Gospodarka wodna - wykład 1.
Gospodarka wodna
–
jest działem gospodarki narodowej obejmującym zagadnienia dostarczania
różnym dziedzinom gospodarki wody użytkowej odpowiedniej jakości i w odpowiednich ilościach
ochrony wód przed zanieczyszczaniem, ochrony terytoriów przed powodziami optymalnego
rozrządzania oraz oszczędnego gospodarowania zasobami wodnymi.
Zasoby wodne
–
to wody dostępne lub te, które mogą być dostępne do wykorzystania w regionie
o wyznaczonej ilości i jakości w ciągu danego okresu przy określonych potrzebach.
Uwzględnia się:
1.Sumaryczny przepływ w regionie
2.Dopływ i odpływ rzeczny
Zasoby wodne:
-opady i osady atmosferyczne
Dostarczają wodę bezpośrednio do konsumenta – leśnictwo, rolnictwo.
-wody podziemne i powierzchniowe
Przeznaczane są dla obsługi ludności, pamiętać trzeba o nienaruszaniu (roczny cyklu
hydrologicznego
-Powierzchniowe
roczna wielkość odpływu rzecznego pochodząca z odpływu powierzchniowego i gruntowego
a także odpływu z jezior. Wody te są głównie wykorzystywane w przemyśle.
Podstawą obliczeń zasobów wodnych danego obszaru stanowi odpływ rzeczny w ciągu roku. Jako
wartość podlegająca cyklicznej odnowie. Jako miarodajną ogólną wielkość odpływu rzecznego
przyjmuje się średnią wieloletnią często z 30 letniej serii obserwacji klimatologicznej.
Woda słodka – 2,5% (35 mln km
3
)
Każdego roku 47000 km
3
odpływa z lądu do mórz i oceanów a tylko 13,5 tys ( w tym 2 tys wód
gruntowych) jest łatwo dostępne dla ludzi.
Zasoby wodne dla Polski:
-zasilanie:
-opady 187 km
3
-Rozchód (odpływ rzek do morza)
-powierzchniowy bezpośredni 22,6 km
3
-powierzchniowy pośredni – 34 km
3
W sumie około 58 km
3
(wchodzi w to również parowanie i transpiracja)
-Jeziora naturalne 33km
3
-Zbiorniki wodne 3,1 km
3
-Stawy – 0,6 km
3
-Rzeki (dla SNW) – 1,3 km
3
Potrzeby wodne gospodarki wodnej:
-konsumenci wody (dział gosp) zużywających wodę do produkcji i celów chłodniczych a także
spożycia
-użytkownicy wody korzystający z wody którzy jej nie zużywają,
-energetyka wodna
- turystyka wodna
-przemysł i energetyka cieplna
-gospodarka komunalna
Ujęcia wody:
-Studnie głębokie
-studnie infiltracyjne
-ujęcia wód powierzchniowych
Oczyszczanie wód:
-Mechaniczne
-kraty
-sita
-filtry
-Biologiczne
-osadniki biologiczne
-filtry biologiczne
-Chemiczne
-filtr pospieszny
-odtłuszczacze
Rysunek przedstawia eksperyment pozwalający na stwierdzenie z jakim tłuszczem mamy do
czynienia w badanej wodzie (dryfujący, opadający, zawieszony). Tłuszcze w funkcji czasu
zmieniają swoje położenie w wodzie, ostatecznie pozostając w jednej z wydzielonych stref.
Wykład 2.
„WODA JAKO DOBRO NATURALNE I ZWIĄZEK CHEMICZNY”
Woda jest jedynym związkiem chemicznym występującym w przyrodzie w trzech stanach skupienia
oraz jej ruchliwość w stanie ciekłym i gazowym (płynność, ulotność) sprawiają że magazynowanie
wody i przemieszczanie jej z miejsca na miejsce wymagają specjalnych rozwiązań technicznych,
podobnie jak zabezpieczenie się przed skutkami jej nadmiaru (powodzie).
Zasoby wody na świecie są ograniczone i lokalnie zróżnicowane, nie w pełni wystarczając na pokrycie
rosnących potrzeb mieszkańców naszej planety.
Inwestycje wodne przyczyniają się do:
-przyśpieszonego wzrostu ekonomicznego oraz zrównoważonego rozwoju
-poprawy zdrowia populacji
-zmniejszenia zjawiska biedy na świecie
Dobowe zużycie wody przypadające na jednego mieszkańca wynosi:
- w Ameryce do 350 litrów
- w Europie do 200 litrów
- w Afryce w najlepszym wypadku jest to 10-20 litrów
Podstawowy skład i właściwości fizykochemiczne wód naturalnych:
Przeciętny procentowy skład wód powierzchniowych:
Jony/związki chemiczne Udział w suchej masie [%]
Na
+
Ca
2+
/Mg
2+
C
-
SO
4
2-
CO
3
SiO
2
pozostałe
6
20
6
12
35
12
9
1. Gęstość
2. Ciepło właściwe
[
,
]
Spośród wszystkich substancji chemicznych woda posiada jedną z najwyższych wartości. Ciepło
właściwe jest to ilość ciepła wyrażona w jednostce energii potrzebna do podniesienia temperatury 1g
wody z 14,5 do 15,5 C. Z dużą wartością ciepła właściwego związana jest duża pojemność cieplna mas
wody. Powoduje to, że zmiany temperatury dużych mas wodnych są łagodne, co jest to korzystne dla
organizmów żyjących nad morzem.
3. Lepkość [Poise, lub
]
Wraz ze wzrostem temperatury lepkość wody maleje (największa lepkość dla 0C)
4. Napięcie powierzchniowe [
, Nm]
Praca jaką należy wykonać żeby zmienić kształt powierzchni wody. Woda ma największe napięcie
powierzchniowe ze wszystkich cieczy, dzięki temu napięciu kropla ma kształt kuli.
5. Rozpuszczalność
W porównaniu z innymi cieczami woda jest bardzo dobrym rozpuszczalnikiem co oznacza, że jest
zdolna do tworzenia roztworu po zmieszaniu z ciałem stałym, inną cieczą lub gazem. (jest to
wynikiem jej polarnej budowy)
Woda „czysta”, jako zbiór cząstek praktycznie nie istnieje (nawet uzyskiwana w laboratoriach o
bardzo wysokim stopniu czystości zawiera niewielką ilość substancji rozpuszczonych). Woda, jako
bardzo dobry rozpuszczalnik zawiera prawie wszystkie substancje naturalne występujące w skorupie
ziemskiej a także substancje wytwarzane przez człowieka. Stężenia substancji występujących w
wodach powierzchniowych przeciętnie wahają się od kilku ng/m
3
do kilkuset mg/m
3
. Do
podstawowych składników wód należą kationy : Ca
2+
Mg
2+,
Na
+
. Oraz aniony: HCO
3
-
, SO4
-
, Cl
-
Zawartość i podstawowe proporcje podstawowych jonów zależą głównie od składu chemicznego skał
i gleb danej zlewni. Układ ten może się znacznie zmienić na skutek wpływu zanieczyszczeń
doprowadzonych wód w wyniku działalności człowieka.
