Oczyszczalnie ścieków

Większość ścieków poddawana jest obecnie przeróbce w oczyszczalniach, tak aby mogła powrócić do rzek, nie stwarzając zagrożenia dla środowiska naturalnego. Jednak ilość zanieczyszczeń trafiających do mórz jest wciąż duża.

W ciągu ostatnich dwóch stuleci gwałtowny wzrost populacji oraz rozwój przemysłu sprawiły, że znacznie wzrosła ilość ścieków produkowanych przez ludzi. Ścieki spływają do kanałów nie tylko z naszych łazienek i zlewów lecz również z linii technologicznych w fabrykach. A gdy spada deszcz, do kanalizacji trafiają duże ilości wody deszczowej z ulic i dachów domów. Ścieki należy neutralizować przed odprowadzeniem do rzeki, aby jej po prostu nie zatruć. Woda deszczowa nie jest niebezpieczna i nie wymaga stosowania żadnych procesów oczyszczających. Stąd w niektórych miastach istnieją zupełnie oddzielone od siebie systemy kanalizacyjne odprowadzające ścieki i wodę deszczową. Tę ostatnią spuszcza się do rzek, a do oczyszczalni trafiają tylko ścieki. Zmniejsza to ogromnie objętość wody, którą trzeba poddać procesowi oczyszczania. Obecnie preferowany jest jednak sposób, w którym oba systemy są oddzielone tylko częściowo. To znaczy, woda deszczowa z ulic jest odprowadzana osobnym systemem deszczowym, a woda z dachów jest mieszana ze ściekami z gospodarstw domowych i trafia do oczyszczalni. Zaletą tego rozwiązania jest to, że deszczówka z dachów rozcieńcza ścieki poddawane przeróbce i płucze rury kanalizacyjne, nie dopuszczając do ich rozpuszczania. System kanalizacji ogólnospławnej, w którym woda deszczowa i ścieki wędrują tymi samymi kanałami, także jest regularnie czyszczony podczas deszczów. Lecz podczas gwałtownych burz przepływ wody staje się zbyt duży, aby mogły sobie z nim poradzić oczyszczalnie i system kanalizacyjny. Dlatego w takich warunkach nadmiar wody wymieszanej ze ściekami jest odprowadzany bezpośrednio do rzeki. Przy takim przepływie wody deszczowej ścieki są na tyle rozcieńczone, że nie stanowią poważnego zagrożenia dla środowiska. Wiele miast nadmorskich odprowadza swe nieoczyszczone ścieki bezpośrednio do morza. Niekiedy wyławia się wcześniej zanieczyszczenia stałe, aby zwiększyć prędkość rozpraszania się ścieków. W idealnych warunkach woda morska błyskawicznie rozcieńcza ścieki na tyle, że organizmy żyjące w morzu są w stanie przerobić je na substancje zupełnie nieszkodliwe. Lecz niesprzyjające wiatry bądź pływy są w stanie spowolnić rozcieńczanie i pognać surowe ścieki z powrotem na plaże. Powolne rozpraszanie się ścieków wpływa też na ekologię dna morskiego, niszcząc jego mieszkańców i przyczyniając się do spadku populacji ryb i innych organizmów morskich.

Oczyszczanie ścieków

Należy jednak oczyszczać możliwie dużą ilość ścieków, by nie skazić wód. Oczyszczanie składa się zwykle z dwóch procesów, zwanych oczyszczaniem wstępnym i zasadniczym. Oczyszczanie wstępne polega na oddzieleniu od cieczy części stałych. W procesie oczyszczania zasadniczego pozostałe w cieczy zanieczyszczenia są usuwane poprzez przyśpieszenie naturalnych procesów rozkładu biologicznego. Większe kawałki stałe, są oddzielone, gdy ścieki przepływają przez specjalne kraty lub sita, w których przekątna oczek wynosi około 2,5 cm. Zawarty w ściekach żwir i piasek osadza się, Gdy przepływają one przez otwarte kanały zwane piaskownikami. Oleje i tłuszcze usuwa się w odtłuszczaczu. Ścieki wpływają do zbiornika od dołu, a obracające się po powierzchni ramię zgarnia tłuszcze i drobne elementy. Ścieki odtłuszczone odpływają górą zbiornika do kanału zbiorczego.

