1

źródła liniowe

źródła punktowe

lokalizacja

stacjonarne

możliwość
przemieszczania się

emisja niezorganizowana (hałdy, wysypiska)

źródła powierzchniowe

mobilne

klasyfikacja źródeł emisji zanieczyszczeń do atmosfery

wg różnych kryteriów

naturalne:

kosmiczne,
nieorganiczne (wulkaniczne pyły (Tunbors-1825-150 mln ton,
Krakatau-1883-18 mln ton, Katmai-1912-20 mln ton) i gazy: SO

2

(Pinatubo-1997-20 mln ton), CO, CO

2,

H

2

S, HF),

organiczne (mikroby, pyłki i zarodniki roślin)

pochodzenie

emisja zmienna

emisja stała

zmienność w czasie

emisja zorganizowana (kominy = emitory)

sposób wprowadzenia
do atmosfery

antropogeniczne

atmosfera

2

emisja zanieczyszczeń z terenu Polski 1

3

emisja zanieczyszczeń z terenu Polski 2

struktura emisji

SO

2

NO

2

energetyka

energetyka

transport

transport

inne
procesy

inne
procesy

krajowy pułap emisji (wg EU)

1,4 mln ton SO

2

0,9 mln ton NO

2

0

1

2

3

1

9

9

5

1

9

9

7

1

9

9

9

2

0

0

1

2

0

0

3

2

0

0

5

2

0

0

7

SO

2

pył

NO

x

emisja z terenu Polski

w mln t/rok

4

determinanty stanu zanieczyszczenia powietrza

∗

czynniki meteorologiczne

∗

prędkość i zmienność kierunku wiatru

∗

pionowy gradient temperatury

∗

warunki topograficzne

∗

ukształtowanie terenu

∗

rodzaj pokrycia terenu

∗

parametry emitora

∗

rodzaj i ilość emitowanych zanieczyszczeń

∗

wysokość emitora

5

czynniki meteorologiczne – prędkość i zmienność kierunku wiatru

róża wiatrów

smuga zanieczyszczeń

średnioroczna

średniodobowa

chwilowa

stężenie zanieczyszczeń

średnioroczne

średniodobowe

chwilowe

- 30

0

0

0

30

0

- 30

0

0

0

30

0

- 30

0

0

0

30

0

- 30

0

0

0

30

0

c

z

ę

s

to

tl

iw
o

ś

ć

w
%

odchylenie od zasadniczego kierunku

typ I

typ II

typ III

typ IV

m

a

a

h

h

h

u

u













====

h

a

=14 m

m=0,08 – 0,44

m-stała
meteorologiczna

6

czynniki meteorologiczne – pionowy gradient temperatury 1

pionowy gradient temperatury

ΓΓΓΓ

wyraża stosunek zmiany temperatury

powietrza dT do wartości przemieszczenia dz cząstki w kierunku
pionowym

∗

gdzie: g – przyspieszenie ziemskie,

c

p

– ciepło właściwe powietrza suchego przy stałym ciśnieniu

p

c

g

dz

dT

-

====

====

ΓΓΓΓ

T

1

Z

2 3

4

gradient temperatury

= 1

0

C/100 m

2. adiabatyczny

> 1

0

C/100 m

1. superadiabatyczny

< 0

4. inwersja

~ 0,6

0

C/100 m

3. przeciętny

7

czynniki meteorologiczne – pionowy gradient temperatury 2

warstwa inwersyjna

Z

T

Stan idealnej
równowagi
atmosferycznej.

Nie występują
pionowe ruchy
mas powietrza.

Stan chwiejnej
równowagi
atmosferycznej.

Intensywne
pionowe ruchy
mas powietrza.

inwersja -
wzrost
temperatury
z wysokością

Dążenie układu
do osiągnięcia
idealnej
równowagi
atmosferycznej

gradient

superadiabatyczny

gradient

adiabatyczny

gradient

przeciętny

8

warunki topograficzne

wpływ bezpośredni ukształtowania terenu

wywoływanie lokalnych zmian kierunku i prędkości wiatru oraz

zawirowań spowodowanych gwałtownymi zmianami ukształtowania
terenu (głębokie wąwozy, góry)

pojawienie się nieuporządkowanych ruchów wstępujących i

zstępujących mas powietrza na skutek nierównomiernego
nagrzewania się zboczy

wpływ pośredni ukształtowania terenu

na skutek utrudnionego swobodnego przepływu mas powietrza (np. w
kotlinach) występuje utrudnione mieszanie gorących spalin z zimnym
powietrzem, co zmienia warunki termiczne (ogrzewanie) i prowadzi do
inwersji, której skutkiem bywa wzrost stężenia zanieczyszczeń w
powietrzu

wpływ rodzaju pokrycia terenu

roślinność absorbuje zanieczyszczenia powietrza (nawet trawa, choć
oczywiście bardziej korzystny jest gęsty, wysoki drzewostan)
zmniejszając ich stężenie w przemieszczających się masach powietrza

9

emitor

cel nadrzędny

zachowanie standardów jako

ś

ci

powietrza atmosferycznego

standardy imisji

to

dopuszczalne warto

ś

ci st

ęż

enia substancji

zanieczyszczaj

ą

cych w powietrzu

atmosferycznym

najwyższe ze stężeń maksymalnych

nie może przekraczać

wartości dopuszczalnej

S

max

≤≤≤≤

S

dop

S

max

↓↓↓↓

⇔

⇔

⇔

⇔

H

↑↑↑↑

i/lubE

↓↓↓↓

wysokie kominy

– problem transgranicznego

przemieszczania się

zanieczyszczeń w atmosferze

Protokół siarkowy I i II,

Protokół azotowy

(lata 80-te)

zobowiązania krajów EWG do

ograniczenia emisji E

E – strumień masy emitowanego zanieczyszczenia
H – wysokość pozornego punktu emisji,
H = h + h

d

+ h

t

h –wysokość geometryczna komina,
h

d

–wyniesienie dynamiczne,

h

t

– wyniesienie termiczne

m – stała meteorologiczna, m = 1,7 – 2,4













≈≈≈≈

m

max

H

E

f

S

10

standardy jakości powietrza 1

Dziennik Ustaw Nr 47 poz. 281 z dnia 3 marca 2008 r. - rozporządzenie Ministra Środowiska
w sprawie poziomów niektórych substancji w powietrzu

Dopuszczalny poziom substancji zanieczyszczającej w powietrzu

35 x

3 x

24 x

18 x

częstość
przekroczeń
w roku

uzdrowiska

teren kraju ogólnie

rodzaj substancji

50

24 godz.

50

24 godz.

125

24 godz.

125

24 godz.

35

rok

40

rok

rok

rok

rok

8 godz.

1 godz.

1 godz.

okres
uśredniania

0,5

5

40

10 000

350

200

stężenie

µµµµ

g/m

3

rok

rok

rok

8 godz.

1 godz.

