Ekologia
Transkrypt
Ekologia
10. HYDROSFERA 10.01. 10.02. 10.03. 10.04. 10.05. 10.06. 10.07. 10.08. 10.09. 10.10. 10.11. 10.12. 10.13. 10.14. 10.15. 10.16. 10.17. 10.18. 10.19. 10.20. Wiadomości ogólne, zasoby wody Dynamika hydrosfery Wykorzystanie wody Opady i odpływy w Polsce w latach1975 - 2007 Pobór wody na potrzeby gospodarki narodowej i ludności w Polsce w latach 1965-2007 Struktura zuŜycia wody względem źródeł poboru w 1980 roku i 2007 roku Źródła i mechanizmy degradacji wód powierzchniowych Fosforany, azotany azotyny – substancje biogeniczne Ładunki zanieczyszczeń wprowadzone do Bałtyku z dorzecza Wisły, Odry i rzek przymorza w latach 1990-2007 Detergenty Metale cięŜkie Pestycydy Oleje i polimery Podgrzewanie wód Sole mineralne Kategorie wód powierzchniowych Klasyfikacja jakości wód powierzchniowych i podziemnych Klasyfikacja jakości wód w rzekach w 2007 roku Stan czystości jezior w Polsce w latach 1990-2006 Ocena jakości wód powierzchniowych wykorzystywanych do zaopatrzenia ludności w wodę przeznaczoną do spoŜycia w 2007 roku 10.21. Procesy samooczyszczania środowiska wodnego 10.22. Samooczyszczanie środowiska wodnego – rozcieńczanie, sedymentacja 10.23. Samooczyszczanie środowiska wodnego – adsorpcja, biologiczne usuwanie zanieczyszczeń 10.24. Samooczyszczanie środowiska wodnego – wymiana substancji pomiędzy powietrzem i dnem 10.25. Oczyszczanie ścieków 10.26. Ścieki przemysłowe i komunalne wymagające oczyszczenia odprowadzane do wód lub ziemi (1970-2007) 10.27. Stopień oczyszczenia ścieków komunalnych i przemysłowych (2005, 2007) 1 10.01. Wiadomości ogólne, zasoby wody STRATOSFERA (warstwa izotermiczna o temperaturze – 55 0C, gdzie utrudniona jest cyrkulacja) TROPOSFERA HYDROSFERA LITOSFERA ASTENOSFERA (ze względu na bardzo wysokie temperatury woda nie moŜe istnieć jako związek chemiczny nawet w formie związanej z minerałami) OGÓLNE ZASOBY WODY ok. 1,5 mld km3 Jeziora słodkie i rzeki 0,009 % wody powierzchniowe – Lodowce górskie i lądolody 2,115 % 70 % powierzchni ziemi Wody glebowe 0,005 % Wody podziemne 0,580 % Jeziora słone 0,007 % Atmosfera 0,001 % Organizmy Ŝywe (udział Morza i oceany 0,00005 % 97 % WODY SŁODKIE 2, 5 % (75 % LODOWCE) 2 10.02. Dynamika hydrosfery Odnawialność zasobów wody związana jest głównie z cyklem hydrologicznym obejmującym parowanie i opady, które napędzają cyrkulację w układzie globalnym. W obiegu tym bierze udział zaledwie 3 % wody zawartej w atmosferze, czyli 0,00003 % całkowitych zasobów wody. parowanie i transpiracja (pobieranie wody przez korzenie i parowanie z powierzchni liści): • parowanie mórz i oceanów ……………………………………………………………………………….. 47 % • parowanie wód powierzchniowych, oddychanie ludzi i zwierząt ……………………………….… .2 % • parowanie gleby …………………………………………………………………………………………… 13 % • transpiracja roślin ………………………………………………………………………………………….. 38 % opad atmosferyczny 13 % - bezpośredni pobór przez rośliny 48 % gleba retencja (37 %) 39 % - opad bezpośredni i spływ powierzchniowy: cieki wodne, morza i oceany warstwa wodonośna (11 %) wody głębinowe cieki wodne, morza i oceany 3 10.03. Wykorzystanie wody W Ŝywych komórkach roślinnych i zwierzęcych zawartość wody dochodzi do 90 % W skali globalnej dla celów gospodarki komunalnej i przemysłu codziennie: ∗ pobiera się 310 km3 wody słodkiej, ∗ zuŜywa bezpowrotnie 85 km3, ∗ wyrzuca w postaci ścieków 225 km3, ∗ które zanieczyszczają 4680 km3 zasobów wody słodkiej. ZwaŜywszy, Ŝe : ∗ całkowity opad deszczu na lądy wynosi ∗ odpływ ∗ transpiracja - 180 000 km3/rok, 37 000 km3/rok, 71 000 km3/rok, zasoby czystej wody słodkiej wynoszą 72 000 km3/rok (200 km3/dzień). 