Substancje w wodach można podzielić najogólniej na organiczne i nieorganiczne, nie jest to jednak
ścisły podział. Wiele związków nieorganicznych wchodzi w połączenia z substancjami organicznymi.
W środowisku wodnym w wyniku zachodzących procesów biologicznych i biochemicznych związki
nieorganiczne ciągle są przekształcane w związki organiczne, te z kolei są rozkładane do związków
nieorganicznych. W zależności od stężeń w wodach naturalnych można wyróżnić następujące
składniki:
-składniki podstawowe
- w stężeniach od kilkunastu do kilkudziesięciu
-makroskładniki
- w stężeniach od kilkuset
do kilkunastu
-mikroskładniki (substancje śladowe) - poniżej kilkuset
Substancje zanieczyszczające mogą występować w wodzie w postaci rozpuszczonej, zawiesinie i
koloidalnej. Substancje te mogą występować w postaci wolnych jonów jako kompleksy lub pary
jonowe.
Istotnym efektem obecności substancji w wodach jest ich wpływ na organizmy żywe. W małych
pływach substancje mogą być obojętne lub konieczne dla rozwoju organizmów, natomiast wysokie
stężenia mogą być szkodliwe.
W wodach są także rozpuszczone gazy pochodzące głównie z powietrza atmosferycznego, z tego
względu skład tych gazów jest zbliżony do składu powietrza. Reakcje biochemiczne oraz formowanie
skał zachodzi również w wodach podziemnych.
6. Właściwości buforowe
Największe znaczenie dla środowiska wodnego ma układ węglanowy. W układzie tym wyróżnie się
następujące formy: CO
2
gazowy, CO
2
rozpuszczony w wodzie, kwas węglowy (H
2
CO
3
), wodorowęglany
(HCO
3
-
) oraz węglany nierozpuszczalne w wodzie. Układ ten buforuje naturalne wody wołając na ich
odczyn. Poszczególne formy uczestniczą w wielu zachodzących w wodach, np. w fotosyntezie,
respiracji, rozpuszczaniu i wytrącaniu ciał stałych a także w biochemicznym rozkładzie związków
organicznych.
Bufor – buforem nazywamy roztwór o określonym pH którego wartość nieznacznie zależy od
rozcieńczenia i zmienia się niewiele przy dodaniu niewielkiej ilości kwasu lub zasady. Wody
powierzchniowe (naturalne) mają dużą pojemność buforową (HCO
3
-. CO
3
2-) Z uwagi na węglanowy
układ buforowy.
pH wód naturalnych:
- wyprowadzenie wzoru:
W rozważaniach przyjmuje się że woda jest chemicznie czsta, która posiada w temperaturze
pokojowej pH=7
o
C.
1
2
2
Stała dysocjacji elektrolitycznej:
!
"
#
$
3
Przy założeniu że stopień dysocjacji jest stały, zatem iloczyn jonowy jest również stały i w danej
temperaturze wyniesie:
$
!
"
#
4
Wartość liczbową iloczynu jonowego można obliczyć następująco:
1 litr wody waży 1000g a masa molowa =18. Zatem w jednym litrze wody znajduje się 1000/18 =
55,56 mola/litr – stężenie molowe.
Podstawiając do wzoru (4) dla
!
"
#
$ 1,8 10
*+
Oraz stężenie molowe :
$ 55,56
$ 1,8 10
*+
55,56 $ 10
*.
Z definicji pH wynika że :
/ $ 0123
$ 012310
4
$ 7
Odczyn wód naturalnych nie jest ściśle obojętny, mieści się w granicy pH 6,5-8,5.
Te różnice powoduje zawartość CO
2
oraz obecność słabych kwasów organicznych i soli które ulegają
hydrolizie.
Np.
678
.
2
9 67
8
.
Powstający w reakcji kwas siarkowy jest o wiele bardziej zdysocjowany niż wodorotlenek żelazawy.
Wodorotlenek bardzo łatwo utlenia się.
67
2
9 67
Tworzący się w tej reakcji hydrolizy kwas może być zobojętniany przez występujące w wodach
naturalnych wodorowęglany.
:
9
:
W wodach naturalnych (powierzchniowych) występują pewne ilości dwutlenku węgla i
wodorowęglanu. Dzięki temu wódy te są w stanie zobojętnić pewną ilość kwasów lub zasad
wprowadzonych do tych wód zachowując przy tym niewielką zmienność pH.
:
9 :
2
:
9 :
Stałość lub mała zmienność pH wód naturalnych po wprowadzeniu do nich pewnej ilości kwasów i
zasad jest zabezpieczana przez układ buforowy.
Stężenie jonów wodorowych takiego układu można wyrazić równaniem:
Gdzie:
K1 – stała dysocjacji kwasu węglowego
– 4,3 10
4
$ 10
<!
Oraz wstawiając zamiast H
2
CO
3
stężenie wolnego CO
2
w wodzie, można obliczyć zmianę pH wody na
skutek dodania do niej znanej ilości kwasów lub zasad
.
10
<!
$ =1
:
:
| 123
0/ $ 0 123=
*
log :
0 log:
| 01
/ $ log
B*
log:
0 log:
CD $ E, FG HIJDK
F
0 HIJK
Zasadowość
kwasowość
Właściwości fizyczne wody
Twardość to właściwość wody, która wynika z obecności rozpuszczonych w niej soli wapnia,
magnezu, żelaza, glinu oraz manganu a więc pierwiastków które tworzą sole na większym niż +1
stopniu utlenienia. Nadmierna twardość wodu jest niepożądana ze względów gospodarczych, można
ją zmniejszać przez wytrącanie chemiczne lub wymianę jonową.
Twardość jest zwykle definiowana jako całkowite stężenie jonów wapnia i magnezu i wyrażana w mg
CaCO
3
/dm
3
. Za oficjalną jednostkę twardości wody przyjmuje się 1mVal/L. Wodę o twardości 0-2
mVal/L określa się jako bardzo miękką, od 7 do 11 mVal/L i powyżej jako bardzo twardą. Twardość
wody do celów gospodarczych powinna wynosić około 7mVal/L.
Źródła wody pitnej:
-wody powierzchniowe (rzeki, jeziora, zbiorniki retencyjne)
-wody podziemne, pochodzące z warstwy wodonośnej która nie ma kontaktu z powierzchnią
terenu, ujmowane za pomocą studzien, najczęściej wierconych. Pochodza one z infiltracji opadów,
przy czym średnio do wód podziemnych infiltruje 17% wód opadowych.
