Wpływ człowieka na ekosystemy - zanieczyszczanie wód

WODA W ŻYCIU CZŁOWIEKA Woda jest substancją niezbędną do życia. Zawartość wody w cytoplazmie roślin wynosi około 75%, a u niektórych zwierząt nawet 90%. Woda jest najbardziej rozpowszechnionym w przyrodzie związkiem chemicznym i odgrywa ważną rolę jako rozpuszczalnik wielu substancji. Przez ludzi jest używana do spożycia, do celów higienicznych i w gospodarstwie domowym. W większości procesów przemysłowych zużywane są duże ilości wody. Poza tym używa się jej do przenoszenia ciepła zarówno w chłodnictwie, jak i w ogrzewnictwie. Dzięki wodzie zamienia się energię cieplną, poprzez parę wodną, w energię mechaniczną. Nie wszystkie wody kuli ziemskiej są wodami obiegowymi. Część z nich jest zmagazynowana w lodowcach, w wiecznych śniegach i na dużych głębokościach w Ziemi, w postaci wód głębinowych. Człowiek wykorzystuje głównie wody słodkie, które stanowią zaledwie 6% całych zasobów wodnych. Wody słodkie dzieli się zwykle na opadowe, powierzchniowe i podziemne. Jednak nie wszystkie są dostępne dla człowieka, ze względu na olbrzymią powierzchnię mórz i oceanów, większość wód opadowych spada właśnie do nich, stając się wodami zasolonymi. Do wód powierzchniowych zalicza się wody stojące (jeziora, stawy) i płynące (rzeki, strumienie). Do tych ostatnich należą wody spływające po powierzchni gleb lub w warstwie gleby. Wody podziemne, występujące do 3 m głębokości, noszą nazwę wód zaskórnych, a występujące poniżej 3 m określa się jako wody gruntowe. Wszystkie organizmy potrzebują wody. W życiu roślin niezbędna jest do rozwinięcia łodyg, liści i owoców. Zwierzęta pobierają dużo wody do budowy swego organizmu oraz do spełnienia jego funkcji. Dla niektórych roślin i zwierząt woda jest środowiskiem życia. Człowiek musi dziennie zużywać 2 do 3 litrów wody w postaci pokarmów i napojów, by jego organizm mógł normalnie funkcjonować. Ogromne ilości wody zużywa się na inne cele: np. W gospodarstwie domowym: 200-300 litrów wody dziennie na osobę, do kąpieli, prania i mycia naczyń. W rolnictwie: 16000-18000 litrów wody do wyprodukowania 50 kg dojrzałego ziarna zboża. W zakładach przemysłowych: 100000 litrów wody do wyprodukowania 100 kg papieru. RODZAJE ZANIECZYSZCZEŃ WÓD Woda jest podstawowym elementem utrzymania równowagi w środowisku przyrodniczym. Dlatego tak ważne jest utrzymanie dodatniego bilansu wodnego, w którym przychód jest większy od rozchodu. Coraz częściej zdarza się, że pomimo pozornie dodatniego bilansu woda nie może być używana z powodu zanieczyszczeń. Zanieczyszczenie wód odpływowych nie tylko pozbawia człowieka zasobów dyspozycyjnych, ale przede wszystkim wpływa niekorzystnie na równowagę środowiska przyrodniczego. Niemal wszystkie zanieczyszczenia atmosfery i gleb poprzez spływ powierzchniowy trafiają w końcu do rzek i jezior, powodując w nich różne niekorzystne zmiany. Zanieczyszczenia wód, w zależności od ich pochodzenia i sposobu działania, dzielimy na komunalne, przemysłowe i rolne. Zanieczyszczenia komunalne to przede wszystkim ścieki miejskie powstające na skutek działalności człowieka, będące mieszaniną odpadów z gospodarstwa domowego, wydalin fizjologicznych człowieka i zwierząt domowych, odpadów ze szpitali, łaźni, pralni i różnych zakładów przemysłowych, które nie wymagają specjalnego oczyszczania lub osobnego odprowadzania. W związku z tym ścieki komunalne mogą zawierać bardzo różne substancje, gdyż nie ma możliwości kontrolowania na przykład co jest wylewane do zlewów. Ścieki w ogólnej swej masie zawierają przede wszystkim