ZANIECZYSZCZENIE HYDROSFERY

Weronika Miszczyszyn
Ewelina Cyc
kl.IIIm

ZANIECZYSZCZENIE HYDROSFERY

Hydrosfera jest wodną powłoką Ziemi przenikającą atmosferę i skorupę ziemską. Obejmuje wody występujące w przyrodzie w postaci gazowej, ciekłej i stałej. Hydrosferę stanowią: oceany, morza, jeziora, rzeki, bagna, pokrywa śnieżna, lodowce kontynentalne (lądolody), lodowce górskie, lód gruntowy (trwała marzłoć), wody podziemne oraz para wodna występująca w atmosferze (w troposferze) i skorupie ziemskiej. Hydrosfera pokrywa 70,8% powierzchni Ziemi w postaci wód otwartych i 2,5% powierzchni w postaci lodowców. Cechuje ją stałość zapasów wodnych (ok. 1,3 mld km3). Gromadzi ona głównie wody słone. Wody słodkie stanowią jedynie 2,5% objętości hydrosfery; najwięcej wód słodkich magazynują lodowce (69% wody słodkiej hydrosfery) i wody podziemne (30%).

ZANIECZYSZCZENIA HYDROSFERY
Przez zanieczyszczenie wód rozumiemy niekorzystne zmiany właściwości fizycznych, chemicznych i bakteriologicznych wody spowodowane wprowadzaniem do nich w nadmiarze substancji nieorganicznych (stałych, płynnych, gazowych), organicznych, radioaktywnych czy wreszcie ciepła, które ograniczają lub uniemożliwiają wykorzystywanie 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), oraz antropogeniczne, związane z działalnością człowieka, a pochodzące głównie ze ścieków, a także z powierzchniowych i gruntowych spływów z terenów przemysłowych, rolniczych, składowisk odpadów komunalnych.

CHARAKTERYSTYKA ZANIECZYSZCZEŃ WÓD
- Zanieczyszczenie fizyczne polegają głównie na zmianie zabarwienia, mętności, i spowodowane są głównie przez zawiesiny pochodzenia organicznego lub nieorganicznego. Zmiana zabarwienia wody często świadczy o zanieczyszczeniu wody związkami chemicznymi. Zanieczyszczeniem fizycznym jest również podwyższenie temperatury wody. Zanieczyszczenie termiczne, powodują głównie elektrownie i duże zakłady przemysłowe.
- Zanieczyszczenie chemiczne pochodzenia organicznego powodują głównie związki organiczne takie jak: białka, tłuszcze i węglowodany, węglowodory, detergenty. Główne źródło tych zanieczyszczeń stanowią ścieki komunalne, ścieki z zakładów przemysłu rolno-spożywczego, petrochemicznego, papierniczego.
- Zanieczyszczenie chemiczne pochodzenia nieorganicznego stanowią sole rozpuszczalne w wodzie, kwasy, zasady. Szczególnie niebezpieczne są rozpuszczalne sole: metali ciężkich, chromiany(VI) i cyjanki.
Szkodliwe jest również odprowadzanie do rzek wód kopalnianych które zawierają duże ilości jonów chlorkowych, siarczanowych(VI), sodowych i wapniowych.
Ścieki kwaśne pochodzą głownie z zakładów metalurgicznych i chemicznych, zaś ścieki alkaliczne emitują zakłady włókiennicze, garbarnie i zakłady chemiczne.
Duże zagrożenie stanowi również rolnictwo wprowadzające do wód nawozy mineralne i chemiczne środki ochrony roślin.
- Zanieczyszczenia biologiczne są powodowane przez bakterie, wirusy, pierwotniaki, grzyby, pleśnie i pasożyty. Źródłem tego typu zanieczyszczeń są ścieki komunalno-bytowe, rolnicze oraz z zakładów przetwórstwa rolno-spożywczego. Przy niezbyt dużych ilościach tych zanieczyszczeń wodne ekosystemy są zdolne do ich mineralizacji.

