Wydział Inżynierii Środowiska
Instytut Inżynierii i Gospodarki Wodnej
Gospodarka Wodna
Gospodarka Wodna
Zakład Gospodarki Wodnej
Wykład nr 6
Wykład nr 6
OPRACOWAA

dr hab.inż. Wojciech Chmielowski prof. PK
Kierunek: Ochrona Środowiska
Kierunek: Ochrona Środowiska
WODY POWIERZCHNIOWE POLSKI
WODY POWIERZCHNIOWE POLSKI
część III
część III
Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 4 września 2000r w
sprawie warunków, jakim powinna odpowiadać woda do picia i na
potrzeby gospodarcze, woda w kąpieliskach oraz zasady
sprawdzania jakości wody przez organy Inspekcji Sanitarnej ( Dz.
U. Nr 82, poz 937 ),
określa warunki dotyczące wody do picia pobieranej z
wodociągów sieciowych, lokalnych i studni publicznych
oraz studni prywatnych, jeżeli urządzenie zaopatruje
powyżej 50 osób, dostarcza powyżej 10m3 na dobę lub
woda dostarczana jest do celów komercyjnych.
Rozporządzenie uwzględnia wytyczne Światowej Organizacji
Zdrowia i Unii Europejskiej, m.in.
W zakresie zawartości w wodzie chloru, żelaza, manganu i
węglanu wapnia.
Jeżeli zlecimy badanie wody, którą mamy w kranie i okaże się że
jej jakość odpowiada tym warunkom, możemy być spokojni o
nasze zdrowie
NIKIEL, CYNK, KOBALT
Co może nam grozić
mogą powodować uszkodzenie
Część związków
wątroby
rozpuszczonych w wodzie nie jest
obojętna dla naszego zdrowia:
Związki MIEDZI OA
OWIU
Wiele chorób zakaz
nych jest
i RT
CI uszkodzenie nerek
wywołana spożyciem wody złej
jakości
ARSEN i pierwiastki promieniotwórcze nowotwory
AZOTANY nowotwory żołądka
Podwyższona zawartość ŻELAZA
przebarwienia skóry, uszkodzenie trzustki,
marskość wątroby, nadciśnienie
MANGAN
odkłada się w nerkach, trzustce,
jelitach choroba Parkinsona, Basedowa ( tarczyca)
I. Znaczenie wody dla człowieka
1. Dlaczego woda jest taka ważna?
Woda stanowi jeden z podstawowych elementów potrzebnych do
życia.
" Podczas trawienia rozpuszcza w sobie poszczególne składniki
pokarmowe, które następnie wchłaniane są przez jelita i
dostarczane do komórek.
" Jest nośnikiem i regulatorem ciepła w organizmie, bierze
udział we wszystkich procesach biochemicznych,
" zwilża błony śluzowe, gałkę oczną i zapewnia ruchliwość
stawów.
" Woda stanowi 70% wagi dorosłego człowieka, aby utrzymać
te proporcję trzeba spożywać około 2,5 litra wody dziennie.
2. Człowiek jest taki, jaka jest woda którą pije
Woda którą pijemy powinna być czysta i pozbawiona
jakichkolwiek domieszek oraz bakterii i wirusów.
Może jedynie zawierać pierwiastki mineralne, które w naturalny
sposób mogą się w niej znalez
ć przez rozpuszczanie
stykających się z nią skał.
Woda pitna musi być pozbawiona chorobotwórczy bakterii i
wirusów, dlatego trzeba ja chlorować.
W ostatnim półwieczu nastąpił gwałtowny wzrost chemizacji życia
i obecnie znamy ponad 16 milionów związków chemicznych, z
czego 2 miliony wytworzonych syntetycznie.
Ogromna ich ilość , wraz ze ściekami przedostaje się do
rzek. Pół wieku temu zaczęto stosować w rolnictwie tysiące
trujących pestycydów, które mają niszczyć chwasty, zabijać
owady, gryzonie i pleśnie lub konserwować drewno.
Również one wraz z wodą deszczową, dostają się niestety do
wód powierzchniowych.
Rośnie też nieustannie ilość związków chemicznych, które
wylewa się nieustannie do rzek wraz ze ściekami
komunalnymi.
Najbardziej dotkliwe z nich są detergenty.
