Zanieczyszczenia wód śródlądowych
Problem zanieczyszczeń wód dotyczy nie tylko mórz i oceanów, ale przede wszystkim wód śródlądowych. Skażone bywają strumienie, kanały, rzeki, a także naturalne zbiorniki wodne - jeziora i stworzone przez człowieka zbiorniki retencyjne.
Często zanieczyszczona woda na pierwszy rzut oka niczym nie różni się od wody czystej. Czynniki, które ją zanieczyściły, najczęściej są bowiem tak rozcieńczone, że niewidoczne gołym okiem. Wyjątkiem są detergenty, które tworzą pianę, oraz utrzymujące się na powierzchni oleje i ścieki kanalizacyjne. Wszystkie rodzaje zanieczyszczeń są natychmiast łatwo wykrywane w laboratoriach za pomocą standardowych testów biochemicznych. Na podstawie tych właśnie testów określa się poziom zanieczyszczenia wód i klasyfikuje rzeki do określonych grup.
Rodzaje substancji zanieczyszczających wody
Wyróżnia się kilka naturalnych polutantów, czyli substancji zanieczyszczających wody. Gleba zawiera pewne składniki, na przykład azotany, które mogą się uwalniać w trakcie orania terenów trawiastych albo na skutek zimowego wypłukiwania powierzchniowej warstwy gleby. W glebie znajduje się też glin, który po przedostaniu się do zbiorników wodnych tworzy szereg szkodliwych związków. Kiedy zalewane są łąki, z gleby uwalnia się magnez, którego nadmiar w wodzie powoduje wiele groźnych schorzeń u ryb. Te naturalne procesy uwalniania zawartych w glebie związków i pierwiastków chemicznych mają jednak niewielkie znaczenie w porównaniu z zanieczyszczeniami spowodowanymi przez człowieka.
W rolnictwie używa się coraz więcej chemikaliów, które po pewnym czasie nieuchronnie trafiają do wód śródlądowych. Należą do nich środki owadobójcze, chwastobójcze, roztoczobójcze, grzybobójcze i środki pielęgnacyjne dla owiec, które w sumie zawierają ponad 450 aktywnych chemicznie składników niszczących mikroflorę i mikrofaunę. W celu poprawienia żyzności gleby rolnicy nawożą ją fosforanami i azotanami. Ziemia jest także zanieczyszczana toksycznymi związkami wydobywających się z silosów i ferm hodowlanych. Produkty farmaceutyczne wykorzystywane w fermach hodowlanych, np. antybiotyki czy hormony, po pewnym czasie, wraz z odchodami i środkami dezynfekującymi, dostają się do okolicznych zbiorników wodnych.
W przedsiębiorstwach zajmujących się uzdatnianiem wody pitnej regularnie prowadzi się badania jakości, to znaczy sprawdza się, czy zawartość szkodliwych związków nie przekracza dozwolonych norm. Jednak również proces uzdatniania nie pozostaje bez wpływu na jakość wody. Na przykład w wyniku chlorowania wody powstaje substancja, która prawdopodobnie ma działanie rakotwórcze. W 1988 roku okazało się, że również stosowany do oczyszczania wody siarczan glinu ma niekorzystny wpływ na środowisko naturalne. Kilka ton tej substancji zostało wówczas wrzuconych do wody w Camelford w Kornwalii i wkrótce okazało się, że zaczęły chorować niemal wszystkie żyjące w okolicy zwierzęta.
Innym bardzo ważnym źródłem zanieczyszczeń jest przemysł. Przemysłowe polutanty to przede wszystkim metale ciężkie - kadm, ołów i cynk. Zanieczyszczające wodę kwaśne deszcze spowodowane są spalinami powstającymi w procesie spalanie paliw kopalnych - ropy i węgla.
Jak do tego dochodzi
Trucizny dostają się do wody w różny sposób, niektóre bezpośrednio, inne pośrednio, najczęściej w wyniku świadomych działań człowieka, czasami przypadkowo, wskutek przecieków lub innych nieszczelności w systemach odprowadzających toksyczne ścieki.
