Degradacja zasobów wody pitnej
Dla większości z nas swobodny dostęp do wody pitnej jest czymś oczywistym. Świadomość, że życiodajny płyn pokrywa 71% powierzchni globu powoduje, iż traktujemy go jako dobro nieograniczone i ogólnodostępne. Tymczasem jedynie 2,5% światowych zasobów wody to woda słodka, a mniej niż 1% to woda zdatna do picia. W wielu miejscach na świecie woda jest jednym z najrzadszych zasobów naturalnych. Szacuje się, że ok. 1,1 miliarda ludzi, stanowiących 18% ludności świata, jest pozbawione dostępu do czystej wody pitnej, a 2,4 miliarda ludzi nie ma dostępu do urządzeń sanitarnych. Ponad 2,2 miliona ludzi, głównie dzieci, umiera corocznie z powodu chorób związanych z niedostatkiem czystej wody. Oznacza to, że w wyniku pragnienia co 15 sekund umiera jedno dziecko na świecie! Jeżeli sytuacja się nie zmieni, to w 2020 roku z tego powodu umrze 76 miliona ludzi, a więc więcej niż na AIDS. W 2050 roku nawet 7 miliardów ludzi w 60 krajach może cierpieć z powodu niedostatku wody pitnej. Przyczyną tego zjawiska jest między innymi globalne ocieplenie. Autorzy raportu WWF przewidują, że wzrost średnich temperatur o jedynie 4°C może doprowadzić do zniknięcia wszystkich lodowców (stanowiących 70% zasobów wody pitnej). Część terenów zostanie zalanych, w innych miejscach zabraknie wody. Zasoby słodkiej wody występują nierównomiernie. Tereny pustynne i strefy suche stanowią 40% powierzchni Ziemi, a przypada na nie tylko 2% wody. Szacuje się, że w ciągu dwóch następnych dziesięcioleci potrzeba będzie 17% więcej wody do uprawy produktów rolnych, by zapewnić żywność ludziom w krajach rozwijających się, a średnie zużycie wody wzrośnie o około 40%. Szacuje się, że dziecko urodzone w kraju rozwiniętym konsumuje 30-50 razy więcej wody niż dziecko, które przyszło na świat w kraju rozwijającym się. W krajach rozwijających się około 70% odpadów przemysłowych i 90- 95% ścieków odprowadza się bez przetworzenia do wód, przez co zanieczyszcza się wodę zdatną do spożycia. Średnio 7% zużywanej przez nas wody pitnej wykorzystywane jest faktycznie do picia i gotowania. 22% wykorzystuje się do zmywania naczyń i prania, 20% w systemach kanalizacji, 39% do kąpieli w wannie i pod prysznicem, a 6% do mycia samochodu i podlewania ogrodu
Europejska Karta Ochrony Wód, uchwalona w Strasburgu w 1968 r. formułuje zasady gospodarowania wodą, które niewątpliwie obowiązują nas wszystkich do dnia dzisiejszego. Są one następujące:
1. Bez wody nie ma życia; woda jest cennym, nieodzownym dobrem dla człowieka.
2. Zasoby dobrej wody nie są nieograniczone. Dlatego też coraz bardziej konieczne staje się oszczędne gospodarowanie tymi zasobami, ich utrzymanie, a nawet, - jeśli to możliwe - ich pomnażanie.
3. Zanieczyszczanie wód jest szkodliwym działaniem, wymierzonym przeciw ludzkości i wszelkiemu życiu.
4. Jakość wody musi odpowiadać wymaganiom zdrowia publicznego i zapewniać przewidywany sposób jej użytkowania.
5. Wody zużyte należy odprowadzać do zbiornika w takim stanie, by nie spowodować ograniczeń w jego użytkowaniu do celów publicznych i prywatnych.