Sedymentacja i osad

Drobne części stałe zawieszone w cieczy można odcedzić za pomocą sit. Jednak znacznie częściej stosuje się do tego celu proces zwany sedymentacją. Poddawane temu procesowi ścieki pozostawia się w zbiorniku sedymentacyjnym, czyli osadniku, na okres około trzech godzin. W tym czasie zawarta w nich zawiesina zdąży opaść na dno. Czasem równolegle prowadzi się proces zwany strącaniem. Do cieczy dodawany jest związek chemiczny, np. siarczek żelaza, rozpoczynający kondensację drobnych cząsteczek zawiesiny, które sklejają się ze sobą i następnie spadają na dno. Powstały w ten sposób osad można suszyć lub poddawać procesom chemicznym, lecz najczęściej jest on poddawany obróbce biologicznej. Surowy osad jest mieszany z osadem już przerobionym, który zawiera odpowiednie mikroorganizmy. Dobiera się je tak, by żyły na osadzie i żywiły się nim, rozbijając skomplikowane struktury groźnych związków organicznych na prostsze substancje. W procesie tym, zwanym fermentacją, wydziela się metan i inne palne gazy. Można je zbierać i napełniać nimi butle, można też spalić je, celem ogrzania osadu i przyśpieszenia fermentacji. Czasami gazów tych używa się jako paliwa do niewielkiej elektrowni, działającej przy oczyszczalni. Po oczyszczeniu, osad może być stosowany jako nawóz. Osad nadwyżkowy bywa w niektórych krajach wywożony w morze i zatapiany, by służył jako pożywka dla glonów, które są pierwszym ogniwem morskiego łańcucha pokarmowego. Jednak zdarza się, i to nierzadko, że osady zawierają dużo trujących metali ciężkich jak rtęć czy kadm, pochodzących ze ścieków przemysłowych. Gdy wchodzą w skład nawozu dla glonów, zatruwają cały łańcuch pokarmowy, więc coraz częściej praktyki takie są głośno krytykowane.

Oczyszczanie zasadnicze

Po usunięciu osadu pozostałą ciecz poddaje się procesom biologicznym, podobnie jak w przypadku osadu. Bakterie powodują, że większość masy organicznej reaguje z tlenem, produkując związki nieszkodliwe dla środowiska. Przeprowadza się to na dwa sposoby. W pierwszym, zwanym filtracją, ścieki reagują ze składającą się z mikroorganizmów warstwą aktywną pokrywającą porowaty materiał, tak jak na przykład węgiel aktywny. Materiał taki ma stosunkowo dużą powierzchnię czynną, na której może się wytworzyć warstwa aktywna, a większa powierzchnia oznacza większą prędkość i efektywność procesu oczyszczania. Warstwa węgla o grubości około 2 metrów jest zwykle ustawicznie spryskiwana ściekami, choć stosuje się także czasowe jej zatapianie w zanieczyszczeniach. Znacznie szerzej stosowana jest jednak druga metoda, w której do dobrze napowietrzonych ścieków wprowadza się odpowiednie mikroorganizmy. Powietrze wdmuchuje się do komory fermentacyjnej przez setki otworów w jej ścianach. Można też napowietrzać ścieki mieszając je nieustannie, tak aby powietrze znad powierzchni miało możliwość przedostania się do objętości cieczy. Proces trwa zwykle od 4 do 10 godzin.

Odprowadzanie oczyszczonych ścieków

W trakcie tego procesu powstaje osad, któremu pozwala się osiąść w osadniku końcowym. Ciecz otrzymana po odpływie jest dostatecznie czysta, by bez ryzyka zanieczyszczenia środowiska można było spuścić ją do rzeki.

Wskaźniki jakości wód

Wskaźniki jakości wód określają ilość i rodzaje zawartych w wodzie zanieczyszczeń.

Wyróżnia się wskaźniki fizyczne, chemiczne i biologiczne.

Wskaźniki fizyczne to temperatura, zapach, smak, mętność, przezroczystość, barwa wody.

Wskaźniki chemiczne to m.in. odczyn wody, utlenialność, twardość wody, zasadowość, kwasowość, poziom związków azotu i fosforu, chlorków, siarczanów, żelaza, rozpuszczonego tlenu, ChZT, dwutlenku węgla, metali ciężkich.

