Międzynarodowa ochrona biosfery

Transkrypt

B. Poskrobko, T. Poskrobko, K. Skiba, Ochrona biosfery, PWN, Warszawa 2007
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
3. ZASOBY, ZANIECZYSZCZENIE I OCHRONA WÓD
3.1. Światowe i polskie zasoby wód
Woda jest jednym z najważniejszych elementów powstawania, kształtowania i trwania
życia na ziemi. Jest ona niezbędna do życia wszystkim znanym organizmom żywym,
stanowiąc podstawę ich prawidłowego funkcjonowania, na przykład oddychania, regulacji
temperatury ciała u zwierząt, umożliwia przemianę pożywienia w energię i przyswajanie
substancji odżywczych, usuwa zbędne produkty przemiany materii itp. Ciało człowieka
zawiera około 60% wody (woda we krwi stanowi 78-84% jej ciężaru, w mięśniach 75-80%, w
szkielecie 22-34%). Utrata 3% wody u człowieka powoduje uczucie zmęczenia, ból i zawroty
głowy, może wywołać poważne zaburzenia funkcjonowania organizmu. Przy utracie 10%
wody objawy odwodnienia zagrażają już życiu.
Człowiek wykorzystuje wodę w wielu celach, przede wszystkim, jako produkt
bezpośredniej konsumpcji i do przygotowania innych produktów żywnościowych, ponadto
jest ona surowcem produkcyjnym, chłodziwem (np. w przemyśle hutniczym), a także
środkiem sanitarnym i higienicznym. Jest ona wykorzystywana również w produkcji rolniczej
bez niej niemożliwa byłaby produkcja roślinna i zwierzęca, poza tym stosuje się ją jako
środek wypoczynku, regeneruje siły fizyczne i psychiczne, koi nerwy, zaspokaja potrzeby
estetyczne i lecznicze.
Istnieje wiele definicji pojęcia zasobów wodnych, jedna z nich, najogólniej
sformułowana mówi, że zasoby wodne to wody nadające się do wykorzystania, czyli
praktycznie wszystkie wody występujące na kuli ziemskiej, poza wodami związanymi
wchodzącymi w skład minerałów i biomasy. Najbardziej jednak rzetelna wydaje się być
definicja zamieszczona w Międzynarodowym Słowniku Hydrologicznym - która pod tym
pojęciem określa wody dostępne lub te, które mogą być dostępne do wykorzystania w
regionie, o oznaczonej ilości i jakości, w ciągu danego okresu, przy określonych potrzebach.
[Międzynarodowy Słownik …, 2001]
Przyjmuje się, że w hydrosferze ziemskiej znajduje się około 1 400 mln km3 wody.
Zasoby te można podzielić na:
•
wodę słoną w oceanach i morzach;
•
wodę słodką w rzekach, jeziorach i różnego rodzaju zbiornikach powierzchniowych;
•
wodę w atmosferze ziemskiej w postaci chmur i pary wodnej;
•
wodę w lodowcach i lądolodach;
•
wodę zawarta w organizmach żywych;
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
•
wodę glebową (w sferze aeracji).
Rysunek 3.1. Światowe zasoby wody słonej i słodkiej
Wody podziemne
30,8% (10 780 000 km 3)
Wody słodkie
2.5% (35 000 000 km3 )
Rzeki i je ziora
0,3% (10 5 000 km 3 )
Lodowce i lądolody
68,9% (24 115 000 km 3 )
Wody morskie
97,5%
(1 356 0 00 000 km 3 )
Źródło: [Shiklomonov, 1999].
Tabela 3.1. Zasoby wody w hydrosferze
Objętości ogólna
Objętość
[tys. km3 ]
[%]
Wody słone
Oceany
1 356 000
96,54
Słone/półsłone wody podziemne
12 870
0,93
Słone jeziora
85
0,006
Wody śródlądowe (wody słodkie)
Lodowce i lądolody
23 815
1,74
Lód w strefie wiecznej zmarzliny
300
0,022
Wody podziemne
10 780
0,76
Jeziora i rzeki
105
0,007
Wilgoć glebowa
16,5
0,001
Para wodna w atmosferze
12,9
0,001
11,5
0,001
Wody terenów podmokłych
Część hydrosfery
Woda zawarta we florze i faunie
Razem (woda słodka)
Razem (woda słodka + woda słona)
1,12
35 042
1 391 042
0,0001
Zasoby wody
słodkiej [%]
68,0
0,9
30,8
0,3
0,5
0,04
0,03
0,003
100
100
Dla życia człowieka (i innych organizmów) i jego gospodarki podstawowe znaczenie
mają wody słodkie, zwłaszcza te na powierzchni lądów. Stanowią one jednak małą część –
około 2,5 % całości zasobów.
Rysunek 3.2. Światowe zasoby wody słodkiej.
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
a) Lodowce i lądolody (km 3)
Grenlandia
2 600 000
Ameryka
P ółnocna
90 000
Europa
18 216
Azja
60 984
Afryka
0,2
A meryka
Południowa
900
Australia
180
Antarktyda
30 109 800
b) Wo dy podziemne (km 3)
A meryka
P ółnocna
4 300 000
Europa
1 600 000
Azja
7 800 000
Afryka
5 500 000
Ame ryka
P ołud niowa
3 000 000
Australia
1 200 000
c) Jeziora, rzeki, tereny podmok łe (km 3 )
Ameryka
Północna
27 003
Europa
2 529
Azja
30 662
Afryka
31 776
Ameryka
Południowa
3 431
Australia
221
30 000 000
8 000 000
4 000 000
3 000 000
1 000 000
300 000
50 000
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Lodowce i lądolody pokrywają około 10% obszarów lądowych. Skoncentrowane są
głównie na Grenlandii i Antarktydzie, stanowiąc około 70% światowych zasobów wody
słodkiej. Niestety, większość z tych zasobów zlokalizowana jest z dala od miejsca
zamieszkania ludzi i nie jest realnie dostępna do użytku. Na Północnym i Południowym
biegunie znajduje się 96% światowych zasobów wody słodkiej, pozostałe 4% rozłożone jest
na powierzchni około 550 000 km2 lodowców i czap lodowych mierzących około 180 000
km3. [Word Galacier …, 2002] Wody podziemne są o wiele bardziej obfitym i łatwo
dostępnym źródłem słodkiej wody, następnie jeziora i sztuczne zbiorniki wodne, rzeki i
tereny podmokłe. Wody podziemne stanowią ponad 90% światowych zasobów łatwo
dostępnej słodkiej wody [Boswinkel, 2000]. Około 1,5 miliarda ludzi pobiera wodę
podziemną do celów bytowo-gospodarczych.
Rysunek 3.3. Dostępność wody według podregionów w 2000 roku (1 tys.m3 na osobę/rok)
Dost ępność wody:
– ekstre malnie mała
– bardz o mała
– mała
– średnia
– duża
– bardz o duża
Źród
ło: [Global Environment, 2002].
