Skażenia gleb i sedymentów

Gleba- pedosfera - zwietrzała warstwa skorupy ziemskiej ( do 2m miąszności) wraz z żyjącymi w niej mikroorganizmami, przemieszanymi z produktami ich rozkładu

Gleba warunkuje produkcję i rozkład biomasy oraz przepływ energii i obieg materii w ekosystemie.

Najczęściej występujące gleby mineralne składają się z:

• 45% substancji mineralnych

• 5% substancji organicznych - humus

• 25% wody

• 25% powietrza

Profil glebowy

Gleba zbudowana jest z warstw, tj. poziomów gleby, których następstwo od powierzchni ku dołowi nazywa się profilem glebowym. Typowy profil gleby składa się z:

• górnego poziomu próchnicznego (A),

• poziomu mineralno-próchnicznego (A₁)

• poziomu mineralnego (B),

• utworu macierzystego (C) - rozdrobniona skała , osady napływowe, lub eolityczne, materiały osuwiskowe

Degradacja gleb - proces prowadzący do spadku żyzności gleby wskutek

• erozji

• niewłaściwej uprawy

• niszczenia mechanicznego

• zbytniego przesuszenia lub nawodnienia

• skażenia chemicznego ( pestycydy, metale ciężkie i azotany,itp.)

Zapobieganie erozji ( proces niszczenia gleb przez wiatr lub wodę )

• zalesianie piaszczystych wzgórz

• tworzenie pasów wiatrochronnych

• niwelacja progów stokowych

• właściwa agrotechnika

• kształtowanie optymalnych stosunków wodnych

• rekultywacja gruntów zniszczonych

• stosowanie stabilizatorów glebowych - chem. środków przeciwerozyjnych

• eksploatacja kopalin z zachowaniem warunków ochrony powierzchni ziemi oraz wód powierzchniowych i podziemnych

Niewłaściwa uprawa gleb

• nieprawidłowe stosowanie zabiegów agrotechnicznych

• przewaga nawożenia mineralnego nad nawożeniem organicznym - zachwianie równowagi w glebie

• brak dostatecznego odkwaszenia - wapnowania gleb

• brak płodozmianu

• wadliwa melioracja

• ubijanie gleb zbyt ciężkim sprzętem

W skali globu co roku ulega pustynnieniu ok. 210tys.km² (2/3pow. Polski)

Skażenia gleby

Pochodzą m.in. ze

• stałych i ciekłych odpadów przem. i komunalnych,

• gazów i pyłów emitowanych z zakładów przem. (chem., petrochem., cementowni, hut, elektrowni itp.),

• gazów wydechowych silników spalinowych oraz

• z substancji stosowanych w rolnictwie (nawozy sztuczne, środki ochrony roślin).

Zanieczyszczenia mogą zmieniać

• właściwości fiz., chem. i mikrobiol. gleby obniżając jej urodzajność, zakłócając przebieg wegetacji roślin,

• niszczą walory ekol. i estet. szaty roślinnej, a także mogą powodować

• korozję fundamentów budynków i konstrukcji inżynierskich, np. rurociągów.

pH gleby - jeden z  podstawowych parametrów chem. gleby

wpływa on na

• kierunek procesów glebowych,

• wietrzenie skał macierzystych,

• mineralizację i humifikację szczątków org.,

• nitryfikację (utlenianie jonów amonowych do azotanów) i 

• denitryfikację (redukcję azotanów do amoniaku lub azotu) oraz

• rozwój organizmów żyjących stale lub przejściowo w glebie (edafonu) i 

• wzrost roślin, a także na

• stopień agresywności gruntu.

Zakwaszenie gleby jest wynikiem zachodzących w niej procesów

• rozkładu substancji org.,

• procesów życiowych roślin, których produktami są kwasy org. i nieorg.,

• procesów nitryfikacji oraz hydrolizy soli glinu i żelaza

• wzrost zakwaszenia powodują dodatkowo kwaśne opady, które wprowadzają do gleby jony siarczanowe, azotanowe, chlorkowe i  wodorowe, oraz inne

• zanieczyszczenia wymywane z atmosfery ( zanieczyszczenia powietrza).

Degradujące działanie kwaśnych opadów na podłoże oraz zwiększonego zakwaszenia gleby polega na

• rozkładzie minerałów pierwotnych i wtórnych,

• uwalnianiu z glinokrzemianów glinu, który w formie jonowej Al³⁺ ma właściwości toksyczne,

• wymywaniu składników mineralnych z kompleksu sorpcyjnego oraz na

• znacznym zmniejszaniu aktywności mikroorganizmów.

Do alkalizacji gleby prowadzi natomiast wymywanie z atmosfery pyłów, np. cementowych, oraz nadmierne wapnowanie.

Najbardziej rozpowszechnione zanieczyszczenia gleb to:

• związki org. (np. pestycydy),

• metale ciężkie (np. ołów, rtęć) i 

• azotany.

Metale ciężkie w glebie

Pod względem geochemicznym pierwiastek metaliczny wprowadzony do gleby może zostać

• rozpuszczony w roztworze glebowym

• zatrzymany na aktywnych centrach adsorpcji wymiennej organicznego ciała stałego ( humus) lub substancji nieorganicznej

• zaokludowany lub związany przez minerał glebowy

• strącony razem z innymi związkami w glebie

• pobrany przez materiał biologiczny

Właściwości sorpcyjne gleby - zdolność do zatrzymywania wprowadzonych do gleby różnorodnych substancji

Rodzaje sorpcji w glebie

• sorpcja wymienna - absorpcja cząstek naładowanych na obdarzonych ładunkiem cząstkach koloidalnych (materiały ilaste i humus)

• sorpcja biologiczna - zatrzymywanie składników chem. przy współudziale mikroorganizmów glebowych i korzeni roślin

• sorpcja fizyczna - osadzanie drobin gazów, mikroorganizmów m na powierzchni stałych cząstek glebowych

• mechaniczna - zatrzymywanie cząstek zawiesin w otworach glebowych

Wzrost zakwaszenia gleb pH<4,5 wywołuje zmianę właściwości sorpcyjnych gleby i wzrost stężenia metali ciężkich w roztworze glebowym

Z wszystkich składników gleby największą pojemność wiązania metali, zw. nieorganicznych i organicznych mają humusy

Humus - część organiczna gleby powstała w wyniku przekształcenia na drodze biochemicznej, przy udziale mikroorganizmów ( bakterii i grzybów) mikro i mezofauny glebowej różnych szczątków organicznych.

Zawartość humusu decyduje o żyzności gleby

Polska -zawartość humusu w glebach średnio 0,6 % (bielice) do - 6% (czarnoziemy)

Metylowanie metali ciężkich w środowisku

Metale - As, Hg, Co, Se, Te, Pb, Tl ( prawdopodobnie także Cd, In, Sb i Bi)

Ulegają metylowaniu w wyniku działania enzymów wydzielanych przez mikroorganizmy ( biometylowanie) a także na skutek nie biologicznych reakcji chemicznych.

Bakterie biorące udział w metylowaniu występują w

• glebie,

• osadach dennych rzek, jezior i morskich wód przybrzeżnych

• w przewodzie pokarmowym zwierząt i ludzi

Metylowanie wpływa na

• dostępność biologiczną pierwiastka w środowisku

• toksyczność

metylortęć (CH₃Hg⁺) - najbardziej toksyczna forma rtęci, gromadzie się w tłuszczu organizmów żywych - kumulacja w łańcuchu pokarmowym

dimetylortęć (CH₃)₂Hg - lotna

Współczynniki przenikania metali ( stężenie metalu w naziemnej części rośliny podzielone przez ogólne stężenie metalu w glebie ) zależą od

• pH gleby ( pH ↑ właściwości sorpcyjne ↓ )

• zawartość materii organicznej w glebie

• genotyp rośliny

Z uwagi na zdolność gromadzenia metali ciężkich w jadalnych częściach rośliny można podzielić na grupy

• duża zdolność gromadzenia - sałata, szpinak, marchew

• średnia zdolność gromadzenia - buraki, rzodkiewka

• mała zdolność gromadzenia - kapusta, kukurydza, seler, owoce jadalne

• b. mała zdolność gromadzenia - groch, fasola, pomidor, papryka, owoce pestkowe

Skażenia gleby i wody prowadzą do skażenia paszy i do skażenia zwierząt a w konsekwencji do zatrucia ludzi

najbardziej narażone są przeżuwacze jako najdłużej żyjące:

• zwolnienie tempa wzrostu

• schorzenia kości i skóry,

• zmiany w zachowaniu

• zmniejszenie mleczności i płodności

• skrócenie długości życia

Metale ciężkie kumulują się w narządach wewnętrznych zwierząt, we krwi lub kościach

Azotany

Groźne zanieczyszczenie gleby stanowią występujące w nadmiarze azotany, których źródłem jest

• nadmierne nawożenie gleb azotem,

• zanieczyszczona atmosfera ( kwaśne deszcze) lub ścieki.

Azotany

• opóźniają dojrzewanie roślin zmniejszając ich odporność na choroby, szkodniki i wyleganie,

• powodują zanik przyswajalnej miedzi oraz

• są prekursorami kancerogennych, teratogennych i fitotoksycznych nitrozoamin.

Rośliny uprawiane na glebach o nadmiernej zawartości azotu szkodzą zdrowiu ludzi i zwierząt.

Skażenia gleb TZO

TZO - WWA, PCB, dioksyny, pestycydy - trudno ulegają biodegradacji w glebach, kumulowane przez rośliny przez system korzeniowy, zatruwają łańcuchy pokarmowe kumulując się w tkance tłuszczowej ssaków

Źródła TZO w glebie

• opad z atmosfery ( spalanie odpadów, zakłady przeróbki paliw, spaliny samochodowe)

• zabiegi agrotechniczne ( pestycydy- opylanie, zraszanie)

• ścieki i wycieki ze składowisk odpadów lub wysypisk

TZO charakteryzują się

• trudno ulegają biodegradacji w glebie ( tylko nieliczne bakterie)

• zdolność biokumulacji w roślinach

• nasileniem biokumulacji w miarę przesuwania się wzdłuż łańcucha pokarmowego

• wysoką rozpuszczalnoścśą w tłuszczach

• biokumulacją w tkance tłuszczowej - wsp. kumulacji rzędu 10³- 10⁷

• działaniem mutagennym, kancerogennym i teratogennym

Skutki ekologiczne u wyższych drapieżców

• niewydolność rozrodcza i spadek liczebności populacji

• feminizacja samców i maskulinizacja samic

• upośledzenie układu odpornościowego

• nieprawidłowość zachowań

• wady wrodzone

• guzy i nowotwory

Stan gleb w Polsce

Większość gleb w Polsce należy do gleb lekkich, niezbyt urodzajnych, które wymagają obfitego nawożenie organicznego i mineralnego oraz często skomplikowanych zabiegów agrotechnicznych

• 1% gleby czarnoziemne

• 3% czarne ziemie

• 37% gleby brunatnoziemne

• 26% gleby bielicowe (żytno-buraczane)

• 16% gleby zabagniane ( użytki zielone)

• 9% gleby bagienne

• 3% gleby pobagienne

• 5% gleby napływowe

Polska - 90tys. ha gruntów zdewastowanych i zdegradowanych

47% użytków zagrożonych potencjalnie erozją wietrzną -8,8mln ha

32% użytków rolnych i leśnych zagrożonych erozją wodną powierzchniową -8,7mln ha

70tys. ha tereny byłych baz wojskowych ZSRR - 540 ha wykluczone z użytkowania rolnego

60% gleb uprawnych wymaga systematycznego wapnowania

Prawna ochrona gruntów rolnych i leśnych (ustawa z r.1995)

działalność mająca zapobiegać negatywnym wpływom industrializacji i urbanizacji na ziemiach wykorzystywanych do produkcji rolnej i leśnej; polega na:

• ograniczaniu przeznaczania takich gruntów na cele nieroln. i nieleśne;

• nadawaniu nieużytkom i gruntom zdegradowanym wartości użytkowych roln. (leśnych);

• zapobieganiu degradacji i dewastacji takich gruntów, a także na obowiązku ich rolniczego i leśnego wykorzystania, w tym na poprawianiu ich wartości użytkowych.

• Ochrona jest realizowana zwł. przez zakaz zmiany przeznaczenia gruntu bez odpowiedniego pozwolenia administracji rolnej i bez kontroli sposobu jego użytkowania oraz jest obwarowana

• systemem prohibicyjnych kar pieniężnych za naruszenie określonych prawem warunków wykorzystania gruntów.

ZANIECZYSZCZENIA POWIETRZA

źródła zanieczyszczeń:

• naturalne - wybuchy wulkanów, burze piaskowe i pyłowe, pożary lasów, sawann lub stepów

• antropogeniczne- energetyka, przemysł, transport, rolnictwo, usługi, paleniska domowe, zanieczyszczenia promieniotwórcze

rodzaje zanieczyszczeń:

• pyły

• tlenki węgla, azotu, siarki

• lotne zw. organiczne

• utleniacze

wielkość imisji:

• emisja krajowa

• zanieczyszczenia transgeniczne

• warunki meteorologiczne

nadmierne zanieczyszczenie powietrza występuje na ponad 20% pow. Polski - najgorsza sytuacja na obszarze Śląska gdzie na obszarze stanowiącym 2,1 % pow. kraju koncentruje się 20-25% krajowej emisji gazów i pyłów

Zanieczyszczenia pyłowe

źródła:

• energetyka - spalanie paliw stałych i płynnych

• przemysł metalurgiczny

• koksownie i stalownie

• rafinerie ropy naftowej

• transport i komunikacja

• rolnictwo

• przemysł cementowy

dopuszczalne stężenie pyłu w powietrzu

• pył zawieszony ogółem - 350μg/m³ - 30min, 75μg/m³ - średniorocznie

• pył zawieszony d<10μm - 280μg/m³ - 30min, 50 (20) μg/m³

najgroźniejsze są cząstki o wymiarach mniejszych niż 2,5μm - wnikają do pęcherzyków płucnych i uszkadzają je.

cząstki pyłów są adsorberami i nośnikami dla innych substancji - smoły węglowodory aromatyczne itp.

skład chemiczny pyłów:

• zw. metali ciężkich - As, Cd, Pd, Hg, Zn, Cu

• pyły włókien i cząstek mineralnych

• pyły organiczne- węglowodory aromatyczne

• pyły promieniotwórcze

Pyły metali ciężkich - Cr, Zn, Cd, Cu, Ni, Pb, Hg

źródła:

• elektrociepłownie i elektrownie

• huty

• przemysł chemiczny

• transport

• małe kotłownie osiedlowe i paleniska domowe

• spalanie śmieci i odpadów

ilość pyłów w procesie spalania paliw zależy od:

• zawartości popiołu w węglu,

• współczynnika uniosu ( w zależności od rodzaju paleniska od 0,1-do 0,9),

• skuteczności urządzeń odpylających

przykład : średnia zaw. popiołu - 15%, wielkość uniosu 80%, skuteczność odpylania 85% - 18g pyłu na 1kg spalonego paliwa

Skażenia ołowiem - Pb

Skutki toksyczności ołowiu w zależności od jego stężenia we krwi

skutek	Pb we krwi μg/dm^3
śmierć	1200
poważne uszkodzenia centralnego układu nerwowego	800
wyraźna anemia	600
prenatalne uszkodzenia centralnego układu nerwowego płodu	<100

Pyły włókien i cząstek mineralnych

• pył azbestowy

• pył węglowy

• pył krzemionkowy

• wełna mineralna i włókna szklane

pylica- jedna z częstszych chorób zawodowych (szczególnie u górników i mieszkańców dużych miast przemysłowych), spowodowana przewlekłym wdychaniem pyłów. skutkiemjest rozwój tkanki łącznej, włóknistej w obrębie miąższu płuc (w postaci siatkowo-guzkowatych tworów), co prowadzi do niewydolności oddechowej, rozwoju nadciśnienia płucnego i niewydolności krążenia prawokomorowego (zespoł serca płucnego).pylice usposabiają do gruźlicy, a pylica azbestowa do raka płuc.
Usuwanie zanieczyszczeń pyłowych

• przesuwanie źródeł zanieczyszczenia na dalszą odległość od osiedli ludzkich

• rozpraszanie emitowanych pyłów za pomocą wyższych kominów

• kontrola cząstek stałych u źródeł ich powstawania - urządzenia odpylające

urządzenia odpylające - skuteczność odpylania do 99,5%

• cyklony

• skrubery

• filtry

• elektrofiltry

Zanieczyszczenia gazowe - SO₂, (NO)_x, CO₂, lotne substancje organiczne

z uwagi na charakter transgeniczny stanowią problem globalny

SO₂ - dwutlenek siarki

źródła

• spalanie paliw stałych i płynnych - 70% emisji

• oczyszczanie gazu ziemnego zawierającego zw. siarki

• procesy przerobu rud siarczkowych

• przemysł chemiczny

właściwości - gaz bezbarwny, drażniący błony śluzowe, trujący dla zwierząt i

roślin.

efekt drażniący 4,6μg/m³

szkodliwość dla lasów szpilkowych - > 20μg/m³ - średniorocznie

2/3 pow. Polski - 50 a nawet 100μg/m³ - średniorocznie

dopuszczalne wartości stężeń - 500μg/ m³ - 30min, średnioroczna 40 (30) μg/m³

Kwaśne deszcze

kwaśne deszcze, deszcze zawierające zaabsorbowane w kroplach wody- dwutlenek siarki, tlenki azotu oraz ich produkty reakcji w atmosferze: rozcieńczone roztwory H₂SO₄, H₂SO_4, HNO₃
kwaśne deszcze działają niszcząco na florę i faunę, są przyczyną wielu chorób układu oddechowego, znacznie przyspieszają korozję konstrukcji metalowych (np. elementów budynków, samochodów) oraz zabytków.