4 10.04. Opady i odpływy w Polsce w latach 1975 - 2007 Źródło: GUS Ochrona środowiska RóŜnica pomiędzy opadem a odpływem to dyspozycyjny zasób wody 5 10.05. Pobór wody na potrzeby gospodarki narodowej i ludności w Polsce w latach 1965-2007 Źródło: GUS Ochrona środowiska 6 10.06. Struktura zuŜycia wody względem źródeł poboru w 1980 roku i 2007 roku 2007 rok 1980 rok roczny pobór wód 14,1 km3 wody powierzchniowe 11,9 km3 9,7 km3 11,4 km3 wody z odwadniania 0,3 km3 0,1 km3 wody podziemne 1,9 km3 1,6 km3 1,3 km3 9,2 km3 1,4 km3 0,6 km3 1,3 km3 1,1 km3 7,9 km3 0,7 km3 0,2 km3 1,4 km3 do nawadniania do produkcji na cele komunalne 1,3 km3 1,1 km3 10,1 km3 8,2 km3 2,7 km3 2,1 km3 7 10.07. Źródła i mechanizmy degradacji wód powierzchniowych czynniki źródło pochodzenia skutki fosforany rolnictwo nawozy sztuczne ścieki komunalne azotany, azotyny NOx z atmosfery ścieki organiczne i mineralne detergenty ścieki komunalne izolacja akwenów od dostępu tlenu działanie kancerogenne metale cięŜkie ścieki przemysłowe opad pyłów działanie kancerogenne zaburzenia metabolizmu pestycydy rolnictwo zaburzenia ekosystemów wodnych toksyczność oleje i polimery chemia i petrochemia transport izolacja akwenów od dostępu tlenu toksyczność podgrzewanie wód energetyka zaburzenia ekosystemów wodnych sole mineralne kopalnictwo mineralizacja wody wirusy i bakterie ścieki komunalne epidemie cholery, tyfusu, choroby pasoŜytnicze przewodu pokarmowego turystyka i rekreacja człowiek zaburzenia ekosystemu eutrofizacja zaburzenia metabolizmu ludzi i zwierząt 8 10.08. Fosforany, azotany azotyny – substancje biogeniczne nadmiar substancji pokarmowych nadmiar nawozu azotowego rozwój fitoplanktonu (szybki metabolizm) – zakwity wód EUTROFIZACJA azotany w wodzie pitnej rozwój zooplanktonu gwałtowny przyrost odpadu organicznego rozkład materii organicznej – pobór tlenu i wytwarzanie dwutlenku węgla, siarkowodoru azotyny w organizmie hemoglobina methemoglobina niedotlenienie organizmu śmierć martwe strefy zwane azoicznymi (pozbawione organizmów Ŝywych) ZMIANY METABOLIZMU 9 10.09. Ładunki zanieczyszczeń wprowadzone do Bałtyku z dorzecza Wisły, Odry i rzek przymorza w latach 1990-2007 Biologiczne zuŜycie tlenu (BZT5) jest to ilość tlenu zuŜyta w ciągu 5 dni w procesie biologicznego utleniania substancji (głownie organicznych) zawartych w wodach i ściekach przy uŜyciu Ŝywych bakterii i enzymów pozakomórkowych Źródło: GUS Ochrona środowiska 10 10.10. Detergenty ∗ naleŜą do grupy środków powierzchniowo czynnych ∗ jako związki rozpuszczalne w wodzie mogą infiltrować do wód podziemnych (studnie w pobliŜu zanieczyszczonych rzek – stęŜenie 1,5 g/m3, wody czyste - 0,006 g/m3) ∗ detergenty twarde (nie ulegające biodegradacji) - zakłócenia zarówno w procesach biologicznego oczyszczania ścieków jak i w wodach odbiorników ( warstwy piany o grubości powyŜej 2 m poniŜej śluz na rzekach) ∗ detergenty miękkie (ulegające biodegradacji) 11 10.11. Metale cięŜkie → rtęć → jony rtęciawe → jony rtęciowe związki metylortęciowe o charakterze lipfilowym → plankton kadm ewidentna toksyna; atakuje system nerwowy, powoduje anemię, odwapnienia, choroby