wodę, której ilość dochodzi nawet do 99,9%. W istocie same zanieczyszczenia stanowią niewielki procent ścieków. Znaczna część tych zanieczyszczeń to związki organiczne, głównie tłuszcze, białka i cukry, które podlegają rozkładowi bakteryjnemu, co zwłaszcza w odniesieniu do procesów gnilnych powoduje nieprzyjemną woń ścieków. Przy większych stężeniach procesy te powodują spadek zawartości tlenu w rzekach, do których wpływają ścieki, a to z kolei prowadzi do zaniku organizmów żywych. Część ścieków stanowią ciała stałe, występujące zwykle jako zawiesiny. W związku z opracowaniem i stosowaniem wielu nowych środków myjących i piorących w ściekach miejskich zwiększyła się ilość detergentów. Są to środki powierzchniowo czynne, powodujące całkowite zmywanie z organizmów wodnych powłok ochronnych (np. śluzu) z powierzchni ciał, z jelit itd. W rezultacie są one zabójcze dla świata żywego. Szczególnie niebezpiecznym składnikiem ścieków komunalnych są wirusy i chorobotwórcze bakterie. Stałym elementem ścieków jest bakteria pałeczka okrężnicy (Escherichia coli), która sama nie stanowi większego zagrożenia dla człowieka, lecz liczebność jej występowania w ściekach jest wskaźnikiem obecności czynników wywołujących tyfus, dur brzuszny i dyzenterię. Zanieczyszczenia przemysłowe mogą dostawać się do wód bezpośrednio w postaci ścieków przemysłowych, lub z atmosfery, jako zanieczyszczenia powietrza. Są to różnego rodzaju pyły oraz związki chemiczne nieorganiczne i organiczne. W pobliżu kopalni węgla kamiennego w rzekach gromadzą się pyły węglowe, które powodują spłycanie rzek i zmieniają charakter dna. Podobne zmiany powodują inne nieorganiczne i nierozpuszczalne zawiesiny mineralne. Do nieorganicznych zanieczyszczeń rozpuszczalnych należą sole mineralne, wpływające na właściwości chemiczne wody. Jednym z poważnych źródeł zasolenia wód są emisje dwutlenku siarki do atmosfery. Po przejściu w kwas siarkowy związki te dostają się na powierzchnię ziemi i do wód w postaci tzw. kwaśnych deszczów. W ten sposób zakwaszają wodę i mogą dalej przechodzić w siarczany. Inne sole pochodzą z przemysłu chemicznego i górnictwa. Szczególnie toksyczne są sole metali ciężkich (ołowiu, miedzi, rtęci), które działają zabójczo na organizmy żywe. Zanieczyszczenia organiczne powstają w trakcie produkcji mas plastycznych, w przemyśle gumowym, a przede wszystkim przy rafinacji ropy naftowej. Są to głównie węglowodory. Gazownie, destylarnie smoły, przemysł naftowy, wytwórnie barwników i tworzyw sztucznych są źródłem fenoli. Są to substancje silnie toksyczne, wywołujące oparzenia skóry. Do zanieczyszczeń organicznych należy zaliczyć także opady z garbarni, gorzelni, browarów, cukrowni, celulozowni, a nawet z przemysłu mięsnego. Specyficznym rodzajem zanieczyszczeń przemysłowych są zanieczyszczenia termiczne, związane ze spuszczaniem do zbiorników wodnych wód ciepłych lub gorących. Są to wody teoretycznie czyste, które zostały wykorzystane do chłodzenia w różnych procesach przemysłowych. Ich specyficznym „zanieczyszczeniem” jest wysoka temperatura. Wody te powodują podniesienie temperatury naturalnych jezior lub sztucznych zbiorników wodnych i prowadzą do poważnych zmian we faunie i florze danego zbiornika. Najczęściej większość rodzimych gatunków roślin i zwierząt ulega zniszczeniu, a na ich miejsce pojawiają się inne gatunki, często z cieplejszych rejonów Ziemi. Zmieniają się też okresy i terminy rozwoju i zaniku roślin. Bardzo często dochodzi do nadmiernego rozwoju jednego gatunku. Zanieczyszczenia rolne dotyczą nawozów mineralnych