10. Hydrosfera

10. HYDROSFERA

10.01. Wiadomo

ci ogólne, zasoby wody

10.02.  Dynamika hydrosfery
10.03.  Wykorzystanie wody
10.04.  Opady i odpływy w Polsce w latach1975 - 2007
10.05.  Pobór wody na potrzeby gospodarki narodowej i ludno

ci w Polsce w latach 1965-2007

10.06. Struktura zu

ycia wody wzgl

dem

ródeł poboru w 1980 roku i 2007 roku

10.07.

ródła i mechanizmy degradacji wód powierzchniowych

10.08. Fosforany, azotany azotyny – substancje biogeniczne
10.09. Ładunki zanieczyszcze

wprowadzone do Bałtyku z dorzecza Wisły, Odry i rzek przymorza w latach 1990-2007

10.10. Detergenty
10.11. Metale ci

ęŜ

kie

10.12.  Pestycydy
10.13.  Oleje i polimery
10.14.  Podgrzewanie wód
10.15.  Sole mineralne
10.16.  Kategorie wód powierzchniowych
10.17.  Klasyfikacja jako

ci wód powierzchniowych i podziemnych

10.18. Klasyfikacja jako

ci wód w rzekach w 2007 roku

10.19. Stan czysto

ci jezior w Polsce w latach 1990-2006

10.20. Ocena jako

ci wód powierzchniowych wykorzystywanych do zaopatrzenia ludno

ci w wod

przeznaczon

spo

ycia w 2007 roku

10.21. Procesy samooczyszczania

rodowiska wodnego

10.22. Samooczyszczanie

rodowiska wodnego – rozcie

czanie, sedymentacja

10.23. Samooczyszczanie

rodowiska wodnego – adsorpcja, biologiczne usuwanie zanieczyszcze

10.24. Samooczyszczanie

rodowiska wodnego – wymiana substancji pomi

dzy powietrzem i dnem

10.25. Oczyszczanie

cieków

10.26.

cieki przemysłowe i komunalne wymagaj

ce oczyszczenia odprowadzane do wód lub ziemi (1970-2007)

10.27. Stopie

oczyszczenia

cieków komunalnych i przemysłowych (2005, 2007)

10.01. Wiadomo

ci ogólne, zasoby wody

ASTENOSFERA

(ze wzgl

du na bardzo wysokie temperatury woda nie mo

e istnie

jako zwi

zek chemiczny nawet w formie zwi

zanej z minerałami)

LITOSFERA

HYDROSFERA

TROPOSFERA

STRATOSFERA

(warstwa izotermiczna o temperaturze – 55

C, gdzie utrudniona jest

cyrkulacja)

0,00005 %

Organizmy

ywe (udział

97 %

Morza i oceany

WODY SŁODKIE 2, 5 % (75 % LODOWCE)

0,001 %

Atmosfera

0,007 %

Jeziora słone

0,580 %

Wody podziemne

0,005 %

Wody glebowe

2,115 %

Lodowce górskie i l

dolody

OGÓLNE ZASOBY WODY ok. 1,5 mld km

0,009 %

Jeziora słodkie i rzeki

wody powierzchniowe –

70 % powierzchni ziemi

10.02. Dynamika hydrosfery

Odnawialność zasobów wody związana jest głównie z cyklem hydrologicznym
obejmującym parowanie i opady, które napędzają cyrkulację w układzie globalnym.

W obiegu tym bierze udział zaledwie 3 % wody zawartej w atmosferze, czyli 0,00003
% całkowitych zasobów wody.

parowanie i transpiracja (pobieranie wody przez korzenie i parowanie z powierzchni li

ci):

• parowanie mórz i oceanów ……………………………………………………………………………….. 47 %

• parowanie wód powierzchniowych, oddychanie ludzi i zwierz

t ……………………………….… .2 %

• parowanie gleby …………………………………………………………………………………………… 13 %

• transpiracja ro

lin ………………………………………………………………………………………….. 38 %

opad atmosferyczny

13 % - bezpośredni

pobór przez rośliny

48 %

gleba

39 % - opad bezpośredni i spływ

powierzchniowy: cieki wodne, morza i oceany

retencja (37 %)

warstwa wodonośna (11 %)

wody głębinowe

cieki wodne, morza i oceany

10.03. Wykorzystanie wody

skali globalnej dla celów gospodarki komunalnej i przemysłu

codziennie

∗∗∗∗

pobiera si

310 km

wody słodkiej,

∗∗∗∗

ywa bezpowrotnie 85 km

∗∗∗∗

wyrzuca w postaci

cieków 225 km

∗∗∗∗

które zanieczyszczaj

4680 km

zasobów wody słodkiej.

