Zanieczyszczenia wody.

Czystość wody jest niewątpliwie problemem w skali światowej. W krajach rozwiniętych nie wchodzi już w rachubę nie tylko picie wody bezpośrednio z rzek, ale i jakość wody z kranu często budzi wątpliwości skażenie rzek i wód gruntowych, z których człowiek czerpie wodę pitną stale rośnie. Woda ta, do której zresztą spływają ścieki, jest oczywiście oczyszczana, ale najbardziej zaawansowane technologie nie zdołają wyeliminować wszystkich zanieczyszczeń. W dodatku ścieki pochodzące z przemysłu, rolnictwa i gospodarstw domowych coraz bardziej pogarszają stan wód. Ren, najważniejsza rzeka Europy, zbiornik wody pitnej dla 20 mln osób, jest równocześnie jedną z najbardziej zanieczyszczonych na świecie: rocznie wprowadza się do niej około 10 tys. ton najróżniejszych substancji chemicznych. Różne gałęzie przemysłu, szczególnie chemiczny, hutniczy i metalurgiczny powodują przedostawanie się do wody wielu produktów toksycznych: metali ciężkich, arsenu, cyjanków... a przecież kadm jest toksyczny dla nerek, rtęć wykazała swoje szkodliwe działanie w Minamata, ołów wywołuje ołowicę. Na "zwykłe" skażenie wód powierzchniowych nakładają się regularnie skutki wypadków, takich jak pożar w fabryce firmy Sandoz w Bazylei, który zanieczyścił Ren, czy w fabryce chemicznej Protex w 1988 roku, który spowodował skażenie Loary i na wiele dni pozbawił wody miasto Tours. Wodę zatruwają także niektóre praktyki stosowane w rolnictwie. Nawozy sztuczne i pestycydy, jak również gnojowica z chlewni, wprowadzają do niej azotany. A azotany, same w sobie nie szkodliwe, przechodząc w azotyny wywołują methemoglobinemię, sinice, na którą narażone są szczególnie niemowlęta. Podobnie jak fosforany z proszków do prania tak i azotany powodują też zjawisko eutrofizacji, to znaczy gwałtowny rozwój alg i roślin wodnych, zapychających urządzenia zasilające w wodę i nadających jej przykry smak.


Zarówno wody powierzchniowe jak i podziemne są już zanieczyszczone, należy więc zaprzestać wrzucania do nich toksycznych odpadów i poprawić metody uzdatniania. Francja, usuwająca tylko 1/3 zanieczyszczeń pochodzących z gospodarstw domowych, pozostaje w tej dziedzinie znacznie spóźniona w porównaniu z Wielką Brytanią, Szwecją, Niemcami czy Stanami Zjednoczonymi. Oczyszczanie nie zawsze jednak jest skuteczne: wiele stacji uzdatniania wody jest już przestarzałych, a koszty procesu będą przypuszczalnie rosły wraz z koniecznością usuwania fosforanów, azotanów... Wreszcie samo uzdatnianie nie powinno być szkodliwe. W rzeczywistości, aby usunąć bakterię posługujemy się środkami chemicznymi, np. ozonem (w stacjach najbardziej nowoczesnych) lub chlorem używanym od 1893 roku który jednak w reakcji z substancjami humusowymi przekształca się w wodzie w pochodne znane z własności rakotwórczych.

W krajach ubogich na problem zanieczyszczenia wody nakładają się trudności dostępu do niej: jedynie 1/4 ludności planety korzysta z wody bieżącej. Jeżeli półtora miliarda osób nie ma dziś wody pitnej, to aż 1.8 mld ludzi, w tym 330 mln w krajach OECD, nie ma nawet instalacji sanitarnych. Aby zapewnić wodę pitną ludności miejskiej w trzecim świecie w roku 2003, potrzeba środków finansowych przekraczających absolutnie możliwości tych krajów. Trudno się, zatem dziwić, że choroby związane ze złą jakością wody znajdują się tam na czołowych miejscach listy przyczyn śmiertelności.

Wstęp

Człowiek pozbawiony jedzenia może przeżyć ponad miesiąc, bez wody tylko kilka dni. Zasoby wody na naszej planecie wystarczyłyby na zaspokojenie potrzeb całej ziemskiej populacja jednak ich nierównomierne rozmieszczenie sprawia, że w wielu krajach zaopatrzenie w wodę stanowi ogromny problem. Niedobory wody sprawiają że plony są niskie, co prowadzi do głodu. Zapotrzebowanie na wodę dla gospodarstw domowych, fabryk i rolnictwa Jest niezwyklekle wysokie, zwłaszcza w bogatych krajach dobrze rozwiniętych. Wykorzystuje się ją w przemyśle, transporcie i gospodarstwach domowych. Jest jednak także groźnym żywiołem.

