Znaczenie wody oraz powietrza w życiu człowieka i innych organizmów żywych
WODA
Jest to jeden z dwóch składników niezbędna do życia na Ziemi. Jej symbol chemiczny to H2O (tlenek wodoru). Jest to ciecz bez smaku i zapachu. Temperatura krzepnięcia wynosi 0oC, a wrzenia 100 oC.
WYSTĘPOWANIE WODY NA ZIEMI
Woda pokrywa ponad 2/3 powierzchni na Ziemi. Około 97% wody znajduje się w zasolonych morzach i oceanach, 2% występuje w postaci lodowców i lądolodów, lądolodów tylko niecały 1% stanowi woda znajdująca się w jeziorach, stawach, rzekach, strumieniach oraz wodach podziemnych. Ponadto w niewielkich ilościach – zależnych od pogody – woda występuje jako para wodna w atmosferze Ziemskiej. Tak, więc na Ziemi woda występuje w trzech stanach skupienia i może te stany zmieniać w zależności od warunków.
OBIEG WODY W PRZYRODZIE
Pod wpływem ciepła słonecznego powierzchnia mórz i oceanów nieustannie paruje. Woda zmienia stan skupienia i masy pary wodnej mieszają się z powietrzem. Przy dostatecznie dużej wilgotności powietrza następuje skraplanie pary wodnej do postaci małych kropelek, które grupują się w widoczne skupienia chmury. W wyniku ochładzania na niewielkich wysokościach powietrza zawierającego parę wodną powstają mgły. Chmury, niesione wiatrem przemieszczają się nad powierzchnią lądów mórz i oceanów. W określonych warunkach drobniutkie kropelki łączą się ze sobą w większe krople i opadają na ziemię jako deszcz, śnieg lub grad. Ziemia wchłania opady atmosferyczne i gromadzi je w postaci wód gruntowych. W niektórych miejscach wody gruntowe wydostają się na powierzchnię i tak powstają źródła. Z nich biorą początek strumyki, te z kolei łączą się ze sobą w większe strumienie i rzeki, które wpadają do morza lub oceanu. W ten sposób zamyka się obieg wody w przyrodzie. Proces zaczyna się od nowa.
ZANIECZYSZCZENIA WÓD
Rodzaje zanieczyszczeń:
- Komunalne
- Przemysłowe
- Rolnicze
Zanieczyszczenia komunalne pochodzą z miast i osiedli, związane są z rozwojem sieci kanalizacyjnej. Ścieki komunalne zwiększają w wodach ilość rozkładającej się substancji organicznej, następuje silne zużycie tlenu, powstają warunki uniemożliwiające życie wielu organizmom. Ścieki komunalne zawierają także bakterie chorobotwórcze oraz środki zmydlające - detergenty.
Zanieczyszczenia przemysłowe. Zakłady przemysłowe wpuszczają do wody ścieki, w których znajdują się surowce, półfabrykaty, różne substancje trujące. Ścieki przemysłowe to pojęcie bardzo ogólne. Mogą one mieć różny charakter: inne są ścieki z zakładów przemysłu ciężkiego, inne z fabryk chemicznych, jeszcze inne z zakładów spożywczych. Ścieki chemiczne i ścieki przemysłu ciężkiego zawierają często sole metali ciężkich, które nawet w niewielkich koncentracjach są trujące dla organizmów.
Wody zanieczyszczone są także substancjami organicznymi pochodzącymi z rafinerii ropy naftowej, z procesów destylacji smoły, z wytwórni tworzyw sztucznych, mas plastycznych i barwników. Do ścieków przemysłu spożywczego zaliczamy odpady z mleczarni, browarów, cukrowni, przetwórni mięsnych i rybnych. Ścieki te powodują głównie silne deficyty tlenowe w ekosystemach wodnych. Innym rodzajem zanieczyszczeń przemysłowych to zanieczyszczenia powstające na skutek działalności elektrociepłowni. Obiekty te wpuszczają do wód naturalnych wodę o wyższej temperaturze. Zrzuty wód podgrzanych podnoszą temperaturę wody o kilka stopni. W wyniku, czego następuje wyraźne przyspieszenie procesów biologicznych, częściej i dłużej występują zakwity planktonu roślinnego, bujnie rozwijają się rośliny wyższe oraz gwałtownie przebiegają procesy gnilne.
