganizmów,
stają się jednocześnie ich największymi wadami, kiedy tworzywa sztuczne stają
się odpadami. Także niska cena produkcji wielu z nich jest niekorzystna ich cechą,
ponieważ jest nieopłacalne odzyskiwanie surowców do ich wyprodukowania. Dla-
tego zużyte tworzywa sztuczne są istotną częścią zarówno odpadów komunal-
nych. jak i odpadów przemysłowych. Stanowią one niewielką część masy odpa-
dów i dużą część ich objętości. Niska biodegradowalność tworzyw sztucznych

w środowisku naturalnym, a więc i na składowisku, przy dużym ich udziale obję-

tościowym w odpadach, powoduje, że są one uznane za jeden z najważniejszych
problemów ochrony środowiska. Podobny problem stanowią zużyte opony sa-
mochodowe. Liczby charakteryzujące wielkość produkcji tworzyw sztucznych
podawane przez rozmaite źródła różnią się nieznacznie. Przed II wojną świa-
tową produkcja tworzyw sztucznych na świecie osiągnęła wartość 0.3 min Mg.
natomiast obecnie wynosi ponad 100 min Mg rocznie"''.

211

Szlezynger W.: Tworzywa sztuczne. Rzeszów, Wyd. Oświatowe F O S Z E 1998.

6.2. GOSP ODARKA ODPADAM:

2 1 3

Całkowite zużycie tworzyw sztucznych w krajach Unii Europejskiej wyniosio

w 1997 r. 27.3 min Mg. w tym 10 min Mg stanowi! polietylen (PE). 6 min Mg

polipropylen (PP). 4.6 min Mg polichlorek wtnyiu (PCW) i 2.7 min Mg polistyren
(PSi"

1

. Opakowania pochłonęły 42% wyprodukowanych tworzyw sztucznych. We-

dług analiz rynkowych globalne zużycie tworzyw sztucznych w roku 2010 powinno
osiągnąć 250 ml u Mg. W Polsce zużycie tworzyw sztucznych jest proporcjonalnie
mniejsze niż w UE. Stanach Zjednoczonych czy Japonii, ale ulega zwiększeniu,
podobnie jak we wszystkich rozwijających się krajach. Wielkość produkcji tworzyw
sztucznych w Polsce w latach 2000 i 2004 podano w tabl. 6.8.

Tablica E J . Wielnosc produkcji wybranych tworzyw sztucznych w Polsce

(w tys. N j ) '

R o d z a j

2000 r.

2004 r.

PE

147

153

PS

94.3

97.5

PCW

274

268

PP

123

143

K a u c z u k svntetvcznv

103

109

W ł ó k n a syntetyczne

109

106

W krajach wysoko rozwiniętych, udział tworzyw sztucznych w odpadach może

przekraczać nawet 30% obj. W Polsce tworzywa sztuczne stanowią w przybliżeniu
2+10% obj. odpadów komunalnych, co rocznie daje ok. 1.5 min m . Na rysun-
ku 6.7 przedstawiono strukturę odpadów z tworzyw sztucznych znajdujących się
odpadach komunalnych w Polsce.

P C W

(20%)

( 5 0 % )

Rys. 6.7. Struktura odpadów tworzyw sztucznych

w Polsce

23

* Prcdel M., k a m i n s k y W .: Pyrolvsis of mixed polvolefins in fiuidized-bed r e a c t o r a n d on a pvro-

- G C / M S to yield aliphatic waxes. Polymer Degrad. Stabil. 2000. 7 0 . s. 373-385.

" Rocznik Statystyczny. W arszawa. G U S 2005.

Kozłowska B.: O c h r o n a ś r o d o w i s k a - w y b r a n e zagadnienia. Ł ó d ź . Wyd. Politechniki Łódzkiej 2001

2 1 4

6. PR2YCZYNY I SKUTKI M N E C r / S Z C2EUIMJfOS FEF?

V

Guma jest produktem wulkanizacji kauczuku naturalnego i/lub kauczuku syn-

tetycznego. odznaczającym się zdolnością do dużych odkształcę n odwracalnych (do

1000%). Rozróżnia się gumę naturalną (otrzymywaną z kauczukowca brazylijskie-

go) oraz gumę syntetyczna, której produkcja polega na reakcji polimeryzacji we-
glowodorow nienasyconych, takich iak: butadien, chloropren, izopren. styren. Za-
sadniczym składnikiem gumy są łańcuchowe cząsteczki, zawierajace od 200(1 do
30 000 jednostek monomeru (jednego z wyżej wymienionych). "Właściwości gumy
zależą od monomeru, który został użyty do produkcji, np. forma izomeryczna (cis
lub trans) monomeru decyduje o jej elastyczności.