ZANIECZYSZCZENIA WÓD PŁYNĄCYCH
Stan czystości rzek polskich od lat ulega pogorszeniu. Od 1964r. kiedy to rozpoczęto ujednolicanie kryteriów badania jakości wód rzecznych, zmniejszyła się długość odcinków rzek z wodami I klasy czystości, przybyło natomiast wód klas wyższych oraz nie odpowiadających normom.

ZANIECZYSZCZENIA JEZIOR
Jeziora w Polsce są najbardziej zagrożone zrzutem do nich ścieków komunalnych i przemysłowych, jak również spływem powierzchniowym wymywanych nawozów mineralnych. Efektem tego jest eutrofizacja, czyli wzrost żyzności wód, spowodowany napływem nadmiernej i substancji organicznych. Niebezpieczny jest także dopływ pestycydów zawierających w swoim składzie metale ciężkie oraz węglowodory chlorowane. Niebezpieczeństwo ze strony pestycydów polega na ich kumulacji w organizmach oraz na tym, że przez długi czas pozostają w wodzie w formie toksycznej i powodują wymarcie wielu organizmów. Degradacja wód jezior jest procesem praktycznie nieodwracalnym. Wody zatrutych jezior jedynie w minimalnym stopniu są w stanie same się oczyścić.

ZANIECZYSZCZENIA MORZA BAŁTYCKIEGO
Stan środowiska Morza Bałtyckiego jest również alarmujący. W polskiej strefie przybrzeżnej nastąpiło zaburzenie równowagi biologicznej i chemicznej, spowodowane dopływem wraz ze ściekami przemysłowymi i komunalnymi związków biogennych, soli metali ciężkich, węglowodorów chlorowanych, ropy i ropopochodnych. Na dużą skalę występują także zanieczyszczenia termiczne i radioaktywne. W niektórych akwenach, jak Zatoka Gdańska i Zatoka Pucka, Zalew Szczeciński, Zatoka Pomorska, doszło do silnej eutrofizacji, będącej wynikiem koncentracji fosforanów, azotanów i innych substancji. Wyraziło się to w rozszerzeniu powierzchni przydennych obszarów beztlenowych skażonych siarkowodorem, powstałym w wyniku rozkładu materii organicznej przez bakterie beztlenowe. Wpłynęło to ujemnie na zoobentos i ryby żyjące przy dnie; spowodowało zniszczenie tradycyjnych tarlisk dorsza oraz znaczne zatrucie ryb, np. węgorzy, dorszy, narybku szprota. Doprowadzane do morza nie oczyszczone ścieki komunalne są przyczyną zagrożenia. Największa ilość zanieczyszczeń przedostaje się do Morza Bałtyckiego wraz z wodami Wisły i Odry. Nie bez znaczenia są też zanieczyszczenia pochodzące z żeglugi. Warto dodać, że Bałtyk należy do najbardziej skażonych mórz pod względem zawartości substancji radioaktywnych.

ŹRÓDŁA ZANIECZYSZCZEŃ WÓD
Zanieczyszczenia wód możemy podzielić ze względu na pochodzenie na:
a) naturalne (autochtoniczne)
b) antropogeniczne (allochtoniczne).
Jeszcze mniej więcej do średniowiecza dominowały zanieczyszczenia wód pochodzenia naturalnego. Związane są głównie z rozwojem i obumieraniem wodnych organizmów roślinnych i zwierzęcych. Powodowane są także wypłukiwaniem pewnych substancji ze skał i gleb. Wraz z rozwojem miast, a następnie ośrodków przemysłowych do wód zaczęto odprowadzać coraz więcej szkodliwych substancji. Obecnie głównymi źródłami zanieczyszczeń wód są ścieki komunalne (zawierające m.in. detergenty, mikroorganizmy chorobotwórcze) i przemysłowe (zawierające m.in. sole metali ciężkich, związki siarki i azotu). W wyniku działalności rolniczej do wód powierzchniowych dostają się użyte w nadmiarze nawozy sztuczne i organiczne oraz niewłaściwie stosowane środki ochrony roślin. Przemysł wydobywczy odprowadza do wód gruntowych duże ilości bardzo silnie zasolonych wód kopalnianych. Poważny problem stanowi również rolnictwo, a dokładnie sposób stosowania nawozów organicznych. W licznych gospodarstwach rolnych nawóz jest wywożony po zbiorze zbóż pod rośliny okopowe, a następnie przyorany. Gleba pozostaje więc do wiosny bez okrywy ścierniskowej, a rozpuszczalne związki azotowe i fosforowe przedostają się w głąb gleby, stanowiąc źródło zanieczyszczeń wód podziemnych.
Znaczne ilości zanieczyszczeń wód pochodzą również z transportu wodnego i lądowego. Wody będące szlakami komunikacyjnymi oraz wody występujące w pobliżu dróg i autostrad zawierają zwiększone ilości  związków ołowiu, tlenków azotu, węglowodorów.
Do wód szkodliwe substancje przedostają się również na skutek depozycji zanieczyszczeń pochodzących z powietrza.
W zanieczyszczaniu wód znaczny udział ma również eutrofizacja. Można powiedzieć, że jest ona zarówno przyczyną, jak i skutkiem zanieczyszczenia wód.