Klasyfikacja jakości wód:
-Klasa I – bardzo dobra jakość
-Klasa II – dobra jakość
-Klasa III – zadowalającej jakości
-Klasa IV – niezadowalającej jakości
-Klasa V – złej jakości
Zanieczyszczenia wód dzielimy na:
-geogeniczne (naturalne) wynikające z przyrodniczych i geologicznych uwarunkowań np. obiegu wody
w przyrodzie
-antropogeniczne związane z gospodarczą działalnością człowieka
-poligeniczne powstające w wyniku kumulowania się zanieczyszczeń
Zanieczyszczenia występujące w wodzie
Zanieczyszczenia antropogeniczne można podzielić według:
-właściwości zanieczyszczeń:
-fizyczne
-chemiczne
-biologiczne
-podatności na działanie mikroorganizmów:
-ulegające mikrobiologicznej degradacji
-nie ulegające mikrobiologicznej degradacji
-stężeń zanieczyszczeń
-makrozanieczysczenia
-mikrozanieczyszczenia
-Charakterystycznych grup zanieczyszczeń chemicznych:
-związki organiczne
-związki nieorganiczne
-substancje promieniotwórcze
-detergenty
Ocena jakości i monitoring wody
-Monitoring – to regularne jakościowe i ilościowe pomiary lub obserwacje np. badanie jakości wody
pitnej czy wód powierzchniowych, przeprowadzane w określonych odstępach czasu
-Programy monitoringu jakości wód są prowadzone w celu zebrania informacji na temat ich
bezpieczeństwa i jakości . Zgromadzone dane ułatwiają wybór właściwych działań w przypadku
stwierdzenia ich złej jakości oraz niekorzystnego wpływu na stan środowiska a także pozwalają na
podjęcie akcji przeciwdziałania złej jakości wody.
W Polsce koordynatorem monitoringu jakości wody jest Główny inspektor Sanitarny a bezpośredni
nadzór sprawuje Departament Monitoringu w Głównym Inspektoracie Ochrony Środowiska. Próbki
wód podziemnych do badań są pobierane z około 600 punktów badawczych położonych na różnych
głębokościach na terenie całego kraju.
Istnieje ścisły związek przyczynowo-skutkowy między jakością wód a zdrowiem publicznym. Budowa
kanalizacji i oczyszczalni ścieków przyczyniają się do poprawy jakości wód powierzchniowych i
podziemnych co ma istotny wpływ na jakość uzdatnianej wody. Poprawa staniu sanitarnego i higieny
miast także przyczynia się do polepszenia jakości wody do picia, co w konsekwencji rzutuje na
poprawę zdrowia publicznego.
Operat wodno prawny:
-ilość pobieranej wody
-ilość i jakość pobieranych ścieków
Melioracja – nawadnianie gruntów
Bilans wodno- gospodarczy i warunki korzystania z wód dorzecza.
Bilans wodny zlewni czy regionu ujmuje liczbowo naturalny obieg wody.
Bilans wodno-gospodarczy – umożliwia porównanie zasobów i potrzeb wodnych czyli ustalenie
stopnia pokrycia potrzeb wodnych występujących na obszarze bilansowania przez istniejące tam
zasoby wodne.
L M $
N
O
8
N
8
O
P
Z- zapas wody w dorzeczu na początku obszaru bilansowego
P- opad atmosferyczny
Ho – odpływ jałowy
Hn – odpływ wody roboczej
So – parowanie jałowe
Sn-woda transpirowana przez szatę roślinną
R- retencja wody pozostała przy końcu okresu bilansowego
Cele bilansu wodno-gospodarczego
1)
Ocena możliwości zaspokajania potrzeb wodnych użytkowników z uwzględnieniem
jakościowych i ilościowych wymogów
2)
Ocena oddziaływania obiektów hydrotechnicznych (oczyszcz . zbiorników)
3)
Ocena kształtowania się przepływu rzecznego
4)
Ocena wielkości rezerw zasobów wodnych
5)
Ocena jakości ścieków
6)
Tworzenie podstaw do korzystania z warunków korzystania z wód dorzecza
7)
Tworzenie podstaw do rewizji pozwoleń wodno – prawnych i odprowadzania ścieków
8)
Przygotowanie propozycji działań w zakresie kształtowania i rozwoju zasobów wodnych
Energia wodna
Energia wodna jest inaczej nazywana białym węglem – tanie i czyste źródło energii.
Rodzaje elektrowni wodnych:
-Elektrownie wodne przepływowe (zbiornikowe) – na stopniach wodnych, wykorzystanie piętrzącej
się wody i stałego poziomu w rzece (tzw Jaz)
-elektrownie wodne z członem pompowym – wykorzystuje energię wody z zasobów naturalnych,
woda spadająca w dół generuje energię
-elektrownie pływowe -
WYKŁAD 3
Metody oceny jakości wody i jej klasyfikacja
Jakość wody ocenia się na podstawie właściwości:
-fizycznych
-chemicznych
-organoleptycznych
-biologicznych
Wody powierzchniowe oceniane są pod względem spełniania kryteriów ekologicznych
ramowej dyrektywy wodnej 2000/60/WE parlamentu europejskiego. Zgodnie z dyrektywą
UE w Polsce jakość wody ocenia się na podstawie rozporządzenia ministra środowiska z
11.02.2004 w sprawie klasyfikacji stanu wód powierzchniowych i podziemnych, sposobu
prowadzenia monitoringu i sposobu interpretacji wyników ( Dz. U. 2004 Nr 32, poz 284)
Klasyfikacja stanu wody uwzględnia 5 klas: (Dz. U. 2002 Nr 204 poz. 1728)
Kategorie uzdatniania : A1, A2,A3
Klasa 1. – To są wody o bardzo dobrej jakości, spełniają wymagania określone dla wód
powierzchniowych wykorzystywanych dla przeznaczenia dla ludności w wodę przeznaczoną
do picia (Po uzdatnieniu tej wody sposobem kategorii A1)
Klasa 2. – wody dobrej jakości spełniają one w odniesieniu do większości składników jakości
wymagania określone dla wód powierzchniowych wykorzystywanych do zaopatrzenia
ludności w wodę przeznaczoną do spożycia po jej uzdatnieniu sposobem kategorii A2.
Wartości biologicznych wskaźników jakości wykazują niewielki wpływ oddziaływań
antropogenicznych.
Klasa 3. - wody zadawalającej jakości, analogicznie do klasy 2 mogą być spożyte po
uzdatnieniu kategorią A2. Poza tym, w klasie 3 biologiczne wskaźniki jakości wykazują
umiarkowany wpływ oddziaływań antropogenicznych.
Klasa 4. – wody niezadawalającej jakości mogą być też przeznaczone dla ludności w celach
spożywczych ale po uwzględnieniu technologii w kategorii A3. Obserwuje się zmiany
jakościowe i ilościowe w populacjach biologicznych.
Klasa 5. – wody złej jakości, nie spełniają wymagań dla spożycia.
W
rozporządzeniu
zamieszczone
są
wartości
graniczne
(stężenia
wskaźników)
charakteryzujące zanieczyszczenia fizyko-chemiczne , hydrobiologiczne i mikrobiologiczne.