RAMKA 6.1

Kauczuk naturalny, produkt koagulacji lateksu (mleczka kauczukowego) z upraw-

nego drzewa Hevea brasil lensis. O l i w n y m składnikiem jest węglowodoT nienasycony o bu-
dowie łańcuchowej. cis-1.4-poliizopren. W wyniku polimeryzacji można otrzymać np.
gumę lub ebonit (C

5

H

K

)„, gdzie n > 10 00(1.

Kauczuk syntetyczny, polimer o własnościach zbliżonych do kauczuku naturalnego.

Różne gatunki kauczuku syntetycznego otrzymuje s i e w procesach polimeryzacji butadie-
nu. chloroprenu bądź izoprenu. łub ich kopoiimeryzacji z akrylonitrylem albo styrenem.

¡zopren ( C H

:

= C ( C 1 1 , i — C H = C H

:

) . 2-metvlobutadien-1.3. Stercoreguiarna po-

limeryzacja izoprenu prowadzi do cis-poliizoprenu. mającego własności zbliżone do na-
turalnego kauczuku.

Butadien-1.3 (biwinvl. C H , = C H — C H = C H

2

) .

Chloropren (2-chlorobutadien-1.3. C H

;

= C C 1 — C H = C H ) .

Wulkanizacja, ogrzewanie kauczuku naturalnego albo syntetycznego z siarką (lub

jej związkami) oraz przyspieszaczami wulkanizacji w celu wytworzenia mostków sulfido-
wveh między łańcuchami polimeru. Proces wulkanizacji zwiększa wytrzymałość mecha-
niczną i odporność polimeru na działanie chemikalii.

W wyniku odpowiedniego doboru składników mieszanki gumowej można otrzy-

mać gumy o różnych zastosowaniach i właściwościach: gumę do produkcji opon.
gumę odporną na niską lub wysoką temperaturę, odporną na działanie olejów, ma-
teriałów pędnych, rozpuszczalników, trudno palną, gumę do zastosowania w prze-
myśle spożywczym lub w medycynie. Produkty gumowe mają więc różny skład, a kau-
czuk może stanowić tylko ok. 50% masy produktu. Powoduje to. że utylizacja pro-
duktów gumowych nie jest łatwa, ze względu na różnorodny skład oraz konieczność

zagospodarowania i użytecznego wykorzystania wszystkich jej składników.

Jednym z najważniejszych produktów przemysłu gumowego są opony, które

stanowią największy' problem, jeżeli chodzi o utylizację wyrobów gumowych (po-
dobnym problemem jest przetwarzanie zużytych taśm przenośników).

Roczne, światowe zużycie kauczuków wynosiło w roku 1997 ok. 17 min Mg. co

oznacza, że produkcja gumy osiągnęła poziom blisko 34 min Mg. Natomiast wiel-
kość produkcji opon w Polsce w latach 2000+2001 pokazano na rys. 6.8 (nie
uwzględniono importu i eksportu).

6.2. GOSP ODARKA ODPADAM:

2 1 5

RAMKA 6.2

r

O p o n a składa się z osnowy - kilku warstw tkaniny kordowej (wykonanej z bawełny",

s z t u c z n e g o jedwabiu, tworzywa s z t u c z n e g o lub/i m e t a l u ) z a w u l k a n i z o w a n e j w g u m i e ,
bieżnika - grubej warstwy g u m y przywulkanizowanej do o s n o w y , p o d k ł a d u - w y k o n a n e -
go najczęściej z gumy. s ł u ż ą c e g o do l e p s z e g o związania bieżnika z o p o n ą , oraz obrzeża -

w z m o c n i o n e g o wewnątrz jedną lub kilkoma linkami stalowymi, m o c u j ą c e g o i utrzymu-

jącego o p o n ę na obręczy kola.

• 2000 r. • 2004 r.

O g ó ł e m S a m o c h o d y S a m o c h o d y C i ą g n i k i

Rys. 6.8. Wielkość produkcji opon (w tys. sztuk) dla różnych rodzajów pojazdów w Polsce

24

Obecnie przyjmuje się, że 20% opon będących w użyciu musi być rocznie wy-

mienianych. Duża część z nich jest nielegalnie składowana, co jest oczywiście nie-
korzystne dla środowiska i może nawet doprowadzić do katastrof ekologicznych.
Najbardziej niebezpieczne są pożary olbrzymich ilości składowanych opon. We

wrześniu 1999 r. zdarzył się taki wypadek w Kalifornii, a jesienią 2003 r. w Polsce
w woj. opolskim.