Wszystkie związki chemiczne zawarte w ściekach
komunalnych, przemysłowych oraz rolniczych i
wydalane do środowiska naturalnego przedostają się
nieuchronnie do wód gruntowych, powierzchniowych
oraz głębinowych, a stąd w różnym stopniu trafiają do
wód pitnych z kranu i ze studni oraz do wód
mineralnych i z
ródlanych
Oczyszczanie i uzdatnianie wody
II. y
RODA
A WODY PITNEJ W POLSCE
1. Dlaczego w Polsce mamy tak ogromny
problem z jakością wody do picia
Powszechne stosowanie chemii we współczesnym świecie dotyczy w
mniejszym lub większym stopniu większości państw.
Tysiące ton związków chemicznych wylewamy i wysypujemy w
każdej godzinie do naszego środowiska, a tym samym do wód
gruntowych , powierzchniowych, które są z
ródłem wody pitnej
Długoletnia eksploatacja czystych przed laty wód
mineralnych z głębi ziemi doprowadziła do ich
wymieszania ze skażonymi wodami gruntowymi i
powierzchniowymi.
Wszystkie wody pokrywające kulę ziemską parują do atmosfery,
tworząc chmury. Parują zarówno rzeki, jeziora morza i oceany,
jak też rośliny. Z coraz częściej zatrutych zbiorników paruje
sama woda ( a nie związki chemiczne w miej rozpuszczone) ,
która powraca na powierzchnię ziemi w postaci deszczu, śniegu
lub gradu. Z opadów deszczowych powstają cieki, rzeczki, rzeki
a w miarę ich powiększania przybywa w nich ścieków.
Bogate państwa budują więc na początku ich biegu
( czyli tam gdzie nie są jeszcze zanieczyszczone)
zbiorniki retencyjne  sztuczne jeziora , w których
gromadzi się czystą wodę ( najczęściej I klasy ) po
to ,by stanowiła z
ródło do produkcji wody czystej.
Jeżeli wez
miemy pod uwagę retencję w całej Europie, to
okazuje się że we wszystkich zbiornikach retencyjnych
na naszym kontynencie możemy zgromadzić około 30 %
całorocznego opadu deszczu i śniegu.
Jeżeli przeanalizujemy możliwości Polski w tym zakresie,
okazuje się (2004r) że nasze
zbiorniki zmieszczą jedynie 4% opadów rocznych.
Oznacza to że zamiast zbierać czystą wodę w zbiornikach
retencyjnych , puszczamy ją od razu do rzek, które z biegiem
szybko przekształcają się w ścieki.
Bogate państwa stać na budowę sieci ujęć gruntowych wszędzie
tam gdzie nie są one jeszcze skażone.
Dla przykładu Niemcy w 50% pokrywają zapotrzebowanie na
wodę ze studni gruntowych.
Państwa których na takie rozwiązanie nie stać muszą czerpać
wodę pitną z rzek ( Polska około 50% ) a te niestety są obecnie
śmietnikiem wszystkich związków chemicznych wyrzucanych
bezmyślnie do środowiska
Oczyszczalnie ścieków jedynie przyspieszają rozkład biologiczny ścieków
bytowych ( fekalia ), ale w żaden sposób nie mogą usuwać z wody
związków chemicznych ( w tym toksyn i związków rakotwórczych).
Woda po przejściu przez takie oczyszczalnie nadal zawiera chemię, która
wraz z nią wlewana jest bezpośrednio do rzek.
Czystość fizyczna,chemiczna i biologiczna wód powierzchniowych
w Polsce decyduje o ich przynależności do odpowiedniej klasy
czystości. Te najlepsze należą do I klasy czystości i zgodnie z
Rozporządzeniem Ministra Środowiska ( Dz.U Nr 422 z 1987r póz.
248) tylko z takich wód wolno zakładom wodociągowym czerpać
wodę przeznaczoną do picia.
Problem w tym że takich wód w Polsce właściwie nie ma (
tylko 2% w 2004r). Z powodu braku lepszego surowca wodę
pitną w Polsce uzyskuje się z wód III klasy ( ok. 30%) oraz wód
pozaklasowych ( ok. 60%) , czyli ze ścieków.
2. Dlaczego wody studzienne są w większości
przypadków niezdatne do picia ?
Większość posiadaczy studni ocenia jakość wody po wyglądzie i smaku.
Nawet jeśli wie o pestycydach wysypywanych na pola wierzą, że woda
deszczowa, która je rozpuszcza , ulegnie oczyszczeniu zanim dojdzie do
studni przez warstwy gruntu.
Tymczasem nic bardziej mylnego  wszystkie pestycydy, nawozy
sztuczne, azotany, cieki z gnojowic itp. które rozpuszczają się w
wodzie przechodzą do studni bez problemu przez przez różne
warstwy geologiczne gruntu i zostają spożyte przez ludzi z niej
korzystających.