Określenia klasy i jakości wód dokonuje się przez porównanie wartości stężeń
poszczególnych wskaźników jakości wody. Podane kategorie w klasach czystości wody A1 ,
A2, A3 oznaczają standardowe procesy uzdatniania
A1 – w tej kategorii woda wymaga prostego uzdatnienia fizycznego a więc filtracji i
dezynfekcji
A2 - w tej kategorii woda wymaga uzdatnienia fizycznego i chemicznego, a więc jest to
utlenianie wstępne, koagulacja, flokulacja, dekantacja, filtracja, dezynfekcja
A3 - woda wymaga wysoko stopniowego uzdatniania chemicznego i fizycznego: utlenianie,
koagulacja, flokulacja, dekantacja, filtracja, absorpcja na węglu aktywnym i dezynfekcja.
Źródła zanieczyszczeń wód:
Zanieczyszczenia można podzielić na neogeniczne i antropogeniczne.
-geogeniczne – powstają na skutek pracy gruntu
-antropogeniczne – powstałe przez człowieka
Źródła zanieczyszczeń dzielą się na:
-punktowe
-zaliczane są ścieki systemów kanalizacyjnych (bytowe, przemysłowe, woda
zużywana w zakładach do procesów technologicznych) skład jest ich zależny
od wielu czynników (surowiec, przemysł, technologia itd.) ,
-opadowe – z opadów i roztopów (temperatura około 14
o
C)
-wody kopalniane (bardzo zasolone)
-liniowe – wzdłuż szlaków komunikacyjnych (zanieczyszczenia pasmowe) związane są
z emisją spalin pojazdów mechanicznych, zawierają związki ołowiu
-Przestrzenne/obszarowe
- kwaśne opady (pochodzą z reakcji utleniania) wpływają one niekorzystnie na
biocenozę zbiorników wody,
-rolnicze – pestycydy, nawozy, środki ochrony roślin, wprowadzenie
nadmiernych ilości tych związków prowadzi do politrofii (Politrofia – nadmierne
użyźnienie wód powierzchniowych)
Źródła te są trudne do skontrolowania np.
-nieskanalizowane odpływy przemysłowe
-odpływy ze składowisk odpadów
Definicje podstawowe :
1.Stężenie wskaźnika
: $
Q
R
3
S
Sustancja którą analizujemy, lub zanieczyszczenie. Może być to na przykład tlen
rozpuszczony.
2. Ładunek
-dla rzeki
Ł
$ 8 T U
3
VW
-dla jeziora
Ł
$ : R3
3. Jednostkowy strumień wskaźnika
6 $
Q
X Y
A – pole powierzchni przekroju [m
2
]
T-czas [s]
Prawa rządzące transportem zanieczyszczeń:
1.
ADWEKCJA – Transport będący rezultatem przepływu w jednym kierunku bez zmiany
właściwości cieczy. Jednostkowy strumień wskaźnika można wyliczyć z równania :
6 $ Z [
S
V
3
S
$
3
V S
Wnioski :
a)
Adwekcja nie zmienia kształtu i rozmiaru znacznika
b)
Środek ciężkości stężenia zanieczyszczenia przemieszcza się ze średnią
prędkością przepływu.
2.
Dyfuzja molekularna
Proces transportu zanieczyszczeń w kierunku ich malejących koncentracji. Strumień
jednostkowy wywołany przez dyfuzję opisuje I prawo Ficka:
6
\
$ 0]
\
^
_
^
\
]
\
– `V/ół[abccd= ebfgahd S217=g1ijc7h
]
_
]
\
0 3jied7ck Vkęż7cdi ci ełg32ś[d l
3.
Dyfuzja Turbulentna
Proces rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń w wodzie na skutek
turbulencji przypływu. Wynika on ze zmienności parametrów ruchu w
czasie. Jednostkowy strumień opisany jest przez równanie analogiczne do
równania Ficka
n
\
$ 0o
\
^
_
^
\
n
\
0 `V/ół[abccd= ebfgahd kgjpg17ckc7h q
S
V r
o
\
s ]
\
Teoretyczny rozkład stężenia składnika określa wzór:
: $
Q
X
2Mn o k
t,u
7
v\wx
"
yz{ |
M 0 masa wprowaadzonego znacznika
A 0 pole powierzchni przekroju strumienia
E 0 współczynnik dyspersji
X 0 odległość mierzona od miejsca wprowadzenia znacznika
V 0 średnia prędkość przepływu
t 0 czas mierzony od momentu wprowadzenia znacznika
Rozkład stężeń można wyznaczyć na drodze pomiarów poprzez pobór próbek wody w
kilkunastu przekrojach na długości L i oznaczeniu w nich stężenia znacznika. Wyniki
pomiarów naniesiono na wykres C=f(L) dają tzw krzywą. dzwonową.
k
0 [aiV ,
0 ełg32ś[ ej23d
]1i k $ k
2/Vgh7 Vdę `ijk2ść Si=VbSi1cą Vkęż7cdi 2/dVicą /ja7a ai17żc2ść:
: $
Q
X
2 o k
t,u
Z równania tego można wyznaczyć współczynnik dyspersji
o $
Q
X
2 [
1
k
W wyniku procesów dyspersji następuje rozprzestrzenianie się znacznika aż do wypełnienia
całego przekroju koryta.
Wskaźnikami mogą być :
1.
Substancje zachowawcze
2.
Substancje niezachowawcze
Wskaźniki zachowawcze (konserwatywne) nie ulegają przemianom w procesach
fizykochemicznych czy biochemicznych. Całkowita ich masa pozostaje stała objętości
kontrolnej strumienia lub zbiornika. Podstawową masę substancji zachowawczych stanowią
substancje nieorganiczne które nie ulegają procesom biochemicznym. Są to tak zwane
substancje refrakcyjne (substancje oporne na biodegradację ) przykłady:
-Chlorki,
-pestycydy,
- herbicydy
Wskaźniki niezachowawcze są to substancje usuwane w wyniku procesów zachodzących w
cieku czyli biodegradacji, sedymentacji lub rozkładu związków radioaktywnych.
PROCESY SAMOOCZYSZCZANIA:
Wyróżnia się następujące procesy cząstkowe mające wpływ na procesy samooczyszczania:
1.
Rozcieńczanie wód zanieczyszczonych wodami bardziej czystymi
2.
Sedymentacja zawiesinn w korycie rzeki przez flokulację i aglomerację drobnych
zawiesin w większe. Proces ten jest zależny od prędkości przepływu.
3.
Adsorpcja – odwracalne i zatrzymanie substancji chemicznych na granicy faz
4.
Mineralizacja (utlenianie i rozkład związków organicznych)
Proces przebiega pod wpływem bakterii aerobowych i enzymów wydzielanych przez bakterie
w obecności tlenu rozpuszczonego w wodzi. Minimalna zawartość tlenu w wodzie winna
wynosić 2mgO
2
/:L Poniżej tej granicy bakterie aerobowe są zastępowane przz mniej aktywne
bakterie flokulatywne. Intensywność procesu mineralizacji jest zależna od poziomu tlenu
rozpuszczonego w wodzie.
5.
Pobieranie tlenu przez wodę.
KRYTERIA INTERPRETACJI PROCESÓW SAMOOCZYSZCZANIA
1.