1 godz.

okres
uśredniania

350

dwutlenek
siarki

200

dwutlenek
azotu

stężenie

µµµµ

g/m

3

40

pył zawieszony
PM10

5 000

tlenek węgla

4

benzen

0,5

ołów

11

standardy jakości powietrza 2

Dziennik Ustaw Nr 47 poz. 281 z dnia 3 marca 2008 r. - rozporządzenie Ministra Środowiska
w sprawie poziomów niektórych substancji w powietrzu

Alarmowe poziomy stężenia substancji zanieczyszczającej

500

µµµµ

g/m

3

1 godz.

dwutlenek siarki

Obowiązek

informowania

mieszkańców

o zagrożeniu

400

µµµµ

g/m

3

1 godz.

dwutlenek azotu

200

µµµµ

g/m

3

24 godz.

pył zawieszony PM10

240

µµµµ

g/m

3

1 godz.

ozon

2010

120

µµµµ

g/m

3

8 godz.

ozon

2013

20 ng/m

3

rok

nikiel

2013

1 ng/m

3

rok

benzo-a-piren

Dopuszczalny poziom stężenia substancji zanieczyszczającej

w powietrzu i terminy osiągnięcia

rok

rok

okres

uśredniania

2013

2013

termin

5 ng/m

3

6 ng/m

3

stężenie

kadm

arsen

rodzaj substancji

12

emitory na terenie zakładów szczególnie uciążliwych dla

środowiska

2007 rok

zmiany w latach 1996 - 2006

~ 0

- 29 %

- 22 %

ilość

emitorów

-75 %

- 78 %

- 66 %

emisja

pyłów

+ 27 %

≤≤≤≤

50 m

emisja gazów

(bez CO

2

)

wysokość

emitora

+ 7 %

≥≥≥≥

100 m

- 19 %

51-99 m

13

transgraniczne przemieszczanie się zanieczyszczeń

11 % z Polski

15 % z Niemiec

Szwecja

93 %

18 % niewiadomego pochodzenia

8 % z Węgier

4 % z Ukrainy

4 % ze Słowacji

17 % z Czech

33 % z Niemiec

Polska

53 %

7 % z Francji

28 % z Czech

15 % z Polski

Niemcy

46 %

25 % niewiadomego pochodzenia

35 % niewiadomego pochodzenia

25 % niewiadomego pochodzenia

import SO

2

(dane za rok 1996)

Turcja 87 %

w połowie lat 90. sporządzono listę 100 zakładów w Europie

emitujących najwięcej SO

2

93 % stanowiły elektrownie

(m.in. Bełchatów, Turów, Adamów, Kozienice, Rybnik)

14

główne kierunki ograniczenia emisji substancji

zanieczyszczających do atmosfery

1. oszczędzanie energii – najczystszą dla środowiska energią jest ta,

której się nie zużywa

1.1. zmniejszenie energochłonności technologii produkcyjnych oraz

urządzeń będących wytworem tych technologii

1.2. recykling – surowce wtórne i regeneracja

2. zmiana struktury nośników energii pierwotnej

3. uszlachetnianie węgla

4. wzrost sprawności produkcji energii elektrycznej i cieplnej

5. redukcja zanieczyszczeń w gazach odlotowych wprowadzanych do

atmosfery

5.1. odpylanie
5.2. desulfuryzacja (odsiarczanie)
5.3. denitryfikacja (odazotowanie)

Od 2013 roku tylko energooszczędne żarówki- w skali świata oświetlenie to 20 % energii, gospodarstwa domowe 8 %

15

oszczędzanie energii - energochłonność

Zmniejszenie energochłonności

w latach 1993-2006

UE Polska Bułgaria

12,5 % 63 % 32 %

0

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

2250

2500

1

9

9

0

1

9

9

2

1

9

9

4

1

9

9

6

1

9

9

8

2

0

0

0

2

0

0

2

2

0

0

4

2

0

0

6

2

0

0

8

2

0

1

0

UE

Polska

Bułgaria

Energochłonność gospodarki

w kg ropy naftowej na 1000 EUR PKB

Wielka Brytania

–

sprzęt elektryczny pozostawiony w stanie
czuwania (funkcja „stand-by”)

zużywa energię 7 TWh/rok ,

co oznacza spalenie 800 tys. ton węgla ,
emisję 3,5 mln ton CO

2

,

koszt energii 1,5 mld EUR

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1

9

7

2

1

9

7

4

1

9

7

6

1

9

7

8

1

9

8

0

1

9

8

2

1

9

8

4

1

9

8

6

1

9

8

8

je

d

n

o

s

tk

i

z

u

ż

y

c

ia

e

n

e

rg

ii

e

le

k

tr

y

c

z

n

e

j

w

1

9

7

3

r

.

=

1

0

0

chłodziarki

klimatyzacja

TV-kolor

16

oszcz

ę

dzanie energii – recykling / surowce wtórne i regeneracja 1

począwszy od połowy lat 70. koszty napraw
zaczęły przewyższać koszt nowego wyrobu

0

1

2

3

4

5

6

1

9

4

0

1

9

5

0

1

9

6

0

1

9

7

0

1

9

8

0

1

9

9

0

2

0

0

0

2

0

1

0

koszty

produkcji

naprawy

odtwarzania

koszty

produkcji

naprawy

odtwarzania

zmiana kosztów wskutek

projektowania nastawionego

na recykling i stosowanie

technologii regeneracji

wyrobów

17

oszcz

ę

dzanie energii – recykling / surowce wtórne i regeneracja 2

18

struktura nośników energii pierwotnej 1

37%

18%

6%

15%

24%

60%

5%

13%

23%

w

ę

giel

ropa

gaz

ziemny

odnawialna

inne 0,6 %

Polska 2006

UE-25

w

ę

giel

ropa

gaz

ziemny

j

ą

drowa

odnawialna

inne 0,2 %

19

struktura nośników energii pierwotnej 2

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1

9

9

4

1

9

9

6

1

9

9

8

2

0

0

0

2

0

0

2

2

0

0

4

2

0

0

6

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1

9

9

4

1

9

9

6

1

9

9

8

2

0

0

0

2

0

0

2

2

0

0

4

2

0

0

6

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1

9

9

4

1

9

9

6

1

9

9

8

2

0

0

0

2

0

0

2

2

0

0

4

2

0

0

6

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1

9

9

4

1

9

9

6

1

9

9

8

2

0

0

0

2

0

0

2

2

0

0

4

2

0

0

6

biomasa i odpady

geotermalna

wodna

wiatrowa

Udział Polski w produkcji energii odnawialnej

w Unii Europejskiej w % (udział ludności około 8,5 %)

20

uszlachetnianie węgla– zawartość siarki i popiołu

metody fizyczne

usuwanie 30-50 % siarki pirytowej oraz do 60 % substancji mineralnej
(popiołu)

Wykorzystuje się:

różnicę gęstości – separacja grawitacyjna
własności powierzchniowe (np. zwilżalność) węgla – flotacja

Konwersja siarki organicznej zawartej w węglu do siarki elementarnej lub
związków siarki, które mogą być następnie usunięte ze struktury węgla. Wadą
tych metod jest ich wysoki koszt oraz emisja H

2

S lub SO

2

do atmosfery.

metody chemiczne

usuwanie do 90 % siarki pirytowej i organicznej oraz 90-99 % substancji
mineralnej (popiołu)

Wykorzystuje się bakterie beztlenowe i tlenowe, grzyby lub enzymy, które
trawią siarkę.

metody biologiczne

usuwanie siarki całkowitej (pirytowej, organicznej i siarczanowej).