6. Poważną rolę w utrzymaniu zasobów wodnych odgrywa poszycie roślinne, a szczególnie lasy.
7. Istniejące zasoby wodne winne być bilansowane.
8. Porządkowaniem gospodarki wodnej powinny kierować odpowiednie organy państwowe.
9. Ochrona wód wymaga intensyfikacji badań naukowych, kształcenia fachowców i uświadamiania szerokich mas społeczeństwa.
10. Obowiązkiem każdego człowieka jest - dla dobra ogółu - oszczędne i rozumne gospodarowanie wodą.
11. Podstawą planowania gospodarce wodnej powinny być całe zlewnie, a nie granice administracyjne lub państwowe.
12. Woda nie uznaje granic państwowych, co wymaga współpracy w skali międzynarodowej.
Głównym źródłem zaopatrzenia ludności, przemysłu i rolnictwa w wodę są wody powierzchniowe, przede wszystkim płynące oraz stojące. Prawie cała pobierana jej ilość wraca do wód powierzchniowych w postaci wód zużytych, obciążonych różnymi substancjami mineralnymi i organicznymi, które stwarzają problemy z dalszym użytkowaniem wody. Zanieczyszczenia wód, w zależności od ich pochodzenia, ogólnie możemy podzielić na komunalne, przemysłowe i rolnicze. Zanieczyszczenia komunalne to przede wszystkim ścieki miejskie powstające na skutek działalności bytowej i gospodarczej człowieka. Jest to mieszanina odpadów z gospodarstw domowych, wydalin fizjologicznych człowieka i zwierząt domowych, odpadów ze szpitali, łaźni, pralni i zakładów przemysłowych. Zanieczyszczenia przemysłowe to przede wszystkim wszelkie ścieki przemysłowe wylewane do rzek strumieni czy jezior. Ścieki te powstają przy wydobywaniu i uszlachetnianiu surowców, przy wszelkiego rodzaju myciu i oczyszczaniu półproduktów i produktów finalnych, w transporcie hydraulicznym, w trakcie chłodzenia urządzeń, filtracji, destylacji, flotacji i podczas wielu innych zabiegów wykonywanych w różnorakiej produkcji. Woda stosowana we wszelkich procesach technologicznych rozpuszcza zanieczyszczenia surowca, sam surowiec oraz różne stosowane substancje, które się z nią stykają czy są do niej dodawane.
Wody opadowe zawierają wszystkie składniki powietrza atmosferycznego, wymyte w czasie opadu. Będą to, oprócz gazów atmosferycznych, przede wszystkim inne gazy, takie jak tlenki azotu, dwutlenek siarki, tlenek węgla i dodatkowe ilości dwutlenku węgla. W wodach tych może występować wiele związków metali ciężkich, emitowanych przez przemysł, jak związki arsenu, ołowiu, kadmu, cynku, żelaza i innych. Z powietrza wody mogą sorbować produkty niepełnego spalania produktów naftowych, substancje radioaktywne i inne pochodzące ze źródeł naturalnych. W wodach opadowych znajdują się również składniki stałe, których źródłem są: atmosferyczne emisje przemysłowe, części mineralne pochodzące z powierzchni ziemi, utwory wyrzucone do atmosfery w wyniku erupcji wulkanicznej czy trzęsień ziemi, różne sole porywane z powierzchni wód przez wiatry do atmosfery itp. Emitowane do atmosfery zanieczyszczenia rozprzestrzeniają się w różnych kierunkach i na różne odległości; dlatego mogą być wymywane przez deszcze z dala od miejsca, z których pochodzą.
Wody podziemne są źródłem zaopatrzenia dla większości wodociągów. Mogą w nich występować znaczne ilości żelaza, którego zawartość należy obniżyć, by można z tych wód korzystać. Niebezpieczeństwo dla wód podziemnych oprócz chemizacji rolnictwa stanowią materiały pędne i produkty ropopochodne, które przedostają się do wód z wycieków ze zbiorników i rurociągów, z instalacji technologicznych zakładów przerabiających ropę, stacji benzynowych, myjni samochodowych, stacji obsługi samochodów, czy też wylewane są wprost do gleby przez ludzi ignorujących wszelkie zasady ochrony środowiska. Do wód podziemnych mogą też migrować wszelkie zanieczyszczenia przemysłowe znajdujące się w ściekach oraz emisjach atmosferycznych, a po opadnięciu na ziemię wymywane z gleby. Mogą to być związki silnie toksyczne ( np. metali ciężkich) stwarzające ogromne ryzyko skażenia tych wód.