Kryterium fizyczno-chemicznego składu wody
W interpretacji bierze się pod uwagę zmiany zachodzące wskaźników
analizowanej wody takich jak
LY
u
,
:¡LY, detergenty, fenole, sucha
pozostałość, amoniak,
¢
,
¢
, azot ogólny i organiczny.
2.
Kryterium hydrobiologiczne
W interpretacji procesów samooczyszczania bierze się pod uwagę na badanym
odcinku cieku zmiany ilościowe i jakościowe bakterii i organizmów roślinnych.
Nauka zajmująca się oceną jakości wód na podstawie powyższego kryterium
nazywa się Limnologia.
3.
Kryterium tlenowe
W interpretacji procesów samooczyszczenia wg tego kryterium bierze się pod
uwagę niektóre wskaźniki składu wody:
LY
u
,
przy uwzględnieniu
temperatury wody i powietrza, ciśnienia atmosferycznego i stopnia zasolenia
wód.
ŹRÓDŁA TLEN ROZPUSZCZONEGO W WODZIE
1.
Pobór tlenu przez wodną powierzchnię wodną kontaktującą się w jednostce czasu z
atmosferą.
Ilość tlenu która może się rozpuścić w wodzie jest ograniczona i jest zależna od
następujących czynników:
-temperatury wody
-ciśnienia atmosferycznego
-stopnia zasolenia wody
-wilgotności powietrza
-zawartości w wodzie zanieczyszczeń rozpuszczonych i koloidalnych związków
organicznych
-stężenia substancji powierzchniowo-czynnych
-hydraulicznej charakterystyki łożyska
Tlen przenika do wody na skutek procesu dyfuzji. Proces ten zależy ood gradientu stężenia
£_
£\
, wielkości powierzchni A i od właściwości fizykochemicznych gazu (tlenu) i cieczy (woda).
Podstawowym równaniem opisującym prędkości dyfuzji jest równanie Ficka:
eS
ek $ 0] X
e:
e¤
Gdzie:
D 0 stała dyfuzji q
m
h r
dm
dt 0 wielkość przenikania gazu wyrażająca masęgazu dyfuzującego do cieczy w jednostce czasu
2.
Napowietrzanie się wody w czasie przepływu przez gazy, stopnie, kaskady.
Ilość tlenu pobieranego jest w tych przypadkach z reguły większa od ilości tlenu
pobieranego z lustra wody.
3.
Tlen pobierany z z górnego biegu rzeki i dopływu bocznych.
Jego ilość jest zależna od stopnia zanieczyszczenia wody dopływającej z góry
dopływów
4.
Fotosynteza – proces pobierania przez rośliny zielone CO
2
rozpuszczonego w
wodzie, w obecności światła.
Światło jest niezbędnym warunkiem syntezy węglowodoranów- dlatego proces ten
nazywa się fotosyntezą. W czasie fotosyntezy pochwianiu CO
2
towarzyszy
równoczesne wydzielanie tlenu. Stosunek objętości wydzielanego O
2
do objętości CO
2
jest z reguły bliski jedności
R
#
"
R
«#
"
¬ 1
Procesy fotosyntezy prowadzą niekiedy do przesycenia wody a w konsekwencji do
zwiększenia zapasu tlenu w odbiorniku.
5.
Falowanie wywołane wiatrem
GŁÓWNE CZYNNIKI MAJCE WPŁYW NA STĘŻENIE TLENU ROZPUSZCOZNEGO W WODZIE
REAKCJE W WODACH POWIERZCHNIOWYCH
W wodach powierzchniowych rozróżnia się następujące rodzaje reakcji:
1.
Związane ze zmianą stanu, gdy rozpuszczone w wodzie związki mogą zmieniać stan
przechodząc do innego np. ze stanu rozpuszczonego do stałego na drodze
sedymentacji
3.
Związane z procesem przeobrażenia (transformacji) związków zawartych w wodzie w
inne np. azotyny w azotany w procesie nitryfikacji
W warunkach natrualncych reakcje zachodzą łańcuchowo pod wpływem czynników:
-chemicznych
-fizycznych
-biologicznych
Rozróżnia się następujące systemy reakcji:
-pojedynczy w którym przebieg reakcji nie zależy od innych parametrów jakości wody
poza badanym
-złożony, w którym ma miejsce kilka reakcji z uczestnictwem kilku związków
chemicznych lub substancji oddziaływujących wzajemnie w poszczególnych reakcjach
cząstkowych.
Intensywność reakcji opisuje równanie Michaelisa-Mentena
R $ R
®¯°
C
K c
R
0 maksymalna intesnywność reakcji
c 0 stężenie wskaźnika
k 0 koncentracja stężenie połowy nasycenia
Gdy c $ k
R $ R
C
c c $
1
2 R
Gdy c µ =
R $ R
C
k cpomijalnie małe $ R
®¯°
c
k $ ¶
R
k · c $ k
c
Wykres obrazujący zmienność reakcji w zależności od stężenia przedstawia się następująco:
Kinetyka REAKCJI
Zakładamy, że ograniczamy się do jednego reagenta i że intensywność reakcji jest
proporcjonalna do stężenia wskaźnika.
Intensywność reakcji opisuje następujące ogólne równanie:
e[
ek $ 0= [
O
k- stała reakcji
rząd reakcji
t -czas
c-stężenie
Rozpatruje się następujące przypadki:
1.
N=0
e[
ek $ 0=
Całkując powyższe równanie dla t=0 i c=c
o
otrzymujemy
¸ e[ $ 0= ¸ ek
x
t
_
_
¹
[ 0 [
N
$ 0= k
[ $ [
N
0 = k
2.
Kiedy n=1 Reakcja I rzędu
Wówczas
£_
£x
$ 0=
Całkując to równanie przy warunku początkowym dla t=0 i c=c
o
Otrzymujemy
¸
1
[ e[ $ 0= ¸ ek
x
t
«
«
¹
1c[ 0 ln [
N
$ 0= k
ln
[
[
N
$ 0=k
[
[
N
$ 7
Bx
[ $ [
N
7
Bx
F. º»¼½ $ ¾»
¿À ¼¾Áº»Â ¾Ãę¼Á
e[
ek $ 0=[
1
[
e[
ek $ 0=
e1i k $ 0 d [ $ [
Ä
/2 V[ił=2`icdg 2kjabSgh7Sb:
¸
1
[
e[ $ 0= ¸ ek
x
t
«
«N
0
1
[
1
[
N
$ 0=k
[ $ [
t
1
1 = [
t
k
K decyduje o nachyleniu prostej
1
[ $
1
[
N
= k
Procesy oddziaływujące na jakość wody:
A)
Procesy między wodą w rzece i rumowiskiem
Rumowisko – to materiał lub cząstki stałe niesione przez wodę w postaci zawieszonej lub
wleczonej po dnie
- proces Sedymentacji
Część wskaźnika rozpuszczonego w wodzie jest absorbowana na zawieszonych w wodzie
cząstkach rumowiska unoszonego, które mogą osiadać na dnie. Proces eliminacji wskaźnika
jest opisany przez równanie I rzędu w którym intensywność reakcji jest proporcjonalna do
stężenia wskaźnika a stała reakcji jest zależna od głębokości:
P $ = [
= $ f¡
h- głębokość
Intensywność reakcji usuwania wskaźnika w sedymentacji
-Dyfuzja wskaźnika rozpuszczalnego
W namule dennym rozpuszczony tlen może być konsumowany przez żyjące w nim
organizmy oraz w wyniku reakcji chemicznych zachodzących w tej strefie. Strefa namułu nosi
nazwę BENTOS. Przyjmuje się , że konsumpcja tlenu w bentosie jest stała.