21

sprawno

ś

ci produkcji energii elektrycznej i cieplnej

sprawność netto wytwarzania energii elektrycznej w Polsce

1990 1995 2000

2003 rok

32,3 % 34,9 % 35,6 % 36,4 %

1. bloki klasyczne
2. bloki kondensacyjne

(ciśnienia nadkrytyczne)

3. układy parowo-gazowe ze

zgazowaniem węgla

4. układy parowo-gazowe

(gaz ziemny)

5. obieg WET-NET
6. ogniwa paliwowe

35

40

45

50

55

60

65

1

9

7

0

1

9

8

0

1

9

9

0

2

0

0

0

2

0

1

0

s

p

ra

w

n

o

ś

ć

n

e

tt

o

p

ro

d

u

k

c

ji

e

n

e

rg

ii

e

le

k

tr

y

c

z

n

e

j,

%

1

3

2

4

5

6

22

odpylanie gazów – proces rozdziału fazy stałej i gazowej w polu

sił zewnętrznych

gaz

pył

F

g

a)

gaz

F

E

d)

pył

gaz

pył

c)

a) komory osadcze

– odpylacze grawitacyjne

Najprostszą, ale najmniej skuteczną metodą
rozdziału faz jest wykorzystanie siły ciężkości F

g

przy poziomym przepływie gazu.
Ziarna pyłu mają oczywiście większą masę niż
molekuły gazu i odpadają od strugi gazu.

b) cyklony

(1864) – odpylacze odśrodkowe

Zakrzywienie trajektorii ruchu gazu, powoduje
pojawienie się siły odśrodkowej F

o

, która również ze

względu na różnicę mas cząstek fazy stałej i fazy
gazowej będzie oddziaływać głównie na ziarna pyłu.

c) filtry tkaninowe

(XIX w.) – odpylacze

filtracyjne

Można również na drodze przepływu zapylonego
gazu ustawić porowatą, przepuszczalną dla gazu,
przeszkodę – strukturę filtracyjną, w której osadzają
się ziarna pyłu

d) elektrofiltry

(1904) – odpylacze

elektrostatyczne

Obdarzenie ziarna pyłu ładunkiem elektrycznym
sprawi, że pod wpływem siły elektrycznej F

E

będzie

ono „wędrować” w kierunku elektrody o przeciwnej
biegunowości.

pył

b)

F

o

gaz

23

odsiarczanie gazów – proces wiązania tlenków siarki w solach

(zanieczyszczenie gazowe

 odpad stały)

metody mokre

SO

2

+H

2

O+CaCO

3

+½ O

2

→

→

→

→

CaSO

4

+H

2

O+CO

2

zawiesina alkalicznego sorbentu wapniowego

 reaktor  podgrzew spalin przed

kominem z ok. 60

0

C do 85 -100

0

C

skuteczność odsiarczania > 90 %

przy nadmiarze sorbentu Ca/S = 1,0 - 1,3

sorbent w postaci wodnej zawiesiny np. Ca(OH)

2

lub wodnego roztworu NH

3



reaktor

 urządzenie odpylające gazy poreakcyjne

skuteczność odsiarczania 60 – 90 %

przy nadmiarze sorbentu Ca/S = 1,5 – 2,0

metody półsuche

Ca(OH)

2

+SO

2

+ ½ O

2

→

→

→

→

CaSO

4

+2 H

2

O

sorbent w postaci wodnej zawiesiny np. Ca(OH)

2

lub wodnego roztworu NH

3



reaktor

 urządzenie odpylające gazy poreakcyjne

skuteczność odsiarczania 30 – 60 %

przy nadmiarze sorbentu Ca/S = 2 - 4

metody półsuche

2 CaO+2 SO

2

+ O

2

→

→

→

→

2 CaSO

4

24

denitryfikacja – ograniczenie ilości NO

x

powstających w

procesie spalania i/lub ich konwersja do NO

2

metody wtórne

(konwersja NO

x

do N

2

)

polegające na wprowadzania amoniaku lub jego związków (mocznika) do:

 komory paleniskowej w strefie odpowiednio wysokich temperatur

(967

±±±±

50

0

C) (SNCR –selektywna redukcja niekatalityczna),

 poza paleniskiem do reaktora katalitycznego (katalizatory: tlenek tytanu,

wanad lub wolfram), proces zachodzi w temperaturze 280 – 400

0

C

(SCR-selektywna redukcja katalityczna)

metody pierwotne

(ograniczenie możliwości powstawania NO

x

)

polegające na odpowiedniej organizacji procesu spalania:



konstrukcje palników pyłowych zapewniających dobry kontakt paliwa z O

2,

 spalanie przy możliwie niskim nadmiarze powietrza,
 spalanie dwustopniowe (niedomiar a następnie nadmiar powietrza),
 reburning (w fazie drugiej wprowadzanie dodatkowego paliwa),
 oxy fuel (wzbogacanie powietrza wprowadzanego do spalania w O

2

)

25

emisja zanieczyszczeń z procesów spalania paliw dla celów

produkcji energii elektrycznej i cieplnej w Polsce

0

50

100

150

200

250

1

9

9

6

1

9

9

8

2

0

0

0

2

0

0

2

2

0

0

4

2

0

0

6

emisja pyłu w

k

t/a

całkowita

produkcja

energii

elektrycznej

produkcja

pary i

gorącej wody

0

250

500

750

1000

1250

1500

1

9

9

6

1

9

9

8

2

0

0

0

2

0

0

2

2

0

0

4

2

0

0

6

emisja SO

2

w

k

t/a

całkowita

produkcja

energii

elektrycznej

produkcja

pary i

gorącej wody

26

udział Polski w emisji SO

2 i

NO

2

z wykorzystania energii w

ogólnym bilansie dla UE-25

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

1

9

9

4

1

9

9

6

1

9

9

8

2

0

0

0

2

0

0

2

2

0

0

4

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1

9

9

4

1

9

9

6

1

9

9

8

2

0

0

0

2

0

0

2

2

0

0

4

udział w emisji NO

2

w %

udział ludno

ś

ci Polski w ludno

ś

ci UE-25 w latach 1995-2005 – około 8,5 %

udział w emisji SO

2

w %

27

hydrosfera – wiadomości ogólne, zasoby wody

0,00005 %

Organizmy żywe (udział

97 %

Morza i oceany

WODY S

Ł

ODKIE 2, 5 % (75 % LODOWCE)

0,001 %

Atmosfera

0,007 %

Jeziora słone

0,580 %

Wody podziemne

0,005 %

Wody glebowe

2,115 %

Lodowce górskie i lądolody

OGÓLNE ZASOBY WODY ok. 1,5 mld km

3

0,009 %

Jeziora słodkie i rzeki

ASTENOSFERA

(ze względu na bardzo wysokie temperatury woda

nie może istnieć jako związek chemiczny nawet w formie związanej
z minerałami)

LITOSFERA

HYDROSFERA

TROPOSFERA

STRATOSFERA

(warstwa izotermiczna o temperaturze – 55

0

C,

gdzie utrudniona jest cyrkulacja)

wody powierzchniowe – 70 % powierzchni ziemi

28

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

39 % - opad bezpośredni i spływ

powierzchniowy: cieki wodne, morza i oceany

retencja (37 %)

warstwa wodonośna (11 %)

wody głębinowe

cieki wodne, morza i oceany

29

wykorzystanie wody

W żywych komórkach roślinnych i zwierzęcych zawartość wody
dochodzi do 90 %

(organizmy, które jej nie pobierają np. mole produkują ją metabolicznie)

W skali globalnej dla celów gospodarki komunalnej i przemysłu

codziennie

:

∗∗∗∗

pobiera się 310 km

3

wody słodkiej,

∗∗∗∗

zużywa bezpowrotnie 85 km

3

,

∗∗∗∗

wyrzuca w postaci ścieków 225 km

3

,

∗∗∗∗

które zanieczyszczają 4680 km

3

zasobów wody słodkiej.

