Woda i jej rola w przyrodzie. Zanieczyszczenia wód naturalnych. Sposoby usuwania zanieczyszczeń

Zastosowanie wody

Na Ziemi woda występuje pod postacią jezior, rzek, strumieni, potoków, mórz i oceanów. Zajmuje ok. 71% powierzchni naszej planety. Organizmy żywe zajmują jej ok. 60%-90%. Zastosowanie H2O jest wszechstronne. Woda jest podstawowym czynnikiem życia, składnikiem organizmu człowieka, świata zwierzęcego i roślinnego, jest środowiskiem bytowania licznych gatunków zwierząt, mikroorganizmów i roślin. Jest również przedmiotem konsumpcji oraz niezbędnym warunkiem higieny człowieka, jego miast i osiedli. Drogi wodne służą komunikacji transportowej.

Obieg wody w przyrodzie

Pod wpływem ciepła woda wyparowuje z powierzchni mórz, oceanów, rzek i innych wód powierzchniowych do górnych warstw atmosfery i tworzy chmury –zbiorniki pary wodnej. Wiatr przenosi chmury na ląd i w skutek ich ochłodzenia następuje kondensacja pary wodnej, co powoduje z kolei tworzenie się opadów atmosferycznych. W ten sposób woda powraca na powierzchnie ziemi, która częściowo wsiąka, częściowo spływa do mórz, oceanów, i innych zbiorników wodnych, a częściowo zaś wyparowuje tworząc ponownie chmury. Proces ten powtarza się tworząc cykl zamknięty.

Wody naturalne

Woda występująca w przyrodzie stanowi wodny roztwór substancji nieorganicznych i organicznych, jak również zawiera koloidy i zawiesiny. Substancje znajdujące się w wodzie są pochodzenia naturalnego lub antropogenicznego. Woda, będąc bardzo dobrym rozpuszczalnikiem, zawiera prawie wszystkie substancje naturalne występujące w skorupie ziemskiej, a także coraz częściej substancje wytwarzane przez człowieka. Stężenia poszczególnych substancji uzależnione są od ich powszechności w przyrodzie i rozpuszczalności w wodzie oraz od wielu różnorodnych procesów fizyko-chemicznych.

Podstawowymi składnikami wód są kationy: wapnia Ca2+ sodu Na+ magnezu Mg24" oraz aniony: węglanowe HCO3-, siarczanowe SO42-, chlorkowe Cl-, a także krzemionka Si02. Zawartość i proporcje jonów podstawowych zależą od składu chemicznego utworów geologicznych znajdujących się w zlewni. Działalność człowieka może mieć znaczny wpływ na skład chemiczny wód powierzchniowych i podziemnych. Skażenie wód np. substancjami promieniotwórczymi, kwasami i metalami ciężkimi, będące skutkiem arogancji cywilizacyjnej człowieka, ma często bardzo duży i nieprzewidywalny zasięg.

Zanieczyszczenia wód

Zanieczyszczenie wód jest problemem rangi światowej. Wraz ze wzrostem zaludnienia Ziemi i rozwojem przemysłu, rośnie także ilość zanieczyszczeń. Ze względu na pochodzenie, można podzielić je na komunalne, przemysłowe, rolnicze oraz zanieczyszczenia z powietrza.
Głównym źródłem zaopatrzenia ludzi w wodę są wody powierzchniowe, przede wszystkim zaś wody płynące, oraz wody podziemne, zalegające w płytkich warstwach geologicznych. Prawie cała ilość pobieranych przez człowieka wód wraca do wód powierzchniowych w postaci wód zużytych, obciążonych różnymi substancjami mineralnymi i organicznymi. Ładunki zanieczyszczeń wprowadzane do wód powierzchniowych płynących, które są głównym odbiornikiem ścieków pochodzenia antropogenicznego, przyczyniają się do problemów przy dalszym ich użytkowaniu. Ze względu na pochodzenie, można podzielić je na komunalne, przemysłowe, rolnicze oraz zanieczyszczenia z powietrza.