Zasoby wody pitnej są odnawialne. Proces ten regulowany jest obiegami
hydrologicznymi. W rzekach woda odnawia się w czasie 18-20 dni, w atmosferze 12 dni, w
jeziorze 10 lat, zaś wody podziemne odnawiają się ponad 5 000 lat, natomiast jeszcze dłużej około 8 000 lat odnawiają się wody zawarte w lodowcach.
W skali całej kuli ziemskiej parowanie i opady są równej wielkości - wynoszą średnio 1
000 mm rocznie. Opady na powierzchni lądów wynoszą około 710 mm, średnioroczne zaś
parowanie około 470 mm; odpływ natomiast (powierzchniowy, gruntowy i wgłębny) wynosi
około 240 mm rocznie. Parowanie jest tym większe, im więcej energii słonecznej dociera do
danego terenu.
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Zasoby wody są rozmieszczone na kuli ziemskiej bardzo nierównomiernie. Na blisko
150 mln km2 przypada aż 35 mln km2 obszarów suchych, na których parowanie jest większe
od opadów. Na około 60% powierzchni lądów panuje stały niedobór lub brak wody słodkiej,
natomiast na niektóre obszary świata, przy ich niewielkim zaludnieniu, wód opada bardzo
dużo.
Ocenia się, że prawie połowa zasobów wody pitnej znajduję się w Ameryce
Południowej, gdzie przepływa Amazonka - najzasobniejsza rzeka kuli ziemskiej, licząca
około 7 000 km długości. Do innych wielkich rzek należą, np.: Nil (6 650 km), Jangcy (6 300
km), Mississipi (5971 km), Jenisej (5541 km), Huang-ho (5 464 km).
Polska ma skromne zasoby wodne w stosunku do innych krajów europejskich. Pod
względem wielkości zasobów wodnych zajmuje ona 26 miejsce w Europie. Odnawialne
zasoby wód powierzchniowych (średni roczny odpływ z powierzchni Polski) w przeliczeniu
na jednego mieszkańca wynoszą 1 633 m3 podczas, gdy dla Europy - 4 011 m3.
W rzeczywistości zasoby wód powierzchniowych dostępne dla ludności i gospodarki są
jeszcze niższe. Po uwzględnieniu konieczności zachowania przepływu nienaruszalnego,
uwarunkowanego kryteriami hydrobiologicznymi, wielkość zasobów dyspozycyjnych średnio
na terenie kraju szacuje się na 250 m3 wody na jednego mieszkańca na rok.
Tabela 3.2. Zasoby wody w wybranych krajach OECD
Kraje
Zasoby wód
[mln m3]
Niemcy
Grecja
Hiszpania
Francja
Irlandia
Włochy
Finlandia
Szwecja
Wielka Brytania
Republika Czeska
Litwa
Turcja
Islandia
Norwegia
Polska
182 000
7 2000
111 133
19 1000
52 198
175 000
110 000
179 000
160 630
15 977
24 500
234 300
170 000
369 000
63 100
Zasoby wód na
jednego mieszkańca
[m3]
2 218
6 866
2 797
3 265
15 568
3 040
21 319
20 200
2 694
1 556
6 635
3 443
59 9941
51 504
1 633
Źródło: opracowano na podstawie: [Ochrona Środowiska …, 2003].
W Polsce występuje duża zmienność zasobów wodnych w przestrzeni i czasie.
Najbardziej deficytowymi, jeśli chodzi o naturalne zasilanie z opadów atmosferycznych, są
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
tereny położone w pasie środkowej Polski. Najniższe odpływy jednostkowe w rzekach
występują na obszarze Wielkopolski i Kujaw. Nieco inna sytuacja ma miejsce, gdy uwzględni
się liczbę ludności, wówczas najmniejszy jednostkowy zasób wód własnych ma Mazowsze i
Górny Śląsk [Zieliński, Słota, 1996].
Oprócz zmienności przestrzennej występuje duża zmienność czasowa zasobów zarówno
w roku, jak i wieloleciu. W naszych warunkach klimatycznych największe przepływy w
ciekach występują zazwyczaj wiosną, najmniejsze zaś latem i jesienią. Stosunek
maksymalnego do minimalnego średniego odpływu na terenie kraju wynosi 2,6. Dla
poszczególnych rzek stosunek ten jest znacznie większy i może osiągnąć wielkości
dwucyfrowe w potokach górskich i małych ciekach nizinnych. W ostatnich latach szczególnie
wyraźnie zauważamy zmienność w odpływach rzek. Poziom wód powierzchniowych i
gruntowych znacznie się obniżył powodując w wielu regionach susze, jednakże na innych
terenach obserwuje się zalania, podtopienia i powodzie. Problemem jest tu działalność
gospodarcza, która przyczyniła się w wielu przypadkach do zmniejszenia naturalnej zdolności
retencyjnej zlewni. Szybkie odprowadzenie wód wiosennych wezbrań i po opadach
atmosferycznych pogorszyło strukturę bilansu wodnego oraz zmniejszyło i tak małe naturalne
zasoby Polski. Szczególnie dotkliwy niedobór wody występuje w okresie wegetacyjnym, a
zwłaszcza gdy suche lato poprzedzone jest bezśnieżną zimą.
Pogorszenie struktury bilansu wodnego wynika również ze zwiększającego się poboru
wód dla celów komunalnych, przemysłu i rolnictwa.
W skali świata najwięcej słodkiej wody zużywa rolnictwo (69% globalnego zużycia),
następnie przemysł (23%) oraz gospodarstwa domowe (8%). W poszczególnych regionach i
gospodarkach struktura zużycia wody przedstawia się odmiennie. Zależy to w dużym stopniu
od
warunków
przyrodniczo-geograficznych
i
klimatycznych,
poziomu
rozwoju
gospodarczego, struktury produkcji rolniczej i przemysłowej oraz od warunków bytowych
czy uwarunkowań kulturowych.
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Tabela 3.3. Pobór wody w wybranych krajach OECD w [mln m3]
Kraje
Ogółem
Niemcy
Hiszpania
Francja
Irlandia
Finlandia
Szwecja
Wielka
Brytania
Republika
Czeska
Islandia
Polska
40 590
26 053
32 323
1 176
2 128
2 688
Zaopatrzenie
ludności
5 558
3 839
5 898
470
404
923
163
21 338
3 181
179
50
150
Działalność
produkcyjna
5 822
743
3 716
250
1 569
1 406
Wytwarzania
energii
26 372
.
19 498
277
274
97
15 894
5 988
1 879
1 620
2 626
1 839
777
12
349
502
196
11 599
74
2 218
70
1 033
10
646
6 588
Rolnictwo
Źródło: opracowano na podstawie: [Ochrona Środowiska …, 2003].
Od rewolucji przemysłowej zużycie wody na świecie wzrosło ponad 300-krotnie,
sięgając obecnie poziomu 3 500 km3. Dotyczy to szczególnie nowoczesnej produkcji
przemysłowej i rolniczej. Wytworzenie żywności spożywczej przeciętnie w ciągu dnia przez
jednego człowieka wymaga około 10 m3 wody. Produkcja przemysłowa zużywa jeszcze
więcej wody, np. do produkcji tony tkanin naturalnych potrzeba około 250 m3 wody,
natomiast tkanin syntetycznych do 5000 m3. Duże ilości wody są wykorzystywane w
produkcji hutniczej i w przemyśle papierniczym oraz chemicznym [Czaja, Becla, 2002].
