Zanieczyszczenia wody.

Zanieczyszczenie wód jest spowodowane głównie substancjami chemicznymi, bakteriami i innymi mikroorganizmami, obecnymi w wodach naturalnych w zwiększonej ilości. Substancje chemiczne organiczne i nieorganiczne (mineralne) występują w postaci roztworów, roztworów koloidalnych i zawiesin. Skład chemiczny zanieczyszczeń jest kształtowany czynnikami naturalnymi, np. rozkładaniem substancji z gleb i skał, rozwojem i obumieraniem organizmów wodnych oraz czynnikami antropogenicznymi . Do najczęściej występujących antropogenicznych zanieczyszczeń wód powierzchniowych należą pestycydy, substancje powierzchniowo czynne, węglowodory ropopochodne, fenole, chlorowe pochodne bifenylu oraz metale ciężkie, głównie ołów, miedź, chrom, kadm, rtęć i cynk, a także wody podgrzane (zanieczyszczenie termiczne), które są szczególnie niebezpieczne dla wód powierzchniowych o małym przepływie lub wód stojących. Większość antropogenicznych zanieczyszczeń wód działa toksycznie na organizmy wodne. Zanieczyszczenia bardzo trwałe w środowisku wodnym i bardzo trudno ulegające chemicznymi biochemicznym procesom nazywa się substancjami refakcyjnymi. Najwięcej zanieczyszczeń trafia do wód razem ze ściekami. Innymi Źródłami zanieczyszczeń wód są transport wodny i lądowy , stosowanie pestycydów i nawozów sztucznych oraz odpady komunalne i przemysłowe. Rozróżnia się zanieczyszczenia punktowe ? dostające się do wód w jednym punkcie ( głównie ścieki ) , i zanieczyszczenia obszarowe , dostające się do wód powierzchniowych i podziemnych na terenie dużego obszaru, np. środki stosowane w rolnictwie. Wody ulegają zanieczyszczeniu także w wyniku eutrofizacji.

Zanieczyszczenia mórz i oceanów:
Obumarłe szczątki zwierząt i roślin opadają na dno. Tam w procesie ich rozkładu wykorzystywany jest tlen rozpuszczony w wodzie. Jeżeli ich ilość nie jest duża, zapasy tlenu nie zostają całkowicie wyczerpane. Substancje odżywcze zawarte w ściekach powodują wzrost liczebności wielu, głównie jednorocznych organizmów, które ulegając rozkładowi, zużywają zasoby rozpuszczonego w wodzie tlenu. Efektem tego jest wydzielanie się trującego siarkowodoru. Życie na dnie morza zanika.

Ścieki są to wody odpadowe, zawierające zanieczyszczenia wprowadzone w wyniku działalności życiowej i produkcyjnej człowieka, oraz wody opadowe (deszczowe, z topniejącego śniegu) i in. spływy do kanalizacji z terenów zagospodarowanych. W zależności od pochodzenia ścieki dzieli się na: ścieki bytowo-gospodarcze, ścieki przemysłowe, ścieki opadowe (burzowe), wody dołowe (kopalniane, powstające w wyniku odwadniania kopalń); ścieki przemysłowe są na ogół odprowadzane razem ze ściekami bytowo-gospodarczymi jako ścieki miejskie.
Zanieczyszczeniami ścieków są substancje nieorganiczne (mineralne) i organiczne , rozpuszczone oraz w formie koloidów, zawiesin i emulsji. Do związków organicznych obecnych w ściekach bytowo-gospodarczych należą głównie: białka, aminokwasy, fosfolipidy, sacharydy, tłuszcze i oleje; do związków mineralnych zaś: sole amonowe, fosforany i chlorki; obecne są w nich także wirusy i bakterie chorobotwórcze. Skład ścieków przemysłowych jest różny, zależny od rodzaju produkcji zakładu. Wody dołowe zawierają duże ilości rozpuszczonych soli (chlorki i siarczany sodu, wapnia i magnezu). Szczególnie niebezpieczne składniki ścieków to m.in.: pestycydy, związki powierzchniowo czynne, węglowodory ropopochodne, fenole, chlorowe pochodne bifenylu, sole metali ciężkich.