Zanieczyszczenia komunalne

Są to ścieki miejskie- mieszanina odpadów z gospodarstw domowych, odpadów ze szpitali, łaźni, pralni i zakładów przemysłowych. Znaczną ich część stanowią występujące w postaci zawiesiny lub rozpuszczone związki organiczne, głównie białka, tłuszcze i węglowodany. Zawierają one także detergenty, chorobotwórcze drobnoustroje, które są źródłem takich chorób, jak tyfus, cholera, dur brzuszny, choroba He-inego Mediny. Jeszcze jednym ważnym składnikiem ścieków są metale ciężkie(ołów, rtęć). Substancje te, jeśli przenikną do organizmów zwierzęcych, w tym organizmu ludzkiego, powodują uszkodzenia wątroby, naczyń krwionośnych, serca, układu nerwowego i kości.

Zanieczyszczenia przemysłowe

Powstają między innymi przy wydobywaniu surowców, w trakcie chłodzenia urządzeń, filtracji, destylacji i podczas wielu innych czynności wykonywanych w różnorakiej produkcji. Ich skład jest bardzo zróżnicowany i zależny od rodzaju produkcji, np. ścieki z garbarni zawierają związki wapnia, chromu, siarczki, chlorki, związki azotu, a także tłuszcze i inne związki organiczne. Są one szkodliwe dla organizmów żywych, gdyż działają na nie, niszcząc wątrobę, przewód pokarmowy i układ krążenia.

Zanieczyszczenia rolnicze

Składają się na nie środki ochrony roślin, które mają na celu niszczenie szkodliwych organizmów, niszcząc również organizmy pożyteczne. Duże znaczenie mają także nawozy sztuczne, tylko częściowo wykorzystywane przez rośliny. Ich nadmiar spływa z wodami deszczowymi i gruntowymi do zbiorników wodnych, powodując gromadzenie się środków odżywczych tylko dla pewnych gatunków roślin, co w efekcie prowadzi do zakłócenia równowagi ekologicznej.

Zanieczyszczenia z powietrza

Zanieczyszczenia te trafiają do wód powierzchniowych i gruntowych. Należą do nich różnego rodzaju związki chemiczne, organiczne i nieorganiczne, emitowane do atmosfery w postaci gazów i pyłów. Najgroźniejszymi i najczęściej występującymi w powietrzu są tlenki siarki oraz tlenki azotu.

Wymienione tlenki rozpuszczając się w wodzie, tworzą opadające kwaśne deszcze. W kwaśnych deszczach czynnikami działającymi silnie korozyjnie są kwasy siarkowe i azotowe. Opadając na metale, powodują ich korozję, a w kontakcie z marmurami, powodują rozpuszczanie się ich(np. niszczenie pomników lub elewacji budynków).
Źródłem emisji tlenków siarki jest spalanie milionów ton węgla kamiennego, zanieczyszczonego siarką.

W celu ochrony powietrza przed zanieczyszczeniami przemysłowymi, stosuje się filtry, elektrofiltry lub pochłaniacze wodne, które za trzymują pyły oraz gazy. Inną metodą chroniącą przed emisją tlenków siarki, jest odsiarczanie węgla przed spaleniem go w piecach.

Największymi emiterami tlenków siarki są w Polsce elektrociepłownie i ciepłownie osiedlowe.

Zanieczyszczenia wód naturalnych

Zanieczyszczenia wód naturalnych możemy podzielić na:
- Na zanieczyszczenia fizyczne składają się substancje stałe, znajdujące się w wodzie w postaci mniej lub bardziej rozdrobnionych zawiesin lub cząstek koloidowych. Mogą to być drobne cząstki obumarłych organizmów roślinnych lub zwierzęcych, rozdrobnione cząstki gleby lub substancje nierozpuszczalne, pochodzące ze ścieków przemysłowych.

