Zanieczyszczenia wód i
metody ochrony
Zanieczyszczenia wód i
metody ochrony
Podział zanieczyszczeń ze względu na sposób
wprowadzania ich do wód.
Zanieczyszczenia wód, zarówno pochodzenia
naturalnego, jak i antropogenicznego, możemy
sklasyfikować ze względu na sposób wprowadzania
ich do wód. Jak wiemy zanieczyszczenia wód
aktualnie spowodowane są przede wszystkim
działalnością człowieka.
Powodują
je głównie
substancje
chemiczne,
bakterie
i
inne
mikroorganizmy, obecne w wodach naturalnych w
zwiększonej ilości. Substancje chemiczne organiczne
i nieorganiczne (mineralne) występują w postaci
roztworów, roztworów koloidalnych i zawiesin.
Skład chemiczny zanieczyszczeń jest kształtowany
czynnikami naturalnymi, np. rozkładaniem substancji z
gleb i skał, rozwojem i obumieraniem organizmów wodnych
oraz czynnikami antropogenicznymi.
Do
najczęściej
występujących
antropogenicznych
zanieczyszczeń wód powierzchniowych należą:
• pestycydy,
• substancje powierzchniowo czynne,
• węglowodory ropopochodne,
• fenole,
• chlorowe pochodne bifenylu,
• metale ciężkie, głównie ołów, miedź, chrom, kadm, rtęć i
cynk,
• a także wody podgrzane (zanieczyszczenie termiczne), które
są szczególnie niebezpieczne dla wód powierzchniowych o
małym przepływie lub wód stojących.
Większość antropogenicznych zanieczyszczeń
wód działa toksycznie na organizmy wodne.
Zanieczyszczenia bardzo trwałe w środowisku
wodnym i bardzo trudno ulegające chemicznymi
biochemicznym
procesom
nazywa
się
substancjami
refakcyjnymi.
Najwięcej
zanieczyszczeń trafia do wód razem ze ściekami.
Do zanieczyszczeń wód przyczyniają się również
transport wodny i lądowy, stosowanie pestycydów
i nawozów sztucznych oraz odpady komunalne i
przemysłowe.
Wszystkie zanieczyszczenia mogą dostawać się
do wód w postaci zanieczyszczeń punktowych,
obszarowych i liniowych.
• Zanieczyszczenia punktowe
Wprowadzane są one do wód w jednoznacznie
określonym punkcie, są to przede wszystkim ścieki,
należą do nich:
- ścieki bytowo-gospodarcze (tzw. komunalne)
są to wody, które zostały zużyte do celów
higienicznych i gospodarczych, w gospodarstwach
domowych, zakładach pracy i zakładach użyteczności
publicznej.
Ścieki te charakteryzują się na ogół stałym
składem,
wynikającym
z
powtarzalności
zabiegów higienicznych i czynności związanych
z prowadzeniem gospodarstw domowych.
Ścieki bytowo-gospodarcze odprowadza się w
sposób zorganizowany bądź niezorganizowany,
w miejsca przypadkowe. Należą one do ścieków
nie
oczyszczanych
przez
co
powodują
zanieczyszczenia
wód.
Głównymi
zanieczyszczeniami zawartymi w ściekach
komunalnych
są
substancje
organiczne
wyrażane wskaźnikiem BZT
5
oraz związki azotu
i fosforu zwane związkami biogennymi.
- ścieki, których składem są zasolone wody
kopalniane.
Są to zrzuty z zasolonych wód kopalnianych, z
których większość zawiera duże i niebezpieczne
stężenie chlorków i siarczanów. Stanowią one
bardzo poważne zagrożenie dla wód płynących.
Wody takie są nader uciążliwym zanieczyszczeniem,
które dyskwalifikują wodę:
do celów spożywczych i nawodnień rolniczych -
powodują zasolenia gleb
oraz do celów przemysłowych – przyczyniają się do
niebezpiecznej dla maszyn ich korozji.