2SO₂ + O₂ → 2SO₃

SO₃ + H₂O → H₂SO₄

opad na drodze mokrej - deszcz, śnieg, mgła

opad „suchy”siarczanów - do 50%

pH wody deszczowej - 5,6- 5,7

kwaśny deszcz - 4,0-4,4,

skutki kwaśnych opadów

• wymywanie substancji odżywczych z gleby - kationy K⁺, Ca²⁺, NH₄⁺ wymywanie jonów Al³⁺ 

• zakwaszenie wód zamkniętych zbiorników wodnych

• choroby układu oddechowego

• niszczenie lasów

• korozja konstrukcji metalowych

• niszczenie zabytkowych budowli

ograniczenie emisji SO₂

• oszczędność energii

• ograniczenie spalania paliw o wyższej zawartości siarki

• odsiarczanie paliw - usuwanie pirytu z węgla

• spalanie w złożu fluidalnym - CaCO₃ + SO₂ + 1/2O₂→ CaSO₄ + CO₂

• odsiarczanie gazów spalinowych

• spalanie paliw alternatywnych

odsiarczanie gazów spalinowych

• metody wapniowe

• metody dwualkaliczne - magnezowe, sodowe, aluminiowe

• metody inne - adsorpcyjne, amoniakalne, radiacyjne

metody te dzielimy na

• bezodpadowe- kwas siarkowy

• z odpadem użytecznym - gips

• z odpadem bezużytecznym - zawodniony gips

Niszczenie lasów

funkcje lasu

• istotna rola w obiegu wody i życiodajnych pierwiastków - N, C

• absorpcja CO₂ - fotosynteza

• utrzymanie różnorodności gatunków świata roślin i zwierząt

• stabilizacja warunków klimatycznych

• zapobieganie pustynnieniu gleb

• zapobieganie powodzi

• funkcje rekreacyjne

rodzaje lasów

• lasy strefy umiarkowanej

• lasy strefy tropikalnej

lasy tropikalne - siedlisko 2/3 znanych roślin i 80% owadów

na 1 ha - ok. 400gatunków drzew liściastych

lasy strefy umiarkowanej - plantacje drzew głównie szpilkowych

na 1 ha - ok. 10-15 gatunków drzew

przyczyny niszczenia lasów

• kwaśny opad

• masowe wypalanie dla pozyskiwania terenów uprawnych

• intensywny wyrąb dla pozyskania drewna jako surowca energetycznego i budulca

Stan lasów w Polsce

13% lasów - uznano za zdrowe

44% lasów - stan zagrożenia

39% lasów- średnio uszkodzone

4% lasów - silnie zniszczone

Ochrona różnorodności gatunkowej

• łączna ilość poznanych gatunków roślin i zwierząt - 1,7mln

• łączna ilość gatunków roślin i zwierząt - 3 do 111mln ( 14mln)

• dziennie ginie 1 gatunek

przykład: ptaki - łącznie 9600 gatunków

liczebność ok. 5000 gatunków maleje, ok. 3000 nie zmienia się, ok. 600 poważnie zagrożonych a ok. 1000 ginie

przyczyny zmniejszania się liczby gatunków fauny i flory

• nadmierne odłowy, polowania lub eksploatacja

• niszczenie lasów, osuszanie bagien, regulacja rzek

• skażenia środowiska i katastrofy ekologiczne

• podniesienie temp. wód jezior i rzek

(NO)_x ^- tlenki azotu

powstają w procesie spalania w temp. wyższych niż 650⁰c w obecności tlenu, oraz w wyniku bakteryjnego utleniania zw. azotu w glebie i w wodzie

żródła

• pojazdy mechaniczne - ponad 45%

• energetyka

• spalanie masy zielonej i drewna

• przemysł nawozów azotowych

działanie w środowisku

• uszczuplenie warstwy ozonowej no + o₃→ no₂ + o₂

• tworzenie kwaśnych deszczów

• ogólne skażenie powietrza

2NO₂ + O₃ → N₂O₅ + O₂

N₂O₅ + H₂O→ 2HNO₃

długotrwałe działanie (NO)_x wpływa na drogi oddechowe, serce i układ immunologiczny, dopuszczalny poziom przy długotrwałym oddziaływaniu to 40 (30) μg/m³ , 500μg/m³ - 30min

obniżenie emisji (NO)_x

• ograniczenie użytkowania pojazdów samochodowych

• wyposażenie samochodów w katalizatory spalin, zmiana stopnia sprężania mieszanki paliwowej poniżej 10:1 co obniża temp. spalania

• modyfikacja procesu spalania - spalanie dwuetapowe

1. spalanie w ubogim w tlen środowisku w wysokiej temp.

2. spalanie w nadmiarze tlenu przy niskiej temp

zastosowanie trójdrożnych (trójfunkcyjnych) katalitycznych konwertorów spalin w instalacjach

2NO + 2CO → N₂ + CO₂

2CO + O₂ → 2CO₂

R-H + xO₂ → yCO₂ + XH₂O

katalizatory - Pt, Pd, Rh, Cr₂O₃

CO - tlenek węgla

CO- bezbarwny, bezwonny gaz, niedrażniący lecz toksyczny

łączy się z hemoglobiną 240 szybciej niż tlen

najwyższe dopuszczalne stężenie co 20mg/m³ w ciągu 30min

2mg/m³ - w okresie roku

żródła

• spaliny samochodowe ( USA do 77%)

• piece i kuchnie domowe

• wypalanie traw

• pożary torfowisk i lasów

CO₂ - dwutlenek węgla

ponad 30% co₂ zawartego w powietrzu to wynik

• antropogenicznej działalności człowieka i

• zmniejszenia obszarów leśnych.

w ostatnim stuleciu zawartość CO₂ w powietrzu wzrosła od 0,029% do 0,033%

Efekt cieplarniany

gazy cieplarniane

• dwutlenek węgla

• metan - 15%

• freony- 14%

gazy cieplarniane i para wodna absorbują promieniowanie elektromagnetyczne w zakresie podczerwieni- pochłaniają zarówno część promieniowania wysyłanego przez słońce jak i wypromieniowanego przez powierzchnię ziemi.

skutki efektu cieplarnianego

• rozszerzenie ciepłych stref klimatycznych

• wzrost obszarów suchych w strefie umiarkowanej

• wzrost intensywności monsunów w strefie tropikalnej

• podniesienie poziomu wody w oceanach i zalanie terenów uprawnych

• migracja znacznych grup ludności z powodu głodu

• ekspansja owadów

• rozwój chorób tropikalnych

• zmiana gatunków roślin w ekosystemach

• zachwianie gospodarki światowej

ograniczenie efektu cieplarnianego

• ograniczenie emisji gazów cieplarnianych

• oszczędność energii

• zwiększone wykorzystywanie środków transportu publicznego

• zalesianie

• uprawa roślin będących źródłem paliw biologicznych na nieużytkach

• hodowla wodorostów

• rozwój energetyki jądrowej i niekonwencjonalnych źródeł energii

• ograniczanie spalania węgla na rzecz gazu ziemnego

• usuwanie co₂ ze spalin

• stały monitoring poziomu gazów cieplarnianych

Dziura ozonowa

dziura ozonowa, spadek zawartości ozonu (O₃) na wysokości 15-20 km głównie w obszarze bieguna południowego, obserwowany od końca lat 80. tempo spadku wynosi ok. 3% na rok.

tworzenie ozonu

O₂ + hν→ 2 O

O + O₂ + M → O₃ +M 20-30km nad pow. Ziemi

M - np. azot

niszczenie ozonu

• tlenek azotu - silniki samolotów naddźwiękowych

NO+ O₃ → NO₂ + O₂

• freony

freony to chlorowcopochodne CH₄ lub C₂H₄ w których wszystkie atomy h zostały podstawione przez Cl i Fsą to substancje nietoksyczne, niepalne nie wybuchowe, obojętne chemicznie i bardzo trwałe termicznie o długim czasie pobyty w atmosferze

zastosowanie freonów

• media chłodzące w chłodnictwie i w urządzeniach klimatyzujących

• gazy wytłaczające kosmetyki i śr. farmaceutyczne

• prod. pianek poliuretanowych i materiałów izolacyjnych

• rozpuszczalniki

udział freonów w niszczeniu warstwy ozonowej

1 rodnik Cl^. może zniszczyć do 100000 cząstek ozonu

CCl₂F₂ + hν → Cl^.

CL^. + O₃ → CLO^. + O₂

ClO^. + O^. → Cl^. + O₂

skutki uszkodzenia powłoki ozonowej

powłoka ozonowa jest naturalnym filtrem chroniącym organizmy żywe przed szkodliwym promieniowaniem ultrafioletowym.

• wzrost liczby przypadków raka skóry u ludzi i zwierząt

• zakłócenia cyklu rozwoju planktonu - obieg energii i materii

• zakłócenia procesu fotosyntezy i respiracji w liściach roślin

ochrona powłoki ozonowej

• obniżenie produkcji freonów o 50% -Protokół Montrealski 1987r

• stosowanie substancji przejściowych o obniżonej zawartości chloru w latach 2004-2020

• wprowadzenie nowych fluorowanych węglowodorów HFC nie zawierających Cl i Br Problemy lokalne związane z emisją SO_2, CO_2, CO, (NO)_x , O₃ i pyłów

smog

• smog przemysłowy ( londyński)

• smog fotogeniczny ( los angeles)

smog przemysłowy - może wystąpić w zimie przy temperaturze -3÷5°c, powoduje ograniczenie widoczności nawet do kilkudziesięciu m.

głównymi zanieczyszczeniami powietrza są: SO_2, CO₂ i pyły

smog powoduje duszność, łzawienie, zaburzenie pracy układu krążenia, podrażnienie skóry. wywiera również silne działanie korozyjne na środowisko.

w grudniu w roku 1952 spowodował w Londynie śmierć 3500 osób

smog fotochemiczny (typu los Angeles, utleniający), może wystąpić od lipca do października przy temperaturze 24÷35°C, powoduje ograniczenie widoczności do 0,8÷1,6 km (powietrze ma brązowawe zabarwienie).

głównymi zanieczyszczeniami są: (NO)_x ozon, CO, węglowodory aromatyczne i nienasycone oraz pyły przemysłowe.

dla wytworzenia się smogu tego typu konieczne jest silne nasłonecznienie powietrza, natomiast ani dym, ani mgła nie mają większego znaczenia.

Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne

WWA (PAH)

WWA to węglowodory aromatyczne zawierające co najmniej dwa pierścienie aromatyczne

źródła

• przemysł petro- i karbochemiczny

• elektrociepłownie i paleniska domowe

• spaliny samochodowe

• papierosy i palenie tytoniu

szacuje się że spalenie 1kg C jest równoważne z emisją 2,2 -380 mg BaP-

w trakcie spalania paliw samochodowych powstaje ok. 150 różnych WWA

w dymie papierosowym zidentyfikowano obecność 153 rodzajów WWA oraz ich pochodnych alkilowych

WWA są związkami wykazującymi działanie mutagenne i kancerogenne

najsilniejsze działanie wykazują bap benzo(a)piren i bpf benzo(b)fluoranten

WWA obecne w powietrzu są adsorbowane przez rośliny które stanowią część łańcuchów pokarmowych człowieka oraz zwierząt

opad WWA skaża wody i glebę

ograniczenie emisji WWA

• zamknięte instalacje przemysłowe - zapobiegające ucieczce gazów

• dopalacze ( wada wzrost NO_x)

• ograniczenie stosowania samochodów

• ograniczenie palenia papierosów

chlorowane związki organiczne ChZO

do chlorowanych zw. organicznych zaliczamy

• halogenowane węglowodory

• freony

• polichlorowane bifenyle

• dioksyny

halogenowane węglowodory -

gazy lub lotne ciecze, często lipofilne, reaktywne chemicznie,

zastosowanie

• rozpuszczalniki, odtłuszczacze

• surowce w syntezie organicznej

• rozcieńczalniki

• środki pralnicze

toksyczność ChZO rośnie wraz z długością łańcucha i ilością atomów chlorowców w cząsteczce

skutki dla środowiska

• całkowicie zhalogenowane uczestniczą w reakcji rozkładu ozonu

• działanie toksyczne, mutagenne i kancerogenne dla organizmów żywych

działanie toksyczne ChZO

• wchłaniają się przez przewód pokarmowy, układ oddechowy i skórę,

• ulegają kumulacji w tkance tłuszczowej, nerkach i w wątrobie, przenikają do mleka matek

• działanie toksyczne obejmuje układ nerwowy, nerki, wątrobę i mięsień serca

• objawy zatrucia przewlekłego - apatia, upośledzenie koncentracji, zaburzenia pamięci , uszkodzenia nerwów obwodowych, osłabienie

• PCV - naczyniomięsak wątroby

polichlorowane bifenyle PCB

syntetyczne produkty chlorowania bifenylu - niepalne, odporne termicznie, bierne chemicznie, wysokowrzące ciecze

zastosowanie

• dielektryki w kondensatorach i transformatorach

• oleje smarowe

• chłodziwa w obróbce skrawaniem

• plastyfikatory farb i lakierów, papieru i klejów samoprzylepnych

żródła

• parowanie plastyfikatorów

• spalanie odpadów

tylko 25% światowej produkcji PCB było jest wykorzystane, reszta trafiła na hałdy i wysypiska

od 1977 roku zakaz produkcji PCB

PCB adsorbują się na drobinach pyłów które je transportują w powietrzu - znajduje się je nawet na Antarktydzie

skutki dla środowiska

• PCB skażają powietrze a poprzez opad wody, rośliny i glebę

• wykazują działanie toksyczne dla organizmów żywych

działanie toksyczne PCB

• przenoszą się w łańcuchach pokarmowych

• wchłaniają się przez przewód pokarmowy, układ oddechowy i skórę,

• kumulują się bardzo silnie, nawet 10 milionów razy w tkance tłuszczowej

• wywołują chorobę Yusho ( Japonia, Tajwan - olej z otrębów ryżowych), obrzęk powiek, rogowacenie, ciemnienie skóry z wypryskami (trądzik chlorowy ) i wtórnymi infekcjami

• wywołują poważne zmiany metabolizmu - np. porfiria wątrobowa

• wywołują zmniejszenie rozrodczości - spadek populacji wydry, fok bałtyckich, delfinów w Atlantyku i mewy śledziowej

• zaburzają metabolizm wapnia - uszkodzenie skorupek ptasich jaj

• znajdują się na liście promotorów raka EPA i międzynarodowej agencji badań nad rakiem

usuwanie PCB ze środowiska

• spalanie nagromadzonych zapasów w wysokiej temp - 1200⁰C w nadmiarze tlenu - wada tworzenie dioksyn i wysoki koszt

• przestrzeganie zasad bezpieczeństwa przy obsłudze transformatorów i innych urządzeń zawierających PCB- możliwość znacznych skażeń w przypadku pożaru

Dioksyny

nazwa ta obejmuje dwie grupy związków

• polichlorowane dibenzo-p-dioksyny PCDD

• polichlorowane dibenzofurany PCDF

dioksyny nigdy nie były przedmiotem produkcji - powstają jako niepożądany produkt uboczny w różnych procesach przemysłowych w których wykorzystuje się chlor oraz w procesie spalania

dioksyny łatwo adsorbują się na cząsteczkach pyłów - łatwość migracji

i rozpuszczają w tłuszczach - kumulacja w tkance tłuszczowej organizmów żywych

żródła

• spalanie odpadów komunalnych i szpitalnych

• transport samochodowy - spalanie benzyn bezołowiowych - dodatek 1,2dichloroetanu i 1,2dibromometanu

• przemysł metalowy

• przemysł celulozowo-papierniczy

• przemysł chemiczny - produkcja herbicydów

toksyczność dioksyn

• przenikają przez płuca, skórę lub z pożywieniem

• gromadzą się w wątrobie i tkance tłuszczowej

• objawy przewlekłych zatruć mogą pojawić się po latach od chwili pobrania toksyny - katastrofa w Seveso we Włoszech (przegrzanie instalacji i wybuch reaktora w zakładach produkujących herbicydy - 1976r)

• silne działanie mutagenne, teratogenne i kancerogenne

• wywołują zakłócenia równowagi enzymatycznej, trwałe uszkodzenia wątroby

ograniczenie tworzenia i emisji dioksyn

• wstępna segregacja odpadów tak aby udział składników zawierających chlor nie przekraczał 5%

• bezpieczne spalanie w temp. 1200-1400⁰C czas kontaktu >2s i dopalanie katalityczne - kat Al₂O₃ temp 400⁰C i oczyszczanie spalin

Przyczyny złego stanu powietrza atmosferycznego w Polsce

• energetyka oparta na węglu kamiennym i brunatnym

• bardzo niskie ceny energii i jej marnotrawstwo

• budowa gigantycznych kombinatów przemysłowych będących koncentracją zagrożeń dla środowiska

• dominacja przemysłu wydobywczego i ciężkiego - najbardziej uciążliwego dla środowiska

• niedobór instalacji oczyszczających gazy odlotowe

• sztuczne utrzymywanie przestarzałych zakładów przemysłowych

• brak nowoczesnych rozwiązań w rozwijającym się transporcie samochodowym

• opóźnienia w rozwoju prawa ekologicznego o jego egzekucji

Obszary ekologicznego zagrożenia w Polsce wskutek wysokiej emisji skażeń powietrza

Skażenia powietrza w pomieszczeniach zamkniętych

Powietrze w pomieszczeniach zamkniętych jest często bardziej skażone niż na zewnątrz

uszczelnianie budynków, brak naturalnej wentylacji - wzrost poziomu skażeń

Główne skażenia i ich źródła

Dym papierosowy

Alergeny naturalne

• pyłki kwiatowe

• zarodniki pleśni

• odchody i szczątki roztoczy

• sierść zwierzęca

• łupież

• pióra ptasie

Alergeny antropogeniczne w powietrzu - żródła

• kurz i roztocze - dywany, wykładziny

• lakiery i farby

• środki czyszczące i zapachowe

„Zespół chorego biura” - duże biurowce z klimatyzacją

Radon w budynkach

izotopy radonu w naturalnych szeregach promieniotwórczych

²²²₈₆Ra τ_1/2 = 3,82 dnia ²²⁶₈₆Ra τ_1/2 = 1600lat

²²⁰₈₆Ra τ_1/2 = 5,6s ²²⁸₈₆Ra τ_1/2 = 5,75lat

²¹⁹₈₆Ra τ_1/2 = 3,9

^{α, β , γ, β, γ α, γ}

²²²₈₆Ra → ²¹⁸Po → ²¹⁴Pb → ²¹⁴Bi → ²¹⁴Po → ²¹⁰Pb

^{3,82dnia 3,05min 27min 20min 4,44godz}

stałe produkty rozpadu radonu wiążą się z wilgocią i kurzem i osiadają w płucach - ²¹⁰Pb τ_1/2 = 22,3lat

poziom skażenia Ra 200Bq/m³ - ryzyko zachorowania na raka dla 1% populacji niepalących ludzi

Anglia - Korwalia - hr. Devon, Somerset, Northants i Deryshire -70 tys. domów i w Szkocji 2000 domostw - poziom 400Bq/m³

poziom Ra w budynkach parterowych jest o 50% wyższy niż w piętrowych

Zdrowotne skutki skażeń powietrza

Zagrożenia środowiska związane z hałasem i odorem

Hałas -dźwięk niepożądany lub szkodliwy dla zdrowia ludzkiego.

