Racjonalne użytkowanie i ochrona wód
Wskaźniki jakości wód (fizyczne, chemiczne, bakteriologiczne)
Klasyfikacja jakości wód (klasy czystości wód powierzchniowych, warunki organoleptyczne, fizykochemiczne i bakteriologiczne wody do picia na potrzeby gospodarcze)
Zasady racjonalnego gospodarowania wodą - zmniejszenie zużycia wód w przemyśle ( zamknięte obiegi technologiczne) - roślinna obudowa zbiorników wodnych - infrastruktura techniczna budynków inwentatorskich w gospodarstwach rolniczych - właściwe przechowywanie stosowanie nawozów organicznych - oczyszczanie ścieków
Procesy samooczyszczania wód w przyrodzie (degradacja, biooksydacja, odnowa)
Oczyszczanie ścieków jako sterowanie procesami zachodzącymi w środowisku (złoża biologiczne, osad czynny, stopnie oczyszczania ścieków)
Typy oczyszczalni (oczyszczalnie roślinne)
Metody oceny jakości wód powierzchniowych - wskaźniki zanieczyszczeń
Fizykochemiczne wskaźniki zanieczyszczeń
temperatura 0-25°C
smak słony (NaCl), gorzki (MgSO4), słodki, kwaśny
zapach
R - roślinny (plankton, rośliny, ziemia)
S - specyficzny - związki chemiczne (fenole, nafta, aceton, aminy, merkaptany, chlor itp.)
G - gnilny (pleśń, szczątki organiczne, H2S)
- intensywność zapachu (skala 1-5)
- określenie zapachu na gorąco (g)
- np. g3R; g5G; g1S
klasy zapachu: I - do2R, II - do 3R lub do 2G, III - do 1S
odczyn wodny 6,5-8,5 pH
twardość wody - ogólne stężenie Ca2+ i Mg2+ (mval/dm3, stopień twardości wody)
- klasy twardości: I - do 7, II - do 11, III - do 14 (mval/dm3)
- twardość wód naturalnych: 1 - 20 mval/dm3
- wady wody twardej: kamień kotłowy, zły smak, złe działanie detergentów
mętność - wywołana obecnością nierozpuszczalnych substancji organicznych i nieorganicznych - przezroczystość wody
- porównanie próbki badanej z wzorcami zawiesiny SiO2 w mg/dm3 (jednostka - mętność spowodowana 1 mg SiO2 w 1 dm3 wody)
- mętność wody wodociągowej - do 3 mg w skali krzemionkowej
- przezroczystość wody - odwrotność mętności.
Wskaźniki biologiczne zanieczyszczenia wód powierzchniowych
biochemiczne zapotrzebowanie tlenu (BZT5) - umowny wskaźnik - ilość tlenu (mg O2/dm3) zużytego na rozkład (utlenienie) związków organicznych zawartych w wodzie lub w ściekach w temp. 20°C w ciągu 5 dób.
- im wyższa zawartość tym intensywniejsze procesy rozkładu w danym zbiorniku wodnym
miano coli - najmniejsza ilość wody wyrażona w cm3 , w której znajduje się jedna bakteria z grupy coli; np. woda czysta - 1 bakteria/100cm3, woda brudna - 1 bakteria/1cm3
- obecność bakterii - zanieczyszczenie wody przez ścieki bytowe
I. saprobowatość - wskaźnik ustalany za pomocą saprobów
- występowanie w wodzie gatunków organizmów roślinnych i zwierzęcych charakterystyczna dla danego stopnia czystości wód np.:
- okrzemki wysoka czystość
- sinice - bardzo duże zanieczyszczenie
- grupy saprobów
- polisaproby - najbardziej zanieczyszczone wody
- mezosaproby - średnio zanieczyszczone wody
- oligosaproby - najmniej zanieczyszczone wody
- saprobowość - zanieczyszczenie martwą substancją organiczną lub produktami jej gnilnego rozkładu
- stopień saprobowatości jest wypadkową:
- ilości substancji organicznej dopływającej do zbiornika
- ilości obumierającej biomasy
- natężenia procesów samooczyszczania wody
Klasy czystości wód powierzchniowych
Na podstawie cech fizykochemicznych i biologicznych
I klasa
- zaopatrzenie ludności w wodę do picia
- przemysł spożywczy i farmaceutyczny
- hodowla ryb łososiowatych
II klasa
- hodowla zwierząt gospodarskich
- hodowla ryb
- kąpieliska, sport i rekreacja
III klasa
- inne zakłady przemysłowe
- nawadnianie terenów rolniczych i ogrodniczych
NON
- wody nie odpowiadające normom - poza klasowe
Zanieczyszczenie wód morskich
źródła zanieczyszczeń
- zakłady przemysłowe i miasta na wybrzeżu
- flota morska, eksploatacja portów, zatopione mat.
