Zasoby wodne Polski

Polska jest krajem w którym zasoby wodne są mniejsze niż w innych państwach europejskich.
Zasoby wodne wynikają z tak zwanego bilansu wodnego na który składają się przychody i rozchody wody. Na przychód wpływają opady atmosferyczne i dopływy wód z zagranicy oraz wody zgromadzone w rzekach i jeziorach . Na rozchód wody składają się parowanie, zużycie wody na potrzeby przemysłowe , komunalne oraz odpływ powierzchniowy i podziemny .
Obszary w Polsce o nadmiarze wód: Karpaty, Sudety, Żuławy, poje. Mazurskie. Obszary o deficycie wody: Kujawy, górny Śląsk, okolice Łodzi.

Zasoby polskich wód podziemnych i powierzchniowych: 60 km³. Na Polskę spada przeciętnie 186 km³ wody, z czego 133 km³ paruje bezpośrednio, a pozostała ilość spływa rzekami lub wsiąka do gruntu tworząc zasoby wód podziemnych.

Wykres fazowy wody, zjawiska związane z przejściami fazowymi.

Obszar leżący na lewo od tej krzywej odpowiada fazie stałej; współrzędne punktów leżących na tym obszarze podają temperaturę i ciśnienie, w których trwale istniejącą fazą jest jedynie faza stała, tj. lód.
Krzywa OD, zwana krzywą sublimacji, oddziela pole fazy stałej (pole lodu) od pola gazu (pary nienasyconej).
Krzywa OB, zwana krzywą parowania, określa równowagę między cieczą a gazem.
Wszystkie trzy krzywe równowag fazowych; krzywa parowania OB, krzywa krzepnięcia OC i krzywa sublimacji OD, przecinają się w jednym punkcie O zwanym punktem potrójnym. Współrzędne punktu potrójnego określają ciśnienie i temperaturę , w których jedynie możliwe jest istnienie wszystkich trzech faz w równowadze trwałej, tj. fazy stałej, ciekłej i pary nasyconej.

Każda substancja ma swój odrębny wykres fazowy, który można uzyskać na podstawie pomiarów wykonanych w różnych temperaturach i pod różnymi ciśnieniami.

Do charakterystyki układów wielofazowych można zastosować tzw. regułę faz Gibbsa.
Mówi ona, że w danym układzie liczba stopni swobody n jest równa liczbie składników niezależnych s, pomniejszonej o liczbę faz plus dwa.

n = s - f + 2

Gęstość wody i zjawiska z nią związane.

Gęstość w temperaturze 3,98°C: 1 kg/l (gęstość maksymalna)

Objętość, a temperatura
Wraz ze spadkiem temperatury gęstość większości substancji rośnie, a ich objętość maleje. W przypadku wody występuje pewna anomalia. Największą gęstość, 1g/dm³ woda osiąga w temperaturze 3,98C, a nie jak można przypuszczać w najniższej temperaturze, to jest na granicy woda - lód. 0C to temperatura, w której gęstość skokowo maleje z 0,999g/dm³ do 0,916g/dm³ (gęstość lodu). Gęstość lodu woda osiąga ponownie w temperaturze 30C.
Zmiana temperatury o 1C wniskich zakresach temperatur (4 - 8C) powoduje małe zmiany gęstości, natomiast w wyższych (od około 12C) znaczne.
Cecha ta jest niezwykle ważna dla zbiornika wodnego. Ma to wpływ na stabilność mas wodnych. Wody o temperaturze 4 - 10C mogą być łatwo przemieszane prze wiatr, gdyż różnice gęstości między nimi są niewielkie. Powyżej 20C układ jest już bardzo stabilny. Ta właściwość wody, umożliwia również przeżycie wielu organizmom podczas mro·nych zimowych dni. Gęsta, a zatem "ciężka" woda, która ma temperaturę zbliżoną do 4C zalega przy dnie. Chłodniejsze i lżejsze wody utrzymują się przy powierzchni. Gdy temperatura powietrza spadnie poniżej 0C woda zamarza. Heksagonalna struktura lodu powoduje, że ma on mniejszą gęstość od wody, a co za tym idzie utrzymuje się na jej powierzchni, nie powodując ochładzania głębszych partii jeziora. Tworzy się wówczas tak zwane uwarstwienie - stratyfikacja (to zjawisko opisane zostanie dokładniej w dalszych częściach artykułu). Podobnie rzecz ma się latem, kiedy powierzchniowe warstwy wody ogrzewane są promieniami słonecznymi. Ich temperatura jest znacznie większa od 4C, a ich gęstość jest mniejsza od warstw przydennych.