- ścieki przemysłowe
są to wody zużyte w zakładach produkcyjnych i
usługowych w wyniku procesów technologicznych. Ich
skład jest różny i zależy od rodzaju przemysłu,
materiałów
stosowanych
w
produkcji
oraz
w
technologii. Stan gospodarki ściekowej w zakładach
jest nadal niezadowalający. Główną przyczyną tak nie
zadawalającego
stanu
jest
brak
urządzeń
do
oczyszczania ścieków gwarantujących wymaganą
redukcję zanieczyszczeń. Inną przyczyną jest trudna
sytuacja finansowa wielu zakładów. Nie ułatwia to
podejmowania drastycznych decyzji o unieruchomieniu
zakładów prowadzących niewłaściwie gospodarkę
wodno-ściekową. Ten rodzaj ścieków odznacza się na
ogół większym stężeniem i wyższym stopniem
zanieczyszczenia od ścieków bytowo-gospodarczych.
-
ścieki
powstające
na
skutek
działalności elektrociepłowni. Są to
podgrzane
wody
chłodnicze,
które
klasyfikowane
są
jako
inny
rodzaj
zanieczyszczeń przemysłowych. Ten rodzaj
ścieków stał się problemem w wyniku
rozbudowy
przemysłu
paliwowo-
energetycznego. Obiekty te wpuszczają do
wód
naturalnych
wodę
o
wyższej
temperaturze. Zrzuty wód podgrzanych
podnoszą temperaturę wody o kilka stopni.
Podwyższenie temperatury wód powierzchniowych
ma negatywny wpływ na biocenozę, w wyniku czego
następuje
wyraźne
przyspieszenie
procesów
biologicznych, częściej i dłużej mają miejsce zakwity
planktonu roślinnego, bujnie rozwijają się rośliny
wyższe oraz gwałtownie przebiegają procesy gnilne.
Kumulacja materii organicznej prowadzi z kolei do
wzrostu biologicznego zapotrzebowania na tlen,
przy
jednoczesnym
zmniejszeniu
jego
rozpuszczalności. Niedobór tlenu jest bardzo
niebezpieczny dla organizmów żyjących w wodzie i
może być przyczyną m.in. śnięcia ryb.
-
ścieki
opadowe
z
terenów
skanalizowanych, tj. głównie wody
deszczowe i roztopowe oraz wody zużyte
na polewanie ulic i placów. Ścieki te
cechuje
znacznie
mniejsze
zanieczyszczenie i niewielkie stężenie,
szczególnie po pewnym czasie trwania
deszczu lub roztopów.
Zanieczyszczenia obszarowe
Są to zanieczyszczenia dostające się do wód
powierzchniowych i podziemnych na terenie dużego
obszaru. Są to przede wszystkim:
- odpływy z terenów przemysłowych.
Składowiska
takie
często
usytuowane
są
w
niewłaściwym
miejscu
i
są
niedostatecznie
zabezpieczone oraz często umyślnie pozostają
nieujęte w systemy kanalizacyjne ze względów
oszczędności
finansowych
przez
dany
zakład
produkcyjny.
Zanieczyszczenia
te
przenikają
najczęściej do wód gruntowych, a wraz z nimi
przedostają się do wód powierzchniowych. Do
najszkodliwszych zanieczyszczeń należą tu: pestycydy
i detergenty oraz produkty ropy naftowej
- opady atmosferyczne, które zabsorbowały
gazy,
pyły
i
inne
zanieczyszczenia
atmosferyczne pochodzące z m.in. przemysłu i
transportu zarówno samochodowego, jak i
lotniczego
- odpływy z terenów rolniczych.
