1
źródła liniowe
źródła punktowe
lokalizacja
stacjonarne
moŜliwość
przemieszczania się
emisja niezorganizowana (hałdy, wysypiska)
źródła powierzchniowe
mobilne
klasyfikacja źródeł emisji zanieczyszczeń do atmosfery
wg róŜnych kryteriów
naturalne:
kosmiczne,
nieorganiczne (wulkaniczne pyły (Tunbors-1825-150 mln ton,
Krakatau-1883-18 mln ton, Katmai-1912-20 mln ton) i gazy: SO
2
(Pinatubo-1997-20 mln ton), CO, CO
2,
H
2
S, HF),
organiczne (mikroby, pyłki i zarodniki roślin)
pochodzenie
emisja zmienna
emisja stała
zmienność w czasie
emisja zorganizowana (kominy = emitory)
sposób wprowadzenia
do atmosfery
antropogeniczne
atmosfera
2
emisja zanieczyszczeń z terenu Polski 1
3
emisja zanieczyszczeń z terenu Polski 2
struktura emisji
SO
2
NO
2
energetyka
energetyka
transport
transport
inne
procesy
inne
procesy
krajowy pułap emisji (wg EU)
1,4 mln ton SO
2
0,9 mln ton NO
2
0
1
2
3
1
9
9
5
1
9
9
7
1
9
9
9
2
0
0
1
2
0
0
3
2
0
0
5
2
0
0
7
SO
2
pył
NO
x
emisja z terenu Polski
w mln t/rok
4
determinanty stanu zanieczyszczenia powietrza
∗
czynniki meteorologiczne
∗
prędkość i zmienność kierunku wiatru
∗
pionowy gradient temperatury
∗
warunki topograficzne
∗
ukształtowanie terenu
∗
rodzaj pokrycia terenu
∗
parametry emitora
∗
rodzaj i ilość emitowanych zanieczyszczeń
∗
wysokość emitora
5
czynniki meteorologiczne – prędkość i zmienność kierunku wiatru
róŜa wiatrów
smuga zanieczyszczeń
średnioroczna
średniodobowa
chwilowa
stęŜenie zanieczyszczeń
średnioroczne
średniodobowe
chwilowe
- 30
0
0
0
30
0
- 30
0
0
0
30
0
- 30
0
0
0
30
0
- 30
0
0
0
30
0
c
z
ę
s
to
tl
iw
o
ś
ć
w
%
odchylenie od zasadniczego kierunku
typ I
typ II
typ III
typ IV
m
a
a
h
h
h
u
u
====
h
a
=14 m
m=0,08 – 0,44
m-stała
meteorologiczna
6
czynniki meteorologiczne – pionowy gradient temperatury 1
pionowy gradient temperatury
ΓΓΓΓ
wyraŜa stosunek zmiany temperatury
powietrza dT do wartości przemieszczenia dz cząstki w kierunku
pionowym
∗
gdzie: g – przyspieszenie ziemskie,
c
p
– ciepło właściwe powietrza suchego przy stałym ciśnieniu
p
c
g
dz
dT
-
====
====
ΓΓΓΓ
T
1
Z
2 3
4
gradient temperatury
= 1
0
C/100 m
2. adiabatyczny
> 1
0
C/100 m
1. superadiabatyczny
< 0
4. inwersja
~ 0,6
0
C/100 m
3. przeciętny
7
czynniki meteorologiczne – pionowy gradient temperatury 2
warstwa inwersyjna
Z
T
Stan idealnej
równowagi
atmosferycznej.
Nie występują
pionowe ruchy
mas powietrza.
Stan chwiejnej
równowagi
atmosferycznej.
Intensywne
pionowe ruchy
mas powietrza.
inwersja -
wzrost
temperatury
z wysokością
DąŜenie układu
do osiągnięcia
idealnej
równowagi
atmosferycznej
gradient
superadiabatyczny
gradient
adiabatyczny
gradient
przeciętny
8
warunki topograficzne
wpływ bezpośredni ukształtowania terenu
wywoływanie lokalnych zmian kierunku i prędkości wiatru oraz
zawirowań spowodowanych gwałtownymi zmianami ukształtowania
terenu (głębokie wąwozy, góry)
pojawienie się nieuporządkowanych ruchów wstępujących i
zstępujących mas powietrza na skutek nierównomiernego
nagrzewania się zboczy
wpływ pośredni ukształtowania terenu
na skutek utrudnionego swobodnego przepływu mas powietrza (np. w
kotlinach) występuje utrudnione mieszanie gorących spalin z zimnym
powietrzem, co zmienia warunki termiczne (ogrzewanie) i prowadzi do
inwersji, której skutkiem bywa wzrost stęŜenia zanieczyszczeń w
powietrzu
wpływ rodzaju pokrycia terenu
roślinność absorbuje zanieczyszczenia powietrza (nawet trawa, choć
oczywiście bardziej korzystny jest gęsty, wysoki drzewostan)
zmniejszając ich stęŜenie w przemieszczających się masach powietrza
9
emitor
cel nadrzędny
zachowanie standardów jako
ś
ci
powietrza atmosferycznego
standardy imisji
to
dopuszczalne warto
ś
ci st
ęŜ
enia substancji
zanieczyszczaj
ą
cych w powietrzu
atmosferycznym
najwyŜsze ze stęŜeń maksymalnych
nie moŜe przekraczać
wartości dopuszczalnej
S
max
≤≤≤≤
S
dop
S
max
↓↓↓↓
⇔
⇔
⇔
⇔
H
↑↑↑↑
i/lubE
↓↓↓↓
wysokie kominy
– problem transgranicznego
przemieszczania się
zanieczyszczeń w atmosferze
Protokół siarkowy I i II,
Protokół azotowy
(lata 80-te)
zobowiązania krajów EWG do
ograniczenia emisji E
E – strumień masy emitowanego zanieczyszczenia
H – wysokość pozornego punktu emisji,
H = h + h
d
+ h
t
h –wysokość geometryczna komina,
h
d
–wyniesienie dynamiczne,
h
t
– wyniesienie termiczne
m – stała meteorologiczna, m = 1,7 – 2,4
≈≈≈≈
m
max
H
E
f
S
10
standardy jakości powietrza 1
Dziennik Ustaw Nr 47 poz. 281 z dnia 3 marca 2008 r. - rozporządzenie Ministra Środowiska
w sprawie poziomów niektórych substancji w powietrzu
Dopuszczalny poziom substancji zanieczyszczającej w powietrzu
35 x
3 x
24 x
18 x
częstość
przekroczeń
w roku
uzdrowiska
teren kraju ogólnie
rodzaj substancji
50
24 godz.
50
24 godz.
125
24 godz.
125
24 godz.
35
rok
40
rok
rok
rok
rok
8 godz.
1 godz.
1 godz.
okres
uśredniania
0,5
5
40
10 000
350
200
stęŜenie
µµµµ
g/m
3
rok
rok
rok
8 godz.
1 godz.
1 godz.
okres
uśredniania
350
dwutlenek
siarki
200
dwutlenek
azotu
stęŜenie
µµµµ
g/m
3
40
pył zawieszony
PM10
5 000
tlenek węgla
4
benzen
0,5
ołów
11
standardy jakości powietrza 2
Dziennik Ustaw Nr 47 poz. 281 z dnia 3 marca 2008 r. - rozporządzenie Ministra Środowiska
w sprawie poziomów niektórych substancji w powietrzu
Alarmowe poziomy stęŜenia substancji zanieczyszczającej
500
µµµµ
g/m
3
1 godz.
dwutlenek siarki
Obowiązek
informowania
mieszkańców
o zagroŜeniu
400
µµµµ
g/m
3
1 godz.
dwutlenek azotu
200
µµµµ
g/m
3
24 godz.
pył zawieszony PM10
240
µµµµ
g/m
3
1 godz.
ozon
2010
120
µµµµ
g/m
3
8 godz.