Zużycie wody zwiększyło się dwukrotnie w ciągu ostatnich kilku lat. W wyniku tego
zasoby wód zmniejszają się szybciej niż się odnawiają. Znaczne zubożenie zasobów wodnych
i zanieczyszczenie to problem, który dotyczy prawie połowy rzek na świecie. W ostatnich
latach skurczyły się niektóre z największych na świecie mokradeł i zbiorników słodkiej wody,
takie jak: Morze Aralskie i bagniste ujście Mezopotamii. Konsekwencją tego zjawiska jest
zagłada środowiska życia ludzi i zwierząt, w tym ich podstawowego pożywienia - ryb
słodkowodnych. Ważnym problemem jest ponadto zmniejszające się zasoby wód
gruntowych. Około 1/3 ludności świata, opiera się właśnie na tych wodach. Na niektórych
obszarach - w pewnych częściach Indii, Chin i zachodniej Azji, w tym na Półwyspie
Arabskim, Azji Środkowej i w zachodnich stanach USA - poziom wód gruntowych obniża
się, co jest wynikiem ich nadmiernej eksploatacji. Wody gruntowe w Europie Zachodniej
i Stanach Zjednoczonych są ponadto coraz bardziej skażone chemikaliami stosowanymi
w rolnictwie. Zmniejszenie zasobów wód podziemnych powoduje degradacje gleb, w efekcie
między innymi zmniejszenie wydajności rolnictwa.
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Czynnikiem niepokojącym ekspertów jest również wzrost populacji w niektórych
częściach świata, szczególnie w krajach rozwijających się. Przewiduje się, że liczba ludności
do 2025 roku ma wzrosnąć do 8 miliardów ilość wody przypadającej na osobę wtedy
zmniejszy się o 40%.
3. 2. Klasyfikacja wód
Klasyfikacje
wód
wchodzących
w
skład
hydrosfery
można
przeprowadzić
uwzględniając różne kryteria, np. w zależności od zasolenia, wyróżnimy wody słone i słodkie.
Pierwsze z nich, charakteryzują się przeciętnym zasoleniem równym 35‰ (3,5%).
W pobliżu równika wynosi ono 34,5‰ (3,45%),w strefie pasatów wzrasta do 38‰ (3,8%), w
strefie umiarkowanej zasolenie ma wartość zbliżoną do średniego zasolenia oceanu, a na
obszarach podbiegunowych obniża się do 30‰ (3,0%). Zwiększenie zasolenia spowodowane
jest utratą wody wskutek parowania, formowania się lodu, a zmniejszanie – obfitymi
opadami, topnieniem lodu, a także dopływem wód rzecznych.
Do wód słodkich należą natomiast śródlądowe wody powierzchniowe, w których
stężenie soli jest mniejsze 0,03%, za wyjątkiem niektórych słonych jezior i mórz
wewnętrznych na obszarach suchego i gorącego klimatu (np. Morze Czerwone). Wody
słodkie mają prawie stukrotnie mniejsze zasolenie niż morskie (około 0,1%) oraz
charakteryzują się duża zmienności składu chemicznego.
Wody naturalne dzieli się w zależności od jej pochodzenia na:
•
powierzchniowe wody śródlądowe;
•
wody morskie;
•
wody podziemne;
•
wody opadowe.
Powierzchniowe wody śródlądowe
Wody powierzchniowe stanowią główne źródło zaopatrzenia w wodę użytkową. Są one
zasilane są przez wody opadowe i podziemne. Dzielimy je na wody płynące (rzeki, potoki,
strumienie i wszelkiego rodzaju cieki wodne) i wody stojące (jeziora, stawy naturalne,
zbiorniki sztuczne).
Wody płynące charakteryzują się małą twardością, posiadają znaczne ilości
zanieczyszczeń mechanicznych i organicznych. W zależności od pokrycia zlewni zmienia się
mętność i barwa wody. Wody płynące mają równomierną temperaturę w całej swej masie.
Spowodowane jest to stałym mieszaniem się wody w rzece. Charakterystyczne są tutaj
znaczne wahania dobowe temperatur, które są tym większe, im mniejsza jest głębokość rzeki.
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Możliwość wykorzystania zależy od wielkości i zmienności przepływu, od warunków
hydrogeologicznych, od opadów, od ilości rumowiska wleczonego i unoszonego. Woda
rzeczna wykorzystywana do celów bytowo-gospodarczych musi być zdezynfekowana.
Korzystniejsze cechy mają wody stojące. Na głębokości 15–20 m woda jest z reguły
klarowna, czysta, o temperaturze mało zmiennej, o malej ilości bakterii szkodliwych dla
zdrowia. Przydatność zbiorników naturalnych i sztucznych zależy od ich głębokości, rodzaju
dna, stopnia zarybienia, możliwości penetracji promieni słonecznych, ilości tlenu itp.
Wody powierzchniowe charakteryzują się na ogół zmiennym składem zanieczyszczeń,
zależnym od rodzaju zlewni rzeki, rodzaju gleb w zlewni, ukształtowaniu i pokrycia terenu,
pory roku, intensywności opadów atmosferycznych, roślinności wodnej i organizmów
zwierzęcych występujących w wodach, a także ilości i stopnia zanieczyszczenia
odprowadzanych ścieków. [Magrel, 2000]
Wody morskie
Wody morskie nie nadają się do celów konsumpcyjnych i przemysłowych. Mają
przykry, gorzkosłony smak z uwagi na duże ilości rozpuszczonych w nich soli. Ze względu na
dużą agresywność w stosunku do większości materiałów (szczególnie metali) uniemożliwia
zastosowanie jej także w przemyśle. Uzdatniane wody morskiej (odsalanie) w warunkach
polskich i przy obecnym rozwoju techniki jest zupełnie nieopłacalne.
Wody podziemne
Wody podziemne charakteryzują się zazwyczaj ustabilizowanym składem chemicznym i
w miarę stałą temperaturą (około 4oC). Ich skład zależy od rodzaju skał, z którymi się
kontaktują, stopnia ich zwietrzenia, uziarnienia, prędkości ruchu wody podziemnej oraz
stopnia kontaktu z wodami powierzchniowymi i opadowymi. Wody podziemne są zasadniczo
pozbawione zawiesin, mają małą mętność i dużą przezroczystość, natomiast ich barwa może
wahać się od bardzo słabej do silnej. Do podstawowych zanieczyszczeń należą związki żelaza
i manganu. Pod względem bakteriologicznym charakteryzują się stosunkowo niską
zawartością bakterii i wysokim mianem coli [Magrel, 2000].
Wody podziemne zasilane są przez wody powierzchniowe, które wsiąkają w grunt.
Część z nich zatrzymuje się w warstwie przypowierzchniowej, tworząc wody gruntowe, a
część przesiąka dalej, tworząc zbiorniki wód podziemnych.