Stanowią
one
najgroźniejsze
źródło
zanieczyszczeń obszarowych ponieważ zawierają
w sobie duże ilości związków chemicznych z
nawozów sztucznych i środków ochrony roślin. Są
to głównie związki azotu i fosforu, które
przyczyniają się zwłaszcza w wodach stojących do
nadmiernego wzrostu ich żyzności, co w efekcie
prowadzi do politrofi (przeżyźnienia). Te źródła
zanieczyszczeń zasadzie nie podlegają kontroli.
Zanieczyszczenia liniowe
Są to zanieczyszczenia zaliczane do zanieczyszczeń
obszarowych.
Powstają
one
wzdłuż
szlaków
komunikacyjnych. Związane są one z m.in. emisją
splin z pojazdów mechanicznych, przez co zawierają
m.in. związki ołowiu które wraz z wodami
opadowymi
mogą
przedostać
się
do
wód
gruntowych. Do zanieczyszczeń tych zaliczyć można
również
zanieczyszczenia
wód
gruntowych
powstające w wyniku przedostania się do wód
trujących związków, do czego dochodzi podczas
wypadków na szlakach komunikacyjnych, kiedy to
np. dochodzi do wycieków szkodliwych substancji
np. z cystern.
Zanieczyszczenie wód - to
niekorzystne zmiany właściwości
fizycznych,
chemicznych
i
bakteriologicznych
wody
spowodowane wprowadzeniem w
nadmiarze
substancji
nieorganicznych (stałych, płynnych i
gazowych),
organicznych,
radioaktywnych, czy wreszcie ciepła,
które ograniczają lub uniemożliwiają
wykorzystanie wody do picia i celów
gospodarczych.
Zanieczyszczenia wód mogą być:
• naturalne - pochodzące z domieszek zawartych
w wodach powierzchniowych i podziemnych, np.
zasolenie, zanieczyszczenie humusem, związkami
żelaza;
• sztuczne (antropogeniczne) - związane z
działalnością człowieka, a pochodzące głównie ze
ścieków,
a
także
z
powierzchniowych
i
gruntowych spływów z terenów przemysło-wych,
rolniczych, składowisk odpadów komunalnych
(wysypisk śmieci).
Zanieczyszczenia sztuczne dzielimy na:
• biologiczne
-
spowodowane
obecnością
drobnoustrojów, np. bakterii, wirusów, glonów,
grzybów, pierwotniaków i ich toksyn;
• chemiczne - odnoszą się do zmian składu
chemicznego i odczynu (pH).
Należą do nich: oleje, benzyna, smary ropa,
chemiczne środki ochrony roślin - pestycydy,
nawozy sztuczne, węglowodory aromatyczne,
sole metali ciężkich, kwasy, zasady, fenole.
Główne zanieczyszczenia chemiczne i ich źródła.
Główne zanieczyszczenia
chemiczne wód
Źródła chemiczne
zanieczyszczeń
detergenty
gospodarstwa domowe, pralnie, myjnie,
przemysł papierniczy, farbiarski,
gumowy, szklarski, tekstylny,
budownictwo
środki ochrony roślin - pestycydy, nawozy
sztuczne (azotany, fosforany)
przemysł chemiczny, rolnictwo i
leśnictwo
fenole
przemysł chemiczny, spożywczy, ścieki
komunalne, rafinerie, koksownie,
gazownie, garbiarnie
związki metali ciężkich (Hg, Cd, Cr, Mn,
Cu, Fe)
transport samochodowy, ścieki
przemysłowe, garbiarnie, metalurgia,
górnictwo, hutnictwo
węglowodory aromatyczne
petrochemia, przemysł chemiczny
radioizotopy (radanu, strontu)
eksplozje jądrowe, przemysł zbrojeniowy,
odpady, ścieki
cyjanki
galwanizeria
benzyna, nafta, olej, ropa naftowa, smary komunikacja, transport samochodowy i
wodny, awarie i katastrofy tankowców,
platform wiertniczych, przemysł paliowo-
energetyczny
• Detergenty
-
syntetyczne
substancje
czyszczące,
zawierające
składnik
organiczny,
obniżający
napięcie
powierzchniowe, dzięki czemu następuje
osłabienie sił wiążących cząstki brudu z
podłożem.
