Racjonalne użytkowanie i ochrona wód

• Wskaźniki jakości wód (fizyczne, chemiczne, bakteriologiczne)

• Klasyfikacja jakości wód (klasy czystości wód powierzchniowych, warunki organoleptyczne, fizykochemiczne i bakteriologiczne wody do picia na potrzeby gospodarcze)

• Zasady racjonalnego gospodarowania wodą - zmniejszenie zużycia wód w przemyśle ( zamknięte obiegi technologiczne) - roślinna obudowa zbiorników wodnych - infrastruktura techniczna budynków inwentatorskich w gospodarstwach rolniczych - właściwe przechowywanie stosowanie nawozów organicznych - oczyszczanie ścieków

• Procesy samooczyszczania wód w przyrodzie (degradacja, biooksydacja, odnowa)

• Oczyszczanie ścieków jako sterowanie procesami zachodzącymi w środowisku (złoża biologiczne, osad czynny, stopnie oczyszczania ścieków)

• Typy oczyszczalni (oczyszczalnie roślinne)

Metody oceny jakości wód powierzchniowych - wskaźniki zanieczyszczeń

Fizykochemiczne wskaźniki zanieczyszczeń

temperatura 0-25°C

smak słony (NaCl), gorzki (MgSO₄), słodki, kwaśny

zapach

R - roślinny (plankton, rośliny, ziemia)

S - specyficzny - związki chemiczne (fenole, nafta, aceton, aminy, merkaptany, chlor itp.)

G - gnilny (pleśń, szczątki organiczne, H₂S)

- intensywność zapachu (skala 1-5)

- określenie zapachu na gorąco (g)

- np. g3R; g5G; g1S

klasy zapachu: I - do2R, II - do 3R lub do 2G, III - do 1S

odczyn wodny 6,5-8,5 pH

twardość wody - ogólne stężenie Ca2+ i Mg2+ (mval/dm³, stopień twardości wody)

- klasy twardości: I - do 7, II - do 11, III - do 14 (mval/dm³)

- twardość wód naturalnych: 1 - 20 mval/dm³

- wady wody twardej: kamień kotłowy, zły smak, złe działanie detergentów

mętność - wywołana obecnością nierozpuszczalnych substancji organicznych i nieorganicznych - przezroczystość wody

- porównanie próbki badanej z wzorcami zawiesiny SiO₂ w mg/dm³ (jednostka - mętność spowodowana 1 mg SiO₂ w 1 dm³ wody)

- mętność wody wodociągowej - do 3 mg w skali krzemionkowej

- przezroczystość wody - odwrotność mętności.

Wskaźniki biologiczne zanieczyszczenia wód powierzchniowych

biochemiczne zapotrzebowanie tlenu (BZT5) - umowny wskaźnik - ilość tlenu (mg O₂/dm³) zużytego na rozkład (utlenienie) związków organicznych zawartych w wodzie lub w ściekach w temp. 20°C w ciągu 5 dób.

- im wyższa zawartość tym intensywniejsze procesy rozkładu w danym zbiorniku wodnym

miano coli - najmniejsza ilość wody wyrażona w cm³ , w której znajduje się jedna bakteria z grupy coli; np. woda czysta - 1 bakteria/100cm³, woda brudna - 1 bakteria/1cm³

- obecność bakterii - zanieczyszczenie wody przez ścieki bytowe

I. saprobowatość - wskaźnik ustalany za pomocą saprobów

- występowanie w wodzie gatunków organizmów roślinnych i zwierzęcych charakterystyczna dla danego stopnia czystości wód np.:

- okrzemki wysoka czystość

- sinice - bardzo duże zanieczyszczenie

- grupy saprobów

- polisaproby - najbardziej zanieczyszczone wody

- mezosaproby - średnio zanieczyszczone wody

- oligosaproby - najmniej zanieczyszczone wody

- saprobowość - zanieczyszczenie martwą substancją organiczną lub produktami jej gnilnego rozkładu

- stopień saprobowatości jest wypadkową:

- ilości substancji organicznej dopływającej do zbiornika

- ilości obumierającej biomasy

- natężenia procesów samooczyszczania wody

Klasy czystości wód powierzchniowych

Na podstawie cech fizykochemicznych i biologicznych

I klasa

- zaopatrzenie ludności w wodę do picia

- przemysł spożywczy i farmaceutyczny

- hodowla ryb łososiowatych

II klasa

- hodowla zwierząt gospodarskich

- hodowla ryb

- kąpieliska, sport i rekreacja

III klasa

- inne zakłady przemysłowe

- nawadnianie terenów rolniczych i ogrodniczych

NON

- wody nie odpowiadające normom - poza klasowe

Zanieczyszczenie wód morskich

źródła zanieczyszczeń

- zakłady przemysłowe i miasta na wybrzeżu

- flota morska, eksploatacja portów, zatopione mat.