W krótkim czasie po odkryciu metod wulkanizacji kauczuku naturalnego

stwierdzono, że istnieje konieczność opracowania metod zagospodarowania, uty-
lizacji bądź regeneracji zużytych wyrobów gumowych, z uwagi na to. że trwałość
produktów gumowych w naturalnych warunkach składowania może wynosić na-

wet 100 lat.

Na początku wieku dwudziestego odzyskiwano średnio 50% gumy z odpa-

dów. W latach 60. ubiegłego wieku stopień recyklingu wynosił tylko ok. 20%,
podczas gdy wielkość produkcji opon gwałtownie wzrastała. Dodatkowo na prze-

24

Rocznik Statystyczny. Warszawa. G U S 2001. 2002.

216

S. P R T Y C Z W I SKUTKI ZANECZWiCZEMU LITOSFERY

tomie lat 60. i 70. wprowadzano nowy typopon -opony radialne, co powiększy-
ło ilość opon na składowiskach, pizy niewielkich jeszcze wtedy możliwościach
ich utylizacji. Obecnie w krajach rozwiniętych ogranicza się na drodze prawnej
możliwości unieszkodliwiania odpadów gumowych i opon za pomocą składo-

wania. a z drugiej zaś strony zaleca sie technologie recyklingu odpadów gumo-
wych poprzez ulgi podatkowe lub nawet bezpośrednie dotacje. Rozwiązanie

problemu zużytych opon gumowych jest utrudnione także przez takt. zc zapo-
trzebowanie przemysłu wytwórczego na zużyte opony jest niewielkie, w ten spo-
sób jest wykorzystywane jedynie kilka procent odpadciw gumowych. Bardziej
szczegółowy opis technik unieszkodliwiania odpadów z tworzyw sztucznych i gu-
my przedstawiono w rozdz. 9.

6.2.4. Odpady komunalne

Odpady komunalne to odpady powstające w gospodarstwach domowych. Zalicza
się do nich także odpady pochodzące od innych wytwórców, ale tylko takie, które
ze względu na swój charakter lub skład są podobne do odpadów znajdujących się

w odpadach komunalnych. W Polsce od kilku lat obserwuje się stały wzrost ilości
wytwarzanych odpadów komunalnych. Obecnie „statystyczny obywatel" w Polsce
wytwarza rocznie nieco ponad 300 kg śmieci, co w porównaniu z ilością odpadów
komunalnych, która przypada na 1 mieszkańca w Europie jest liczbą porówny-
walną. Tylko w najbogatszych krajach Unii Europejskiej ta wielkość jest zdecydo-
wanie wyższa. Na przykład w Niemczech na jednego mieszkańca wskaźnik ilości
wytworzonych odpadów komunalnych wynosi aż 540 kg rocznie.

Ponieważ ilość wytwarzanych w Polsce odpadów komunalnych systematycznie

rośnie, a stan gospodarki odpadami komunalnymi jest niezadowalający, jest niezbędne
inicjowanie działań, które będą zmierzały do racjonalizacji wytwarzania i redukcji
ilości odpadów powstających w gospodarstwach domowych. Pierwsze kroki w tym
kierunku już podjęto. Są to między innymi przepisy prawa wprowadzające obowią-

zek odzysku odpadów opakowaniowych, a także pobieranie opłat produktowych, gd\
podmioty gospodarcze nie spełniają wymagań dotyczących zalecanych poziomów
recyklingu niektórych rodzajów odpadów. Struktura gospodarki odpadami komu-
nalnymi w Polsce jest wysoce nieodpowiednia. Jak już wspomniano, ponad 96% od-
padów komunalnych jest składowanych na wysypiskach śmieci. Część z nich. wybu-
dowana wg starych, nieobowiązujących już dziś przepisów budowlanych, stanowi

poważne zagrożenie dla środowiska naturalnego, gdyż nie mają one żadnych zabez-
pieczeń przed przedostaniem się wód odciekowych i opadowych do gruntu. Dodat-
kowym problemem są emisje zanieczyszczeń gazowych i odorów oraz skażenie mi-
krobiologiczne. którego źródłem może być nieodpowiednio eksploatowane składo-

wisko odpadciw komunalnych. Należy także zaznaczyć, że pomimo opracowania tech-

nologii budowy bezpiecznych dla środowiska składowisk, inwestycje tego typu spoty-

kają się ze znacznym społecznym oporem.