- powtórne przejście w stan zawiesiny materiału odłożonego na dnie (odwrotność do
sedymentacji) Zjawisko to następuje podczas wezbrania wody w rzece. Wzrasta wówczas
prędkość przepływu. Zwiększa się siła wznoszenia i następuje rozmywanie materiału
dennego (erozja).
Przyjmuje się że intensywność reakcji usuwania wskaźnika jest proporcjonalna do stężenia
wskaźnika ułożonego na dnie
P $ = [
ÅÆÇ
0 Vk7ż7cd7 `V=iźcd=i ` Sik7jdi17 e7ccbS
B)
Procesy między wodą w rzece a atmosferą
–Proces aeracji (napowietrzania) jest to rozpuszczanie tlenu atmosferycznego
w wodzie. Aeracja jest podstawowym źródłem tlenu w wodzie. Opisuje ją równanie I
rzędu. Intensywność aeracji jest proporcjonalna do deficytu tlenu w wodzie
È $
ÉKÊ 0 ÉK
DOS – stężenie tlenu w stanie pełnego nasycenia DOS jest zależne od temperatury
(im wyższa temperatura tym mniejsze stężenie tlenu w stanie nasycenia)
DO-stężenie tlenu rozpuszczonego w wodzie
k-stała napowietrzania, jest proporcjonalna do prędkości przepływu i odwrotnie
proporcjonalna do głębokości
-Proces ulatniania się rozpuszczonych w wodzie związków w jej powierzchni
Proces ten modeluje równanie I rzędu w którym stała reakcji jest proporcjonalna do
prędkości i odwrotnie proporcjonalna do głębokości.
= $ f ¶R,
1
e·
C)
Reakcje związane z procesem transformacji związków zawartych w wodzie:
-proces biodegradacji związków organicznych
intensywność opisana jest jako reakcja I rzędu
P $ = LY
-Reakcje rozpadu substancji radioaktywnych
-procesy związane z transformacją azotu
np. nitryfikacja
D) Procesy ekologiczne opisywane przez reakcje w których uczestniczą żywe organizmy
wodne
-oddychanie
-fotosynteza (związana z wydzielanie tlenu przez organizmy roślinne przy jednoczenej
konsumpcji miogenów czyli związków azotu i fosforu). Intensywność reakcji zależy od
zanieczyszczenia wody. Warunkiem procesu jest światło. Fotosynteza zachodzi tylko w porze
dziennej.
- Przyrost biomasy - jest bezpośrednio związany z fotosyntezą w przypadku flory a w
przypadku fauny jest związany ze spożywaniem innych organizmów żywych
- proces obumierania organizmów wodnych – związany z rozpadem związków
organicznych wywołuje ubytek tlenu. Proces ten jest zależny od stopnia toksyczności wody
w rzece.
BZT
1)
Biochemiczne zapotrzebowanie tlenu
Jest ilość tlenu potrzebna na utlenienie związków organicznych pozostających w wodzie
W warunkach laboratoryjnych to proces zachodzący w zamkniętym naczyniu (butelka
szczelnie zamknięta o określonych parametrach) Jest to tzw. reaktor butelkowy. Równanie
bilansu masy wyprowadza się przy założeniu, że proces rozkładu związków organicznych jest
opisywany przez reakcję I rzędu. Równanie wyjściowe:
R ¶
e[
ek· $ 0=
*
R [
Jest to równanie dla reaktora natychmiastowego pełnego mieszania (reaktor CSTR)
V- objętość reaktora
c- stężenie BZT
t-czas reakcji
k
1
-stała reakcji
Powyższe równanie można przekształcić do postaci
1
[ e[ $ 0=
*
ek
Całkująć powyższe równanie orac
t=0 , c=c
0
¸
1
[ e[
_
_
Ë
$ 0=
*
¸ ek
x
t
1c[ 0 1c[
t
$ 0=
*
k
ln
[
[
t
$ 0= k
[
[
t
$ 7
B
Ì
x
[ $ [
N
exp0=
*
k
[ $ LY
2)
BZT – biochemiczne zużycie tlenu jako ilość tlenu skonsumowana podczas
procesu rozkładu związków organicznych
½ $ ¿
Î
0 ¿ $ ¿
Î
0 ¿
Î
»
Ï
Ð
$ ¿
Î
ÑÏ 0 »
Ï
Ð
Ò
BZT – jest więc interpretowane jako:
1 – początkowe stężenie tlenu potrzebnego na utlenienie związków organicznych zawartych
w wodzie
2 – końcowa wartość stężenia odpowiadająca ilości tlenu skonsumowanego podczas
rozkładu związków organicznych
Przebieg warunków tlenowych w rzekach swobodnie płynących
Założenia:
-nie zmienia się natężenie przepływu
-nie ma dopływów bocznych
-nie występuje zjawisko sedymentacji zawiesin
-rzeka jest zanieczyszczona jednym źródłem zanieczyszczenia
Oznaczenia do rys. przebieg warunków tlenowych w rzece swobodnie płynącej
I-spadek naturalny
H – spadek zwierciadła wody
V-prędkość przepływu
Q – natężenie przepływu
t- czas przepływu na odcinku I-III
Charakterystyczne punkty linii tlenowej
1-początkowy
2- krytyczny
3- Przegięcia
PRZPOMNIEĆ SOBIE STREFY W RZECE - Z LABOREK (RYSUNEK PRZEKROJU)
Zawartość O2 rozpuszczonego powyżej źródła zanieczyszczeń jest z reguły większa od
zawartości tlenu w punkcie 1.
Gwałtowny spadek linii tlenowej jest wywołany nagłym zapotrzebowaniem tlenu.
BZT5 początkowe oznaczone jako Lo jest zapotrzebowaniem tleu wyłącznie na procesy
biochemiczne mieszaniny wody i ścieków. Ustalając wartość Lo trzeba ktaże wziąć pod
uwagę stężenie BZT5 wody powyżej źródła zanieczyszczenia.
Różnica między ilością tlenu nasycająca wodę a zawartością tlenu w dowolnym przekroju
rzeki nazywa się deficytem tlenowym D. Krzywa zawartości tlenu rozpuszczonego na rys
określa szybkość zmiany deficytu tlenowego W ODNIESIENIU DO CZASU PRZEPŁYWU A.