Największym potencjalnym trucicielem wód śródlądowych jest rolnictwo. Nie przetworzony nawóz zwierzęcy rozrzucany jest na polach i pewna jego część zawsze zostaje spłukiwana przez deszcze do najbliższych zbiorników wodnych. Rolnicy użyźniają co roku swoje ziemie wieloma milionami ton azotu, fosforu i potasu. Część tych substancji po pewnym czasie trafia do wody. Niektóre nawozy, zwłaszcza związki organiczne, rozkładają się latami, a przez ten czas wchodzą w ciąg łańcucha pokarmowego, wyrządzając po drodze wiele szkód w lokalnym ekosystemie.
Coraz większym zagrożeniem dla ryb słodkowodnych stają się wypływające z akwenów hodowlanych ścieki, zawierające środki farmaceutyczne, masowo stosowane w hodowli w celu zapobiegnięcia chorobom.
Wycinka lasów i coraz gęstsza sieć rowów melioracyjnych sprawiają, że do wody przedostają się związki żelaza, glinu i kadmu. Z kolei starzenie się lasów powoduje stopniowe zakwaszenie gleby. W czasie ulewnych deszczów kwaśna woda wypłukiwana z lasów dostaje się do rzek.
Zwierzęce odchody są 100 razy bardziej szkodliwe, od tych które przeszły przez oczyszczalnie ścieków. Dostając się do rzek i jezior, powodują katastrofalne zmiany w ekosystemie. Nawet jeżeli większa część ludzkich fekaliów zostaje oczyszczona w oczyszczalniach ścieków, to jednak pewna ich ilość dostaje się bezpośrednio do wód śródlądowych, powodując rozprzestrzenianie się wielu chorób zakaźnych.
Woda zanieczyszczana jest również z powietrza. Toksyczne związki przedostające się do wody z powietrza są szczególnie szkodliwe. Zaliczyć do nich należy popiół, sadzę, kurz i krople toksycznych cieczy oraz gazy, zwłaszcza dwutlenek siarki i podtlenek azotu. Wszystkie te polutanty pochodzą zarówno z przemysłu, jak i z rolnictwa. Dla środowiska naturalnego niebezpieczne są zwłaszcza gazy, które w połączeniu z wodą tworzą kwasy: siarkowy i azotowy.
Jak rozprzestrzeniają się zanieczyszczenia wody
Wycieki to główne źródło zanieczyszczeń wód śródlądowych. Substancje zanieczyszczające mogą być zarówno w stanie stałym, jak i w ciekłym. Odpadki pozostawione na powierzchni i wystawione na działanie deszczu, który rozpuszcza je, dzięki czemu substancje toksyczne łatwiej mogą się dostać do wód gruntowych, a stamtąd do zbiorników wodnych. Szkodliwe substancje w stanie płynnym dostają się do systemu wodnego znacznie szybciej. Spośród rozpylanych na rośliny środków chemicznych, niektóre po zetknięciu z glebą stają się nieaktywne, inne zaś przedostają się do okolicznych strumieni i rzek bezpośrednio, bądź przez wody gruntowe. Prawie 80% rozpylanych substancji zamiast na rośliny opada na ziemię i niemal natychmiast w nią wsiąka.
Czas, jaki upływa od zetknięcia się z glebą związków azotu i fosforu do momentu przeniknięcia do wód gruntowych, nie jest dokładnie znany, jednak dowiedziono, że proces ten może trwać dziesiątki, a nawet setki lat. Najszybsze i najgroźniejsze jest zanieczyszczenie wód nie oczyszczonymi ściekami przemysłowymi, które zwykle zawierają największe ilości substancji toksycznych i wpływają wprost do rzek.
Pomiary poziomu zanieczyszczenia wody
Śnięte ryby pływające po powierzchni są niezbitym dowodem zanieczyszczenia wody, jednak obecnie nauka dysponuje znacznie bardziej wyrafinowanymi sposobami badania poziomu zanieczyszczeń wody. Służby sanitarne, mierzące poziom zanieczyszczenia wód, posługują się kategorią biochemicznego zapotrzebowania tlenu (BZT), wskazującą ile tlenu z wody pobrał konkretny polutant. Znając tę wartość, można określić, czy ilość tlenu pozostałego w wodzie wystarczy dla żyjących w niej żywych organizmów, wiadomo bowiem, że tlen jest niezbędny do życia wszystkim zwierzętom żyjącym w rzekach i jeziorach. Według europejskich standardów rzekę uznaje się za czystą, jeżeli BZT nie przekracza 5 mg/l. Dla porównania BZT dla ludzkich fekaliów wynosi przeciętnie 350mg/l. Niezwykle groźne dla środowiska jest mleko, którego nadmiar czasami wylewa się do rzek. Jest ono 400 razy bardziej szkodliwe niż ścieki z gospodarstw domowych.