Sposoby wykorzystania wody
Wodę wykorzystuje się na dwa sposoby. Pierwszy to ten, kiedy wodę czerpie się ze zbiorników naturalnych- Do drugiego ze sposobów należą transport wodny, rekreacja i elektrownie wodne. W krajach uprzemysłowionych przemysł i energetyka-zużywają ogromne ilości wody. Na przykład przy produkcji jednego samochodu w USA zużywa się 30 tysięcy litrów. W Kanadzie proces produkcji tony papieru gazetowego wymaga zużycia- 180 tyś. litrów. W Wielkiej Brytanii przemysł pochłania 76% całej zużywanej wody. Największymi- „wodożercami” są elektrownie produkujące prąd w procesie spalania. Ich dzienne zapotrzebowaniena wodę waha się w granicach 13 milionów litrów dziennie.
Wodę wykorzystuje się również do produkcji energii, W elektrowniach wodnych spadający strumieńmień porusza turbinami generatorów zamieniających energię mechaniczną na elektryczną. Wodna energetyka jest tanim źródłem energii, w wielu krajach zaspokajających większą część potrzebnej mocy. W Kanadzie na przykład sieć elektrowni wodnych dostarcza 66% całej energii elektrycznej.
W Norwegii ilość ta jest jeszcze większa i wynosi około 99%. W wielu krajach zachodzi konieczność sztucznego nawadniania pól. W Kalifornii 85%' wody wykorzystuje się w rolnictwie, mieszkańcy miast zużywają 9, a przemysł 6 procent. Sztuczne nawadnianie jest również podstawowym warunkiem rozwoju gospodarczego Izraela, którego 30% powierzchni musi być nawadniane sztucznie. W Egipcie nawadniane są wszystkie pola uprawne. W wielu krajach transport towarów żeglugą śródlądową przegrał w konkurencji z gęstą siecią kolejową i drogową. Jednak są takie regiony, jak np. okolice Wielkich Jezior w USA, gdzie wielkie centra przemysłowe dzięki sieci połączeń śródlądowych mają łatwy dostęp do morza. Z Kanady i USA w ten sposób każdego roku wypływa do Europy 45 min ton towarów. Wodę wykorzystuje się też jako naturalny nośnik odpadów komunalnych i przemysłowych. W wyniku takich działań naturalne cieki wodne zamieniono w cuchnące ścieki.


Zużycie wody
W ciągu ostatnich 30 lat zużycie wody niepomiernie wzrosło. Przyczyn tego wzrostu jest wiele. Wśród nich na przykład wzrastająca liczba pralek i zmywarek, myjnie samochodowe, popularyzacja urządzeń nawadniających przydomowe ogródki i upowszechnienie spłukiwanych wodą toalet. Jedna trzecia wody wykorzystywanej w przeciętnym gospodarstwie domowym w krajach zachodnich spływa właśnie przez muszlę klozetową.
Całkowite zużycie wody w USA wzrosło od 1900 roku o 1000%!!! Obecnie przeciętny Amerykanin zużywa aż dziesięciokrotnie więcej wody niż wielu mieszkańców krajów rozwijających się. Tak duży wzrost zużycia związany jest z rozwojem przemysłu, upowszechnieniem systemów irygacyjnych i coraz wyższym standardem życia.


Dostępność wody

Ponad 97% całej wody na ziemi to zasoby oceanów. Jednak woda morska jest zbyt zasolona, by można ją było normalnie wykorzystywać Kolejne dwa procent zgromadzone jest w lądolodach i lodowcach górskich. Na lądzie podstawowym źródłem wody pitnej są pokłady podziemne. W głębi Ziemi znajduje się około 0,6% wody, a jedynie 0,02% wypełnia rzeki i jeziora. Para wodna w atmosferze stanowi jedynie jedną tysięczną część całych zasobów naszej planety, jednak to ta pozornie nie istotna część jest niezwykle znacząca, gdyż spadając w postaci deszczu na ziemię, umożliwia wegetację roślinom. Co roku, w postaci deszczu i śniegu, spada na powierzchnię ziemi 113 mldm3 wody. Taka ilość w zupełności zaspokajałaby potrzeby mieszkańców naszej planety, gdyby opady były równomiernie rozłożone. Niestety ogromne połacie lądów to pustynie lub półpustynie, regularnie nawiedzane przez susze.
Jednak nie licząc drobnych niedogodności, takich jak np. zakaz podlewania ogródków wodą z wodociągów. w naszym klimacie ludzie nie umierają z pragnienia. Bez porównania trudniejsza sytuacja panuje w Afryce, gdzie jedna trzecia kontynentu regularnie nawiedzana jest przez susze, W czasie suszy wysychają zbiorniki wodne, zdychają zwierzęta domowe, a wśród ludzi szerzy się głód. Sukcesywnie powiększają się pustynie. Według nie-
których badaczy w ciągu ostatnich 50 lat 65 min
hektarów ziemi zamieniło się w jałową pustynię.
Dla mieszkańców Afryki oznacza to, że coraz
więcej kobiet będzie musiało dzień w dzień nosić
wodę do swoich domów z odległych studni. Co
gorsza, woda ta zwykle Jest zanieczyszczona, dla-
tego też co jakiś czas wybuchają na tym terenie
epidemie groźnych chorób, których ofiarami naj-
częściej padają małe dzieci.
Powiększają się również pustynie w Azji, Ame-
ryce Południowej i południowo-wschodniej części
Stanów Zjednoczonych, Na przykład w Kalifornii,
na przełomie lal osiemdziesiątych i dziewięćdzie-
siątych znacznie obniżył się poziom wód grunto-
wych. Mieszkańcy Los Angeles, miasta w którym
przy wielu domach znajdują się baseny, zostali
zmuszeni do oszczędnego gospodarowania wodą.
Kalifornijscy farmerzy, produkujący część
amerykańskich warzyw i owoców, musieli wpro-
wadzić nowoczesne, oszczędne technologie nawad-
niania, bądź zmienić gatunki uprawianych roślin
na takie, które nie potrzebują dużych ilości wody.
Susze dały się we znaki również przemysłowi tury-
stycznemu. Obniżenie poziomu wody w wielu je-
ziorach utrudniło żeglugę, a wstęp na większość
leśnych szlaków turystycznych został zabroniony,
ze względu na zagrożenie pożarowe.