Rozróżnia się

• hałasy ciągłe o nieznacznych zmianach natężenia i widma częstotliwości w czasie (szmer, szum) oraz

• hałasy impulsowe (np. huk, trzask).

Szkodliwość hałasu zależy od jego natężenia, widma częstotliwości, charakteru zmian w czasie, zawartości składowych niesłyszalnych oraz długotrwałości działania.

• hałas infradźwiękowy <20Hz

• hałas słyszalny 20-20000Hz

• hałas ultradźwiękowy > 20000Hz

• Poziom akustyczny hałasu mierzymy w decybelach

Bezpośredni wpływ hałasu na ludzi objawia się zakłóceniami ich aktywności (wypoczynku, komunikacji słownej, pracy umysłowej, itp.), stwarzając jednocześnie odczucie dyskomfortu i uciążliwości wywołanej warunkami akustycznymi

Hałas wpływa niekorzystnie na narząd słuchu, układy nerwowy i krążenia oraz inne narządy wewnętrzne

Hałas o poziomie natężenia dźwięku

• 45-70 dB jest przyczyną występowania u ludzi m.in. uczucia zmęczenia i ogólnego wyczerpania, obniżenia czułości wzroku, zwiększenia częstości występowania bólów i zawrotów głowy, stanów niepokoju i rozdrażnienia, niekorzystnie wpływa na sen i wypoczynek;

• powyżej 80 dB powoduje uszkodzenia narządowe (trwałe obniżenie ostrości słuchu lub chwilowa głuchota

Ochrona prze hałasem działanie mające na celu ograniczenie ilości wytwarzanej przez źródła hałasu energii akustycznej, rozprzestrzeniania się jej, jak i przenikania do otoczenia człowieka.

W zakładzie pracy wpływ hałasu zmniejsza się przez

• właściwe rozmieszczenie stanowisk pracy,

• stosowanie izolacji dźwiękochłonnych, kabin dźwiękoszczelnych, ekranów i elastycznych podnóży,

• konstruowanie urządzeń cichobieżnych oraz

• stosowanie ochrony indywidualnej (wkładki przeciwhałasowe, nauszniki, hełmy).

W miastach ochrona przed hałasem obejmuje:

• wyciszanie źródeł hałasu,

• rozwiązania urbanistyczne. (właściwe planowanie ulic i osiedli),

• zabezpieczenia akust.-urb. (np. pasy zieleni, wały ziemne, wykopy i ekrany izolacyjne) oraz

• rozwiązania architektoniczne (układ pomieszczeń wrażliwych i niewrażliwych na hałas, rozpraszające dźwięk elewacje, dźwiękoszczelne okna).

Zakłady prowadzące działalność gosp. są prawnie zobowiązane do

• przeciwdziałania powstawaniu i przenikaniu hałasu do środowiska oraz

• likwidowania w wyniku przedsięwzięć technicznych, technologicznych i organizacyjnych źródeł hałasu w celu ograniczenia natężenia hałasu do poziomu dopuszczalnego w środowisku.

Terenem chronionym jest teren, dla którego ustalono dopuszczalne poziomy hałasu zewn.; w wybranych częściach takich terenów ustanawia się strefy ciszy, w których obowiązuje zakaz wytwarzania hałasu oraz niższe dopuszczalne natężenie hałasu.

Polska - dopuszczalny poziom hałasu zastosowaniu odpowiedniego filtru na terenie chronionym, m.in. o zabudowie mieszkaniowej, waha się

• dla pory dziennej w granicach 40-60 dB,

• dla pory nocnej 30-50 dB,

• dla hałasu krótkotrwałego 65-85 dB.

W praktyce poziomy hałasów w terenie (zwł. w miastach) znacznie przekraczają wartości dopuszczalne, np. poziom hałasu przekraczający średnią wartość 70 dB występuje na

• ok. 75% ulic Poznania,

• ok. 67% ulic Warszawy,

• ok. 50% ulic Gdańska.

Sumaryczny poziom dźwięku (hałasu) emitowanego przez wszystkie źródła występujące na analizowanym obszarze określa tzw. klimat akustyczny.

W Polsce

• na hałas o średnim poziomie większym od 60 dB jest narażona ludność zamieszkująca co najmniej 20% pow. kraju ( głównie miasta)

• ogółem ludność kraju zagrożoną hałasem o ponadnormatywnym poziomie szacuje się na ok. 33%, z czego 25% dotyczy zagrożenia w środowisku zewn., a 8% — w budynkach i na stanowiskach pracy.

W Polsce dopuszczalne równoważne poziomy dźwięku hałasu przenikającego do pomieszczeń budynków mieszkalnych, zamieszkania zbiorowego i użyteczności publicznej. wynoszą

• w dzień 30-50 dB,

•  w nocy 30-40 dB.

Odory i zapachy

Największą uciążliwość stanowią odory związane z

• produkcją zwierzęcą

• składowaniem, niszczeniem i utylizacją odpadów

• niektórymi gałęziami przemysłu ( garbarstwo, prod. żelatyny)

Metody usuwania zapachów

• modyfikacja procesów i instalacji przemysłowych

• rozcieńczanie w atmosferze

• modyfikacja zapachu przez dodanie środków. zapachowych

• spalanie gazów odlotowych

• absorpcja zw. cuchnących w roztworach odczynników lub na węglu aktywnym

• utlenianie chemiczne - ozon, woda utleniona

• obróbka biologiczna cuchnących gazów cieczy i ciał stałych

Ochrona przed działaniem pola elektrycznego i magnetycznego

Pole magnetyczne Ziemskie - 40-50μF przy pow. ziemi

Pole elektryczne Ziemskie

• dobra pogoda średnio 100-130V/m

• mgła do 2kV/m

• burza do 20kV/m

Antropogeniczne źródła pól magnetycznych i elektrycznych to głównie

• układy wytwarzania, przesyłania i rozdziału energii elektrycznej

• odbiorniki energii elektrycznej

Składowa magnetyczna pola elektromagnetycznego linii energetycznej jest wprost proporcjonalna do natężenia prądu i odwrotnie proporcjonalna do odległości od przewodów linii- wartość jej przy pow. ziemi jest mała i wpływ pomijalny

Składowa elektryczna pola elektromagnetycznego linii energetycznej począwszy od pewnego progowego natężenia jest szkodliwa dla roślin, zwierząt i ludzi

Polska - tendencja do podwyższania napięć przesyłowych ( do 1000kV dawniej 200kV)

4600km linii 400kV i 19 stacji 400kV oraz 114km linii 750kV i jedna stacja 750kV

Badania WHO ( komunikat ogł. 1978r)

• Pole elektryczne o natężeniu (E) do 20kV/m i pole magnetyczne o natężeniu (H) do 240A/m tj o indukcji magnetycznej 0,3 mT występujące osobno lub jednocześnie nie stanowią niebezpieczeństwa dla zdrowia ludzkiego

• Nie jest znany żaden mechanizm działania, przez który pola o częstotliwościach 50-60Hz mogłyby wpływać bezpośrednio na żywe organizmy

• Natężenia pół elektrycznego i magnetycznego wytwarzanych przez elektroenergetyczne linie napowietrzne aż do napięcia 420kV (do 800kV) nie wytwarzają niebezpieczeństwa dla zdrowia ludzkiego.

Przemysłowe urządzenia elektrotermiczne i elektrochemiczne dużej mocy (elektrolizery, chwytaki magnetyczne, piece indukcyjne, oporowe, łukowe, nagrzewnice oporowe i indukcyjne, zgrzewarki, automaty i półautomaty spawalnicze)- pola magnetyczne o dużym natężeniu o niezbadanym dokładnie wpływie na organizm ludzki (prawdopodobnie zagrożenie nowotworami, zmiany rytmu biologicznego w organizmie)

Przepisy niemieckie - graniczna wartość natężenia pola 5mT (bez ograniczeń czasowych)

Przepisy polskie - strefy ochronne przed działaniem prom. elektromagnetycznego niejonizującego

• I-go stopnia E>10kV/m - czas przebywania personelu do 5 godzin/doba

• II-go stopnia 1kV/m< E<10kV/m - dopuszczalne okresowe przebywanie związana z działalnością gospodarczą, turystyczną i rekreacyjną, zabroniona lokalizacja budynków mieszkalnych i użyteczności publicznej

Pod liniami elektroenergetycznymi o napięciu

• 110kV i 220kV mogą występować tylko strefy ochronne II-go stopnia, które wychodzą co najwyżej kilka metrów poza obrys linii

• 400-750kV mogą wystąpić strefy ochronne I i II -go rodzaju

prąd w liniach przesyłowych 110-750kV wytwarza indukcję 10-30μT ( awaria do 400μT) podczas gdy telewizor 400μT, kuchenka, golarka 700μT

W rozdzielniach napowietrznych

• 110-220kV mogą występować na wys. 1,8m nad ziemią tylko strefy ochronne II-go stopnia

• 400-750kV występują strefy ochronne I-go stopnia ( przewody, siatki ekranujące)

Urządzenia nadawcze wielkiej częstotliwości - zasięg skażeń elektromagnetycznych nawet do kilku km.

• stacje radiodyfuzyjne

• stacje radiokomunikacyjne

• stacje radarowe

Linie elektroenergetyczne stanowią źródło

• zakłóceń radioelektrycznych

• zakłócenia telewizyjne

• szumy akustyczne ( 63-8000Hz)

linia 750kV

• zakłócenia radioelektryczne w odległości od skrajnego przewodu

20m - 55bD, 110m- 30dB

• szumy akustyczne przy odległości od skrajnej fazy

20m - 43dB, 100m -30dB ( przy dobrej pogodzie)

Ochrona przyrody, działalność mająca na celu zachowanie, restytuowanie i zapewnienie trwałości użytkowania tworów i zasobów przyrody żywej i nieożywionej, podejmowana ze względów naukowych, gospodarczych., społecznych, kulturalnych, estetycznych, zdrowotnych i in.

W Polsce ochronę przyrody wprowadzili: Bolesław I Chrobry, Władysław II Jagiełło i Zygmunt III Waza — w stosunku do bobra, sokoła, łabędzia, tura, żubra, cisów i starych dębów.

Ochrona przyrody jest realizowana przez tworzenie

• pomników przyrody,

• rezerwatów przyrody,

• parków narodowych,

• parków krajobrazowych,

• ustanawianie ochrony gatunkowej,

• przez zapewnienie racjonalnego użytkowania zasobów przyrody,

1. ochronę wód, powietrza i gleby,

2. właściwe kształtowanie krajobrazu i 

3. zagospodarowanie przestrzenne.

Najcenniejsze obiekty są wpisane na Świat. Listę Rezerwatów Biosfery, Listę Świat. Dziedzictwa Kult. i Przyr. UNESCO, do Czerwonej Księgi ginących i zagrożonych gat. roślin i zwierząt.

Ochrona gatunkowa w Polsce - rozporządzenia z 1995 obejmują

• 229 gat. roślin naczyniowych, wiele porostów i grzybów,

• 20 gat.zwierząt. i 7 wyższych grup systematycznych ssaków,

• liczne ptaki, owady (m.in. motyle), ryby, płazy, gady i in.;

Akty prawne istnieją też dla ryb i zwierząt łownych (wyjmują je okresowo spod użytkowania).

Ochronę realizuje się w miejscach występowania (in situ) osobników i populacji lub poza nimi (ex situ), np. w ogrodach bot. i zoologicznych.

Polska ma

• 23 parki narodowe o łącznej pow. 315 tys. ha i

• 1307 rezerwatów przyrody (zajmują one łącznie ponad 128 tys. ha), oraz

• 106 rozległych parków krajobrazowych i

• 369 obszarów chronionego krajobrazu (pow. ponad 6 665 tys. ha) z utrzymaną, lecz odpowiednio regulowaną gospodarką;

Wymienione obiekty (ok. 26% pow. kraju) chronią najpiękniejsze krajobrazy, a także lasy, torfowiska, murawy, ekosystemy wodne i bagienne.

Współpraca międzynarodowa. w ochronie przyrody. jest realizowana przez

• Międzynarodową Unię Ochrony Przyrody i Jej Zasobów (IUCN),

• Program Ochrony Środowiska Narodów Zjednoczonych (UNEP),

• Światowy Fundusz dla Przyrody (WWF);

• działa też prężnie organizacja Greenpeace;

Dzięki IUCN powstała Światowa strategia ochrony przyrody (opublikowana w Polsce 1985);

Pod egidą UNESCO jest realizowany program nauk. Człowiek i Biosfera (MAB), w którym uczestniczymy i jest tworzona sieć światowych rezerwatów biosfery obejmujących (1996) 324 obiekty w 82 krajach, w tym 7 w Polsce (wśród nich 3 pierwsze międzynarodowe rezerwaty biosfery)

Do ważnych wydarzeń ostatnich lat należy konferencja Szczyt Ziemi w Rio de Janeiro (1992) zakończona m.in. podpisaniem konwencji o ochronie bioróżnorodności, ratyfikowanej przez Polskę, podobnie jak Konwencja ramsarska z 1971 o ochronie obszarów wodno-błotnych, Konwencja berneńska z 1979 o ochronie dzikiej fauny i flory europejskiej oraz inne.

Podstawę do działalności w kraju stanowi przede wszystkim ustawa o ochronie przyrody z 1991 dająca m.in. możliwość tworzenia stanowisk dokumentacyjnych i użytków ekologicznych

Organem doradczym rządu w sprawach ochrony przyrody. jest Państwowa Rada Ochrony Przyrody:

Władza wykonawcza należy do MOŚZNiL oraz głównego. konserwatora przyrody, z którym współdziałają konserwatorzy wojewódzcy.

Parki nar. i krajobrazowe mają oddzielne kierownictwa

Inst. Ochrony Przyrody PAN uczestniczy w międzynar. programie CORINE — rejestracji biotopów.

Ochrona surowców energetycznych i kopalin użytecznych

Zasobami naturalnymi nazywamy twory organiczne (rośliny, zwierzęta, ekosystemy) i nieorganiczne (atmosfera, wody, minerały), wykorzystywane przez człowieka w procesie produkcji i konsumpcji.

Zasoby naturalne dzielą się na:

• odnawialne i 

• nieodnawialne.

 Zasoby naturalne odnawialne to np.: wody, atmosfera, drewno, zasoby rybne; Odnawialność wynika z istnienia zamkniętych obiegów materii: tlenu, wody, azotu.

 Zasoby naturalne nieodnawialne to przede wszystkim zasoby energetyczne (paliwa kopalne) oraz minerały.

 Korzystanie przez człowieka z zasobów naturalnych próbują wyjaśnić 2 konkurencyjne teorie zasobów:

• statyczna i 

• dynamiczna.

 Statyczna teoria zasobów naturalnych zakłada, że powstały one w wyniku ewolucji i ich rozmiary są skończone; wynika z tego, że wykorzystywanie zasobów naturalnych musi prowadzić do ich wyczerpania.

Teoria ta legła u podstaw koncepcji wzrostu zerowego, nakazującej zahamowanie wzrostu gosp. w skali światowej.

 Teoria dynamiczna traktuje zasoby naturalne jako produkt ludzkiej wiedzy, np. złoża uranu nie były zasobem przed odkryciem reakcji jądrowych i wynalezieniem reaktorów.

Zwolennicy tej teorii przyjmują, że dopóki rozwijać się będzie nauka, rozporządzalne zasoby będą wzrastać. Krytycy tego stanowiska nazywają je optymizmem technologicznym.

Kopaliny użyteczne

Kopaliny użyteczne substancje pochodzenia nieorganicznego lub organicznego, nagromadzone w skorupie ziemskiej, mające przy danym stanie techniki i technologii zastosowanie w gospodarce.

Ze względu na stan skupienia kopaliny użyteczne dzielą się na:

• stałe (np. węgle, rudy, sole),

• ciekłe (ropa naft., wody miner.) i 

• gazowe (gaz ziemny).

W zależności od zastosowania w gospodarce najczęściej rozróżnia się:

• kopaliny użyteczne energetyczne, do których należą: węgiel kam. i brun., torf, ropa naft., gaz ziemny i łupki bitumiczne;

• kopaliny użyteczne metaliczne, obejmujące rudy wszystkich metali;

• kopaliny użyteczne niemetaliczne, do których zalicza się surowce chem. (np. siarka, fosforyty, sól kam.), ceram. (np. kaolin, dolomit, magnezyt), kamienie szlachetne, surowce izolacyjne (np. łyszczyki, azbest), materiały bud. (kamienie bud., piaski, żwiry) i in.

Pokład minerału - naturalne nagromadzenie kopaliny użytecznej w lub na powierzchni Ziemi w takiej postaci że wydobycie substancji z tego zbioru jest obecnie lub potencjalnie możliwe

Pokłady dzieli się na

• udokumentowane

• oszacowane

• hipotetyczne

Złoże - ta część pokładu która może być wydobyta w danym czasie zgodnie z prawem i uzasadnieniem ekonomicznym.