Wskaźniki biologiczne określają głównie warunki sanitarne np. miano Coli, wskaźnik saprobowości, indeks saprobów, polski indeks biotyczny, BZT

Uzdatnianie wody

Tagi: koagulacja, sedymentacja, system uzdatniania wody, uzdatnianie wody, zanieczyszczenie wody

Niekorzystne przemiany zachodzące w środowisku wodnym, potwierdziły że zarówno uzdatnianie wód jak i oczyszczanie ścieków są problemami ściśle ze sobą związanymi. Zanieczyszczenie wód powierzchniowych prowadzi do: wzrostu zasolenia, temperatury i stężenia związków organicznych, co ma wpływ na eutrofizację; zmiany zabarwienia, smaku, zapachu, odczynu pH i nadmiernego zużycia tlenu.

Zanieczyszczenia wód naturalnych

Zanieczyszczenie wód naturalnych, spowodowało deficyt zasobów wody. Niekorzystne przemiany zachodzące w środowisku wodnym, potwierdziły, że zarówno uzdatnianie wód jak i oczyszczanie ścieków są problemami ściśle ze sobą związanymi.

Dla celów jakościowej i ilościowej analizy zanieczyszczeń wód naturalnych oraz rozpoznania mechanizmów jego samooczyszczania się, wygodnym okazał się podział tych zanieczyszczeń na:

- mikrozanieczyszczenia tzn. związki lub substancje powodujące częściowe lub całkowite skażenie środowiska już przy stężeniach śladowych (p.p.m lub nawet p.p.b.) oraz makrozanieczyszczenia, występujące w wodach w znacznie większych stężeniach i przez to łatwiejsze do chemicznej identyfikacji,

- substancje i związki zdolne do pełnego biochemicznego rozkładu oraz te, które nie dają się rozłożyć przez mikroorganizmy, bądź ulegają bardzo powolnej degradacji metabolicznej.

Do typowych mikrozanieczyszczeń zalicza się m.in. wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne, aminy aromatyczne, barwniki azotowe, dioksyny chlorowane, związki aromatyczne, halogenowe węglowodory alifatyczne, pestycydy, metale ciężkie.

Niezwykle odporne na rozkład lub nierozkładalne biochemicznie są m.in. niektóre rodzaje detergentów i pestycydów, substancje radioaktywne, metale ciężkie, większość produktów pochodnych ropy naftowej. Ropa naftowa, jej pochodne i substancje smołowe pokrywają dno i rośliny zbiorników wodnych trudno rozkładalnym osadem uniemożliwiającym oddychanie organizmów wodnych. Detergenty, są czynnikiem eutrofizującym i powodują rozpuszczanie w wodzie wielu substancji np. rakotwórczych, które w normalnych warunkach są nierozpuszczalne.

Zanieczyszczenie wód powierzchniowych prowadzi do: wzrostu zasolenia, temperatury i stężenia związków organicznych, co ma wpływ na eutrofizację; zmiany zabarwienia, smaku, zapachu, odczynu pH i nadmiernego zużycia tlenu.

Wody podziemne są w mniejszym stopniu narażone na zmiany klimatyczne i na zanieczyszczenia antropogeniczne niż wody powierzchniowe, dlatego ich skład fizycznochemiczny jest w przybliżeniu stały i określony naturalnymi procesami hydrogeochemicznymi. Najbardziej uciążliwymi związkami przy wykorzystaniu tych wód dla celów komunalnych są sole żelaza i manganu.

Procesy i systemy uzdatniania wody

Każdy system technologiczny uzdatniania wody jest uporządkowanym zbiorem operacji fizycznych i procesów chemicznych, fizycznochemicznych, biologicznych, biochemicznych, wzajemnie ze sobą powiązanych.

Projektowanie systemów uzdatniania wody wymaga dostosowania budowy, procesów uzdatniania i parametrów technologicznych systemu do jego zakładanej efektywności (z uwzględnieniem zmienności składu i temperatury wody, czystości stosowanych reagentów itp.).

Współczesne systemy uzdatniania wody oparte są głównie na procesach: koagulacji, sedymentacji, filtracji pospiesznej, chemicznego utleniania, adsorpcji, infiltracji, odżelaziania, odmanganiania, zmiękczania, dezynfekcji, odwróconej osmozy, napowietrzania i odprowadzania gazów.

