Zanieczyszczenia wody

Zanieczyszczeniami wodnymi nazywamy wprowadzone do środowiska wodnego organizmy żywe, substancje chemiczne oraz zanieczyszczenia mechaniczne, nie będące naturalnymi składnikami, lub występujące w stężeniach, które przekraczają właściwy zakres. tego rodzaju zanieczyszczenia negatywnie oddziałują na nasze zdrowie, smak wody, jej barwę, zapach, ph i przejrzystość.

Jeziora żyzne, bardzo żyzne oraz te które zawierają dużo związków buforujących neutralizują oddziaływanie kwaśnych deszczy. Taki typ jezior mamy u nas w kraju. Dodatkowo na pojezierzach występowanie kwaśnego opadu jest mniej nasilone. Problemem naszych jezior jest eutrofizacja. Ostatnimi czasy nad ich brzegami powstawały wsie, potem miasta, ośrodki wypoczynkowe, domki letniskowe, z których ścieki odprowadza się właśnie do jezior w postaci najczęściej nieoczyszczonej. Ludzie wiedzą o tym, że wody mają zdolność do samooczyszczania i nadwerężają jej możliwości. Aktualnie możliwości te się wyczerpały i woda nie radzi sobie z samooczyszczaniem i w konsekwencji jest coraz bardziej żyzna. W związku z dużą ilością biogenów następuje rozwój fitoplanktonu, a co za tym idzie zmniejszenie przejrzystości samej wody. Mętność wody doskwiera zwłaszcza latem, gdy fitoplankton rozwija się intensywniej. Ze spadkiem przejrzystości spada ilość docierającego do toni wodnej światła, co powoduje wyginięcie roślin wodnych. Również giną zwierzęta, dla których czynnikiem destrukcyjnym jest brudna woda.

W przypadku rzek odporność na zanieczyszczenia jest większa, niż jezior. Wynika to z mieszania i ciągłej cyrkulacji wody w rzece, co prowadzi do jej ciągłego napowietrzania. Niestety fakt, że rzeka płynie i gdy wrzucimy do niej jakiś śmieć, to zaraz zniknie nam z oczu prowokuje do wyrzucania do niej odpadów i wpuszczania ścieków. Skutki są olbrzymie, co widać po stanie jakości naszych rzek. Czystość wody określają tzw. klasy czystości wody, których jest pięć. Władze mogą zmieniać ich zakres podobnie jak w przypadku norm czystości wody pitnej.

Wody morskie przez tysiące lat były zanieczyszczane i zaśmiecane, lecz były to procedery o mniejszym znaczeniu. Zanieczyszczenia zawsze napływały z lądu, a z czasem zaczęły napływać również z morza. Żagle i wiosła zastąpiono silnikami, napędzanymi paliwem stałym i płynnym (węgiel, ropa naftowa, benzyna mazut). Z czasem ich przybywało, a wraz z nimi również przybyło zanieczyszczeń. Coraz częściej dochodziło do katastrof ; pojawiały się wojny, bitwy morskie. Między czasie powstawały wciąż nowe zakłady przemysłowe, przetwórcze i inne, których odpady wodami śródlądowymi trafiały do morza. Już wtedy człowiek zaczął dostrzegać problem skażenia mórz i oceanów. Rozpoczęto badania; wykazały one, iż jednym z najbardziej zanieczyszczonych mórz i w ogóle akwenów wodnych na świecie jest Bałtyk. Najczęstszymi zanieczyszczeniami wód morskich i oceanicznych są:

- ścieki komunalne;

- odpady, których źródłem są zakłady o różnorodnych procesach przemysłowych;

- odpady związane z żeglugą;

- katastrofy.

W przypadku Bałtyku jest on głównie zasilany ściekami komunalnymi, które docierają do niego rzekami i kanałami. Zawierają one różnego rodzaju zanieczyszczenia:

- substancje toksyczne i ich związki;

- metale ciężkie (np. rtęć, czy ołów);

- detergenty (np. z proszków do prania);

- związki organiczne;

- sole biogeniczne do których zaliczamy sole azotowe oraz fosforowe, które występując w niektórych związkach chemicznych powodują wzrost produkcji morza. W takiej sytuacji równowaga biologiczna wód morskich burzy się i następuje niekontrolowany wzrost produkcji coraz to większej liczby biogenów, co prowadzi do eutrofizacji wody morskiej. Zjawisko to nazywamy również przeżyźnieniem. Polega ono na wzroście ilości planktonu w toni wodnej, który odgrywa w morzu bardzo istotną, w zasadzie podstawową rolę. Nadmiar tej produkcji jest zbyt duży do skonsumowania i choć stwarza pozornie dobre warunki, w następnych pokoleniach okazuje się destruktywny.

W przypadku ścieków komunalnych na samym początku oczyszcza się je techniką oczyszczania mechanicznego. W tym celu stosuje się grube sita i kraty zatrzymujące większe śmieci znajdujące się w ścieku. Rozróżniamy różne rodzaje sit i krat, np. te stosowane do oczyszczania ścieków z celulozowni oraz papierni są bardzo gęste, aby mogły efektywnie oddzielać włókna celulozy. Odzyskuje się je do powtórnego wykorzystania. Podobnie odcedza się włókna bawełny, ze ścieków pochodzących z przemysłu włókienniczego. W ściekach znajdują się najróżniejsze substancje. Mogą to być zawiesiny organiczne lub nieorganiczne zawierające piasek, popiół, żużel, czy rudę. Tego typu zawiesiny oddzielamy w odkrytych typach zbiorników (tzw. osadnikach). Polega to na tym, że ciężar takich zawiesin nieorganicznych jest większy niż wody i osiadają one same na dnie.