Gotowanie wody służy jedynie do wyniszczenia bakterii i
wirusów, ale nie usuwa z niej rozpuszczonych związków
chemicznych.
Wręcz przeciwnie długie gotowanie powoduje zagęszczenie
związków chemicznych w objętości. Są to dane alarmujące , jeżeli
zauważyć , że gro ludności ( szczególnie wiejskiej) nadal korzysta
ze studni.
3. Dlaczego wody mineralne i studzienne są
dzisiaj prawie takie same jak woda z kranu ?
Wydobywane od wielu lat wody mineralne pochodzą bez
wyjątku z głębi ziemi. Znalazły się tam miliony lat temu w
momencie tworzenia się skorupy ziemskiej. Człowiek przez całe
epoki nie korzystał z wód podziemnych , bowiem nie miał do nich
dostępu. Ich eksploatacja rozpoczęła się ok. 100 lat temu , od
momentu wynalezienia technik wiertniczych umożliwiających
wykonywanie głębokich otworów w skorupie ziemskiej, a w
ostatnich latach prowadzona była w sposób rabunkowy.
Nie zapominajmy o prawach fizyki  jeżeli wydobywa się
wodę mineralną z głębi ziemi, to w tym samym czasie
zasysa się wodę powierzchniową , najczęściej skażoną
chemicznie.
Taki proces mieszania się czystych wód mineralnych z
zanieczyszczonymi wodami powierzchniowymi trwa już
tak długo aż doszło do skażenia ( w różnym stopniu ) tych
pierwszych.
III. MONITORING
Niezbędnym elementem sprawnej ochrony wód jest
monitoring jej stanu. Dostarcza on danych o aktualnym
stanie wód  w postaci diagnozy. Pozwala też oceniać skutki
stosowanej polityki ekologicznej i podejmowanych w jej
ramach działań ochronnych, przewidywać zmiany zachodzące
w wyniku zamierzonych działań, co wchodzi w zakres prognozy
zmian stanu wód.
1.Monitoring wód podziemnych
2.Monitoring wód
powierzchniowych
Monitoring wód podziemnych
jest kontrolno-decyzyjnym systemem oceny antropogenicznych
przemian wód podziemnych.
Polega na prowadzeniu w wybranych, charakterystycznych
punktach (punktach obserwacyjnych, otworach, z
ródłach)
powtarzalnych pomiarów i badań stanu zwierciadła wód
podziemnych (głębokości zalegania) i jakości oraz interpretacji ich
wyników w aspekcie ochrony środowiska wodnego
Przedmiotem monitoringu są :
" wody podziemne, rozumiane jako wody znajdujące się pod
powierzchnią ziemi w strefie nasycenia i bezpośrednim kontakcie z
podłożem i podglebiem
Monitoring wód podziemnych
funkcjonuje w Polsce już ponad 30 lat. W roku 1972 uruchomiono
badania poziomu zwierciadła wody w sieci stacjonarnych
obserwacji wód podziemnych, w roku 1991 badania i ocenę jej
składu chemicznego w ramach sieci monitoringu jakości wód
podziemnych. Obie sieci monitoringowe obsługuje Państwowy
Instytut Geologiczny.
Dotychczas głównym celem monitoringu wód podziemnych
była ocena zmian poziomu zwierciadła i składu chemicznego wód
użytkowych poziomów wodonośnych  służących do zaopatrzenia
ludności w wodę.
Obecnie równorzędnym celem jest dostarczanie informacji, które
mają pomóc w osiąganiu celów środowiskowych, dotyczących:
" wód powierzchniowych, związanych (hydraulicznie) z
wodami podziemnymi,
" ekosystemów lądowych, bezpośrednio zależnych
od wód podziemnych.
Monitoring wód powierzchniowych
Ocena jakości zasobów wodnych jest o wiele trudniejsza
od oceny ilościowej, gdyż zakres i częstotliwość
pomiarów prowadzonych w ramach monitoringu jakości
wód są znacznie skromniejsze od obserwacji
przepływów
Dopływ w ciekach jest główną drogą
eksportu materii (roztworów i
substancji stałych) z obszaru zlewni.
A
adunek opuszczających zlewnię
substancji oblicza się z pomiarów
objętości odpływu i wyników analiz
stężeń roztworów i zawiesin.
CELE WYKONYWANIA BADAC

Celem wykonywania badań jakości śródlądowych wód
powierzchniowych jest dostarczanie informacji niezbędnych do
podejmowania działań na:
1. rzecz ochrony wód przed zanieczyszczeniem,
2. poprawy ich stanu czystości oraz
3. zintegrowanego zarządzania wodami w układzie
dorzeczy.