Opis procesu

Koagulacja

W systemach uzdatniania wody proces koagulacji stosowany jest w celu obniżenia w wodzie mętności, barwy, a także częściowo rozpuszczonych substancji organicznych. Skuteczność koagulacji można zwiększyć dawkując do wody obok koagulantów także pylisty węgiel aktywowany. Do substancji, które mogą wspomagać proces koagulacji zalicza się:

wapno - dla korekty pH, wiązania CO2 agresywnego i przyspieszenia hydrolizy koagulantu;

silne utleniacze np. Cl2, ClO2, O3, KmnO4, H2O2) - przyspieszające koagulację przez utlenienie organicznej warstwy koloidow ochronnych;

gliny, bentonit, ziemia okrzemkowa, przyspieszające flokulację oraz zwiększające gęstość powstających flokuł;

krzemionka aktywowana, przyspieszająca koagulację domieszek wody siarczanem glinowym w niskich temperaturach;

polielektrolity anionowe przyspieszające koagulację w niskich temperaturach oraz w przypadku występowania polifosforanów.

Sedymentacja

Efekty sedymentacji cząstek zawiesiny w osadnikach zależą od właściwości hydraulicznych osadników, określonych m.in. rozkładem rzeczywistych czasów przepływu wody i ich stabilnością hydrauliczną. Do urządzeń wysokosprawnych zalicza się osadniki wielostrumieniowe. Osadniki te są stosowane zarówno w nowych rozwiązaniach, jak i w modernizacji obiektów istniejących . Znaczną intensyfikację koagulacji i sedymentacji uzyskuje się w osadnikach z zawieszonym osadem typu klarownik lub pulsator. Efekty działania takich urządzeń zależą od hydraulicznych właściwości kłaczków osadu, od spełnienia warunków utrzymania ich w stanie fluidalnym, od zdolności sorpcyjnych kłaczków oraz jakości technicznej połączenia koagulacji i sedymentacji.

Omówione systemy charakteryzuje znaczna złożoność struktury, do której zaliczamy połączenia procesów:

- szeregowe, gdy wielkości wyjściowe procesu poprzedniego są zarazem wielkościami wejściowymi procesu następnego,

- szeregowo-równoległe stosowane w systemach ujmowania wody z kilku ujęć,

- szeregowe z możliwością ominięcia procesów stosowanych okresowo, gdy ujmowana woda charakteryzuje się dużą zmiennością składu.

W zależności od rodzaju wód i zanieczyszczeń można zastosować następujące technologiczne systemy uzdatniania:

- dla wód powierzchniowych z zanieczyszczeniami geogenicznymi: koagualcja - sedymentacja - filtracja pospieszna - dezynfekcja

- dla wód powierzchniowych z zanieczyszczeniami geogenicznymi i antropogenicznymi: utlenianie wstępne - koagualcja z adsorpcją - sedymentacja - filtracja pospieszna - utlenianie chemiczne - adsorpcja na filtrach węglowych - dezynfekcja

- dla wód powierzchniowych z okresowym zakwitem fitoplanktonu: utlenianie wstępne - filtracja na mikrositach - koagulacja z adsorpcją - sedymentacja - utlenianie chemiczne - filtracja pospieszna - dezynfekcja

- dla wód podziemnych średnio-twardych z zanieczyszczeniami mineralnymi (związki żelaza i manganu o niskich i średnich stężeniach): napowietrzanie - filtracja pospieszna - dezynfekcja

Uzdatnianie wody dla miast, przemysłu i rolnictwa staje się coraz droższe i technologicznie trudniejsze. Dalszy postęp tej technologii wymaga prowadzenia wielostronnych badań nad mineralizacją związków i substancji organicznych metodami biologicznymi, szczególnie w zakresie łączenia technologii wody, mikrobiologii oraz biochemii.

Uzdatnianie wody

Uzdatnianie wody - proces polegający na doprowadzeniu zanieczyszczonej wody do stanu czystości wymaganego dla danego zastosowania.

Skład elementarnych procesów uzdatniania wody dobiera się zgodnie z zastosowaniem produktu finalnego. Głównymi metodami pozyskiwania wody uzdatnionej są:

odżelazianie,

zmiękczanie (zmiękczanie jonitowe),

demineralizacja (np. poprzez destylację),

filtracja (mineralna, węglowa, mechaniczna),

dezynfekcja (chemiczna, promieniowaniem UV),

proces odwróconej osmozy (RO)

Wodę uzdatnia się dla potrzeb komunalnych (woda wodociągowa, woda pitna), przemysłu (w szczególności spożywczego), medycyny, farmacji.