Patrz wyżej.

Wodne układy dyspersyjne

Pojęcie i klasyfikacja koloidów

Stan koloidalny jest stanem skupienia materii równie powszechnym jak stan gazowy, ciekły lub stały. Cechą charakterystyczną stanu koloidalnego jest niski stopień rozdrobnienia. Układy koloidalne lub krótko - koloidy, są to układy dyspersyjne, najczęściej dwuskładnikowe, o wyglądzie układów fizycznie jednorodnych, chociaż w rzeczywistości oba składniki nie są ze sobą zmieszane cząsteczkowo.

Składnik tworzący fazę ciągłą układu nazywamy ośrodkiem dyspersyjnym lub rozpraszającym, drugi zaś fazą rozproszoną lub składnikiem rozproszonym. Faza rozproszona składa się z cząstek koloidalnych o wymiarach od 1 do 100 nm, a nawet do 500 nm. Należy tu jednak zaznaczyć, że do układów koloidalnych zaliczamy nie tylko te, które mają wszystkie trzy wymiary "koloidalne", lecz także i te, w których dwa a tylko nawet jeden wymiar jest koloidalny, czyli ma wartość od 1 do 500nm. W związku z tym układy koloidalne można podzielić na układy z cząstkami trójwymiarowymi, układy z cząstkami blaszkowatymi i układy z cząstkami nitkowatymi. Jeżeli cząstki fazy rozproszonej mają jednakową wielkość, układ nazywamy mono lub izo-dyspersyjnym, jeżeli różną - polidyspersyjnym. Układy koloidalne, które spotykamy w przyrodzie czy laboratorium mają jednak najczęściej charakter polidyspersyjny.

Układy dyspersyjne o wymiarach cząstek większych od 500 nm nazywamy układami mechanicznymi (zawiesinami lub suspensjami, w których cząstki ulegają sedymentacji), zaś układy o wymiarach cząstek rozproszonych mniejszych od 1nm układami o rozdrobnieniu cząsteczkowym (roztworami rzeczywistymi).

Stan rozproszenia koloidalnego jest bardzo rozpowszechniony, zarówno w świecie przyrody ożywionej (różnorodne białka, pektyny, węglowodany) i nieożywionej (gliny, mgły, pył wulkaniczny), jak również wśród związków otrzymanych sztucznie w laboratorium chemicznym (mydła, niektóre barwniki, siarka koloidalna, tlenki metali itd.). Oprócz tego w przyrodzie występuje dużo związków, których cząsteczki mają wymiary charakterystyczne dla układów koloidalnych, zwane są one eukoloidami (np. skrobia, celuloza, kauczuk, keratyna, kolagen glikogen itd.), znane są również syntetyczne eukoloidy, jak polistyreny i inne tworzywa sztuczne. Podczas rozpuszczania eukoloidów powstają samorzutnie układy koloidalne.

Najbardziej rozpowszechnione są układy koloidalne o ciekłym ośrodku dyspersyjnym, zwane roztworami koloidalnymi, liozolami lub zolami. Jeżeli ośrodek dyspersyjny jest wodą, zwane są hydrozolami, jeżeli alkoholem alkozolami, jeżeli benzenem - benzenozolami itd. Ogólnie, jeżeli ośrodek dyspersyjny jest cieczą organiczną, układy koloidalne nazywa się organozolami, jeżeli zaś gazem gazozolami (w przypadku powietrza - aerozolami).