- Zanieczyszczenia chemiczne są to różne rozpuszczone substancje chemiczne nieorganiczne lub organiczne, dostające się do wód naturalnych najczęściej wraz ze ściekami z zakładów przemysłowych. Wiele z nich ma działanie toksyczne na organizmy żywe: należą do nich sole ciężkich metali, cyjanki, fenole, składniki ropy naftowej. Niektóre wpływają hamująco na naturalne procesy biologiczne zachodzące w wodzie, lub są niepożądane ze względu na pogarszanie jakości smakowych.

- Zanieczyszczenia bakteriologiczne pochodzą od obecności w wodzie bakterii. Większość bakterii znajdujących się w wodach naturalnych nie jest szkodliwa dla zdrowia. Groźne są dla zdrowia i życia bakterie i wirusy chorobotwórcze, mogące żyć w wodzie jakiś czas i wraz z nią dostawać się do przewodu pokarmowego. Do takich należą np. bakterie cholery, duru brzusznego i rzekomego oraz czerwonki.

- Osobny rodzaj stanowią zanieczyszczenia substancjami radioaktywnymi, pochodzącymi najczęściej ze ścieków zakładów wykorzystujących izotopy radioaktywne-względnie z atmosfery, po wybuchach broni nuklearnej.

Zanieczyszczenia mórz i oceanów

Poważnym zagrożeniem dla wód jest również rozwój żeglugi. Zagrożeniem dla życia biologicznego są oleje, smary, ropa naftowa to główne elementy niebezpieczne dla biologii wód. .Ta ostatnia jest szczególnie groźna, niebezpieczna ponieważ wyrządza duże szkody nie tylko w środowisku wodnym ale również i na plażach morskich. Awarie i katastrofy tankowców, morskie szyby naftowe stwarzają duże zagrożenie dla podmorskiego świata.

Wskaźniki jakości wód

W celu ochrony zdrowia ludzi oraz przydatności wody do celów gospodarczych ustalono normy jakimi woda wykorzystywana do celów gospodarczych i pitnych powinna odpowiadać. Obecnie ze względu na stan zanieczyszczenia środowiska coraz więcej wód nie odpowiada wymaganym normom. Najbardziej zarażone na zanieczyszczenia są wody powierzchniowe.

O możliwości użycia wody do zaspokojenia różnorodnych potrzeb decydują rodzaj i ilość zawartych w niej substancji. Podstawowymi grupami wskaźników, stanowiącymi o przydatności wody są:
a) wskaźniki fizyczne - temperatura, barwa, zapach, mętność, smak;
b) wskaźniki chemiczne - odczyn pH, utlenialność, BZT5 - biochemiczne 5-cio dobowe zużycie tlenu, ChZT - chemiczne zużycie tlenu, twardość (ogólna, węglanowa, niewęglanowa, przemijająca), zasadowość oraz zawartości: związków azotu, chlorków, siarczanów, żelaza, manganu, fluoru, gazów rozpuszczonych w wodzie, pierwiastków śladowych, substancji trujących oraz sucha pozostałość i strata po prażeniu,
c) wskaźniki biologiczne - zawartość bakterii w objętości próbki wody.

Wody naturalne prawie zawsze zawierają mikroorganizmy, są nimi zanieczyszczone szczególnie otwarte zbiorniki wodne, do których spływają wody deszczowe oraz do których odprowadzane są ścieki. Intensywność rozwoju bakterii w wodzie uzależniona jest od warunków termicznych, warunków świetlnych, stopnia natlenienia i obfitości substancji pokarmowych. Charakterystykę biologiczną wody wyraża się mianem coli, która określa najmniejszą objętość wody (wyrażoną w cm3), w której znaleziono jedną bakterię pałeczki okrężnicy (Bacterium coli) - bakterię typową dla środowiska jelita grubego w przewodzie pokarmowym człowieka.