Rodzaje ścieków i ich typowe składniki

Woda zajmuje pierwsze miejsce w hierarchii wszystkich potrzeb życiowych. Gdy większość ludzi prowadziła koczowniczy tryb życia, a światowa populacja była niewielka, problem zanieczyszczenia rzek nie istniał, gdyż mają one znaczną zdolność do samooczyszczania.

Gdy większość ludzi prowadziła koczowniczy tryb życia, a światowa populacja była niewielka, problem zanieczyszczenia rzek nie istniał, gdyż mają one znaczną zdolność do samooczyszczania. Wraz ze zwiększeniem zaludnienia, rozwojem przemysłu i równoczesnym zrzutem zanieczyszczeń bezpośrednio do wód powierzchniowych sytuacja ulegała zmianie. Ilość wprowadzanych ścieków gwałtownie się zwiększyła, tak że naturalne procesy oczyszczania nie spełniały swojej roli. Jakość wód znacząco pogorszyła się, co doprowadziło nawet w niektórych krajach ( np. Anglii) do epidemii cholery i tyfusu.

Zanieczyszczenie wód - to niekorzystne zmiany właściwości fizycznych, chemicznych i bakteriologicznych wody spowodowane wprowadzeniem w nadmiarze substancji nieorganicznych (stałych, płynnych i gazowych), organicznych, radioaktywnych, czy wreszcie ciepła, które ograniczają lub uniemożliwiają wykorzystanie 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;

sztuczne (antropogeniczne) - związane z działalnością człowieka, a pochodzące głównie ze ścieków, a także z powierzchniowych i gruntowych spływów z terenów przemysłowych, rolniczych, składowisk odpadów komunalnych (wysypisk śmieci).

Zanieczyszczenia sztuczne dzielimy na

biologiczne - spowodowane obecnością drobnoustrojów, np. bakterii, wirusów, glonów, grzybów, pierwotniaków i ich toksyn;

chemiczne - odnoszą się do zmian składu chemicznego i odczynu (pH). Należą do nich: oleje, benzyna, smary ropa, chemiczne środki ochrony roślin - pestycydy, nawozy sztuczne, węglowodory aromatyczne, sole metali ciężkich, kwasy, zasady, fenole.

Główne zanieczyszczenia chemiczne i ich źródła.

Główne zanieczyszczenia chemiczne wód	Źródła chemiczne zanieczyszczeń
detergenty	gospodarstwa domowe, pralnie, myjnie, przemysł papierniczy, farbiarski, gumowy, szklarski, tekstylny, budownictwo
środki ochrony roślin - pestycydy, nawozy sztuczne (azotany, fosforny)	przemysł chemiczny, rolnictwo i leśnictwo
fenole	przemysł chemiczny, spożywczy, ścieki komunalne, rafinerie, koksownie, gazownie, garbiarnie
związki metali ciężkich (Hg, Cd, Cr, Mn, Cu, Fe)	transport samochodowy, ścieki przemysłowe, garbiarnie, metalurgia, górnictwo, hutnictwo
węglowodory aromatyczne	petrochemia, przemysł chemiczny
radioizotopy (radanu, strontu)	eksplozje jądrowe, przemysł zbrojeniowy, odpady, ścieki
cyjanki	galwanizeria
benzyna, nafta, olej, ropa naftowa, smary	komunikacja, transport samochodowy i wodny, awarie i katastrofy tankowców, platform wiertniczych, przemysł paliowo-energetyczny

Detergenty - syntetyczne substancje czyszczące, zawierające składnik organiczny, obniżający napięcie powierzchniowe, dzięki czemu następuje osłabienie sił wiążących cząstki brudu z podłożem. Stanowią główny składnik środków piorących, myjących, zwilżających. Są bardzo trwałe i nie ulegają biodegradacji (rozkładowi pod wpływem mikroorganizmów). Detergenty wpływają hamująco na procesy samooczyszczania się wody i działają toksycznie na organizmy żywe.