Kształtowanie się składu wód od opadowych do podziemnych

Czynniki kształtujące skład wód powierzchniowych
W odróżnieniu od wód podziemnych, w kształtowaniu składu chemicznego wód powierzchniowych znacznie większą rolę odgrywają zanieczyszczenia antropologiczne. Stąd o ostatecznym składzie decydują produkty procesów naturalnych przebiegających w środowisku wodnym oraz zanieczyszczenia obcego pochodzenia. Ponieważ wody powierzchniowe w sposób bezpośredni narażone są na wpływ skutków działalności gospodarczej człowieka, charakteryzują się one zmiennością składu fizyczno-chemicznego i większą różnorodnością substancji w nich występujących niż wody podziemne. Poziom zanieczyszczenia wód powierzchniowych koreluje (zależy od) ze sposobem zagospodarowania zlewni, stopniem degradacji środowiska oraz warunkami atmosferycznymi panującymi w danym regionie. W wodach powierzchniowych, poza substancjami obecnymi w wodach podziemnych, występują zanieczyszczenia stanowiące poważny problem z uwagi na fakt, iż wiele z nich należy do substancji uciążliwych, a często i toksycznych dla środowiska naturalnego.
Do głównych czynników kształtujących skład wód powierzchniowych należą:
- budowa geologiczna zlewni,
- topografia zlewni,
- procesy wietrzenia i rozpuszczania minerałów budujących zlewnię,
- prędkość i natężenie przepływu wody decyduje o wielkości wymiany między substancjami występującymi w wodzie i zdeponowanymi na dnie rzek,
- mieszanie się wód o różnym składzie,
- warunki atmosferyczne (temperatura, opady atmosferyczne),
- lokalizacja wód w stosunku do źródeł zanieczyszczeń.

Klasyfikacja wód naturalnych według stopnia mineralizacji.*

Jednocześnie klasyfikacja wody wg stopnia ogólnej mineralizacji - zawarta w przepisach ww.

rozporządzenia, tj.:

-

niskomineralizowana - ogólna zawartość składników mineralnych nie jest większa od

500 mg/l;

średniomineralizowana - ogólna zawartość składników mineralnych nie jest większa od

-

1500 mg/l;

-

wysokozmineralizowana - ogólna zawartość składników mineralnych jest większa od

1500 mg/l;

Związki azotowe jako wskaźniki zanieczyszczenia wód

związki azotu - mogą być pochodzenia organicznego, jako produkty biochemicznego rozkładu białek roślinnych i zwierzęcych, których źródłem są ścieki oraz organizmy wodne i nieorganiczne - pochodzące z mineralnych nawozów azotowych, ścieków przemysłowych, z opadów atmosferycznych oraz z powietrza atmosferycznego.

Najczęściej występującymi w wodach nieorganicznymi związkami azotu są : azot amonowy , azot azotynowy i azot azotanowy. Obecność w wodzie azotu amonowego wskazuje na świeże zanieczyszczenie wody związkami organicznymi zawierającymi azot , np. ściekami bytowymi. Woda do picia i na potrzeby gospodarcze nie może zawierać azotu amonowego !!!!!!.

azot organiczny - może być pochodzenia roślinnego i zwierzęcego, ponadto źródłem tej formy azotu mogą być ścieki miejskie i przemysłowe.

Metale ciężkie w wodach i ich toksyczne oddziaływanie

Metale ciężkie - umownie metale, których gęstość przekracza 5 g/cm³ . Metalami ciężkimi są np.: miedź, kadm, ołów, rtęć, cynk, chrom, nikiel, molibden i arsen.