Przemysł światowy bazuje na ok. 80 minerałach

• 3/4 z nich występuje w dostatecznych ilościach lub ma łatwo dostępne zamienniki

• 1/2 -1/3 surowce o znaczeniu strategicznym

Zasoby surowców w Polsce

• węgiel kamienny (do 1000m) 64,9mld ton ( pokłady wyeksploatowane do roku 2070)

• węgiel brunatny 14,3mld ton ( oszacowane 42mld)

• ropa naftowa 4,9mln ton

• gaz ziemny 155 km³

• siarka 756 mln ton ( wystarczy na 30-40 lat)

• sól kamienna 88 mln ton

• rudy miedzi 3,4 mld ton ( 10% zasobów światowych - wystarczy na 30-40 lat)

• rudy cynku o ołowiu 216mln ton ( wystarczy na 30-40 lat)

• magnetyt tytano-wanadonośny 1mld ton

Obecnie w Polsce wydobywa się ok. 70 kopalin w tym 40 ważnych dla gospodarki

Łącznie wydobywa się ok. 400mln ton surowców, w tym

• 40% stanowi węgiel kamienny

• 35% piasek i żwir

• 8% węgiel brunatny (pokłady wyeksploatowane do roku 2030)

• 8% skały wapienne

Powstaje przy tym 170mln ton odpadów stałych z których ponad połowę wyrzuca się na wysypiska

Polska dostarcza (dane 1995r)

• 35,6% światowego wydobycia siarki - 2 miejsce

• 6,8% światowego wydobycia srebra - 5 miejsce

• 6,5% światowego wydobycia węgla brunatnego - 5 miejsce

• 3,7% światowego wydobycia węgla kamiennego - 7 miejsce

• 3,8% światowego wydobycia miedzi - 7 miejsce

Skarb państwa jest właścicielem wszystkich złóż mineralnych w krajuKoncesji na eksploatację zasobów strategicznych udziela MOŚZNiL Gospodarka surowcami o znaczeniu lokalnym - wojewodowie

Energia a środowisko

Światowe zasoby pewne (udokumentowane) paliw kopalnych i jądrowych. szacowano (1989r.) na 1435 Gt o.e., czyli ok. 6 · 10²² J

(1 Gt o.e. — 1 mld t ekwiwalentu naft., czyli ok. 4,19 · 10¹⁹ J).

Potencjał techniczny (czyli uwzględniający techn. możliwości wykorzystania) odnawialnych źródeł energii wynosi 24 Gt o.e., czyli ok. 10²¹ J; wykorzystuje się ok. 8% potencjału techn. energii odnawialnych. 

Obecnie prawie 90% światowej energii komercjalnej dostarczają paliwa kopalniane

• ropa naftowa - ok. 40%

• węgiel kamienny - ok. 30%

• gaz ziemny - ok. 20%

Światowe rezerwy paliw konwencjonalnych

• ropa naftowa - ok. 35 lat

• węgiel kamienny - ok. 300 lat

• gaz ziemny - ok. 60 lat

Polska - zasoby surowców energetycznych

• węgiel kamienny udokumentowane zasoby (do głęb. 1000 m) wynoszą 64,9 mld t; większość zasobów stanowi węgiel płomienny i gazowo-płomienny, tylko 25% — węgiel koksujący

• węgiel brunatny - zasoby ocenia się na 42 mld t, udokumentowane — na 14,3 mld t;

• ropa naftowa - obecnie rozpoznane zasoby ropy naft. (14 mln t) nie mają dużego znaczenia w gospodarce.

• gaz ziemny - zasoby 142 km³

• metan towarzyszy złożom węgla kam. na Górnym Śląsku -zasoby ponad 90 km³.

• uran - brak zasobów

Możliwości wykorzystania w naszym kraju energii odnawialnych są obecnie niewielkie, w liczącym się stopniu jest wykorzystywana jedynie energia wód, której zasoby są oceniane jako mogące dać produkcję ok. 12-13 TW· h energii elektr. rocznie.

Światowe zużycie energii

Zużycie energii w Polsce

• udział przemysłu w bezpośrednim zużyciu energii (czyli w odbiornikach końcowych) wyniósł 40,6%,

• budownictwo — 1,1%,

• transport — 4,7%,

• rolnictwo — 2,0%,

• gospodarka komunalna— 1,7%.

Energetyka - dział nauki i techniki zajmujący się pozyskiwaniem, przetwarzaniem, gromadzeniem oraz użytkowaniem różnych form i nośników energii.

Użyteczne formy energii (mech., elektr. oraz ciepło) uzyskuje się w wyniku przetwarzania energii pierwotnych, głównie:

• energii chemiczna paliw pierwotnych,

• energii jądrowa - zasoby pierwiastków promieniotwórczych,

• energii wód,

• energii wnętrza Ziemi ( energia geotermiczna),

• energii przepływu powietrza (wiatrów),

• energii promieniowania Słońca (energia słoneczna)

W zależności od postaci energii (lub jej nośnika) pierwotnej bądź finalnej energetyka dzieli się na:

• cieplną (termoenergetykę),

• wodną (hydroenergetykę),

• jądrową.

• elektroenergetykę

• energetykę geotermiczną (geoenergetykę),

• wiatrową (aeroenergetykę),

• słoneczną i 

• gazoenergetykę.

Energetyka cieplna (termoenergetyka) zajmuje się przetwarzaniem energii w procesach, w których pośrednią lub końcową (finalną) postacią energii jest ciepło uzyskiwane przez spalanie

• węgla,

• ropy naftowej i

• gazu

Procesy te, realizowane głównie w  elektrowniach (cieplnych), ciepłowniach i  elektrociepłowniach, dotyczą ponad 98% świat. zużycia energii.

Tradycyjna energetyka cieplna, wykorzystująca paliwa konwencjonalne, jest jednym z głównych źródeł zanieczyszczenia środowiska.

Energetyka jądrowa zajmuje się pozyskiwaniem i przetwarzaniem energii jądrowej zawartej w pierwiastkach rozszczepialnych;

Energia jądrowa jest wyzwalana w reaktorze jądrowym, głównie w postaci ciepła (ponad 95%) i wykorzystywana albo

• bezpośrednio do ogrzewania, albo

• przetwarzana na energię mechaniczną lub elektryczną. (statki i okręty z napędem jądrowym lub elektrownie jądrowe).

O rozwoju energetyki jądrowej zadecydowały

• względy ochrony środowiska oraz

• wyczerpywanie się zasobów tradycyjnych paliw

Obecnie ok. 100 siłowni jądrowych pracuje w ok. 40 krajach świata

Francja, Belgia i Szwecja produkują > 50% potrzebnej energii w reaktorach jądrowych

Od 1986r. obserwuje się regres w rozwoju energetyki jądrowej - naciski społeczne

• dotychczasowe awarie

• wątpliwości co do bezpiecznego składowania i powtórnego przerobu odpadów jądrowych oraz problemy ze złomem promieniotwórczym

• brak zaufania do agencji rządowych - ukrywanie lub odmowa informacji

• niedokładny rachunek ekonomiczny

• realna możliwość zamachów terrorystycznych

Schemat elektrowni jądrowej

Współczesne elektrownie stosują następujące typy reaktorów

• ciśnieniowy reaktor wodny PWR

• reaktor z wrzącą wodą BWR

• ulepszony reaktor chłodzony gazem AGR (CO₂)

• reaktor ciężko wodny CANDU

• reaktor powielający ( Pu-239)- chłodzony ciekłym metalem LMFBR

Cykl paliwowy reaktora jądrowego

Reaktory obecnie stosowane używają U-235 który stanowi tylko 0,7% wydobywanego uranu. W wyniku wzbogacania paliwa zawartość U-235 zwiększa się do ok. 3%

Stosowane systemy zabezpieczeń reaktorów

• pastylki paliwowe (ze stopu cyrkonu)

• koszulki paliwowe

• zbiornik ciśnieniowy reaktora

• obudowa bezpieczeństwa wokół reaktora

Zabezpieczenie odpadów promieniotwórczych

• odzysk U-235 i Pu-239 ( odpady z 3 elektrowni dają paliwo dla czwartej)

• składowanie w stalowych bunkrach o podwójnych ścianach

• zestalanie odpadów szkłem do postaci talarków i przechowywanie w studniach o głębokości ok. 600m lub na dnie morza

• odtransportowywanie na inne planety?

Energetyka jądrowa czy węglowa ?

Raport prof. Normana Rasmussena z Inst. Tech. Massachuttes ( koszt 30mln $)

W przypadku całkowitego stopienia się reaktora jądrowego - najgorsze zdarzenie o prawdopodobieństwie - 1 raz na 20tys. lat nie uwzględniono sabotażu)

• 3,5 tys. ludzi ginie natychmiast z powodu ostrego napromieniowania

• 45 tys. ludzi ginie w kolejnych latach z powodu zachorowań na raka

• 14 mld $ straty materialne

ryzyko śmierci z powodu katastrofy reaktora jądrowego jest 10⁶ razy mniejsze niż z powodu wypadku drogowego

więcej problemów niosą odpady i promieniotwórczy złom ze zużytych reaktorów

Porównanie konsekwencji stosowania energetyki jądrowej i węglowej

przy zastosowaniu 400 siłowni o mocy 1000MW - roczna ilość energii zużyta w USA

Parametr	Siłownia jądrowa	Siłownia węglowa
Ofiary w wypadkach przy produkcji energii	200-600 rocznie	400 przy zachowaniu norm emisji SO2, 8000 przy przekroczeniu norm emisji SO2, 25 tys. zachorowań na choroby dróg oddechowych na 1 siłownię
Ofiary w wypadkach przy wydobyciu surowca uranu	70	70
Ofiary przy transporcie surowca do siłowni	20	500
Zużycie paliwa na 1 siłownię rocznie	27 ton	1,8mln ton
Degradacja środowiska naturalnego wynikająca z działalności kopalni surowca		Kilkanaście razy większa, kopalnie odkrywkowe - 80 razy większa
Degradacja środowiska wynikająca z działalności siłowni	znaczne w razie awarii	Skażenia powietrza, gleb i wód
Odpady	problemy ze składowaniem przez znaczny okres czasu (ok.10 okresów półrozpadu - setki lat)	180 tys. ton popiołu i żużla na 1 siłownię

Skażenia promieniotwórcze

Źródła promieniowania

• naturalne - promieniowanie kosmiczne i naturalne pierwiastki promieniotwórcze ( radon)

• antropogeniczne -

1. medycyna - badania radiologiczne, radioterapia

2. aparatura analityczna i naukowa wykorzystująca prom. X, α, β, γ

3. przemysł jądrowy- produkcja źródeł promieniowania

4. urządzenia wykorzystujące źródła prom. - wykrywacze dymu, grubościomierze, ekrany TV i monitory, zegarki z fosforyzującą tarczą

5. urządzenia do sterylizacji żywności - prom. γ

6. próby i eksperymenty jądrowe

7. awarie w elektrowniach atomowych

Głównymi sztucznymi izotopami promieniotwórczymi, znajdującymi się obecnie w środowisku naturalnym na całej kuli ziemskiej są :

• ¹³⁷Cs (gamma, beta 30 lat),

• ⁹⁰Sr (beta, 28 lat),

• ²³⁹Pu (alfa, 24 tys. lat),

• ²⁴⁰Pu (alfa, 8 tys. lat).

Dawka pochłonięta - 1 Gy (grej)

1kg materii pochłonął dawkę 1 Gy jeśli wydzielona w nim energia wyniosła 1J

Biologiczny równoważnik dawki ( 1 Sv- siwert) - pochłonięta energia promieniowania w Gy pomnożona przez współczynnik określający jakość promieniowania

1Sv = 1Gy ^. q

q=1 dla promieniowania γ

q=1-1,7 dla promieniowania β

q=10 dla neutronu

q=20 dla promieniowania α

Biologiczne działanie promieniowania jonizującego

Skutki dużych dawek promieniowania

Odnawialne źródła energii

Energetyka słoneczna (helioenergetyka) zajmuje się pozyskiwaniem, przetwarzaniem i wykorzystaniem energii promieniowania Słońca.

Energia słoneczna o mocy 81^.10⁹ MW ogrzewa Ziemię - lądy 27^.10⁹ MW

Potrzeby ludzkości - 0,01^.10⁹ MW

Na wyprodukowanie energii 1000MW- pow. ogniw słonecznych100km² czyli na pokrycie zapotrzebowania światowego- ogniwa o łącznej pow.40^.10⁶ km². Powierzchnia Polski : 312 685 km²

Metody wykorzystania energii słonecznej

• metoda heliotermiczna

• metoda helioenergetyczna

Metoda heliotermiczna - przemiana promieniowania słonecznego w ciepło

• elektrownie heliotermiczne typu CRS- z wieżą centralną

• elektrownie z liniowymi kolektorami słonecznymi SEGS

wady - wysokie koszta inwestycyjne i eksploatacyjne, uzależnienie od warunków pogodowych

USA, Niemcy Szwajcarzy - konsorcjum Phoebus - budowa jednostek CSR o mocy 30MW

Założenia perspektywiczne

• budowa instalacji mieszanych słoneczno-paliwowych

• wykorzystanie energii słonecznej w małych instalacjach do produkcji gorącej wody

• budowa stawów cieplnych magazynowanie energii słonecznej w tzw. stawach energetycznych (słonecznych) z czarnym absorbującym promieniowanie dnem, dzięki utrzymywaniu w nich uwarstwienia z rosnącą w głąb koncentracją soli staw 25ha - 5MW - koszt 3000$ (Izrael)

Metoda helioelektryczna - bezpośrednia przemiana energii słonecznej w energię elektryczną za pomocą ogniw fotoelektrycznych

Elektrownia o mocy 1000MW - 50km² fotoogniw o sprawności 10%

Ogniwa z krzemem polikrystalicznym - sprawność ok. 10%

z krzemem monokrystalicznym - 12-16%

z arsenkiem galu - 23%

Największa elektrownia Carissa Plain - Kalifornia moc 6,5MW

Niemcy - program „tysiąca dachów”

domek jednorodzinny - 5000W - pow. ok. 36m² - zbyt wysokie koszta (ok. 5 razy droższa energia niż ze źródeł konwencjonalnych )

• koszt ogniw

• koszt przekształtnika - współpraca z siecią

• koszt przyłączy i konstrukcji dachowej

• koszty konserwacji i napraw

Założenia perspektywiczne

• budowa elektrowni kosmicznych na satelitach stacjonarnych ok. 2030r

stos o pow. 65km² na wys. 35km nad Ziemią - moc 10000MW ( 7 razy tyle co na pow. Ziemi) - przekazanie w postaci fal ultrakrótkich do falowników- prąd przemienny

Biopaliwa

Biopaliwa to materiały palne otrzymywane z biomasy roślinnej lub zwierzęcej, szybko odtwarzalne w cyklu wegetatywnym roślin lub w hodowli zwierzęcej, a także pochodzące z odpadów organicznych powstałych w wyniku działalności człowieka.

Energię z biomasy uzyskuje się poddając ją

• spalaniu lub częściej,

• procesom fiz.-chem., jak piroliza, fermentacja, uwodornienie;

płynne biopaliwa,

• gł. alkohol etylowy (z trzciny cukrowej, buraków cukrowych i in.), który może być: dodany do benzyny bezołowiowej, użyty jako czyste paliwo lub służyć do produkcji dodatku przeciwstukowego — eteru etylowo-tert-butylowego, i 

• oleje roślinne (m.in. rzepakowy, słonecznikowy, kokosowy), które można wykorzystać jako paliwo do silników Diesla;

Elektrownia o mocy 4000MW potrzebuje terenów uprawnych - 2000-5000km²

Obecnie na największą skalę otrzymuje się biogaz, używany jako paliwo energetyczne, jego produkcja jest także dogodnym i bezpiecznym dla środowiska przyr. sposobem utylizacji odchodów zwierzęcych, odpadów komunalnych i niektórych odpadów przemysłowych

Energetyka wiatrowa

Energetyka wiatrowa (aeroenergetyka) zajmuje się przetwarzaniem energii wiatru (za pomocą silników wiatrowych) w elektrowniach i siłowniach wiatrowych.

Moc (kW) agregatu turbina wiatrowa-prądnica

P=(0,00011÷0,00022)d² v³

d=średnica łopatek turbiny, v=prędkość wiatru,

prędkość wiatru v=5-25m/s d_max =100m η = 35% (teort. 60%)

znaczna powierzchnia (odległość pomiędzy turbinami = 10d),

żywotność turbiny - 20lat, zwrot nakładów inwestycyjnych po 10latach

Możliwość lokalizacji

• strefy brzegowe

• wyspy

• okolice podgórskie

Modelowe rozwiązania - farmy wiatrowe , USA, Kalifornia -7tys. turbin

Dania - jednostki o mocy 2MW, h=57m, d=60m

Oddziaływanie na środowisko

• źródło hałasu

• szpecą krajobraz

• płoszą ptactwo i zwierzynę

• zakłócają odbiór telewizyjny

Polska

Brak sprzyjających warunków - ew. okolice nadmorskie i Podhale

v=12m/s h=12-18m, moc 12-18-64 kW

Swaryszewo k. Pucka -1991r elektrownia wiatrowa z duńskim agregatem prądotwórczym - 95kW -koszt inwestycji 200.000zł - 130MWh/rok

Hydroenergetyka

Energetyka wodna (hydroenergetyka) zajmuje się pozyskiwaniem energii wód i jej przetwarzaniem na energię mechaniczną. i elektryczną. przy użyciu

• silników wodnych (turbin wodnych) i 

• hydrogeneratorów w siłowniach wodnych (np. w młynach) oraz w

• elektrowniach wodnych, a także

• w elektrowniach maretermicznych i maremotorycznych).

Energetyka wodna opiera się przede wszystkim na wykorzystaniu energii wód śródlądowych o dużym natężeniu przepływu i dużym spadzie — mierzonym różnicą poziomów wody górnej i dolnej z uwzględnieniem strat przepływu.