Pestycydy - środki ochrony roślin, owadobójcze - do zbiorników wodnych dostają się w wyniku spłukiwania z opylonych lub opryskanych uprzednio roślin, wymywania z gleby oraz spływania wraz ze ściekami zakładów produkujących te związki. Powodują pogarszanie stanu sanitarnego wód podziemnych, działają toksycznie, naruszają procesy samooczyszczania się wód, przyczyniają się do zjawiska eutrofizacji wód. Mają długi czas rozpadu i zdolność kumulowania w środowisku.

Fenole - to związki aromatyczne, jedne z najbardziej uciążliwych dla otoczenia. Dostają się do wód wraz ze ściekami komunalnymi i przemysłowymi (z rafinerii, wytwórni tworzyw sztucznych, koksowni, przetwórstwa drzewnego i włókna syntetycznego). Woda zanieczyszczona fenolami ma odrażający smak, a ryby w niej żyjące nie nadają się do spożycia. Są to substancje toksyczne i wywołujące oparzenia skóry.

Węglowodory aromatyczne - do wód powierzchniowych dostają się ze ściekami z koksowni, z gazami i rozpuszczalnikami. Pochodzą głównie z przemysłu, motoryzacji i spalania węgla. Są słabo rozpuszczalne w wodzie, kumulują się w osadach dennych oraz tkance tłuszczowej zwierząt wodnych. Są rakotwórcze. Węglowodory aromatyczne rolne to spłukiwane z pól nawozy sztuczne i środki ochrony roślin (tzw. chemizacja rolnictwa) oraz ścieki z intensywnej hodowli zwierząt (gnojowica). Można wprawdzie sprawić, że określone zasoby wodne staną się w wyniku zanieczyszczenia nieprzydatne dla człowieka lub nawet szkodliwe, ale zarówno w procesach naturalnych, jak i sztucznych możliwe jest ich oczyszczanie i powtórne użycie.

Metale ciężkie - dostają się do wód wraz ze ściekami przemysłowymi, z odpadami, ze spływami z pól, z hałd hutniczych. Mają zdolność kumulowania się w osadach dennych, są toksyczne dla organizmów również dla człowieka, mogą powodować trwałe i nieodwracalne uszkodzenia różnych narządów, np. nerek, mózgu, rdzenia kręgowego.

Radioizotopy - ich źródłem są: wybuchy bomb atomowych i wodorowych, reaktory jądrowe, kopalnie oraz zakłady posługujące się substancjami promieniotwórczymi. Mikroorganizmy - przede wszystkim bakterie chorobotwórcze i wirusy przedostające się do wód ze ścieków komunalnych, a także przemysłu, np. skórzanego.

Ze względu na pochodzenie, zanieczyszczenia można podzielić na:

komunalne - są to głównie ścieki miejskie, powstające na skutek działalności człowieka i będące mieszaniną odpadów z gospodarstw wydalin fizjologicznych człowieka i zwierząt domowych, odpadów szpitalnych, łaźni, pralni oraz niektórych zakładów przemysłowych. Są to głównie związki organiczne (białka, tłuszcze i węglowodany);

przemysłowe - mogą się dostawać do wód pośrednio jako ścieki przemysłowe lub z atmosfery w postaci kwaśnych deszczów, pyłów oraz różnych związków chemicznych. Specyficznym rodzajem zanieczyszczeń są zanieczyszczenia termiczne, związane ze spuszczaniem do zbiorników wodnych wód ciepłych i gorących (wody z procesów chłodzenia).

Ochronę wód przed zanieczyszczeniami realizuje się różnymi sposobami. Zaliczamy do nich:

oszczędne gospodarowanie wodą i zwiększenie jej zasobów dyspozycyjnych dzięki oczyszczaniu ścieków i innych wód zanieczyszczonych;

zmniejszenie strat w gospodarce powodowanych wodami zanieczyszczonymi (ochrona stalowych urządzeń i budowli, ochrona przed rozprzestrzenianiem się chorób itp.);

zwiększenie ilości wód dyspozycyjnych i poprawienie bilansu wodnego (racjonalny sposób zatrzymania zbyt szybko spływającej wody do morza).

KWAŚNE DESZCZE

Wszystkie zakłócenia naturalnej równowagi atmosfery mogę być zabójcze i prowadzić do zagłady naszego świata.