Zwa

ywszy,

e :

∗∗∗∗

całkowity opad deszczu na l

dy wynosi 180 000 km

/rok,

∗∗∗∗

odpływ -

37 000 km

/rok,

∗∗∗∗

transpiracja -

71 000 km

/rok,

zasoby czystej wody słodkiej wynosz

72 000 km

/rok

(200 km

/dzie

)

ywych komórkach ro

linnych i zwierz

cych zawarto

ść

wody dochodzi do 90 %

10.06. Struktura zu

ycia wody wzgl

dem

ródeł

poboru w 1980 roku i 2007 roku

roczny pobór wód

14,1 km

11,4 km

wody powierzchniowe

11,9 km

9,7 km

wody podziemne

1,9 km

1,6 km

do nawadniania

1,3 km

1,1 km

do produkcji

10,1 km

8,2 km

na cele komunalne

2,7 km

2,1 km

1,3 km

1,1 km

9,2 km

7,9 km

1,4 km

0,7 km

0,6 km

0,2 km

1,3 km

1,4 km

wody z odwadniania

0,3 km

0,1 km

1980 rok

2007 rok

10.07.

ródła i mechanizmy degradacji wód

powierzchniowych

izolacja akwenów od dost

pu tlenu

toksyczno

ść

chemia i petrochemia
transport

oleje i polimery

zaburzenia ekosystemów wodnych

energetyka

podgrzewanie wód

mineralizacja wody

kopalnictwo

sole mineralne

człowiek

cieki komunalne

rolnictwo

cieki przemysłowe

opad pyłów

cieki komunalne

z atmosfery

cieki organiczne i mineralne

rolnictwo
nawozy sztuczne

cieki komunalne

ród

o pochodzenia

epidemie cholery, tyfusu, choroby
paso

ytnicze przewodu pokarmowego

wirusy i bakterie

zaburzenia ekosystemu

turystyka i rekreacja

zaburzenia ekosystemów wodnych
toksyczno

ść

pestycydy

działanie kancerogenne
zaburzenia metabolizmu

metale ci

ęŜ

kie

izolacja akwenów od dost

pu tlenu

działanie kancerogenne

detergenty

azotany, azotyny

eutrofizacja
zaburzenia metabolizmu ludzi i zwierz

fosforany

skutki

czynniki

10.08. Fosforany, azotany azotyny –
substancje biogeniczne

nadmiar substancji pokarmowych

rozwój

fitoplanktonu

(szybki

metabolizm) –

zakwity wód

rozwój

zooplanktonu

gwałtowny przyrost odpadu

organicznego

rozkład materii organicznej –

pobór tlenu i wytwarzanie

dwutlenku węgla, siarkowodoru

martwe strefy zwane azoicznymi

(pozbawione organizmów Ŝywych)

nadmiar nawozu azotowego

azotany w wodzie pitnej

azotyny w organizmie

hemoglobina

methemoglobina

niedotlenienie organizmu

śmierć

EUTROFIZACJA

ZMIANY METABOLIZMU

10.09. Ładunki zanieczyszcze

wprowadzone do Bałtyku z dorzecza Wisły,
Odry i rzek przymorza w latach 1990-2007

Biologiczne zu

ycie

tlenu (BZT

)

jest to ilo

ść

tlenu zu

yta w

gu 5 dni w procesie

biologicznego utleniania
substancji (głownie
organicznych) zawartych w
wodach i

ciekach przy u

yciu

ywych bakterii i enzymów

pozakomórkowych

ródło: GUS Ochrona

rodowiska

10.10. Detergenty

∗

nale

Ŝą

do grupy

rodków powierzchniowo czynnych

∗

jako zwi

zki rozpuszczalne w wodzie mog

infiltrowa

do wód

podziemnych (studnie w pobli

u zanieczyszczonych rzek –

ęŜ

enie 1,5 g/m3, wody czyste - 0,006 g/m3)