Badania stanowią także podstawę do oceny efektywności
inwestycji chroniących środowisko i skuteczności podejmowanych
działań naprawczych.
Dane o jakości wód wykorzystywane są także w pracach
planistycznych m.in. jednostek samorządowych.
PRZEDMIOT BADAC

W ramach monitoringu wód powierzchniowych prowadzone
są badania stanu czystości rzek, zbiorników zaporowych
i (pośrednio) Morza Bałtyckiego oraz osadów wodnych.
Badania prowadzi się w sieci krajowej, reperowej i wojewódzkiej.
SIE
KRAJOWA
Sieć krajowa pozwala na
ocenę jakości wód w Polsce
i określenie bilansu
ładunków zanieczyszczeń
wprowadzonych do Bałtyku.
Sieć ta obejmuje analizę 51
wskaz
ników zanieczyszczeń
badanych z różną
częstotliwością w zależności
od charakteru punktu;
SIE
WOJEWÓDZKA
Sieć wojewódzka obejmuje program pomiarowy, który wynika z
potrzeb określonych na szczeblu wojewódzkim.
KRAJOWA SIEĆ
MONITORINGU RZEK
Sieć krajowa monitoringu
rzek powiązana jest z
układem zlewniowym
rzek oraz układem
administracyjnym kraju i
obejmuje:
o sieć reperową, 20
przekrojów
o sieć podstawową,
321 przekrojów
kontrolnych
o sieć graniczną, 57
przekrojów
SIE
REPEROWA
Sieć reperowa to przekroje pomiarowe zlokalizowane na
rzekach w zlewni Wisły, Odry oraz na rzekach Przymorza.
20 przekrojów tzw. reperowych ( 12 zlokalizowanych jest
powyżej ujść głównych rzek do Bałtyku, natomiast 8 stanowią
przekroje zlokalizowane na Wiśle i Odrze, zamykające obszary o
szczególnym znaczeniu gospodarczym
Pozyskiwane informacje służą określeniu jakości wód płynących,
bilansowaniu zanieczyszczeń odprowadzanych do głównych rzek
oraz Bałtyku.
Umożliwiają również prognozowanie zmian jakości wód
w zależności od warunków hydrologicznych.
Sieć monitoringu reperowego służy dostarczaniu informacji
niezbędnych do prac badawczych z zakresu oceny jakości wód
płynących oraz stanowi z
ródło informacji o stanie
zanieczyszczenia głównych rzek Polski. Ponadto dostarcza danych
do określania ładunków zanieczyszczeń wprowadzanych do
Bałtyku oraz tworzy podstawy prognozowania jakości wód w
zależności od warunków hydrologicznych
SIE
PODSTAWOWA
Sieć podstawowa umożliwia kontrolę ilości i jakości wód 42
rzek ważnych gospodarczo dla kraju, dostarcza danych o stanie
czystości rzek niezbędnych do właściwego zarządzania
zasobami wodnymi. Dostarcza danych do opracowania rocznych
komunikatów o stanie zanieczyszczenia rzek, stanowi również
podstawę do porównania zmian jakości wody w okresie
wieloletnim
SIE
GRANICZNA
Badania jakości wód prowadzone w sieci granicznej oparte są o
dwustronne porozumienia pomiędzy krajami ościennymi.
Województwo lubuskie prowadzi taką współpracę z Republiką
Federalną Niemiec.
RODZAJE MONITORINGÓW
W nawiązaniu do zadań wyróżnia się trzy rodzaje monitoringów:
o kontrolny
o operacyjny
o badawczy
MONITORING KONTROLNY
Monitoring kontrolny, powinien być prowadzony w
wystarczającej liczbie punktów celem oceny ogólnego stanu
wód powierzchniowych w ramach zlewni.
Pozwoli to ocenić długoterminowe zmiany zarówno warunków
normalnych jak i wynikających z działalności człowieka oraz
zaprojektować szczegółowy monitoring zlewni.
Jeśli uprzednio prowadzony monitoring wykazał, że dany obiekt
osiągnął dobry stan i nie stwierdza się zmian w oddziaływaniach
człowieka na dany obiekt, wówczas monitoring kontrolny
powinien być prowadzony w ramach co trzecich planów
zagospodarowania zlewni rzecznej.
Zalecana częstotliwość badań: 4/rok, w przypadku
obiektów będących z
ródłem wody pitnej dla populacji
powyżej 30 000 mieszkańców - 12 razy w roku.