Wpływ zanieczyszczenia wód na życie w zbiornikach wodnych
Jednym z najczęstszych objawów zanieczyszczenia wody jest zazielenienie powierzchni, tzn. eutrofizacja. Glony i inne wodne rośliny obficie kwitną na powierzchni, kiedy woda jest wypełniona spływającymi z otaczających zbiornik pól nawozami. Największy wpływ na eutrofizację mają fosforany, które sprzyjają rozwojowi roślin nie tylko na lądzie, ale i w wodzie. Zwiększona zawartość związków fosforu sprawia, że doskonale rozmnażają się nie tylko glony, lecz także bakterie.
Sytuacja pogorszyła się znacznie w ciągu ostatnich 20 lat. W tym czasie wiele światowych zbiorników pokryło się zielonym kożuchem, a ich wody zostały skażone bakteriologicznie. Wody śródlądowe stały się wylęgarnią niebezpiecznych bakterii, pierwotniaków i grzybów. Niektóre gatunki bakterii, np. salmonella czy Listeria, i pierwotniaków są niemal tak samo niebezpieczne dla zdrowia człowieka jak przecinkowiec cholery.
Zielona warstwa kwitnących glonów działa jak wyższe piętro tropikalnych lasów deszczowych - zasłania światło roślinom i zwierzętom żyjącym bliżej dna. Brak słońca oznacza zanikanie roślin produkujących tlen, które stanowią główne źródło pożywienia dla wodnych bezkręgowców i kręgowców. Co więcej, niektóre gatunki glonów wydzielają trujące substancje, zabójcze dla ryb i innych słodkowodnych organizmów. W rezultacie niektóre jeziora, niegdyś przyciągające ludzi latem, obecnie opustoszały, odstraszywszy turystów zieloną, toksyczną wodą. Bujny rozkwit glonów i bakterii jest wynikiem nie tylko nawożenia pól uprawnych. Znaczący wpływ na ich rozwój ma leśnictwo, w którym od pewnego czasu również zaczęto stosować użyźniacze, wcześniej czy później dostające się do wody.
Kwaśne deszcze spowodowały katastrofę ekologiczną w Kanadzie, Stanach Zjednoczonych i północno-zachodnej Europie. Na przykład aż 16 tysięcy spośród 85 tysięcy wszystkich szwedzkich jezior jest obecnie zakwaszonych, a w 5 tysiącach całkowicie wyginęły ryby. W 1976 roku 4000 szwedzkich jezior było wapnowanych w celu odkwaszenia. Sposób ten wykorzystano również w Szkocji, gdzie ilość ryb zmniejszyła się wskutek zakwaszenia wody o ponad 40%. We wschodniej części USA zakwaszenie jezior spowodowało straty rzędu miliarda dolarów. Suma ta zwykle wpływa do kas lokalnych władz samorządowych od wędkarzy łowiących w jeziorach pstrągi, jednak kiedy pstrągów zabrakło, wędkarze przenieśli się w inne rejony. Wapniowanie jezior w celu zmniejszenia zakwaszenia nie jest jednak obojętne dla innych elementów ekosystemu. Na przykład powoduje ogromne, sięgające 90%, straty wśród porastających okolice jezior mchów i porostów. Duża część padających nad Skandynawią kwaśnych deszczy dociera tu znad Wielkiej Brytanii, której przemysł emituje do atmosfery 3,7 miliona ton dwutlenku siarki rocznie.
Zanieczysczenie wód ma katastrofalne następstwa dla żyjącej w rzekach i jeziorach flory i fauny. Trzeba jednak pamiętać, że człowiek mógłby stosunkowo szybko doprowadzić do odtworzenia pierwotnego stanu tych akwenów. Niektóre bezkręgowce spływają z prądem w zniszczone rejony z górnego biegu rzeki. Niektóre organizmy, na przykład jętki, stosunkowo dobrze znoszą nawet duże stężenie substancji toksycznych, inne zaś, na przykład rureczniki, doskonale radzą sobie w środowisku wypełnionym substancja organiczną, w którym występuje niedobór tlenu. Wystarczyłoby, żeby człowiek nie dopuszczał do dalszego zanieczyszczenia wód.