i środków ochrony roślin, które przez wody opadowe są spłukiwane do zbiorników wodnych oraz ścieków z intensywnych hodowli zwierząt. Zanieczyszczenia powodowane przez nawozy mineralne i środki ochrony roślin są związane z chemizacją rolnictwa. Chodzi tu głównie o nawozy azotowe, fosforowe i potasowe oraz o całą grupę środków zaliczanych do pestycydów. Nawozy mineralne po dostaniu się do wód działają na niektóre rośliny wodne podobnie jak na rośliny lądowe, przyspieszając ich wzrost i rozwój. W rezultacie dochodzi do nadmiernej produkcji roślin i znacznie przyspieszonego zarastania jezior i innych zbiorników wodnych. Zjawisko to zostało nazwane eutrofizacją jezior. To zjawisko przejawia się w postaci tzw. zakwitów jezior. Działanie środków ochrony roślin jest z reguły silnie toksyczne. OCHRONA WÓD Woda należy do zasobów niewyczerpalnych. Można wprawdzie spowodować, że określone zasoby wodne staną się w wyniku zanieczyszczenia nieprzydatne dla człowieka lub nawet szkodliwe, ale zarówno w procesach naturalnych, jak i sztucznych możliwe jest oczyszczenie tej wody i powtórne jej użycie. Procesy samooczyszczania wód zachodzą w przyrodzie stale. Polegają one na sedymentacji, czyli opadaniu na dno zawiesin. Cząstki organiczne są następnie rozkładane przy udziale mikroorganizmów. Końcowym produktem takiego rozkładu są związki nieorganiczne, które w postaci soli mogą być pobierane przez rośliny. Proces taki nosi nazwę mineralizacji. W przypadku kwasów i zasad następuje ich neutralizacja, czyli doprowadzenie do odczynów obojętnych, a w końcowym efekcie także mineralizacja. Dzięki tym procesom im dalej od źródła zanieczyszczenia, tym bardziej czysta woda. Zanieczyszczenia wody rzek ograniczają rozwój wielu organizmów. W pobliżu miejsca spuszczenia ścieków rozwijają się przede wszystkim bakterie rozkładające substancje organiczne, niektóre pierwotniaki odżywiające się szczątkami organicznymi lub bakteriami, skąposzczety (np. Tubifex – rurecznik) i niektóre glony (np. sinice, okrzemki). W krańcowych wypadkach, przy bardzo dużej ilości ścieków lub wysokiej ich toksyczności, dochodzi do zupełnego zaniku życia w rzece. Tak zanieczyszczone rzeki traktuje się jako ścieki i nie uwzględnia się ich do klasyfikacji czystości wód. Obecnie prawie 1/3 rzek należy do tej kategorii. Wody III klasy czystości nadają się do nawadniania oraz do użytku przemysłowego, z wyjątkiem przemysłu spożywczego. Wody II klasy nadają się już na kąpieliska oraz do hodowli ryb, z wyjątkiem ryb łososiowatych. Wody silnie zanieczyszczone tracą zdolność do samooczyszczania i wówczas część lub wszystkie nagromadzone w nich zanieczyszczenia docierają w końcu do mórz i oceanów. Powodują tam skażenie różnych organizmów, w tym morskich ryb, będących ważnym źródłem wyżywienia ludzi. Pod tym względem w szczególnej sytuacji znajduje się Morze Bałtyckie. Jest ono nie-wielkie (ok. 420 000 km2 ) i niezbyt głębokie (średnio 55 m). Nie ma przy tym szerszych połączeń z innymi morzami, przez co bardzo powoli następuje w nim wymiana wód (około 24 lata). Jest natomiast silnie zanieczyszczone przez niemal wszystkie państwa nadbałtyckie. Trzeba jednak przyznać, iż są czynione starania o zmianę sytuacji. W roku 1973 została podpisana tzw. Konwencja Gdańska o rybołówstwie i ochronie żywych zasobów Bałtyku i Bełtów. W następnym roku siedem państw nadbałtyckich podpisało drugą Międzynarodową Konwencję Bałtycką w Helsinkach, która szeroko ujmuje zagadnienia ochrony środowiska morskiego Bałtyku. Problemy zaspokojenia potrzeb wodnych w kraju są spowodowane