Téma 27 : Znečistění vod. Zdroje, původ, typy a důsledky

Transkript

1 Téma 27 : Znečistění vod Zdroje, původ, typy a důsledky

2 literatura : Znečistění vod : učebnice Lellák a Kubíček, 1991: strana (z toho : - acidifikace str.167, - eutrofizace str. 172, - čištění odpadních vod str. 188

3 Znečištění vnitrozemských vod Znečištění vnitrozemských vod povrchových i podzemních : = změna chemických a fyzikálních vlastností vody, která zhoršuje kvalitu vodního biotopu pro organismy nebo pro člověka (včetně možností jejího použití jako suroviny pro úpravu k rozvodu ve vodovodní síti nebo kvality vody pro další uživatele po proudu toku) změnu vyvolá přísun látek: cizorodých nebo i nadbytku přirozeně se vyskytujících nebo i fyzikální příčina (např. nadměrné ohřátí)

4 Znečištění vnitrozemských vod Typ znečištění a charakter znečisťujících látek: Chemické znečištění: - anorganické látky toxické, anorg. l. cizorodé pro vodní prostředí, anorg. l. přírodní (např. živiny, hnojiva, suspenze zemin), radionuklidy, kovy - organické látky: toxické odpady, pesticidy, oleje, detergenty, potravinářské a papírenské odpad. vody, komunální splašky, zemědělské splašky - odpadní vody s patogenními mikroby Fyzikální znečištění : oteplená odpadní voda

5 Znečištění vnitrozemských vod Znečištění podle časového vývoje : trvalé zdroje : ustálený, chronický přísun znečisťujících látek (komunální zdroje, průmysl, přísun živin splachem z obhospodařované půdy) kampaňové zdroje : periodický přísun odpadů z některých typů výroby, např. cukrovary, škrobárny havarijní zdroje : ponejvíce nekontrolované úniky odpadních nebo skladovaných látek, často silně toxických, někdy po přívalu srážkových vod

6 Znečištění vnitrozemských vod Znečištění podle prostorového umístění : bodové zdroje : výtok znečišťujících látek do přírodního biotopu plošné zdroje : přítok (splach) z rozsáhlých plošných zdrojů jako vymývání živin z pozemků hnojených minerálními hnojivy zbytkové : bývalá znečištěná místa, z nichž se uvolňuje znečištění rozptýlené druhotné

7 Znečištění vnitrozemských vod Znečištění má původ : lokální (bodové zdroje, místní plošné zdroje, zbytkové zdroje) globální znečištění transportované vzduchem na velké vzdálenosti a vnášené srážkami a splachem spadu i srážek do vodních biotopů do této kategorie patří kyselé atmosférické depozice oxidy S a N a z nich vznikající aerosoly H 2 SO 4 a HNO 3 jejich následkem je acidifikace jezer a toků

8 Acidifikace půd a vod : vzniká v důsledku kyselých dešťů : ze spalování fosilních paliv se do atmosféry dostává : - SO 2 (zejména z hnědého uhlí s vysokým obsahem S) a - oxidy dusíku NO x (hlavně vysokoteplotním spalováním v motorech aut) SO 2 oxiduje na SO 3 a dává vznik H 2 SO 4, která prší v kyselých deštích, často velmi daleko od zdroje znečistění ovzduší z oxidů N posléze HNO 3 v dešti...

9 Acidifikace půd a vod : vedle shora popsané mokré depozice v dešti, sněhu či mlze probíhá ještě tzv. suchá depozice síry : za vysokého obsahu SO 2 v atmosféře se zachycuje SO 2 a aerosol SO 2-4 na povrchu vegetace, kde SO 2 oxiduje na H 2 SO 4 tu spláchne příští déšť do půdy nejvíce S zachycuje smrkové jehličí, listnáče méně suchá depozice v ČR představuje asi 2/3 celkové depozice síry - hlavní zdroj okyselování

10 Acidifikace půd a vod: Síra se vedle toho dostává do atmosféry i přirozeně: - sopečnou činností (je občasná, někdy také s dálkovým transportem ve vysoké atmosféře) a - z moře jako dimethylsulfid uvolňovaný činností fytoplanktonu (trvalý globální zdroj) oba tyto zdroje významného rozsahu (s lidskou činností srovnatelného) představují přirozené pozadí atmosférického přísunu síry do vod a do půdy

11 Acidifikace půd a vod : dešťová voda neznečistěná exhalacemi s oxidy S a N obsahuje anionty HCO - 3 a má hodnoty ph kolem 5,6 (za sopečných emisí i nižší, naopak při rozvíření alkalického prachu z pouští do atmosféry až k 7) kyselý déšť v Anglii Smith (1850) v průmyslových oblastech je ph deště kolem 4,0 až 4,5, lokálně klesá ke 3 v Evropě snížení ph deště asi ze 70% působí H 2 SO 4, 30% HNO 3, v USA 60% a 40%