ozon
2013
20 ng/m
3
rok
nikiel
2013
1 ng/m
3
rok
benzo-a-piren
Dopuszczalny poziom stęŜenia substancji zanieczyszczającej
w powietrzu i terminy osiągnięcia
rok
rok
okres
uśredniania
2013
2013
termin
5 ng/m
3
6 ng/m
3
stęŜenie
kadm
arsen
rodzaj substancji
12
emitory na terenie zakładów szczególnie uciąŜliwych dla
środowiska
2007 rok
zmiany w latach 1996 - 2006
~ 0
- 29 %
- 22 %
ilość
emitorów
-75 %
- 78 %
- 66 %
emisja
pyłów
+ 27 %
≤≤≤≤
50 m
emisja gazów
(bez CO
2
)
wysokość
emitora
+ 7 %
≥≥≥≥
100 m
- 19 %
51-99 m
13
transgraniczne przemieszczanie się zanieczyszczeń
11 % z Polski
15 % z Niemiec
Szwecja
93 %
18 % niewiadomego pochodzenia
8 % z Węgier
4 % z Ukrainy
4 % ze Słowacji
17 % z Czech
33 % z Niemiec
Polska
53 %
7 % z Francji
28 % z Czech
15 % z Polski
Niemcy
46 %
25 % niewiadomego pochodzenia
35 % niewiadomego pochodzenia
25 % niewiadomego pochodzenia
import SO
2
(dane za rok 1996)
Turcja 87 %
w połowie lat 90. sporządzono listę 100 zakładów w Europie
emitujących najwięcej SO
2
93 % stanowiły elektrownie
(m.in. Bełchatów, Turów, Adamów, Kozienice, Rybnik)
14
główne kierunki ograniczenia emisji substancji
zanieczyszczających do atmosfery
1. oszczędzanie energii – najczystszą dla środowiska energią jest ta,
której się nie zuŜywa
1.1. zmniejszenie energochłonności technologii produkcyjnych oraz
urządzeń będących wytworem tych technologii
1.2. recykling – surowce wtórne i regeneracja
2. zmiana struktury nośników energii pierwotnej
3. uszlachetnianie węgla
4. wzrost sprawności produkcji energii elektrycznej i cieplnej
5. redukcja zanieczyszczeń w gazach odlotowych wprowadzanych do
atmosfery
5.1. odpylanie
5.2. desulfuryzacja (odsiarczanie)
5.3. denitryfikacja (odazotowanie)
Od 2013 roku tylko energooszczędne Ŝarówki- w skali świata oświetlenie to 20 % energii, gospodarstwa domowe 8 %
15
oszczędzanie energii - energochłonność
Zmniejszenie energochłonności
w latach 1993-2006
UE Polska Bułgaria
12,5 % 63 % 32 %
0
250
500
750
1000
1250
1500
1750
2000
2250
2500
1
9
9
0
1
9
9
2
1
9
9
4
1
9
9
6
1
9
9
8
2
0
0
0
2
0
0
2
2
0
0
4
2
0
0
6
2
0
0
8
2
0
1
0
UE
Polska
Bułgaria
Energochłonność gospodarki
w kg ropy naftowej na 1000 EUR PKB
Wielka Brytania
–
sprzęt elektryczny pozostawiony w stanie
czuwania (funkcja „stand-by”)
zuŜywa energię 7 TWh/rok ,
co oznacza spalenie 800 tys. ton węgla ,
emisję 3,5 mln ton CO
2
,
koszt energii 1,5 mld EUR
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
1
9
7
2
1
9
7
4
1
9
7
6
1
9
7
8
1
9
8
0
1
9
8
2
1
9
8
4
1
9
8
6
1
9
8
8
je
d
n
o
s
tk
i
z
u
Ŝ
y
c
ia
e
n
e
rg
ii
e
le
k
tr
y
c
z
n
e
j
w
1
9
7
3
r
.
=
1
0
0
chłodziarki
klimatyzacja
TV-kolor
16
oszcz
ę
dzanie energii – recykling / surowce wtórne i regeneracja 1
począwszy od połowy lat 70. koszty napraw
zaczęły przewyŜszać koszt nowego wyrobu
0
1
2
3
4
5
6
1
9
4
0
1
9
5
0
1
9
6
0
1
9
7
0
1
9
8
0
1
9
9
0
2
0
0
0
2
0
1
0
koszty
produkcji
naprawy
odtwarzania
koszty
produkcji
naprawy
odtwarzania
zmiana kosztów wskutek
projektowania nastawionego
na recykling i stosowanie
technologii regeneracji
wyrobów
17
oszcz
ę
dzanie energii – recykling / surowce wtórne i regeneracja 2
18
struktura nośników energii pierwotnej 1
37%
18%
6%
15%
24%
60%
5%
13%
23%
w
ę
giel
ropa
gaz
ziemny
odnawialna
inne 0,6 %
Polska 2006
UE-25
w
ę
giel
ropa
gaz
ziemny
j
ą
drowa
odnawialna
inne 0,2 %
19
struktura nośników energii pierwotnej 2
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1
9
9
4
1
9
9
6
1
9
9
8
2
0
0
0
2
0
0
2
2
0
0
4
2
0
0
6
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1
9
9
4
1
9
9
6
1
9
9
8
2
0
0
0
2
0
0
2
2
0
0
4
2
0
0
6
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1
9
9
4
1
9
9
6
1
9
9
8
2
0
0
0
2
0
0
2
2
0
0
4
2
0
0
6
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1
9
9
4
1
9
9
6
1
9
9
8
2
0
0
0
2
0
0
2
2
0
0
4
2
0
0
6
biomasa i odpady
geotermalna
wodna
wiatrowa
Udział Polski w produkcji energii odnawialnej
w Unii Europejskiej w % (udział ludności około 8,5 %)
20
uszlachetnianie węgla– zawartość siarki i popiołu
metody fizyczne
usuwanie 30-50 % siarki pirytowej oraz do 60 % substancji mineralnej
(popiołu)
Wykorzystuje się:
róŜnicę gęstości – separacja grawitacyjna
własności powierzchniowe (np. zwilŜalność) węgla – flotacja
Konwersja siarki organicznej zawartej w węglu do siarki elementarnej lub
związków siarki, które mogą być następnie usunięte ze struktury węgla. Wadą
tych metod jest ich wysoki koszt oraz emisja H
2
S lub SO
2
do atmosfery.
metody chemiczne
usuwanie do 90 % siarki pirytowej i organicznej oraz 90-99 % substancji
mineralnej (popiołu)
Wykorzystuje się bakterie beztlenowe i tlenowe, grzyby lub enzymy, które
trawią siarkę.
metody biologiczne
usuwanie siarki całkowitej (pirytowej, organicznej i siarczanowej).
21
sprawno
ś
ci produkcji energii elektrycznej i cieplnej
sprawność netto wytwarzania energii elektrycznej w Polsce
1990 1995 2000
2003 rok
32,3 % 34,9 % 35,6 % 36,4 %
1. bloki klasyczne
2. bloki kondensacyjne
(ciśnienia nadkrytyczne)
3. układy parowo-gazowe ze
zgazowaniem węgla
4. układy parowo-gazowe
(gaz ziemny)
5. obieg WET-NET
6. ogniwa paliwowe
35
40
45
50
55
60
65
1
9
7
0
1
9
8
0
1
9
9
0
2
0
0
0
2
0
1
0
s
p
ra
w
n
o
ś
ć
n
e
tt
o
p
ro
d
u
k
c
ji
e
n
e
rg
ii
e
le
k
tr
y
c
z
n
e
j,
%
1
3
2
4
5
6
22
odpylanie gazów – proces rozdziału fazy stałej i gazowej w polu
sił zewnętrznych
gaz
pył
F
g
a)
gaz
F
E
d)
pył
gaz
pył
c)
a) komory osadcze
– odpylacze grawitacyjne
Najprostszą, ale najmniej skuteczną metodą
rozdziału faz jest wykorzystanie siły cięŜkości F
g
przy poziomym przepływie gazu.