wieloma przyczynami. Różne też mogą być drogi rozwiązywania tych problemów. Kierunki działania w tym zakresie można ująć w trzech punktach: — eliminowanie nieprawidłowości w gospodarowaniu zasobami wodnymi, — ochrona wód przed zanieczyszczeniem, — poprawienie bilansu wodnego w celu zwiększenia ilości wód dyspozycyjnych. Do groźnych nieprawidłowości w gospodarowaniu zasobami wodnymi należy niewłaściwa struktura zużycia wody z ujęć komunalnych, z których przemysł pobiera aż 28%. W wielu wypadkach przemysł mógłby korzystać z mniej czystych wód. Poza tym szereg zakładów przemysłowych mających własne ujścia wody korzysta z podziemnych wód pitnych, które powinny być przeznaczone na potrzeby ludności. Ciągle też zbyt mało jest zakładów przemysłowych, które wielokrotnie używałyby tej samej wody (np. przy chłodzeniu) w tzw. systemach zamkniętego obiegu wody. Znaczne straty czystej, pitnej wody powstają w wyniku złego stanu sieci wodociągowej i nieoszczędnego używania wody. Straty te sięgają obecnie 11% ogólnego zużycia wody z ujęć komunalnych. Niemałą rolę odgrywają w tym nieszczelne lub niestarannie dokręcone krany. Ochronę wód przed zanieczyszczeniem realizuje się różnymi sposobami. Jeden, to oszczędne gospodarowanie wodą i zwiększenie jej zasobów dyspozycyjnych przez oczyszczanie ścieków i innych wód zanieczyszczonych. W tym względzie konieczna jest budowa oczyszczalni ścieków komunalnych i przemysłowych oraz wiejskich. Zapotrzebowanie rolnictwa na wodę jest bardzo duże. W 1980 roku wynosiło 2,9 mld m 3 roku 2000 wynosiło już 14,4 mld m 3. W związku z powszechną już akcją budowy wodociągów na wsi następuje też wzrost zużycia wody. Jednak budowie wodociągów na ogół nie towarzyszy budowa oczyszczalni ścieków. Kolejny sposób ochrony wód przed zanieczyszczeniami polega na zmniejszeniu strat w gospodarce powodowanych wodami zanieczyszczonymi. Wody takie w bardzo szybkim tempie niszczą betonowe i stalowe urządzenia oraz budowle, powodują zamulanie rzek i starzenie się jezior, stwarzają konieczność likwidacji kąpielisk i innych form rekreacji związanych z wodą, w tym także plaż nadmorskich, oraz zagrażają rozprzestrzenianiem się chorób. Zwiększenie ilości wód dyspozycyjnych i poprawienie tym samym bilansu wodnego mieści się już w dużym stopniu w podanych wyżej działaniach na rzecz ochrony czystości wód, aby jednak zwiększyć zasoby wodne kraju, trzeba w najbardziej racjonalny sposób zatrzymać zbyt szybko spływające do morza wody. Można to osiągnąć poprzez naturalną i sztuczną retencję. W retencji naturalnej podstawowym warunkiem jest zalesienie kraju oraz ochrona i zachowanie naturalnych zbiorników wodnych, jakimi są lasy, torfowiska, jeziora oraz inne zbiorniki wodne. Ze względów ekologicznych korzystniejsza jest większa ilość zbiorników mniejszych, aniżeli pojedyncze duże. Odnosi się to zwłaszcza do sztucznych zbiorników wodnych. Wartość biologiczna i ekologiczna zbiorników retencyjnych polega nie tylko na magazynowaniu wody, ale również na jej parowaniu, co zwiększa wilgotność powietrza i korzystnie wpływa na wzrost roślin. Ścieki również muszą być oczyszczane. Ponieważ naturalna zdolność samooczyszczania się wód w przypadku trujących ścieków przemysłowych nie wystarcza, trzeba je przed wpuszczeniem do rzek, jezior lub strumieni sztucznie oczyścić. Odbywa się to w oczyszczalniach ścieków, które mogą być jedno-, dwu-, lub trzystopniowe. W tych urządzeniach technicznych zachodzą te same, tyle że na większą skalę procesy, które odbywają się w wodach przy ich naturalnym samooczyszczaniu się.