∗∗∗∗

detergenty twarde (nie ulegaj

ce biodegradacji) - zakłócenia

zarówno w procesach biologicznego oczyszczania

cieków jak i w

wodach odbiorników ( warstwy piany o grubo

ci powy

ej 2 m

poni

luz na rzekach)

∗

detergenty mi

kkie (ulegaj

ce biodegradacji)

10.11. Metale ci

ęŜ

kie

rtęć

→

jony rtęciawe

→

jony rtęciowe

→

związki metylortęciowe o charakterze lipfilowym

→

plankton

kadm

ewidentna toksyna; atakuje system nerwowy, powoduje anemię,
odwapnienia, choroby nerek i wątroby;
wzrost toksyczności w obecności miedzi i cynku;
kumuluje się zwłaszcza w organizmach Ŝyjących w środowisku
wodnym

ołów

działa toksycznie na struktury organiczne powodując zahamowanie
metabolizmu

skutek

blokady

enzymów;

bardzo

rozpowszechniony w środowisku wodnym - w wodach miękkich
występuje w postaci szczególnie niebezpiecznej jako rozpuszczalne
sole

10.12. Pestycydy

Szkodliwe ze względu na:
długi czas rozpadu (np. arsenian ołowiowy - 15 lat, UCH Lindan - 11 lat,

Chlordan 12 lat),

zdolność kumulowania się w środowisku,
łatwość wchodzenia w szeregi troficzne.

Powodują pogarszanie stanu wód podziemnych, działają toksycznie,
naruszają procesy samooczyszczania się wód.

Zanieczyszczenia pestycydami są trudne do usunięcia w procesie
uzdatniania wody przeznaczonej do picia. Według norm światowych WHO
woda do picia w ogóle nie moŜe zawierać DDT, natomiast polskie normy
dopuszczają 0,03 mg/dm3

Obecnie wycofuje się pestycydy o szerokim spektrum szkodliwości i
długich okresach trwałości na rzecz preparatów działających wybiórczo i
względnie krótkim okresie rozpadu rozkładających się względnie szybko.

Mechanizmy ich rozprzestrzeniania się i przemieszczania w biocenozach
pozostają jednak nie zmienione, a jedynie czas ich zalegania w
organizmach jest ograniczony trwałością preparatu, skumulowane zaś w
kolejnych ogniwach łańcuchów pokarmowych nie mają tak wysokich
stęŜeń.

10.13. Oleje i polimery

1,4

0,4

Bałtyk (600 plam ropy rocznie)

6,9

Morze P

łnocne

4,9

Morze Śr

dziemne

1,2

mln ton/rok

12,5

Zatoka Meksykańska

0,8

Zatoka Meksykańska

t/km

rocznie

akwen

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

1 tona ropy moŜe pokryć 10 km

powierzchni. Ropa ulega bowiem

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

µµµµ

m) warstwa (25 % powierzchni Bałtyku pokryte na stałe emulsją) .

Warstwa emulsji

••••

hamuje procesy wymiany gazowej (ok. 5-krotnie)

••••

hamuje procesy fotosyntezy na skutek ograniczenia dostępu światła

Warstwa emulsji utrzymuje się na powierzchni przez kilka tygodni, potem
znika. Sądzono początkowo, Ŝe ulega biodegradacji. Nowsze badania
wskazują jednak na gromadzenie się jej na dnie.

10.14. Podgrzewanie wód

skutki negatywne

•

wzrost parazytofauny

→

20 % wzrost zachorowa

na choroby

przewodu pokarmowego

•

zmniejszenie zdolno

ci do absorbowania tlenu przy równoczesnej

intensyfikacji procesów przemiany materii wzmagaj

cych

zapotrzebowanie na tlen

skutki pozytywne

••••

opó

nienie w tworzeniu powłoki lodowej

••••

przedłu

enie okresu mineralizacji zanieczyszcze

nieorganicznych

10.15. Sole mineralne

Ze wzgl

du na zawarto

ść

jonów chlorków i siarczanów rozró

nia si

4 grupy hydrochemiczne

wód kopalnianych:

I – zawarto

ść

jonów < 600 mg/l - woda nadaje si

do picia po

uzdatnieniu

II – zawarto

ść

jonów 600 – 1800 mg/l – woda o podwy

szonej

mineralizacji, przydatna do celów przemysłowych

III – zawarto

ść

jonów 1 800 – 42 000 mg/l – uci

ąŜ

liwe

cieki, zasadniczo

nieprzydatne do wykorzystania,

IV – zawarto

ść

jonów powy

ej 42 000 – solanka nadaj

ca si

do utylizacji

na sól kuchenn

i do produkcji surowców chemicznych

Do wykorzystania nadaje si

około 60 % odpompowanych wód.

