Oczyszczalnie Ścieków: Przyczyny Zanieczyszczeń, Zapobieganie i Ochrona Wód
- Szczegóły
Zanieczyszczenie wody jest poważnym problemem ekologicznym, wynikającym z różnych źródeł i czynników. Do głównych źródeł zanieczyszczenia wody zalicza się bakterie i inne mikroorganizmy występujące w dużej ilości, a także substancje chemiczne pochodzenia organicznego i nieorganicznego w postaci różnorodnych roztworów, koloidów oraz zawiesin.
Źródła i Rodzaje Zanieczyszczeń Wody
O składzie chemicznym wody decyduje czynnik naturalny (rozkład substancji wchodzących w skład gleb oraz skał, rozwój oraz obumieranie organizmów wodnych) oraz czynnik antropogeniczny. Najbardziej powszechnym antropogenicznym zanieczyszczeniem wód powierzchniowych są pestycydy oraz związki powierzchniowo czynne, fenole, metale ciężkie (ołów, chrom, miedź, kadm, rtęć oraz cynk), węglowodory wchodzące w skład ropy naftowej, chlorowcowe pochodne bifenylu oraz podgrzane wody (tzw. zanieczyszczenie termiczne). Zanieczyszczenia są bardzo szkodliwe dla wód powierzchniowych charakteryzujących się nieznacznym przepływem oraz wód stojących. Dużą wadą antropogenicznych zanieczyszczeń jest to, że działają toksycznie na wiele organizmów wodnych. Związki refrakcyjne to zanieczyszczenia, które wykazują dużą trwałość w środowisku wodnym i z dużą trudnością ulegają chemicznym oraz biochemicznym procesom.
Największe ilości zanieczyszczeń wpływają do wód ze ściekami. Do innych ważnych źródeł zanieczyszczeń należą: transport wodny oraz lądowy, pestycydy oraz nawozy sztuczne, odpady komunalne oraz przemysłowe. Istnieją również zanieczyszczenia obszarowe, które są w stanie dostać się do powierzchniowych oraz podziemnych wód z dużego obszaru (substancje chemiczne wykorzystywane w rolnictwie). Szczątki organiczne pochodzenia zwierzęcego oraz roślinnego opadają powoli na dno, a na skutek procesu rozkładu jest wykorzystywany tlen obecny w wodzie. W przypadku niedużej ilości szczątków organicznych tlen nie jest całkowicie wyczerpany. Obecność w ściekach substancji odżywczych powoduje wzrost liczby organizmów ulegających rozkładowi. Końcowym efektem jest wydzielanie szkodliwego oraz trującego siarkowodoru.
Ścieki to zanieczyszczone wody odpadowe. W skład tych zanieczyszczeń wchodzi „brudna” woda wprowadzona przez człowieka w wyniku działalności życiowej oraz produkcyjnej. Do zanieczyszczeń należy woda opadowa (deszcze powstałe ze śniegu) i spływy wprowadzane do kanalizacji z obszarów zagospodarowanych. Ścieki przemysłowe mogą być odprowadzane wspólnie z ze ściekami bytowo-gospodarczymi. Są to tzw. ścieki miejskie.
Rodzaje Zanieczyszczeń w Ściekach
Zanieczyszczenia ścieków są pochodzenia nieorganicznego (mineralnego) oraz organicznego. Mogą być rozpuszczone w wodzie lub pod postacią koloidów, emulsji oraz zawiesin. Związki organiczne wchodzące w skład ścieków bytowo-gospodarczych to: aminokwasy, białka, fosfolipidy, tłuszcze, sacharydy oraz oleje. Związki nieorganiczne wchodzące w skład ścieków bytowo-gospodarczych to: chlorki, sole amonowe, fosforany. Występują także wirusy oraz bakterie chorobotwórcze. Substancje wchodzące w skład ścieków przemysłowych są uzależnione od celów produkcyjnych zakładu. Znaczne ilości rozpuszczonych soli tzn. chlorki oraz siarczany magnezu, sodu oraz wapnia są obecne w wodach dołowych.