Ziarna pyłu mają oczywiście większą masę niŜ
molekuły gazu i odpadają od strugi gazu.
b) cyklony
(1864) – odpylacze odśrodkowe
Zakrzywienie trajektorii ruchu gazu, powoduje
pojawienie się siły odśrodkowej F
o
, która równieŜ ze
względu na róŜnicę mas cząstek fazy stałej i fazy
gazowej będzie oddziaływać głównie na ziarna pyłu.
c) filtry tkaninowe
(XIX w.) – odpylacze
filtracyjne
MoŜna równieŜ na drodze przepływu zapylonego
gazu ustawić porowatą, przepuszczalną dla gazu,
przeszkodę – strukturę filtracyjną, w której osadzają
się ziarna pyłu
d) elektrofiltry
(1904) – odpylacze
elektrostatyczne
Obdarzenie ziarna pyłu ładunkiem elektrycznym
sprawi, Ŝe pod wpływem siły elektrycznej F
E
będzie
ono „wędrować” w kierunku elektrody o przeciwnej
biegunowości.
pył
b)
F
o
gaz
23
odsiarczanie gazów – proces wiązania tlenków siarki w solach
(zanieczyszczenie gazowe
odpad stały)
metody mokre
SO
2
+H
2
O+CaCO
3
+½ O
2
→
→
→
→
CaSO
4
+H
2
O+CO
2
zawiesina alkalicznego sorbentu wapniowego
reaktor podgrzew spalin przed
kominem z ok. 60
0
C do 85 -100
0
C
skuteczność odsiarczania > 90 %
przy nadmiarze sorbentu Ca/S = 1,0 - 1,3
sorbent w postaci wodnej zawiesiny np. Ca(OH)
2
lub wodnego roztworu NH
3
reaktor
urządzenie odpylające gazy poreakcyjne
skuteczność odsiarczania 60 – 90 %
przy nadmiarze sorbentu Ca/S = 1,5 – 2,0
metody półsuche
Ca(OH)
2
+SO
2
+ ½ O
2
→
→
→
→
CaSO
4
+2 H
2
O
sorbent w postaci wodnej zawiesiny np. Ca(OH)
2
lub wodnego roztworu NH
3
reaktor
urządzenie odpylające gazy poreakcyjne
skuteczność odsiarczania 30 – 60 %
przy nadmiarze sorbentu Ca/S = 2 - 4
metody półsuche
2 CaO+2 SO
2
+ O
2
→
→
→
→
2 CaSO
4
24
denitryfikacja – ograniczenie ilości NO
x
powstających w
procesie spalania i/lub ich konwersja do NO
2
metody wtórne
(konwersja NO
x
do N
2
)
polegające na wprowadzania amoniaku lub jego związków (mocznika) do:
komory paleniskowej w strefie odpowiednio wysokich temperatur
(967
±±±±
50
0
C) (SNCR –selektywna redukcja niekatalityczna),
poza paleniskiem do reaktora katalitycznego (katalizatory: tlenek tytanu,
wanad lub wolfram), proces zachodzi w temperaturze 280 – 400
0
C
(SCR-selektywna redukcja katalityczna)
metody pierwotne
(ograniczenie moŜliwości powstawania NO
x
)
polegające na odpowiedniej organizacji procesu spalania:
konstrukcje palników pyłowych zapewniających dobry kontakt paliwa z O
2,
spalanie przy moŜliwie niskim nadmiarze powietrza,
spalanie dwustopniowe (niedomiar a następnie nadmiar powietrza),
reburning (w fazie drugiej wprowadzanie dodatkowego paliwa),
oxy fuel (wzbogacanie powietrza wprowadzanego do spalania w O
2
)
25
emisja zanieczyszczeń z procesów spalania paliw dla celów
produkcji energii elektrycznej i cieplnej w Polsce
0
50
100
150
200
250
1
9
9
6
1
9
9
8
2
0
0
0
2
0
0
2
2
0
0
4
2
0
0
6
emisja pyłu w
k
t/a
całkowita
produkcja
energii
elektrycznej
produkcja
pary i
gorącej wody
0
250
500
750
1000
1250
1500
1
9
9
6
1
9
9
8
2
0
0
0
2
0
0
2
2
0
0
4
2
0
0
6
emisja SO
2
w
k
t/a
całkowita
produkcja
energii
elektrycznej
produkcja
pary i
gorącej wody
26
udział Polski w emisji SO
2 i
NO
2
z wykorzystania energii w
ogólnym bilansie dla UE-25
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
1
9
9
4
1
9
9
6
1
9
9
8
2
0
0
0
2
0
0
2
2
0
0
4
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1
9
9
4
1
9
9
6
1
9
9
8
2
0
0
0
2
0
0
2
2
0
0
4
udział w emisji NO
2
w %
udział ludno
ś
ci Polski w ludno
ś
ci UE-25 w latach 1995-2005 – około 8,5 %
udział w emisji SO
2
w %
27
hydrosfera – wiadomości ogólne, zasoby wody
0,00005 %
Organizmy Ŝywe (udział
97 %
Morza i oceany
WODY S
Ł
ODKIE 2, 5 % (75 % LODOWCE)
0,001 %
Atmosfera
0,007 %
Jeziora słone
0,580 %
Wody podziemne
0,005 %
Wody glebowe
2,115 %
Lodowce górskie i lądolody
OGÓLNE ZASOBY WODY ok. 1,5 mld km
3
0,009 %
Jeziora słodkie i rzeki
ASTENOSFERA
(ze względu na bardzo wysokie temperatury woda
nie moŜe istnieć jako związek chemiczny nawet w formie związanej
z minerałami)
LITOSFERA
HYDROSFERA
TROPOSFERA
STRATOSFERA
(warstwa izotermiczna o temperaturze – 55
0
C,
gdzie utrudniona jest cyrkulacja)
wody powierzchniowe – 70 % powierzchni ziemi
28
dynamika hydrosfery
Odnawialność
zasobów
wody
związana
jest
głównie
z
cyklem
hydrologicznym obejmującym
parowanie i opady
, które napędzają
cyrkulację w układzie globalnym.
W obiegu tym bierze udział zaledwie 3 % wody zawartej w atmosferze,
czyli 0,00003 % całkowitych zasobów wody.
parowanie i transpiracja
(pobieranie wody przez korzenie i parowanie z powierzchni liści)
:
• parowanie mórz i oceanów
………………………………………………………………………………………………………..
47 %
• parowanie wód powierzchniowych, oddychanie ludzi i zwierząt
………
2 %
• parowanie gleby
……………………………………………………………………………………………………………………………………
13 %
• transpiracja roślin
……………………………………………………………………………………………………………………………..
38 %
opad atmosferyczny
13 % - bezpośredni
pobór przez rośliny
48 %
gleba
39 % - opad bezpośredni i spływ
powierzchniowy: cieki wodne, morza i oceany
retencja (37 %)
warstwa wodonośna (11 %)
wody głębinowe
cieki wodne, morza i oceany
29
wykorzystanie wody
W Ŝywych komórkach roślinnych i zwierzęcych zawartość wody
dochodzi do 90 %
(organizmy, które jej nie pobierają np. mole produkują ją metabolicznie)
W skali globalnej dla celów gospodarki komunalnej i przemysłu
codziennie
:
∗∗∗∗
pobiera się 310 km
3
wody słodkiej,
∗∗∗∗
zuŜywa bezpowrotnie 85 km
3
,
∗∗∗∗
wyrzuca w postaci ścieków 225 km
3
,
∗∗∗∗
które zanieczyszczają 4680 km
3
zasobów wody słodkiej.
ZwaŜywszy, Ŝe :
∗∗∗∗
całkowity opad deszczu na lądy wynosi 180 000 km
3
/rok,
∗∗∗∗
odpływ -
37 000 km
3
/rok,
∗∗∗∗
transpiracja -
71 000 km
3
/rok,
zasoby czystej wody słodkiej wynoszą
72 000 km
3
/rok
(200 km
3
/dzień)
.