nerek i wątroby; wzrost toksyczności w obecności miedzi i cynku; kumuluje się zwłaszcza w organizmach Ŝyjących w środowisku wodnym ołów działa toksycznie na struktury organiczne powodując zahamowanie metabolizmu na skutek blokady enzymów; bardzo rozpowszechniony w środowisku wodnym - w wodach miękkich występuje w postaci szczególnie niebezpiecznej jako rozpuszczalne sole 12 10.12. Pestycydy Szkodliwe ze względu na: długi czas rozpadu (np. arsenian ołowiowy - 15 lat, UCH Lindan - 11 lat, Chlordan 12 lat), zdolność kumulowania się w środowisku, łatwość wchodzenia w szeregi troficzne. Powodują pogarszanie stanu wód podziemnych, działają toksycznie, naruszają procesy samooczyszczania się wód. Zanieczyszczenia pestycydami są trudne do usunięcia w procesie uzdatniania wody przeznaczonej do picia. Według norm światowych WHO woda do picia w ogóle nie moŜe zawierać DDT, natomiast polskie normy dopuszczają 0,03 mg/dm3 Obecnie wycofuje się pestycydy o szerokim spektrum szkodliwości i długich okresach trwałości na rzecz preparatów działających wybiórczo i względnie krótkim okresie rozpadu rozkładających się względnie szybko. Mechanizmy ich rozprzestrzeniania się i przemieszczania w biocenozach pozostają jednak nie zmienione, a jedynie czas ich zalegania w organizmach jest ograniczony trwałością preparatu, skumulowane zaś w kolejnych ogniwach łańcuchów pokarmowych nie mają tak wysokich stęŜeń. 13 10.13. Oleje i polimery 1 – 3 % przewoŜonego ładunku ropy wprowadza się do wód morskich podczas płukania zbiorniskowców (10 – 30 mln ton ropy rocznie) 1 tona ropy moŜe pokryć 10 km2 powierzchni. Ropa ulega bowiem zemuglowaniu, w związku z czym zajmuje duŜą powierzchnię jako cienka (kilka µm) warstwa (25 % powierzchni Bałtyku pokryte na stałe emulsją) . Warstwa emulsji • hamuje procesy wymiany gazowej (ok. 5-krotnie) • hamuje procesy fotosyntezy na skutek ograniczenia dostępu światła Warstwa emulsji utrzymuje się na powierzchni przez kilka tygodni, potem znika. Sądzono początkowo, Ŝe ulega biodegradacji. Nowsze badania wskazują jednak na gromadzenie się jej na dnie. mln ton/rok t/km2 rocznie 4 4,9 0,4 1,4 4 6,9 Zatoka Meksykańska 1,2 0,8 Zatoka Meksykańska 3 12,5 akwen Morze Śródziemne Bałtyk (600 plam ropy rocznie) Morze Północne 14 10.14. Podgrzewanie wód skutki negatywne • wzrost parazytofauny → 20 % wzrost zachorowań na choroby przewodu pokarmowego • zmniejszenie zdolności do absorbowania tlenu przy równoczesnej intensyfikacji procesów przemiany materii wzmagających zapotrzebowanie na tlen skutki pozytywne • opóźnienie w tworzeniu powłoki lodowej • przedłuŜenie okresu mineralizacji zanieczyszczeń nieorganicznych 15 10.15. Sole mineralne Ze względu na zawartość jonów chlorków i siarczanów rozróŜnia się 4 grupy hydrochemiczne wód kopalnianych: I – zawartość jonów < 600 mg/l - woda nadaje się do picia po uzdatnieniu II – zawartość jonów 600 – 1800 mg/l – woda o podwyŜszonej mineralizacji, przydatna do celów przemysłowych III – zawartość jonów 1 800 – 42 000 mg/l – uciąŜliwe ścieki, zasadniczo nieprzydatne do wykorzystania, IV – zawartość jonów powyŜej 42 000 – solanka nadająca się do utylizacji na sól kuchenną i do produkcji surowców chemicznych Metoda hydrotechniczna: mechaniczne oczyszczenie zbiorniki retencyjne zrzut do rzek Proces termicznej krystalizacji woda do celów spoŜywczych i sól kamienna oraz ługi pokrystalizacyjne (związki jodu, magnezu, potasu, sodu i bromu) Do wykorzystania nadaje się około 60 % odpompowanych wód. Wykorzystuje się około 20 %. Problemem jest separacja wód słabo i silnie zmineralizowanych. 