Kwaśne deszcze są potoczną nazwą całego zakresu zjawisk powstających w wyniku reakcji niektórych zanieczyszczeń powietrza z wodą, która następnie opada na ziemię w postaci deszczu, śniegu, gradu lub mgły Głównymi zanieczyszczeniami powietrza powodującymi kwaśne deszcze są tlenki siarki i azotu. Jeżeli tlenki te zareagują z wodą powstają wówczas kwasy siarkowy i azotowy Im większa będzie wilgotność powietrza, a także im dłużej będą się w nim gromadzić kwasogenne gazy, tym skutki zanieczyszczenia atmosfery okażą się groźniejsze.

Organizmy żywe są szczególnie podatne na działanie kwaśnego deszczu. W przypadku roślin szkodliwe ich działanie objawia się przez niszczenie warstwy ochronnej wosku na liściach, uszkadzając przy tym szparki oddechowe. Wywołuje to nadmierne parowanie wody. Kwasy powodują także rozpad chlorofilu - barwnika koniecznego do prawidłowego przebiegu fotosyntezy. Liście żółkną a następnie opadają. Kwaśne deszcze zwiększają kwasowość gleby, co powoduje uszkodzenie korzeni. Następuje spadek zawartości niektórych pierwiastków niezbędnych roślinom do życia, takich jak: magnez, miedź, mangan. To wszystko doprowadza do osłabienia roślin. Wiatr, susza i szkodniki kończą dzieło zniszczenia. Rośliny giną.

W świecie zwierząt szkodliwy wpływ zakwaszenia jest widoczny w środowisku wodnym. Dzieje się to z dwóch powodów: kwaśne deszcze padają bezpośrednio do wód albo szkodliwe substancje z zakwaszonych gleb są wypłukiwane do zbiorników wodnych.

Las na pograniczu Polski i Czech porównywany jest już do krajobrazu po wybuchu bomby atomowej. W rzeczywistości są za to odpowiedzialne kwaśne deszcze powstałe na skutek emisji przemysłowych w krajach dawnego bloku socjalistycznego.

PROCES SAMOOCZYSZCZANIA WÓD

Proces samooczyszczania wód jest to naturalny proces, zachodzący stale w przyrodzie. Polega na sedymentacji (opadaniu na dno) zawiesin, rozkładzie zanieczyszczeń organicznych na mineralne przez odpowiednie mikroorganizmy (mineralizacja), a następnie pobraniu w postaci soli mineralnych przez rośliny. Dzięki tym procesom, im dalej od źródła zanieczyszczenia, tym bardziej woda jest czysta. Zakres samooczyszczania wody określa zawartość tlenu w wodzie i to zarówno dostarczonego z powietrza, jak i przez rośliny obecne w wodzie. Woda płynąca szybkim nurtem, dzięki większej zawartości tlenu, posiada większe możliwości samooczyszczania w porównaniu z wodami wolno płynącymi lub stojącymi. Wody silnie zanieczyszczone tracą zdolność do samooczyszczania i część lub wszystkie nagromadzone w nich zanieczyszczenia docierają w końcu do mórz i oceanów. Powodują tam skażenia różnych organizmów, w tym morskich ryb, będących ważnym źródłem wyżywienia ludzi.

EUTROFIZACJA WÓD

Eutrofizacja, czyli wzrost żyzności wód, to proces stopniowego wzbogacania zbiornika wodnego w substancje pokarmowe wskutek wzmożonego ich dopływu. Głównymi źródłami tych składników są ścieki i nawozy (azotowe, fosforowe i potasowe) oraz przemysł (spożywczy przetwórczy i chemiczny). Eutrofizacja prowadzi do zachwiania równowagi ekologicznej, bujnego wzrostu danej roślinności wodnej, zbyt intensywnej aktywności drobnoustrojów zużywających duże ilości tlenu. Skutkiem tego jest deficyt tlenowy i zahamowanie rozkładu tlenowego materii organicznej (stopniowe zapełnianie zbiorników rozkładającą się substancją organiczną) i wyniszczenie wielu najwrażliwszych tlenowych organizmów, w tym najwartościowszych ryb. Bardzo wyraźne zagrożenie dla życia organizmów tlenowych, a także dla jakości wody, stanowią tzw. zakwity Wywołane są one gwałtownym rozwojem populacji glonów i sinic. Glony w późniejszym okresie wydzielają substancje toksyczne. których ilość wzrasta wraz ze zwiększeniem się ilości tych organizmów, stając się groźnymi dla zwierząt, a nawet dla samych glonów. Glony obumierając, wydzielają do środowiska inne substancje aktywne biologicznie (olejki eteryczne), nadające wodzie nieprzyjemny zapach i smak. Stadium eutroficzne zbiornika jest jednocześnie początkiem jego zaniku przez spłycenie zbiornika, aż do jego zaniku z powierzchni ziemi