Średnia wydajność wytwarzania mocy - 75-80% (90%)

Na świecie wykorzystuje się zaledwie 13% miejsc gdzie możliwe jest wznoszenie zapór i budowanie siłowni wodnych

Oddziaływanie na środowisko

• zmiany warunków hydrologicznych rzek - ustalanie nowych stanów i pływów wody w rzece

• zmiany w ukształtowaniu koryt

• zmiany warunków hydrogeologicznych terenów przyległych do zbiorników (podmakanie, zalewanie, pogorszenie jakości wód gruntowych)

• zmiany właściwości fizykochemicznych wody ( temp., natlenienie)

• zakłócenia w życiu hydrobiologicznym

• zmiany krajobrazu i użytkowania terenów

• zagrożenie dla dóbr przyrody i kultury

• zagrożenie wypływem oleju z łożysk silników i z olejowych chłodnic ( elektrownie starego typu)

Poza energetycznym, elektrownie wodne zbiornikowe mogą spełniać jednocześnie inne zadania, jak zabezpieczenie przeciwpowodziowe, regulacja przepływu ze względu na żeglugę.

Dla Polski dominujące znaczenie hydroenerg. mają dolna Wisła oraz Dunajec.

W 1990 produkcja energii elektr. z energii wód w Polsce wyniosła 3,3 TW·h, a na świecie — ok. 2162 TW·h.

Za rozwojem hydroenergetyki przemawia fakt, że koszt energii elektr. produkowanej w elektrowni wodnej jest niższy niż energii elektr. produkowanej w elektrowni cieplnej.

Wykorzystanie energii morza

Elektrownie maremotoryczne

Elektrownie pływowe

Kanada, Chiny, W. Bryt, Francja

Francja - ujście rzeki la Rance do kanału La Manche (1969r)

Max amplituda pływów 13,5m, - 24 turbiny wodne , moc 10MW

Oddziaływanie na środowisko

• zasalanie ujść rzek

• erozja brzegów

• utrudnienia wędrówki ryb (łososie)

Nowsze rozwiązania w elektrowniach maremotorycznych ( Norwegia, Szkocja, Japonia)

• turbinki wodne OWC (ocean wave column)

• turbinki powietrzne MOSC (multi-resonant oscillating column)

• “tratwy”

• “kaczki”

Elektrownie maretermiczne ( strefa równikowa)

wykorzystanie różnicy temp. wody na powierzchni i na głębokości 300-500m ΔT=20- 25⁰C, czynnik roboczy -amoniak, freon, propan - sprawność ok. 2,5%

Indonezja -Bali 5MW, Japonia -10MW, Hawaje - 40MW

Geoenergetyka

Energetyka geotermiczna (geoenergetyka) zajmuje się pozyskiwaniem i przetwarzaniem (w elektrowniach geotermicznych) ciepła wnętrza Ziemi, którego źródłem są

• przemiany promieniotwórcze,

• reakcje chemiczne. oraz inne

• procesy zachodzące w skorupie ziemskiej.

Przydatność danej formacji geologicznej jako miejsca wykorzystania energii geotermicznej (geotermalnej) określa wielkość stopnia (gradientu) geotermicznego, czyli przyrostu temperatury na jednostkę długości mierzonej w głąb ziemi.

W praktyce wykorzystuje się ciepło wnętrza Ziemi zmagazynowane w :

• masie stopionych skał (magmie),

• skałach znajdujących się w stanie stałym (Los Alamos , Nowy Meksyk)

• wodzie przenikającej z powierzchni i stykającej się z gorącymi skałami (gorące źródła lub gejzery) -Islandia, Kamczatka, USA, Japonia Nowa Zelandia, Kenia, Meksyk, Włochy

Główne źródło energii geotermalnej - gejzery

• duża ilość agresywnych korozyjnie gazów (H₂S, CO₂)

• korozyjność wód geotermalnych

• problemy z wykorzystanymi zimnymi wodami

• ciepłe źródła znajdują się zwykle na terenie rezerwatów przyrody

Ogniwa paliwowe

Rodzaje ogniw i śr. temp. pracy

• PEFC - polymer Electrolyte Fuell Cell 80⁰C

• AFC- Alkaline Fuel Cell - 100⁰C

• PAFC- Phosphore Acid Fuel Cell - 200⁰C

• MCFC- Molten Carbonate Fuel Cell - 650⁰C

• SOFC- Solid Oxide Fuel Cell - 1000⁰C

Zastosowanie ogniw paliwowych

PEFC i AFC - komunikacja

PAFC, MCFC i SOFC - energetyka

Potrzeby energetyczne a oszczędność energii

W Polsce struktura zużycia nośników energii przez odbiorców finalnych jest następująca (1995):

• paliwa stałe — 47,9%,

• paliwa ciekłe — 16,4%,

• ciepło scentralizowane (dostarczane z sieci ciepłowniczej) — 12,4%

• energia elektr. — 12,3%,

• gaz — 12%;

jest to struktura niekorzystna i odmienna niż w krajach Unii Eur., gdzie udziały energii elektr. i gazu są ok. 2 razy większe;

W Polsce 1995 zużycie energii elektr. na 1 mieszk. wynosiło ok.3,1 MW∙h, a w Europie średnio ok. 5,6 MW∙h.

Aby zaspokoić potrzeby energetyczne. i jednocześnie zapewnić ochronę środowiska, należy

• zmniejszyć energochłonność wielu dziedzin gospodarki,

• dążyć do „czystej” i bezpiecznej energetyki cieplnej i jądrowej,

• szerzej wykorzystywać energie odnawialne (wód, Słońca, wiatru, biogazu) nie dające szkodliwych odpadów

• oszczędzać energię stosując energooszczędne odbiorniki energii i środki transportu, izolacje cieplne itp.

• lepiej wykorzystywać tzw. ciepło odpadowe

W wielu krajach, w tym w Polsce, warunki klimatyczne uniemożliwiają jednak znaczący rozwój e. słonecznej i wiatrowej.

W światowym. bilansie energetycznym udział energii pochodzącej

• z paliw kopalnych wynosi ok. 87%,

• z energii wód blisko 7% (w Polsce ok. 2,5%), a

• z elektrowni jądrowych ponad 5,5%,

przy czym energii elektr. w ponad 60% dostarczają elektrownie cieplne (klasyczne)

Na świecie wykorzystuje się tylko ok. 8% potencjału techn. energii odnawialnych.

Górnictwo i ochrona kopalin użytecznych

Górnictwo, dział gospodarki obejmujący ogół procesów związanych z wydobywaniem z ziemi kopalin użytecznych i z ich przeróbką (wzbogacanie kopaliny użytecznej).

Zależnie od rodzaju wydobywanej kopaliny górnictwo można podzielić m.in. na:

• węglowe,

• rudne,

• solne ( solnictwo).

W zależności od rodzaju złoża i warunków geologicznych stosuje się rozmaite sposoby eksploatacji:

• eksploatację naziemną (odkrywkową) — przeprowadzaną w złożach występujących blisko powierzchni Ziemi, po usunięciu nadkładu skał płonnych;

• eksploatację podziemną (głębinową) — w przypadku głębokiego zalegania złoża, gdy usuwanie grubego nadkładu skał płonnych jest nieopłacalne;

• eksploatację za pomocą otworów wiertniczych (wiertnictwo) — stosowaną wtedy, gdy eksploatacja innym sposobem nie jest możliwa (kopaliny płynne i gazowe), lub gdy jest mniej opłacalna.

Zasady i warunki poszukiwania i wydobywania kopalin użytecznych są określone przez prawo górnicze.

Górnictwo morskie

Górnictwo morskie, dziedzina techniki zajmująca się wydobywaniem surowców miner. z dna mórz, a także ich uzyskiwaniem z wody morskiej. Eksploatację prowadzi się na obszarach szelfów kontynentalnych, także i basenów oceanicznych.

Wydobywa się

• ropę naftową,

• gaz ziemny (za pomocą pływających jednostek wiertniczych),

• sól kam. (w przybrzeżnych salinach).

• z wody morskiej uzyskuje się też od dawna sole potasowe i magnezowe, a także brom i jod.

Podmorską eksploatację ropy naft.( 35% światowych zasobów) prowadzi ponad 40 państw, gazu ziemnego — 35 państw.

W Polsce jest eksploatowane jedno podmorskie złoże ropy naft., położone na pn. od przylądka Rozewie; wydobywane są również żwiry na obszarze Ławicy Słupskiej.

Rozwój techniki umożliwił rozpoczęcie wydobycia innych cennych surowców miner. metodami górnictwa morskiego.

Obszary szelfów kontynent. (25 mln km²) są terenem eksploatacji górn. osadów dennych, obejmującej głównie:

• kasyteryt (Indonezja, Malezja, Tajlandia),

• piaski i żwiry (Kalifornia i W. Brytania),

• złoto (Alaska), platynę, diamenty (pd.-zach. Afryka),

• rutyl, cyrkon, ilmenit (Australia, Indie),

• konkrecje żelazowo-manganowe (USA),

• konkrecje fosforytowe, a także

• węgiel kamienny (W. Brytania, Japonia).

Na dnie basenów oceanicznych występują wielkie ilości konkrecji żelazowo-manganowych (zawierających także inne metale) i fosforytowych; oblicza się, że tylko w Oceanie Spokojnym znajduje się 10∙10¹¹ t konkrecji, zawierających:

• manganu — 2,4∙10¹¹ t,

• niklu — 9,4∙10⁹ t,

• miedzi — 5,3∙10⁹ t,

• kobaltu — 2,8∙10⁹ t;

Tempo przyrostu konkrecji wynosi 0,1-2,5 mm na 1000 lat. Konkrecje te są eksploatowane gł. przez USA.

Polska jest także, jako członek międzynar. konsorcjum górn. Interoceanmetal, współwłaścicielem koncesji na eksploatację konkrecji manganowych na powierzchni 75 000 km² dna wsch. O. Spokojnego (w tzw. obszarze Clarion-Clipperton).

Występujące w tym rejonie konkrecje zawierają ok. 30% manganu, 1,28% niklu, 1,22% miedzi, 0,18% kobaltu.

Górnictwo a ochrona środowiska

Górnictwo ( w szczególności górnictwo odkrywkowe) oraz procesy przeróbki minerałów stanowią wielkie obciążenie dla środowiska

• olbrzymie hałdy odpadów

• skażenia wód gruntowych i powierzchniowych

• skażenia powietrza

• problemy z rekultywacją terenów zdewastowanych

• zmiany krajobrazowe

Polityka państwa w zakresie ochrony zasobów powinna wspierać działania zmierzające do

• oszczędnego gospodarowania złożami

• maksymalnego wykorzystania eksploatowanego złoża

• gospodarczego wykorzystania kopalin towarzyszących

• ewentualnego wykorzystania złóż ubogich (unowocześnienie metod wydobycia)

• recyklingu surowców i materiałów stosowanych w przemyśle

• eksploatacji hałd z odpadami w celu wydobycia cennych surowców

Usuwanie i unieszkodliwianie odpadów

Odpady, odpadki, uboczne produkty działalności człowieka, nieprzydatne w miejscu i czasie, w którym powstały, szkodliwe lub uciążliwe dla środowiska przyrodniczego.

rozróżnia się 2 grupy odpadów:

• odpady komunalne, powstające na terenach zamieszkanych i związane z bytowaniem ludzi, oraz

• odpady przemysłowe, związane z działalnością gospodarczą.

Do odpadów komunalnych zalicza się m.in.

• odpady z gospodarstw domowych

• odpady uliczne zbierane w koszach, zmiotki uliczne,

• odpady z terenów otwartych - drogi, parki, tereny rekreacyjne

• odpady z obiektów użyteczności publicznej: służby zdrowia, handlu. itp.;

• odpady z rzemiosła , drobnych firm produkcyjnych

Do odpadów przemysłowych zalicza się m.in. produkty uboczne, tzw.

• odpady poprodukcyjne,

• odpady powstające w gospodarce magazynowej,

• odpady powstające w wyniku oczyszczania ścieków i emitowanych do atmosfery gazów,

• odpady z przemysłu wydobywczego oraz

• odpady z ferm hodowlanych. (jeżeli nie są wykorzystywane rolniczo).

W Polsce rocznie wywozi się ponad 46mln m³ odpadów komunalnych oraz ok. 120mln ton odpadów przemysłowych

Odpady dzieli się na 3 klasy szkodliwości:

• odpady niebezpieczne,

• odpady szkodliwe

• odpady uciążliwe.

Do odpadów niebezpiecznych (objętych listą MOŚZNiL) zalicza się te, które wprowadzone do środowiska nawet w małych ilościach natychmiast powodują jego trwałą degradację;

Odpady niebezpieczne w Polsce stanowią ok. 7% wytworzonych odpadów przemysłowych

Odpady szkodliwe to te, które wprowadzone do środowiska dopiero w większych ilościach i w wyniku długotrwałego oddziaływania powodują jego degradację.

Odpady uciążliwe nie zawierają substancji powodujących procesy degradacji, jednak niekorzystnie wpływają na walory estetyczne środowiska, np. zniekształcają krajobraz.

Odpady komunalne

Odpady komunalne mają zróżnicowany skład, gł. ich składnikami są

• odpadowe produkty spożywcze (ok. 40%),

• papier i tektura (ok. 20%),

• szkło,

• tworzywa sztuczne,

• metale i in.

• popiół z palenisk domowych, kotłowni osiedlowych i in.

Odpady komunalne zawierają liczne drobnoustroje chorobotwórcze i stanowią w związku z tym zagrożenie epidemiologiczne

Z badań statyst. wynika, że jeden mieszkaniec miasta wytwarza rocznie ok. 1,2m³ (ok. 200 kg) odpadów.

Unieszkodliwianiem nazywa się całkowite lub częściowe eliminowanie szkodliwego oddziaływania odpadów na środowisko przyrodnicze. Przez

• utylizację (gosp. wykorzystanie odpadów) lub

• izolację od środowiska.

Unieszkodliwianie odpadów obejmuje:

• selektywne gromadzenie w miejscu powstania z rozdzieleniem na te składniki, które mogą być zagospodarowane jako surowce wtórne, oraz pozostałe, wymagające izolacji;

• składowanie na wysypiskach

• kompostowanie,

• spalanie

• zintegrowane systemy unieszkodliwiania odpadów

W Polsce unieszkodliwianie odpadów komunalnych ( 45mln m³) odbywa się niemal wyłącznie przez składowanie ich na wysypiskach - ok. 790 wysypisk o łącznej pow. 3,0 tys ha (największe mają pow. 20ha) w tym 99% wysypiska otwarte !

Liczba dzikich wysypisk szacowana jest na ok. 10tys !

Tylko ok. 50% ludności objęte jest obsługą komunalną wywozu odpadów bytowych

Wysypiska odpadów komunalnych

lokalizacja - z dala od ujęć wody pitnej, w podłożu o małej przepuszczalności

podłoże wysypisk zabezpieczają specjalnej konstrukcji ekrany (geomembrany) i system przewodów zbierających odcieki powstające w wyniku fermentacji

w razie stwierdzenia nieszczelności geomembrany wysypisko musi być natychmiast zamknięte - skażenie wód gruntowych

system wentylacji - gazy fermentacyjne muszą być wychwytywane, oczyszczane i bezpiecznie odprowadzane do atmosfery lub spalane

warstwa górna - powierzchnia wysypisk przykryta substancjami miner., np. warstwą ziemi, piaskiem

otoczenie - pas zieleni ochronnej ( co najmniej 2 piętra zieleni)

Do charakterystycznych czynników emitowanych przez wysypisko komunalne należą

• gaz wysypiskowy - głównie metan, dwutlenek węgla, nieznaczne ilość siarkowodoru, azotu, tlenku węgla i węglowodorów aromatycznych

• zanieczyszczenia mikrobiologiczne - bakterie , grzyby ( w tym także zaw. mykotoksyny)

• pyły zawierające metale ciężkie Cd, Pb, Zn, Fe, Mn, Ni (z popiołów)

• odory - organiczne zw. siarki, azotu

Selektywne gromadzenie odpadów organicznych (oddzielanie materiałów nie ulegających biodegradacji - tworzywa sztuczne, metale, szkło) wydłuża czas eksploatacji wysypiska

Kompostowanie odpadów

Kompostowanie odpadów -polega na biochem. przetwarzaniu odpadów w kompost.