12 Acidifikace půd a vod : ale teprve od poloviny 20. století doložen dálkový transport oxidů S a N, jejich spad ve Skandinavii a následná acidifikace vod zejména na území s vyvřelinovým podkladem postupně podrobně zmapováno kolem ¾ celkové depozice S na území Švédska pocházelo z průmyslových oblastí střední a západní Evropy a Anglie podobně postiženou oblastí jsou jezera na kanadském žulovém štítu řada senzitivních oblastí i na jiných kontinentech

13 Acidifikace půd a vod: Při přísunu kyselých dešťů do vod záleží na charakteru geologického podloží: ve vápencových (apod., magnezit) oblastech je síranový anion neutralizován kde nejsou pufrující kationty Ca 2+, Mg 2+, Na + a K + ze zvětrávajících sedimentárních hornin tedy v oblasti kyselých vyvřelin (žuly, ruly) tam se ph ve vodách nebezpečně snižuje navíc se z půd vyplavují nejen H +, ale i ionty Al n+ a stopové kovy jako Zn 2+, Mn 2+

14 Acidifikace půd a vod : kromě geologického charakteru podloží je podstatná též síla půdní vrstvy horské půdy na vyvřelinách jsou mělké a snadno postižené acidifikací podstatný je i vliv typu porostů : - jehličnaté lesy (zvl. smrk) zachycují více síranů v půdě pod nimi se pak uvolňují ionty Al a Fe a spolu s ionty NO - 3 a SO 2-4 jsou vyplavovány do toků a jezer vyplavování je urychleno i odlesněním

15 Acidifikace půd a vod : Průběh acidifikace jezera : Dokud je ph > 5,5, voda má dostatek HCO 3-, ph neklesá nebezpečně, jen hydrogenuhličitanů ubývá a klesá pufrační kapacita Kolem ph = 5,5 nastává zvrat : alkalinita se blíží 0, ph je nestabilní, ryby hynou Posléze ph klesá pod 5 až ke 4,5, rostou koncentrace Al a těžkých kovů. Ionty Al 3+ se chovají jako kyselina : s vodou tvoří Al(OH) 3 a tím uvolňují z vody 3 H + - při dalším poklesu ph se reakce vrací a opět se objevují ionty Al 3+

16 Acidifikace půd a vod : Průběh acidifikace jezera : Hliník je silně toxický, nejen pro ryby Největší přísun Al za jarního tání Al srážením fosfátů snižuje dostupnost P Ryby hynou zcela, diverzita i abundance ostatních organismů (i fytoplanktonu) se zmenšuje Voda čistá s velkou průhledností (i pro UV) Zvyšuje se vyluhování a přísun těžkých kovů : Cd, Fe, Mn, Hg

17 Acidifikace půd a vod : Změny ve složení společenstva : Ryby : snižující se ph postihuje nejprve vajíčka a larvy ryb, ph < 4 je letální pro salmonidy, ph pod 3,5 usmrcuje rychle většinu ryb Fytoplankton : ubývá druhů Chlorophyta, místo nich obrněnky a bičíkovci Zooplankton: výrazný posun v zastoupení druhů, mizí větší korýši (Daphnia, Cyclops), Chaoborus i část vířníků Bentos : mizí mnoho druhů i v tekoucích vodách

18 Acidifikace půd a vod: Kyselý déšť a porosty: víceleté jehlice jehličnanů trpí více než každoročně obnovované listy opadavých dřevin, snižuje se mrazuvzdornost. Výsledek: hynutí lesů ve výškovém pásmu zasaženém dálkovým přenosem znečistěného vzduchu ve vysokých vrstvách.

19 Eutrofizace vod: Dalším rozsáhle rozšířeným procesem znečištění přírodních vod je eutrofizace kombinuje alochtonní přísun velkého množství látek normálně se vyskytujících v přírodních vodách (= anorganické sloučeniny sloužící jako živiny pro producenty) s autochtonním vznikem znečištění v podobě nadprodukce některých producentů a přímo na místě vytvořeného nadbytku organických látek a jejich následného rozkladu

20 Eutrofizace vod : Pojmy oligotrofní a eutrofní (Weber, 1907) použil Naumann (1929, Švédsko) pro popis podmínek pro primární produkci fytoplanktonu v jezerech podle rozmezí obsahu živin pak roztřídil jezera eutrofní jezera mají vysoký obsah zejména P a N, vysokou primární produkci fytoplanktonu a vodu silně zakalenou fytoplanktonem vyskytují se v dolníčásti povodí, jsou spíše mělká a zvolna se zazemňují eutrofizace původně vývoj jezera od stavu oligotrofního postupně k eutrofnímu...