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:

• Bytowo-gospodarcze (komunalne) - pochodzą z bezpośredniego otoczenia człowieka, czyli z domów mieszkalnych, budynków gospodarczych, miejsc użyteczności publicznej, zakładów pracy Powstają one w wyniku zaspokajania potrzeb gospodarczych oraz higieniczno-sanitarnych, są to np.: niedojedzone resztki pożywienia ze zmywanych naczyń, odchody ludzkie, brudy z prania, środki do mycia i prania. Opisywane ścieki zawierają dużą ilość zawiesin oraz związków organicznych (białka, tłuszcze, cukry) i nieorganicznych, mogą również posiadać niebezpieczne wirusy i bakterie chorobotwórcze (żółtaczki zakaźnej, duru brzusznego, cholery i in.) oraz jaja robaków pasożytniczych, np. tasiemców. Stałym elementem tych ścieków jest pałeczka okrężnicy (Escherichia coli), - bakteria która sama nie stanowi większego zagrożenia dla człowieka, lecz jej ilość w ściekach jest wskaźnikiem obecności czynników wywołujących tyfus, dur brzuszny i dyzenterię. Skażenie powierzchniowych i podziemnych wód ściekami bytowymi stanowi poważne zagrożenie higieniczne oraz bakteriologiczne.

• Przemysłowe - powstają w zakładach produkcyjnych i usługowych podczas różnych procesów technologicznych, np. przy otrzymywaniu, uszlachetnianiu i przeróbce surowców. Ilość i rodzaj tych ścieków zależy od rodzaju przedsiębiorstwa, technologii produkcji, ilości zużywanej wody Najwięcej zanieczyszczeń powoduje przemysł: górniczy, metalurgiczny, elektromaszynowy, włókienniczy, chemiczny, paliwowo-energetyczny, celulozowy, garbarski i spożywczy.

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
tekstylny, garbarski	ciepło
kopalnie	sole mineralne

Skład ścieków przemysłowych w zależności od stosowanych procesów produkcyjnych.

• Opadowe - powstają w wyniku spływów deszczowych, topnienia śniegu, a także przy myciu i polewaniu ulic miast.

• Rolne - dotyczą z jednej strony nawozów mineralnych i środków ochrony roślin, które są zmieszane z wodami opadowymi i spłukiwane do zbiorników wodnych, z drugiej strony są to ścieki z intensywnej hodowli zwierząt. Bezściółkowa hodowla bydła i trzody chlewnej w bardzo dużych fermach hodowlanych daje ogromne ilości gnojowicy i innych zanieczyszczeń biologicznych.

Zanieczyszczenia powodowane przez nawozy mineralne i środki ochrony roślin są związane z chemizacją rolnictwa. Chodzi tu głównie o nawozy azotowe, fosforowe i potasowe oraz o całą grupę środków zaliczanych do pestycydów. Nawozy mineralne po dostaniu się do wód działają na niektóre rośliny wodne podobnie jak na rośliny lądowe, przyspieszając ich wzrost i rozwój. Dochodzi do nadmiernej produkcji roślin, znacznie przyśpieszonego zarastania zbiorników wodnych i wzmożonej ilości zakwitów, czyli zachodzi proces już wcześniej opisany - eutrofizacja zbiornika.

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:

• kraty i sita, na których oddziela się wleczone ciała stale;

• piaskowniki, w których opadają cząstki ciała stałego o wymiarach do 0,2 mm. Sedymentują one w ciągu 1 minuty;

• odtłuszczalniki i urządzenia rozdrabniające;

• osadniki wstępne, w których zatrzymywane są łatwo opadające zawiesiny Sedymentacja następuje w czasie 2 godzin. Drobniejsze zawiesiny przechodzą do drugiego stopnia oczyszczania.

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.

---