Zanieczyszczenia wód powierzchniowych.
Źródłem zanieczyszczenia wód powierzchniowych zarówno śródlądowych, jak i morskich są ścieki przemysłowe, komunalne i rolnicze. Wysoki stopień zanieczyszczenia wód tymi ściekami doprowadzi do wyczerpania się ich zdolności do samooczyszczania. Podstawowymi przyczynami bardzo niskiej jakości wód powierzchniowych są: zrzut ładunków zanieczyszczeń nie poddawanych redukcji, stale rosnąca ilość ścieków pochodzenia komunalnego, niska efektywność urządzeń oczyszczających. Zasolenie wody powoduje hamowanie w rzekach procesu samooczyszczania, korozję budowli wodnych, taboru pływającego, urządzeń wodociągowych i instalacji wodociągowych. Niewielkie ilości wody, jaką dysponujemy, a zwłaszcza zła jej jakość, uniemożliwiają spełnianie przez nią funkcji społecznych, gospodarczych i ekologicznych, a w szczególności:
zaopatrzenie w wodę ludności, przemysłu i rolnictwa,
wykorzystania jako potencjalnego źródła energii,
wykorzystania jako drogi wodnej,
wykorzystania jako miejsca odpoczynku nadwodnego, uprawiania sportów wodnych i turystyki.
Do najważniejszych zanieczyszczeń występujących w ściekach, a po ich zrzucie w wodach powierzchniowych, zaliczamy: Substancje powierzchniowo czynne ( detergenty), stanowiące główny składnik środków piorących, myjących, zwilżających. Będąc środkami ułatwiającymi rozpuszczanie, są pośrednio szkodliwe, gdyż powodują rozpuszczanie w wodzie używanej do picia czy do mycia substancji trudno lub zupełnie nierozpuszczalnych, toksycznych lub rakotwórczych. Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne i chlorowcopochodne węglowodorów zaliczane są do najbardziej niebezpiecznych i rozpowszechnionych substancji rakotwórczych. Związki te dostają się do wód powierzchniowych wraz ze ściekami z koksowni, zakładów rafineryjno-petrochemicznych, warsztatów naprawy pojazdów samochodowych, z wodami opadowymi w rejonach uprzemysłowionych i miejskich, a także z rolnictwa. Pestycydy mogą się dostawać do wód powierzchniowych przez zmycie ich z zaprawionego ziarna, opylonych czy opryskanych nimi roślin lub gleby, bądź bezpośrednio w czasie stosowania ich na uprawy. Pestycydy, to silne trucizny; zatem każda ich ilość w wodzie ma wpływ na żyjące w niej czy korzystające z niej organizmy. Nawet śladowe zanieczyszczenie wody tymi związkami jest trudne do usunięcia w procesie jej uzdatniania. Pestycydy znajdujące się w wodzie naruszają procesy jej samooczyszczania, pogarszają jej stan sanitarny, działają toksycznie na ryby. Fenole są produktami pochodzącymi z zakładów przeróbki paliw stałych i płynnych, z syntezy organicznej oraz z wytwórni tworzyw sztucznych. Są jedynymi z najbardziej uciążliwych składników ścieków. Ich obecność w wodzie jest toksyczna dla organizmów; występowanie nawet w małych ilościach utrudnia bądź wręcz uniemożliwia gospodarkę rybacką. Polichlorowane bifenyle ( PCB) używane są do produkcji tworzyw sztucznych, farb ochronnych, cieczy hydraulicznych, do impregnacji drewna; występują w ściekach z zakładów wytwarzających te produkty. PCB dobrze rozpuszczają się w olejach i wielu rozpuszczalnikach