Wody, w zależności od głębokości zalegania, rozróżnia się:
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
1. Wody zaskórne – występują pod samą powierzchnią ziemi, pozbawione warstwy
ochronnej i strefy saturacji.1 Głębokość zalegania wód zaskórnych kształtuje się na
poziomie od kilkunastu do 50 cm pod powierzchnią terenu. Jakość tych wód jest dosyć
niska, nie wykorzystuje się ich do celów wodociągowych.
2. Wody podziemne płytkie znajdują się w niezbyt głęboko położonych warstwach
wodonośnych, ale nie płycej niż 3 metry. Znajdują się w strefie saturacji i są oddzielone
od powierzchni ziemi jedną warstwą nieprzepuszczalną. Zasilane są bezpośrednio od
powierzchni terenu przez infiltrację wód opadowych.
3. Wody wgłębne pochodzą z głębiej położonych warstw wodonośnych, oddzielone są od
powierzchni kilkoma warstwami nieprzepuszczalnymi, prawie wcale nie są wrażliwe na
zmiany klimatyczne. Zasilanie odbywa się przez wychodnię albo za pośrednictwem
innych warstw wodonośnych mających połączenie hydrauliczne z warstwą zasilaną, na
przykład przez szczeliną uskokową lub przez tzw. okno hydrogeologiczne2. Skład
chemiczny wód wgłębnych zależy od rodzaju skał i warstw wodonośnych, przez które
przepływa woda, temperatura zbliżona do średniorocznej temperatury powietrza danego
regionu.
4. Wody głębinowe znajdują się głęboko pod powierzchnią ziemi i są od niej całkowicie
odizolowane kompleksami utworów nieprzepuszczalnych, są to na ogół wody reliktowe.
Nie biorą one udziału w krążeniu wód. Są to wody nieodnawialne i znajdują się w
bezruchu. Są one zazwyczaj silnie zmineralizowane, tym bardziej, im głębiej zalegają.
Wody podziemne, użytkowane dla celów bytowo-gospodarczych lub przemysłowych,
ujmowane są z stosunkowo płytkich utworów geologicznych (200-300 m) i są na ogół słabo
zmineralizowane. [Nawrocki, 2000]
Wody opadowe
Wody opadowe są produktem kondensacji pary wodnej znajdującej się w atmosferze.
Opadając na ziemię pochłaniają z atmosfery składniki gazowe i wypłukują zawieszone w niej
substancje chemiczne (aerozole). Szacuje się, że 1 litr wody deszczowej przy opadzie na
1
Strefa saturacji jest to miejsce, gdzie woda infiltracyjna przesiąka przez środowisko przepuszczalne w dół
dopóty, dopóki nie napotka na warstwą nieprzepuszczalną.
2
Przerwa w ciągłości utworów nieprzepuszczalnych rozdzielających utwory przepuszczalne.
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
powierzchnię ziemi opłukuje 3,26 x 105 dm3 powietrza. Najwięcej zanieczyszczeń znajduje
się w wodach podczas początkowej fazy opadów [Strzałko, Mossor-Pietraszewska, 1999].
Zawartość różnych substancji w wodzie uzależniona jest od stopnia uprzemysłowienia
regionu. W postaci nie rozpuszczonej w wodzie tej znajdują się pyły, sadze, pyłki roślinne,
mikroorganizmy. Wody opadowe nie powinny być spożywane w stanie surowym
3.3. Zanieczyszczenie wód
Rozwój gospodarczy, a zwłaszcza wzrost produkcji przemysłowej, intensyfikacja
rolnictwa oraz procesy urbanizacyjne stwarzają zagrożenie zwiększonego zanieczyszczenia
zasobów wód powierzchniowych, o antropogenicznym charakterze. Obecnie o jakości wód
powierzchniowych decydują przede wszystkim zanieczyszczenia przedostające się z
powietrza oraz ścieki.
Przez zanieczyszczenie wód należy rozumieć przekroczenie w nich parametrów
fizycznych, chemicznych, bądź biologicznych. Wartości graniczne zanieczyszczeń zależą od
rodzajów zanieczyszczeń oraz od celu, dla którego ma służyć woda. Z reguły najbardziej
narażone na zanieczyszczenia są wody powierzchniowe oraz wody znajdujące się w warstwie
glebowej i podglebowej, w znacznie mniejszym stopniu, wody podziemne i morskie.
Rodzaje zanieczyszczeń wód
Zanieczyszczenia wód mogą być:
•
naturalne - pochodzące z domieszek zawartych w wodach powierzchniowych i
podziemnych, np. zasolenie, zanieczyszczenie humusem, związkami żelaza;
•
sztuczne (antropogeniczne) - związane z bytowaniem i działalnością człowieka, a
pochodzące głównie ze ścieków, a także z powierzchniowych i gruntowych spływów z
terenów przemysłowych, rolniczych, składowisk odpadów komunalnych (wysypisk
śmieci).
Zanieczyszczenie sztuczne możemy podzielić 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, nawozy sztuczne,
węglowodory aromatyczne, sole metali ciężkich, kwasy, zasady, fenole.
Do najważniejszych zanieczyszczeń występujących w ściekach, a po ich zrzucie w
wodach powierzchniowych, zaliczamy:
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Źródła zanieczyszczeń wód
Zanieczyszczenia wód mogą pochodzić z następujących źródeł:
•
pasmowych i liniowych:
– komunikacja transportowa,
– nieszczelności w rurociągach;
•
obszarowych:
– kwaśne deszcze, suchy opad,
– zanieczyszczenia rolnicze,
– odcieki ze składowisk odpadów;
•
punktowych:
– zanieczyszczenia komunalne (bytowo-gospodarcze) ,
– zanieczyszczenia przemysłowe,
– wody podgrzane,
– zasolone wody kopalniane.
Zanieczyszczenia pasmowe i liniowe dotyczą szlaków komunikacji kołowej, kolejowej
i transportu cieczy rurociągami.
Zanieczyszczenia pasmowe stanowią związki ropopochodne pochodzące z wycieków z
niesprawnych instalacji samochodowych oraz węglowodory wieloaromatyczne (WWA)
przedostające się do środowiska w wyniku ścierania się opon.
Zanieczyszczenia liniowe powstają głównie w skutek nieszczelności rurociągów
i kanałów transportujących różnego rodzaju media (np. ropę, substancje chemiczne, ścieki
komunalne lub przemysłowe). Ze względu na potencjalną agresywność związków
chemicznych, ta grupa zanieczyszczeń może stanowić znaczne zagrożenie wód gruntowych.
Bardzo groźny jest fakt, iż zanieczyszczenia te powstają w sposób niekontrolowany, zarówno
w odniesieniu do czasu ich pojawienia się, jak i do miejsca wystąpienia.