Biochemiczne przemiany substancji organicznej są podobne jak w glebie

Rozkład powodują mikroorganizmy- bakterie termofilowe, promieniowce i grzyby

W kompostowni zachodzą równolegle 2 procesy biochemiczne:

• mineralizacja - utlenienie substancji organicznej do CO₂, H₂O, NO₃^-, SO₄^2-, PO₄^3- - proces egzotermiczny

• humifikacja - synteza produktów rozkładu w wielkocząsteczkowe substancje próchnicze - biohumus

kompost z odpadów komunalnych, a także niektórych organicznych odpadów przemysłowych stanowi nawóz nadający się na gleby urodzajne oraz do rekultywacji terenów zdegradowanych;

część odpadów nie nadająca się do nawożenia jest usuwana na wysypiska

Polska - kompostownie w Katowicach, Warszawie, Suwałkach, Kołobrzegu i Zielonej GórzeW Europie kompostowanie prowadzone jest na szerszą skalę w Austrii, Belgii, Francji, Włoszech Holandii, Portugalii i Hiszpanii - kompost znajduje zbyt w produkcji winorośli w ogrodnictwie, warzywnictwie i w szkółkarstwie i na cele rekultywacyjne

Spalanie odpadów komunalnych

Spalanie odpadów komunalnych - najbardziej radykalna metoda unieszkodliwiania odpadów

• jest zalecane zwł. dla odpadów stanowiących zagrożenie epidemiologiczne (np. odpadów ze szpitali);

• w wyniku spalania odpadów uzyskuje się ciepło wykorzystywane do ogrzewania lub przetwarzane na energię elektryczną

• pozostałości po spaleniu (popiół i żużel) - są składowane na wysypiskach (10-15% objętości odpadów)

Spopieleniu ulega ponad 50% odpadów komunalnych w Japonii, Szwecji i w Szwajcarii , ok. 20% w Belgii, Francji, Niemczech, we Włoszech i w Holandii

W krajach UE 35% spalarni wykorzystuje filtry mechaniczne, 36% elektrofiltry a 7% oba rodzaje filtrów

Wady

• wysoki koszt

• niebezpieczeństwo syntezy i emisji do atmosfery PCDD i PCDF

• wytwarzanie popiołu wymagającego bezp. składowania - metale ciężkie

Zintegrowane systemy unieszkodliwiania odpadów polegające na łączeniu kilku metod, np. w dużych miastach stosuje się:

• segregację w celu odzyskania surowców wtórnych oraz ich zagospodarowanie (m.in. makulatura, szkło, metale, tworzywa sztuczne);

• pozostałe odpady poddaje się kompostowaniu;

• odpady, które nie uległy biochem. rozkładowi poddaje się spalaniu

• pozostałości po spaleniu składuje się;

Odpady przemysłowe

Główne rodzaje odpadów przemysłowych w Polsce

• 60% odpadów - kopalnictwo surowców energetycznych i przemysł paliwowo-energetyczny w tym 46%- odpady górnictwa węgla kamiennego

• 23% - szlamy poflotacyjne i odpady popłuczkowe przemysłu węglowego, siarkowego, miedziowego i cynkowo-ołowiowego i chemicznego

• 16% - popioły lotne i żużle z elektrowni i elektrociepłowni

• odpady z pozostałych gałęzi kopalnictwa ( surowce skalne)

Przyczyną dużej ilości odpadów jest

• przewaga przemysłu wydobywczego i surowcowego nad przemysłem przetwórczym,

• niski poziom technologiczny w przemyśle,

• brak środków na zagospodarowanie odpadów,

• niski poziom świadomości społecznej

W Polsce wytwarza się ok. 120 mln. ton odpadów przemysłowych ( w tym odpady niebezpieczne ok. 7% nagromadzonych)

Największe obciążenie odpadami

• rejon Katowic> 50% całkowitej ilości odpadów

• rejon Legnicy > 20% całkowitej ilości odpadów

• rejon Wałbrzycha

• rejon Krakowa

• rejon Szczecina

• rejon Tarnobrzegu

W Polsce znajduje się największy w Europie zbiornik odpadów przemysłowych - Żelazny Most - Legnicko-Głogowski Okręg Miedziowy

ok. 50% odpadów przemysłowych wykorzystuje się gospodarczo, resztę składuje się hałdach, wysypiskach i stawach osadowych

Usuwanie odpadów niebezpiecznych

Odpady niebezpieczne pochodzą głównie z

• przemysłu

• rolnictwa

• transportu

• służby zdrowia

• laboratoria badawcze itp.

zawierają najczęściej składniki :

• toksyczne,

• radioaktywne,

• palne,

• korozyjne

• wybuchowe lub

• biologicznie czynne.

Metody usuwania odpadów niebezpiecznych ze środowiska

Ogólnoświatowa produkcja odpadów niebezpiecznych i specjalnych 338^.10⁶ ton z czego 81% wytwarzają USA

USA - 275^. 10⁶ ton - 79% przemysł chemiczny,

Kraje OECD - 30,3 ^. 10⁶ ton odpadów niebezpiecznych i specjalnych

Sposoby usuwania odpadów niebezpiecznych

• redukcja u źródła

• magazynowanie

• składowanie na składowiskach

• składowanie w głębokich odwiertach

• zatapianie w morzu

• spalanie

• metody chemiczne

• biotechnologie

• metody specjalne

Redukcja u źródła - modernizacja procesów technologicznych, stosowanie „czystych” technologii i obiegów zamkniętych

Magazynowanie i składowanie na składowiskach - „bomba z opóźnionym zapłonem” - rozhermetyzowanie zbiorników lub przebicie geomembran - skażenie gleby, wód gruntowych

Składowanie w głębokich odwiertach - USA do 50% odpadów niebezpiecznych

• przesiąkanie do warstw wodonośnych

• przesiąkanie do opuszczonych i nieznanych studni

• reakcje chemiczne ze skałą - zapychanie studni

• trzęsienia ziemi spowodowane nasmarowaniem lub zwiększeniem ciężaru poszczególnych warstw

• brak dużej ilości odp. pokładów geologicznych ( braki w dokumentacji)

• niemożliwość śledzenia wycieków i ich migracji

Zatapianie w morzu - unieszkodliwianie przez rozcieńczenie

• śmieci komunalne

• szlamy kanalizacyjne

• odpady radioaktywne

• substancje chemiczne

• muły z pogłębiarek

• pociski wojskowe konwencjonalne i chemiczne

London Dumping Convention 1972r - zabrania zatapiania toksycznych materiałów zawierających m.in.

• metale ciężkie ( Cd, Hg, As, Cu, Pb, Zn)

• chlorowcowęglowodory

• paliwa i oleje

• odpady radioaktywne

Spalanie odpadów niebezpiecznych

Problemy

• konieczność wstępnej segregacji odpadów tak aby udział składników zawierających chlor nie przekraczał 5% ( zmniejszenie emisji dioksyn)

• powstawanie i usuwanie ze spalin wtórnych zanieczyszczeń - dioksyny, furany

• brak skutecznej metody kontroli dioksyn w spalinach

• sprawne systemy odpylające i oczyszczające spaliny - wielostopniowe

• składowanie popiołów zawierających wymywalne składniki lub ich usuwanie i problem ze ściekami

• zbyt niska wartość opałowa odpadów

• wysoki koszt

• protesty społeczne

Współczesne metody spalania

• piroliza i dopalanie gazów pirolitycznych

• spalanie w piecach obrotowych z dopalaniem spalin w termoreaktorze

• spalanie w piecach z paleniskiem stałym rusztowym lub ruchomym

• współspalanie w piecach cementowych

• współspalanie w urządzeniach energetycznych

• spalanie w piecach fluidalnych

Technologie oczyszczania spalin muszą gwarantować

• odpylanie

• usuwanie halogenowodorów

• usuwanie tlenków węgla

• usuwanie tlenków azotu i siarki

• usuwanie substancji organicznych - w tym dioksyn

Przydatność metod spalania w zależności od rodzaju odpadów

Rodzaj odpadu		Rodzaj technologii
				Spalanie strumieniowe	Piec obrotowy	Piec przepychowy	Spalanie fluidalne
Odpady stałe	ziarniste jednorodne		X	X	X
	nieregularne grube		X	X	X
	związki organiczne z topliwym popiołem		X	X	X
Odpady gazowe	ciężkie pary organiczne	X	X	X	X
Odpady ciekłe	ciecze organiczne	X	X	X	X
	wodne odpady z wys. zawartością cieczy organicznej	X	X	X	X
Odpady stałe/ciekłe	szlam		X		X

Metody niszczenia substancji szczególnie niebezpiecznych

• spalanie w łuku plazmowym - 45000⁰C

• niszczenie w solach stopionych 900- 1650⁰C - pestycydy, bojowe środki trujące

• traktowanie przegrzaną wodą - 370⁰C ciśnienie. 22MPa w obecności tlenu

• termiczne niszczenie w urządzeniach mikrofalowych - odpady szpitalne

Skuteczność powinna sięgać do 99,99%

Recykling

Recykling - wykorzystywanie odpadów technologicznych i surowców wtórnych do wytwarzania nowych produktów.

• zmniejszenie zużycia surowców

• zmniejszenie kosztów niszczenia odpadów

Przykłady recyklingu

• makulatura - do 40% pulpy przy prod. papieru

• złom metali żelaznych i kolorowych

• szkło - dodatek do asfaltu, prod. izolatorów, materiałów budowlanych

• zużyte oleje silnikowe

• tworzywa sztuczne - termoplasty

• opony samochodowe- dodatek do masy asfaltowej, prod. tw. sztucznych, mat.gumowych

Spopielanie odpadów palnych - wytwarzanie energii - wkład do bilansu energetycznego

Zagospodarowanie odpadów sprzętu elektronicznego

Do odpadów sprzętu elektronicznego zaliczamy m.in.:

• zużyty sprzęt gospodarstwa domowego

• sprzęt radiowo-telewizyjny

• sprzęt akustyczny

• sprzęt wideo i muzyczny

• urządzenia informatyczne i telekomunikacyjne

• narzędzia elektryczne i elektroniczne

• zabawki elektroniczne

• sprzęt muzyczny

• przyrządy do monitorowania i kontrolno-sterujące

• automatyczne urządzenia dozujące

odpady sprzętu elektronicznego charakteryzuje wysoka dynamika wzrostu -

3-krotnie wyższa niż dla innych grup odpadów

Polska -

• co roku powstaje ok. 8mln sztuk zużytych urządzeń elektronicznych

• 90% zużytego sprzętu trafia na wysypiska komunalne

• możliwy stopień recyklingu - 95%

charakterystyka odpadów sprzętu elektronicznego

• metale ciężkie - Hg, Pb, Cd, Cr ( 40% ołowiu na wysypiskach pochodzi z odpadów elektronicznych)

• chlorowcopochodne - PCW, PCB

• azbest

recykling odpadów sprzętu elektronicznego może objąć :

• metale żelazne

• metale nieżelazne

• tworzywa sztuczne

• szkło

• materiały zespolone

• materiały mieszane

• inne

Organizacja recyklingu

• selektywna zbiórka

• segregacja i demontaż

1. przekazanie innym użytkownikom

2. poddanie modernizacji i naprawie

3. reprodukcja - montaż urządzeń z odzyskanych elementów

• przetwarzanie w celu uzyskania surowców wtórnych

• utylizacja odpadów nie podlegających recyklingowi

poziom recyklingu w krajach zachodnich w ostatnich 10 latach wzrósł z 47,5 % do 65%

warunki ekonomiczne i prawne

dostosowanie się do standartów UE

• Dyrektywa i odpadach sprzętu elektrycznego i elektronicznego

• Dyrektywa o oddziaływaniu sprzętu elektrycznego i elektronicznego

Polska

• Ustawa o ochronie i kształtowaniu środowiska

• Ustawa o utrzymaniu porządku i czystości w gminie

• Rozporządzenia MOŚZiNiL

tworzenie warunków do selektywnej zbiórki odpadów oraz działalności związanej z ich usuwaniem, wykorzystywanie i unieszkodliwianiem

• System depozytowo-refundacyjny - tworzenie

System zagospodarowania odpadów elektronicznych

Organizacja zbiórki zużytego sprzętu elektronicznego

Zakłady demontażu i recyklingu zużytego sprzętu elektronicznego

Aspekty ekonomiczne wdrożenia systemu recyklingu odpadów elektronicznych

Szacunkowe koszty przy założeniach wstępnych

Korzyści z systemu recyklingu odpadów elektronicznych

Środowisko i jego elementy

Biosfera, żywa powłoka ziemi wraz ze środowiskiem życia organizmów, obejmująca powierzchniową warstwę skorupy ziemskiej (litosfera), wszystkie wody (hydrosfera) i dolne warstwy atmosfery (troposfera).

Granice biosfery nie są jednoznacznie określone, większość organizmów żyje do ok. 100 m wysokości w atmosferze, 150 m w głąb wody i 3 m w głąb gleby.

Środowisko, ogół elementów przyrodniczych ożywionych (świat zwierzęcy i roślinny) i nieożywionych (w szczególności powierzchnia Ziemi łącznie z wodą, glebą, kopalinami i powietrzem), a także krajobraz, naturalny bądź też użytkowany i zmieniany przez człowieka. W węższym znaczeniu zespół czynników abiotycznych i biotycznych, w którym żyje dany organizm (nisza ekologiczna, siedlisko). Ekosystem, biogeocenoza, system ekologiczny, wycinek biosfery, obejmujący wszystkie organizmy żyjące na danym obszarze (biocenoza) wraz z fizycznym środowiskiem (siedlisko), które powiązane są ze sobą procesami przepływu energii i obiegu materii.Biocenoza, zbiór populacji roślinnych (fitocenoza), zwierzęcych (zoocenoza) i drobnoustrojów glebowych żyjących w określonej przestrzeni czyli środowisku fizycznym (siedlisku, biotopie), tworzący układ samoregulujący się (homeostaza) i będący w stanie dynamicznej równowagi.Siedlisko, biotop, w ekologii zespół czynników abiotycznych środowiska tworzący warunki bytowania danego organizmu.Ekologiczne czynniki, czynniki abiotyczne i biotyczne środowiska wpływające na rozmieszczenie organizmów w biocenozach lub ogólnie na kuli ziemskiej, rozpatrywane jako czynniki ograniczające ich rozwój.Czynniki biotyczne - elementy przyrody ożywionej ( człowiek, rośliny, grzyby, bakterie, zwierzęta ) wpływające w danej biocenozie na siebie wzajemnie i na środowisko abiotyczne.

Czynniki biotyczne regulują rozmieszczenie i liczebność populacji roślin i zwierząt w wyniku oddziaływania jednych organizmów na drugie przez:

• symbiozę

• pasożytnictwo

• drapieżnictwo

• kooperację

• konkurencję biologiczną wewnątrz gatunkową i międzygatunkową

• oddziaływania troficzne

• życie społeczne

• zachowania socjalne (terytorializm)

• czynniki chorobotwórcze

• i in. -także działalność człowieka

Czynniki abiotyczne

• klimatyczne

• fizjograficzne lub orograficzne ( właściwości powierzchni Ziemi)

• edaficzne ( właściwości gleb)

Przepływ materii i energii w ekosystemie

Producenci, rośliny zielone i inne organizmy autotroficzne (samożywność) wytwarzające z prostych związków nieorganicznych (soli mineralnych), drogą fotosyntezy lub chemosyntezy, złożone substancje organiczne swego ciała (materię organiczną). Stanowią podstawowy poziom troficzny ekosystemu. Producenci wykorzystują w warunkach optymalnych do 4% (średnio dla biosfery 0,1%) energii słonecznej.

Konsumenci, jeden z trzech zasadniczych poziomów troficznych występujących w biocenozie, organizmy heterotroficzne (cudzożywne).Wyróżniamy konsumentów pierwszego rzędu, którymi są zwierzęta roślinożerne i konsumentów drugiego rzędu, którymi są zwierzęta drapieżne żywiące się roślinożercami biocenozach często też spotyka się konsumentów trzeciego i wyższych rzędów. Konsumenci wraz z pozostałymi poziomami troficznymi wzajemnie ze sobą oddziaływują, tworząc tzw. łańcuchy pokarmowe. Destruenci, reducenci, grupa organizmów glebowych z różnych grup systematycznych (przede wszystkim bakterii, nicieni, pierścienic i owadów), będąca najważniejszym ogniwem w łańcuchu pokarmowym ekosystemu, której rolą jest rozkład (mineralizacja) martwej materii organicznej (detrytusu) wytworzonej przez producentów, na proste składniki mineralne, dwutlenek węgla i wodę.

Oddziaływania pomiędzy organizmami i środowiskiem

Środowisko ogranicza liczebność organizmów; ograniczenia narzucane przez środowisko nazywamy zbiorczo oporem środowiska

Największa liczba osobników, jaką środowisko może utrzymać przez nieskończenie długi czas, nazywana jest pojemnością środowiska (K).

Czynniki środowiskowe, które ograniczają wielkość populacji (czynniki ograniczające) możemy podzielić na dwie kategorie

• czynniki niezależne od zagęszczenia (czynniki abiotyczne)

• czynniki zależne od zagęszczenia (biotyczne - regulująą rozrodczość i śmiertelność)

prawo minimum von Liebiga głosi, że wzrost i rozwój roślin zależą od ilości tego składnika pokarmowego, którego w środowisku jest najmniej w stosunku do potrzeb.

zasada tolerancji Shelforda głosi, że wzrost każdego organizmu ograniczany jest nie tylko przez niedobór substancji pokarmowych, ale i przez ich zbyt wysoką (a przez to toksyczną) koncentrację.

Każdy organizm (ogólniej — każdy gatunek) charakteryzuje się określoną tolerancją (tolerancją ekologiczną) w stosunku do poszczególnych czynników środowiskowych.

• organizmy stenobiontyczne (stenobionty), o wąskim zakresie tolerancji w stosunku do określonego czynnika środowiskowego

• organizmy eurybiontyczne (eurybionty), o dużym zakresie tolerancji w stosunku do określonego czynnika - mogą osiągać wysokie zagęszczenia w środowiskach o bardzo zmiennych, niestabilnych warunkach,

Organizmy stenobiontyczne, mające ściśle określone wymagania co do określonych parametrów środowiska i często ograniczone zasięgi, mogą być cenne jako organizmy wskaźnikowe (bioindykatory).

Ogólnie środowiska bardziej zróżnicowane oferują organizmom większe bogactwo potencjalnych nisz ekologicznych, stąd też więcej w nich gatunków i większe zróżnicowanie gatunkowe oraz ogólne.

Homeostaza, tendencja układów biologicznych (np. ekosystemów) do opierania się zmianom środowiska i trwania w stanie równowagi.Im bogatsza w gatunki biocenoza tym lepsza homeostaza

Sukcesja ekologiczna

 Zmiany warunków środowiska i postępująca w ślad za tym przebudowa biocenozy jest procesem ciągłym. Znikają gatunki o węższym zakresie tolerancji w stosunku do nasilenia warunków środowiska (stenotopowe) pojawiają się nowe znajdujące teraz warunki umożliwiające rozwój.

Wzbogacanie biocenoz o nowe gatunki opiera się na ich imigracji z innych środowisk.

• pierwsze pojawiają się gatunki pionierskie, eurytopowe.

• później pojawiają się gatunki stenotopowe i stają się względnie stabilnym elementem biocenozy.

Poszczególne stadia rozwoju ekosystemu, występujące jedne po drugich, nazywane są serią sukcesyjną, a ustabilizowany układ kończący sukcesję ekonomiczną klimaksem.

We względnie stałych warunkach abiotycznych, po pewnym czasie, biocenoza osiąga maksimum swego rozwoju (klimaks), w którym występuje

• wysoki stopień specyficznych zależności między populacjami (pasożyt — żywiciel, związki symbiontyczne),

• maksymalne wykorzystanie zasobów środowiska przez żywe organizmy

• wzrost biomasy na jednostkę powierzchni oraz

• względna równowaga między warunkami abiotycznymi a rozwojem biocenozy.

Wraz z postępem sukcesji ekologicznej wzrasta homeostaza ekosystemu.