Zważywszy, że :

∗∗∗∗

całkowity opad deszczu na lądy wynosi 180 000 km

3

/rok,

∗∗∗∗

odpływ -

37 000 km

3

/rok,

∗∗∗∗

transpiracja -

71 000 km

3

/rok,

zasoby czystej wody słodkiej wynoszą

72 000 km

3

/rok

(200 km

3

/dzień)

.

30

opady i odpływy w Polsce w latach 1975 - 2007

Różnica pomiędzy opadem a odpływem to dyspozycyjny zasób wody

31

pobór wody na potrzeby gospodarki narodowej i

ludności w Polsce w latach 1965-2007

57,3

15,4

38,6

59,7

63,5

0

10

20

30

40

50

60

70

FR

A

N

C

JA

K

AN

AD

A

U

S

A

FI

N

LA

N

D

IA

P

O

LS

KA

u

d

z

ia

ł

p

o

b

o

ru

w

o

d

y

w

p

ro

d

u

k

c

ji

e

n

e

rg

ii

e

le

k

tr

.y

c

z

n

e

j,

%

32

struktura zużycia wody względem źródeł poboru w

1980

roku i

2007

roku

roczny pobór wód

14,1 km

3

11,4 km

3

wody powierzchniowe

11,9 km

3

9,7 km

3

wody podziemne

1,9 km

3

1,6 km

3

do nawadniania

1,3 km

3

1,1 km

3

do produkcji

10,1 km

3

8,2 km

3

na cele komunalne

2,7 km

3

2,1 km

3

1,3 km

3

1,1 km

3

9,2 km

3

7,9 km

3

1,4 km

3

0,7 km

3

0,6 km

3

0,2 km

3

1,3 km

3

1,4 km

3

wody z odwadniania

0,3 km

3

0,1 km

3

33

źródła i mechanizmy degradacji wód

izolacja akwenów od dostępu tlenu
toksyczność

chemia i petrochemia
transport

oleje i polimery

zaburzenia ekosystemów wodnych

energetyka

podgrzewanie wód

mineralizacja wody

kopalnictwo

sole mineralne

człowiek

ścieki komunalne

rolnictwo

ścieki przemysłowe
opad pyłów

ścieki komunalne

NO

x

z atmosfery

ścieki organiczne i mineralne

rolnictwo
nawozy sztuczne
ścieki komunalne

źródło pochodzenia

epidemie cholery, tyfusu, choroby
pasożytnicze przewodu
pokarmowego

wirusy i bakterie

zaburzenia ekosystemu

turystyka i rekreacja

zaburzenia ekosystemów wodnych
toksyczność

pestycydy

działanie kancerogenne
zaburzenia metabolizmu

metale ciężkie

izolacja akwenów od dostępu tlenu
działanie kancerogenne

detergenty

azotany, azotyny

eutrofizacja
zaburzenia metabolizmu ludzi i
zwierząt

fosforany

skutki

czynniki

34

fosforany, azotany azotyny – substancje biogeniczne

eutrofizacja

nadmiar nawozu azotowego

azotany w wodzie pitnej

azotyny w organizmie

hemoglobina







 methemoglobina

niedotlenienie organizmu

śmierć

zmiany metabolizmu

nadmiar substancji pokarmowych

rozwój

fitoplanktonu

(szybki

metabolizm) –

zakwity wód

rozwój

zooplanktonu

gwałtowny przyrost odpadu

organicznego

rozkład materii organicznej –

pobór tlenu i wytwarzanie

dwutlenku węgla, siarkowodoru

martwe strefy zwane azoicznymi

(pozbawione organizmów żywych)

35

ładunki zanieczyszczeń wprowadzone do Bałtyku z dorzecza

Wisły, Odry i rzek przymorza w latach 1990-2007

Bałtyk

372 tys. km

2

wymiana wód

w cyklu 30. letnim

spływ wód z 1 640

km

2

zamieszkałych

przez 140 mln ludzi

ponad 20 % dna

Bałtyku to strefy

azoiczne

Polska odpowiada za

ok. 10 % odpływu

azotu i ok. 25 %

odpływu fosforu

Proces eutrofizacji – szczególnie intensywny w akwenach wodnych o słabej
wymianie wód: stawy, jeziora, niektóre morza i zatoki.

Zatoka Meksykańska – ujście Missisipi (dorzecze obejmuje 48 % obszaru USA)
580 km

3

– w okresie 50 lat ilość azotu x 3, ilość fosforu x 2

36

ładunki zanieczyszczeń wprowadzone do Bałtyku z dorzecza

Wisły, Odry i rzek przymorza w latach 1990-2007

Biologiczne zużycie tlenu (BZT

5

)

jest to ilość tlenu zużyta w ciągu 5 dni w

procesie biologicznego utleniania substancji (głownie organicznych) zawartych w
wodach i ściekach przy użyciu żywych bakterii i enzymów pozakomórkowych

Zawiesiny w wodach i ściekach

to nierozpuszczalne, zawieszone substancje i

materiały o różnym stopniu rozdrobnienia.

37

detergenty

∗

należą do grupy środków powierzchniowo czynnych

∗

jako związki rozpuszczalne w wodzie mogą infiltrować do wód

podziemnych (studnie w pobliżu zanieczyszczonych rzek –
stężenie 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 powyżej 2 m
poniżej śluz na rzekach)

∗∗∗∗

detergenty miękkie (ulegające biodegradacji)

38

metale ciężkie

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 żyjących 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

39

ładunki zanieczyszczeń wprowadzone do Bałtyku z dorzecza

Wisły, Odry i rzek przymorza w latach 1990-2007

40

pestycydy 1

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 może 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
stężeń.

41

pestycydy 2

Na świecie, co roku około 2 miliony osób ulega zatruciu pestycydami,

a 40 000 z nich umiera. Związki te mogą powodować nowotwory, wady
rozwojowe płodu, poronienia i uszkodzenia wielu organów.

Ponad 200 syntetycznych pestycydów:

bakteriocydy – środki bakteriobójcze
insektycydy - środki owadobójcze
fungicydy – środki grzybobójcze
herbicydy – środki chwastobójcze
rodentycydy – do zwalczania gryzoni
defolianty – środki powodujące

opadanie liści z drzew

0

2

4

6

8

10

12

14

1

9

7

0

1

9

7

5

1

9

8

0

1

9

8

5

1

9

9

0

1

9

9

5

2

0

0

0

S

u

b

s

ta

n

c

ja

a

k

ty

w

n

a

m

ln

t

o

n

W Niemczech zużywa się 10 kg/ha pestycydów, w Polsce ok. 1 kg/ha

42

pestycydy 3

Międzynarodowa organizacja obrońców przyrody World Wide Fund for
Nature (WWF) zidentyfikowała 10 toksycznych "hot spots" na całym
świecie, które z uwagi na swoje rozmiary mają charakter globalny.

Jeden z nich znajduje się na wybrzeżach Pacyfiku, Kanady i Stanów
Zjednoczonych. Zagrożone są orki i wieloryby. W ich ciałach naukowcy
znaleźli wysoki poziom PCBs - polichlorowanych bifenyli, którymi skażone
są wody oceanu.

W Etiopii 250 miejsc skażonych "wysypiskami" zawierających ponad 1500
ton przeterminowanych pestycydów. Zawierają HCB używane do zabijania
pasożytów zbożowych oraz DDT i dieldrin - substancje toksyczne dla ryb,
zwierząt wodnych, szczególnie dla żab.