Zanieczyszczenia obszarowe pochodzą przede wszystkim z tzw. suchej i mokrej
depozycji zanieczyszczeń powietrza. Z powodu emitowania dużych ilości gazów i pyłów
występują zmiany składu wód w kierunku ich eutrofizacji w przypadku emisji związków
azotu, fosforu i potasu lub zatrucia przy zanieczyszczeniu wód metalami ciężkimi lub siarką
(SO2). Wzrost zanieczyszczeń tlenkami azotu i siarki wywołuje w wodach obniżenie pH oraz
daleko idące zmiany w biologicznym łańcuchu pokarmowym żyjących w wodzie
organizmów. Zakwaszenie wody wywołuje również dalsze skutki – wzrost stężenia metali
ciężkich, takich jak: Hg, Cd i Al oraz Fe. Pierwiastki te w kwaśny środowisku stają się
mobilne i w takiej postaci są łatwo kumulowane przez organizmy żywe. Najważniejszą
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
przyczyną zakwaszenia ekosystemów zbiorników wodnych jest wymywanie glinu (Al) z
gleby. Pod wpływem "kwaśnych" opadów rozpuszczony glin dostaje się do wody, wywołując
tam toksyczne działanie już przy stężeniu 0,2 mg/l. Glin oddziałuje szczególnie szkodliwie na
ryby oraz niektóre gatunki ptaków, w których organizmie zastępuje wapń w szpiku kostnym,
w wyniku czego powoduje spadek ilości wapnia potrzebnego na budowę jaj. W następstwie
odbija się to na wylęgu ptaków i spadku ich populacji.
W opadającym deszczu rozpuszczają się, zawarte w atmosferze gazy, głównie tlen,
dwutlenek węgla i azot. Nad okręgami przemysłowymi rozpuszczają się w wodzie deszczowej dodatkowo znaczne ilości dwutlenku azotu, tlenków węgla oraz zwiększone ilości
dwutlenku węgla i siarki. Już wody opadowe mogą więc zawierać znaczne ilości
zanieczyszczeń. Wody opadowe mogą zawierać również składniki stałe. Ich źródłem są:
•
zanieczyszczenia atmosfery powodowane przez zakłady przemysłowe;
•
części mineralne pochodzące z powierzchni Ziemi i przeniesione przez wiatry;
•
utwory dostające się w wyniku wybuchów wulkanicznych i trzęsień ziemi;
•
różne sole ze zbiorników wodnych przenoszone przez wiatr.
Spływy z pól zawierają znaczne ilości wypłukiwanych z gleby nawozów i pozostałości
środków ochrony roślin. O wpływie zanieczyszczeń obszarowych (rolniczych) na stan wód
może świadczyć fakt, że aż 51% azotu i około 19% fosforu odprowadzanego z Polski do
Bałtyku pochodzi z tego źródła.
Są to zanieczyszczenia, które przedostają się do wód podziemnych lub są spłukiwane po
powierzchni terenu do
wód powierzchniowych. Niebezpieczeństwo
skażenia wód
podziemnych i powierzchniowych, obszar degradacji oraz szybkość, z jaką może zachodzić
proces zanieczyszczenia wód, zależy przed wszystkim od rodzaju składowanych odpadów.
Zanieczyszczenia
punktowe
-
źródła zanieczyszczenia pochodzą ze zrzutu
zanieczyszczeń komunalnych i przemysłowych. Może on następować bezpośrednio do wód i
pośrednio poprzez ziemię.
Zanieczyszczenia komunalne - jest to mieszanina odpadów z gospodarstw domowych,
wydalin fizjologicznych człowieka i zwierząt domowych, odpadów ze szpitali, łaźni, pralni i
zakładów przemysłowych; ścieki te mogą mieć bardzo zróżnicowany skład. Znaczną część
zanieczyszczeń stanowią rozpuszczone lub występujące w postaci zawiesiny związki
organiczne, głównie tłuszcze, białka i cukrowce. Związki te podlegają bakteryjnemu
rozkładowi, co powoduje nieprzyjemny zapach ścieków, związany zwłaszcza z rozkładem
białek. Wskutek stosowania w gospodarstwach domowych coraz większych ilości środków
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
piorących i myjących stale zwiększa się ilość detergentów, często zabójczych nawet dla
organizmów oczyszczających zużyte wody. Obecnie mieszkaniec Europy wytwarza około
140-170 1itrów ścieków dziennie [Karaczun, Indelka, 2000]. Źródłem ścieków są również
wody spływające po opadach deszczu z topniejącego śniegu, z polewania ulic i placów
miejskich. Ilość ich ulega wahaniom w zależności od pory roku, tygodnia i dnia.
Zanieczyszczenia przemysłowe to przede wszelkie ścieki przemysłowe odprowadzane
do rzek, strumieni lub jezior. 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. Szczególnie uciążliwe i silnie oddziałujące na
środowisko są ścieki o specyficznym charakterze, np. z zakładów chemicznych, hut i
celulozowni. Charakterystycznymi zanieczyszczeniami ścieków przemysłowych są: sole
metali ciężkich, kwasy i zasady mineralne, cyjanki, toksyczne związki organiczne (fenole,
ropa naftowa i jej pochodne, barwniki), wody pochłodnicze o podwyższonej temperaturze.
Pewien problem w oczyszczaniu ścieków stwarza sposób ich zrzutu: ciągły lub okresowy.
Okresowy zrzut ścieków występuje w niektórych zakładach przetwórstwa rolnego, jak:
krochmalnie, cukrownie. Ciągły - w mleczarniach, zakładach przemysłu fermentacyjnego i
wielu innych. Ścieki przemysłowe zawierają przeważnie kilka grup zanieczyszczeń jednocześnie. Na przykład, ścieki z zakładów koksowniczych zawierają oleje, tłuszcze, fenole,
węglowodory wielopierścieniowe, smoły, cyjanki, rodanki, związki siarki. [Karaczun,
Indelka, 1999]
Skutki zanieczyszczenia wód
Klasyfikacja zanieczyszczeń ze względu na skutki, jakie one wywołują, dzieli na
fizyczne, chemiczne i biologiczne.
Skutki fizyczne – to przede wszystkim wzrost temperatury oraz zwiększenie szybkości
utleniania substancji organicznych. Prowadzi to do wystąpienia deficytu tlenu i w
konsekwencji do zmiany biocenozy. Substancje zanieczyszczające wody powierzchniowe
mogą powodować również zmianę jej barwy i smaku oraz zmętnienie. Wpływa to ujemnie na
jakość wody i przydatność do spożycia.
Skutki chemiczne związane są głównie ze zmianą chemizmu wód. Przenikające do wód
zanieczyszczenia mogą oddziaływać między sobą lub z naturalnie występującymi w wodzie
składnikami, co może prowadzić do powstania połączeń o znacznie większej toksyczności.
Skutki biologiczne wynikające z zakłócenia struktury populacji fauny i flory wodnej.
Istotnym czynnikiem powodującym to zakłócenie jest występujący w wodzie deficyt tlenowy.
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Problem stanowi również obecność w ściekach ogromnych ilości mikroorganizmów
chorobotwórczych mogących powodować ciężkie zatrucia pokarmowe. Pochłonięcie przez
organizm substancji radioaktywnych wywołuje w organizmach żywych skutki genetyczne i
somatyczne(choroba popromienna). Największe zagrożenie toksyczne stwarzają jony metali
ciężkich, wykazują one działania rakotwórcze, mutagenne, nie są wydalane z organizmy lecz
kumulują
się.