Kwaśne opady: Są to opady, głównie deszczowe, o kwaśnym odczynie (pH do ok. 4? 4,5), powstające w wyniku pochłaniania przez kropelki wody gazowych zanieczyszczeń powietrza tworzących z nią kwasy (tzw. bezwodników kwasowych), głównie dwutlenku siarki (SO 2; szacuje się, że w Europie jest on w 60% sprawcą kwaśnych opadów), tlenków azotu (NOx ), siarkowodoru (H2S), dwutlenku węgla (CO2; jego naturalna obecność w powietrzu powoduje zakwaszenie wody deszczowej do pH ok. 5,6 ), chlorowodoru ( HCl ); ? kwaśne ? zanieczyszczenia powietrza pochodzą ze źródeł naturalnych (głównie wybuchy wulkanów, pożary lasów) i antropogenicznych (powstają m.in. w wyniku spalania paliw, procesów technologicznych, transportu ); zanieczyszczenia mogą być przenoszone na duże odległości (nawet do 500 km) i w postaci kwaśnych opadów powodują obumieranie lasów, zakwaszanie wód powierzchniowych (ustalono, że przy pH = 5,4 ustaje reprodukcja wszystkich gatunków ryb) i gleb (uwalnianie toksycznego glinu; wymywanie substancji odżywczych ), niszczenie materiałów.

Ochrona wód , to działania techniczne i organizacyjno-prawne, których celem jest zachowanie lub przywrócenie wodom naturalnym pełnej przydatności jakościowej oraz utrzymanie równowagi bilansu wodno-gospodarczego kraju. Podstawę prawną ochrony wód przed zanieczyszczeniem stanowi prawo wodne, którym jest zbiór przepisów określających m.in.: zasady klasyfikacji wód w zależności od stopnia ich zanieczyszczenia, warunki odprowadzania ścieków do wód powierzchniowych i kanalizacji miejskiej, kary nakładane na zakłady odprowadzające do wód nadmierne ilości zanieczyszczeń, zasady ustanawiania stref ochronnych ujęć i Źródeł wody.
Wody naturalne w Polsce dzieli się na 3 klasy czystości; podział ten stanowi podstawę ochrony wód warunkiem zakwalifikowania wody do danej klasy jest nie przekroczenie ustalonych dla niej wartości wszystkich wskaźników zanieczyszczenia. Do I klasy czystości zalicza się wody, które mogą być używane do hodowli ryb łososiowatych, a po uzdatnieniu do picia; w II klasie znajdują się wody nadające się do hodowli ryb, zwierząt gospodarskich, rekreacji; III klasa czystości obejmuje wody przeznaczone do niektórych celów przemysłowych i rolniczych. Wody, które nie spełniają wymagań III klasy czystości mogą być użytkowane tylko do żeglugi.

Najskuteczniejszą formą ochrony wód powierzchniowych przed zanieczyszczeniem jest oczyszczanie ścieków. Prawo wodne ustala maksymalną wartości wskaźników zanieczyszczenia ścieków o- czyszczonych, odprowadzanych do wód lub do ziemi. Spełnienie tego warunku nie wystarcza do uzyskania pozwolenia na odprowadzanie ścieków wtedy, gdy ich ilość jest duża i w związku z tym duży jest ładunek odprowadzanych zanieczyszczeń lub istnieją warunki techniczne do lepszego oczyszczania ścieków. Stopień oczyszczenia ścieków oraz ich jakość ustala się tak, by woda odbiornika po przyjęciu zanieczyszczeń zachowała założoną klasę czystości. Na zakłady przemysłowe odprowadzające nadmierne ilości zanieczyszczeń nakładane są kary pieniężne. Organem uprawnionym do kontroli w tym zakresie jest Państwowa Inspekcja Ochrony Środowiska.
Zanieczyszczenia organicznie nietoksyczne stanowią dla wód mniejsze zagrożenie, gdyż ulegają biochemicznemu rozkładowi. Proces ten, zwany samooczyszczaniem wód, powoduje spadek stężenia tlenu w wodzie; jest on stopniowo kompensowany naturalnym procesem reaeracji. Ilość zanieczyszczeń doprowadzana ze ściekami do wody nie może spowodować deficytu tlenowego, tj. spadku stężenia tlenu poniżej 4 mg/dm3, gdyż w tych warunkach następuje obumieranie i rozkład (gnicie) organizmów wodnych, prowadzące do dalszego zanieczyszczenia wody. Ustalenie dopuszczalnego obciążenia odbiornika ściekami lub określenie zdolności samooczyszczania się wody odbywa się na podstawie bilansu tlenowego sporządzanego dla odbiornika po ustaleniu zależności między zawartością tlenu a czasem trwania samooczyszczania na danym odcinku rzeki. Proces samooczyszczania można wspomagać sztucznym napowietrzaniem w tzw. oczyszczalni rzecznej.