30
opady i odpływy w Polsce w latach 1975 - 2007
RóŜnica pomiędzy opadem a odpływem to dyspozycyjny zasób wody
31
pobór wody na potrzeby gospodarki narodowej i
ludności w Polsce w latach 1965-2007
57,3
15,4
38,6
59,7
63,5
0
10
20
30
40
50
60
70
FR
A
N
C
JA
K
AN
AD
A
U
S
A
FI
N
LA
N
D
IA
P
O
LS
KA
u
d
z
ia
ł
p
o
b
o
ru
w
o
d
y
w
p
ro
d
u
k
c
ji
e
n
e
rg
ii
e
le
k
tr
.y
c
z
n
e
j,
%
32
struktura zuŜycia wody względem źródeł poboru w
1980
roku i
2007
roku
roczny pobór wód
14,1 km
3
11,4 km
3
wody powierzchniowe
11,9 km
3
9,7 km
3
wody podziemne
1,9 km
3
1,6 km
3
do nawadniania
1,3 km
3
1,1 km
3
do produkcji
10,1 km
3
8,2 km
3
na cele komunalne
2,7 km
3
2,1 km
3
1,3 km
3
1,1 km
3
9,2 km
3
7,9 km
3
1,4 km
3
0,7 km
3
0,6 km
3
0,2 km
3
1,3 km
3
1,4 km
3
wody z odwadniania
0,3 km
3
0,1 km
3
33
źródła i mechanizmy degradacji wód
izolacja akwenów od dostępu tlenu
toksyczność
chemia i petrochemia
transport
oleje i polimery
zaburzenia ekosystemów wodnych
energetyka
podgrzewanie wód
mineralizacja wody
kopalnictwo
sole mineralne
człowiek
ścieki komunalne
rolnictwo
ścieki przemysłowe
opad pyłów
ścieki komunalne
NO
x
z atmosfery
ścieki organiczne i mineralne
rolnictwo
nawozy sztuczne
ścieki komunalne
źródło pochodzenia
epidemie cholery, tyfusu, choroby
pasoŜytnicze przewodu
pokarmowego
wirusy i bakterie
zaburzenia ekosystemu
turystyka i rekreacja
zaburzenia ekosystemów wodnych
toksyczność
pestycydy
działanie kancerogenne
zaburzenia metabolizmu
metale cięŜkie
izolacja akwenów od dostępu tlenu
działanie kancerogenne
detergenty
azotany, azotyny
eutrofizacja
zaburzenia metabolizmu ludzi i
zwierząt
fosforany
skutki
czynniki
34
fosforany, azotany azotyny – substancje biogeniczne
eutrofizacja
nadmiar nawozu azotowego
azotany w wodzie pitnej
azotyny w organizmie
hemoglobina
methemoglobina
niedotlenienie organizmu
śmierć
zmiany metabolizmu
nadmiar substancji pokarmowych
rozwój
fitoplanktonu
(szybki
metabolizm) –
zakwity wód
rozwój
zooplanktonu
gwałtowny przyrost odpadu
organicznego
rozkład materii organicznej –
pobór tlenu i wytwarzanie
dwutlenku węgla, siarkowodoru
martwe strefy zwane azoicznymi
(pozbawione organizmów Ŝywych)
35
ładunki zanieczyszczeń wprowadzone do Bałtyku z dorzecza
Wisły, Odry i rzek przymorza w latach 1990-2007
Bałtyk
372 tys. km
2
wymiana wód
w cyklu 30. letnim
spływ wód z 1 640
km
2
zamieszkałych
przez 140 mln ludzi
ponad 20 % dna
Bałtyku to strefy
azoiczne
Polska odpowiada za
ok. 10 % odpływu
azotu i ok. 25 %
odpływu fosforu
Proces eutrofizacji – szczególnie intensywny w akwenach wodnych o słabej
wymianie wód: stawy, jeziora, niektóre morza i zatoki.
Zatoka Meksykańska – ujście Missisipi (dorzecze obejmuje 48 % obszaru USA)
580 km
3
– w okresie 50 lat ilość azotu x 3, ilość fosforu x 2
36
ładunki zanieczyszczeń wprowadzone do Bałtyku z dorzecza
Wisły, Odry i rzek przymorza w latach 1990-2007
Biologiczne zuŜycie tlenu (BZT
5
)
jest to ilość tlenu zuŜyta w ciągu 5 dni w
procesie biologicznego utleniania substancji (głownie organicznych) zawartych w
wodach i ściekach przy uŜyciu Ŝywych bakterii i enzymów pozakomórkowych
Zawiesiny w wodach i ściekach
to nierozpuszczalne, zawieszone substancje i
materiały o róŜnym stopniu rozdrobnienia.
37
detergenty
∗
naleŜą do grupy środków powierzchniowo czynnych
∗
jako związki rozpuszczalne w wodzie mogą infiltrować do wód
podziemnych (studnie w pobliŜu zanieczyszczonych rzek –
stęŜenie 1,5 g/m3, wody czyste - 0,006 g/m3)
∗∗∗∗
detergenty twarde (nie ulegające biodegradacji) - zakłócenia
zarówno w procesach biologicznego oczyszczania ścieków jak i w
wodach odbiorników ( warstwy piany o grubości powyŜej 2 m
poniŜej śluz na rzekach)
∗∗∗∗
detergenty miękkie (ulegające biodegradacji)
38
metale cięŜkie
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
na
skutek
blokady
enzymów;
bardzo
rozpowszechniony w środowisku wodnym - w wodach miękkich
występuje w postaci szczególnie niebezpiecznej jako rozpuszczalne
sole
39
ładunki zanieczyszczeń wprowadzone do Bałtyku z dorzecza
Wisły, Odry i rzek przymorza w latach 1990-2007
40
pestycydy 1
Szkodliwe ze względu na:
długi czas rozpadu (np. arsenian ołowiowy - 15 lat, UCH Lindan - 11 lat,
Chlordan 12 lat),
zdolność kumulowania się w środowisku,
łatwość wchodzenia w szeregi troficzne.
Powodują pogarszanie stanu wód podziemnych, działają toksycznie,
naruszają procesy samooczyszczania się wód.
Zanieczyszczenia pestycydami są trudne do usunięcia w procesie
uzdatniania wody przeznaczonej do picia. Według norm światowych WHO
woda do picia w ogóle nie 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.
41
pestycydy 2
Na świecie, co roku około 2 miliony osób ulega zatruciu pestycydami,
a 40 000 z nich umiera. Związki te mogą powodować nowotwory, wady
rozwojowe płodu, poronienia i uszkodzenia wielu organów.
Ponad 200 syntetycznych pestycydów:
bakteriocydy – środki bakteriobójcze
insektycydy - środki owadobójcze
fungicydy – środki grzybobójcze
herbicydy – środki chwastobójcze
rodentycydy – do zwalczania gryzoni
defolianty – środki powodujące
opadanie liści z drzew
0
2
4
6
8
10
12
14
1
9
7
0
1
9
7
5
1
9
8
0
1
9
8
5
1
9
9
0
1
9
9
5
2
0
0
0
S
u
b
s
ta
n
c
ja
a
k
ty
w
n
a
m
ln
t
o
n
W Niemczech zuŜywa się 10 kg/ha pestycydów, w Polsce ok. 1 kg/ha
42
pestycydy 3
Międzynarodowa organizacja obrońców przyrody World Wide Fund for
Nature (WWF) zidentyfikowała 10 toksycznych "hot spots" na całym
świecie, które z uwagi na swoje rozmiary mają charakter globalny.
Jeden z nich znajduje się na wybrzeŜach Pacyfiku, Kanady i Stanów
Zjednoczonych. ZagroŜone są orki i wieloryby. W ich ciałach naukowcy
znaleźli wysoki poziom PCBs - polichlorowanych bifenyli, którymi skaŜone
są wody oceanu.
W Etiopii 250 miejsc skaŜonych "wysypiskami" zawierających ponad 1500
ton przeterminowanych pestycydów. Zawierają HCB uŜywane do zabijania
pasoŜytów zboŜowych oraz DDT i dieldrin - substancje toksyczne dla ryb,
zwierząt wodnych, szczególnie dla Ŝab.
Problematyczny moŜe okazać się zakaz stosowania DDT w Afryce, gdzie
uŜywany jest do zwalczania komara widliszka roznoszącego malarię.
Piretroidy, wynalezione w latach 70., które zastąpiły DDT w wielu krajach
- dziś, po latach okazały się niewiele mniej niebezpieczne.
Eksperci z Politechniki Wrocławskiej szacują się, Ŝe ok. 200-300 tys.
róŜnych urządzeń elektroenergetycznych napełnionych jest
polichlorowanymi bifenylami. Tylko w kondensatorach - pracujących i
wycofanych z eksploatacji - znajduje się ok. 1400 ton PCBs, które powinny
być utylizowane. Mamy teŜ mogielniki, w tym 1/3 to są doły ziemne, bez
jakichkolwiek zabezpieczeń
43
oleje i polimery
1,4
0,4
Bałtyk (600 plam ropy rocznie)
6,9
4
Morze Północne
4,9
4
Morze Śródziemne
3
1,2
mln ton/rok
12,5
Zatoka Meksykańska
0,8
Zatoka Meksykańska
t/km
2
rocznie
akwen
1 – 3 % przewoŜonego ładunku ropy wprowadza się do wód morskich
podczas płukania zbiorniskowców (10 – 30 mln ton ropy rocznie)
1 tona ropy moŜe pokryć 10 km
2
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.