6.3. PDOSUI/IO WANIĘ

2 1 7

Składowanie odpadow komunalnych jest najgorszym z możliwych rozwiązań

także z innego powodu. Wystarczy spojrzeć na skład morfologiczny śmieci po-
wstających w gospodarstwach domowych, aby uświadomić sobie, że odpady ko-
munalne to cenne źródło surowców, które moga być powtórnie wykorzystane

w produkcji przemysłowej (tabl. 6.9).

Tablica 6.5. Skład morfologiczny oapadow komunalnych z miast o różnym stopniu rozwoiu gospodarczego

M i a s t o ( P a ń s t w o )

P a p i e r

Szkło

M e t a l e

T w o r z y w a O r g a n i c z n e

i n n e

N o i w J o r k ( U S A )

35

9

13

10

22

11

L o n d y r (Wlk. Bryt.)

37

8

8

O

28

17

1 R z v m ( W i o c h y )

18

4

3

4

50

21

| Singapur

43

1

3

6

15

32

1 H o n g K o n g (Chiny)

32

10

2

6

19

31

1 M e d e l i n ( K o l u m b i a )

22

2

1

5

56

14

1 L a g o s ( N i g e r i a )

14

3

4

1

60

18

| M a n i l a (Filipiny)

17

5

2

4

43

29

| J a k a r t a ( I n d o n e z j a )

O

1

4

3'

82

8

1 Karaczi ( P a k i s t a n )

1

1

1

1

56

40

f Kalkuta ( I n d i e )

3

8

1

1

56

31

| Lódź (Polska)

20

l b

4

13

30

16

Poważnym problemem, który należy szybko rozwiązać w najbliższej przyszło-

ści, jest konieczności ograniczenia ilości odpadów biodegradowalnych kierowanych
na składowiska. Do roku 2012 ilość tego typu odpadów deponowanych na składo-

wiskach powinna być ograniczona do min. 65%. Wkrótce będzie również obowią-
zywał zakaz składowania odpadów nieprzetworzonych. Te zalecenia spowodują
zmiany w obecnym systemie gospodarki odpadami: rozwiną systemy selektywnej
zbiórki odpadów , a następnie ich recyklingu, ulepszą systemy przetwarzania odpa-
dów na drodze mechaniczno-biologicznej ("kompostowanie) i termicznej (spala-
nie). Technologie służące do unieszkodliwiania odpadów komunalnych omówiono
w rozdz. 9.

6.3. Podsumowanie

W polityce ekologicznej Polski gospodarka odpadami zajmuje znaczącą pozycję.
Wynika to ze świadomości, że ta dziedzina ochrony środowiska ma decydujące
znaczenie dla jakości naszego życia, a ilość zadań, które znajdują się w tej sferze
działalności jest ogromna. Wiele spośród postulowanych działań dotyczących po-
prawy gospodarki odpadami pozostaje nadal w sferze deklaracji i postulatów , a nic
konkretnych działań. Wynika to z wielu przyczyn. Podstawowym problemem po-
zostaje szczupłość nakładów finansowych - w 2000 roku jedynie ok. 8% rocznych

2 1 8

6. PRZYCZYNY I SKUTKI ZANIECZYSZCZENIU, LITOSFERY

wydatków na inwestycje proekologiczne w Polsce, pochodzących z Narodowego

Funduszu Ochrony Środowiska, przeznaczono na ochronę powierzchni ziemi, w tym
na zagospodarowanie odpadów" .

Należy także podkreślić, że przyczyną niezadowalającego stanu gospodarki

odpadowej nie są problemy natury technicznej czy niedostateczny rozwój tecnnc-
iogii unieszkodliwiania odpadow stałych. Przyczyny opóźnień mają raczej charak-
ter systemowy - bardzo trudno jest bowiem zorganizować i uruchomię niezawodny
system ewidencji, gromadzenia, transportu, przetwarzania i składowania odpadów.
Na przeszkodzie stoją w tym przypadku takie czynniki, jak: brak sprawnego syste-
mu nadzoru i monitoringu strumieni odDadowych. niedostateczna kontrola składu
i błędna klasyfikacja poszczególnych rodzajów odpadow oraz brak spójnegosyyfe-

mu zachęt ekonomicznych wymuszających racjonalną gospodarkę odpadami. Na-

dal najtaniej jest po prostu odpad wrzucić, oddać łub wywieźć na wysypisko, gdyż
inne formy przetwarzania odpadów kosztują wytwórcę znacznie więcej. Poza tym
biedniejszych krajów zwykle nie stac na kosztowne rozwiazania i musza one bory-
kać się z najbardziej podstawowymi problemami gospodarki odpadowej - racjo-
nalnym systemem gromadzenia i składowania odpadów. Problemy segregacji od-
padów, recyklingu, odzysku surowców i energii czy unieszkodliwiania odpadów
pozostawia się zwykle do rozwiązania w dalszej perspektywie. Wydaje się, że tego
typu tendencje ulegną zmianie w najbliższych latach.