MONITORING OPERACYJNY
Monitoring operacyjny, który ma na celu określenie stanu tych
obiektów, które zostały określone jako zagrożone niespełnieniem
określonych dla nich celów ekologicznych oraz ocenę wszelkich
zmian stanu tych obiektów wynikających z podjętych programów
działań, który powinien wskazać odstępstwa od założonych celów
oraz ocenić realizację programów naprawczych.
Celem oceny wielkości i wywieranego wpływu na obiekt wód
powierzchniowych będą monitorowane te elementy jakości, które
są wskaz
nikowe dla danego z
ródła zanieczyszczenia.
Monitoring będzie oparty głównie na parametrach wskaz
nikowych
dla elementów, pod wpływem których znajduje się obiekt oraz na
substancjach z listy priorytetowej.
Monitoring operacyjny powinien być prowadzony z częstotliwością
zapewniającą zebranie wystarczających danych do wiarygodnej
oceny, tj. 12 razy na rok.
MONITORING BADAWCZY
Monitoring badawczy, który ma na celu wyjaśnienie problemów
związanych z zanieczyszczeniem wód, nie określonych w
poprzednich typach monitoringu.
Powinien być prowadzony, gdy nie jest znany powód
jakichkolwiek przekroczeń i należy zidentyfikować wielkość i
oddziaływanie przypadkowego zanieczyszczenia.
Jego zadaniem jest również opracowanie programu działań
niezbędnych do neutralizacji skutków przypadkowego
zanieczyszczenia.
BADANIA ELEMENTÓW ŚRODOWISKA
Monitoring obejmuje badania następujących
elementów środowiska:
Powierzchniowych wód płynących (rzek),
We wszystkich przekrojach pomiarowo-kontrolnych są
wykonywane podstawowe oznaczenia z częstotliwością co miesiąc
lub co kwartał.
Są to następujące wskaz
niki: temperatura wody, temperatura
powietrza, odczyn, tlen rozpuszczony, BZT5, ChZTMn, chlorki,
siarczany, substancje rozpuszczone, zawiesina ogólna, azot
amonowy, azot azotanowy, azot ogólny, fosforany, ortofosforany,
przewodność elektrolityczna właściwa, miano coli.
Powierzchniowych wód stojących (zbiorników zaporowych).
Badania zbiorników zaporowych prowadzi się w ramach
monitoringu wojewódzkiego.
Przewiduje się ścisłe powiązanie terminów badań wód i osadów
dennych zbiorników zaporowych ze szczegółowymi badaniami
zlewni rzecznych, w których dany zbiornik się znajduje.
Badania pozwalają na powiązanie stanu czystości wód zbiorników
z wodami cieków zasilających, identyfikację niekorzystnych
zjawisk mających miejsce w zbiornikach oraz na ocenę
ewentualnego wpływu tych obiektów na jakość rzek.
Badania wykonywane będą 2 razy w roku w okresie wiosny
i lata.
W przypadku zbiorników, na których bezpośrednio
zlokalizowane są ujęcia wody do celów wodociągowych, pobór
prób będzie miał miejsce 8 razy w roku w okresie od marca do
paz
dziernika.
We wszystkich punktach pomiarowych planuje się pobór
prób z warstwy powierzchniowej i warstwy naddennej.
ZAKRES BADAC
WÓD ZBIORNIKÓW
ZAPOROWYCH
Zakres badań wód zbiorników zaporowych przedstawia się
następująco: temperatura wody/powietrza, odczyn, barwa, tlen
rozpuszczony, ChZTMn, ChZTCr, BZT5, fosforany, fosfor ogólny,
azot azotynowy, azot azotanowy, azot amonowy, azot Kjeldahla,
azot ogólny, przewodność elektrolityczna, zasadowość, twardość
ogólna, zawiesina ogólne, widzialność krążka Secchiego, chlorki,
siarczany, żelazo, mangan, wapń, magnez, sód, potas, cynk,
ołów, kadm, rtęć, miedz
, fenole, detergenty, saprobowość
sestonu, chlorofil  a , ocena ilościowa i jakościowa fito-
i zooplanktonu, miano coli typu fekalnego.
PODZIAA
y
RÓDEA
ZANIECZYSZCZEC

ZE WZGL
DU NA POWSTAWANIE
Punktowe
Ścieki (wody zwrotne) z systemów kanalizacyjnych
(przemysłowych i komunalnych)
Stanowią główne z
ródło zanieczyszczeń wód, zwłaszcza
powierzchniowych. Należą do nich ścieki:
Bytowo-gospodarcze, tj. wody zużyte do celów higienicznych
i gospodarczych, w gospodarstwach domowych, zakładach
pracy i zakładach użyteczności publicznej. Charakteryzują się
one na ogół stałym składem wynikającym z powtarzalności
zabiegów higienicznych i czynności związanych z prowadzeniem
gospodarstw domowych.