44
podgrzewanie wód
skutki negatywne
•
wzrost parazytofauny
→
→
→
→
20 % wzrost zachorowań na choroby
przewodu pokarmowego
•
zmniejszenie zdolności do absorbowania tlenu przy równoczesnej
intensyfikacji procesów przemiany materii wzmagających
zapotrzebowanie na tlen
skutki pozytywne
••••
opóźnienie w tworzeniu powłoki lodowej
••••
przedłuŜenie okresu mineralizacji zanieczyszczeń nieorganicznych
45
sole mineralne 1
Około 11 mld m
3
rocznie z kopalń.
W wodach tych zawarte jest ok. 7 tys. ton soli (głównie chlorki i
siarczany).
46
sole mineralne 2
Około 11 mld m
3
rocznie z kopalń.
W wodach tych zawarte jest ok. 7 tys. ton soli (głównie chlorki i
siarczany).
Ze względu na zawartość jonów chlorków i siarczanów rozróŜnia się
4 grupy hydrochemiczne
wód kopalnianych:
I – zawartość jonów < 600 mg/l - woda nadaje się do picia po
uzdatnieniu
II – zawartość jonów 600 – 1800 mg/l – woda o podwyŜszonej
mineralizacji, przydatna do celów przemysłowych
III – zawartość jonów 1 800 – 42 000 mg/l – uciąŜliwe ścieki, zasadniczo
nieprzydatne do wykorzystania,
IV – zawartość jonów powyŜej 42 000 – solanka nadająca się do utylizacji
na sól kuchenną i do produkcji surowców chemicznych
Do wykorzystania nadaje się około 60 % odpompowanych wód.
Wykorzystuje się około 20 %. Problemem jest separacja wód słabo
i silnie zmineralizowanych.
Metoda hydrotechniczna:
mechaniczne oczyszczenie
zbiorniki
retencyjne
zrzut do rzek
Proces termicznej krystalizacji
woda do celów spoŜywczych i sól
kamienna oraz ługi pokrystalizacyjne (związki jodu, magnezu, potasu,
sodu i bromu)
47
kategorie wód powierzchniowych
Rozporz
ą
dzenie Ministra
Ś
rodowiska z dnia 11 lutego 2004 roku (Dz.U Nr 32, poz.284
)
Wody powierzchniowe
Kategorie jakości wody ustalone dla wód powierzchniowych, które mogą
być wykorzystywane do produkcji wody lub do spoŜycia:
kategoria A1
– wody najczystsze wymagające prostego
uzdatniania fizycznego (filtracji i dezynfekcji),
kategoria A2
– wody gorszej jakości wymagające wielostopnio-
wego uzdatniania fizycznego i chemicznego,
kategoria A3
– wody najbardziej zanieczyszczone wymagające
wysokosprawnego uzdatniania fizycznego i chemicznego
Wody podziemne
wody gruntowe
zasilane bezpośrednio opadami atmosferycznymi,
silnie naraŜone na oddziaływanie czynników
antropogenicznych
wody wgłębne
–
zalegające pod nieprzepuszczalnymi utworami
geologicznymi i posiadają dobrą lub średnią izolację
przed wpływem zanieczyszczeń.
48
klasyfikacja jakości wód powierzchniowych
i podziemnych
Rozporz
ą
dzenie Ministra
Ś
rodowiska z dnia 11 lutego 2004 roku (Dz.U Nr 32, poz.284
)
klasa I
–
wody bardzo dobrej jakości – nie wykazujące skutków
oddziaływania antropogenicznego oraz zaliczone do kategorii A1
klasa II –
wody dobrej jakości – wykazujące niewielki wpływ
oddziaływań antropogenicznych oraz zaliczone do kategorii A2
klasa III
–
wody zadowalającej jakości - wykazujące umiarkowany
wpływ oddziaływań antropogenicznych oraz zaliczone do kategorii A2
klasa IV
–
wody niezadowalającej jakości wykazujące zmiany
jakościowe i ilościowe w populacjach biologicznych na skutek
oddziaływań antropogenicznych oraz zaliczone do kategorii A3
klasa V
-
wody złej jakości wykazujące zanik znacznej części
populacji biologicznych i nie nadające się do spoŜycia
49
klasyfikacja jakości wód w rzekach w 2007 roku
2005 rok
1360 pkt. pomiar.
klasa I 1
klasa II 27
klasa III 522
klasa IV 560
klasa V 250
50
stan czystości jezior w Polsce w latach 1990-2006
51
stan czystości jezior w Polsce w 2006
52
ocena jakości wód powierzchniowych wykorzystywanych do
zaopatrzenia ludności w wodę przeznaczoną do spoŜycia w
2007 roku
2005 rok
143 pkt. pomiar.
kategoria A1 9
kategoria A2 46
kategoria A3 44
poza kateg. 44
53
ocena jakości wód powierzchniowych przeznaczonych do
bytowania ryb łososiowatych i karpiowatych w 2007 roku
54
samooczyszczanie środowiska wodnego 1
Samooczyszczanie wód powierzchniowych
jest zjawiskiem fizyczno-
biochemicznym polegającym na samoistnym zmniejszaniu się stopnia
zanieczyszczenia wód. Procesy te występują w wodach płynących i stojących,
jednak z róŜną intensywnością.
Zasadnicze znaczenie dla procesu samooczyszczania ma zdolność
modyfikowania środowiska wodnego przez organizmy Ŝywe
Procesy samooczyszczania
• rozcieńczanie zanieczyszczeń wodą odbiornika i mieszanie
• sedymentacja zawiesin
• adsorpcja
• biologiczne usuwanie zanieczyszczeń
biosorpcja
mineralizacja
biokumulacja
immobilizacja (zjawisko przeciwstawne mineralizacji)
• wymiana substancji lotnych pomiędzy wodą a atmosferą
• wymiana substancji między dnem i wodą
55
samooczyszczanie środowiska wodnego 2
1. rozcieńczanie zanieczyszczeń wodą odbiornika i mieszanie
rozcieńczanie głównie w wodach płynących –skuteczność zaleŜy od
mieszania (prędkość przepływu i cyrkulacja w przekroju
poprzecznym)
mieszanie
lepsze natlenienie, dyfuzja z wody produktów
przemiany materii (CO
2
, N
2
), lepszy kontakt substratów z
komórkami mikroorganizmów
w wodach stojących (jeziora lub stawy) ruch wody pod wpływem
zmian temperatury (róŜnice gęstości)
2. sedymentacja zawiesin
głównie w zbiornikach zaporowych, rozlewiskach, zatokach
nad osadami dennymi duŜy deficyt tlenu lub całkowity zanik tlenu
w osadach dennych występują warunki anaerobowe (beztlenowy
rozkład substancji organicznych, związany z intensywnym
wydzielaniem się gazów:14% CO2, 17% CH4, 69% N
2
,
siarkowodór)
w razie nagłego przyboru wody niebezpieczeństwo wtórnego
zanieczyszczenia toni wodnej osadami dennymi co prowadzi do
zwiększenia deficytu tlenu
56
samooczyszczanie środowiska wodnego 3
3. adsorpcja
zatrzymanie zanieczyszczeń chemicznych na powierzchniach ciał
stałych (np. dna i brzegi, roślinność wodna, konstrukcje
hydrotechniczne, zawiesina substancji stałej) usuwane są głównie
związki organiczne oraz częściowo nieorganiczne – metale cięŜkie
niebezpieczeństwo desorpcji i przejścia substancji nagromadzonych na
powierzchni do toni wodnej
4. biologiczne usuwanie zanieczyszczeń
biosorpcja - zatrzymanie zanieczyszczeń na powierzchni
mikroorganizmów oraz ścianach komórkowych i ich uczestniczenie w
procesach wymiany między komórką a środowiskiem
mineralizacja – rozkład związków organicznych przez drobnoustroje,
zwykle wewnątrz komórki – proces tlenowy
biokumulacja – gromadzenie w komórce związków niepodatnych na
rozkład biologiczny lub jonów nie podlegających metabolizmowi
(pestycydy, zwłaszcza węglowodory chlorowane i sole metali cięŜkich)
śmierć komórki
57
samooczyszczanie środowiska wodnego 4
5. wymiana substancji lotnych pomiędzy wodą a atmosferą
uwalnianie gazowych produktów przemiany materii i ich dyfuzja do
atmosfery ( CO
2
, N
2
,CH
4
) oraz równowaŜenie zawartości gazów
rozpuszczalnych w wodzie, między woda a atmosferą (dyfuzja tlenu z
powietrza)
6. wymiana substancji między dnem i wodą
wytrącanie się pewnych soli i osadzanie na dnie zbiornika i odwrotnie -
oddawanie produktów metabolizmu drobnoustrojów z dna do wody
58
oczyszczanie ścieków
Wysokoefektywne oczyszczanie chemiczne i
biologiczne umoŜliwiającą zwiększoną redukcję
azotu i fosforu
Mineralizacja przez drobnoustroje w środowisku
wodnym w sposób naturalny (np. rolnicze
wykorzystanie ścieków, zraszanie pól, stawy rybne)
lub w urządzeniach sztucznych (złoŜa biologiczne,
osad czynny) powoduje usunięcie związków
organicznych oraz biogennych
Wytrącanie niektórych związków rozpuszczalnych
lub ich neutralizacja metodami chemicznymi, takimi
jak np. koagulacja, sorpcja na węglu aktywnym
Usuwanie wyłącznie zanieczyszczeń
nierozpuszczalnych, tj. ciał stałych i tłuszczów
ulegających osadzaniu lub flotacji, przy uŜyciu krat,
sit, piaskowników, odtłuszczaczy
PodwyŜszone
usuwanie
biogenów
Oczyszczanie
biologiczne
Oczyszczanie
chemiczne
Oczyszczanie
mechaniczne
59
ścieki przemysłowe i komunalne wymagające
oczyszczenia odprowadzane do wód lub ziemi w
latach 1970-2007
60
stopień oczyszczenia ścieków komunalnych i
przemysłowych
61
litosfera
LITOSFERA
zewnętrzna warstwa kuli ziemskiej o grubości 80 - 150 km
wytrzymująca napręŜenia rzędu 100 MPa.