Stanowią
główny
składnik
środków piorących, myjących, zwilżających.
Są
bardzo
trwałe
i
nie
ulegają
biodegradacji (rozkładowi pod wpływem
mikroorganizmów). Detergenty wpływają
hamująco na procesy samooczyszczania się
wody i działają toksycznie na organizmy
żywe.
• Pestycydy
-
środki
ochrony
roślin,
owadobójcze - do zbiorników wodnych
dostają się w wyniku spłukiwania z
opylonych lub opryskanych uprzednio roślin,
wymywania z gleby oraz spływania wraz ze
ściekami zakładów produkujących te związki.
Powodują pogarszanie stanu sanitarnego
wód podziemnych, działają toksycznie,
naruszają procesy samooczyszczania się
wód, przyczyniają się do zjawiska eutrofizacji
wód. Mają długi czas rozpadu i zdolność
kumulowania w środowisku.
Fenole - to związki aromatyczne, jedne z
najbardziej uciążliwych dla otoczenia.
Dostają się do wód wraz ze ściekami
komunalnymi i przemysłowymi (z rafinerii,
wytwórni tworzyw sztucznych, koksowni,
przetwórstwa
drzewnego
i
włókna
syntetycznego). Woda zanieczyszczona
fenolami ma odrażający smak, a ryby w
niej żyjące nie nadają się do spożycia. Są
to substancje toksyczne i wywołujące
oparzenia skóry.
Węglowodory aromatyczne - do wód powierzchniowych
dostają się ze ściekami z koksowni, z gazami i
rozpuszczalnikami. Pochodzą głównie z przemysłu,
motoryzacji i spalania węgla. Są słabo rozpuszczalne w
wodzie, kumulują się w osadach dennych oraz tkance
tłuszczowej
zwierząt
wodnych.
Są
rakotwórcze.
Węglowodory aromatyczne rolne to spłukiwane z pól
nawozy sztuczne i środki ochrony roślin (tzw. chemizacja
rolnictwa) oraz ścieki z intensywnej hodowli zwierząt
(gnojowica). Można wprawdzie sprawić, że określone
zasoby wodne staną się w wyniku zanieczyszczenia
nieprzydatne dla człowieka lub nawet szkodliwe, ale
zarówno w procesach naturalnych, jak i sztucznych
możliwe jest ich oczyszczanie i powtórne użycie.
Metale ciężkie - dostają się do wód wraz ze ściekami
przemysłowymi, z odpadami, ze spływami z pól, z
hałd hutniczych. Mają zdolność kumulowania się w
osadach dennych, są toksyczne dla organizmów
również dla człowieka, mogą powodować trwałe i
nieodwracalne uszkodzenia różnych narządów, np.
nerek, mózgu, rdzenia kręgowego.
Radioizotopy - ich źródłem są: wybuchy bomb
atomowych i wodorowych, reaktory jądrowe, kopalnie
oraz
zakłady
posługujące
się
substancjami
promieniotwórczymi.
Mikroorganizmy
-
przede
wszystkim
bakterie
chorobotwórcze
i
wirusy
przedostające się do wód ze ścieków komunalnych, a
także przemysłu, np. skórzanego.
Ze względu na pochodzenie, zanieczyszczenia
można podzielić na:
• komunalne - są to głównie ścieki miejskie,
powstające na skutek działalności człowieka i
będące mieszaniną odpadów z gospodarstw wydalin
fizjologicznych człowieka i zwierząt domowych,
odpadów szpitalnych, łaźni, pralni oraz niektórych
zakładów przemysłowych. Są to głównie związki
organiczne (białka, tłuszcze i węglowodany);
• przemysłowe - mogą się dostawać do wód pośrednio
jako ścieki przemysłowe lub z atmosfery w postaci
kwaśnych deszczów, pyłów oraz różnych związków
chemicznych.