Powodzie
Nadmiar opadów może z kolei spowodować inną
katastrofę - powódź. Powodzie prześladujące Ban-
gladesz w latach 80. spowodowane były po części
wycinką lasów na zboczach wysokich gór. Brak
lasu spowodował, że woda, która zwykle była ab-
sorbowana przez glebę i rośliny, spływała po po-
wierzchni w doliny, zasilając górskie potoki /
W lipcu 1997 roku Europę Środkową nawiedzi-
ła „powódź stulecia", obejmując swoim zasięgiem
tereny południowej i zachodniej Polski, Czech
i Moraw, Austrii i wschodnich Niemiec. Lipiec,
normalnie najwilgotniejszy miesiąc w naszej stre-
fie klimatycznej, byt przez kilka poprzednich lat
wyjątkowo suchy. Jednak w 1997 r. w ciągu kilku
dni w Sudetach, w których ma źródła większość
rzek płynących w tym regionie, spadło tyle desz-
czu, ile wynoszą roczne normy opadów. Gleba nie
była w stanie wchłonąć takiej ilości wody, do czego
przyczyniło się również, podobnie jak w Bangla-
deszu, wycięcie i zniszczenie przez zanieczysz-
czenia przemysłowe dużych połaci lasów górskich.
Rozpędzone wody rwących górskich rzek ru-
nęły w doliny. niszcząc doszczętnie cale wsie i mia-
sta. Woda zalewała osiedla i pola uprawne,
a w górnym biegu rzek nurt byt tak silny, że nisz-
czył drogi, zrywał mosty i burzył całe domy. Woda
zalewająca fabryki, śmietniska i oczyszczalnie ście-
ków zanieczyszczała zalewane tereny. Jak na iro-
nię brakowało więc na nich wody zdatnej do picia,
a zbiory z zalanych pól zostały zatrute.




Do najbardziej wzburzonych rzek należała Odra,
która przyjmowała dodatkowo nadmiar wody ze
swych licznych dopływów. Rzeka, mimo że ure-
gulowana, przerywała waty przeciwpowodziowe,
jej wód nie byty w stanie zatrzymać tak zwane
zbiorniki retencyjne, służące do zatrzymywania
nadmiaru wody i zwalniania biegu nurtu rzeczne-
go. Wielokrotnie rzeka zaskakiwała hydrologów,
zmieniając niespodziewanie kierunek, wylewając
w miejscach uważanych za bezpieczne. Pomimo
wszystkich zabezpieczeń i intensywnej pracy służb
ratowniczych i hydrologicznych, żywioł w wielu
miejscach okazał się silniejszy. Jak pokazuje przy-
kład wcześniejszych katastrofalnych powodzi
w dorzeczu Renu, nie tylko polskie służby nie
potrafiły zapanować nad wezbraną wodą. Na szczę-
ście katastrofy o takiej skali, nad którymi trudno
zapanować, zdarzają się w naszym regionie sto-
sunkowo rzadko.


Jakość wody
Ludzie odpowiedzialni za gospodarkę wodną mają
za zadanie nie tylko dostarczyć wodę do mieszkań,
muszą też zadbać o to, by woda ta miała odpowied-
nią jakość,
Jakość wody ocenia się na podstawie jej wła-
ściwości fizycznych (kolor, temperatura i smak),
biologicznych (tu najważniejsze jest. by nie zawie-
rała bakterii) i chemicznych (stopień twardości
i zawartość związków mineralnych).
Na przykład woda pochodząca z pokładów wa-
pieni z dużą zawartością tlenków magnezu jest
zwykle bardzo twarda. Kąpiąc się w takiej wodzie,
niezwykle trudno jest się namydlić,nie można jej
też wykorzystywać w przemyśle włókienniczym.
Skażenie wody następuje, kiedy przemysłowe
lub rolnicze ścieki dostają się do naturalnego obie-
gu wody- W skrajnych przypadkach Jak to miało
niegdyś miejsce w Stanach Zjednoczonych, kiedy
stężenie zanieczyszczeń Jest zbyt duże. rzeka może
się nawet zapalić. Stało się tak z rzeką Cuyaloga,
która przepływu prze?, uprzemysłowiony region
Cleveland i Akron.
Fatalny wpływ na środowisko naturalne rzeki
może też mieć zbyt duży upust gon^J wody z elek-
trowni. Gorąca woda zmniejsza zawartość tlenu
w rzece, wskutek czego drastycznie spada ilość
żyjących w niej ryb.


Oszczędne gospodarowanie wodą
Wobec wzrastającego zapotrzebowania na wodę.
przy Jednoczesnym wyczerpywaniu zapasów wód
podziemnych, instytucje odpowiedzialne za gospo-
darkę wodną zostały zmuszone do opracowania
sposobów ochrony jej zasobów. Jednym z nich jest
modyfikacja naturalnego obiegu wody. Naturalna
cyrkulacja przebiega od oceanu do atmosfery,
z atmosfery do rzek i z rzek z powrotem do morza.
Hydrolodzy doszli do wniosku, że można ten obieg
spowolnić, budując sztuczne zapory wodne, two-
rząc tym samym ogromne rezerwuary wody
w powstałych powyżej nich zbiornikach. Najwięk-
szy sztuczny zbiornik wodny na świecie to zbior-
nik Bracki na Angarze.
Sztuczne zbiorniki wodne, zwane też jeziorami
retencyjnymi stanowią też jeden z istotnych ele-
mentów zabezpieczenia przeciwpowodziowego.
W przypadku zwiększonych opadów, potrafi;) one
zatrzymać w sobie nadmiar wody. zabezpieczając
niżej położone tereny przed zalaniem. Zbiorniki
retencyjne są też wykorzystywane do celów rekrea-
cyjnych, a woda spiętrzona na zaporze zwykle
zostaje zaprzęgnięta du produkcji prądu w elek-
trowniach wodnych-
Z obniżeniem poziomu wód gruntowych mamy
do czynienia wtedy, kiedy wydobywa się jej wię-
cej niż wynoszą opady na danym obszarze. Sy-
tuacja taka zaistniała w Londynie, który czerpał
wodę z kredowych i piaskowych warstw wodno-
snych.Aby uniknąć takiej sytuacji, wiele europej-
skich krajów wpompowuje nadmiar wody z rzek
z powrotem do warstw wodonośnych.
Wodę można też poddawać procesowi powtór-
nego uzdatniania. Na przykład w niektórych zakła-
dach przemysłowych woda po użyciu wędruje do
zakładowej oczyszczalni, po czym powtórnie wy-
korzystuje się ją w procesie produkcji. Taki zam-
knięty obieg nazywa się recyclingiem. Recycling
jest Jednak bardzo drogi, dlatego wiele zakładów
odrzuca tę metodę i korzysta z „lanie?, świeżej
wody. Stosunkowo najprostsze jest studzenie
i powtórne wykorzystanie wody w elektrowniach-
Już laka oszczędność wpłynęłaby dodatnio na stan
środowiska naturalnego,