Przeczytaj także: Przydomowe oczyszczalnie ścieków Zawiercie
Kwaśne Deszcze
Kwaśne deszcze charakteryzują się kwaśnym odczynem. Wskaźnik pH ma wartość około 4-4,5. Kwaśne deszcze powstają na skutek wchłaniania przez krople wody zanieczyszczeń gazowych obecnych w atmosferze. W wyniku tego kontaktu powstają: bezwodniki kwasowe, dwutlenek siarki (w 60% jest odpowiedzialny za kwaśne opady), tlenek azotu, siarkowodór, dwutlenek węgla, chlorowodór. Obecne w powietrzu zanieczyszczenia są pochodzenia naturalnego (przede wszystkim wybuchy wulkaniczne, pożary lasów) oraz antropogenicznego (spalane paliwa w procesach technologicznych oraz w transporcie). Przenoszenie zanieczyszczeń jest możliwe nawet na odległość 500 kilometrów. Pod postacią kwaśnych deszczy mogą spowodować obumieranie lasów oraz zakwaszanie powierzchniowych wód. W wodzie o pH równym 5,4 ryby nie są w stanie się rozmnażać.
Ochrona Wód i Klasy Czystości
Ochrona wód polega na działalności zarówno technicznej, ale także organizacyjno-prawnej. W wyniku tej działalności zachowane są lub przywrócone naturalnym wodom całkowitej przydatności jakościowej. Zachowany jest również bilans wodno-gospodarczy kraju. Podstawą prawną mającą na celu ochronę wód przed różnorodnymi zanieczyszczeniami, to prawo wodne, które jest zbiorem przepisów.
W Polsce wody naturalne możemy podzielić na trzy klasy czystości. Warunkiem koniecznym do spełnienia, aby zakwalifikować wodę do określonej klasy jest ilość wszystkich wskaźników zanieczyszczenia:
- Woda należąca do I klasy czystości, może być używana w hodowli ryb (nawet łososie), a po procesie uzdatnienia, może być przeznaczona do picia.
- Woda należąca do II klasy może być używana w hodowli ryb, zwierząt gospodarstwa domowego, relaksu i rekreacji.
- Woda należąca do III klasy czystości, może być używana w celach przemysłowych oraz rolniczych.
Najbardziej efektywnym sposobem ochrony powierzchniowych wód przed zanieczyszczeniami jest wykorzystanie oczyszczalni do oczyszczania ścieków. Maksymalna wartość zanieczyszczenia ścieków po oczyszczeniu odprowadzanych do ziemi oraz wód ustala prawo wodne. Musi ono być bezwzględnie przestrzegane. Nawet postępowanie zgodnie z nim nie daje pewności otrzymania pozwolenia na swobodne odprowadzanie ścieków. Dzieje się tak dlatego, ponieważ czasami ilość ścieków jest tak dużą, że stężenie odprowadzanych zanieczyszczeń jest za wysoka. Wiele zakładów przemysłowych odprowadza ścieki pomimo nie spełnienia wymogów. W takich przypadkach nakładane są kary finansowe.
Zanieczyszczenia pochodzenia organicznego, które nie są toksyczne, dla wód nie stanowią dużego zagrożenia, gdyż mogą ulec biochemicznemu rozkładowi. Jest to tzw. samooczyszczanie wód. Na skutek tego procesu następuje zmniejszenie się ilości tlenu obecnego w wodzie. Stężenie zanieczyszczeń, które są odprowadzana wraz ze ściekami do wody nie może doprowadzić do deficytu tlenowego, tzn. spadku ilości tlenu poniżej 4 mg/l. W takich warunkach ma miejsce obumieranie oraz rozkład organizmów wodnych. Na skutek tego niekorzystnego procesu ma miejsce dalsze zanieczyszczenie wody. Ustalanie możliwego do zaakceptowania obciążenia obliczane jest biorąc pod uwagę bilans tlenowy, który jest sporządzanego dla określonego odbiornika. Brana jest pod uwagę zawartość tlenu oraz czas trwania procesu samooczyszczania na określonym danym rzeki.