Część problemów związanych z gospodarką odpadami mit wymiar społeczny

i psychologiczny, gdyż dotyczy postaw, zachowań i sposobów myślenia poszczegól-
nych obywateli. Każdy jest bowiem producentem odpadów, lecz większość ludzi
reprezentuje postawę opisywaną tzw. syndromem NIMBY (Not Vn My Back V'ard):
..Odpady? Owszem jestem za tym. aby je unieszkodliwiać, ale niech się to odbvwa

daleko od mojego podwórka". Taka postawa utrudnia planowanie gospodarki odpa-

dowej. uruchamianie instalacji przetwarzających odpady czy organizowanie nowych
składowisk odpadów. Tego typu przedsięwzięcia napotykają duży opór społeczny
i niejednokrotnie - wbrew racjonalnym argumentom - nie mogą być zrealizowane.

Należy pamiętać, że gospodarka odpadami ma także swój wymiar społecz-

no-polityczny - jej cele i zadania silnie zależą od takich czynników, jak: model
konsumpcji, poziom zasobności społeczeństwa, styl życia, poziom zatrudnienia
i wielkość bezrobocia. Niebagatelne znaczenie ma poziom techniki i technologii
stosowanych w procesach produkcyjnych oraz materiałochłonność gospodarki
narodowej. Prostym wskaźnikiem oceniającym ten poziom jest ilość odpadów

przypadająca na jednostkę wytworzonego dochodu narodowego. W tym wzglę-
dzie Polska nadal ma jeden z najwyższych wskaźników w Europie.

2 5

Z drugiej strony wpływy z tytułu opłat za składowanie o d p a d ó w stanowiły nie więcej niż 15%

ogólnej kwoty wpływów, jak wykazał N F O S w 2000 r. (decydujący udział we wpływach m a j a opłat>
i kary za emisję zanieczyszczeń do powietrza atmosferycznego).

7

Ochrona powietrza. Procesy oczyszczania

gazów odlotowych

7.1. Wprowadzenie

Zainteresowanie ochroną atmosfery pojawiło się wraz z rozwojem przemysłu, cho-
ciaż nastąpiło to dopiero kilkadziesiąt lat po rewolucji przemysłowej. Pierwsze akty
prawne dotyczące ograniczenia emisji zanieczyszczeń do powietrza wydano w An-
glii i obejmowały one zanieczyszczenia towarzyszące produkcji przemysłu chemicz-
nego nieorganicznego (w roku 1863 uchwalono Alkali and Chemical Works Regii-

lations Act

1

). Burzliwy i słabo kontrolowany rozwój przemysłu, a później komuni-

kacji samochodowej, na skutek których nastąpiło radykalne pogorszenie się stanu
atmosfery, spowodowało w drugiej polowie XX wieku wyzwolenie wielu inicjatyw
społecznych, które doprowadziły do polepszenia stanu atmosfery. Najważniejszym
elementem, który wprowadził istotny kierunek zmian, był (i jest) system prawny
oraz rozwój techniki i technologii, spowodowany częściowo zmianami w przepi-
sach regulujących zasady korzystania z zasobów środowiska naturalnego. Ważnym
elementem procesów zmian są także systemy zarządzania środowiskiem, o któ-
rych będzie mowa w rozdz. 10.

Najlepszym sposobem ochrony powietrza jest likwidacja emisji u źródła lub

ograniczanie ilości strumieni zanieczyszczeń wprowadzanych do atmosfery. Tego
typu podejście jest związane jednak z całkowitą zmiana sposobu myślenia o ochro-
nie środowiska i atmosfery. Przełom ten częściowo już sic dokonał, o czym świad-
czą m.in. przyjęcie przez międzynarodowe organizacje ponadpaństwowe i więk-
szość państw, uzgodnionego wspólnie kierunku rozwoju i polityki ochrony środo-

wiska. Kierunek ten został nazwany strategią zrównoważonego rozwoju. Szerzej

ten problem omówiono w rozdz. 10.

1

Konieczynski J.: Oczyszczanie gazów odlotowych. Gliwice. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej 1999.