Marnotrawstwo wody
Zapotrzebowanie na wodę można też zmniejszyć
poprzez zmniejszenie ilości wody marnowanej
w gospodarstwach domowych. Wielu ludzi wciąż
jest przekonanych, że zasoby wody są niewyczer-
pywalne i w związku z tym zużywa tej wody wię-
cej niż potrzeba.


Jednym ze sposobów Jest podniesienie cen
dostarczanej wody i zamontowanie u odbiorców
wodomierzy. W początkach lat dziewięćdziesią-
tych w większości gospodarstw domowych na
wyspie Wright w Wielkiej Brytanii zostały zain-
stalowane wodomierze. Po roku okazało się, że
zużycie wody na wyspie spadło o 22 procent w po-'
równaniu z rokiem 1988.
Marnotrawstwem można też nazwać ogromne
ilości wody wyparowującej ze sztucznych zbior-
ników, zwłaszcza tych położonych w suchych,
gorących obszarach. Prowadzone są eksperymen-
ty mające na celu ograniczenie tego zjawiska za
pomocą rozpylania nad powierzchnią zbiornika
substancji ograniczających parowanie.
Aby zapewnić sobie wystarczającą ilość słod-
kiej wody, niektóre bogate kraje arabskie stwo-
rzyły specjalne stacje uzdatniania, tj. odsalania
wody morskiej Metoda la jest jednak niezwykle
kosztów na, dlatego stosuje sieją tam, gdzie zaso-
by słodkiej wody w żaden sposób, przy najoszczęd-
niejszym nawet gospodarowaniu, nic są w stanie
zaspokoić potrzeb społeczeństwa. Innym sposo-
bem zaopatrzenia w wodę suchych regionów jest
jej transport rurociągami. Również ta metoda jest
bardzo kosztowna stosuje się ją więc lam. gdzie
żaden inny sposób, nawet odsalanie nie wchodzi
w rachubę.
Skażenie środowiska i ocieplenie klimatu może
mieć w dalekiej przyszłości kalustrotalny wpływ
na ziemskie zasoby wody. Nie sposób w tej chwi-
li ocenić jakie skutki mogą mieć globalne zmiany
klimatyczne Jednak hę/ wątpienia już teraz musi-
my zadbać o to by naszym wnukom nigdy nie
zabrakło czystej wody.


Zanieczyszczenia wód

Polska jest krajem stosunkowo ubogim w zasoby wodne -
całkowita powierzchnia jezior i rzek wynosi około 5000
km"" (1,6 % powierzchni kraju), zaś średnic opady atmosfe-
ryczne 597 mm rocznie, co stawia nas wśród najuboższych
w wodę krajów Europy. Ponadto zużycie wody od początku
lat 50. wzrosło około 6-krotnie, natomiast jej Jakość i ilość
zmalała. Głównymi użytkownikami wody są: przemysł, rol-
nictwo, leśnictwo i gospodarka komunalna, z czego prze-
mysł zużywa jej najwięcej, Przewiduje się jednak, że
wkrótce te tendencje mogą ulec zmianie w związku ze wzro-
stem zapotrzebowania na wodę w rolnictwie.
Zanieczyszczenie wód związane jest nierozłącznie z rozwojem przemysłu, intensyfikacją rolnictwa, wzrostem liczby ludności oraz postępującą urbanizacja. Obecnie większość wód powierzchniowych Polski jest zanieczyszczona , a jakość wód podziemnych także ulega pogorszeniu. Wody wielu rzek w naszym kraju nie nadają się nawet do celów przemysłowych, a szybka poprawa ich jakości nie jest łatwa, głównie ze względu na niewielką ilość oczyszczalni ścieków w naszym kraju.

Wody zanieczyszczone w 1 stopniu, wg. Slannacha, to takie, których
skład lub stan jest tak zmieniony z przyczyn naturalnych lub
pod wpływem gospodarki ludzkiej, że ich użytkowanie
w gospodarstwie domowym i przemyśle jest ograniczone lub
“zgoła niemożliwe”,
Do oceny czystości wody stosuje się wskaźniki jakości wo-
dy określające ilość i rodzaj zawartych w wodzie zanieczy-
szczeń. Fizyczne wskaźniki wody to temperatura, zapach,
smak, przezroczystość
i barwa. Chemiczne