Zatrucia metalami ciężkimi

Ze względu na znaczną toksyczność wielu tych metali i zdolność do kumulacji (np. w kościach, nerkach, mózgu) ich sole oraz tlenki mogą być przyczyną groźnych zatruć ostrych i przewlekłych, chorób układu krążenia, układu nerwowego, nerek, chorób nowotworowych. Metale ciężkie w postaci pierwiastkowej natomiast się zwykle nie wchłaniają.

Zatrucia metalami ciężkimi notuje się szczególnie wśród pracowników określonej gałęzi przemysłu, co powoduje liczne choroby zawodowe np. ołowicę w wytwórniach bieli ołowiowej i wśród drukarzy. Zatrucia wywołane są też spożywaniem pokarmów zanieczyszczonych związkami metali, np. rtęcica. Do metali ciężkich zaliczamy: ołów (Pb), rtęć (Hg), arsen (As) i kadm (Cd).

Naturalne związki organiczne w wodach

Rozpuszczone związki pochodzenia organicznego

 Organiczne związki zanieczyszczające wodę powstają w wyniku rozkładu roślinnej materii roślinnej (przede wszystkim są to kwasy huminowe oraz bulwowe), działalności rolnictwa, przemysłu papierniczego, ścieków komunalnych oraz ścieków odprowadzanych z zakładów przemysłowych. W skład tych zanieczyszczeń wchodzą: detergenty, oleje, tłuszcze, rozpuszczalniki, pozostałości pestycydów oraz herbicydów. Czasami bywa tak, że obecne w wodzie związki pochodzenia organicznego są wyługowane z rurociągów oraz zbiorników. Mogą także pochodzić z proszków do prania.

Sposób oczyszczania wody także może być źródłem zanieczyszczeń. Dlatego tez powinien być tak zaprojektowany, aby usuwać zanieczyszczenia z wody zasilającej, jednocześnie nie wprowadzać dodatkowych zanieczyszczeń, które mogą pochodzić w wyniku przeprowadzanego oczyszczania.

Związki pochodzenia organicznego, które są obecne w wodzie często nadają wodzie zabarwienie żółto-brązowe i jednocześnie są w stanie zablokować jonowymienne żywice oraz zanieczyścić wodę już wyprodukowaną. Poziom zanieczyszczenia pochodzenia organicznego jest mierzony przy pomocy testu na absorpcję tlenu, tzw. test OA, czyli oxygen absorber, który wykorzystujące roztwór nadmanganianu potasu. Stosowany jest także test chemicznego zapotrzebowania na tlenu, tzw. COD. Coraz częściej stosuje się analizatory węgla organicznego, tzw. TOC, czyli  total organic carbon). Analizatory te wykazują dużą czułości podczas wykrywania niskich stężeń związków pochodzenia organicznego organicznych w analizowanych próbkach wody. Sprzęt ten jest w stanie zmierzyć całkowicie utleniony węgiel pochodzenia organicznego, tzw. TOC. Woda charakteryzująca się niska zawartością TOC jest szczególnie istotna dla następujących technik: analiza fluoroscencyjna, HPLC. Istotne także jest to, aby woda używana w systemach detekcji ultrafioletowej charakteryzowała się małym poziomem absorpcji światła ultrafioletowego (0,0001 jednostki absorpcyjne przy długości fali 254 nm).

Zanieczyszczenie wód ropą naftową i jej pochodnymi

Zanieczyszczenie wody odpadami ropopochodnymi prowadzi do zaniku w nich tlenu oraz do osadzania się na ich dnie trujących substancji, które powodują zamieranie wszystkich organizmów.