Zdolność
bioakumulacji
dotyczy
również
przenikania
do
wód
powierzchniowych połączeń bogatych w składniki biogeniczne, takie jak: węgiel, azot, fosfor
skutkiem tego jest masowy rozwój bakterii i glonów powodujących zakwity wody.
Ogólna charakterystyka jakości ścieków
Ścieki są charakteryzowane przy pomocy następujących wskaźników [Karaczun,
Indeka, 1999]:
•
biologiczne zapotrzebowanie na tlen (BZT5) – określa zapotrzebowanie tlenowe
mikroorganizmów rozkładających (utleniających) na drodze biochemicznej substancję
organiczną podatną na taki rozkład, a także zużycie tlenu na utlenienie substancji
nieorganicznych łatwo się utleniających, jak siarkowodór, sole żelazowe, siarczyny itp,
BZT5 podaje się w mg 02/dm3. W praktyce przyjęto wskaźnik BZT5 za wskaźnik
obciążenia ścieków substancjami organicznymi;
•
chemiczne zapotrzebowanie na tlen (ChZT) – jest wskaźnikiem ogólnej zawartości
związków organicznych i nieorganicznych, ulegających utlenieniu w warunkach
oznaczania. BZT5 i ChZT jest najważniejszym wskaźnikiem stężenia ścieków
zawierających związki toksyczne dla mikroorganizmów dokonujących biochemicznego
rozkładu;
•
mętność – spowodowana rozpraszaniem i adsorbowaniem światła widzialnego przez
substancje znajdujące się w ściekach; często zamiast
mętności oznacza się
przezroczystość (tj. grubość warstwy ścieków, przez którą można odczytać druk lub
podziałkę wzorcową);
•
barwa – podaje się ją zwykle opisowo lub jako tzw. próg barwy, tj. liczbę oznaczającą
wielokrotność rozcieńczenia, przy którym barwa jest słabo widoczna;
•
odczyn – ścieki miejskie mają odczyn przeważnie zasadowy; na skutek procesów
biochemicznych zachodzących w ściekach lub mieszania się ich ze ściekami
przemysłowymi pH może ulegać zmianom, dla procesów biologicznego oczyszczania
optymalna wartość pH wynosi 7,2-7,4;
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
•
zapach – oznacza się go opisowo, np. stęchły, zgniły; często oznacza się próg zapachu,
podając wielokrotność rozcieńczenia, przy którym zapach przestaje być wyczuwalny;
•
zawiesiny – substancje zawieszone w ściekach (dzielimy na łatwo opadające, po dwóch
godzinach opadają na dno, i trudno opadające, opadają po czasie dłuższym niż dwie
godziny);
•
zawartość związków azotowych – rozróżnia się w ściekach: azot organiczny (zawarty w
związkach organicznych), azot albuminowy (charakterystyczny dla mniej trwałych
związków białkowych), azot amonowy (powstający w pierwszym etapie mineralizacji
azotowych związków organicznych), azot azotynowy i azotanowy, które są dalszymi
związkami mineralizacji; zawartość związków azotowych pozwala na ocenę stopnia
oczyszczenia ścieków metodami biologicznymi;
•
zawartość tlenu rozpuszczalnego – ścieki surowe zawierają go na ogół bardzo mało; jego
całkowity brak świadczy o procesie gnilnym i o zapoczątkowaniu procesów beztlenowych
w ściekach;
•
zawartość siarczków i siarkowodoru – obecność siarkowodoru świadczy o procesach
gnilnych zachodzących w ściekach lub o wprowadzeniu siarczków ze ściekami
przemysłowymi (np. ścieki garbarskie); siarkowodór jako gaz silnie toksyczny stanowi
zagrożenie dla obsługi urządzeń ściekowych;
•
zawartość ogólnego węgla organicznego – charakteryzuje również zanieczyszczenia
organiczne, jego zawartość dobrze koreluje z wartościami BZT5 i ChZT;
•
zawartość fenoli – fenole w wyższych stężeniach działają toksycznie na mikroflorę;
•
zawartość metali ciężkich – w postaci różnych związków działają toksycznie na
mikroorganizmy.
Do innych wskaźników jakości ścieków należą: zawartość tłuszczów, olejów, chlorków,
siarczanów, cyjanków, substancji powierzchniowo czynnych i związków radioaktywnych.
3.4. Techniczne metody uzdatniania wody i oczyszczania ścieków
Wymagania stawiane wodzie zależą od celu jej przeznaczenia. Inne są dla wody pitnej,
a inne dla przemysłowej. Przykładowo w przemyśle elektronicznym woda musi mieć bardzo
małą zawartość soli, w przemyśle papierniczym znacznie niższą zawartość związków żelaza i
manganu, a woda używana do kotłów parowych bardzo niską twardość. Woda używana do
celów przemysłowych może czasem odpowiadać mniejszym wymaganiom, przykładowo w
przemyśle budowlanym, metalowym lub w niektórych systemach chłodzenia. Wymagania
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
jakości wody używanej do celów przemysłowych są ustalane często dla konkretnego zakładu
przemysłowego indywidualnie [Magrel, 2000].
Woda dostarczana przez wodociąg powinna być przezroczysta, bezbarwna, bez zapachu
oraz mieć orzeźwiający smak. Nie może zawierać substancji toksycznych lub szkodliwych dla
zdrowia bakterii chorobotwórczych. Nie powinna zawierać nadmiernych ilości związków
wapnia, manganu, żelaza, chlorków, siarczanów, azotanów. Takim samym warunkom musi
odpowiadać woda przeznaczona na potrzeby zakładów żywienia zbiorowego, do wyrobu
środków żywności i farmaceutycznych oraz sztucznego lodu, a także woda w
przyzakładowych i publicznych zakładach przemysłowych oraz do utrzymania czystości
osobistej3.
Pobierana woda często nie odpowiada normom stawianym przez prawo. Wody z ujęć
powierzchniowych lub podpowierzchniowych posiadają szereg zanieczyszczeń organicznych
i mineralnych, a także mogą zawierać zanieczyszczenia mikrobiologiczne, w tym
drobnoustroje chorobotwórcze. W tej sytuacji, aby umożliwić wykorzystanie pobieranej wody
zarówno do celów przemysłowych jak i socjalno-bytowych konieczne jest jej wcześniejsze
uzdatnianie.
Uzdatnianie wody wiąże się z różnymi zabiegami oraz procesami, które są realizowane
w różnych urządzeniach. Prawidłowy dobór procesów i urządzeń jest warunkiem koniecznym
do uzyskania żądanej jakości wody. Podstawą doboru odpowiednich procesów i urządzeń
uzdatniania wody powinny być fizyczne, chemiczne i biologiczne badania wody
przewidywanej do ujmowania oraz technologiczne badania mające na celu ustalenie procesów
niezbędnych do uzyskania wymaganego efektu uzdatniania wody.