określają odczyn (pH)
wody, twardość, zasado-
wość oraz skład chemicz-
ny wody (zawartość
związków azotu, fosforu,
chlorków, siarczanów, że-
laza, dwutlenku węgla
metali ciężkich. Biologi-
czne wskaźniki wody
z kolei to miano Coli.
wskaźniki saproborwości.
Badania biologiczne po-
legają w większości na
ustalaniu składu gatun-
ków organizmów wodnych i ich zmian w zanieczyszczo-
nych wodach- Najszerzej stosowana meloda to używana od
początku naszego stulecia tzw. metoda systemu saprobów
(od greckiego sapros ~ gnijący - organizm występujący
w wodach zanieczyszczonych). Stopień zanieczyszczenia
wody określa się na podstawie zmian w występowaniu orga-
nizmów wskaźnikowych (saprobów - bakterii, glonów.
grzybów, pierwotniaków, mięczaków, ryb) w wodach zanie-
czyszczonych, Wyróżniono 4 strefy zanieczyszczeń, od naj-
bardziej zanieczyszczonych - strefa polisaprobowa przez
średni zanieczyszczone (a i p- mezosaprobowe). aż do naj-
czystszych oligosaprobowych,
Obecnie w Polsce zgodnie z zarządzeniem Rady Ministrów
z dnia 5 listopada 1991 r. obowiązuje trójstopniowa klasyfi-
kacja czystości śródlądowych wód powierzchniowych,
oparta na kryteriach ich gospodarczego przeznaczenia
(ryć, 7). Zwykle przy każdej klasie podaje się także klasyfikacje saprobów.

4 stopnie zanieczyszczeń wody

Wody Do klasy 1 zalicza się wody o najwyższym stopniu czystości
oligosaprobowe nadające się do;
• zaopatrzenia ludności w wodę pitna,
• zaopatrzenia zakładów wymagających wody
o jakości wody do picia
• bytowania w warunkach naturalnych ryb
łososiowatych.

Wody Klasy 2 to wody ocmezosapfobowe nadające się do
• bytowania w warunkach naturalnych innych ryb niż
łososiowate.
• chowu i hodowli zwierząt gospodarskich,
• celów rekreacyjnych, uprawiania roślin wodnych
oraz do urządzania zorganizowanych kąpielisk.

Wody Klasę 3 nwzosaprobowe stanowią wody nadające się do:

• zaopatrzenia w wodę Jednostek innych niż zakłady
wymagające wody o jakości wody do picia (przemysł
poza spożywczy),

• nawadniania terenów rolniczych, wykorzystywanych
do upraw ogrodniczych oraz upraw pod szkłem i pod
ostonami innych materiałów.

Wody bardziej zanieczyszczone niż określa to klasa 4
(polisaprobowe) tak zwane wody pozanormatywne. nie nadają-
ce się do żadnych celów gospodarczych.

Źródła zanieczyszczeń
Do zanieczyszczeń
.wód przyczyniają się
zanieczyszczenia
naturalne, ścieki
komunalne (bytowe)
i przemysłowe, a także
ścieki pochodzenia

rolniczego.

Zanieczyszczenia naturalne powstają w zbiornikach wod-
nych zwykle okresowo w czasie obumierania roślin i zwierzał
wodnych oraz przedostawania się do wody opadłych z drzew
liści. Większość z tych zanieczyszczeń spłukiwana jest z tere-
nu zlewni podczas ulewnych deszczy. Zanieczyszczenia natu-
ralne nie stanowią większego problemu, ich poziom bowiem
jest regulowany naturalnie przez sedymentację i organizmy
odpowiedzialne za dekompozycję nialcji organicznej.
Ścieki komunalne (bytowe) to ścieki odprowadzane przez
mieszkańców z terenów zurbanizowanych. Ich ilość zależy
od zużycia wody na cele gospodarczo-bytowe, wzrosła więc
znacznie w momencie upowszechnienia się kanalizacji.
W czasach przed przemysłowych przeciętny mieszkaniec zu-
żywał do potrzeb domowych około 10 do 30 litrów wody
dziennie, obecnie natomiast wytwarza on około 140 do 170
litrów ścieków dziennie. Głównymi składnikami ścieków
komunalnych są zanieczyszczenia typu organicznego, a
przez to nietoksyczne. Dodatkowo oprócz fekaliów do ście-
ków komunalnych trafiają również odpady kuchenne, papier
i środki piorące (detergenty). Te ostatnie są szczególnie
niebezpieczne ze względu na dużą zawartość fosforanów
powodujących nadmierny rozwój glonów. Detergenty, two-
rząc pianę na powierzchni wód. utrudniają dostęp tlenu do
wody. Detergenty są także szkodliwe dla organizmów roś-
linnych i zwierzęcych. W ściekach komunalnych występują
duże ilości bakterii, dlatego len typ ścieków stanowi zagro-