Przemysłowe, tj. wody zużyte w zakładach produkcyjnych i
usługowych w wyniku procesów technologicznych. Ich skład
zależy od rodzaju przemysłu, materiałów stosowanych w
produkcji oraz w technologii. Ten rodzaj ścieków oznacza się na
ogół większym stężeniem i wyższym stopniem zanieczyszczenia
od ścieków bytowo-gospodarczych.
Opadowe z terenów skanalizowanych, tj. głównie wody
deszczowe i roztopowe oraz wody zużyte na polewanie ulic i
placów. Ścieki te cechuje znacznie mniejsze zanieczyszczenie i
niewielkie stężenie, szczególnie po pewnym czasie trwania
deszczu lub roztopów.
Wody filtracyjne (gruntowe) przedostające się do kanalizacji
przez nieszczelności i pęknięcia przewodów kanalizacyjnych.
Odznaczają się zwykle niewielkim zanieczyszczeniem
Podgrzane wody chłodnicze (głównie z elektrowni
cieplnych)
Podgrzane wody chłodnicze, stały się problemem w wyniku
rozwoju przemysłu paliwowo-energetycznego. Podwyższenie
temperatury wód powierzchniowych ma zazwyczaj wpływ na
biocenozę odbiorników tych wód, choć także wpływa na ogół na
wzrost tempa produkcji biologicznej (organicznej). Kumulacja
materii organicznej prowadzi z kolei do wzrostu biologicznego
zapotrzebowania na tlen, przy jednoczesnym zmniejszeniu jego
rozpuszczalności, niedobór tlenu może być przyczyną śnięcia
ryb.
Zasolone wody kopalniane
Zrzuty z zasolonych wód kopalnianych, z których większość
zawiera duże stężenie chlorków i siarczanów, stanowią istotne
zagrożenie dla wód płynących. Wody takie są nader uciążliwym
zanieczyszczeniem dyskwalifikującym wodę do celów
spożywczych i nawodnień rolniczych (zasolenie gleb) oraz do
celów przemysłowych (korozja urządzeń).
Liniowe
Zanieczyszczenia pasmowe wzdłuż szlaków
komunikacyjnych
Zanieczyszczenia te są związane z emisją spalin przez pojazdy
mechaniczne. Zawierają one związki ołowiu, mogące przedostać
się do wód gruntowych.
Obszarowe
Zanieczyszczenie atmosfery przedostające się do wód
Są to głównie zakwaszone opady atmosferyczne, powstałe w
wyniku utlenienia dwutlenku siarki do kwasu siarkowego.
Zakwaszają one biotopy wodne, co stwarza bardzo niekorzystne
warunki do rozwoju życia organicznego.
Odpływy z terenów rolniczych (nawozy i pestycydy,
środki ochrony roślin)
Odpływy z terenów rolniczych stanowią najgroz
niejsze z
ródło
zanieczyszczeń obszarowych, zawierają duże ilości związków
chemicznych z nawozów sztucznych i środków ochrony roślin.
Są to głównie związki azotu i fosforu powodujące zwłaszcza w
wodach stojących nadmierny wzrost ich żyzności, prowadzący
do politrofi (przeżyz
nienia). Te z
ródła zanieczyszczeń w zasadzie
nie podlegają kontroli.
Odpływy z terenów przemysłowych (nie ujęte w systemy
kanalizacyjne) oraz ze składowisk odpadów komunalnych
Składowiska takie często usytuowane są w niewłaściwym miejscu i
są niedostatecznie zabezpieczone. Zanieczyszczenia te przenikają
najczęściej do wód gruntowych, a wraz z nimi przedostają się do
wód powierzchniowych. Do najszkodliwszych zanieczyszczeń
należą tu: pestycydy i detergenty oraz produkty ropy naftowej.
ZANIECZYSZCZENIA WÓD
L
DOWYCH
Zanieczyszczenia organiczne
Są to zwykle mieszaniny związków rozpuszczalnych i
nierozpuszczalnych.
y
ródłem ich są wszelkiego rodzaju odpadki domowe, odchody
ludzi i zwierząt oraz ścieki przemysłowe.
Szczególnie szkodliwe są nowe syntetyczne związki chemiczne,
odporne na rozkład biologiczny i w związku z tym stale
utrzymujące się w środowisku.
Do tej grupy należą syntetyczne detergenty i
chlorowcopochodne węglowodorów.