Obieg życiodajnych pierwiastków w przyrodzie

• Obieg węgla

• Obieg azotu

• Obieg fosforu

Antropopresja, oddziaływanie człowieka na środowisko przyrodnicze i występujące w nim biocenozy

Zanieczyszczenia środowiska, substancje ciekłe, gazowe i stałe wprowadzane do środowiska w sposób naturalny lub przez człowieka w takich ilościach, że mogą one powodować zagrożenie zdrowia ludzkiego i ujemne zmiany w środowisku.

Wg UNESCO najpowszechniejsze zanieczyszczenia środowiska to: tlenki azotu (NO_x)_, dwutlenek siarki (SO₂), tlenek węgla (CO), dwutlenek węgla(CO₂), fosfor(P), rtęć (Hg), ołów(Pb), ropa naftowa i DDT.

Katastrofa ekologiczna, ekologiczna klęska, drastyczne zmiany środowiska abiotycznego i związanych z nim biocenoz na dużym obszarze, wywołane

• czynnikami naturalnymi - klęski żywiołowe (np. pożary, powodzie, susze, huragany, cyklony, wybuchy wulkanów, ale też lokalny masowy rozwój pasożytów, szkodników itp.) lub

• pod wpływem działalności człowieka - katastrofy antropogeniczne

Zestawienie największych katastrof ekologicznych od roku 1953:

1953-1967 r. - wody morskie nad Zatoką Minimata w Japonii zostają zatrute przez fabrykę plastików w Kiu-sziu, z której wyrzucano odpady rtęciowe do morza. Ucierpiało około 20 tys. ludzi, a od 43 do 800 zmarło.

1957 r. - w Kistymiu (Rosja) w wyniku eksplozji przegrzanego pojemnika ze zużytymi materiałami jądrowymi skażeniu ulega obszar 23 tys. km2. W ciągu 3 lat ponad 30 małych miejscowości znika z map byłego ZSRR. Ewakuowanych zostaje ok. 10-17 tys. ludzi. W ciągu kolejnych 30 lat na choroby popromienne umiera ponad 8 tys. osób.

1967 r. - tankowiec amerykański Torrey Canyon osiada na mieliźnie u wybrzeży Konwalii (Anglia). Wskutek wycieku ropy zniszczeniu ulega około 200 km brytyjskiej i francuskiej linii brzegowej.

1971 r. - z fabryki herbicydów u wybrzeża stanu Missouri (USA) wyciekają tysiące ton trujących ścieków. Do 1983 r. wszyscy mieszkańcy leżącego najbliżej miasteczka Times Beach zostają wysiedleni

1979 r. - do wód morskich trafia 608 tys. ton ropy. Największy wyciek powoduje zderzenie tankowca Atlantic Empress ze statkiem Aegean Capitain u wybrzeży Tobago na Karaibach. Do wody przedostaje się 287 tys. ton ropy.

W tym samym roku w cieśninie Ormuz, łączącej Zatokę Perską z Zatoką Ormiańską wybucha i pęka na pół tankowiec Energy Determination, wiozący ponad 350 tys. ton ropy naftowej.

1984 r. - z fabryki Union Carbide koło Bhopalu w Indiach wydostaje się trująca chmura izocyjanianu metylu. Skutek skażenia to ponad 6 tysięcy ofiar śmiertelnych.

1986 r. - największa w dziejach katastrofa reaktora nuklearnego. W wyniku awarii bloku 4 elektrowni w Czamobylu skażeniu ulega obszar 28 200 km². Około 1,7 min ludzi otrzymuje zwiększone dawki promieniowania. Radioaktywne chmury unoszą się nad ZSRR, Europą Wschodnią, Skandynawią, później również nad Europą Zachodnią.

1989 r. - tankowiec Exxon Valdez wpływa na mieliznę w cieśninie Prince William na Alasce. Odcinek wybrzeża długości 2400 km zostaje zanieczyszczony przez wyciek 30 tys. ton ropy. Skutki tej katastrofy to wyginięcie od 350 tys. do 2,4 min ptaków morskich.

1990 r. - odkrycie 3 tys. ton odpadów w pobliżu kambodżańskiego portu morskiego Sihanoukville. Powstaje tam największa góra toksycznych śmieci, zawierających związki rtęci.

1991 r.- w połowie lipca doszło do wypadku statku "Vapam", na pokładzie którego znajdowały się trujące pestycydy. Chemikalia dostały się do rzeki Sakramento zabijając m.in. 100 tys. tęczowych pstrągów. Śmiercionośna plama zanieczyściła także największe jezioro Kalifornii - Shasta. Mieszkańców nadbrzeżnych miejscowości ewakuowano, ale mimo to zatruciu oparami uległo 200 osób.

1991 r. - prezydent Iraku Saddam Hussajn wydaje rozkaz wypompowania do Zatoki Perskiej około 816 tys. Ton ropy naftowej z terminala na kuwejckiej wyspie w Zatoce Perskiej oraz z siedmiu wielkich zbiornikowców.

W czasie wojny w Zatoce siły irackie podpalają 650 szybów naftowych, w wyniku, czego powstają chmury czarnego dymu o wysokości ponad 2 km. Dym rozprzestrzenia się na odległość ponad 80 km od brzegu, a sadza opada aż na Himalaje, (gaszenie trwało ok. ośmiu miesięcy)

1992 r. - rosyjskie miasto Czelabińsk zostaje uznane za najbardziej radioaktywne miejsce na ziemi. W 1940 r. powstaje w mieście fabryka pocisków Majak - od tego czasu następują tam 3 katastrofy nuklearne, wskutek których pół miliona ludzi otrzymuje dawkę promieniowania radioaktywnego o sile zbliżonej do skażenia czamobylskiego.

1994 r.- w rosyjskim regionie Korni ropa sączyła się przez uszkodzony rurociąg aż od lutego do października! Szacujesię, że wyciekło 280 tys. ton ropy naftowej, która doszczętnie zniszczyła ogromne połacie tundry.

1997 r. - z powodu rozmyślnie rozniecanego ognia, jako sposobu trzebienia lasu, oraz w związku z suszami, pożary lasów w Brazylii ogarniają pas szerokości 1600 km.

12 grudnia 1999 r. - Ok. 70 mil morskich na południe od Brestu - głównego portu francuskiej Bretanii, z nieznanych przyczyn rozłamał się na dwie części maltański tankowiec Erka, płynący z Francji do Włoch. Niestety, do oceanu wydostało się ok, połowy z 30.000 ton oleju napędowego przewożonego przez tankowiec. Ropa z tankowca zanieczyszcza francuskie plaże.

Klęska objęła ponad 500 km wybrzeży -jednych z najbardziej urokliwych i najcenniejszych pod względem przyrodniczym w Europie.

19.11.2002 r. - Uszkodzony tankowiec "Prestige", który przewoził ponad 70 tys. ton oleju napędowego zatonął na wodach Atlantyku, około 130 mil morskich na zachód od wybrzeży Hiszpanii i Portugalii. Ocenia się, że z, wraku 'Prestige' na dnie Atlantyku wypływa około 125 ton oleju dziennie, nad miejscem zatonięcia pojawiły się trzy nowe olejowe dywany od 9 do 30 km średnicy. Szef hiszpańskiego rządu, Jose Maria Aznar, określił obecną katastrof ę jako najcięższe w historii Hiszpanii

Olej zanieczyścił już 176 plaż, zdaniem organizacji ochrony środowiska ok. 15.000 ptaków poniosło śmierć lub zostało poważnie zranionych. Nad miejscem zatonięcia 'Prestige' obserwuje się występowanie dalszych kożuchów olejowego szlamu.

Gai hipoteza, sformułowana na początku lat siedemdziesiątych przez Jamesa E. Lovelocka teoria głosząca, że ziemskie warunki klimatyczne oraz skład atmosfery i litosfery są stabilizowane i modelowane dzięki działaniu organizmów żywych w sposób najbardziej sprzyjający istnieniu życia.

Biosfera, atmosfera, oceany i gleby tworzą jeden żywy organizm, nazwany przez niego Gają. Gai jest systemem utrzymującym klimat Ziemi w homeostazie.

Samoregulacja klimatu i skład chemiczny środowiska są emergentnymi cechami Gai, która ewoluuje poprzez długie okresy homeostazy przedzielone nagłymi zmianami zarówno w świecie organizmów żywych, jak i w środowisku.

Również naturalna selekcja organizmów stanowi element ewolucji Gai. Tak skrajnie sformułowana hipoteza Gai nadaje biosferze Ziemi wymiar metafizyczny, staje się ona samoistnym bytem zdolnym do celowego działania.

Hipoteza Gai jest ceniona za holistyczne ujęcie problemów Ziemi. W swej nazwie hipoteza nawiązuje greckiej bogini Matki-Ziemi.

Czynniki biotyczne - elementy przyrody ożywionej ( człowiek, rośliny, grzyby, bakterie, zwierzęta ) wpływające w danej biocenozie na siebie wzajemnie i na środowisko abiotyczne.

Czynniki biotyczne regulują rozmieszczenie i liczebność populacji roślin i zwierząt w wyniku oddziaływania jednych organizmów na drugie przez:

• symbiozę

• pasożytnictwo

• drapieżnictwo

• kooperację

• konkurencję biologiczną wewnątrz gatunkową i międzygatunkową

• oddziaływania troficzne

• życie społeczne

• zachowania socjalne (terytorializm)

• czynniki chorobotwórcze

• i in. -także działalność człowieka

Czynniki abiotyczne

• klimatyczne

• fizjograficzne lub orograficzne ( właściwości powierzchni Ziemi)

• edaficzne ( właściwości gleb)

ZANIECZYSZCZENIA I OCHRONA WÓD

Światowe zasoby wody

żródło	Objętość w km^3. 10^3	%	Średni czas przebywania wody w zbiorniku
całkowita	1403477	100	2800lat
oceany	1370000	97,7	3000 -30000lat
lód i śnieg	29000	2,07	1 -16000lat
wody gruntowe do 1km	4000	0,28	kilka dni do tys.lat
jeziora i zbiorniki	125	0,009	1 - 100lat
atmosfera	113	0,008	8 -10 dni
słone jeziora	104	0,007	10 do 1000lat
gleby - wilgoć	65	0,005	2tyg. lub w latach
woda biologiczna	65	0,005	1tydzień
bagna i moczary	3,3	0,003	miesiące lub lata
rzeki i strumienie	1,7	0,0001	10 -30 dni

Obieg wody w przyrodzie -

Dostępność wody i jej zużycie Najbogatsze w wodę kontynenty to Ameryka Płd i Azja - 12% całkowitej pow. lądu a 25% światowego opadu wody

Światowe zużycie wody

• zasoby wody, opady

• poziom rozwoju cywilizacyjnego

Średnie światowe zużycie wody na podstawowe cele:

• Rolnictwo - 69% ( Azja i Afryka do 85%, Polska 25%)

• Przemysł - 23% ( USA 55% ,Europa 45%, Polska 61%)

• Gospodarstwa domowe - 8% ( Polska 14%)

Światowy deficyt wody do picia

• okresy suszy

• nierównomierna dystrybucja wody pitnej

• marnotrawstwo

• wzrastające skażenie źródeł wody

ok. 2mld ludzi nie jest dostatecznie zaopatrzonych w wodę pitną

80% chorób w Afryce jest spowodowanych złą jakością wody

Sposoby ograniczania deficytu wody

• rozsądna gospodarka rolna i leśna- ochrona lasów , bagien i moczarów

• oszczędność wody w rolnictwie

• zamknięte obiegi wody w przemyśle

• oszczędność wody w gospodarstwach domowych

• magazynowanie wód opadowych i powodziowych w polderach - uzupełnianie formacji wodonośnych

• oczyszczanie ścieków i prawidłowe składowanie odpadów

• odsalanie wód słonych metodą odwrotnej osmozy z użyciem energii ogniw słonecznych

• holowanie gór lodowych z obszarów lodowcowych, inicjowanie procesów kondensacji wody w chmurach i „sprowadzanie deszczu”

Zanieczyszczenia wody

Źródła zanieczyszczeń

• substancje naturalne - humusowe

• ścieki przemysłowe i komunalne

• zrzut wód zasolonych - przemysł wydobywczy

• wymywanie zanieczyszczeń z gleby

• wycieki z wysypisk i składowisk odpadów

• opad substancji zanieczyszczających z atmosfery

• związki org. powstające przy uzdatnianiu wody i oczyszczaniu ścieków

Klasy czystości wód

• Klasa I

Wody nadające się do zaopatrzenia:

1. ludności w wodę do picia i

2. zakładów przemysłowych wymagających wody o jakości wody dopicia

3. hodowania w warunkach naturalnych ryb łososiowatych

• Klasa II

Wody nadające się do:

1. bytowania w warunkach naturalnych ryb innych niż łososiowate

2. chowu i hodowli zwierząt gospodarskich

3. celów rekreacyjnych

• Klasa III

Wody nadające się do zaopatrzenia:

1. pozostałych zakładów przemysłowych

2. nawadniania terenów rolniczych i upraw ogrodniczych

Skażenia wód

Skażenie wody to każda fizyczna biologiczna czy chemiczna zmiana jakości wody , która wpływa niekorzystnie na żywe organizmy lub czyni wodę niezdatną do użycia

Główne skażenia antropologiczne wody to:

• bakterie chorobotwórcze

• ścieki pochłaniające tlen

• środki do nawożenia roślin

• toksyczne nieorganiczne i organiczne zw. chemiczne

• ścieki gorące

• odpady radiochemiczne

Czynniki zakaźne w wodach

Co roku 25 mln. ludzi na świecie umiera z powodu chorób związanych z wodą złej jakości

• zakażenia bakteryjne dur brzuszny, cholera, biegunki bakteryjne

• zakażenia wywołane przez amebę

• choroby przenoszone przez owady żyjące w wodzie - malaria, żółta febra

źródła czynników zakaźnych

• ścieki komunalne

• odpady zwierzęce z gospodarstw rolnych

• odpady przemysłu spożywczego (zakłady mięsne i mleczarskie)

Dostęp do urządzeń sanitarnych i wody dobrej jakości	Kraje wysoko rozwinięte	Kraje ubogie i zacofane
kanalizacja	90%	25%
dobra woda	95%	43%

Woda do picia

Żródła

• wody głębinowe zalegające pomiędzy nieprzepuszczalnymi warstwami

• wody powierzchniowe po uzdatnieniu

Uzdatnianie wody do zaopatrzenia ludności

• klarowanie

• filtrowanie

• odkażanie ( chlorowanie lub ozonizacja)

Ścieki pochłaniające tlen

Poziom tlenu w wodzie jest czynnikiem określającym jakość wody

poziom >8mg O₂ /dm³ - wszystkie formy życia

poziom >2mg O₂/dm³ - tylko destruenci ( glisty, bakterie, grzyby)

4mg O₂/dm³ - najniższy poziom dopuszczalny O₂ w wodach powierzchniowych

Wpływ zanieczyszczeń pochłaniających tlen (ścieki komunalne, gnojowica, odpady z produkcji żywności) na jakość wód określamy przy pomocy BZT₅ (BOD)

BZT₅ - ilość tlenu rozp. w wodzie jaką zużywają organizmy wodne w ciągu 5 dni

BZT₅  dla wód klasy IA najczystsze wody - ok. 3mg/dm³

dla wód klasy III- ok. 17mg/dm³

ChZT (COD) - określa się działając silnym utleniaczem chemicznym na próbkę wody

Działanie ścieków pochłaniających tlen zależy od:

• objętość ścieku

• szybkość przepływu wody ( napowietrzenie)

• temp. wody (rozpuszczalność tlenu w wodzie)

Samooczyszczanie wód

Samooczyszczanie jest naturalnym procesem usuwania zanieczyszczeń chemicznych polegającym na kompleksowym działaniu czynników fizykochemicznych i biologicznych

Proces samooczyszczania obejmuje etapy

• rozcieńczania

• sedymentacji zawiesin

• adsorpcji zw. chemicznych i gazów na cząstkach zawiesin

• mineralizacji

Mineralizacja - rozkład materii organicznej na proste składniki mineralne, zachodzący przeważnie z udziałem destruentów (w łańcuchu pokarmowym) Zachodzi w obecności tlenu

W mineralizacji biorą udział

• bakterie saprofityczne

• grzyby

• pierwotniaki

• niektóre sinice i wiciowce

Mineralizacja obejmuje

• hydrolityczny rozkład zw. organicznych i ich utlenienie do CO₂  (zw. zawierające azot - bakterie azotowe, amonifikacja do NH₃)

• procesy nitryfikacyjne - utlenienie amoniaku do azotynów i azotanów

Rekultywacji rzek dokonuje się przez zintensyfikowanie ich naturalnej zdolności do oczyszczania poprzez:

• budowę progów i kaskad zwiększających aerację,

• regulacje biegu rzek oraz

• eliminowanie zastoisk, gdzie łatwo może dojść do wyczerpania się tlenu.

Środki do nawożenia roślin i eutrofizacja zbiorników wodnych

Źródła

• nawozy spływające z deszczem z pól uprawnych i trawników

• ścieki z przetwórstwa roślin

• odchody zwierzęce ( gnojowica)

• kwaśne opady ( azotany)

Eutrofizacja cywilizacyjna zbiorników wodnych

Eutrofizacja, proces gromadzenia się materii organicznej (spływającej w ściekach komunalnych i przemysłowych) w jeziorach w tempie przekraczającym jej zasymilowanie.