16 10.16. Kategorie wód powierzchniowych Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 11 lutego 2004 roku (Dz.U Nr 32, poz.284 ) Wody powierzchniowe Kategorie jakości wody ustalone dla wód powierzchniowych, które mogą być wykorzystywane do produkcji wody lub do spoŜycia: kategoria A1 – wody najczystsze wymagające prostego uzdatniania fizycznego (filtracji i dezynfekcji), kategoria A2 – wody gorszej jakości wymagające wielostopniowego uzdatniania fizycznego i chemicznego, kategoria A3 – wody najbardziej zanieczyszczone wymagające wysokosprawnego uzdatniania fizycznego i chemicznego Wody podziemne wody gruntowe wody zasilane bezpośrednio opadami atmosferycznymi, silnie naraŜone na oddziaływanie czynników antropogenicznych wgłębne – zalegające pod nieprzepuszczalnymi utworami geologicznymi i posiadają dobrą lub średnią izolację przed wpływem zanieczyszczeń. 17 10.17. Klasyfikacja jakości wód powierzchniowych i podziemnych Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 11 lutego 2004 roku (Dz.U Nr 32, poz.284 ) klasa I – wody bardzo dobrej jakości – nie wykazujące skutków oddziaływania antropogenicznego oraz zaliczone do kategorii A1 klasa II – wody dobrej jakości – wykazujące niewielki wpływ oddziaływań antropogenicznych oraz zaliczone do kategorii A2 klasa III – wody zadowalającej jakości - wykazujące umiarkowany wpływ oddziaływań antropogenicznych oraz zaliczone do kategorii A2 klasa IV – wody niezadowalającej jakości wykazujące zmiany jakościowe i ilościowe w populacjach biologicznych na skutek oddziaływań antropogenicznych oraz zaliczone do kategorii A3 klasa V - wody złej jakości wykazujące zanik znacznej części populacji biologicznych i nie nadające się do spoŜycia 18 10.18. Klasyfikacja jakości wód w rzekach w 2007 roku 2005 rok 1360 pkt. pomiar. klasa I klasa II klasa III klasa IV klasa V 1 27 522 560 250 Źródło: GUS Ochrona środowiska 19 10.19. Stan czystości jezior w Polsce w latach 1990-2006 Źródło: GUS Ochrona środowiska 20 10.20. Ocena jakości wód powierzchniowych wykorzystywanych do zaopatrzenia ludności w wodę przeznaczoną do spoŜycia w 2007 roku Źródło: GUS Ochrona środowiska 2005 rok 143 pkt. pomiar. kategoria A1 9 kategoria A2 46 kategoria A3 44 poza kateg. 44 21 10.21. Procesy samooczyszczania środowiska wodnego Samooczyszczanie wód powierzchniowych jest zjawiskiem fizyczno-biochemicznym polegającym na samoistnym zmniejszaniu się stopnia zanieczyszczenia wód. Procesy te występują w wodach płynących i stojących, jednak z róŜną intensywnością. Zasadnicze znaczenie dla procesu samooczyszczania ma zdolność modyfikowania środowiska wodnego przez organizmy Ŝywe Procesy samooczyszczania • • • • rozcieńczanie zanieczyszczeń wodą odbiornika i mieszanie sedymentacja zawiesin adsorpcja biologiczne usuwanie zanieczyszczeń biosorpcja mineralizacja biokumulacja immobilizacja (zjawisko przeciwstawne mineralizacji) • wymiana substancji lotnych pomiędzy wodą a atmosferą • wymiana substancji między dnem i wodą 22 10.22. Samooczyszczanie środowiska wodnego - rozcieńczanie, sedymentacja 1. rozcieńczanie zanieczyszczeń wodą odbiornika i mieszanie rozcieńczanie głównie w wodach płynących –skuteczność zaleŜy od mieszania (prędkość przepływu i cyrkulacja w przekroju poprzecznym) mieszanie lepsze natlenienie, dyfuzja z wody produktów przemiany materii (CO2, N2), lepszy kontakt substratów z komórkami mikroorganizmów w wodach stojących (jeziora lub stawy) ruch wody pod wpływem zmian temperatury (róŜnice gęstości) 2. sedymentacja zawiesin głównie w zbiornikach zaporowych, rozlewiskach, zatokach nad osadami dennymi duŜy deficyt tlenu lub całkowity zanik tlenu w osadach dennych występują warunki anaerobowe (beztlenowy rozkład substancji organicznych, związany z intensywnym wydzielaniem się gazów:14% CO2, 17% CH4, 69% N2, siarkowodór) w razie nagłego przyboru wody niebezpieczeństwo wtórnego zanieczyszczenia toni wodnej osadami dennymi co prowadzi do zwiększenia deficytu tlenu 23 10.23. Samooczyszczanie środowiska wodnego- adsorpcja, biologiczne usuwanie zanieczyszczeń 3. adsorpcja zatrzymanie zanieczyszczeń chemicznych na powierzchniach ciał stałych (np. dna i brzegi, roślinność wodna, konstrukcje hydrotechniczne, zawiesina substancji stałej) usuwane są głównie związki organiczne oraz częściowo nieorganiczne – metale cięŜkie niebezpieczeństwo desorpcji i przejścia substancji nagromadzonych na powierzchni do toni wodnej 4. biologiczne usuwanie zanieczyszczeń biosorpcja - zatrzymanie zanieczyszczeń na powierzchni mikroorganizmów oraz ścianach komórkowych i ich uczestniczenie w procesach wymiany między komórką a środowiskiem mineralizacja – rozkład związków organicznych przez drobnoustroje, zwykle wewnątrz komórki – proces tlenowy biokumulacja – gromadzenie w komórce związków niepodatnych na rozkład biologiczny lub jonów nie podlegających metabolizmowi (pestycydy, zwłaszcza węglowodory chlorowane i sole metali cięŜkich) śmierć komórki 24 10.24. Samooczyszczanie środowiska wodnego – wymiana substancji powietrzem i dnem 5. wymiana substancji lotnych pomiędzy wodą a atmosferą uwalnianie gazowych produktów przemiany materii i ich dyfuzja do atmosfery ( CO2, N2 ,CH4 ) oraz równowaŜenie zawartości gazów rozpuszczalnych w wodzie, między woda a atmosferą (dyfuzja tlenu z powietrza) 6. wymiana substancji między dnem i wodą wytrącanie się pewnych soli i osadzanie na dnie zbiornika i odwrotnie - oddawanie produktów metabolizmu drobnoustrojów z dna do wody 25 10.25. Oczyszczanie ścieków Oczyszczanie mechaniczne Usuwanie wyłącznie zanieczyszczeń nierozpuszczalnych, tj. ciał stałych i tłuszczów ulegających osadzaniu lub flotacji, przy uŜyciu krat, sit, piaskowników, odtłuszczaczy Oczyszczanie chemiczne Wytrącanie niektórych związków rozpuszczalnych lub ich neutralizacja metodami chemicznymi, takimi jak np. koagulacja, sorpcja na węglu aktywnym Oczyszczanie biologiczne Mineralizacja przez drobnoustroje w środowisku wodnym w sposób naturalny (np. rolnicze wykorzystanie ścieków, zraszanie pól, stawy rybne) lub w urządzeniach sztucznych (złoŜa biologiczne, osad czynny) powoduje usunięcie związków organicznych oraz biogennych PodwyŜszone usuwanie biogenów Wysokoefektywne oczyszczanie chemiczne i biologiczne umoŜliwiającą zwiększoną redukcję azotu i fosforu 26 10.26. Ścieki przemysłowe i komunalne wymagające oczyszczenia odprowadzane do wód lub ziemi w latach 1970-2007 Źródło: GUS Ochrona środowiska 27 10.27. Stopień oczyszczenia ścieków komunalnych i przemysłowych (2005, 2007) Źródło: GUS Ochrona środowiska 28