Syntetyczne detergenty
są to substancje powierzchniowo czynne stosowane jako środki
piorące, myjące i czyszczące. Syntetyczne detergenty,
wprowadzone na rynek przed 25 laty, zastępują mydło. Ale w
przeciwieństwie do mydeł, które łatwo ulegają rozkładowi
biologicznemu i bez trudu dają się usuwać ze ścieków, większość
syntetycznych detergentów trudno ulega biodegradacji, a
ponadto nie można ich usunąć zwykłymi sposobami
stosowanymi do oczyszczania wody. Próby zastąpienia
detergentów odpornych na biologiczne usuwanie doprowadziły
do zsyntetyzowania związków mniej trwałych ale, które okazały
się jednak bardziej szkodliwe dla ryb. Dla ułatwienia działania
czyszczącego detergentów dodaje się do nich fosforany, których
rola w zanieczyszczeniu wody jest równie znaczna. Głównym
z
ródłem zanieczyszczenia detergentami są gospodarstwa
domowe i zakłady wykorzystujące je jako środki czyszczące.
Widocznym objawem jest piana pokrywająca wodę rzek i jezior.
Chlorowcopochodne węglowodorów
są jedną z najbardziej rozpowszechnionych grup trwałych
związków chemicznych. Głównymi przedstawicielami tej klasy są
chloroorganiczne pestycydy oraz wielochlorowcopochodne
dwufenylu.
Wielochlorowcopochodne dwufenylu (WCD) są produkowane i
stosowane jako mieszaniny złożone z 50 i więcej izomerów
zawierających od 5 do 8 atomów chloru w cząsteczce. WCD są
nierozpuszczalne w wodzie, ale rozpuszczalne w olejach i
rozpuszczalnikach organicznych. Są odporne na ogrzewanie i
większość odczynników chemicznych. Jakkolwiek WCD są
stosowane w przemyśle już od 60 lat nie wiadomo w jaki sposób
dostają się do środowiska. Przypuszcza się że ścieki przemysłowe
są głównym z
ródłem zanieczyszczenia, a rzeki głównym środkiem
rozprzestrzeniania w środowisku. WCD, które znalazły się w
środowisku są tam trwałe przez wiele lat.
Zanieczyszczenia nieorganiczne
Związki metali ciężkich są zanieczyszczeniami o znanym działaniu
szkodliwym. Do najbardziej niebezpiecznych dla środowiska i
człowieka ze względu na działanie i rozpowszechnianie zalicza się
związki rtęci, ołowiu i kadmu.
Rtęć (Hg). Śladowe ilości rtęci znajdują się prawie wszędzie w
środowisku. Wynika to z właściwości samego pierwiastka jak i jego
soli. Szkodliwe dla środowiska skutki działania rtęci wynikają
jednak nie z jej rozpowszechnienia naturalnego, lecz są związane z
działalnością człowieka. Skażenie wód lądowych i morskich rtęcią
pochodzi przede wszystkim z ogromnego przemysłowego
zastosowania tego metalu. Największe ilości rtęci zużywają fabryki
chloru i alkaliów, a następnie przemysł elektrotechniczny, fabryki
papieru i in. Usuwanie odpadów przemysłowych do wody jest
przyczyną wysokiej zawartości tego metalu w rybach. Objawy
kumulacji rtęci w rybach wskazują na zwiększony jej poziom w
wodzie. Zdarza się, że ryby nie nadają się do spożycia ze względu
na duża zawartość rtęci.
Ołów (Pb). Dawniej występowało niebezpieczeństwo
zanieczyszczenia wody wodociągowej ołowiem tam gdzie
zainstalowano rury ołowiowe. Głównym z
ródłem zanieczyszczenia
ołowiem wód powierzchniowych są kopalnie rud ołowiu.
Zanieczyszczenie może powstawać również przy szlakach
komunikacyjnych. Występuje tam zmywanie z powierzchni terenu
ołowiu powstałego ze spalania paliw, przez spływy wód
opadowych.
y
ródłem zanieczyszczenia związkami kadmu, miedzi i niklu są
różne zakłady przemysłowe. Miedziane rury i części przewodów
mogą być przyczyną zanieczyszczenia wody pitnej.
Ogólny zarys sposobów
OCZYSZCZANIA WODY
" Mechaniczne
Są to metody, w których przy oczyszczaniu wody wykorzystuje się prawa
fizyki. Do praw tych należy przede wszystkim prawo ciężkości, z
którego wynika zachowanie się cząstek stałych w cieczy. Do metod
mechanicznych zaliczamy m.in. filtracje, sedymentacje czy flotacje.