- rzeki wpadające do mórz (rolnictwo, miasta, przemysł)

zagrożenia dla szelfów kontynentalnych - perspektywiczne, obszar „uprawy mórz” (Francja, kraje dalekiego wschodu)

- hodowle zwierząt morskich (tępogłowy, krewetki skalne, ostrygi)

- wykorzystanie dużych glonów morskich (brunatnice, krasnorosty) - pasza dla zwierząt, nawozy organiczne

Morze Bałtyckie szczególnie narażone na zanieczyszczenia

- nieduże, zamknięte i płytkie

- jest morzem słonawym (5-15 promila soli) przyjmuje:

- 650 km³ wód słodkich

- 450 km³ wód słonych z morza północnego

- słodkowodne i słonowodne organizmy żyją na granicy możliwości przystosowawczej - większa wrażliwość na zanieczyszczenia

- zlewnię Bałtyku zamieszkuje 70mln ludzi - ścieki to tys. t P i 700 tys. ton N

- stosunkowo niska temperatura wód - powolny rozkład

zanieczyszczenia Bałtyku

- eutrofizacja N i P

- powstanie przydennych obszarów beztlenowych (H2S)

- zniszczenie tarlisk dorsza

- znaczne wymarcie ryb ( węgorza, dorsza, szprotek)

- zagrożenie epidemiologiczne ludności

Wzrost żyzności, głównie P i N i ?skutek? ich dopływu

~ umiarkowana Eutrofizacja wzrost produkcji biologicznej wód

~ nadmierna eutrofizacja szkodliwe następstwa ekologiczne

- zachwianie równowagi ekologicznej

- nadmierny rozwój roślinności i drobnoustrojów (O2)

- deficyt O2 (przyducha) zahamowanie tlenowego rozkładu substancji organicznej

- niekorzystna sukcesja - zanik tlenolubnych gatunków zwierząt (najwartościowsze ryby), aż do całkowitego zaniku fauny

Ścieki - podstawowe źródło zanieczyszczeń wód

Mieszanina zużytej wody oraz różnego rodzaju substancji płynnych, stałych i gazowych oraz ciepła usuwanych z terenów miast i zakładów przemysłowych oraz obszarów wiejskich

Podział ścieków w zależności od pochodzenia:

Ścieki bytowo-gospodarcze - pochodzą z bezpośredniego otoczenia człowieka (domy, budynki gospodarcze, miejsca użyteczności publicznej, zakłady pracy)

- zawierają dużo zawiesin i związków organicznych

- mogą zawierać bakterie chorobotwórcze i wirusy, oraz jaja robaków pasożytniczych

- tworzą zagrożenia higieniczne i epidemiologiczne

Ścieki przemysłowe - powstają w zakładach przemysłowych

- ilość i rodzaj zależy od przemysłu

Ścieki opadowe - spływ deszczowy z ulic, kwaśne deszcze

dopisek z internetu

Biochemiczne zużycie tlenu BZT5 - Biochemical oxygen demand Pojęcie umowne oznaczające ilość tlenu zużywanego w określonym czasie na utlenienie w warunkach aerobowych substancji organicznych, zawartych w wodzie lub ściekach, przy udziale żywych bakterii i enzymów pozakomórkowych. Proces biochemicznego utleniania związków organicznych trwa ok. 20 dób, a najintensywniej przebiega w czasie pierwszych pięciu dób. W kraju przyjęto oznaczać pięciodobowe b.z.t. tzw. BZT5 w temp. 20 stopni C. Jest to jeden z ważniejszych wskaźników zanieczyszczenia wód substancjami organicznymi, oznaczany dla kontroli jakości wód, do określania podatności ścieków na biologiczne oczyszczanie, ich wpływu na odbiornik i kontroli pracy oczyszczalni ścieków.

Tabelka: substancje biogenne odprowadzane przez państwa bałtyckie do Morza Bałtyckiego: BZT5: najwięcej w kg na osobę odprowadzają: Finlandia, Szwecja, Dania Azot: --//-- --//-- Fosfor: --//-- Dania, Niemcy

Oczyszczanie ścieków

- procesie oczyszczania wykorzystuje się następujące procesy:

- sedymentacja zawiesin

- procesy sorpcji

- utlenianie biochemiczne i chemiczne

- mineralizacja substancji organicznej

Etapy (stopnie) oczyszczania ścieków:

I stopień - oczyszczalnia mechaniczna

- usunięcie stałych cząstek i zawiesin

- stopień oczyszczania do 30% BZT₅

urządzenia I stopnia oczyszczenia - kraty, piaskowniki, osadniki

~ kraty, sita - zatrzymanie i oddzielanie ciał stałych od ścieków (liście, gałęzie, szmaty) prześwit 10-100mm

~ piaskowniki - usunięcie cząstek nieorganicznych umownie zwanych piaskiem (śr>0,2mm), sedymentują przy prędkościach <0,3 m/s (L= v*t = 0,3 16=80 m klasyczna dł komory przepływowej)

~ osadniki - zatrzymywane łatwo opadających zawiesin, opadające w ciągu 2 godz.