organicznych, bardzo zaś słabo w wodzie. Są związkami bardzo trwałymi Niepalnymi wolno rozkładającymi się w środowisku. Źródłem zanieczyszczenia wód PCB oprócz ścieków w zakładów przemysłowych, są również nieczystości odprowadzane ze statków. Inne substancje organiczne, nietoksyczne, występujące w ściekach z mleczarni, zakładów mięsnych, drożdżowni, cukrowni i innych zakładów przemysłu spożywczego. Są to cukry, białka i tłuszcze, które ulegają łatwo utlenieniu, pobierają jednak niezbędny do ich rozkładu tlen rozpuszczony w wodzie. Również zanieczyszczenia wody ropą naftową i jej produktami mogą doprowadzić do katastrofy ekologicznej. Dotyczy to nie tylko wód morskich; wody śródlądowe są też narażone na awarie barek pływających po rzekach, wycieki z instalacji petrochemicznych, rurociągów z ropą. Kolizje samochodowe czy kolejowe z cysternami przewożącymi produkty ropopochodne mogą spowodować przedostanie się ich do wód powierzchniowych. W ten sposób zagrozić mogą nawet powierzchniowym ujęciom wody pitnej. Fosforany i azotany to podstawowe substancje odżywcze dla roślin. Wprowadzone do wód ze ściekami powodują ich eutrofizację. Metale ciężkie dostają się do wód głównie ze ściekami przemysłowymi, z wodami opadowymi w rejonach zurbanizowanych i uprzemysłowionych, a także z wodami infiltrującymi hałdy, wysypiska i gleby silnie nimi skażone. Niektóre z nich są dla organizmów całkowicie zbędne i silnie toksyczne ( Pb, Cd, Hg), inne w śladowych ilościach w środowisku są potrzebne do normalnego funkcjonowania organizmów.
Wody podgrzane odprowadzane do wód są specyficznym czynnikiem wywołującym ich degradację. Woda powszechnie używana jest jako medium chłodzące w wielu gałęziach przemysłu, przede wszystkim w instalacjach chłodzących elektrowni. Wody podgrzane odprowadzane do rzek jezior czy mórz, powodują wzrost temperatury wody, co prowadzi do wielu zmian w funkcjonowaniu tych ekosystemów. Podwyższona temperatura przyspiesza rozkład związków organicznych, co prowadzi do deficytu tlenu - następują zmiany w rodzajach i liczebności organizmów żywych; obserwuje się intensywny rozwój bakterii i wirusów oraz powstawanie toksyn.
WSKAŹNIKI JAKOŚCI WÓD
O przydatności wody do określonego celu, o możliwości jej użycia, decydują rodzaj i ilość zawartych w niej substancji. Zakres badania wody zależy przede wszystkim od jej przeznaczenia. Wskaźniki, które badamy, możemy podzielić na fizyczne, chemiczne i biologiczne. Wskaźniki fizyczne jakości wody służą do określenia właściwości organoleptycznych. Mogą świadczyć o jej pochodzeniu i o rodzaju zawartych w niej zanieczyszczeń. Należą do nich:
1. Temperatura - zależy ona od pochodzenia wody; wody podziemne wykazują większą jej stałość, wody powierzchniowe i zaskórne - duże wahania, zależnie od pory roku; optymalna temperatura wody do picia wynosi 7-12 C;
2. Zapach i smak - cechy te zależą od temperatury, ilości i rodzajów gazów i innych substancji nie rozpuszczonych; zapach wody morze być pochodzenia naturalnego ( źródłem jego mogą być żywe lub martwe organizmy wodne) lub pochodzenia sztucznego ( z odprowadzanych do wody ścieków ).