SKŁAD ZANIECZYSZCZEŃ WÓD
Zanieczyszczenie wód jest spowodowane głównie substancjami chemicznymi, bakteriami i innymi mikroorganizmami, obecnymi 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 oraz metale ciężkie: ołów (Pb), miedź (Cu), chrom (Cr), kadm (Cd), rtęć (Hg) i cynk (Zn), 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 chemicznym i biochemicznym procesom nazywa się substancjami refrakcyjnymi.

SKUTKI ZANIECZYSZEŃ

  1. Choroby (ciężkie zatrucia pokarmowe), mogą być spowodowane przez zawarte w wodzie mikroorganizmy chorobotwórcze.

  2. Odtlenianie wody, co wpływa na życie ryb i innych organizmów wodnych. Nadmierne zużycie tlenu przez ścieki może doprowadzić do całkowitego jego wyczerpania, co w efekcie powoduje powstanie warunków beztlenowych, a tym samym wymarcie organizmów tlenowych.

  3. Fizyczne zanieczyszczenie zbiornika, polegające na niekorzystnych zmianach cech fizycznych wody, takich jak barwa, temperatura, zawartość ciał stałych czy przezroczystość.

  4. Nieprzyjemny smak i zapach wody - mogą powstać na skutek odprowadzania ścieków produkcyjnych, np. fenoli z chemicznej przeróbki węgla, dwusiarczku węgla z fabryki celulozy, ścieków z garbarni.

  5. Bezpośrednie działanie trujące - występuje w przypadku, gdy ścieki zawierają substancje toksyczne w ilościach przekraczających tzw. granicę toksyczności. Najbardziej toksycznymi są związki owado- i chwastobójcze używane w rolnictwie (pestycydy). Również toksyczne są ścieki przemysłu metalowego, zwłaszcza z elektrochemicznej obróbki, zawierające związki metali ciężkich oraz cyjanki, a także przemysłu chemicznego zawierającego wolne kwasy i ługi.

  6. Oddziaływanie pobudzające rozwój organizmów wodnych, które występuje wówczas, gdy ścieki zawierają nadmierne ilości składników nawozowych, takich jak azot, fosfor i potas. W sprzyjających warunkach pojawiają się masowe zakwity glonów, co utrudnia wykorzystanie wody do celów wodociągowych oraz przyspiesza eutrofizację zbiorników wodnych.

EUTROFIZACJA
Proces gromadzenia się materii organicznej (spływającej w ściekach komunalnych i przemysłowych) w jeziorach (lub ogólnie w środowisku) w tempie przekraczającym jej zasymilowanie. Eutrofizacja może być pochodzenia naturalnego lub antropogenicznego (antropopresja). Termin eutrofizacji najczęściej odnosi się do wód i jest związany ze zwiększeniem się zanieczyszczenia ściekami, pestycydami i nawozami sztucznymi, które są spłukiwane przez opady atmosferyczne. Nadmierne użyźnienie (zwiększenie dostępności składników mineralnych, zwłaszcza azotu i fosforu) powoduje wzrost produktywności glonów (tzw. zakwity) i wyczerpanie zasobów tlenu w jeziorze, co prowadzi np. do śnięcia ryb i przyspieszenia sukcesji ekologicznej.