Specyficznym
rodzajem
zanieczyszczeń są zanieczyszczenia termiczne,
związane ze spuszczaniem do zbiorników wodnych
wód ciepłych i gorących (wody z procesów
chłodzenia).
PROCES SAMOOCZYSZCZANIA WÓD
• Proces samooczyszczania wód jest to naturalny
proces, zachodzący stale w przyrodzie. Polega na
sedymentacji (opadaniu na dno) zawiesin, rozkładzie
zanieczyszczeń organicznych na mineralne przez
odpowiednie
mikroorganizmy
(mineralizacja),
a
następnie pobraniu w postaci soli mineralnych przez
rośliny. Dzięki tym procesom, im dalej od źródła
zanieczyszczenia, tym bardziej woda jest czysta.
Zakres samooczyszczania wody określa zawartość
tlenu w wodzie i to zarówno dostarczonego z
powietrza, jak i przez rośliny obecne w wodzie. Woda
płynąca szybkim nurtem, dzięki większej zawartości
tlenu, posiada większe możliwości samooczyszczania
w porównaniu z wodami wolno płynącymi lub
stojącymi. Wody silnie zanieczyszczone tracą zdolność
do
samooczyszczania
i
część
lub
wszystkie
nagromadzone w nich zanieczyszczenia docierają w
końcu do mórz i oceanów. Powodują tam skażenia
różnych organizmów, w tym morskich ryb, będących
ważnym źródłem wyżywienia ludzi.
EUTROFIZACJA WÓD
Eutrofizacja, czyli wzrost żyzności wód, to proces
stopniowego wzbogacania zbiornika wodnego w substancje
pokarmowe wskutek wzmożonego ich dopływu. Głównymi
źródłami tych składników są ścieki i nawozy (azotowe,
fosforowe i potasowe) oraz przemysł (spożywczy
przetwórczy i chemiczny). Eutrofizacja prowadzi do
zachwiania równowagi ekologicznej, bujnego wzrostu
danej roślinności wodnej, zbyt intensywnej aktywności
drobnoustrojów zużywających duże ilości tlenu.
Skutkiem tego jest deficyt tlenowy i zahamowanie
rozkładu tlenowego materii organicznej (stopniowe
zapełnianie zbiorników rozkładającą się substancją
organiczną) i wyniszczenie wielu najwrażliwszych
tlenowych organizmów, w tym najwartościowszych
ryb. Bardzo wyraźne zagrożenie dla życia organizmów
tlenowych, a także dla jakości wody, stanowią tzw.
zakwity Wywołane są one gwałtownym rozwojem
populacji glonów i sinic. Glony w późniejszym okresie
wydzielają substancje toksyczne. których ilość
wzrasta wraz ze zwiększeniem się ilości tych
organizmów, stając się groźnymi dla zwierząt, a nawet
dla samych glonów. Glony obumierając, wydzielają do
środowiska inne substancje aktywne biologicznie
(olejki eteryczne), nadające wodzie nieprzyjemny
zapach i smak. Stadium eutroficzne zbiornika jest
jednocześnie początkiem jego zaniku przez spłycenie
zbiornika, aż do jego zaniku z powierzchni ziemi.
METODY OCZYSZCZANIA ŚCIEKÓW
Wobec dużego zanieczyszczenia wód w Polsce, coraz
większa ilość zrzucanych do nich ścieków musi być
oczyszczana. Stosuje się cztery stopnie oczyszczania:
• Mechaniczny - polegający na rozdrobnieniu, cedzeniu,
filtrowaniu, sedymentacji (opadaniu zanieczyszczeń na
dno), wirowaniu, flotacji (wypływanie zanieczyszczeń na
powierzchnie wody w postaci piany).