Tworzą ją skały:
•
metamorficzne
•
krystaliczne
•
osadowe - główny substrat Ŝycia ekosystemów lądowych
SKAŁY OSADOWE – efekt przebiegających równocześnie zjawisk
•
erozji
∗
procesy fizyczne - piaski, gliny, łupki,
∗
procesy chemiczne – dolomity, gipsy,
∗
procesy biologiczne – węgiel, torf, rafy koralowe
•
sedymentacji poprzedzonej transportem rozdrobnionego
materiału najczęściej przez wodę, wiatr lub lodowiec
(charakterystyczne uporządkowanie – najgłębiej frakcje
najgrubsze lub najtrudniej rozpuszczalne)
62
czynniki glebotwórcze i ich funkcje
wietrzejące minerały są źródłem związków
mineralnych niezbędnych do rozwoju
roślinności
rodzaj podłoŜa
wraz ze stosunkami
wodnymi
••••
formuje strukturę gleby
•
steruje wieloma reakcjami wietrzenia
minerałów
•
dostarcza związków organicznych
świat organiczny
warunkuje przebieg wietrzenia i ługowania,
czyli wymywania najłatwiej rozpuszczalnych
soli, głównie wapnia i magnezu
klimat
Właściwości gleb i ich zdolności produkcyjne zaleŜą od
układu czterech podstawowych elementów :
•
składu i stopnia przeobraŜenia części mineralnej (45 %)
•
ilości i rodzaju materii organicznej (5 %)
•
zawartości wody glebowej (25 %),
•
zawartości powietrza glebowego (25 %).
1 g dobrej ziemi zawiera: 2 mld przetrwalników bakterii,
4 mln Ŝywych bakterii, 50 tys. grzybów, glonów i pierwotniaków
63
czynniki degradujące glebę
Mechanizmy degradacji
•
erozja wodna
–
zmywanie cząstek glebowych z terenów wyŜej
połoŜonych na tereny niŜej połoŜone
•
erozja eoliczna
-
wywiewanie i transport przez wiatr cząstek
glebowych na inne obszary
•
przekształcenia
geotechniczne
–
niszczące
działania
w
zewnętrznej części litosfery
•
przekształcenia hydrologiczne
–
zmiany stosunków wodnych
prowadzące do przesuszenia lub zawodnienia
•
przekształcenia chemiczne
–
zmiana własności chemicznych,
fizycznych i biologicznych głównie na skutek działalności człowieka
Degradacja gleb prowadzi zawsze do zmniejszenia aktywności
biologicznej środowiska glebowego, co powoduje ograniczenie
produkcji biomasy, czyli utratę przydatności rolnej (pustynnienie).
Najstarsze cywilizacje świata powstały w Ŝyznych dolinach Eufratu, Tygrysu i Nilu.
NieuŜytki rolne zajmują obecnie: Irak – 50 %, Algeria – 80 %, Libia – 93 %
wytworzenie 2 – 3 cm gleby trwa 200 – 1000 lat
64
gleba -erozja wodna 1
Wg badań amerykańskich przy nachyleniu terenu 10
0
zmycie ok.18 cm warstwy
gleby w zaleŜności od rodzaju pokrycia trwa:
puszcza pierwotna 575 000 lat
trwała darń
82 150 lat
uprawa polowa 110 lat
czarny ugór 18 lat
Sprzyjają jej:
•
nachylenie terenu,
•
mała retencyjność gleby (podłoŜe i rodzaj pokrycia)
Ilość gleby unoszonej wraz z rzekami do mórz i oceanów :
Huang-Ho
650 mln ton/rok (1934 rok – 1 450 mln ton)
Missisipi 500 mln ton/rok
Indus 440 mln ton/rok
Dunaj 100 mln ton/rok
Nil 20 - 70 mln ton/rok
Ren 36 mln ton/rok
65
gleba - erozja wodna 2
Większość gleb po 50 - 75 latach uŜytkowania rolniczego bez nawoŜenia
organicznego i ugorowania traci na skutek erozji wodnej 20 - 50 % humusu.
Zapobieganie:
•
tarasowanie stoków
•
orka i siew rzędowy
•
uprawy wstęgowe (przemiennie rośliny zielne i okopowe)
•
zalesianie lasem liściastym lub mieszanym
Wielkość spływu erozyjnego w Polsce - ok. 5 mln ton rocznie (10 ton/min).
66
gleba - erozja wodna/erozja eoliczna
Występowanie erozji
wodnej na powierzchni
Ziemi
kreskowanie w lewo –
obszary naraŜone na silną
erozji wodną,
kreskowanie w prawo –
obszary wylesione
naraŜone na erozję wodną
wg N. Hudsona, 1971
Występowanie erozji
eolicznej na powierzchni
Ziemi
67
gleba - erozja eoliczna 1
Sprzyjają jej:
•
płaski teren pozbawiony średniej i niskiej roślinności
•
uprawy monokulturowe zwłaszcza roślin okopowych
•
susza
Erozja eoliczna jest szczególnie intensywna w klimacie suchym i półsuchym, gdzie
występują wręcz klęski Ŝywiołowe w postaci burz piaskowych. Skutki erozji eolicznej
obserwuje się zwłaszcza w pomiędzy północnym i południowym równoleŜnikiem 40
0
.
Przeciwdziałania:
•
zmiana pól uprawnych na pastwiska przy równoczesnym
ograniczeniu liczebności stad,
•
uprawy pasmowe (wstęgowe),
•
rezygnacja z orki i wysiew w rŜysku po zbiorze plonów,
•
zadrzewienie w postaci pasów wiatrochronnych.
68
gleba - erozja eoliczna 2
Przykłady:
1.
Ukraina – roślinność trawiasta
uprawy polowe (płytka orka, ugorowanie i
uprawy wstęgowe)
monokultura i cięŜki sprzęt rolniczy zniszczenie
czarnoziemu
głód
2.