SKUTKI EUTROFIZACJI

  1. Wysokie stężenie substancji odżywczych może prowadzić do dużych zakwitów wody. Powodują one pokrycie całej powierzchni wody danego akwenu przez fitoplankton, co uniemożliwia przenikanie światła do niższych warstw wody. Powoduje to zatrzymanie wzrostu roślin żyjących w głębszych warstwach wody i zmniejsza różnorodność biologiczną.

  2. Kiedy fitoplankton obumiera zostaje zdemineralizowany (czyli po prostu zjedzony) przez bakterie. W procesie tym jest zużywany tlen z wody. Jeśli zakwity są duże to rozkład materii organicznej przez bakterie może pochłonąć tak dużo tlenu w głębszych warstwach wody, że nie braknie go dla ryb do oddychania; muszą one odpłynąć do innych obszarów morskich lub skazane są na śmierć.

  3. Nadmierna ilość składników odżywczych może czasem prowadzić do rozrostu takich gatunków fitoplanktonu, które produkują szkodliwe toksyny. Mogą one powodować śmierć innych gatunków łącznie z rybami. Skorupiaki kumulują w swoich organizmach te toksyny kiedy zjadają fitoplankton, my z kolei też jesteśmy narażeni na działanie tych toksyn kiedy zjadamy skorupiaki. Zatrucia wywołane przez te toksyny mogą, oprócz sensacji żołądkowych, prowadzić nawet do zatrzymania akcji serca i przez to być zagrożeniem dla naszego życia.

  4. Duże zakwity wód mogą powodować powstawanie wielkich ilości nieprzyjemnej piany na plażach. Zakwity wprawdzie nie są toksyczne, ale czasowo zupełnie niszczą plażę, zmniejszając jej wartość rekreacyjną. Znacznie spadają zyski z turystyki.

STOPNIE ZANIECZYSZCZEŃ
Stopień zanieczyszczenia wód określa się za pomocą tzw. wskaźników zanieczyszczenia, który mówi o stężeniu danej substancji w miligramach na 1 dm³ wody. Jednym z najważniejszych wskaźników zanieczyszczenia wód powierzchniowych jest stężenie rozpuszczonego tlenu, które może przyjmować maksymalną wartość 8,9 mg/dm3 – mniejsze stężenie tlenu świadczy o zanieczyszczeniu wód związkami organicznymi, rozkładalnymi biochemicznie; spadek stężenia tlenu poniżej 4 mg/dm3 powoduje obumieranie wielu organizmów wodnych. Innymi wskaźnikami zanieczyszczenia wód naturalnych są: biochemiczne zapotrzebowanie tlenu, będące miarą zawartości rozkładalnych biochemicznie związków organicznych; chemiczne zapotrzebowanie tlenu – miara zawartości wszystkich związków organicznych; obecność zawiesin mineralnych i organicznych, a także nieorganicznych i organicznych związków azotu, fosforu.
Prócz sposobów oceny zanieczyszczenia wód opartych na wskaźnikach fizycznych i chemicznych stosuje się metody badania stanu biologicznego wody. Najczęściej jest stosowany tzw. system saprobowy, wykorzystujący wyniki analizy hydrobiologicznych wód.
W zależności od składu organizmów wodnych, wody dzieli się na:
Oligosaprobowe:
I klasy – czyste,
Zanieczyszczone:
II klasa – woda do hodowli ryb z wyjątkiem łososiowatych, do hodowli zwierząt gospodarskich, rekreacji i sportów wodnych;
III klasa – woda służąca do nawadniania terenów rolniczych, ogrodniczych i upraw pod szkłem, zaopatrzenia zakładów przemysłowych z wyjątkiem tych, które wymagają wody o jakości wody pitnej.