żenie higieniczne,
W znacznie większych ilościach niż ścieki komunalne wy-
twarzane są ścieki przemysłowe. Powstają one w czasie
procesów produkcyjnych i przetwórczych prawie wszy-
stkich dziedzin przemysłu. W związku z tym ich skład che-
miczny jest bardzo różnorodny (głównie sole miedzi, niklu.
cynku, ołowiu) i stanowi główne źródło związków toksycz-
nych w wodach powierzchniowych. Substancje wchodzące
najczęściej w skład ścieków przemysłowych to najczęściej
kwasy mineralne, zasady, sole metali ciężkich, różne sub-
stancje organiczne, węglowodory, fenole, barwniki itd.
Szczególnie uciążliwe są fenole pochodzące głównie ze ście-
ków przemysłowych gazowni, koksowni i zakładów chemi-
cznych, Woda skażona fenolami ma nieprzyjemny zapach,
potęgowany dodatkowo chlorowaniem wody, i nie nadaje się
do picia. Zmiany spowodowane działaniem ścieków przemy-
słowych dotyczą obok składu chemicznego, głównie biologii
wód. Wypuszczanie ścieków do wód powierzchniowych
prowadzi do zmiany lub całkowitego wyniszczenia chara-
kterystycznych d!a danych rzek czy jezior zbiorowisk orga-
nizmów. Szkodliwe działanie ścieków może być szybkie lub
powolne prowadząc do ich odkładania się w organizmach
wodnych przez dłuższy czas. Wskaźnikami substancji to-
ksycznych są wspomniane wcześniej testy biologiczne.
Przy ściekach przemysłowych warto także wspomnieć
o ściekach obciążonych ciepłem - wodach
pochodzących z instalacji chłodzących w elektrowniach i za-
kładach przemysłowych, jak również silnie słonych wodach
dołowych z kopalni (w naszym kraju głównie z rybnickiego
okręgu węglowego oraz kopalni siarki w okręgu tarnobrze-
skim),
Ścieki pochodzenia rolniczego to w większości spływy
z gnojowisk, ferm zwierzęcych i pól uprawnych. Pod wzglę-
dem działania ścieki rolnicze można porównać ze ściekami
gospodarczo-bytowymi. Głównym problemem na wsiach
wydaje się być gnojowica, często wywożona na pola
uprawne jako nawóz, skąd później jest spłukiwana do ro-
wów i rzek, i przenikająca również do wód gruntowych. Tak
więc gnojowica, pierwotnie uważana i stosowana jako na-
wóz, staje się często uciążliwym zanieczyszczeniem. Czasem
jednak z pól spłukiwane są inne zanieczyszczenia rolnicze -
pestycydy - toksyczne środki chemiczne stosowane jako
środki ochrony roślin do zwalczania chwastów, grzybów,
owadów i gryzoni, i one z kolei odpowiadają toksycznym
ściekom przemysłowym. Pestycydy mogą odkładać się
w datach wielu organizmów wodnych, szkodząc im samym.
jak i spożywającym je zwierzętom czy ludziom. Pestycydy
bazują na około 250 związkach chemicznych, a najbardziej
rozpowszechnione to aidryna, dieidryna, endryna. Obecnie

dąży się do stosowania łatwej i szybciej rozkładalnych
związków ochrony roślin aniżeli pestycydy.

Wody powierzchniowe dodatkowo mogą być zanieczysz-
czane przez opady atmosferyczne. Skład chemiczny opadów
różni się pomiędzy regionami kraju. W większości jednak
opady zawierają znaczne ilości metali ciężkich, siarczanów
i azotanów. Deszcze mogą także spłukiwać nawozy sztucz-
ne z pól. dodatkowo zanieczyszczając w ten sposób wody
powierzchniowe.
Przy zanieczyszczeniach wód należy także wspomnieć o
zjawisku eutrofizacji. czyli wzbogacania wód na drodze
naturalnej lub sztucznej w mineralne składniki pokarmowe
(głównie biogeny: fosfor, azot, węgiel). Do eutrofizacji
przyczyniają się przede wszystkim ścieki miejskie (fosfora-
ny z detergentów), wody odpadowe z przemysłu, ścieki rol-
nicze (odchody z ferm zwierzęcych bogate w azot i potas
oraz nawozy mineralne zawierające azot, fosfor i potas),
erozja i ługowanie gleb oraz wody opadowe. Substancje mi-
neralne (fosfor) stymulują masowy rozwój roślin wodnych,
głównie planktonu, a w konsekwencji rozkład podwyższo-
nej ilości substancji organicznej. Wzrost produkcji pierwot-
nej i szybkość rozkładu powodują zmiany w składzie
gatunkowym flory i fauny wodnej oraz w stosunkach fizy-
kochemicznych wód.
Podobnie jak w przypadku powietrza, również wody powie-
rzchniowe (rzeki, jeziora) i gruntowe objęte są badaniami
moni to ringowy mi. System monitoringu ma usprawniać go-
spodarkę zasobami wodnymi i ich ochronę. Próby wody po-
bierane są systematycznie - w przypadku rzek w odstępach
miesięcznych lub dwutygodniowych, w przypadku jezior
natomiast w cyklu półrocznym. Wyniki badań monitoring-
wych służą określeniu stanu zanieczyszczenia wód. pozwalają
przy tym na zaliczenie określonych cieków wodnych lub ich
odcinków do odpowiednich klas czystości. Pomocne są rów-
nież przy podejmowaniu odpowiednich akcji ochroniarskich.
Wszysikie rodzaje Ścieków przed ich wypuszczeniem do
wód powinny być możliwie jak najbardziej oczyszczone.
Oczyszczanie ścieków ma na celu eliminację lub zniwelo-
wanie szkodliwości substancji toksycznych w nich występu-
jących, zanim zostaną one wprowadzone (spuszczone) do
rzek czy jezior. Tak przetworzone ścieki nie powinny być
zagrożeniem dla zwierząt, roślin wodnych i człowieka, nie
powinny także ograniczać m oż U w ości wykorzystywania
wody do celów gospodarczych- Obecnie oczyszczanie ście-
ków przeprowadza się 3 metodami: mechanicznymi, bio-
logicznymi i fizyczno-chemiczny mi.
Oczyszczanie mechaniczne (wstępne, I stopień) polega na
usunięciu ze ścieków dat stałych (np. kawałków drewna,