~ odtłuszczacze - usuwanie zanieczyszczeń lżejszych od wody. Przy małych prędkościach przepływu zgarniane mechanicznie z powierzchni

II stopień - oczyszczalnia biologiczna

- biologiczne oczyszczanie ścieków przy dominującym udziale mikroorganizmów

- naśladowanie procesów samooczyszczania w przyrodzie

- intensyfikację tych procesów osiąga się przez optymalizację warunków ich rozwoju

- mineralizację przeprowadzają głównie bakterie tlenowe i pierwotniaki, w skład biocenozy oczyszczającej wchodzą ponadto grzyby, glony i organizmy wyższe - robaki, stawonogi (rozkład cukrów białek i węglowodanów)

A. Oczyszczanie biologiczne ścieków w warunkach naturalnych:

- pola filtracyjne - pole podzielona na poletka o powierzchni 0,4ha groblami- gleba piaszczysta (browary, gorzelnie, krochmalnie) - gleba piaszczysta. Redukcja BZT ok. 90% rolnicze wykorzystanie ścieków

- stawy rybne i glonowe - ścieki z przemysłu spożywczego bez zawiesin - konieczne natlenianie - stawy płytkie

-stawy rybne - plankton jako pożywienie dla ryb

- stawy glonowe - glony jako pasza dla zwierząt

- stawy beztlenowe - procesy gnilne i fermentacja metanowa - stawy głębokie 3-4m - ich rola to zatrzymanie zawiesin i zapoczątkowanie hydrolizy związków organicznych - wykorzystane w procesach stabilizacji osadów ściekowych

- stawy fakultatywne - do głębokości 1,5-2m zachodzą procesy tlenowe, przy dnie występują wartości beztlenowe

- często stosuje się system 2 stawów - pierwszy beztlenowy pracuje jako osadnik - drugi w war. tlenowych

- oczyszczalnie korzeniowe (trzcina, wierzba)

III stopień - usuwanie związków biogennych

- polega na usunięciu ze ścieków zw. N i P

- oczyszczalnie biologiczne do ok. 30% usuwają biogeny

~ usuwanie azotu

- nitryfikacja:

NH₄⁺ + 3/2 O₂ NO₂ + 2H⁺ + H₂O

NO₂^- + ½ O₂ NO₃^-

- denitryfikacja:

6NO₃^- + CH₃OH 6NO₂^- +2 CO₂ + 4H₂O

~ usuwanie fosforu

- wytrącanie w formie nierozpuszczalnych Ca₃(PO₄)₂ przy użyciu soli Al. i Fe (Al₂SO₄, FeCl₃)

- ścieki po oczyszczeniu z miogenów można zrzucać także do jezior

IV stopień - odnowa wody

- zespół procesów prowadzących do takiego oczyszczania wody aby mogła być ona użyta jako woda pitna

- procesy: filtracja, adsorpcja, wymieniacze jonowe, destylacja, ekstrakcja

B. Biologiczne oczyszczanie ścieków w warunkach sztucznych

dwie metody:

1. metoda złoża biologicznego

- zbiornik betonowy, w którym znajduje się gruboziarnisty materiał porowaty (tłuczeń, koks, żużel itp.)

- powierzchnię materiału porowatego zasiedlają makroorganizmy tworząc tzw. błonę biologiczną

- redukcja 65-95% BZT

- rodzaje złóż: nisko obciążone (zraszane) wysoko obciążone (spłukiwane) i wieżowe

2. metoda osadu czynnego - bardziej nowoczesna

- wykorzystanie przemian metabolicznych mikroorganizmów tlenowych swobodnie pływających w napowietrzonych ściekach

- mikroorganizmy tworzą kłaczkowatą zawiesinę spełniającą tą samą funkcję co błona biologiczna

- zbiorniki są wyposażone w urządzenia napowietrzające i mieszające osad ze ściekami

- rodzaje zbiorników z osadem czynnym:

- rowy cyrkulacyjne i stawy utleniające - aeratory

- komory napowietrzane - w nowoczesnych oczyszczalniach

- wrażliwość na substancje toksyczne - zniszczenie mikroorganizmów

- wrażliwość na przeciążenia

- niewielkie oczyszczenie z miogenów (N i P)

- można spuszczać do płynących rzek

Strategia ochrony hydrosfery:

- aspekt ilościowy - strategia ochrony wód w Polsce musi być nastawiona na aspekt ilościowy; las zwiększa retencje wód w glebie

- aspekt jakościowy

- zarządzanie zasobami wodnymi

Wykład 6

- 5 -

---