Ocena jakości jezior w Polsce w 2002 roku:
5,8% – klasa I
39,2% – klasa II
40,8% – klasa III
14,2% – wody nie odpowiadające normom

OCZYSZCZANIE WODY

  1. NAPOWIETRZANIE- (stripping), usuwa z wody gazy rozpuszczalne (CO2, H2S, CH4 i inne powodujące smak i zapach) oraz związki organiczne, zwiększ także zawartość tlenu, a przez usunięcie CO2 zwiększa odczyn (pH) wody. Wprowadzenie do wody tlenu rozpuszczalnego stwarza warunki do hydrolizy i utleniania związków żelaza i manganu oraz zapobiega powstawaniu środowiska redukcyjnego pogłębiającego problemy smaku i zapachu.

  2. KOAGULACJA- jest procesem powszechnie stosowanym w oczyszczaniu większości wód powierzchniowych, rzadziej infiltracyjnych i podziemnych. W wyniku jej usuwane są z wody czystki trudno opadające oraz koloidalne decydujące o mętności wody lub intensywności jej barwy. Dodawany koagulant to sole glinu i żelaza ( np.Al2(SO4)3 ) wiążą one małe czystki (d =10-7) w większe i powoduj ich swobodne opadanie na dno. Koagulacja usuwa z wody także zanieczyszczenia pochodzenia organicznego np. skrobię, białka, celulozę i barwniki organiczne. Są to przeważnie substancje trafiające do wód np. ze ściekami.

  3. CHEMICZNE STRĄCANIE- jest stosowane w celu usuwania niektórych jonów z wody, a polega na wytraceniu z wody bardzo słabo rozpuszczalnych usuwanych jonów. Wytrącone związki są często idealnym środowiskiem bakterii i wirusów. Po chemicznym strącaniu, podobnie jak po koagulacji, niezbędny są procesy sedymentacji, filtracji oraz czasami korekty pH. Proces ten w Polsce najczęściej stosowny jest w oczyszczaniu wód przeznaczonych do celów przemysłowych. Czasami chemiczne wiązanie jest realizowane razem z koagulacja dla lepszego wyniku. Na świecie stosuje się również do usuwania nadmiernej twardości węgla lub ogólnej z wód przeznaczonych do celów wodociągowych.

  4. SEDYMENTACJA I FLOTACJA- jest jednym z podstawowych procesów wykorzystywanych w oczyszczaniu wody do usuwania cząstek o gęstości większej niż gęstość wody, a więc cząsteczek opadających. Opadanie cząsteczek w wodzie jest zjawiskiem złożonym i zależy od ich stężenia, wymiaru, kształtu, gęstości i temperatury oraz prędkości i kierunku przepływu wody. Flotacja różni się tylko tym od sedymentacji iż przy zastosowaniu powietrza można usunąć cząstki o większym bądź mniejszym ciężarze niż woda

  5. OSADNIKI- osadniki to urządzenia, w których zachodzi proces usuwania zawiesin z oczyszczanej wody. Służy więc one do zatrzymywania zawiesin łatwo opadających, naturalnych lub wytworzonych w procesie koagulacji i chemicznego strącania. Stosowane jest w układach oczyszczania wód podziemnych, jak i powierzchniowych. Ich miejsce w układzie urządzeń zależy od jakości oczyszczanej wody, a więc rodzaju i kolejności procesów jednostkowych oczyszczania wody. W razie konieczności usunięcia zawiesin z wody przed jej dalszym oczyszczaniem osadniki znajduje się na początku układu urządzeń. Jeśli natomiast w układzie technologicznym stosuje się koagulację lub procesy strącania chemicznego, to miejsce osadników jest po urządzeniach w których zachodzą te procesy. Istnieje również układy w których nie stosuje się osadników.

  6. MIKROSITA- zapewnia wysokie efekty eliminacji z wody mikroorganizmów oraz zawiesin organicznych i nieorganicznych. W związku z tym jest to wstępny proces w układach oczyszczania wód powierzchniowych. Czasami mikrosita stosuje się przed filtrami pospieszanymi lub powolnymi albo jako metoda doczyszczania ścieków na końcu układu ich oczyszczania.