3. Mętność - często spowodowana jest przez nierozpuszczalne cząsteczki różnych substancji nieorganicznych, jak: iły, węglany, związki magnezu i żywe organizmy ( plankton); mętność oznacza się przez porównanie badanej próbki ze skalą wzorców;
4. Barwa - wskazuje na rozpuszczone lub zawieszone w niej domieszki, jak związki żelaza, substancje humusowe czy organizmy wodne; barwę, którą można usunąć przez przesączenie wody, określamy jako pozorną; intensywność barwy oznacza się kolorymetrycznie w skali wzorca platynowo - kobaltowego.
Wskaźniki chemiczne jakości wody pozwalają na jej ocenę pod względem najważniejszych zanieczyszczeń chemicznych. Analiza chemiczna pozwala ocenić, czy woda zawiera domieszki dyskwalifikujące ją do celów konsumpcyjnych i czy może być użyta do innych celów. Na podstawie wyników analiz można określić, jakie procesy uzdatniania należy zaplanować, aby otrzymać wodę zgodną jakościowo z wymogami użytkowników.
1. Odczyn - dla większości wód naturalnych waha od 6,8 do 7,3 pH; na odczyn ma wpływ: obecność jonów węglowodorowych, węglanowych, fosforowych i innych związków.
2. Utlenialność - jest to umowny wskaźnik określający zużycie nadmanganianu potasu przez zawarte w wodzie łatwo utleniające się substancje organiczne i nieorganiczne. Obecność w środowisku wodnym substancji łatwo utleniających się może spowodować duże zużycie tlenu i w efekcie jego brak dla organizmów żywych.
3. Twardość - określa się zawartością rozpuszczonych w niej soli magnezu i wapnia.(Objawia się zużywaniem mydła bez wy twarzania piany )
4. Zasadowość - zależy od obecnych w wodzie wodorotlenków, wodorowęglanów i węglanów wapnia, magnezu, potasu, sodu;
5. Zawartość związków azotu - ma bardzo duże znaczenie dla jakości wody, nie tylko pitnej, ale także dla wód wykorzystywanych inaczej, ( np. w energetyce; duża zawartość amoniaku w wodzie działa korodująco na łopatki turbin, które robione są ze stopów zawierających miedź ).
6. Zawartość chlorków - ze względu na dużą rozpuszczalność chlorki znajdują się we wszystkich wodach naturalnych; mogą pochodzić z wymywania pokładów lub ze ścieków; woda zawierająca te związki działa korodująco na żelazo i beton.
7. Zawartość siarczanów - dostają się do wody na skutek rozpuszczania i wymywania ze skał; większe ilości niekorzystnie oddziałują na nasz organizm; powodują także korozję żelaza i betonu.
8. Zawartość żelaza i magnezu - oba te pierwiastki znajdują się w wodach naturalnych w postaci węglanów, wodorowęglanów, siarczanów i fosforanów; mogą pochodzić z gruntu, ścieków lub korozji rur i zbiorników; w większych ilościach psują smak wody.
9. Zawartość fluoru - w wodzie do picia powinna wynosić 1,0-1,2 mg F/dm; zarówno nadmiar jak i niedobór jest szkodliwy, szczególnie dla uzębienia.
10. Zawartość gazów rozpuszczalnych w wodzie - w wodzie znajdują się zawsze w większych lub mniejszych ilościach: dwutlenek węgla, tlen, siarkowodór, które negatywnie wpływają na stan wody.
11. Zawartość pierwiastków śladowych - ma duże znaczenie dla prawidłowego przebiegu procesów fizjologicznych w organizmie; są nimi m.in.: żelazo, miedź, cynk, kobalt, jod, brom.
12. Zawartość substancji trujących - zaliczamy do nich występujące w wodzie cyjanki, związki ołowiu, rtęci, kadmu itd. pochodzące głównie ze ścieków przemysłowych.