Nadmierne zwiększenie dostępności składników mineralnych, zwłaszcza azotu i fosforu powoduje

• wzrost produktywności glonów (tzw. zakwity),

• przerost roślin wodnych,

• wysoki poziom mułu

• wyczerpanie zasobów tlenu w jeziorze,

• eliminacja konsumentów na skutek braku tlenu (śnięcie ryb )

• rozwój destruentów

• przyspieszenie sukcesji ekologicznej - zarastanie jeziora

Azotany w wodzie do picia i w żywności

• Azotany NO₃^- w przewodzie pokarmowym człowieka (enzym nitrataza) są redukowane do azotynów NO₂^- te zaś łączą się z hemoglobiną dając methemoglobinę która nie ma zdolności odwracalnego wiązania tlenu - sinica niemowląt

• azotany i azotyny są prekursorami N-nitrozozwiązków - działania kancerogenne

dzienna dawka akceptowana dla dorosłego człowieka o wadze 70kg to:

< 350mg NO₃^- i < 14mg NO₂^-

Toksyczne nieorganiczne i organiczne zw. chemiczne w wodzie

Toksyczne nieorganiczne i organiczne zw. chemiczne w wodzie to :

• metale ciężkie

• trwałe zanieczyszczenia organiczne TZO (tróhalometany, PCB, dioksyny , pestycydy, detergenty)

Metale ciężkie w wodzie

Źródła

• opad pyłów metali ciężkich do zbiorników wodnych

• ścieki przemysłowe

• kopalniane wody zrzutowe

• wymywanie z gleb i skał

Rozpuszczalność zw. metali ciężkich w wodzie zależy od:

• stężenie anionów i ligandów chelatujących w wodzie

• pH wody

• właściwości redoks

• zjawiska adsorpcji i współstrącania

Dostatecznie duże stężenie jonów metal i w wodzie powoduje efekty toksyczne u roślin i zwierząt wodnych

Akumulacja metali ciężkich w organizmach wodnych

• z wody

• w łańcuchu pokarmowym

Zatrucia ludzi metalami ciężkimi ze skażonej wody

• Japonia, dolina Jintsu - skażenie wód i poletek ryżowych Cd i Zn choroba Itai-Itai

• Japonia, zatoka Minamata - zatrucie rtęcią ok. 3500 osób, ok. 200 zgonów po spożyciu ryb

Rtęć -ulega biometylowaniu na skutek działania bakterii w osadach dennych do lotnego i lipidofilnego jonu CH₃ Hg^{+ -} kumulacja w tkance tłuszczowej, ryb, krewetek i małży.

Drogą łańcucha pokarmowego kumuluje się stopniowo w wielu tkankach organizmu człowieka.

Rtęć wiąże się z białkami powodując ich degradację, zmienia działanie hormonów, enzymów, hemoglobiny i białych ciałek krwi, zaburzając ich funkcje metaboliczne.

Zatrucie rtęcią jest szczególnie groźne w okresie płodowym i niemowlęcym.

Trwałe zanieczyszczenia organiczne TZO

Wg UNEP ( Rada zarządzająca Programu Ochrony Środowiska ONZ) istnieje 12 substancji toksycznych o charakterze TZO decydujących o właściwościach wody ( wpływ na warunki biologiczne w hydrosferze oraz na przydatność wody dla ludzi, rolnictwa i przemysłu)

1. dioksyny

2. furany

3. polichlorowane bifenyle

4. heksachlorobenzen pestycydy

5. DDT

6. chloran

7. toksafen

8. dieldryn

9. aldryn

10.endryn

11. heptachlor

12. mirex

Źródła TZO w wodzie

• opad z atmosfery

• ścieki i wycieki ze składowisk odpadów lub wysypisk

• wymywanie z gleb

• ścieki z przetwórstwa roślin

Akumulacja TZO w organizmach wodnych

• z wody

• w łańcuchu pokarmowym

TZO charakteryzują się

• niska rozpuszczalność w wodzie

• wysoka rozpuszczalność w tłuszczach

• biokumulacja w tkance tłuszczowej - wsp. kumulacji rzędu 10³- 10⁷

• nasilenie biokumulacji w miarę przesuwania się wzdłuż łańcucha pokarmowego

• działanie mutagenne, kancerogenne i teratogenne

Skutki ekologiczne u wyższych drapieżców

• niewydolność rozrodcza i spadek liczebności populacji

• feminizacja samców i maskulinizacja samic

• upośledzenie układu odpornościowego

• nieprawidłowość zachowań

• wady wrodzone

• guzy i nowotwory

Trójhalometany

Powstają w wodzie do picia w wyniku reakcji chloru ( dezynfekcja wody) z naturalnie występującymi składnikami: organicznymi ( kwasy humusowe) i bromkami .

W chlorowanej wodzie może występować: trójchlorometan, chloroform, bromodwuchlorometan, bromoform.

.Ze zwiększoną zawartością THM wiąże się wzrost zachorowalności na choroby nowotworowe układu pokarmowego i moczowego

Dioksyny w wodzie

Pestycydy w wodzie

Pestycydy, biocydy, ogólna nazwa chemicznych środków ochrony roślin i środków chroniących żywność lub człowieka przed szkodnikami (chwastami, grzybami, owadami, gryzoniami).

Źródło

• rolnictwo

• nieszczelne mogilniki i ścieki

Ze względu na czas życia w środowisku pestycydy dzieli się na

• bardzo trwałe - utrzymujące się powyżej 18 miesięcy

• trwałe - do 18 miesięcy

• nietrwałe - do 6 miesięcy

• szybko zanikające - do 3 miesięcy

Proces degradacji pestycydu w środowisku obejmuje złożone działanie

• mikroorganizmów

• reakcje chemiczne i fotochemiczne

W czasie wieloetapowej degradacji mogą powstawać metabolity nawet b. toksyczne niż wyjściowa substancja - metabolity metoksychloru

Przy określaniu toksyczności pestycydu uwzględnia się

• zdolność ulegania degradacji

• zdolność biokumulacji

• przemiany w organizmie żywym i toksyczność metabolitów

• wielkość dawki śmiertelnej LC₅₀ ( dawka śmiertelna dla 50% populacji)

Pestycydy na ogół wykazują 100-1000 większą toksyczność w stosunku do organizmów wodnych i ptaków nurkujących żywiących się rybami niż w stosunku do ssaków i człowieka

Zapobieganie bezpośrednim zatruciom czy też gromadzeniu się pestycydów w organizmie ludzi wymaga przestrzegania

• okresów prewencji

• okresów karencji

Stosowanie pestycydów wywołuje działania w niepożądanym kierunku

• spadek populacji pszczół, zatrucia ptaków, zw. domowych i ludzi

• czasami b. toksyczne działanie w stosunku do wrogów insektów niż do nich samych

• powstawanie nowych odmian owadów i grzybów odpornych na działanie pestycydów

• skażenie wód i gleb

• zatrucia łańcuchów pokarmowych i biokumulacja w organizmach żywych

• powolna biodegradacja - długie okresy rozkładu

Katastrofy zbiornikowców i wycieki ropy naftowej na morzu

Ocenia się że ok. 4% ogólnej ilości ropy trafiającej do mórz to wynik katastrof tankowców a 22,5% pochodzi z płukania ich ładowni

Dane z 1982 - do mórz trafiło 3,1^.10⁶ ton ropy w tym

• 20% - źródła naturalne poza kontrolą człowieka

• 45% przyniesione przez rzeki lub z nadmorskich rafinerii

• 45% transport morski - w tym 20-25% udział tankowców

katastrofa tankowca - skoncentrowane oddziaływanie plamy ropy

• toksyczne działanie WWA

• toksyczne działanie środków dyspergujących

Skażenie termiczne wód i szoki termiczne

Powstają gdy woda z systemów chłodzących lub gorące ścieki zrzucane są do wody bez dostatecznego obniżenia temperatury

• szok termiczny - ginięcie ikry i larw ryb

• nadmierny rozwój planktonu w ciepłych wodach

• ubytek tlenu

Detergenty i SPC ( substancje powierzchniowo-czynne)

Ułatwiają proces tworzenia się piany co utrudnia dostęp tlenu do wód

trwała piana 0,3-0,4mg/dm³

Detergent 1mg/dm³ - ograniczenie w dyfuzji tlenu do 60%

• zmniejszenie dostępu tlenu dla organizmów żywych

• utrudnienie procesów samooczyszczania

• tworzenie emulsji olejów i smarów w wodzie

• SPC -zwiększanie rozpuszczalności WWA, pestycydów

• toksyczność dla organizmów żywych, dawki >0,1 mg/dm³ -toksyczność chroniczna

• dawka > 1mg/dm³ - zahamowanie wzrostu roślin wodnych

Skażenia wód gruntowych

Źródła

• składowiska odpadów przemysłowych i komunalnych

• rolnicza i ogrodnicza uprawa ziemi - nawozy, pestycydy, gnojowica

• nieszczelna sieć kanalizacyjna

• wycieki z nieszczelnych rurociągów i zbiorników paliw oraz innych chemikalii

• wody ściekowe dróg i ulic

• wykopy budowlane i wyrobiska przecinające powierzchniowe warstwy izolujące

• infiltracja z zanieczyszczonych wód powierzchniowych

USA - z 2,5 mln zbiorników paliw wycieka do wód gruntowych rocznie ok. 42mln litrów benzyny

Migracja wycieków w gruncie jest często nieprzewidywalna z uwagi na brak danych:

• na temat składu i właściwości warstw przypowierzchniowych,

• o ruchu wód gruntowych,

• pełnej ewidencji źródeł zanieczyszczeń

• o nielegalnych składowiskach odpadów niebezpiecznych

Stan wód w Polsce

Zasoby wodne 1,596tys.m³ na 1 mieszkańca rocznie - najniższy wskaźnik w Europie ( Niemcy - 2,516 tys.m³ na 1 mieszkańca rocznie)

Jakość wód w rzekach

Wody I klasy czystości - 3% łącznej długości badanych rzek

Wody II klasy czystości - 15%

Wody III klasy czystości - 30%

Reszta - 50% to wody pozaklasowe

Jakość wód w jeziorach ( 104 jeziora o pow. > 50ha)

Wody I klasy czystości - 4,8% badanych jezior

Wody III klasy czystości i wody pozaklasowe - 57,5%

z 845 miast - 825 wyposażonych jest w sieć wodociągową

• 757 jest skanalizowanych

• 526 ma oczyszczalnie ścieków

wodociągi wiejskie nie współpracujące z systemem kanalizacji i oczyszczalnią ścieków stanowią poważne zagrożenie dla wód gruntowych

1/3 ścieków jest oczyszczona biologicznie lub chemicznie w stopniu spełniającym wymogi prawne

1/3 oczyszczone wstępnie - mechanicznie

1/3 w ogóle nie oczyszczona

Od roku 1993 obserwuje się powolną poprawę sytuacji - realizacja idei ekorozwoju

W Polsce instytucjami odpowiedzialnymi zagospodarowanie zasobami wodnymi są

• MOŚZNiL,

• Państw. Inspekcja Ochrony Środowiska — PIOŚ oraz

• Gł. Kom. Przeciwpowodziowy — GKP wraz z podległymi im

• organizacjami terenowymi (RZGW, ODGW, WIOŚ oraz WKP).

Podstawowym dokumentem regulującym zasady korzystania z wód jest ustawa Prawo wodne (2002) a podstawowymi dokumentami wykonawczymi umożliwiającymi racjonalne gospodarowanie zasobami wodnymi w poszczególnych zlewniach są tzw.

• warunki korzystania z wód dorzeczy oraz

• systemy opłat za korzystanie z wód.

Warunki korzystania z wód dorzeczy są opracowywane przez RZGW i po zatwierdzeniu przez MOSZNiL w formie dokumentu stanowiącego podstawę do wydawania pozwoleń wodnoprawnych na

• korzystanie z wód (pobór wód powierzchniowych i podziemnych),

• odprowadzanie ścieków,

• budowę obiektów hydrotechn. itp.

• oraz określającego politykę inwestycyjną w zakresie gospodarki wodnej dla całego dorzecza.

Stan i zagrożenie Morza Bałtyckiego

W latach 1991-95 wprowadzono do Bałtyku z obszaru Polski ok. 500 tys. ton zanieczyszczeń w tym

• 220-280 tys. ton o wysokim wskaźniku BZT₅

• 124-247 tys.ton azotu

• 12-15 tys.ton fosforu

• metale ciężkie, pestycydy i ich metabolity

Tab 1 Transport rzeczny pierwiastków do Bałtyku

(wg Rocznika Ochrony środowiska -dane z 1994 roku)

Pierwiastek	Ładunek roczny - t/rok
Kadm	13,51
Miedź	168,10
Nikiel	125,08
Ołów	125,08
Cynk	986,5
Rtęć	6,43
Chrom	67,93
razem	1657.51

Skutki zanieczyszczenia wód Bałtyku

• eutrofizacja - podwyższone wskaźniki rozwoju fitoplanktonu

• intoksykacja organizmów morskich

• występowanie deficytów tlenowych

• wzrost stężenie siarkowodoru

Polska jest sygnatariuszem Konwencji Helsińskiej o ochronie środowiska Bałtyku i uczestniczy w Międzynarodowym Programie Monitoringu Bałtyku

Oczyszczanie ścieków

Ściek jest mieszaniną zużytej wody oraz różnego rodzaju substancji płynnych, stałych i radioaktywnych oraz ciepła, usuwanych z terenów miast, wsi i zakładów przemysłowych

W zależności od pochodzenia ścieki dzielimy na

• bytowo-gospodarcze - stanowią dla wód powierzchniowych i gruntowych poważne zagrożenie higieniczne i epidemiologiczne ( bakterie, wirusy jaj pasożytów)

• ścieki przemysłowe - skład silnie zależy od rodzaju produkcji istosowanej technologii

• ścieki opadowe - różnorodne zanieczyszczenia - nawozy, pestycydy, metale ciężkie, oleje , smoły

Proces oczyszczania ścieków obejmuje operacje oczyszczania

• mechanicznego - oczyszczanie I stopnia do 30% ubytku BZT₅

• biologicznego - oczyszczanie II stopnia do 85-95% ubytku BZT₅

• usuwanie fosforanów i azotanów - oczyszczanie III stopnia do 92-95% ubytku BZT₅.

• dezynfekcja wody

• oczyszczanie IV stopnia - odnowa wody

• unieszkodliwianie osadów ściekowych

Oczyszczanie mechaniczne - oczyszczanie I stopnia

Zanieczyszczenia stałe i cząstki sedymentujące (30-50%) zatrzymywane są na

• kratach,

• sitach,

• piaskownikach

• osadnikach (oddzielenie sedymentów i substancji oleistych i tłuszczowych)

Oczyszczanie biologiczne - oczyszczanie II stopnia

Naśladuje naturalne procesy oczyszczania z udziałem destruentów w warunkach dużego natlenienia

Stosowane są dwie technologie:

• oczyszczanie na złożu biologicznym:

1. złoża zraszane,

2. złoża spłukiwane

• oczyszczanie za pomocą osadu czynnego

Mikroflora złoża biologicznego i osadu czynnego rozkłada związki org. występujące w ściekach na substancje proste, m.in.: dwutlenek węgla, wodę i amoniak, który zostaje utleniony do azotanów (nitryfikacja); mikrofauna zaś, odżywiając się bakteriami i grzybami, reguluje ich ilość w złożu.

Usuwanie fosforanów i azotanów -III stopień oczyszczania ścieków

Trzeci stopień oczyszczania ścieków polega na usuwaniu z nich substancji nieorg. (miner.), gł. fosforanów i azotanów, wytworzonych w drugim stopniu oczyszczania ścieków.

• Azotany są usuwane ze ścieków w beztlenowych reaktorach ze sflokulowaną (osad czynny) lub nieruchomą (błona biol.) biocenozą. Głównym składnikiem tych biocenoz są bakterie denitryfikacyjne, które przetwarzają azotany w azot cząsteczkowy.

• jony fosforanowe są usuwane metodami chem. przez działanie solami metali, które tworzą trudno rozp. osady fosforanów.

Do usuwania ze ścieków azotanów i fosforanów stosuje się też stawy glonowe, są to zbiorniki wodne, w których eliminacja biogenów ze ścieków zachodzi w wyniku asymilacji przez glony i rośliny naczyniowe, a także w procesie denitryfikacji przez bakterie mułu dennego.

Dezynfekcja wody

Końcowym etapem oczyszczania ścieków bywa czasami dezynfekcja (np. oczyszczanie ścieków ze szpitali, zrzutów przed ujęciami wody), przeprowadzana w analogiczny sposób jak dezynfekcja wody - chlor, ozon

Odnowa wody - oczyszczanie IV stopnia

Zespól metod i procesów które prowadzą do takiego oczyszczenia ścieków że mogą być użyte jako woda pitna, do celów gospodarczych lub nabieraja cech wód naturalnych

Wykorzystuje się w nim procesy złożone fizykochem., m.in.:

• koagulację,

• filtrację,

• adsorpcję,

• odwróconą osmozę

• wymianę jonową

Unieszkodliwianie osadów ściekowych

Osady powstające w procesach oczyszczania ścieków poddaje się dalszej przeróbce w celu ich

• odwodnienia,

• eliminacji organizmów chorobotwórczych oraz

• stabilizacji (zapobieganie gniciu).

Etapy obróbki

• zagęszczanie (odwadnianie) przez sedymentację lub flotację;

• stabilizacja w warunkach tlenowych — napowietrzanie, lub beztlenowych — fermentacja metanowa.

• mech. odwadnianiu na prasach lub wirówkach albo suszy się na poletkach osadowych i wykorzystuje jako nawóz.

Fermentację metanową (war. beztlenowe, bakterie metanowe) prowadzi się w wydzielonych komorach fermentacyjnych (proces trwa 20-28 dni, optymalnie przebiega w temperaturze 35,5°C); ubocznym i wykorzystywanym produktem jest biogaz.

Biogaz - łatwopalny do 60% metanu CH_4, wartość opałowa 20-27MJ/m³

Zastosowanie - ogrzewanie i oświetlenie, napęd silników

Indie, Chiny Francja Szwajcaria, Niemcy ,USA

Oczyszczanie ścieków przemysłowych

Ścieki przemysłowe. zawierające gł. zanieczyszczenia nieorg. są poddawane innym procesom oczyszczania;

Stosuje się najczęściej:

• sedymentację,

• koagulację,

• strącanie metodą chem.,

• filtrację,

• neutralizację

• procesy fizykochemiczne.

Odsalanie wód kopalnianych przeprowadza się gł. metodą odwróconej osmozy.

Metody alternatywne w oczyszczaniu ścieków

• wykorzystanie ścieków po II stopniu oczyszczania do nawożenia trawników, pól golfowych i nieużytków.

• oczyszczanie III stopnia w naturalnych i sztucznych zbiornikach wodnych - hodowla organizmów wodnych

Dania >100 zbiorników wodnych, Niemcy -188, USA - ok.60, Holandia i W.Brytania - ok. 24

---