- rzeki wpadające do mórz (rolnictwo, miasta, przemysł)
zagrożenia dla szelfów kontynentalnych - perspektywiczne, obszar „uprawy mórz” (Francja, kraje dalekiego wschodu)
- hodowle zwierząt morskich (tępogłowy, krewetki skalne, ostrygi)
- wykorzystanie dużych glonów morskich (brunatnice, krasnorosty) - pasza dla zwierząt, nawozy organiczne
Morze Bałtyckie szczególnie narażone na zanieczyszczenia
- nieduże, zamknięte i płytkie
- jest morzem słonawym (5-15 promila soli) przyjmuje:
- 650 km3 wód słodkich
- 450 km3 wód słonych z morza północnego
- słodkowodne i słonowodne organizmy żyją na granicy możliwości przystosowawczej - większa wrażliwość na zanieczyszczenia
- zlewnię Bałtyku zamieszkuje 70mln ludzi - ścieki to tys. t P i 700 tys. ton N
- stosunkowo niska temperatura wód - powolny rozkład
zanieczyszczenia Bałtyku
- eutrofizacja N i P
- powstanie przydennych obszarów beztlenowych (H2S)
- zniszczenie tarlisk dorsza
- znaczne wymarcie ryb ( węgorza, dorsza, szprotek)
- zagrożenie epidemiologiczne ludności
Wzrost żyzności, głównie P i N i ?skutek? ich dopływu
~ umiarkowana Eutrofizacja wzrost produkcji biologicznej wód
~ nadmierna eutrofizacja szkodliwe następstwa ekologiczne
- zachwianie równowagi ekologicznej
- nadmierny rozwój roślinności i drobnoustrojów (O2)
- deficyt O2 (przyducha) zahamowanie tlenowego rozkładu substancji organicznej
- niekorzystna sukcesja - zanik tlenolubnych gatunków zwierząt (najwartościowsze ryby), aż do całkowitego zaniku fauny
Ścieki - podstawowe źródło zanieczyszczeń wód
Mieszanina zużytej wody oraz różnego rodzaju substancji płynnych, stałych i gazowych oraz ciepła usuwanych z terenów miast i zakładów przemysłowych oraz obszarów wiejskich
Podział ścieków w zależności od pochodzenia:
Ścieki bytowo-gospodarcze - pochodzą z bezpośredniego otoczenia człowieka (domy, budynki gospodarcze, miejsca użyteczności publicznej, zakłady pracy)
- zawierają dużo zawiesin i związków organicznych
- mogą zawierać bakterie chorobotwórcze i wirusy, oraz jaja robaków pasożytniczych
- tworzą zagrożenia higieniczne i epidemiologiczne
Ścieki przemysłowe - powstają w zakładach przemysłowych
- ilość i rodzaj zależy od przemysłu
Ścieki opadowe - spływ deszczowy z ulic, kwaśne deszcze
Tabelka: substancje biogenne odprowadzane przez państwa bałtyckie do Morza Bałtyckiego:
BZT5: najwięcej w kg na osobę odprowadzają: Finlandia, Szwecja, Dania Azot: --//-- --//-- Fosfor: --//-- Dania, Niemcy |
|
Oczyszczanie ścieków
- procesie oczyszczania wykorzystuje się następujące procesy:
- sedymentacja zawiesin
- procesy sorpcji
- utlenianie biochemiczne i chemiczne
- mineralizacja substancji organicznej
Etapy (stopnie) oczyszczania ścieków:
I stopień - oczyszczalnia mechaniczna
- usunięcie stałych cząstek i zawiesin
- stopień oczyszczania do 30% BZT5
urządzenia I stopnia oczyszczenia - kraty, piaskowniki, osadniki
~ kraty, sita - zatrzymanie i oddzielanie ciał stałych od ścieków (liście, gałęzie, szmaty) prześwit 10-100mm
~ piaskowniki - usunięcie cząstek nieorganicznych umownie zwanych piaskiem (śr>0,2mm), sedymentują przy prędkościach <0,3 m/s (L= v*t = 0,3 16=80 m klasyczna dł komory przepływowej)
~ osadniki - zatrzymywane łatwo opadających zawiesin, opadające w ciągu 2 godz.