Zanieczyszczenia rolnicze. Intensyfikacja i rozwój rolnictwa, a także jego chemizacja w dużym stopniu wpływa na eutrofizację wód. Eutrofizacją nazywamy wzrost żyzności spowodowany zwiększoną koncentracją soli mineralnych (szczególnie tzw. biogenów: fosforu, azotu, węgla) i następujące wskutek tego środowiskowe i biologiczne zmiany jakości wód. Biogeny dopływające do zbiornika wywołują:
masowy rozwój glonów fitoplanktonowych, glonów nitkowatych, czasem roślin nasiennych, znaczne wahania dobowe koncentracji tlenu, a nawet jego okresowe braki, w skrajnych przypadkach obejmujące nawet całą masę wody, wydzielanie przy deficytach tlenowych siarkowodoru, zmiany w składzie gatunkowym biocenoz wodnych, możliwość zatrucia toksynami wydzielanymi przez niektóre masowo występujące glony, czy produkty rozkładu materii organicznej. Na jakość wód oddziałują bezpośrednio: nawożenie pól, zabiegi melioracyjne i przeciwerozyjne. Nawożenie pól coraz większymi ilościami nawozów mineralnych zwiększa wyraźnie stężenie soli pokarmowych w wodach. Związki wapnia i azotu, jak również boru, manganu, miedzi i cynku, są łatwo ługowane z gleb. Związki fosforu i potasu dostają się do wody m.in. wskutek erozji gleb i spływu powierzchniowego.
Jednym z ubocznych skutków intensywnych zabiegów uprawowych jest także zanieczyszczenie wód przez chemiczne środki ochrony roślin, owado-, grzybo- i chwastobójczych, tzw. pestycydy, spływające z otaczających pól, ogrodów i sadów. Pestycydy mogą gromadzić się w znacznych ilościach w ciałach wielu organizmów, stanowiąc zarówno dla nich, jak i dla spożywających je pośrednio ludzi, niebezpieczeństwo. Obecnie związki trudno rozkładalne powoli wycofywane są z powszechnego użycia, do zwalczania szkodników stosuje się związki rozkładające się szybko i szybko tracące swoje własności toksyczne.
SPOSOBY ZAPOBIEGANIA ZANIECZYSZCZENIOM WÓD
SPOSOBY MECHANICZNE:
- Proces cedzenia: duże ciała pływające wskutek swej wielkości są zatrzymywane na kratach lub na sitach, na tej samej zasadzie pracują również filtry piaskowe.
- Proces wznoszenia (flotacji): wskutek mniejszej gęstości niż woda substancje wypływają na powierzchnię wody, np. w odtłuszczaczach, w komorach wstępnego napowietrzania.
- Proces sedymentacji: wskutek większej gęstości niż ścieki ciała stałe opadają na dno osadników.
SPOSOBY CHEMICZNE:
- Dodanie chemikaliów wytwarzających kłaczki przyśpiesza sedymentację zawiesin lub niszczy bakterie (chlor).
SPOSOBY BIOLOGICZNE:
- Do oczyszczania ścieków wykorzystuje się aktywność przyrody ożywionej:
- W środowisku naturalnym gleby lub w stawach i jeziorach,
- W środowisku sztucznie wytworzonym w złożach biologicznych, w komorach osadu czynnego lub w komorach fermentacji ścieków.
POWIETRZE
Jest to drugi składnik niezbędny do życia na Ziemi. Oprócz wody każdemu żywemu organizmowi potrzebne jest również powietrze. Powietrze to powłoka gazowa, bezbarwna i bezwonna mieszanina gazów zwana atmosferą, składająca się z azotu - 78%, tlenu - ok. 21%, gazów szlachetnych, dwutlenku węgla - 0,03% oraz pary wodnej i zanieczyszczeń pochodzenia organicznego i mineralnego. Stanowi ona warstwę grubości od 8 km do 18 km, zawsze w ruchu, warstwę otaczającą naszą planetę. Jego istnienie wyczuć można, gdy oddychamy lub, gdy wieje wiatr. Ciągłe wirowanie i przemieszczanie się powietrza powoduje zmiany pogody. Powietrze bardzo rzadko bywa całkowicie suche, ponieważ zawiera parę wodną. Bez niej nie było by chmur, życia na Ziemi a także deszczu. Znak chemiczny to O2.