Wykorzystuje si

około 20 %. Problemem jest separacja wód słabo i silnie

zmineralizowanych.

Metoda hydrotechniczna:

mechaniczne oczyszczenie

zbiorniki retencyjne

zrzut

do rzek

Proces termicznej krystalizacji

woda do celów spo

ywczych i sól kamienna oraz

ługi pokrystalizacyjne (zwi

zki jodu, magnezu, potasu, sodu i bromu)

10.16. Kategorie wód powierzchniowych

Rozporz

dzenie Ministra

rodowiska z dnia 11 lutego 2004 roku (Dz.U Nr 32, poz.284 )

Wody powierzchniowe

Kategorie jako

ci wody ustalone dla wód powierzchniowych, które mog

wykorzystywane do produkcji wody lub do spo

ycia:

kategoria A1

– wody najczystsze wymagaj

ce prostego

uzdatniania fizycznego (filtracji i dezynfekcji),

kategoria A2

– wody gorszej jako

ci wymagaj

ce wielostopnio-

wego uzdatniania fizycznego i chemicznego,

kategoria A3

– wody najbardziej zanieczyszczone wymagaj

wysokosprawnego uzdatniania fizycznego i chemicznego

Wody podziemne

wody gruntowe

zasilane bezpo

rednio opadami atmosferycznymi, silnie nara

one na

oddziaływanie czynników antropogenicznych

wody wgł

bne

–

zalegaj

ce pod nieprzepuszczalnymi utworami geologicznymi i

posiadaj

dobr

lub

redni

izolacj

przed wpływem zanieczyszcze

10.17. Klasyfikacja jako

ci wód

powierzchniowych i podziemnych

Rozporz

dzenie Ministra

rodowiska z dnia 11 lutego 2004 roku (Dz.U Nr 32, poz.284

)

klasa I

–

wody bardzo dobrej jako

ci – nie wykazuj

ce skutków oddziaływania

antropogenicznego oraz zaliczone do kategorii A1

klasa II –

wody dobrej jako

ci – wykazuj

ce niewielki wpływ oddziaływa

antropogenicznych oraz zaliczone do kategorii A2

klasa III

–

wody zadowalaj

cej jako

ci - wykazuj

ce umiarkowany wpływ

oddziaływa

antropogenicznych oraz zaliczone do kategorii A2

klasa IV

–

wody niezadowalaj

cej jako

ci wykazuj

ce zmiany jako

ciowe i

ilo

ciowe w populacjach biologicznych na skutek

oddziaływa

antropogenicznych oraz zaliczone do kategorii A3

klasa V

wody złej jako

ci wykazuj

ce zanik znacznej cz

ęś

ci populacji

biologicznych i nie nadaj

ce si

do spo

ycia

10.20. Ocena jako

ci wód powierzchniowych

wykorzystywanych do zaopatrzenia ludno

ci w

wod

przeznaczon

do spo

ycia w 2007 roku

2005 rok

143 pkt. pomiar.

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

ródło: GUS Ochrona

rodowiska

10.21. Procesy samooczyszczania

rodowiska

wodnego

Samooczyszczanie wód powierzchniowych

jest zjawiskiem fizyczno-biochemicznym

polegaj

cym na samoistnym zmniejszaniu si

stopnia zanieczyszczenia wód. Procesy te

wyst

puj

w wodach płyn

cych i stoj

cych, jednak z ró

intensywno

Zasadnicze znaczenie dla procesu samooczyszczania ma zdolno

ść

modyfikowania

rodowiska wodnego przez organizmy

ywe

Procesy samooczyszczania

• rozcie

czanie zanieczyszcze

wod

odbiornika i mieszanie

• sedymentacja zawiesin

• adsorpcja

• biologiczne usuwanie zanieczyszcze

biosorpcja
mineralizacja
biokumulacja
immobilizacja (zjawisko przeciwstawne mineralizacji)