Przeczytaj także: Oczyszczalnia oksydacyjna: zasady działania
Nowoczesne Technologie i Zapobieganie Zanieczyszczeniom
Stan wód możemy w znacznym stopniu poprawić poprzez stosowanie lepszych, nowocześniejszych technologii, które zmniejszają ilość zanieczyszczeń w odprowadzanych ściekach (są to tzw. technologie mało odpadowe oraz bezodpadowe). Pożądanym działaniem jest także zmniejszenie wykorzystania pestycydów i zastępowanie ich mniej szkodliwymi i toksycznymi oraz łatwiej rozkładalnymi. Zanieczyszczeniom może zapobiec poprzez odpowiednią lokalizację oraz eksploatację odpadów.
Ochrona Ekosystemów Morskich
Utrzymanie równowagi biologicznej w ekosystemach morskich jest niesłychanie ważne. Duże zbiorniki wodne, których powierzchnia przekracza 3-krotnie powierzchnię lądów jest narażona na zagrożenie zanieczyszczeniami, które są niesione z prądem rzek, które opadają z atmosfery, które dostają się bezpośrednio z lądów, które powstają na skutek katastrof morskich (najbardziej niebezpieczne są katastrofy tankowców), urządzeń na platformach wiertniczych. Część substancji toksycznych może być przenoszona wraz z żywymi organizmami.
Konwencje i Układy Międzynarodowe
Liczne konwencje oraz układy są podpisywane w celu zapewnienia czystości mórz i oceanów. W roku 1972 został podpisany układ przez Stany Zjednoczone, Związek Radziecki, Wielką Brytanię, Francję oraz Japonię (konwencja z Oslo oraz Paryża). W tym samym roku w Sztokholmie miała miejsce światowa konferencja dotycząca ochrony środowiska naturalnego, zaś w 1992 roku w Rio de Janeiro. Na konferencji tej podjęto takie istotne sprawy jak: ochrona mórz i oceanów, utrzymanie liczebności ryb. Na całym świecie zawierane są międzynarodowe porozumienia, które odnoszą się do chronienia określonych gatunków ryb oraz limitowanie połowów. Ustalane są kwoty połowowe. Światowa ochrona obejmuje ryby eksploatowane gospodarczo, ale także gatunki ryb oraz ssaków morskich, którym grozi wyginięcie (wieloryby, wydra morska).
Najbardziej zanieczczone zbiorniki wodne to Morze Śródziemne oraz Morze Bałtyckie. Główne zanieczyszczenia Morza Bałtyckiego to: substancje biogenne (związki azotu oraz fosforu), substancje toksyczne (metale ciężkie), ale także związki organiczne (pestycydy, związki powierzchniowo czynne, substancje wchodzące w skład ropy naftowej), fluorowcopochodne charakteryzujące się trwałymi cząstkami, które pochodzą z zakładów produkujących papier- w przeważającej ilości są to kraje skandynawskie).
Konwencja Helsińska i Deklaracja Bałtycka
W 1974 roku miała miejsce Konwencja Helsińska. Skupiła ona kraje nadbałtyckie i dotyczyła ochrony środowiska obszarów Morza Bałtyckiego. Została podpisana przez takie kraje jak: Dania, Finlandia, Niemcy, Polska oraz związek Radziecki. Organem kierującym była specjalna komisja- HELCOM. Konwencja Helsinka odnosiła się do zanieczyszczeń lądowych, ze statków oraz różnorodnych składowisk odpadów. W roku 1992 miało miejsce podpisanie zaostrzonej wersji konwencji, która obejmowała także wody wewnętrzne. Konwencja ta zawiera spis szkodliwych, a co za tym idzie niedozwolonych w stosowaniu związków.
Przeczytaj także: Jak ustawić napowietrzanie?
W roku 1990 w Szwecji większość przedstawicieli państw nadbałtyckich podpisało Deklarację Bałtycką. Zgodnie z tą deklaracją miała być zapewniona ekologiczna ochrona Morza Bałtyckiego, ale także przywrócenie tym obszarom ekologicznej równowagi dzięki ograniczaniu zanieczyszczeń, zastosowanie najnowszych, ekologicznych technologii, wzmożoną współpracę w sprawach usprawniania systemów prawnych oraz ich egzekwowanie. Wszystkie państwa nadbałtyckie mogą prowadzić odrębną politykę ochrony obszarów morskich.