Metale ciężkie
Jednym z ciężkich metali powodujących zanieczyszczenie wód jest ołów. Źródłem zanieczyszczania są ołowiane obciążniki rybackich sieci, lekkomyślnie porzucane, ilekroć sieć się zaplącze. Rozpuszczone w wodzie związki ołowiu stanowią zagrożenie dla ptactwa, które wchłania je ze zjadanych przez siebie roślin wodnych. Typowym objawem zatrucia ołowiem u łabędzi jest tak zwana "złamana szyja". Zatrute ołowiem mięśnie nie są w stanie utrzymać długiej szyi ptaka, który ginie z głodu. Innym metalem ciężkim zatruwającym wody śródlądowe jest kadm, który poprzez zatrute ryby przenika również do organizmów ludzi.
Oczyszczanie Tamizy
Tamiza była kiedyś jedną z najbardziej zanieczyszczonych rzek świata. Jeszcze nie tak dawno nie było w niej ani jednej ryby. Obecnie, po długiej walce ekologów, w Tamizie żyje ponad 100 gatunków, w tym pstrągi i łososie. Batalia o przywrócenie Tamizie jej pierwotnego stanu toczyła się głównie z przemysłowymi trucicielami. Zbudowano cały system oczyszczalni ścieków, a tych, którzy wciąż zatruwali rzekę, obciążano wysokimi karami.
Wielka akcja oczyszczania Tamizy jest jedynym udanym przedsięwzięciem tego typu, przeprowadzonym na taką skalę. Podejmowane w innych krajach próby niestety się nie powiodły. Nie udało się oczyścić Renu, ani rzeki Ohio, słynną z tego, że była tak zanieczyszczona produktami naftowymi, że kiedyś po prostu się zapaliła.
Uregulowania prawne
Prawny zakaz zanieczyszczania wód jest najprostszym sposobem zapobiegania degradacji środowiska. Zakazy tego typu są jednak niezmiernie trudne do wyegzekwowania. Dlatego międzynarodowa inicjatywa prawna firmowana jest hasłem "truciciele muszą płacić"; choć wydaje się być idealnym rozwiązaniem, pozostaje jednak najczęściej w sferze teorii. Światowa Organizacja Zdrowia (WHO) ogłosiła normy dotyczące dopuszczalnego stężenia poszczególnych szkodliwych związków chemicznych w wodzie. Na przykład kadmu nie morze być więcej niż 300 mg/l.
Prawdopodobnie pierwszym krajem, który wprowadził prawne regulacje dotyczące zanieczyszczenia rzek, była Anglia. Już w 1197 roku król Ryszard I ogłosił pierwsze w świecie prawo rzeczne. Obecnie standardy jakości wody określa się w ramach Unii Europejskiej, jednak mimo precyzyjnych wytycznych, rządy europejskich krajów zbliżają się do wytyczonego celu niezwykle powoli. Na przykład w 1992 roku aż w 9 z 12 krajów Wspólnoty Europejskiej poziom azotu w wodzie przekraczał zalecaną normę.