~ odtłuszczacze - usuwanie zanieczyszczeń lżejszych od wody. Przy małych prędkościach przepływu zgarniane mechanicznie z powierzchni
II stopień - oczyszczalnia biologiczna
- biologiczne oczyszczanie ścieków przy dominującym udziale mikroorganizmów
- naśladowanie procesów samooczyszczania w przyrodzie
- intensyfikację tych procesów osiąga się przez optymalizację warunków ich rozwoju
- mineralizację przeprowadzają głównie bakterie tlenowe i pierwotniaki, w skład biocenozy oczyszczającej wchodzą ponadto grzyby, glony i organizmy wyższe - robaki, stawonogi (rozkład cukrów białek i węglowodanów)
A. Oczyszczanie biologiczne ścieków w warunkach naturalnych:
- pola filtracyjne - pole podzielona na poletka o powierzchni 0,4ha groblami- gleba piaszczysta (browary, gorzelnie, krochmalnie) - gleba piaszczysta. Redukcja BZT ok. 90% rolnicze wykorzystanie ścieków
- stawy rybne i glonowe - ścieki z przemysłu spożywczego bez zawiesin - konieczne natlenianie - stawy płytkie
-stawy rybne - plankton jako pożywienie dla ryb
- stawy glonowe - glony jako pasza dla zwierząt
- stawy beztlenowe - procesy gnilne i fermentacja metanowa - stawy głębokie 3-4m - ich rola to zatrzymanie zawiesin i zapoczątkowanie hydrolizy związków organicznych - wykorzystane w procesach stabilizacji osadów ściekowych
- stawy fakultatywne - do głębokości 1,5-2m zachodzą procesy tlenowe, przy dnie występują wartości beztlenowe
- często stosuje się system 2 stawów - pierwszy beztlenowy pracuje jako osadnik - drugi w war. tlenowych
- oczyszczalnie korzeniowe (trzcina, wierzba)
III stopień - usuwanie związków biogennych
- polega na usunięciu ze ścieków zw. N i P
- oczyszczalnie biologiczne do ok. 30% usuwają biogeny
~ usuwanie azotu
- nitryfikacja:
NH4+ + 3/2 O2 NO2 + 2H+ + H2O
NO2- + ½ O2 NO3-
- denitryfikacja:
6NO3- + CH3OH 6NO2- +2 CO2 + 4H2O
~ usuwanie fosforu
- wytrącanie w formie nierozpuszczalnych Ca3(PO4)2 przy użyciu soli Al. i Fe (Al2SO4, FeCl3)
- ścieki po oczyszczeniu z miogenów można zrzucać także do jezior
IV stopień - odnowa wody
- zespół procesów prowadzących do takiego oczyszczania wody aby mogła być ona użyta jako woda pitna
- procesy: filtracja, adsorpcja, wymieniacze jonowe, destylacja, ekstrakcja
B. Biologiczne oczyszczanie ścieków w warunkach sztucznych
dwie metody:
1. metoda złoża biologicznego
- zbiornik betonowy, w którym znajduje się gruboziarnisty materiał porowaty (tłuczeń, koks, żużel itp.)
- powierzchnię materiału porowatego zasiedlają makroorganizmy tworząc tzw. błonę biologiczną
- redukcja 65-95% BZT
- rodzaje złóż: nisko obciążone (zraszane) wysoko obciążone (spłukiwane) i wieżowe
2. metoda osadu czynnego - bardziej nowoczesna
- wykorzystanie przemian metabolicznych mikroorganizmów tlenowych swobodnie pływających w napowietrzonych ściekach
- mikroorganizmy tworzą kłaczkowatą zawiesinę spełniającą tą samą funkcję co błona biologiczna
- zbiorniki są wyposażone w urządzenia napowietrzające i mieszające osad ze ściekami
- rodzaje zbiorników z osadem czynnym:
- rowy cyrkulacyjne i stawy utleniające - aeratory
- komory napowietrzane - w nowoczesnych oczyszczalniach
- wrażliwość na substancje toksyczne - zniszczenie mikroorganizmów
- wrażliwość na przeciążenia
- niewielkie oczyszczenie z miogenów (N i P)
- można spuszczać do płynących rzek
Strategia ochrony hydrosfery:
- aspekt ilościowy - strategia ochrony wód w Polsce musi być nastawiona na aspekt ilościowy; las zwiększa retencje wód w glebie
- aspekt jakościowy
- zarządzanie zasobami wodnymi
Wykład 6
- 5 -