szmat, odpadów kuchennych, większych cząs(ek), jak rów-
nież tłuszczów i olejów. Mechaniczne oczyszczalnie ście-
ków zaopatrzone są w takie urządzenia jak: kraty, osadniki.
płaskowniki i odtłuszczacze. Procesy stosowane w lego typu
oczy s zeza Ini ach to: cedzenie, sedymentacja (opadanie), flo-
tacja (wypływanie lekkich substancji na powierzchnię).
W oczyszczaniu biologicznym (II stopnia) wykorzystuje
się zdolność mikroorganizmów (główcie bakterii) do roz-
kładu substancji organicznej rozpuszczonej lub zawieszonej
w Ściekach. Spośród wielu melod biologicznych do najczęś-
ciej stosowanych zalicza się tzw. osad czynny i złoża biolo-
giczne. Biologiczne metody oczyszczania ścieków są stoso-
wane głównie do oczyszczania ścieków komunalnych.
I wreszcie oczyszczanie fizyko-chemiczne ma na celu "su-
niecie związków chemicznych ze ścieków przez ich wytrą-
cenie lub neutralizację przy wykorzystaniu odpowiednich
reakcji chemicznych i fizykochemicznych (np. koagulacja,
wytrącanie, utlenianie). Ten typ oczyszczania stosuje się
głównie do oczyszczania ścieków przemysłowych.
W Polsce liczba oczyszczalni ścieków jest ciągle niewystar-
czająca - jedynie około połowa ścieków poddawana jest
przynajmniej jednej metodzie oczyszczania. Najczęściej sto-
sowane jest jedynie oczyszczanie mechaniczne, potem biolo-
giczne i w znikomym procencie chemiczne. W roku 1991 na
4414 zakładów przemysłowych w Polsce 48% nie posiadało
w ogóle oczyszczalni ścieków, podobna sytuacja panowała
w miastach - 355 spośród 633 miast nie było zaopatrzonych
w żadne oczyszczalnie, a 166 jedynie w oczyszczalnie mecha-
niczne. Około 1/3 wsi w Polsce posiada instalacje wodociągowe,
6% kanalizację, a tylko 2% oczyszczalnie ścieków. Dane te na-

ocznie pokazują, jak ogromna ilość ścieków w naszym kraju

przedostaje się bezpośrednio do rzek i jezior, zanieczyszczając je.


Zanieczyszczenia występujące w wodzie
Unikalne zdolności wody do rozpuszczania, do pewnego stopnia, prawie każdego związku chemicznego oraz do podtrzymywania praktycznie każdej formy życia, oznaczają jednocześnie, że źródła zasilania wodą zawierają ogromną gamę zanieczyszczeń. Główne kategorie zanieczyszczeń znajdowanych w wodzie surowej są następujące:

Zawiesiny cząstek stałych, w tym koloidy

Rozpuszczone sole nieorganiczne

Przewodnictwo

Zanieczyszczanie śladowe

pH

Rozpuszczone związki organiczne

Mikroorganizmy

Pyrogeny

Rozpuszczone gazy

Zmienność jakości wody

Zawiesiny stałe
Zawiesiny w wodzie składają się z zanieczyszczeń mulistych, brudu z rurociągów oraz koloidów. Cząsteczki koloidalne, które mogą być pochodzenia organicznego lub nieorganicznego - nie są ani zawiesiną, ani roztworem - powodują wzrost mętności wody. Stopień zanieczyszczenia koloidalnego może być określony za pomocą badania indeksu blokowania (FI - fouling index), w którym mierzona jest szybkość blokowania się standardowego filtra, lub za pomocą turbidymetrii. W metodzie turbidymetrycznej - która określa całkowitą zawartość stałych zawiesin w wodzie - promień światła jest przepuszczany przez wodę i mierzona jest część światła rozproszona na cząsteczkach zawiesin.
Cząsteczki zawiesin mogą zablokować membrany odwróconej osmozy oraz kolumny analityczne o małych średnicach, jak również wpływać na pracę zaworów oraz czujników. Z tego względu 10-cio lub 20-to mikronowy filtr wstępny jest często używany jako pierwszy składnik systemy oczyszczania wody w celu odfiltrowania większych cząstek. Mniejsze cząstki mogą być następnie usunięte przez odwróconą osmozę, filtrację sub-mikronową lub ultrafiltrację.

Rozpuszczone związki nieorganiczne
Substancje nieorganiczne w roztworze zawierają sole powodujące twardość, pochodzące z warstw skalnych: wodorowęglany wapnia i magnezu dają wzrost "twardości przemijającej", podczas gdy siarczany i chlorki powodują "twardość nieprzemijającą".
Pośród innych zanieczyszczeń nieorganicznych obecnych w wodzie znajdują się: dwutlenek węgla, który rozpuszcza się wodzie dając słaby kwas węglowy, sole sodowe, krzemiany wyługowane z piaszczystych koryt rzek, związki żelazowe i żelazawe pochodzące z minerałów i zardzewiałych rur stalowych, chlorki z wtrąceń solnych, aluminium z dozowania chemikaliów i z minerałów, fosforany z detergentów, oraz azotany z nawozów.
Całkowita zawartość stałych związków rozpuszczonych (TDS - total dissolved solids) jest pozostałością w mg/l (lub ppm) otrzymaną przez tradycyjną metodę odparowania próbki wody do suchości i ogrzewania w 180C. Pozostałość ta zawiera koloidy, nielotne związki organiczne oraz sole stabilne w tej temperaturze.
Ponieważ największą częścią w suchej pozostałości są sole nieorganiczne, TDS jest używany jako wskaźnik całkowitej zawartości związków nieorganicznych obecnych w wodzie zasilającej. Może on być mierzony bezpośrednio lub szacowany w sposób przybliżony przez pomnożenie przewodnictwa wody w µS/cm w 25C przez współczynnik 0,7.


Przewodnictwo
Sole nieorganiczne w wodzie składają się z dodatnio naładowanych kationów oraz ujemnie naładowanych anionów - które będą przewodzić prąd elektryczny po przyłożeniu napięcia pomiędzy dwoma elektrodami zanurzonymi w wodzie. Im więcej jest obecnych jonów, tym większy prąd - większe przewodnictwo (i niższa rezystywność).