Powstanie ścieków, ich rodzaje i metody oczyszczania
Przyszłość ludzkości zależy w dużej mierze od naszej kultury wodnej. Podstawowym źródłem zanieczyszczeń wód w Polsce są ścieki pochodzące z miast i przemysłu oraz spływy powierzchniowe z terenów rolniczych i nie skanalizowanych. Wszystkie ścieki odprowadzane do wód wpływają na ich jakość, zmieniając głównie skład chemiczny i fizyczny oraz oddziałują na florę i faunę. Odbija się to niekorzystnie na organizmach wodnych i lądowych korzystających z wody. DEFINICJA ŚCIEKÓW Ścieki to mieszanina zużytej wody oraz różnego rodzaju substancji płynnych, stałych, gazowych, radioaktywnych oraz ciepła usuwanych z terenów miast i zakładów przemysłowych. Ścieki w ogólnej swej masie zawierają przede wszystkim wodę, której ilość dochodzi nawet do 99,9%. Same więc zanieczyszczenia zawierają w istocie niewielki procent ścieków. RODZAJE ŚCIEKÓW W zależności od pochodzenia ścieki dzieli się na:
W skład ścieków przemysłowych wchodzą zanieczyszczenia organiczne, nieorganiczne oraz różnego rodzaju pyły Do nieorganicznych zanieczyszczeń rozpuszczalnych należą sole mineralne, wpływające na właściwości chemiczne wody, np. kwas siarkowy, który dostaje się na powierzchnię ziemi i do wód w postaci tzw. kwaśnych deszczów, czy toksyczne sole metali ciężkich (np. ołowiu, rtęci), które działają zabójczo na organizmy żywe. Zanieczyszczenia organiczne powstają w trakcie produkcji mas plastycznych, w wytwórniach barwników i tworzyw sztucznych (fenole), w przemyśle gumowym, przy rafinacji ropy naftowej (głównie węglowodory), odpady z garbarni, gorzelni, browarów, cukrowni, celulozowni oraz z przemysłu mięsnego. Specyficznym rodzajem zanieczyszczeń przemysłowych są zanieczyszczenia termiczne, związane ze spuszczaniem do zbiorników wodnych wód ciepłych i gorących. Są to wody teoretycznie czyste, które wykorzystano do chłodzenia w różnych procesach przemysłowych. np. energetyce. Ich "zanieczyszczeniem" jest wysoka temperatura. Wody te podnoszą temperaturę naturalnych lub sztucznych zbiorników wodnych i prowadzą do poważnych zmian w ich florze i faunie. Najczęściej obumierają rodzime gatunki roślin i zwierząt, a na ich miejsce pojawiają się nowe. Nierzadko też dochodzi do nadmiernego rozwoju tylko jednego gatunku. Z tego powodu do podgrzanych np. przy elektrownianych zbiorników wodnych trzeba wprowadzać obce ryby roślinożerne, np. amur. |
|
Przemysł |
Zawartość ścieków |
nawozów sztucznych |
azotany, węglany, siarczany, siarkowodór, fenol |
paliwowo-energetyczny |
detergenty, ropa i ropopochodne, smary |
metalurgiczny |
związki metali ciężkich (Pb, Hg, Cr) |
chemiczny |
kwasy, zasady, mało tlenu |
celulozowo-papierniczny |
chlorki sodu i wapnia, węglan wapnia |
spożywczy |
związki organiczne, kwas np. mlekowy, mało tlenu |
tekstylny, garbarski |
związki organiczne, barwniki, fenole, metale ciężkie, mało tlenu |
elektrownie |
ciepło |
kopalnie |
sole mineralne |
Skład ścieków przemysłowych w zależności od stosowanych procesów produkcyjnych.
W 1996 powstało w Polsce 10175,5 hm3 ścieków, w tym 1751,8 hm3 ścieków komunalnych. Oczyszczeniu poddano 2303 hm (22,6%,). 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:
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. NAKŁADY INWESTYCYJNE W POLSCE W 1997 ROKU - DANE STATYSTYCZNE GUS-U W 1997 roku nakłady inwestycyjne na ochronę środowiska wyniosły 7,4 mld zł i były wyższe o 19,4% niż w 1996 roku. Najwięcej środków wydano na ochronę powietrza 50,9% i na ochronę wód 40,6% - w tym na budowę komunalnych oczyszczalni ścieków 17,4%. W 1997 roku oddano do eksploatacji 392 oczyszczalnie ścieków komunalnych i przemysłowych o łącznej przepustowości 1 mln m3/dobę. Z nakładów na gospodarkę wodną w 1997 roku, czyli z 1,8 mld zł, najwięcej środków wydano na ujęcia i doprowadzenia wody - 63,3%, a także na budowę zbiorników wodnych - 14%. Wzrosty również nakłady na obwałowania przeciwpowodziowe do ok. 6% oraz na przebudowę rzek i potoków. Prawie 65% nakładów inwestycyjnych gospodarki wodnej przypadło na sektor publiczny. W latach 1990 - 1997 pobór wody zmniejszył się o 16,8%, a ilość nie oczyszczanych ścieków o 61,2%, przy jednoczesnym zwiększeniu o 13,2% udziału ścieków oczyszczanych w wyższym stopniu, tj. metodami biologicznymi i z podwyższonym usuwaniem biogenów. Wzrosła również o 253 liczba miast obsługiwanych przez oczyszczalnie ścieków (o 54%). |
|