Stan czystości wód można poprawić przez wprowadzanie nowych, ?czystych? technologii, zmniejszających ładunek zanieczyszczeń w ściekach (technologie mało odpadowe i bezodpadowe), przez racjonalne stosowanie pestycydów oraz zastępowanie pestycydów toksycznych i trwałych mniej toksycznymi i łatwiej rozkładalnymi, przez produkcję substancji powierzchniowo czynnych ulegających biodegradacji, nie odprowadzanie wód podgrzanych bezpośrednio do zbiorników wodnych.

Zanieczyszczeniu szczególnie chronionych wód ? wód podziemnych ? zapobiega się przez właściwą lokalizację i eksploatację wysypisk odpadów. Prawo wodne zabrania odprowadzania ścieków, nawet oczyszczonych, do wód podziemnych.
Podstawą realizacji zadań w dziedzinie ochrony wód jest opracowywanie perspektywicznych planów obejmujących całokształt zagadnień oczyszczania ścieków ( z nawiązaniem do wymagań poszczególnych użytkowników wód, łącznie z wyborem najwłaściwszych sposobów i urządzeń do oczyszczania ) oraz kompleksowe i długoterminowe przewidywania korzystania z naturalnych zasobów wodnych kraju przy uwzględnieniu potrzeb całej gospodarki.