Problematyczny może okazać się zakaz stosowania DDT w Afryce, gdzie
używany jest do zwalczania komara widliszka roznoszącego malarię.
Piretroidy, wynalezione w latach 70., które zastąpiły DDT w wielu krajach
- dziś, po latach okazały się niewiele mniej niebezpieczne.

Eksperci z Politechniki Wrocławskiej szacują się, że ok. 200-300 tys.
różnych urządzeń elektroenergetycznych napełnionych jest
polichlorowanymi bifenylami. Tylko w kondensatorach - pracujących i
wycofanych z eksploatacji - znajduje się ok. 1400 ton PCBs, które powinny
być utylizowane. Mamy też mogielniki, w tym 1/3 to są doły ziemne, bez
jakichkolwiek zabezpieczeń

43

oleje i polimery

1,4

0,4

Bałtyk (600 plam ropy rocznie)

6,9

4

Morze Północne

4,9

4

Morze Śródziemne

3

1,2

mln ton/rok

12,5

Zatoka Meksykańska

0,8

Zatoka Meksykańska

t/km

2

rocznie

akwen

1 – 3 % przewożonego ładunku ropy wprowadza się do wód morskich
podczas płukania zbiorniskowców (10 – 30 mln ton ropy rocznie)

1 tona ropy może pokryć 10 km

2

powierzchni. Ropa ulega bowiem

zemuglowaniu, w związku z czym zajmuje dużą powierzchnię jako cienka
(kilka

µµµµ

m) 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, że ulega biodegradacji. Nowsze badania
wskazują jednak na gromadzenie się jej na dnie.

44

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

••••

przedłużenie okresu mineralizacji zanieczyszczeń nieorganicznych

45

sole mineralne 1

Około 11 mld m

3

rocznie z kopalń.

W wodach tych zawarte jest ok. 7 tys. ton soli (głównie chlorki i
siarczany).

46

sole mineralne 2

Około 11 mld m

3

rocznie z kopalń.

W wodach tych zawarte jest ok. 7 tys. ton soli (głównie chlorki i
siarczany).

Ze względu na zawartość jonów chlorków i siarczanów rozróżnia 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 podwyższonej

mineralizacji, przydatna do celów przemysłowych

III – zawartość jonów 1 800 – 42 000 mg/l – uciążliwe ścieki, zasadniczo

nieprzydatne do wykorzystania,

IV – zawartość jonów powyżej 42 000 – solanka nadająca się do utylizacji

na sól kuchenną i do produkcji surowców chemicznych

Do wykorzystania nadaje się około 60 % odpompowanych wód.
Wykorzystuje się około 20 %. Problemem jest separacja wód słabo
i silnie zmineralizowanych.

Metoda hydrotechniczna:

mechaniczne oczyszczenie







 zbiorniki

retencyjne







zrzut do rzek

Proces termicznej krystalizacji







 woda do celów spożywczych i sól

kamienna oraz ługi pokrystalizacyjne (związki jodu, magnezu, potasu,
sodu i bromu)

47

kategorie wód powierzchniowych

Rozporz

ą

dzenie Ministra

Ś

rodowiska 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 spożycia:



kategoria A1

– wody najczystsze wymagające prostego

uzdatniania fizycznego (filtracji i dezynfekcji),



kategoria A2

– wody gorszej jakości wymagające wielostopnio-

wego uzdatniania fizycznego i chemicznego,



kategoria A3

– wody najbardziej zanieczyszczone wymagające

wysokosprawnego uzdatniania fizycznego i chemicznego

Wody podziemne



wody gruntowe

zasilane bezpośrednio opadami atmosferycznymi,

silnie narażone na oddziaływanie czynników
antropogenicznych



wody wgłębne

–

zalegające pod nieprzepuszczalnymi utworami

geologicznymi i posiadają dobrą lub średnią izolację
przed wpływem zanieczyszczeń.

48

klasyfikacja jakości wód powierzchniowych

i podziemnych

Rozporz

ą

dzenie Ministra

Ś

rodowiska 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 spożycia

49

klasyfikacja jakości wód w rzekach w 2007 roku

2005 rok

1360 pkt. pomiar.

klasa I 1
klasa II 27
klasa III 522
klasa IV 560
klasa V 250

50

stan czystości jezior w Polsce w latach 1990-2006

51

stan czystości jezior w Polsce w 2006

52

ocena jakości wód powierzchniowych wykorzystywanych do

zaopatrzenia ludności w wodę przeznaczoną do spożycia w

2007 roku

2005 rok

143 pkt. pomiar.

kategoria A1 9
kategoria A2 46
kategoria A3 44
poza kateg. 44

53

ocena jakości wód powierzchniowych przeznaczonych do

bytowania ryb łososiowatych i karpiowatych w 2007 roku

54

samooczyszczanie środowiska wodnego 1

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 różną intensywnością.

Zasadnicze znaczenie dla procesu samooczyszczania ma zdolność
modyfikowania środowiska wodnego przez organizmy żywe

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

55

samooczyszczanie środowiska wodnego 2

1. rozcieńczanie zanieczyszczeń wodą odbiornika i mieszanie

 rozcieńczanie głównie w wodach płynących –skuteczność zależy od

mieszania (prędkość przepływu i cyrkulacja w przekroju
poprzecznym)

 mieszanie 





 lepsze natlenienie, dyfuzja z wody produktów

przemiany materii (CO

2

, N

2

), lepszy kontakt substratów z

komórkami mikroorganizmów

 w wodach stojących (jeziora lub stawy) ruch wody pod wpływem

zmian temperatury (różnice gęstości)

2. sedymentacja zawiesin

 głównie w zbiornikach zaporowych, rozlewiskach, zatokach
 nad osadami dennymi duży 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% N

2

,

siarkowodór)

 w razie nagłego przyboru wody niebezpieczeństwo wtórnego

zanieczyszczenia toni wodnej osadami dennymi co prowadzi do
zwiększenia deficytu tlenu

56

samooczyszczanie środowiska wodnego 3

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 ciężkie

 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 ciężkich)






 śmierć komórki

57

samooczyszczanie środowiska wodnego 4

5. wymiana substancji lotnych pomiędzy wodą a atmosferą

uwalnianie gazowych produktów przemiany materii i ich dyfuzja do
atmosfery ( CO

2

, N

2

,CH

4

) oraz równoważenie 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

58

oczyszczanie ścieków

Wysokoefektywne oczyszczanie chemiczne i
biologiczne umożliwiającą zwiększoną redukcję
azotu i fosforu

Mineralizacja przez drobnoustroje w środowisku
wodnym w sposób naturalny (np. rolnicze
wykorzystanie ścieków, zraszanie pól, stawy rybne)
lub w urządzeniach sztucznych (złoża biologiczne,
osad czynny) powoduje usunięcie związków
organicznych oraz biogennych

Wytrącanie niektórych związków rozpuszczalnych
lub ich neutralizacja metodami chemicznymi, takimi
jak np. koagulacja, sorpcja na węglu aktywnym

Usuwanie wyłącznie zanieczyszczeń
nierozpuszczalnych, tj. ciał stałych i tłuszczów
ulegających osadzaniu lub flotacji, przy użyciu krat,
sit, piaskowników, odtłuszczaczy

Podwyższone
usuwanie
biogenów

Oczyszczanie
biologiczne

Oczyszczanie
chemiczne

Oczyszczanie
mechaniczne

59

ścieki przemysłowe i komunalne wymagające

oczyszczenia odprowadzane do wód lub ziemi w

latach 1970-2007

60

stopień oczyszczenia ścieków komunalnych i

przemysłowych

61

litosfera

LITOSFERA

zewnętrzna warstwa kuli ziemskiej o grubości 80 - 150 km
wytrzymująca naprężenia rzędu 100 MPa.