Klasyfikacja rzek w Polsce wg. zanieczyszceń fizyko-chemicznych

KLASA I (wody czyste nadające się do picia, do wykorzystania przez przemysł spożywczy i farmaceutyczny oraz do hodowli ryb) około 3%
KLASA II (wody nadające się do chowu i hodowli zwierząt gospodarczych oraz do potrzeb rekreacyjnych) około 20%
KLASA III (wody nadające się do zaopatrzenia zakładów przemysłowych z wyjątkiem przemysły spożywczego i farmaceutycznego oraz nawadniania terenów rolniczych i ogrodniczych) około 34 %
WODY POZAKLASOWE (wody nadmiernie zanieczyszczone, nie odpowiadające normom) około 43%

Ścieki

Ściekami nazywamy zanieczyszczone usuwane z terenów miast, osiedli, zakładów przemysłowych i innych obiektów związanych z działalnością człowieka.

Ścieki i ich typowe składniki

Składniki ścieków możemy podzielić na sześć zasadniczych grup:
1. zawiesiny łatwo opadające
2. zawiesiny trudno opadające i nieopadające
3. substancje rozpuszczone
4. substancje toksyczne
5. składniki trwałe
6. składniki łatwo ulegające rozkładowi biochemicznemu

Podział ścieków

Ścieki dzielimy w zależności od pochodzenia na:
1. bytowo-gospodarcze (komunalne) powstają w wyniku codziennego życia społeczeństwa
2. przemysłowe, to ścieki z zakładów przemysłowych, produkcyjnych
3. rolne związane z odchodami zwierząt, mogą też być stężone zanieczyszczeniami chemicznymi
4. deszczowo-burzowe powstają z wód opadowych i topnienia śniegu
5. toksyczne np. siarczany, metale ciężkie i promieniotwórcze (uran, pluton)

Uzdatnianie wód

Woda dla potrzeb ludności oraz do celów przemysłowych musi odpowiadać ściśle określonym wymogom- wobec tego surowe wody dostarczane przez przyrodę poddaje się odpowiednim zabiegom, które określa się ogólnie terminem uzdatniania. Polega ono na usuwaniu z wody niepożądanych składników- domieszek szkodliwych i występujących w nadmiernych ilościach oraz na dodawaniu do wody pewnych substancji poprawiających jej jakoś.
- Jednym z najważniejszym sposobów uzdatniania wody jest klarowanie. Ma ono na celu usunięcie mechanicznych zanieczyszczeń, jakie znajdują się w jeziorach i rzekach. Zanieczyszczenia mechaniczne można podzielić na następujące grupy:
1. lekki zawiesiny grube (szczątki roślin, liście, glony itp.) unoszące się na powierzchni wody, które usuwa się za pomocą krat
2. zawiesiny mniejsze usuwane za pomocą sit metalowych
3. zawiesiny drobne (mikro zawiesiny) usuwane za pomocą mikrosit i w osadnikach
- Filtrowanie. Polega na usuwaniu zanieczyszczeń mechanicznych w których wielkość przekracza 10-4 cm i ma zastosowanie zarówno do oczyszczania wód surowych jak i wstępnie uzdatnionych.
- Innym ze sposobów uzdatniania wody jest koagulacja. Koagulacja służy do usuwania z wody bardzo drobnych zawiesin- takich jak cząstki gliny, bakterie, glony. Polega na dodaniu do wody określonych substancji chemicznych tzw. koagulantów wytrącających się w postaci kłaczkowatych, łatwo opadających zawiesin.

Zasady ochrony wód.

Najskuteczniejszym sposobem ochrony czystości wód jest niedopuszczenie do ich zanieczyszczenia, a najlepszym sposobem zachowania równowagi wodnej jest oszczędne gospodarowanie zasobami wód. Prawie każde wykorzystanie wody powoduje jej zanieczyszczenie, co w konsekwencji prowadzi do powstania problemu ścieków. Poprawie oszczędności zużycia wody służy mierzenie jej zużycia, co przy regulacjach ekonomicznych w zakresie opłat za wodę, przyczynia się do zmniejszenia zużycia. Celowi temu służy również stosowanie zamkniętych obiegów technologicznych z użyciem wody.