Krzywa ta, wyraża się równaniem różniczkowym :
e]
ek $ 2,3 =
] =
*
0 i
Gdzie:
D- niedobór tlenu
S3
#
"
L-BZT w pierwszej fazie rozkładu
S3
#
"
t-czas przepływu w dobach
=
0 `V/ół[abccd= /2pd7jicdi k17cg ikS2Vf7jb[a732 , e
*
=
*
0 `V/ół[abccd= Vabp=2ś[d pd2[¡7Sd[ac732 ai/2kja7p2`icdi k17cg , e
*
i 0 d12ść k17cg /2[¡2eaą[i a f2k2Vbck7ab
Przy przyjęciu że a=0 (pominięcie fotosyntezy) Rowanie to przyjmuje postać
e]
ek $ 2,3 0=
] =
*
Równanie to nosi nazwę Streetera-Phelpsa.
Z obu tych równań oraz z rys wynika, że ilość tlenu rozpuszczonego w danym punkcie jest
sumą algebraiczną tlenu rozpuszczonego przenoszonego z wodą dopływającą z góry tlenu z
atmosfery i fotosyntezy oraz tlenu zużytego przez bakterie na rozkład substancji organicznej
w mieszaninie wody i ścieków.
Gdy szybkość pobierania tlenu jest róna prędkości jego zużycia czyli gdy
£Å
£x
$ 0 wówczas
występuje niedobór krytyczny Dc, oznaczony na rys jako punkt 2.
Niedobór krytyczny wynosi zatem
]
_
$
2,3=
*
_
0 i
2,3=
Gdzie :
Lc-BZT w punkcie krytycznym
t
"
Ô
Znając wartości
=
*
=
i d ]
_
dopuszczalne biochemiczne zapotrzebowanie tlenu Lc w punkcie
krytycznym można wyliczyć z równania:
_
$
2,3 =
]
_
i
2,3 =
*
W rzekach bardzo zanieczyszczonych zawartość tlenu rozpuszczonego w punkcie krytycznym
może osiągać wartość zerową a w strefie wody pozbawionej tlenu może rozciągać się na
znacznych długościach gdyż proces reaeracji nie nadąża za procesem zużycia tlenu.
Równania na niedobór krytyczny (Dc) i dopuszczalne biochemiczne zapotrzebowanie tlenu w
punkcie LC można stosować do obliczeń wówczas jeśli wartość Dc jest mniejsza od wartości
tlenu nasycającej wodę w danych warunkach.
Szybkość zużycia tlenu w pierwszej fazie rozkładu oblicza się wg. Równania:
el
x
ek $ Õ
e 0
x
ek
Ö $
e
x
ek $
*
x
1gp 2,3 =
*
x
Gdzie:
Xt – zużycie tlenu po czasie t (biochemiczne zapotrzebowanie tlenu)
L- biochemiczne zapotrzebowanie tlenu w pierwszej fazie rozkładu [mgO2/L]
Lt – wielkość pozostałego BZT po czasie t
K1 = 2,3 k1 stała szybkości biochemicznego zapotrzebowania tlenu
Całkując powyższe równanie otrzymujemy:
x
$ 7
×
Ì
x
$ 10
B
Ì
x
Lub:
l
x
$ 1 0 7
×
Ì
x
$ 1 0 10
B
ÌØ
K1 i k1 są stałymi szybkościami biochemicznego zużycia tlenu dla logarytmu naturalnego i
dziesiętnego
W warunkach naturalnych przebieg zżucia tlenu na odcinku a-b można obliczyć ze wzoru
Ù
$
Ú
10
B
ÌØ
WYZNACZANIE ZDOLNOŚCI PRZETWÓRCZEJ RZEKI
Zdolność przetwórcza ZP pozwala na ocenę wartości zredukowanego ładunku BZT
5
na
badanym odcinku rzeki. Wartość tą podaję się kg o2/h
Przy wyznaczaniu ZP uwzględnia się całkowitą redukcję BZT5 wywołaną zdolnością
samooczyszczenia się oraz wpływem rozcieńczania
LM $
Ł
Ç
0 Ł
Ä
k
LM $
LY
u
Ç
T
Ç
0 LY
u
Ä
T
Ä
3600
1000k
v=3
¡ |
Ł
A
– ładunek godzinowy BZT5 na początku odcinka w kg O2 /h (przekrój A)
ŁB – ładunek godzinowy BZT5 na koncu odcinka w kg o2/h (przekrój B)
t- czas przepływu odcinka
ZP jest zależny od:
- szybkości zmniejszania się BZT wody odbiornika
-wielkości natężenia przepływu
Stopień samooczyszczenia się wody SS
SS oblicza się na badanym odcinku rzeki (A-B) łącznie z pozorną redukcją BZT5 będącą
wynikiem wzrostu objętości przepływu wody w rzece wg następującego wzoru:
88 $
LY
u
Ç
0 LY
u
Ä
LY
u
Ç
100%
Wyznaczanie i interpretacja współczynnika szybkości zużycia tlenu w rzece :
Wartość k
*
p najprościej można wyznaczyć przrzez pobór próbek wody na danym odniku rzeki
w w przekroju A i B i oznaczeniu w nich BZT
u
.
Wartość
=
*
/ `b1d[ai Vdę a jó`cicdi:
=
*
/ $
1
k log
Ç
Ä
Gdzie:
t- czas przepływu wody na odcinku A-B
L
A
– BZT
5
wody w próbce pobranej na przekroju A w
S3
t
"
L
B
– BZT
5
wody w próbce pobranej na przekroju B w
S3
t
"
Badania nie zawsze można przeprowadzić w warunkach stałej temperatury wynoszącej
20
N
: dlatego też należy przeliczyć wartości współczynników =
*
j uzyskanych przy różnych
temperaturach na temperaturę równą
20
N
:.
Przeliczenia tego dokonuje się z równania THERIAULT’a określającego zależność między
współczynnikiem szybkości biochemicznego zużycia tlenu a temperaturą:
á
$
Î
â
á Î
Gdzie;
Y 0 k7S/j7ikgji ` :
N
=
t
0 [2cVk $ 0,1
ã 0 `V/ół[abccd= k7jSd[acb ai17żcb 2e
/ja7pd73g /j2[7Vg ViS22[abVa[aicdi d `ijgc=ó` =1dSikb[acb[¡
Wartość O w zakresie tempreattur 9-30 C wynosi 1,047, wartość ta została wyznaczona
empirycznie przez Theriaulta (1927) i potwierdzona przez Streetera i Phelpsa
Wartości współczynników
=
*
j są zmienne i wahają się w zależności od odbiornika i
charakteru zanieczyszczeń od 0,01 do 3,0
INTERPRETACJA współczynnika
Ï
¾
Jeżeli na badanych odcinkach rzeki wartość
=
*
z początku wysoka ma tendencję malejącą
oznacza to że na biegu rzeki nie utrzymuje się równowaga biochemicznych procesów
zachodzących między substratami a produktami.