Mechaniczne uzdatnianie wody
Mechaniczne uzdatnianie wody są to wstępne procesy, służące do usuwania grubszej
zawiesiny znajdującej się w wodzie. Należą do nich:
•
cedzenie;
•
sedymentacja;
•
filtracja.
3
Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 4 września 2000 r. w sprawie warunków, jakim powinna odpowiadać
woda do picia i na potrzeby gospodarcze, woda w kąpieliskach oraz zasad sprawowania kontroli jakości wody
przez organy Inspekcji Sanitarnej, (Dz.U. Nr 82 poz. 937).
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Cedzenie służy do oddzielenia od wody ciał stałych o znacznych rozmiarach
pływających na powierzchni lub w masie wody, a także wleczonych po dnie rzeki. Ze
względu na znaczne trudności, jakie mogłyby one wywołać w dalszych procesach, cedzenie
odbywa się na ujęciu wody. Proces cedzenia odbywać się może przy użyciu krat, sita (siatki)
oraz mikrosita (mikrosiatki).
Sedymentacja jest jednostkowym procesem uzdatniania wody, mającym na celu
oddzielenie od wody zawiesin w oparciu o wykorzystanie różnic gęstości. Na cząstkę ciała
stałego zawieszonego w wodzie działa siła wyporu i siła ciężkości, których wypadkowa musi
pokonać siłę lepkości, aby ciało mogło poruszać się w wodzie. Prędkość osiadania cząsteczki,
a więc prędkość procesu sedymentacji zależna jest wprost proporcjonalnie od średnicy i
gęstości cząstki, a odwrotnie proporcjonalna do współczynnika lepkości.
Proces sedymentacji odbywa się w urządzeniach zwanych piaskownikami i osadnikami.
Odżelazianie
Większość wód podziemnych zawiera niewielkie ilości dwuwartościowego żelaza.
Żelazo zawarte w różnych skałach pod wpływem rozpuszczonego w wodzie podziemnej
dwutlenku węgla (CO2) przechodzi w rozpuszczalne w wodzie związki żelazawe, najczęściej
w dwuwęglan żelazawy Fe(HCO3)2. Świeżo zaczerpnięta woda żelazista, jeżeli nie zawiera
wolnego tlenu, jest przezroczysta. Przy zetknięciu się jednak z tlenem z powietrza zaczyna
opalizować, następnie nabiera odcienia mlecznego, wreszcie mętnieje coraz bardziej i
występują w niej kłaczki osadu brunatnego, który powoli opada na dno naczynia. Żelazo nie
jest szkodliwe dla zdrowia, ze względu jednak na barwiące właściwości, wody żelaziste nie
nadają się do domowego użytku oraz do stosowania w produkcji przemysłowej.
Odżelazianie w zależności od postaci żelaza, może być wykonywane za pomocą:
napowietrzania wody, napowietrzania i alkalizacji (wapnowania) wody, koagulacji, wymiany
jonów. Pierwsze dwie metody stosowane są do odżelaziania wód podziemnych. Trzecia
metoda jest stosowana do odżelaziania wód powierzchniowych zanieczyszczonych
organicznymi związkami żelaza. Czwarta zaś na ogół stosowana jest w przemyśle zwłaszcza,
gdy istnieje potrzeba równoczesnego zmiękczanie wody.
Dezynfekcja
Celem dezynfekcji jest zniszczenie bakterii i wirusów lub usunięcie ich w takim stopniu,
aby spożywana woda lub produkty żywnościowe wytwarzane przy jej użyciu nie mogły być
źródłem powstawania chorób zakaźnych wśród ludzi oraz zapobieganie wtórnemu ich
rozwojowi w sieci wodociągowej.
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Dezynfekcje prowadzi się metodami fizycznymi, fizykochemicznymi i chemicznymi.
Metody fizyczne i fizykochemiczne dezynfekcji wody polegają na niszczeniu bakterii i
organizmów chorobotwórczych, za pomocą czynników powodujących zmiany mechaniczne
struktury komórek. Do metod tych zalicza się, na przykład:
•
ogrzewanie, gotowanie i pasteryzację wody;
•
promieniowanie UV;
•
ultradźwięki.
Metody chemiczne polegają na wprowadzeniu do wody substancji chemicznych, które
niszczą bakterie. Środki chemiczne przenikają do wnętrza komórek bakterii i powodują w
nich zaburzenia w procesach enzymatycznych. Do metod chemicznych zalicza się stosowanie
silnych utleniaczy, takich jak: chlor i jego związki, ozon, jod, brom oraz dodawanie do wody
jonów metali ciężkich, głównie soli miedzi lub srebra. [Magrel, 2000]
Metody oczyszczania ścieków
Metody oczyszczania ścieków dzieli się na trzy grupy: mechaniczne, fizykochemiczne i
biologiczne.
Mechaniczne oczyszczanie ścieków
Służą do usuwania zanieczyszczeń stałych z zawiesiną opadającą włącznie. Do tego celu
stosuje się: cedzenie, filtrowanie, rozdrabnianie, sedymentacje i flotacje. Mechaniczne
oczyszczanie stanowi pierwszy stopień procesu zapewnienia redukcje zanieczyszczeń do 30%
BZT5. Oczyszczanie mechaniczne prowadzi się na kratach, sitach, rozdrabniarkach,
piaskownikach, osadnikach, odtłuszczaczach i flotatorach.
Kraty są pierwszym urządzeniem w oczyszczalni ścieków. Na kratach odbywa się
proces usuwania ze ścieków substancji stałych, o dość dużych rozmiarach w wyniku procesu
cedzenia. Czasami kraty instaluje się również na przepompowniach ścieków.
Sita stosuje się w mniejszych oczyszczalniach ścieków, do których dopływają ścieki
rozcieńczone, pochodzące z kanalizacji ogólnospławnej. Najczęściej spotykane typy sit to sita
pochyłe samooczyszczające się (statyczne) i obrotowe (bębnowe).
Rozdrabniarki to
urządzenia, które rozdrabniają duże części zanieczyszczeń
mechanicznych, umożliwiając wprowadzenie tych zanieczyszczeń do osadników lub
bezpośrednio do komór fermentacyjnych; taka przeróbka wprowadza zwiększoną korzyść,
jaką jest dodatkowa ilość gazu pofermentacyjnego.
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Piaskowniki stosuje się w oczyszczalniach miejskich do usuwania zanieczyszczeń
mineralnych, takich jak: piasek, popiół, węgiel, które są spłukiwane z ulic i dostają się do
kanalizacji.
Osadniki służą do oddzielenia zawiesin drobnych, których nie można zatrzymać za
pomocą cedzenia i oddzielić przez flotację.