Filtracja to proces, w którym woda przepływa przez materiał filtracyjny
(powierzchnie porowatą), na której zatrzymywane są cząstki stałe oraz
zasocjowane na nich substancje. Filtracje stosuje się zarówno
bezpośrednio po pobraniu wody ze z
ródła lub też dopiero po
wcześniejszych zabiegach oczyszczania wody, np. po koagulacji.
Proces sedymentacji wykorzystuje się do usuwania cząstek o większej
gęstości niż woda. Podczas powolnego przepływu wody zawiesiny
opadają na dno tworząc osad który potem zostaje ręcznie lub
automatycznie usuwany.
Podczas flotacji wprowadza się przy dnie zbiornika powietrze którego
unoszące się pęcherzyki zabierają ze sobą zanieczyszczenia na
powierzchnie tworząc tzw. pianę.
" Chemiczne
To metody, w których do usuwania z wody zanieczyszczeń w
postaci zawiesin, koloidów czy związków wykorzystuje się
substancje chemiczne. Do reakcji składających się na metody
chemiczne oczyszczania wody zaliczamy m.in. utlenianie,
adsorpcję czy koagulacje.
Utlenianie wykorzystuje się do dezynfekcji lub zmiany
właściwości oczyszczanej wody, np. pH, tak aby spełniała
optymalne warunki do zachodzenia następujących po nim
procesów. Stosuję się do tego takie substancje jak chlor czy
ozon, pierwiastki o wysokich zdolnościach utleniających.
Adsorpcja zachodzi najczęściej na złożach filtracyjnych w których
skład wchodzi węgiel aktywny, który wiąże na swojej
powierzchni inne związki chemiczne.
Koagulacja jest złożonym procesem, w którym przez dodanie
odpowiedniego związku chemicznego (koagulanta) tworzymy
warunki do tworzenia koloidów tzw. kłaczków na których
skupiają się usuwane zanieczyszczenia. Kłaczki następnie
usuwane są za pomocą filtracji czy sedymentacji.
" Biologiczne
To takie metody w których wykorzystuje się organizmy żywe.
Stosuje się je przede wszystkim w oczyszczaniu ścieków gdzie
woda przepływa przez zbiorniki z osadem czynnym. Osad
czynny jest to zespół mikroorganizmów, złożony z bakterii,
grzybów mikroskopowych i pierwotniaków. Organizmy te
tworzą kłaczkowato- gąbczastą zawiesinę.
Proces oczyszczania polega tu na wykorzystaniu przemian
metabolicznych mikroorganizmów aerobowych. Mikroflora
osadu (bakterie i grzyby) rozkłada związki organiczne
występujące w ściekach na substancje proste, m.in.:
dwutlenek węgla, wodę i amoniak, który zostaje utleniony
do azotanów; mikrofauna zaś, odżywiając się bakteriami i
grzybami, reguluje ich ilość w osadzie czynnym.
Przykładowe
PROCESY OCZYSZCZANIA WODY
NAPOWIETRZANIE
(stripping), usuwa z wody gazy rozpuszczalne (CO2, H2S, CH4 i
inne powodujące smak i zapach) oraz związki organiczne,
zwiększa 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.
KOAGULACJA
jest procesem powszechnie stosowanym w oczyszczaniu
większości wód powierzchniowych, rzadziej infiltracyjnych i
podziemnych.
W wyniku koagulacji usuwane są z wody cząstki 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 cząstki (d =10-7) w większe i powodują 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.
CHEMICZNE STR
CANIE
jest stosowane w celu usuwania niektórych jonów z wody, a
polega na wytrąceniu z wody bardzo słabo rozpuszczalnych
jonów. Wytrącane związki są często idealnym środowiskiem
bakterii i wirusów. Po chemicznym strącaniu, podobnie jak po
koagulacji, niezbędne 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.
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 bądz

mniejszym ciężarze niż woda
OSADNIKI
osadniki to urządzenia, w których zachodzi proces usuwania
zawiesin z oczyszczanej wody. Służą 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 znajdują 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. Istnieją również
układy w których nie stosuje się osadników.
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.
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.
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.
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.
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).
SORPCJA NA W
GLU 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.
PROCESY MEMBRAMOWE
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 rośliną wodnym.
Wydział Inżynierii Środowiska
Instytut Inżynierii i Gospodarki Wodnej
Gospodarka Wodna
Gospodarka Wodna
Zakład Gospodarki Wodnej
Wykład nr 6
Wykład nr 6
OPRACOWAA

dr hab.inż. Wojciech Chmielowski prof. PK
Kierunek: Ochrona Środowiska
Kierunek: Ochrona Środowiska
WODY POWIERZCHNIOWE POLSKI
WODY POWIERZCHNIOWE POLSKI
część III
część III