Ścieki przemysłowe są niekiedy bardzo niebezpieczne. Zawierają często substancje trujące. Metody ich oczyszczania ograniczają się do zastosowania jedynie bardzo agresywnych środków. Zdarza się, że taki ściek trzeba poddać nawet pięciu cyklom oczyszczania chemicznego, aby mógł być wypuszczony powtórnie do rzeki lub jeziora. Zakłady mogłyby stosować wodę niezupełnie oczyszczoną (np. po trzecim cyklu oczyszczania), zawierającą kadm i ołów. Opłaca się to, ponieważ zastosowuje się wtedy zakładowy ściek, zamiast wypuszczać go do rzeki. Jednak w każdej gałęzi przemysłu są różne ścieki. W przemyśle spożywczym dominuje materia organiczna; ścieki te nie zawierają substancji o właściwościach trujących, więc możemy je oczyszczać w taki sam sposób, jak ścieki komunalne. Oczyszczanie tego rodzaju ścieków (biologiczne) mogłoby zachodzić na naturalnej drodze w jeziorach i rzekach, niestety jest ich za dużo, a zatem byłoby to możliwe gdyby nie było człowieka. Jednak tak nie jest, więc budujemy oczyszczalnie i staramy się pomóc naturze w poprawieniu jej niezadowalającego stanu, który jest efektem naszej działalności.

Oczyszczanie biologiczne zachodzi w środowisku wodnym. Polega ono głównie na utlenianiu, tzw. spalaniu na mokro. Bakterie tlenowe, zwane też aerobowymi, są do tego procesu niezbędne. W warunkach tlenowych proces oczyszczania polega na adsorpcji na powierzchni mikroorganizmów substancji organicznych, koloidów i substancji rozpuszczonych z danego ścieku. Skupiska mikroorganizmów tworzą błony biologiczne, a także postać czynnego osadu. Zatrzymane zanieczyszczenia są po części utleniane, dając wodę (H2O) i dwutlenek węgla (CO2), a reszta jest asymilowana i następnie wykorzystywana do przyrostu mikroorganizmów. Następnie zsyntetyzowana substancja lub jej część ulega autooksydacji. Biologiczne oczyszczanie odbywa się z wykorzystaniem enzymów, które produkują mikroorganizmy. Bez nich oczyszczanie byłoby niemożliwe. Do najważniejszych produktów uzyskanych podczas procesu utleniania są bezwodniki następujących kwasów: węglowego, siarkowego oraz azotowego. Ścieki zawierają wystarczającą ilość związków alkaicznych, bezwodniki poprzednio wymienionych kwasów wytwarzają związki w postaci soli rozpuszczalnych (sole węglowe - węglany, azotanowe - azotany i siarczkowe - siarczany). Tylko będący gazem dwutlenek węgla uchodzi z roztworu lub w nim pozostaje. W czasie biologicznego procesu oczyszczania ścieków 45 - 80% substancji szkodliwych ulega rozkładowi. Pozostałe substancje organiczne zostają przerobione jako osad w osadnikach wtórnych. W sztucznych oczyszczalniach o charakterze biologicznym, w środowisku wodnym dochodzi do utlenienia azotu (N) do tlenku azotu (NO3), proces ten nazywa się nitryfikacją azotu. W przypadku niedoboru tlenu jest możliwość zajścia procesu odwrotnego, czyli denitryfikacji, w wyniku której zachodzi wydalanie azotu w postaci gazowej do atmosfery. Gdy chcemy zdegradować osady ściekowe o charakterze organicznym lub wysoko stężone ścieki przemysłowe (organiczne), wykorzystuje się beztlenowy rozkład biologiczny, zwany fermentacją anaerobową lub inaczej fermentacją metanową. Do procesów fermentacyjnych wykorzystuje się bardzo różne odmiany drobnoustrojów, z pośród tych, które żyją w warunkach pozbawionych tlenu.

Strefy powierzchniowe zawierają zdecydowanie więcej pożywki, którą odżywiają się mikroorganizmy. Jeśli chcemy wykorzystać taką wodę do spożycia musimy ją wcześniej poddać chlorowcowaniu, bądź też ozonowaniu. Stosując te zabiegi wyniszczamy zawarte w wodzie bakterie, jednak równocześnie dochodzi do rozpadu substancji organicznych o strukturze wielocząsteczkowej na mniejsze. Ten drugi efekt potęguje ponowny rozwój mikroorganizmów. Rozwijają się one w rurach wodociągowych, co prowadzi do ponownego pogorszenia stanu wody. Metody usuwania zanieczyszczeń typu organicznego są bardzo kosztowne. W Stanach Zjednoczonych rocznie wydaje się 5mln dolarów na ten cel. Analiza wykonana przez skandynawskich naukowców wykazał, iż innym czynnikiem potęgującym rozwój mikroorganizmów w wodzie jest fosfor. Nawet niewielka ilość fosforu, dodanego do wody (do 50mg/1), mogłaby nawet dziesięć razy przyspieszyć rozwój organizmów bakteryjnych w wodociągach. Według Finów jest to alternatywne rozwiązanie dla zmniejszenia kosztów jakie ponosimy z racji oczyszczania wody, przy równoczesnym wzroście efektywności tego procesu.