Ochrona mórz i oceanów:
Ochrona ta zapewnienia utrzymania równowagi biologicznej ekosystemów morskich oraz racjonalne wykorzystanie ich żywych zasobów. Środowisko morskie o powierzchni 3-krotnie większej od lądowych ekosystemów jest zagrożone zanieczyszczeniami niesionymi przez rzeki, opadającymi z atmosfery, dostającymi się bezpośrednio z lądu oraz w wyniku katastrof środków transportu morskiego, urządzeń wiertniczych ( ok. 5 mln ton ropy naftowej w ciągu roku ). Niektóre substancje toksyczne, przenoszone m.in. przez żywe organizmy, są wykrywane w wielkich odległościach od Źródeł zanieczyszczeń .Ochrona mórz i oceanów ma więc znaczenie ogólnoświatowe.
W celu ochrony mórz i oceanów są podpisywane konwencje i układy (np. układ podpisany w 1972 r. przez USA, ZSRR, W. Brytanię, Francję, Japonię i inne kraje; konwencje z Oslo, Paryża). Światowe konferencje dotyczące ochrony środowiska człowieka ( w 1972r. w Sztokholmie, w 1992r. w Rio de Janeiro) uwzględniały problemy związane z ochroną mórz i oceanów, w celu utrzymania równowagi ilościowej ryb i ich świat zasobów, są zawierane międzynarodowe porozumienia dotyczące ochrony eksploatowanych gatunków ryb i limitowania połowów przez określanie dozwolonych tzw. kwot połowowych. Proces ich ustalania dla akwenu Morza Bałtyckiego obejmuje: 1) szacowanie wielkości zasobów na podstawie badań koordynowanych przez Międzynarodową Radę Badań Morza (ICES). 2) formułowanie zaleceń, określających wielkości całkowitego dopuszczalnego połowu najważniejszych gatunków ryb, jak: dorsz, śledzą, szprot i łosoś, na podstawie znajomości stanu zasobów, biomasy stada rozrodczego, efektywności tarła, struktury wiekowej i wielkościowej całej populacji i stada eksploatowanego, poziomu śmiertelności naturalnej i w wyniku połowów. 3) podejmowanie decyzji dotyczących wielkości połowu w formie zaleceń, następnie dokonywanie podziału dla danego gatunku na kwoty narodowe. Międzynarodową ochroną są objęte, oprócz gatunku ryb eksploatowanych gospodarczo, także gatunek ryb i ssaków morskich zagrożone wyginięciem, np. wydra morska, wieloryby. Do najbardziej zanieczyszczonych akwenów należą Morze Śródziemne i Morze Bałtyckie. Morze Bałtyckie i jego wody przybrzeżne są zanieczyszczone substancjami biogennymi (związki fosforu, azotu), toksycznymi (np. metale ciężkie) oraz związkami organicznymi (pestycydy, substancje powierzchniowo czynne, składniki ropy naftowej oraz ? bardzo szkodliwe dla ekosystemów ? fluorowco pochodne o trwałych cząsteczkach, pochodzące z zakładów papierniczych, głównie z państw skandynawskich). Zorganizowane działanie państw nadbałtyckich zapoczątkowała w 1974r. tzw. Konwencja Helsińska, o ochronie środowiska Morza Bałtyckiego, podpisana przez Danię, Finlandię, Niemcy, Polskę i ZSRR (jej organem kierującym została specjalna komisja ? w skrócie HELCOM). Dotyczyła ona zanieczyszczeń z lądu, ze statków i składowisk odpadów. W 1992r. podpisano zaostrzoną wersję konwencji, obejmującą również wody wewnętrzne; tekst jej zawiera listę szczególnie szkodliwych i niedozwolonych do stosowania substancji. Ważną działalnością komisji HELCOM jest zbieranie informacji i opracowywanie raportów o stanie środowiska całego obszaru zlewni Morza Bałtyckiego.
W 1990r. w Ronneby ( Szwecja ) przedstawiciele państw basenu Morza Bałtyckiego, Norwegii, Czechosłowacji oraz Komisji Państw Wspólnoty Europejskiej podpisali Deklarację Bałtycką, której celem jest zapewnienie ekologicznej ochrony Morza Bałtyckiego i przywrócenie jego ekologicznej równowagi przez ograniczanie zanieczyszczeń, stosowanie najnowszych technologii, współpracę w dziedzinie usprawniania systemu prawnego i egzekucyjnego. Każde z państw nadbrzeżnych może prowadzić swoją politykę ochrony zasobów morskich żywych i mineralnych w obrębie tzw. Wyłącznych stref ekonomicznych (obszarów wód morskich o szerokości do 200 Mm, licząc od tzw. linii podstawowej państwa nadbrzeżnego).

Sposoby oczyszczania ścieków
Wobec dużego zanieczyszczenia wód w Polsce, coraz większa ilość zrzucanych do nich ścieków musi być oczyszczana.
Stosuje się cztery stopnie oczyszczania:

1.Mechaniczny
polegający na rozdrobnieniu, cedzeniu, filtrowaniu, sedymentacji (opadaniu zanieczyszczeń na dno), wirowaniu, flotacji (wypływanie zanieczyszczeń na powierzchnie wody w postaci piany.
Do tych celów służą zwykle takie urządzenia:
- kraty i sita, na których oddziela się wleczone ciała stale;
- piaskowniki, w których opadają cząstki ciała stałego o wymiarach do 0,2 mm. Sedymentują one w ciągu 1 minuty;
- odtłuszczalniki i urządzenia rozdrabniające;
- osadniki wstępne, w których zatrzymywane są łatwo opadające zawiesiny Sedymentacja następuje w czasie 2 godzin. Drobniejsze zawiesiny przechodzą do drugiego stopnia oczyszczania.