Tworzą ją skały:

•

metamorficzne

•

krystaliczne

•

osadowe - główny substrat życia ekosystemów lądowych

SKAŁY OSADOWE – efekt przebiegających równocześnie zjawisk

•

erozji

∗

procesy fizyczne - piaski, gliny, łupki,

∗

procesy chemiczne – dolomity, gipsy,

∗

procesy biologiczne – węgiel, torf, rafy koralowe

•

sedymentacji poprzedzonej transportem rozdrobnionego

materiału najczęściej przez wodę, wiatr lub lodowiec
(charakterystyczne uporządkowanie – najgłębiej frakcje
najgrubsze lub najtrudniej rozpuszczalne)

62

czynniki glebotwórcze i ich funkcje

wietrzejące minerały są źródłem związków
mineralnych niezbędnych do rozwoju
roślinności

rodzaj podłoża

wraz ze stosunkami

wodnymi

••••

formuje strukturę gleby

•

steruje wieloma reakcjami wietrzenia

minerałów

•

dostarcza związków organicznych

świat organiczny

warunkuje przebieg wietrzenia i ługowania,
czyli wymywania najłatwiej rozpuszczalnych
soli, głównie wapnia i magnezu

klimat

Właściwości gleb i ich zdolności produkcyjne zależą od

układu czterech podstawowych elementów :

•

składu i stopnia przeobrażenia części mineralnej (45 %)

•

ilości i rodzaju materii organicznej (5 %)

•

zawartości wody glebowej (25 %),

•

zawartości powietrza glebowego (25 %).

1 g dobrej ziemi zawiera: 2 mld przetrwalników bakterii,
4 mln żywych bakterii, 50 tys. grzybów, glonów i pierwotniaków

63

czynniki degradujące glebę

Mechanizmy degradacji

•

erozja wodna

–

zmywanie cząstek glebowych z terenów wyżej

położonych na tereny niżej położone

•

erozja eoliczna

-

wywiewanie i transport przez wiatr cząstek

glebowych na inne obszary

•

przekształcenia

geotechniczne

–

niszczące

działania

w

zewnętrznej części litosfery

•

przekształcenia hydrologiczne

–

zmiany stosunków wodnych

prowadzące do przesuszenia lub zawodnienia

•

przekształcenia chemiczne

–

zmiana własności chemicznych,

fizycznych i biologicznych głównie na skutek działalności człowieka

Degradacja gleb prowadzi zawsze do zmniejszenia aktywności
biologicznej środowiska glebowego, co powoduje ograniczenie
produkcji biomasy, czyli utratę przydatności rolnej (pustynnienie).

Najstarsze cywilizacje świata powstały w żyznych dolinach Eufratu, Tygrysu i Nilu.
Nieużytki rolne zajmują obecnie: Irak – 50 %, Algeria – 80 %, Libia – 93 %

wytworzenie 2 – 3 cm gleby trwa 200 – 1000 lat

64

gleba -erozja wodna 1

Wg badań amerykańskich przy nachyleniu terenu 10

0

zmycie ok.18 cm warstwy

gleby w zależności od rodzaju pokrycia trwa:

puszcza pierwotna 575 000 lat
trwała darń

82 150 lat

uprawa polowa 110 lat
czarny ugór 18 lat

Sprzyjają jej:
•

nachylenie terenu,

•

mała retencyjność gleby (podłoże i rodzaj pokrycia)

Ilość gleby unoszonej wraz z rzekami do mórz i oceanów :

Huang-Ho

650 mln ton/rok (1934 rok – 1 450 mln ton)

Missisipi 500 mln ton/rok

Indus 440 mln ton/rok
Dunaj 100 mln ton/rok

Nil 20 - 70 mln ton/rok

Ren 36 mln ton/rok

65

gleba - erozja wodna 2

Większość gleb po 50 - 75 latach użytkowania rolniczego bez nawożenia
organicznego i ugorowania traci na skutek erozji wodnej 20 - 50 % humusu.

Zapobieganie:
•

tarasowanie stoków

•

orka i siew rzędowy

•

uprawy wstęgowe (przemiennie rośliny zielne i okopowe)

•

zalesianie lasem liściastym lub mieszanym

Wielkość spływu erozyjnego w Polsce - ok. 5 mln ton rocznie (10 ton/min).

66

gleba - erozja wodna/erozja eoliczna

Występowanie erozji
wodnej na powierzchni
Ziemi

kreskowanie w lewo –
obszary narażone na silną
erozji wodną,

kreskowanie w prawo –
obszary wylesione
narażone na erozję wodną

wg N. Hudsona, 1971

Występowanie erozji
eolicznej na powierzchni
Ziemi

67

gleba - erozja eoliczna 1

Sprzyjają jej:
•

płaski teren pozbawiony średniej i niskiej roślinności

•

uprawy monokulturowe zwłaszcza roślin okopowych

•

susza

Erozja eoliczna jest szczególnie intensywna w klimacie suchym i półsuchym, gdzie
występują wręcz klęski żywiołowe w postaci burz piaskowych. Skutki erozji eolicznej
obserwuje się zwłaszcza w pomiędzy północnym i południowym równoleżnikiem 40

0

.

Przeciwdziałania:
•

zmiana pól uprawnych na pastwiska przy równoczesnym
ograniczeniu liczebności stad,

•

uprawy pasmowe (wstęgowe),

•

rezygnacja z orki i wysiew w rżysku po zbiorze plonów,

•

zadrzewienie w postaci pasów wiatrochronnych.

68

gleba - erozja eoliczna 2

Przykłady:
1.

Ukraina – roślinność trawiasta

 uprawy polowe (płytka orka, ugorowanie i

uprawy wstęgowe)

 monokultura i ciężki sprzęt rolniczy  zniszczenie

czarnoziemu

 głód

2.

USA – koniec XIX – Wielka Pustynia Amerykańska

 Wielkie Równiny (sprzedaż

ziemi farmerom), 1934 rok – burze piaskowe: 20 mln ha zniszczenie całkowite,
na 60 mln ha nieopłacalna uprawa, 200 mln ha zniszczone całkowicie

 1935 r.-

utworzenie Służby Ochrony Gleb

3.

ZSRR – tereny zakaukazkie -rozległe obszary trawiaste i miliony ha pól
uprawnych regularnie ugorowanych, 1954-1960 akcja „na ugory” – setki tysięcy
osiedleńców zajęły pod uprawę 40 mln ha, wzrost produkcji o 40 %, ale już w
latach 1962-1965 całkowicie utracono dla produkcji rolnej 4 mln ha a 17 mln ha
uległo częściowej degradacji

69

zagospodarowanie powierzchni ziemi w Polsce 1

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1

9

3

5

1

9

4

0

1

9

4

5

1

9

5

0

1

9

5

5

1

9

6

0

1

9

6

5

1

9

7

0

1

9

7

5

1

9

8

0

1

9

8

5

1

9

9

0

1

9

9

5

2

0

0

0

2

0

0

5

2

0

1

0

wyrażony w % udział powierzchni zajmowanej

przez użytki rolne oraz lasy i zadrzewienia

w latach 1938 (w obecnych granicach) - 2007

lasy i zadrzewienia

użytki rolne

inne

W Polsce erozją

eoliczną

zagrożonych jest 27,6 % gruntów

użytkowanych rolniczo (silnie 1 %), natomiast erozją wodną 46 %
gruntów rolnych i leśnych (silnie 4,1 %).