ZANIECZYSZCZENIA POWIETRZA
Zanieczyszczenia powietrza są głównymi przyczynami globalnych zagrożeń środowiska. Najczęściej i najbardziej zanieczyszczają atmosferę: dwutlenek siarki, tlenki azotu oraz pyły. Powietrze zanieczyszczają, wszystkie substancje gazowe, stale lub ciekłe, znajdujące się w powietrzu w ilościach większych niż ich średnia zawartość. Ogólnie zanieczyszczenia powietrza dzieli się na pyłowe i gazowe. Światowa Organizacja Zdrowia definiuje powietrze zanieczyszczone jako takie, którego skład chemiczny może ujemnie wpłynąć na zdrowie człowieka, roślin i zwierząt, a także na inne elementy środowiska (wody, gleby). Zanieczyszczenia powietrza są najbardziej niebezpieczne ze wszystkich zanieczyszczeń, gdyż są najbardziej mobilne i mogą skazić na dużych obszarach praktycznie wszystkie elementy środowiska. Głównymi źródłami zanieczyszczeń są: uprzemysłowienie i wzrost liczby ludności przemysł energetyczny i motoryzacja pogorszyły znacznie jakość powietrza. Rosnące zapotrzebowanie na energie uczyniło ze spalania główne źródło zanieczyszczeń atmosferycznych pochodzenia antropogenicznego. Najważniejsze z nich to: dwutlenek siarki (SO2), tlenki azotu(NO), tlenek węgla(CO), ozon(O3) troposferyczny, ołów(Pb) i pyły. Antropogennymi źródłami zanieczyszczeń powietrza są m.in.: chemiczna konwersja paliw, wydobycie i transport surowców, przemysł chemiczny, rafineryjny i metalurgiczny, cementownie, składowiska surowców i odpadów, motoryzacja. Naturalne źródła zanieczyszczeń powietrza to: wybuchy wulkanów, erozja wietrzna skal, pyl kosmiczny, niektóre procesy biologiczne, pożary lasów i stepów. Zanieczyszczenia powietrza są wchłaniane przez ludzi głównie w trakcie oddychania. Przyczyniają się do powstawania schorzeń układu oddechowego, a także zaburzeń reprodukcji i alergii. W środowisku kulturowym człowieka zanieczyszczenia powietrza powodują korozje metali i materiałów budowlanych. Działają niekorzystnie również na świat roślinny, zaburzając procesy fotosyntezy, transpiracji i oddychania.
TRZY GŁÓWNE ŹRÓDŁA EMISJI ZANIECZYSZCZEŃ DO ATMOSFERY
PUNKTOWE – są to głównie duże zakłady przemysłowe emitujące pyły dwutlenku siarki, tlenku azotu, tlenku węgla, metale ciężkie.
Powierzchniowe (rozproszone) - są to paleniska domowe, lokalne kotłownie, niewielkie zakłady przemysłowe emitujące głównie pyły, dwutlenek siarki.
Liniowe - są to głównie zanieczyszczenia komunikacyjne odpowiedzialne za emisje tlenków azotu, tlenków węgla, metali ciężkich (głównie ołów).
DZIURA OZONOWA
Spadek zawartości ozonu (O3) na wysokości 15-20 km głównie w obszarze bieguna południowego, obserwowany od końca lat 80. Tempo spadku wynosi ok. 3% na rok. Największe znaczenie maja w tym procesie związki chlorofluoroweglowe (freony), z których uwolniony chlor (pod wpływem promieniowania ultrafioletowego) atakuje cząsteczki ozonu, prowadząc do wyzwolenia tlenu (O2) oraz tlenku chloru (C1O). Tempo globalnego spadku ozonu stratosferycznego pod wpływem działalności człowieka (z wyjątkiem Antarktydy), oszacowane na podstawie badań satelitarnych, wynosi 0,4-0,8% na rok w północnych, umiarkowanych szerokościach geograficznych i mniej niż 0,2% w tropikach. Powłoka ozonowa jest naturalnym filtrem chroniącym organizmy żywe przed szkodliwym promieniowaniem ultrafioletowym. W celu jej ochrony z inicjatywy UNEP (Program Ochrony Środowiska Narodów Zjednoczonych) przedstawiciele 31 państw podpisali w 1987 Protokół Montrealski - umowę zakładająca 50-procentowy spadek produkcji freonów do roku 2000, w stosunku do 1986. Od 1990 obserwowane jest zmniejszenie tempa wzrostu freonów w atmosferze - z 5% rocznie do mniej niż 3%. W 1995 Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii przyznano za badania nad wpływem freonów na ozon atmosferyczny (M. Molina, F.S. Rowland) oraz badania nad powstawaniem i reakcjami ozonu atmosferycznego (P. Crutzen - chemik holenderski). Wielka dziura ozonowa pojawia się, co roku na wiosnę nad obydwoma biegunami. Oznacza to, że do Ziemi dociera wtedy większa niż zwykle ilość promieni ultrafioletowych. Promienie te, w nadmiarze, powodują poparzenia, uszkodzenie wzroku i raka skóry.
FREONY
Freony stosowane są w:
- aerozolach
- lodówkach
- urządzeniach klimatyzacyjnych
- w produkcji pianek polistyrenowych
Freony wywołują reakcję chemiczną niszczącą warstwę ozonową.
SPOSOBY ZAPOBIEGANIA ZANIECZYSZCZENIOM POWIETRZA
- zmian technologicznych
- zamontować skuteczne urządzenia oczyszczające na wszystkich emitorach zanieczyszczeń (cyklony, odpylacze, absorbery, adsorbery, reaktory katalityczne, kompresory, kondensatory, piece do spalania)
- ustalić prawidłowe kryteria oceny zanieczyszczeń