2.Biologiczny polegający na rozkładzie (zmineralizowaniu) zanieczyszczeń przez mikroorganizmy (głównie bakterie tlenowe) występujące w tzw. osadach czynnych (bakterie, pierwotniaki, wrotki i nicienie) lub błonach biologicznych (organizmy osiadłe na złożu biologicznym). Na tym etapie oczyszczania usuwa się rozpuszczone lub znajdujące się w postaci bardzo drobnej zawiesiny substancje organiczne, takie jak: tłuszcze, białka i węglowodany. Jednocześnie oddziela się resztki drobnej zawiesiny substancji mineralnych.

Głównymi urządzeniami technicznymi stosowanymi w tym procesie są:
- złoża biologiczne,
- komory osadu czynnego
- komory fermentacyjne.
Oczyszczanie na złożu biologicznym
odbywa się w cylindrycznym zbiorniku wypełnionym np. żużlem hutniczym, tłuczniem kamiennym, koksem, kostkami ceramicznymi. Złoże jest równomiernie zraszane od góry ściekami za pomocą obrotowego zraszacza mechanicznego. Bakterie oraz inne organizmy żywe osadzają się na powierzchni wypełnienia, tworząc błonę biologiczną. Ścieki powoli przepływając przez złoże są oczyszczane przez te organizmy. Proces zachodzi przy odpowiedniej ilości doprowadzanego tlenu.
Oczyszczanie ścieków za pomocą osadu czynnego
przeprowadza się w komorach napowietrzanych, w których pływają skupiska bakterii i pierwotniaków tworzące zawiesinę kłaczkowatą. Mikroorganizmy te utleniają zanieczyszczenia zawarte w ściekach. W ciągu 8 godzin oczyszczania uzyskuje się obniżenie zawartości zanieczyszczeń substancjami organicznymi o 85%.
Ścieki po drugim stopniu oczyszczania zawierają zawiesiny kłaczkowate, które są oddzielane w osadnikach wtórnych.
Oczyszczanie ścieków komunalnych prowadzi się zazwyczaj mechanicznie lub mechanicznie i biologicznie. Nie jest wskazane jednak ich zrzucanie do jezior i zbiorników zaporowych. Zawierają bowiem duże ilości związków azotu i fosforu, więc zbiorniki szybko zarastają (proces eutrofizacji).

3.Usuwanie związków biogennych (azotu i fosforu) pozostałe azotany z oczyszczonych ścieków usuwa się za pomocą mikroorganizmów w procesie denitryfikacji. Azotany są redukowane do azotynów, a następnie do azotu gazowego, który ulatnia się ze ścieków. Związki fosforu można usunąć również przy wykorzystaniu odpowiednich mikroorganizmów oraz przez dodanie siarczanu glinu, chlorku żelaza lub wodorotlenku wapnia.

4.Proces odnowy wody uzyskuje się wodę zdatną do picia oraz na potrzeby gospodarcze. Na tym etapie usuwa się rozpuszczone substancje nieorganiczne, np. sól. Następnie woda jest filtrowana i dezynfekowana za pomocą chloru lub ozonu.
Otrzymuje się wodę pierwszej klasy czystości, pozbawioną bakterii i zdatną do picia
Samooczyszczanie wód: Jest to biologicznie naturalny proces fizyczny ( sedymentacja ) oraz chemiczny i biochemiczny rozkładu nadmiaru substancji organicznych ( szczątki roślin i zwierząt, odchody zwierzęce, ścieki ) w zbiornikach i ciekach wodnych, dokonywane w znacznym stopniu przez drobnoustroje saprofityczne, głównie bakterie; w biocenozach wodnych samooczyszczanie wodne jest jednym z czynników przeciwdziałających zachwianiu ich równowagi biocenotycznej (stabilność; ekologiczna); nadmierne nagromadzenie materii organicznych, zwłaszcza zanieczyszczenie ściekami, prowadzi do nieodwracalnych zmian destrukcyjnych