USA – koniec XIX – Wielka Pustynia Amerykańska
Wielkie Równiny (sprzedaŜ
ziemi farmerom), 1934 rok – burze piaskowe: 20 mln ha zniszczenie całkowite,
na 60 mln ha nieopłacalna uprawa, 200 mln ha zniszczone całkowicie
1935 r.-
utworzenie SłuŜby Ochrony Gleb
3.
ZSRR – tereny zakaukazkie -rozległe obszary trawiaste i miliony ha pól
uprawnych regularnie ugorowanych, 1954-1960 akcja „na ugory” – setki tysięcy
osiedleńców zajęły pod uprawę 40 mln ha, wzrost produkcji o 40 %, ale juŜ w
latach 1962-1965 całkowicie utracono dla produkcji rolnej 4 mln ha a 17 mln ha
uległo częściowej degradacji
69
zagospodarowanie powierzchni ziemi w Polsce 1
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
1
9
3
5
1
9
4
0
1
9
4
5
1
9
5
0
1
9
5
5
1
9
6
0
1
9
6
5
1
9
7
0
1
9
7
5
1
9
8
0
1
9
8
5
1
9
9
0
1
9
9
5
2
0
0
0
2
0
0
5
2
0
1
0
wyraŜony w % udział powierzchni zajmowanej
przez uŜytki rolne oraz lasy i zadrzewienia
w latach 1938 (w obecnych granicach) - 2007
lasy i zadrzewienia
uŜytki rolne
inne
W Polsce erozją
eoliczną
zagroŜonych jest 27,6 % gruntów
uŜytkowanych rolniczo (silnie 1 %), natomiast erozją wodną 46 %
gruntów rolnych i leśnych (silnie 4,1 %).
70
zagospodarowanie powierzchni ziemi w Polsce 2
71
gleba - przekształcenia geotechniczne
tereny
bezglebowe
mechaniczne uszkodzenia pokrywy glebowej
występujące w postaci deformacji nieciągłych
• eksploatacja odkrywkowa surowców
(hałdy, zwałowiska, stawy osadowe)
• składowanie odpadów komunalnych i
przemysłowych
• budownictwo mieszkalne i przemysłowe
• infrastruktura transportowa (drogi,
lotnistwa, torowiska itp.)
szczeliny
progi
rowy
leje
zapadliska
Staw osadowy w KGHM „śelazny Most” ma powierzchnię 2 200 ha
72
gleba - przekształcenia hydrologiczne
przesuszenie (300 tys.ha)
polega na obniŜeniu poziomu lustra
wód głębinowych
zawodnienie (100 tys.ha)
polega na podniesieniu poziomu
wody glebowo-gruntowej lub
zupełnym zatopieniu gleby
•
kopalnie odkrywkowe wymagają
odwodnienia całego eksploatowanego
obszaru przed przystąpieniem do
zdejmowaniem nadkładu
lej
depresyjny o wielokilometrowej
średnicy
• ujęcia i pobór wód głębinowych
• regulacja rzek czy niewłaściwie
przeprowadzone melioracje
infiltracja wody ze sztucznych
zbiorników wodnych
infiltracja wody ze zbiorników
materiałów poflotacyjnych
Rozwój Bełchatowskiego Okręgu Przemysłowego - zmiana stosunków wodnych na 120 tys.
ha. KWB Konin rocznie wypompowuje 80-120 mln m
3
wody.
Zanikające jeziora – Gopło w ciągu 235 lat obniŜyło poziom wody o 320 cm, od połowy XIX
w. ze 132 jezior 103 obniŜyło poziom, 34 – znikło, 11 wysychając podziliło się na dwie lub
więcej części
Pomysł na transport rurociągami do jezior wypompowywanych wód (górnictwo
odkrywkowe)
73
gleba - przekształcenia chemiczne
niewłaściwe nawodnienie
np. nawadnianie terenów pustynnych wodą odsalaną
wzmoŜona transpiracja zasolenie gleb
nieumiejętne nawoŜenie
zakwaszenie gleby (udział nawozów azotowych od 15 do 50 %)
zmiany metabolizmu azotowego w roślinach
wzrost populacji toksynotwórczych grzybów aktywnych biologicznie
i wytwarzających silnie rakotwórcze substancje
stosowanie pestycydów
– toksyny, często ze zdolnością do kumulacji
emisja zanieczyszczeń przemysłowych
kwaśne deszcze (NO
2
, SO
2
)
opad pyłu i zrzut ścieków zawierających metale cięŜkie
siarka –zakwaszenie gleby, zuboŜenie o zawartość Ca i Mg
fluor – zuboŜanie gleby w Ca, K, N, Si
pyły wapiennicze i cementowe – alkalizacja gleb
metale cięŜkie (Kd, Pb, Zn, Mn, Cu) – działanie toksyczne lub zuboŜanie gleby w Ca i Mg
awarie rurociągów ropy naftowej
infiltracja zanieczyszczeń ze składowisk odpadów
74
gleba –kryteria degradacji
zakwaszenie lub alkalizacja
: gleby bardzo kwaśne pH< 4,5; gleby obojętne
pH = 6,6-7,2; gleby alkaliczne pH > 7,2
zasolenie:
negatywny wpływ przy koncentracji 0,3 % (3 g/l), kres aktywności
biologicznej 0,5 % (5 g/l)
zanieczyszczenie lub skaŜenie pestycydami
zanieczyszczenie lub skaŜenie biologiczne
– miano Coli
zawartość próchnicy
(20 cm warstwy akumulacyjnej
):
gleby słabo
gleby słabo zdegradowane 40-50 t/ha, grunty bezglebowe <10 t/ha
zniekształcenia struktury
przesuszenie lub zawilgocenie
1991 rok – grunty zdegradowane w duŜym i bardzo duŜym stopniu 0,5 % powierzchni
grunty zdegradowane w stopniu małym i średnim 2,2 % powierzchni
grunty zagroŜone degradacją 12,7 % kraju
Łącznie 15,4 % kraju
75
główne kierunki ochrony gleb
1) feromony – wyłapywanie i niszczenie samców
(1979 rok –nagroda Nobla za syntezę chemiczną)
2) wykorzystanie naturalnego wroga – np. pasoŜyta szarańczy hoduje się w
ciałach kilku owadów, po czym zawiesinę z zarodnikami pasoŜyta rozpyla się
na resztkach roślinnych na polu; Ŝerujące owady połykają pasoŜyta
WdraŜanie
biologicznych
metod ochrony
roślin -
biopreparaty
1) stosowanie płodozmianu : rośliny korzeniowe, rośliny kwiatowe, liściowe i
owocowo-nasienne,
2) wykorzystywanie w maksymalnym stopniu kompostu,
3) płytka orka, opt.12 cm, max 20 cm, wzruszanie dolnych warstw gleby
przeprowadza się przy pomocy kultywatora,
4) uwzględnienie faktu wzajemnego oddziaływania roślin
Rolnictwo
biodynamiczne
1) wdraŜanie energooszczędnych technologii produkcyjnych,
2) stosowanie tzw. czystych paliw, poprawa efektywności spalania, redukcja
emisji zanieczyszczeń gazowych i pyłowych do atmosfery,
4) instalowanie biologicznych oczyszczalni ścieków,
5) właściwe zabezpieczenie składowisk odpadów
Ograniczenie
emisji
przemysłowych
zanieczyszczeń
1) rekultywacja przygotowawcza,
2) rekultywacja techniczna – uformowanie terenu, melioracja odkwaszenie
gleb itp.,
3) rekultywacja biologiczna – wysiewy i nasadzenia roślin
Zalesianie,
rekultywacja
zintegrowany system ochrony roślin: np. uprawy wcześniejsze dające plon
przed masowym pojawieniem się szkodników, kontrola ich liczebności,
właściwy wybór rodzaju oraz czasu stosowania i ilości pestycydów
Stosowanie
nawozów
i pestycydów
pod kontrolą
76
grunty zdewastowane i zdegradowane oraz ich
zagospodarowanie i rekultywacja
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
1
9
9
0
1
9
9
5
2
0
0
0
2
0
0
5
2
0
1
0
ty
s
.h
a
powierzchnia gruntów zdewastowanych i zdegradowanych w tys.