Biodegradacja związków organicznych
Biodegradacja oraz sedymentacja i adsorpcja są najważniejszymi procesami w
samooczyszczaniu się wód. Pewne znaczenie ma także fotoliza i parowanie z powierzchni
wody
1)
BIODEGRADACJA
Jest podstawowym procesem samooczyszczania wód i podlega na biochemicznym
rozkładzie związków organicznych w obecności tlenu rozpuszczonego (mineralizacja)
ÃäºąÃ
º ¾
K
º º
¾Â¾åºÃ½
æçççççççççççççççè ÃäºąÃ
º 庻¾ÑåC K
, D
K,
é
K
ê
, ÊK
ë
, ìK
ë
F
Ò
Procesy beztlenowe rzadko występują w rzekach dlatego procesy samooczyszczania
rozpatruje się w odniesieniu ndo rzeki , w których występują warunki tlenowe.
W samooczyszczaniu udział biorą mikroorganizmy które rozkładają złożone związki
organiczne na prostsze i ostatecznie na związki nieorganiczne, uzyskując przy tym energię
niezbędną do życia.
Ostatnią rolę w rozkładzie odgrywają enzymy – substancje białkowe występujące w
komórkach organizmów żywych, spełniając funkcję katalizatorów biologicznych. Część
związków organicznych służy do syntezy nowych komórek mikroorganizmów.
Schemat rozkładu związków organicznych:
Substancje organiczne :
- produkty rozkładu + energia (a)
- nowe komórki /synteza/ + energia (b)
Np. proces przemiany glukozy można przedstawić równaniem :
2:
+
*
+
µ
:
+
*
+
6
6
7c7j3di j2a=łie i
5:
+
*
+
6¢
9 6:
u
4
¢ 18
0 7c7j3di Vbck7ai p
Rozkład związków organicznych jest zawsze związany z zużyciem tlenu
rozpuszczonego.
Podczas oddychania endogennego (respiracji) następuje zużywanie tlenu. Tlen jest
dostarczany do wody m.in. przez fotosyntezę.
2)
Sedymentacja
Następuje na odcinkach rzeki o zmniejszonej prędkości przepływu.
Intensywna sedymentacja i duże nagromadzenie zanieczyszczeń w osadzie dennym może
prowadzić na skutek anerobowego rozkładu do wtórnego zanieczyszczenia wody.
Wydzielający się gaz (
14%:
, 17% :
.
d 69% ia2kg powoduje wynoszenie osadó do
toni wodnej.
Następuje wówczas przyspieszone zużycie tlenu prowadzące niekiedy do zwiększenia
deficytu.
Widocznym efektem sedymentacji jest spadek mętności wody.
3)
Adsorpcja
Polega na zatrzymaniu zanieczyszczeń chemicznych na powierzchni dna i brzegów,
roślinności, konstrukcjach wodnych i na innych ciałach stałych znajdujących się w wodzie.
Na powierzchniach tych powstaje błonka biologiczna w której zachodzi rozkład
zanieczyszczeń. Adsorpcji podlegają głównie związki organiczne. Silne właściwości
adsorpcyjne wykazują niektóre metale ciężkie.
MONITORING JAKOŚCI WODY
Zajmuje się nim państwowa inspekcja ochrony środowiska. PIOŚ zajmuje się ponadto
monitoringiem ochrony powietrza, powierzchnią ziemi, glebami. Prowadzi również
monitoring przyrody ożywionej oraz monitoring zintegrowanego środowiska przyrodniczego.
W województwach poszczególnych są tak zwane wojewódzkie inspektoraty ochrony
środowiska. Prowadzą one monitoring wód płynących (rzek) oraz monitoring wód płynących
(jezior). Monitoring wód płynących realizowany jest za pomocą trzech rodzajów sieci:
A)
Sieć reperowa
B)
Sieć podstawowa
C)
Sieć regionalna
Sieć reperowa – obejmuje 27 przekrojów badawczych, 19 przekrojów przy ujściach rzek do
morza oraz 8 przekrojów . Pobór prób prowadzi się raz w tygodniu i oznacza 44 parametry.
Sieć podstawowa – obejmuje 57 rzek, ponad 1000 przekrojów pomiarowych, pomiary
przeprowadza się raz na miesiąc oznaczając 23 parametry wody
Sieć regionalna – opracowywana na wymogi regionalne. Sieć regionalna powinna
obejmować cieki :
-stanowiące źródło zaopatrzenia w wodę
- będące odbiornikami ścieków komunalnych i przemysłowych
-Przepływające przez tereny rekreacyjne
- Przepływające o tereny o intensywnej gospodarce rolnej
Punkty pomiarowo-kontrolne monitoringu regionalnego są umieszczone :
-w przekrojach wodowskazowych
- Na dopływach i odpływach ze zbiorników retencyjnych
- powyżej ujęć wody dla potrzeb komunalnych
-W ujściu dopływów do rzeki głównej
- powyżej i poniżej większych aglomeracji miejskich
- poniżej obszarów o intensywnej gospodarce rolnej
- powyżej i poniżej zrzutu ścieków
Wskazane jest robienie 24 próbek w skali roku (ewentualnie 12 dla oszczędności)
Monitoring wód stojących i jezior
- w sieci reperowej prowadzone są ciągłe obserwacje na 33 jeziorach w kraju
-w sieci monitoringu podstawowego badania prowadzi się co roku na innych jeziorach o pow
większej niż 50ha
Klasyfikacja jezior:
- klasyfikacja taka prowadzona jest ze względu na cechy determinujące ich podatność na
biodegradację :
- średnia głębokość jeziora
¡ $
wNÙîęxNść ïN£ð
Ç<Nïzñòó_ôOzÚ õöxòÚ ïN£ð
- iloraz objętości i długości linii brzegowej
i $
w
Ô
- proces stratyfikacji wód
w
÷
w
100% R
ô
0 2phęk2ść ¡b/21dScd2cg , R [ił= 2phęk2ść
- procent wymiany wody w roku definiowany jako :
e $
R
N£<łðïõ òN_óOñN
R
_ÚłB
, øR
N£<ł
$ X
óñïOz
ù
N£<ł
Ò
ù
N£<ł
0 2e/łb` h7ec2Vk=2`b v
V =S
|
Linia wododziałowa – odziela zlewnię jednego jeziora od zlewni innego jeziora
Współczynnik Schindlera
7 $
X
óñïOz
X
îñózNòÚ
R
Ostatnią cechą jest sposób zagospodarowania zlewni w którym decydującą rolę odgrywa
procentowy udział lasów oraz gruntów rolnych.
Rodzaje wskaźników wód powierzchniowych:
- fizykochemiczne (53 wskaźniki)
-biologiczne
-chlorofil A
-saprobowość biosestonu
-miano coli (nie rozmrażają się w wodzie)
Podgrupa I Wskaźniki obligatoryjne (obowiązkowe):
-tlen rozpuszczony
-BZT5
-ChZT
- Fenole
-Cl
-SO 4
-zawiesiny
- substancje rozpuszczone
- substancje organiczne:
tlen rozpuszczony, ChzT dwuchromianowe,
wskaźniki zasolenia:
-chlorki
-siarczany
-substancje rozpuszczone
-przewodność właściwa