• wymiana substancji lotnych pomi

dzy wod

a atmosfer

• wymiana substancji mi

dzy dnem i wod

1. rozcie

czanie zanieczyszcze

wod

odbiornika i mieszanie

rozcie

czanie głównie w wodach płyn

cych –skuteczno

ść

zale

y od mieszania

(pr

dko

ść

przepływu i cyrkulacja w przekroju poprzecznym)

mieszanie

lepsze natlenienie, dyfuzja z wody produktów przemiany materii (CO

), lepszy kontakt substratów z komórkami mikroorganizmów

w wodach stoj

cych (jeziora lub stawy) ruch wody pod wpływem zmian temperatury

(ró

nice g

sto

ci)

2. sedymentacja zawiesin

głównie w zbiornikach zaporowych, rozlewiskach, zatokach

nad osadami dennymi du

y deficyt tlenu lub całkowity zanik tlenu

w osadach dennych wyst

puj

warunki anaerobowe (beztlenowy rozkład substancji

organicznych, zwi

zany z intensywnym wydzielaniem si

gazów:14% CO2, 17% CH4,

69% N

, siarkowodór)

w razie nagłego przyboru wody niebezpiecze

stwo wtórnego zanieczyszczenia toni

wodnej osadami dennymi co prowadzi do zwi

kszenia deficytu tlenu

10.22. Samooczyszczanie

rodowiska wodnego

- rozcie

czanie, sedymentacja

3. adsorpcja

zatrzymanie zanieczyszcze

chemicznych na powierzchniach ciał stałych (np. dna i

brzegi, ro

linno

ść

wodna, konstrukcje hydrotechniczne, zawiesina substancji stałej)

usuwane s

głównie zwi

zki organiczne oraz cz

ęś

ciowo nieorganiczne – metale ci

ęŜ

kie

niebezpiecze

stwo desorpcji i przej

cia substancji nagromadzonych na powierzchni do

toni wodnej

biologiczne usuwanie zanieczyszcze

biosorpcja - zatrzymanie zanieczyszcze

na powierzchni mikroorganizmów oraz

cianach komórkowych i ich uczestniczenie w procesach wymiany mi

dzy komórk

rodowiskiem

mineralizacja – rozkład zwi

zków organicznych przez drobnoustroje, zwykle wewn

trz

komórki – proces tlenowy

biokumulacja – gromadzenie w komórce zwi

zków niepodatnych na rozkład biologiczny

lub jonów nie podlegaj

cych metabolizmowi (pestycydy, zwłaszcza w

glowodory

chlorowane i sole metali ci

ęŜ

kich)

mier

komórki

10.23. Samooczyszczanie

rodowiska

wodnego- adsorpcja, biologiczne usuwanie
zanieczyszcze

5. wymiana substancji lotnych pomi

dzy wod

a atmosfer

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

,CH

) oraz równowa

enie zawarto

ci gazów rozpuszczalnych w wodzie, mi

dzy

woda a atmosfer

(dyfuzja tlenu z

powietrza)

wymiana substancji mi

dzy dnem i wod

wytr

canie si

pewnych soli i osadzanie na dnie zbiornika i odwrotnie - oddawanie

produktów metabolizmu drobnoustrojów z dna do wody

10.24. Samooczyszczanie

rodowiska wodnego

– wymiana substancji powietrzem i dnem

Wysokoefektywne oczyszczanie chemiczne i biologiczne
umo

liwiaj

zwi

kszon

redukcj

azotu i fosforu

Mineralizacja przez drobnoustroje w

rodowisku wodnym w

sposób naturalny (np. rolnicze wykorzystanie

cieków,

zraszanie pól, stawy rybne) lub w urz

dzeniach sztucznych

(zło

a biologiczne, osad czynny) powoduje usuni

cie

zwi

zków organicznych oraz biogennych

Wytr

canie niektórych zwi

zków rozpuszczalnych lub ich

neutralizacja metodami chemicznymi, takimi jak np.
koagulacja, sorpcja na w

glu aktywnym

Usuwanie wył

cznie zanieczyszcze

nierozpuszczalnych, tj.

ciał stałych i tłuszczów ulegaj

cych osadzaniu lub flotacji,

przy u

yciu krat, sit, piaskowników, odtłuszczaczy

Podwy

szone

usuwanie biogenów

Oczyszczanie
biologiczne

Oczyszczanie
chemiczne

Oczyszczanie
mechaniczne

10.25. Oczyszczanie

cieków