Proces Oczyszczania Ścieków
W Polsce wzrasta zanieczyszczenie zbiorników wodnych. Ścieki wprowadzane do rzek musza być koniecznie oczyszczone. Proces oczyszczania ścieków komunalnych może być przeprowadzany mechanicznie, ewentualnie mechanicznie oraz biologicznie. Nie wolno ich się, w żadnym wypadku, pozbywać odprowadzając je do jezior oraz zbiorników zaporowych, gdyż ścieki te zawierają znaczne ilości związków fosforu oraz azotu.
Etapy Oczyszczania Ścieków
- Oczyszczanie mechaniczne:
- kraty oraz sita.
- piaskowniki (zachodzi proces opadania cząstek ciał stałych, których wymiary nie przekraczają 0,2 mm).
- osadniki wstępne (zatrzymywane są opadające zawiesiny, proces sedymentacji trwa 120 minut).
- Oczyszczanie biologiczne:
Polega na rozkładzie, czyli mineralizowaniu powstałych zanieczyszczeń przez, w przeważającej ilości, tlenowe bakterie, ale także przez inne mikroorganizmy występujące w osadach czynnych (pierwotniaki, bakterie, wrotki oraz nicienie), ewentualnie biologicznych błonach (organizmy żyjące na biologicznym złożu). W wyniku oczyszczania biologicznego usuwane są rozpuszczone, ewentualnie występujące w postaci drobnej zawiesiny substancje pochodzenia organicznego: białka, tłuszcze oraz węglowodany.
Proces oczyszczania na biologicznym złożu ma miejsce w zbiorniku cylindrycznym, który jest wypełniony żużlem hutniczym, koksem, tłuczniem kamiennym, kostkami ceramicznymi. Biologiczne złoże bywa równomiernie „podlewane” z góry ściekami przy pomocy obrotowego napędzanego mechanicznie zraszacza. Mikroorganizmy, głownie bakterie, osadzają się tworząc na powierzchni wypełnienia błonę biologiczną. Organizmy te oczyszczają przepływające w wolnym tempie ścieki.
Oczyszczanie odprowadzanych ścieków przy pomocy osadu czynnego jest przeprowadzane w komorach, które są napowietrzane. W komorach tych pływają bakterie oraz pierwotniaki, które determinują powstawanie zawiesiny kłaczkowatej. Wspomniane wyżej mikroorganizmy powodują utlenienie zanieczyszczeń zawartych w ściekach wodnych. Zanieczyszczenia w ściekach, które przeszły drugi stopień oczyszczania mogą zawierać zawiesiny kłaczkowate.
- Proces usuwania związków biogennych (fosfor oraz azot):
Zachodzi przy pomocy mikroorganizmów w czasie procesu denitryfikacji. Związki azotanowe ulęgają procesowi redukcji do związków azotynowych, aby ostatecznie do postaci gazowego azotu, który usuwany jest ze ścieków.
- Odnawianie wody:
W wyniku tego procesu uzyskujemy wodę, która nadaje się do picia, ale może być także wykorzystana na potrzeby gospodarcze. W tym procesie usuwane są rozpuszczalne w wodzie substancje nieorganiczne (sole). W późniejszym etapie woda ulega filtracji oraz dezynfekcji przy użyciu ozonu lub chloru. Otrzymujemy w ten sposób wodę należącą do I klasy czystości.
Samooczyszczanie Wód
Proces samooczyszczanie wód to naturalny proces fizyko-chemiczny (sedymentacja) oraz biochemiczny, polegający na rozkładzie nadmiernych ilości substancji organicznych (ścieki, szczątki roślin oraz zwierząt, zwierzęce odchody) w zbiornikach oraz ciekach wodnych. Proces ten zachodzi w głównej mierze dzięki drobnoustrojom saprofitycznym- bakteriom. Samooczyszczanie w wodnych biocenozach jest głównym czynnikiem, który przeciwdziała zachwianiu się równowagi biocenotycznej tzw. stabilność ekologiczna.
tags: #oczyszczalnia #ścieków #pożary #przyczyny #zapobieganie