Wskaźniki bakteriologiczne. W wodach naturalnych prawie zawsze występują różne mikroorganizmy. Szczególnie są nimi zanieczyszczone otwarte zbiorniki wodne, do których spływają deszcze i ścieki. Rozwój bakterii w wodzie uzależniony jest od obfitości substancji pokarmowych, warunków termicznych, świetlnych i wielu innych. Oznaczenie bakterii w wodzie jest trudne, wybrano, więc jako organizm wskaźnikowy Bacterium coli. Jej obecność w wodzie świadczy o zanieczyszczeniu wody ściekami. Wskaźniki biologiczne. Badania flory i fauny zbiornika wodnego często stanowią uzupełnienie fizykochemicznej i bakteriologicznej oceny wody. W zależności od stopnia zanieczyszczenia występują odmienne zespoły organizmów wodnych; można, więc je przyjąć za wskaźniki czystości wody lub jej zanieczyszczenia.
Oczyszczenie wód następuje poprzez:
Samooczyszczanie się wody które jest procesem ściśle uwarunkowanym od stopnia zanieczyszczenia wód. Ochrona ta polega na biologicznym rozkładzie zanieczyszczeń przy pomocy bakterii i tlenu. Gdy ilość ścieków przekracza możliwości samooczyszczania naruszona zostaje wtedy równowaga ekologiczna. Samooczyszczanie najlepiej przebiega w morzach, potokach i rzekach, gdyż występują tam silne procesy falowania co zapewnia stały dopływ tlenu do oczyszczających się zbiorników.
OCZYSZCZANIE ŚCIEKÓW które jest usuwaniem ze ścieków zawartych w nich zanieczyszczeń w celu zminimalizowania ich szkodliwego oddziaływania na odbiornik, tj. wody powierzchniowe lub grunty. Osiągnięcie maksymalnego stopnia oczyszczania ścieków jest możliwe przez zastosowanie następujących po sobie ( lub przebiegających jednocześnie ) procesów fizycznych, chemicznych i biologicznych.
Brak czystej wody słodkiej wywołał boom w budownictwie zapór wodnych. W latach 1950-1986 wybudowano ok. 36.000 dużych zapór (ponad 15-metrowych) - połowę w Chinach. W rezultacie światowe rezerwuary mieszczą teraz 3.500 km3 wody - średnio tyle, ile wynosi roczne zużycie. Ale brakuje już rzek nadających się do budowy zapór. Zresztą wiele zapór okazało się wątpliwym dobrodziejstwem, zmuszając do przemieszczania się miliony mieszkańców wsi, prowadząc do rozprzestrzeniania się infekcji wywołanych kontaktem z wodą, niszcząc rybołówstwo w dolnym biegu rzek itp. Mimo to są i dobre strony. Wiele krajów połączyło swe siły, by usprawnić gospodarowanie dorzeczami 214 rzek, które przepływają przez więcej niż jeden kraj. Te porozumienia już teraz korzystnie wpłynęły na jakość wody i zarządzania Wielkimi Jeziorami Ameryki Północnej i europejskim Renem. Dzięki inicjatywie UNEP wiele państw rozwijających się dołączyło do układu promującego program Korzystnego dla Środowiska Gospodarowania Wodami Lądowymi (EMINWA). Inspiracją utworzenia EMINWA była skuteczność Planu Akcji Mórz Regionalnych (Regional Sea Action Plans), w którym państwa leżące na wybrzeżu tego samego morza współpracowały w usprawnianiu jego zarządzaniem. Plan ten sprawdził się najlepiej nad Morzem Śródziemnym, ale nadal jest w toku osiem innych programów, a pozostałe trzy są ciągle udoskonalane. Programy te angażują około 130 państw, 16 agend ONZ i ponad 40 innych organizacji regionalnych i międzynarodowych. Przez ponad 20 ostatnich lat uchwalono wiele konwencji międzynarodowych, zmierzających głównie do ograniczenia zanieczyszczenia mórz. W wyniku jednej z nich zanieczyszczenia ropą pochodzącą ze statków zredukowano od 1981 r. do 60%. Konwencja ONZ dotycząca Prawa Morskiego, obecnie podpisana przez 160 państw ustaliła jasny system prawny dla użytkowników mórz i oceanów i ważne standardy ekologiczne.