70

zagospodarowanie powierzchni ziemi w Polsce 2

71

gleba - przekształcenia geotechniczne

tereny

bezglebowe

mechaniczne uszkodzenia pokrywy glebowej

występujące w postaci deformacji nieciągłych

• eksploatacja odkrywkowa surowców

(hałdy, zwałowiska, stawy osadowe)

• składowanie odpadów komunalnych i

przemysłowych

• budownictwo mieszkalne i przemysłowe
• infrastruktura transportowa (drogi,

lotnistwa, torowiska itp.)

szczeliny
progi
rowy
leje
zapadliska

Staw osadowy w KGHM „śelazny Most” ma powierzchnię 2 200 ha

72

gleba - przekształcenia hydrologiczne

przesuszenie (300 tys.ha)

polega na obniżeniu poziomu lustra

wód głębinowych

zawodnienie (100 tys.ha)

polega na podniesieniu poziomu

wody glebowo-gruntowej lub

zupełnym zatopieniu gleby

•

kopalnie odkrywkowe wymagają

odwodnienia całego eksploatowanego
obszaru przed przystąpieniem do
zdejmowaniem nadkładu







lej

depresyjny o wielokilometrowej
średnicy

• ujęcia i pobór wód głębinowych

• regulacja rzek czy niewłaściwie
przeprowadzone melioracje

infiltracja wody ze sztucznych
zbiorników wodnych
infiltracja wody ze zbiorników
materiałów poflotacyjnych

Rozwój Bełchatowskiego Okręgu Przemysłowego - zmiana stosunków wodnych na 120 tys.
ha. KWB Konin rocznie wypompowuje 80-120 mln m

3

wody.

Zanikające jeziora – Gopło w ciągu 235 lat obniżyło poziom wody o 320 cm, od połowy XIX
w. ze 132 jezior 103 obniżyło poziom, 34 – znikło, 11 wysychając podziliło się na dwie lub
więcej części

Pomysł na transport rurociągami do jezior wypompowywanych wód (górnictwo
odkrywkowe)

73

gleba - przekształcenia chemiczne

niewłaściwe nawodnienie

np. nawadnianie terenów pustynnych wodą odsalaną

 wzmożona transpiracja  zasolenie gleb

nieumiejętne nawożenie



zakwaszenie gleby (udział nawozów azotowych od 15 do 50 %)

 zmiany metabolizmu azotowego w roślinach
 wzrost populacji toksynotwórczych grzybów aktywnych biologicznie

i wytwarzających silnie rakotwórcze substancje

stosowanie pestycydów

– toksyny, często ze zdolnością do kumulacji

emisja zanieczyszczeń przemysłowych

kwaśne deszcze (NO

2

, SO

2

)

opad pyłu i zrzut ścieków zawierających metale ciężkie

siarka –zakwaszenie gleby, zubożenie o zawartość Ca i Mg
fluor – zubożanie gleby w Ca, K, N, Si
pyły wapiennicze i cementowe – alkalizacja gleb
metale ciężkie (Kd, Pb, Zn, Mn, Cu) – działanie toksyczne lub zubożanie gleby w Ca i Mg

awarie rurociągów ropy naftowej







 infiltracja zanieczyszczeń ze składowisk odpadów

74

gleba –kryteria degradacji

zakwaszenie lub alkalizacja

: gleby bardzo kwaśne pH< 4,5; gleby obojętne

pH = 6,6-7,2; gleby alkaliczne pH > 7,2

zasolenie:

negatywny wpływ przy koncentracji 0,3 % (3 g/l), kres aktywności

biologicznej 0,5 % (5 g/l)

zanieczyszczenie lub skażenie pestycydami

zanieczyszczenie lub skażenie biologiczne

– miano Coli

zawartość próchnicy

(20 cm warstwy akumulacyjnej

):

gleby słabo

gleby słabo zdegradowane 40-50 t/ha, grunty bezglebowe <10 t/ha

zniekształcenia struktury

przesuszenie lub zawilgocenie

1991 rok – grunty zdegradowane w dużym i bardzo dużym stopniu 0,5 % powierzchni

grunty zdegradowane w stopniu małym i średnim 2,2 % powierzchni
grunty zagrożone degradacją 12,7 % kraju

Łącznie 15,4 % kraju

75

główne kierunki ochrony gleb

1) feromony – wyłapywanie i niszczenie samców

(1979 rok –nagroda Nobla za syntezę chemiczną)

2) wykorzystanie naturalnego wroga – np. pasożyta szarańczy hoduje się w

ciałach kilku owadów, po czym zawiesinę z zarodnikami pasożyta rozpyla się
na resztkach roślinnych na polu; żerujące owady połykają pasożyta

Wdrażanie
biologicznych
metod ochrony
roślin -
biopreparaty

1) stosowanie płodozmianu : rośliny korzeniowe, rośliny kwiatowe, liściowe i
owocowo-nasienne,
2) wykorzystywanie w maksymalnym stopniu kompostu,
3) płytka orka, opt.12 cm, max 20 cm, wzruszanie dolnych warstw gleby
przeprowadza się przy pomocy kultywatora,
4) uwzględnienie faktu wzajemnego oddziaływania roślin

Rolnictwo
biodynamiczne

1) wdrażanie energooszczędnych technologii produkcyjnych,
2) stosowanie tzw. czystych paliw, poprawa efektywności spalania, redukcja

emisji zanieczyszczeń gazowych i pyłowych do atmosfery,

4) instalowanie biologicznych oczyszczalni ścieków,
5) właściwe zabezpieczenie składowisk odpadów

Ograniczenie
emisji
przemysłowych
zanieczyszczeń

1) rekultywacja przygotowawcza,
2) rekultywacja techniczna – uformowanie terenu, melioracja odkwaszenie
gleb itp.,
3) rekultywacja biologiczna – wysiewy i nasadzenia roślin

Zalesianie,

rekultywacja

zintegrowany system ochrony roślin: np. uprawy wcześniejsze dające plon
przed masowym pojawieniem się szkodników, kontrola ich liczebności,
właściwy wybór rodzaju oraz czasu stosowania i ilości pestycydów

Stosowanie
nawozów
i pestycydów
pod kontrolą

76

grunty zdewastowane i zdegradowane oraz ich

zagospodarowanie i rekultywacja

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1

9

9

0

1

9

9

5

2

0

0

0

2

0

0

5

2

0

1

0

ty

s

.h

a

powierzchnia gruntów zdewastowanych i zdegradowanych w tys.

ha oraz udział w % powierzchni zagospodarowanej i

zrekultywowanej w latach 1990 - 2007

0

2

4

6

8

10

1

9

9

0

1

9

9

5

2

0

0

0

2

0

0

5

2

0

1

0

%

77

operacje odzysku odpadów

 wykorzystanie jako paliwa

 rozprowadzanie na powierzchni ziemi w celu nawożenia lub

ulepszenia gleby

 recykling lub regeneracja substancji organicznych za

wyjątkiem rozpuszczalników (kompostowanie i inne
biologiczne procesy przekształcające)

 regeneracja lub odzyskiwanie rozpuszczalników

 regeneracja kwasów lub zasad

 recykling lub regeneracja metali i innych substancji

nieorganicznych

 powtórna rafinacja oleju lub inne sposoby jego ponownego

wykorzystania

78

operacje utylizacji odpadów

 składowanie na składowiskach odpadów obojętnych

 składowanie na składowiskach odpadów niebezpiecznych

 retencja powierzchniowa (np. umieszczanie odpadów na

poletkach osadowych lub lagunach

 obróbka w glebie (np. biodegradacja odpadów płynnych lub

szlamów)

 głębokie zatłaczanie (odpadów, które można pompować) lub

składowanie w pojemnikach w ziemi (np. w kopalni)

 termiczne przekształcanie odpadów

 obróbka fizyko-chemiczna lub/i biologiczna umożliwiająca

wykorzystanie którejś z metod unieszkodliwiana (np. obróbka
plazmą w celu zmniejszenia objętości do składowania)