21 Eutrofizace vod : Nadměrný přísun živin do vod odkud? Intenzivní obhospodařování zemědělské půdy v druhé polovině 20. stol. zejména s nadbytkem minerálních průmyslových hnojiv (v ČR od 50. do 90. let zhruba 10-násobný přísun N, P a K, s efektem cca 2x vyšší produkce obilovin a ± stejné produkce brambor), dále intensivní hnojení rybníků Husté osídlení napojené na kanalizační síť, kde čistění odpadních vod neodstraňuje z vody živiny (N a P z populace včetně P z detergentů všech typů)

22 Eutrofizace vod: N, jehož sloučeniny jsou snadno rozpustné a vodou pohyblivé, přichází hlavně z nadbytečného a plodinami nevyužitého minerálního hnojení polí P je z půd vyplavován podstatně méně, přichází však z odpadních vod : - městské splašky - prací přípravky a detergenty - průmyslové odpadní vody (hodně zhruba srovnatelné zdroje)

23 Eutrofizace vod : Zvýšeným přísunem živin, zejména limitujících P a N, do povrchových vod dochází k nadměrné produkci řas a zejména sinic, které vytvářejí organickou hmotu své biomasy (a z počátku i produkují kyslík). často jde o druhy (sinice) pro herbivory nestravitelné nebo dokonce toxické nebo alergenní pro člověka...

24 Eutrofizace vod : Řasy silně odčerpávají HCO 3 - a zvyšují ph až do hodnot výskytu toxického NH 3 posléze uhynou a následně : na rozklad vytvořené organické hmoty se kyslík z vody spotřebuje vyčerpání O 2, hynutí ryb navíc se voda zatíží produkty neúplného rozkladu biomasy problémy s chutí, zápachem, úpravou vody

25 Eutrofizace vod : Eutrofizace : 1) přírodní popel ze sopek, z lesních požárů,... 2) umělá (cultural) způsobená člověkem Podmínky pro uplatnění následků eutrofizace: dostatečná doba zdržení vody v nádrži ve vodě rychle proudící se řasy nenamnoží vhodná teplota a světlo - na jaře a a v létě udržování teplotní stratifikace - voda se nemísí

26 Eutrofizace vod : Možnosti omezení rozvoje eutrofizace: snížení přísunu rozpustných sloučenin dusíku hlavně splachu z obhospodařovaných polí snížení aplikace dusíkatých minerálních hnojiv snížení přísunu sloučenin fosforu zejména z odpadních vod průmyslových i komunálních omezení obsahu sloučenin P v detergentech a pracích prostředcích (0,5%), zachycení odtoku sloučenin P v terciárním stupni čistíren odpadních vod (v ČR do povrchových vod za rok 10 až 20 tisíc t polyfosforečnanů...)

27 Další typy znečištění povrchových vod Organické látky látky rozložitelné hnilobnými procesy (komunální odp. vody, některé odpadní vody průmyslové cukrovary, škrobárny, další potraninářské výroby) Oleje a tuky - včetně úniku ropných látek Průmyslové organické látky nerozložitelné, často toxické Anorganické sloučeniny průmyslové, často toxické, kovy Hg, Pb Nerozpustné anorganické kaly

28 Další typy znečištění povrchových vod Speciální odpadní vody : - Radioaktivní vody - Odpadní vody s pathogenními zárodky / vody mikrobiálně znečištěné - pesticidy, organochlory, PCB, hormony Havarijní úniky ropy a ropných derivátů : velkých rozměrů zejména v moři velké objemy přepravované ropy, havarie vrtných plošin u vrtů z podmořského dna znečistí velké objemy vody cca 10 6 x větší

29 Vývoj znečištění našich vod : Do roku cca 1990 vzestupná tendence : ve III. až IV. třídě znečištění za předchozího půl století Labe ze 13% na 97%, Vltava ze 28% na 55%, Berounka z 56% na 100%, Ohře z 1% na 79%, Jizera z 9% na 74% délky toku pak následoval zlom ve vývoji : objem vyprodukovaných odpadních vod klesl asi na 4/5 (menší spotřeba vody), množství látek rozložitelných (BSK 5 ) asi na 1/3, množství nerozpust. látek asi na polovinu cca do

30 Vývoj znečištění našich vod : během cca 10 let se zdvojnásobil počet čistíren odpadních vod a kapacita jejich výkonu se zvětšila o polovinu vypouštěné (a zpoplatněné) znečištění (látky rozložitelné i látky nerozpuštěné, kromě rozpuštěných anorganických solí) se zmenšilo asi na čtvrtinu omezily se některé výroby zatěžující vody pozitivní vývoj narušují povodně...