Flotacja to oddzielanie zanieczyszczeń przez ułatwienie im wypływania na
powierzchnię, skąd się je następnie usuwa. Dotyczy to przede wszystkim olejów i tłuszczów,
których gęstość jest mniejsza niż ścieków. Za pomocą flotacji można także usunąć zawiesiny
cięższe od ścieków. W tym celu stosuje się przedmuchiwanie ścieków sprężonym
powietrzem. Pęcherzyki powietrza unoszą ze sobą zawiesiny na powierzchnię ścieków, gdzie
zostają utrzymane w pianie. [Magrel, 2000]
Biologiczne oczyszczanie ścieków
Metody biologiczne opierają się na przemianach biochemicznych podczas, których
zachodzi biodegradacja rozpuszczalnych substancji organicznych zawartych w ściekach. W
efekcie intensywnej działalności biochemicznej drobnoustrojów w urządzeniach do
biologicznego oczyszczania ścieków pojawiają się proste związki nieorganiczne, takie jak:
dwutlenek, azotany, siarczany, czy też fosforany [Bobrowski, 2002]. Organizmy dokonujące
mineralizacji to głównie bakterie tlenowe i pierwotniaki. Poprzez błonę komórkową dokonują
wymiany materii z otoczeniem wypuszczając enzymy, które rozpuszczają ciała stałe i
koloidy, czyniąc je łatwo przyswajalnymi. Do przebiegu tego procesu konieczne jest
występowanie w ściekach związków azotu i fosforu oraz niektórych mikroelementów.
Rozkład substancji organicznej może zachodzić pod wpływem mikroorganizmów w
warunkach tlenowych i beztlenowych. Procesom rozkładu zachodzącym w warunkach
tlenowych, towarzyszy wydzielanie dużych ilości ciepła natomiast w procesach
beztlenowych – małych ilości ciepła i metanu.
Metody biologicznego oczyszczania ścieków można podzielić na metody przebiegające
w warunkach naturalnych lub do nich zbliżonych oraz prowadzone w warunkach
sztucznych, czyli w urządzeniach specjalnie do tego celu zbudowanych.
Oczyszczanie ścieków w warunkach naturalnych może odbywać się poprzez
[Karaczun, Indeka ,1999]:
•
pola filtracyjne (lub filtry gruntowe), filtracji dokonuje się na glebach piaszczystych o
odpowiedniej przepuszczalności;
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
•
stawy rybne, oczyszcza się w nich ścieki bytowo-gospodarcze lub ścieki z przemysłu
spożywczego;
•
stawy glonowe służą do usuwania ze ścieków związków biogennych. Glony, które w
użyźnionych wodach rozwijają się bardzo szybko, wykorzystywane są do produkcji paszy
dla zwierząt;
•
stawy beztlenowe, zachodzą w nich procesy gnilne i fermentacja metanowa;
•
stawy fakultatywne, zachodzą w nich częściowo procesy tlenowe (do głębokości 1,5-2 m),
przy dnie panuje jednak niedostatek tlenu.
Oczyszczanie ścieków w warunkach sztucznych może odbywać się na dwa sposoby
[Bobrowski, 2002]:
•
metodą złoża biologicznego;
•
metodą osadu czynnego.
Klasyczne złoża biologiczne to duże zbiorniki wypełnione luźno porowatym
materiałem, przez które od góry przepuszcza się ścieki. Jako wypełnienie stosuje się
najczęściej tłuczeń granitowy, żużel albo koks. Ostatnio coraz większe uznanie zdobywają
wypełnienia z porowatych tworzyw sztucznych, przede wszystkim z piankowatego
polistyrenu (styropianu), polietylenu oraz porowatego chlorku poliwinylu (PVC).
W trakcie przepływu ścieków przez złoże powstają korzystne warunki do rozwoju
drobnoustrojów, które po pewnym czasie gromadzą się na powierzchni wypełnienia,
wchodząc w skład błony biologicznej. Spływając pomiędzy elementami wypełnienia ścieki
stykają się z błoną biologiczną, a zawarte w ściekach złożone substancje organiczne wnikają
do wnętrza błony, gdzie organizmy żywe stopniowo je metabolizują, przekształcając do
dwutlenku węgla i innych prostych związków nieorganicznych. Jednocześnie wraz z
biodegradacją związków organicznych obserwuje się szybki wzrost liczby i masy komórek
drobnoustrojów znajdujących się w błonie. Całą operację oczyszczania można zatem
rozpatrywać jako ciągłą hodowlę drobnoustrojów, które rozwijają się dzięki stałemu,
nieprzerwanemu dopływowi odżywczych substancji organicznych obecnych w ściekach.
Proces oczyszczania ścieków osadem czynnym polega na wykorzystaniu przemian
metabolicznych mikroorganizmów, swobodnie pływających w napowietrzonych ściekach.
Organizmy te tworzą kłaczkowato-gąbczastą zawiesinę, która spełnia tę samą funkcję co
błona biologiczna [Karaczun, Indeka, 1999]. W czasie kontaktu obecnych w ściekach
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
zanieczyszczeń z kłaczkami osadu czynnego dochodzi do biodegradacji substancji
organicznych i ich mineralizacji. Czas zatrzymania ścieków w komorze napowietrzania
wynosi od 4 do 10 godzin. Z komór napowietrzania częściowo oczyszczone ścieki trafiają do
osadnika wtórnego. Po sklarowaniu w osadniku wtórnym, czyli po oddzieleniu
oczyszczonych ścieków od opadających na dno kłaczków osadu czynnego, odpływ
odprowadzany jest bezpośrednio do odbiornika, bądź też przekazywany do dalszego
oczyszczania, polegającego na usunięciu substancji biogennych. Część osadu, który gromadzi
się na dnie osadnika wtórnego, jest zawracana do komory napowietrzania i ponownie
wykorzystywana do oczyszczania ścieków. Osad taki określa się jako osad powrotny lub
recyrkulowany [Bobrowski, 2002].
Duży wpływ na przebieg biologicznego oczyszczania ścieków ma obecność w nich
substancji
toksycznych,
które
mogą
doprowadzić
do
śmierci
mikroorganizmów
wchodzących w skład osadu czynnego.
Chemiczne oczyszczanie ścieków
Chemiczne oczyszczanie ścieków, jest nieodzowne w prawie każdej oczyszczalni
ścieków. Stosowanie procesów chemicznych pozwala na zwiększenie stopnia usuwania
zanieczyszczeń lub na zwiększenie przepustowości oczyszczalni. Reagenty stosuje się
głównie do wspomagania usuwania fosforu. Wadami tego procesu są dość wysokie koszty
eksploatacyjne oraz zwiększenie masy osadów (od 10 do 20%). [Bartoszewski, 1997].
Chemiczne usuwanie fosforu jest dobrym rozwiązaniem dla istniejących oczyszczalni
celem osiągnięcia wymaganego stopnia usunięcia biogenów. Pozwala ono osiągnąć nawet do
90% redukcji.
Chemiczne usuwanie fosforu polega na dodaniu do ścieków koagulantów: wapna, soli
gliny lub soli żelaza. W procesie koagulacji fosfor rozpuszczony w ściekach zostaje
przekształcony w formy nierozpuszczalne, a następnie jest usuwany przez sedymentacje. Na
efektywność usuwania fosforu wpływ ma odczyn ścieków oraz dawka reagentów.

Międzynarodowa ochrona biosfery

Transkrypt

Podobne dokumenty

Plik PDF

Ograniczanie wpływu na środowisko

ochrona biosfery i bioróżnorodności

Tajniki kuchni rumuńskiej