79

postępowanie z odpadami wytworzonymi w latach

2000 – 2007

(za wyjątkiem odpadów komunalnych)

Odpady komunalne zebrane

rocznie około 10 mln ton (250 kg/mieszkańca)

80

postępowanie z odpadami niebezpiecznymi

wytworzonymi w latach 2000 – 2007

81

odzysk i recykling odpadów opakowaniowych i

poużytkowych w latach 2000 – 2007

82

wymagany i osiągnięty poziom odzysku i recyklingu

odpadów użytkowych i opakowaniowych w 2007 r.

83

postępowanie z osadami z komunalnych

oczyszczalni ścieków w 2007 roku

84

postępowanie z osadami z komunalnych

oczyszczalni ścieków w latach 2000-2007

85

postępowanie z osadami z przemysłowych

oczyszczalni ścieków w 2007 roku

86

postępowanie z osadami z przemysłowych

oczyszczalni ścieków w latach 2000-2007

87

odpady wytworzone w 2007 roku

(za wyjątkiem odpadów komunalnych)

ok. 16 % stanowią odpady związane produkcją energii cieplnej i elektrycznej

88

składowiska odpadów

stan na 31.12.2007

1,7 mld ton

odpadów przemysłowych

zalega na składowiskach,

które zajmują powierzchnię

9 300 ha

(w tym powierzchnia zrekultywowana stanowi niecałe

3 %)

import odpadów z krajów UE i EFTA w 2007 roku wyniósł 2,7 mln ton
(około 45 % z Czech), w tym około 4,5 % (Czechy) na podstawie
milczącej zgody (brak sprzeciwu w okresie 30 dni)

import odpadów z innych krajów (np.USA, Chile) w 2007 roku
wyniósł 0,3 mln ton (około 85 % z Ukrainy)

stan na 31.12.2007

czynne składowiska odpadów komunalnych

zajmują

powierzchnię

3 000 ha

,

zamknięte

300 ha

(w tym powierzchnia

zrekultywowana stanowi około

10 %)

89

charakterystyka składowisk odpadów paleniskowych

temperatury wyższe od otoczenia i duża ich amplituda: upalny dzień-45

0

C,

noc 10

0

C

Zwałowiska popiołów i żużli oddziaływują na wszystkie ekosystemy.
Powodują zanieczyszczanie wód gruntowych w zasięgu 100-300 m,
aczkolwiek w gruntach o większej przepuszczalności np. piaskach, żwirach,
zasięg ten może dochodzić do 1 km. Ze względu na przewagę frakcji pylistych
występują zjawiska tzw. wtórnego pylenia, powodującego rozprzestrzenianie
się pyłu wraz z powietrzem na znaczne nieraz odległości.

Charakterystyka
składowisk
popiołów

Właściwości odpadów paleniskowych zależą od:
- rodzaju spalanego węgla (kamienny, brunatny),
- zawartości niepalnej substancji mineralnej tzw. popiołu w węglu,
- technologii spalania,
- rodzaju transportu i składowania.

Ze spalania
- węgla kamiennego powstają głównie popioły krzemianowo-glinowe,
-węgla brunatnego powstają popioły siarczanowo-wapniowe i glinowe.
Popioły charakteryzują się :
- zazwyczaj zasadowym odczynem (do 13 pH ),
- wysokim zasoleniem (do 2 % w przeliczeniu na NaCl),
- dużą zawartością boru rozpuszczalnego w wodzie (do 100 ppm),
- ubóstwem podstawowych składników pokarmowych i mikroelementów,
- wysoką zdolnością do zatrzymywania wody (35-45 %).

Charakterystyka
popiołów

90

rekultywacja składowisk odpadów paleniskowych

Rekultywacja zwałowisk odpadów paleniskowych polega głównie na usunięciu
niebezpieczeństwa wtórnego pylenia.
W tym celu stosuje się odpowiednie środki techniczne i biologiczne:
1)

zraszanie wodą lub pulpą,

2)

pokrywanie środkami błonotwórczymi (np. emulsją olejowo-wodną w
stosunku 1:1),

3)

stosowanie mokrych metod rozładunku i składowania popiołów,

4)

pokrywanie powierzchni humusem i obsiewanie odpowiednimi gatunkami
roślin np. gorczycy białej w siewach wiosennych, rzepaku ozimego w
siewach letnich,

5)

stosowanie hydroobsiewu tzn. zraszanie mieszaniną wody, ścieków
komunalnych i nasion roślin,

6) stosowanie zabiegów agrotechnicznych,
7) zakładanie wokół składowisk pasów zieleni ochronnej.

Zwałowiska popiołowe mogą być wykorzystane do produkcji rolniczej roślin
paszowych i zbożowych. Wprowadzenie produkcyjnych gatunków drzew i
krzewów wydaje się problematyczne ze względu naturalną głęboką penetrację
korzeni tych roślin. W przypadku rekultywacji leśnej istotny wpływ na
przetrwanie i wzrost sadzonek ma zaprawianie dołów ziemią urodzajną
uzupełnioną nawożeniem mineralnym.

91

kryzys współczesnej cywilizacji - diagnoza

•

nadmierne tempo przyrostu
naturalnego

•

pustynnienie gleb –
wyczerpywanie się zasobów
żywności

•

wyczerpywanie się zasobów
surowcowych i
energetycznych

•

rosnąca dysproporcja
pomiędzy bogatą Północą i
biednym Południem

•

nasilające się problemy
społeczne – „erozja gatunku
ludzkiego”

•

degradacja środowiska
„naturalnego”

•

wzrastające zagrożenie
katastrofami ekologicznymi
(efekt cieplarniany,
ozonosfera)

1 – zasoby, 2 – ludność, 3 – żywność

na głowę, 4 – produkcja przemysłowa,

5 - zanieczyszczenia

92

kryzys współczesnej cywilizacji - przeciwdziałania

•

przyhamowanie tempa wzrostu demograficznego –

wg prognoz oczekiwane w II połowie XXI wieku

•

GMO – genetycznie modyfikowane organizmy – szansa
produkcji żywności w mało sprzyjających warunkach

•

recykling/surowce wtórne i regeneracja,
energooszczędne technologie, wzrost sprawności
konwersji energii, odnawialne źródła energii

•

Chiny, Indie, Meksyk – jako przykład krajów
charakteryzujących się bardzo wysoką dynamiką wzrostu
gospodarczego

•

nasilające się problemy społeczne – „erozja gatunku
ludzkiego”

•

zintegrowane systemy ochrony środowiska - zarządzanie
środowiskiem – współpraca międzynarodowa

•

efekt cieplarniany ? (zmiana stosunków społeczno-
politycznych);

ozonosfera – obserwowane symptomy

przyhamowania procesu destrukcji