Do tych celów służą zwykle takie urządzenia:
• kraty i sita, na których oddziela się wleczone
ciała stale;
• piaskowniki, w których opadają cząstki ciała
stałego o wymiarach do 0,2 mm. Sedymentują
one w ciągu 1 minuty;
• odtłuszczalniki i urządzenia rozdrabniające;
• osadniki wstępne, w których zatrzymywane są
łatwo
opadające
zawiesiny
Sedymentacja
następuje w czasie 2 godzin. Drobniejsze
zawiesiny przechodzą do drugiego stopnia
oczyszczania.
Biologiczny - polegający na rozkładzie
(zmineralizowaniu) zanieczyszczeń przez
mikroorganizmy
(głównie
bakterie
tlenowe) występujące w tzw. osadach
czynnych (bakterie, pierwotniaki, wrotki i
nicienie)
lub
błonach
biologicznych
(organizmy
osiadłe
na
złożu
biologicznym).
Na tym etapie oczyszczania usuwa się
rozpuszczone lub znajdujące się w postaci
bardzo drobnej zawiesiny substancje
organiczne, takie jak: tłuszcze, białka i
węglowodany. Jednocześnie oddziela się
resztki drobnej zawiesiny substancji
mineralnych.
Głównymi
urządzeniami
technicznymi stosowanymi w tym procesie
są: złoża biologiczne, komory osadu
czynnego oraz komory fermentacyjne.
•
Oczyszczanie na złożu biologicznym odbywa
się w cylindrycznym zbiorniku wypełnionym np.
żużlem hutniczym, tłuczniem kamiennym, koksem,
kostkami ceramicznymi. Złoże jest równomiernie
zraszane od góry ściekami za pomocą obrotowego
zraszacza mechanicznego. Bakterie oraz inne
organizmy żywe osadzają się na powierzchni
wypełnienia, tworząc błonę biologiczną. Ścieki
powoli przepływając przez złoże są oczyszczane
przez te organizmy. Proces zachodzi przy
odpowiedniej ilości doprowadzanego tlenu.
• Oczyszczanie ścieków za pomocą osadu
czynnego przeprowadza się w komorach
napowietrzanych, w których pływają
skupiska
bakterii
i
pierwotniaków
tworzące
zawiesinę
kłaczkowatą.
Mikroorganizmy
te
utleniają
zanieczyszczenia zawarte w ściekach. W
ciągu 8 godzin oczyszczania uzyskuje się
obniżenie
zawartości
zanieczyszczeń
substancjami organicznymi o 85%.
• Ścieki po drugim stopniu oczyszczania
zawierają zawiesiny kłaczkowate, które są
oddzielane w osadnikach wtórnych.
• Oczyszczanie
ścieków
komunalnych
prowadzi się zazwyczaj mechanicznie lub
mechanicznie i biologicznie. Nie jest
wskazane jednak ich zrzucanie do jezior i
zbiorników
zaporowych.
Zawierają
bowiem duże ilości związków azotu i
fosforu, więc zbiorniki szybko zarastają
(proces eutrofizacji).
• Usuwanie związków biogennych (azotu i fosforu) -
pozostałe azotany z oczyszczonych ścieków usuwa się za
pomocą mikroorganizmów w procesie denitryfikacji.
Azotany są redukowane do azotynów, a następnie do
azotu gazowego, który ulatnia się ze ścieków. Związki
fosforu można usunąć również przy wykorzystaniu
odpowiednich mikroorganizmów oraz przez dodanie
siarczanu glinu, chlorku żelaza lub wodorotlenku
wapnia.
• Proces odnowy wody, w którym uzyskuje się wodę
zdatną do picia oraz na potrzeby gospodarcze. Na tym
etapie
usuwa
się
rozpuszczone
substancje
nieorganiczne, np. sól. Następnie woda jest filtrowana i
dezynfekowana za pomocą chloru lub ozonu. Otrzymuje
się wodę pierwszej klasy czystości, pozbawioną bakterii i
zdatną do picia.