ha oraz udział w % powierzchni zagospodarowanej i
zrekultywowanej w latach 1990 - 2007
0
2
4
6
8
10
1
9
9
0
1
9
9
5
2
0
0
0
2
0
0
5
2
0
1
0
%
77
operacje odzysku odpadów
wykorzystanie jako paliwa
rozprowadzanie na powierzchni ziemi w celu nawoŜenia lub
ulepszenia gleby
recykling lub regeneracja substancji organicznych za
wyjątkiem rozpuszczalników (kompostowanie i inne
biologiczne procesy przekształcające)
regeneracja lub odzyskiwanie rozpuszczalników
regeneracja kwasów lub zasad
recykling lub regeneracja metali i innych substancji
nieorganicznych
powtórna rafinacja oleju lub inne sposoby jego ponownego
wykorzystania
78
operacje utylizacji odpadów
składowanie na składowiskach odpadów obojętnych
składowanie na składowiskach odpadów niebezpiecznych
retencja powierzchniowa (np. umieszczanie odpadów na
poletkach osadowych lub lagunach
obróbka w glebie (np. biodegradacja odpadów płynnych lub
szlamów)
głębokie zatłaczanie (odpadów, które moŜna pompować) lub
składowanie w pojemnikach w ziemi (np. w kopalni)
termiczne przekształcanie odpadów
obróbka fizyko-chemiczna lub/i biologiczna umoŜliwiająca
wykorzystanie którejś z metod unieszkodliwiana (np. obróbka
plazmą w celu zmniejszenia objętości do składowania)
79
postępowanie z odpadami wytworzonymi w latach
2000 – 2007
(za wyjątkiem odpadów komunalnych)
Odpady komunalne zebrane
rocznie około 10 mln ton (250 kg/mieszkańca)
80
postępowanie z odpadami niebezpiecznymi
wytworzonymi w latach 2000 – 2007
81
odzysk i recykling odpadów opakowaniowych i
pouŜytkowych w latach 2000 – 2007
82
wymagany i osiągnięty poziom odzysku i recyklingu
odpadów uŜytkowych i opakowaniowych w 2007 r.
83
postępowanie z osadami z komunalnych
oczyszczalni ścieków w 2007 roku
84
postępowanie z osadami z komunalnych
oczyszczalni ścieków w latach 2000-2007
85
postępowanie z osadami z przemysłowych
oczyszczalni ścieków w 2007 roku
86
postępowanie z osadami z przemysłowych
oczyszczalni ścieków w latach 2000-2007
87
odpady wytworzone w 2007 roku
(za wyjątkiem odpadów komunalnych)
ok. 16 % stanowią odpady związane produkcją energii cieplnej i elektrycznej
88
składowiska odpadów
stan na 31.12.2007
1,7 mld ton
odpadów przemysłowych
zalega na składowiskach,
które zajmują powierzchnię
9 300 ha
(w tym powierzchnia zrekultywowana stanowi niecałe
3 %)
import odpadów z krajów UE i EFTA w 2007 roku wyniósł 2,7 mln ton
(około 45 % z Czech), w tym około 4,5 % (Czechy) na podstawie
milczącej zgody (brak sprzeciwu w okresie 30 dni)
import odpadów z innych krajów (np.USA, Chile) w 2007 roku
wyniósł 0,3 mln ton (około 85 % z Ukrainy)
stan na 31.12.2007
czynne składowiska odpadów komunalnych
zajmują
powierzchnię
3 000 ha
,
zamknięte
300 ha
(w tym powierzchnia
zrekultywowana stanowi około
10 %)
89
charakterystyka składowisk odpadów paleniskowych
temperatury wyŜsze od otoczenia i duŜa ich amplituda: upalny dzień-45
0
C,
noc 10
0
C
Zwałowiska popiołów i ŜuŜli oddziaływują na wszystkie ekosystemy.
Powodują zanieczyszczanie wód gruntowych w zasięgu 100-300 m,
aczkolwiek w gruntach o większej przepuszczalności np. piaskach, Ŝwirach,
zasięg ten moŜe dochodzić do 1 km. Ze względu na przewagę frakcji pylistych
występują zjawiska tzw. wtórnego pylenia, powodującego rozprzestrzenianie
się pyłu wraz z powietrzem na znaczne nieraz odległości.
Charakterystyka
składowisk
popiołów
Właściwości odpadów paleniskowych zaleŜą od:
- rodzaju spalanego węgla (kamienny, brunatny),
- zawartości niepalnej substancji mineralnej tzw. popiołu w węglu,
- technologii spalania,
- rodzaju transportu i składowania.
Ze spalania
- węgla kamiennego powstają głównie popioły krzemianowo-glinowe,
-węgla brunatnego powstają popioły siarczanowo-wapniowe i glinowe.
Popioły charakteryzują się :
- zazwyczaj zasadowym odczynem (do 13 pH ),
- wysokim zasoleniem (do 2 % w przeliczeniu na NaCl),
- duŜą zawartością boru rozpuszczalnego w wodzie (do 100 ppm),
- ubóstwem podstawowych składników pokarmowych i mikroelementów,
- wysoką zdolnością do zatrzymywania wody (35-45 %).
Charakterystyka
popiołów
90
rekultywacja składowisk odpadów paleniskowych
Rekultywacja zwałowisk odpadów paleniskowych polega głównie na usunięciu
niebezpieczeństwa wtórnego pylenia.
W tym celu stosuje się odpowiednie środki techniczne i biologiczne:
1)
zraszanie wodą lub pulpą,
2)
pokrywanie środkami błonotwórczymi (np. emulsją olejowo-wodną w
stosunku 1:1),
3)
stosowanie mokrych metod rozładunku i składowania popiołów,
4)
pokrywanie powierzchni humusem i obsiewanie odpowiednimi gatunkami
roślin np. gorczycy białej w siewach wiosennych, rzepaku ozimego w
siewach letnich,
5)
stosowanie hydroobsiewu tzn. zraszanie mieszaniną wody, ścieków
komunalnych i nasion roślin,
6) stosowanie zabiegów agrotechnicznych,
7) zakładanie wokół składowisk pasów zieleni ochronnej.
Zwałowiska popiołowe mogą być wykorzystane do produkcji rolniczej roślin
paszowych i zboŜowych. Wprowadzenie produkcyjnych gatunków drzew i
krzewów wydaje się problematyczne ze względu naturalną głęboką penetrację
korzeni tych roślin. W przypadku rekultywacji leśnej istotny wpływ na
przetrwanie i wzrost sadzonek ma zaprawianie dołów ziemią urodzajną
uzupełnioną nawoŜeniem mineralnym.
91
kryzys współczesnej cywilizacji - diagnoza
•
nadmierne tempo przyrostu
naturalnego
•
pustynnienie gleb –
wyczerpywanie się zasobów
Ŝywności
•
wyczerpywanie się zasobów
surowcowych i
energetycznych
•
rosnąca dysproporcja
pomiędzy bogatą Północą i
biednym Południem
•
nasilające się problemy
społeczne – „erozja gatunku
ludzkiego”
•
degradacja środowiska
„naturalnego”
•
wzrastające zagroŜenie
katastrofami ekologicznymi
(efekt cieplarniany,
ozonosfera)
1 – zasoby, 2 – ludność, 3 – Ŝywność
na głowę, 4 – produkcja przemysłowa,
5 - zanieczyszczenia
92
kryzys współczesnej cywilizacji - przeciwdziałania
•
przyhamowanie tempa wzrostu demograficznego –
wg prognoz oczekiwane w II połowie XXI wieku
•
GMO – genetycznie modyfikowane organizmy – szansa
produkcji Ŝywności w mało sprzyjających warunkach
•
recykling/surowce wtórne i regeneracja,
energooszczędne technologie, wzrost sprawności
konwersji energii, odnawialne źródła energii
•
Chiny, Indie, Meksyk – jako przykład krajów
charakteryzujących się bardzo wysoką dynamiką wzrostu
gospodarczego
•
nasilające się problemy społeczne – „erozja gatunku
ludzkiego”
•
zintegrowane systemy ochrony środowiska - zarządzanie
środowiskiem – współpraca międzynarodowa
•
efekt cieplarniany ? (zmiana stosunków społeczno-
politycznych);
ozonosfera – obserwowane symptomy
przyhamowania procesu destrukcji