  7. UTLENIANIE - stosowane jest w celu: usuwania związków barwnych oraz powodujących zapach i smak wody, utleniania organicznych związków barwnych, utleniania żelaza, manganu i koloidów ochronnych; dezynfekcji oraz obezwładnienia glonów. Najczęściej stosowanymi utleniaczami w technologii oczyszczania wody są: Duchlor, ozon, tlenek chloru(IV) i manganian(VII) potasu. Zastosowanie chemicznego utleniania celowe jest wówczas tylko wówczas, jeżeli nie prowadzi do powstania produktów bardziej szkodliwych niż substraty utleniania. Z uwagi na możliwość powstawania tych niebezpiecznych związków, utlenianie chemiczne powinno być poprzedzone skutecznymi procesami usuwania zanieczyszczeń stanowiących uboczne produkty utleniania. Dodatkowo, po utlenieniu chemicznym, w celu usunięcia powstałych ewentualnie produktów, powinna być stosowana sorpcja.

  8. DEZYNFEKCJA- głównym jej zadaniem jest niszczenie mikroorganizmów obecnych w wodzie i zabezpieczenie dobrej jakości sanitarnej wody w sieci wodociągowej. Proces ten najczęściej stosowany jest na końcu układu oczyszczania wody. W wypadku ujmowania wód, w których obecne są mikroorganizmy, najczęściej glony, czasami dezynfekujące dawkowanie są do wody na początku jej układu oczyszczania.

  9. INFILTRACJA - jest to proces w którym przebiegają zarówno zjawiska fizyczne, chemiczne i biologiczne. Znajduje ona coraz większe zastosowanie w oczyszczaniu wód powierzchniowych. Realizowana jest jako naturalna lub sztuczna. W pierwszym rozwiązaniu woda jest oczyszczana w gruncie, w drugim w stawach infiltracyjnych, a następnie w gruncie. O całkowitym usunięciu zanieczyszczeń z wody powierzchniowej decydują naturalne procesy jednostkowe zachodzące w stawach infiltracyjnych, osadach dennych oraz gruncie. W wyniku infiltracji z wody usuwane są z dużą skutecznością zawiesiny, koloidy, substancje rozpuszczalne, bakterie, wirusy i glony oraz mikrozanieczyszczenia. Przy ujmowaniu zanieczyszczonych wód powierzchniowych, przed infiltracją trzeba zastosować wstępne ich oczyszczanie.

  10. FILTRACJA - jest procesem zapewniającym usuwanie z czyszczonej cieczy cząstek o średnicy >0,1mm. Proces ten jest realizowany w urządzeniach zwanych filtrami. Najczęściej stosowanymi materiałami filtracyjnymi są : piasek kwarcowy, węgiel antracytowy, granulowany węgiel aktywny. Ponadto stosowane są materiały spiekane jak np. keramzyt, lub materiały kruszone, jak granit oraz tworzywa sztuczne o gęstości mniejszej niż gęstość wody. Filtry ze względu na ich wydajność dzieli się na powolne i przyspieszone. (powolne dają większy efekt niż przyspieszone, gdyż zawierają w sobie bakterie seproficzne oczyszczające wodę).

  11. SORPCJA NA WĘGLU AKTYWNYM - służy głownie do usuwania rozpuszczalnych związków organicznych, w tym ich produktów niepełnego utlenienia chemicznego. Węgiel aktywny wykorzystywany jest też z dużą skutecznością do obniżenia zawartości zanieczyszczeń powodujących barwę, smak i zapach wody.

  12. PROCESY MEMBRANOWE- znajdują one zastosowanie głównie do odsalanie wód oraz technik specjalnych np. do produkcji wody super czystej. Usuwają z wody zanieczyszczenia takie jak bakterie i wirusy, zanieczyszczenia nieorganiczne oraz związki barwne. Najczęściej jednak stosowane są do odsalania. Ich największym atutem jest to że nie uszkadzają membrany wody, która w przyrodzie potrzebna jest niektórym ptakom, owadom i roślinom wodnym.

ZAPOBIEGANIE ZANIECZYSZCZENIOM WÓD


Wyszukiwarka