Niewątpliwie najgroźniejsze dla otwartych mórz i oceanów są katastrofy tankowców i szybów wydobywczych. Pływające plamy ropy uniemożliwiają dostęp tlenu do wody, przez co giną w niej wszystkie organizmy (rośliny i zwierzęta). Warto zauważyć, że już samo mycie ładowni tankowców powoduje roczny wyciek do mórz i oceanów od 8 do 20 min baryłek ropy naftowej. Ekologicznych katastrof tankowców było wiele, jedną z pierwszych był wypadek Torrey Canyon na wodach przybrzeżnych Kornwalii w 1967 roku. W pobliżu wycieku na plażach, niemal wszystkie formy życia uległy zagładzie, a źle zorganizowana akcja ratunkowa spowodowała dalsze zniszczenia. Pełna odnowa ekosystemu trwała 6 lat i nie można jednoznacznie stwierdzić, czy tamtejsze środowisko wróciło do postać z przed katastrofy.
Do kolejnego wielkiego zatrucia środowiska ropą naftową doszło w 1978 roku w wodach przybrzeżnych Bretanii za sprawą statku Amoco Cadiz. Na ekranach naszych telewizorów mogliśmy zobaczyć, jak w 1989 r. z ładowni Exxon Yaldez wyciekło aż 26 tysięcy baryłek ropy naftowej, doprowadzając do skażenia wód przybrzeżnych Alaski na długość 1600 km. W akcji ratunkowej brało udział około 11 tysięcy ludzi, skutki katastrofy udało się złagodzić tylko na ok. 20% powierzchni zanieczyszczonej linii brzegowej.
W styczniu 1993 roku do opinii publicznej dotarły kolejne zdjęcia katastrofy ekologicznej, kiedy to przewożący 84 tysiące ton ropy naftowej tankowiec The Braer rozbił się na południe od Szctlandów. Wszystkie tego typu katastrofy prowadziły i prowadzą nadal do skażenia wód, powietrza i gleby, zagrożenia wyginięciem roślin, ptaków, ryb i ssaków. Wypadki tego typu to również wielkie straty finansowe poniesione przy usuwaniu ich skutków, oraz później przez ludność zamieszkującą skażoną okolicę. Pomimo rosnącej świadomości zagrożeń, po morzach i oceanach wciąż krążą statki z niebezpiecznymi ładunkami.
Pisząc o katastrofach ekologicznych związanych z ropą naftową nie sposób nie wspomnieć o podpalenie kuwejckich szybów naftowych w czasie wojny w Zatoce Perskiej. Szacuje się, że do zatoki dostało się wtedy od 2,5 do 5 min baryłek ropy naftowej. Zginęło ok. 25 tysięcy ptaków morskich, a rybacy stracili wiele bogatych łowisk. Rzeczywiste skutki tych działań, dla człowieka i ziemi, są trudne zarówno do zmierzenia, jak i oszacowania.

Sposoby oznaczania stężenia związków organicznych wody (DZT, OWO, utlenialność, CHZT)

Wskaźniki fizyczne i tlenowe

• oznaczanie zawartości zawiesiny metodą wagową

• oznaczanie zawartości suchej pozostałości metodą wagową

• oznaczanie tlenu rozpuszczonego - metodą Winklera

• oznaczanie BZT₅ - metodą rozcieńczeń

• oznaczanie ChZT - metodą dwuchromianową i nadmanganianową

Do oceny ogólnego zanieczyszczenia wody substancjami organicznymi wykorzystuje się następujące wskaźniki:

• BZT (biochemiczne zapotrzebowanie na tlen), sprowadzające   się   do   oznaczenia   biochemicznego 
  zapotrzebowania tlenu (BZT₅)

• ChZT (chemiczne zapotrzebowanie na tlen), polegające na określeniu ubytku masy po prażeniu 
  próbki w temperaturze 550 - 600 °C, na oznaczeniu utlenialności, ogólnego węgla 
  organicznego oraz   chemicznego zapotrzebowania tlenu (ChZT).

• OWO (ogólny węgiel organiczny),

• RWO (rozpuszczony węgiel organiczny),

• absorbcja w nadfiolecie,

• EWCH (ekstrakt węglowo-chloroformowy),

• EWA (ekstrakt węglowo-alkoholowy)

---