Przewodnictwo jest wyrażane w mikrosiemensach na centymetr (µS/cm) i jest stosowane do mierzenia jakości wody surowej i wody jakości podstawowej. Rezystywność jest odwrotnością przewodnictwa i jest wyrażana w megaomach·cm (MW·cm). Jest wygodniejsza do pomiaru jakości wody wysoko-oczyszczonej.

Rezystywność (MW·cm)
0,1
1,0
10,0
18,2

Przewodnictwo (µS/cm)
10,0
1,0
0,1
0,055

Wartości przewodnictwa mniejsze niż 2 µS/cm muszą być mierzone "on-line" ponieważ wysoko-czysta woda szybko absorbuje zanieczyszczenia z otoczenia, szczególnie dwutlenek węgla, co wiąże się ze wzrostem przewodnictwa.
Przewodnictwo i rezystywność są zależne od temperatury. W 25C całkowicie czysta woda ma rezystywność 18,2 MW·cm (przewodnictwo 0,055 µS/cm), z powodu obecności jonów wodorowych i wodorotlenowych.
Wzrost temperatury wody wywołuje wyższe przewodnictwo i niższą rezystywność. Nie powinno być to jednak traktowane jako pogarszanie się jakości wody uzdatnionej. Jeśli temperatura wzrośnie o 1C, przewodnictwo wody wodociągowej wzrośnie o około 2%, ale dla wody ultra-czystej wzrost ten wyniesie około 6%. Normalnie w praktyce stosuje się korektę wszystkich wartości przewodnictwa i rezystywności do 25C. Jest to wykonywane automatycznie przez współczesne mierniki przewodnictwa - jako istotne dla dokładności pomiaru.

Zanieczyszczenia śladowe
Choć rezystywność służy jako doskonały wskaźnik jakości jonowej wody o wysokiej czystości, nie jest ona wystarczająca w pewnych krytycznych zastosowaniach. W przypadkach, gdy poziom poszczególnych zanieczyszczeń musi być mierzony w częściach na miliard lub niżej, stosuje się takie techniki analityczne jak chromatografia jonowa, spektrofotometria absorpcji atomowej w piecu grafitowym i plazmową spektrometrię masową ze sprzężeniem indukcyjnym.


pH
Pomiar pH wody ultra-czystej jest trudny. Nie tylko dlatego, że woda wysoko-czysta szybko "łapie" zanieczyszczenia, które wpływają na jej pH, ale także posiada niską konduktancję, która powoduje niestabilność pomiaru w większości pH-metrów, chyba że są one specjalnie zaprojektowane do pracy w wodzie ultra-czystej.
Na szczęście, ponieważ stężenie jonów wodorowych w wodzie wpływa na pH i na rezystywność, pH musi leżeć w określonych granicach dla danego odczytu przewodnictwa. Na przykład, gdy rezystywność wynosi 10 MW·cm, wartość pH musi leżeć pomiędzy 6,6 i 7,6.
pH ultra-czystej wody może spaść do 4,5 jako że absorbuje ona dwutlenek węgla z atmosfery, ale nie oznacza to, że woda jest silnie zanieczyszczona; już kilka ppm CO2 spowoduje spadek pH.


Rozpuszczone związki organiczne
Organiczne zanieczyszczenia wody pochodzą z rozkładu materii roślinnej - zasadniczo są to kwasy huminowe i fulwowe - oraz z działalności rolnictwa, papiernictwa oraz ze ścieków komunalnych i przemysłowych. Zawierają one detergenty, tłuszcze, oleje, rozpuszczalniki oraz pozostałości pestycydów i herbicydów.
Dodatkowo, zawarte w wodzie związki organiczne mogą być wyługowane z rurociągów i zbiorników oraz pochodzić ze środków czyszczących.
System oczyszczania wody może być także źródłem zanieczyszczeń i wobec tego musi być zaprojektowany nie tylko tak, żeby usuwać zanieczyszczenia z wody zasilającej, ale żeby uniknąć dodatkowego ponownego zanieczyszczenia pochodzącego z samego systemu.
Związki organiczne zawarte w wodzie surowej często dają żółto-brązowe zabarwienie i mogą zablokować żywice jonowymienne, jak również zanieczyścić wodę wyprodukowaną. Stopień zanieczyszczenia organicznego może być mierzony za pomocą testu absorpcji tlenu (OA - oxygen absorbed) wykorzystującego roztwór nadmanganianu potasu, lub testu chemicznego zapotrzebowania tlenu (COD).
Obecnie coraz szerzej są stosowane analizatory całkowitego węgla organicznego (TOC - total organic carbon), z powodu ich czułości w wykrywaniu niskich poziomów związków organicznych w próbkach wody. (Mówiąc ściśle, instrumenty te mierzą całkowity utlenialny węgiel organiczny (TOOC) obecny w próbkach).
Woda o bardzo niskiej zawartości TOC (poniżej 10 ppb) jest szczególnie ważna dla użytkowników takich technik jak HPLC, analiza fluoroscencyjna oraz kultury tkankowe. Równie ważna, w przypadku gdy używane są systemy detekcji ultrafioletowej, jest konieczność, żeby woda miała bardzo niski poziom absorpcji światła UV (idealnie mniej niż 0,0001 jednostek absorpcji przy 254 nm).

Mikroorganizmy
Wody powierzchniowe zawierają szeroką różnorodność mikro-organizmów, w tym ameby, bakterie, pierwotniaki, wrotki, okrzemki i algi. Ponieważ jednak większość wody w laboratorium pochodzi z miejskiej stacji uzdatniania wody, i jest silnie uzdatniona w celu usunięcia mikroorganizmów, podstawowym mikroorganizmami istotnymi dla systemu oczyszczania wody są bakterie. Typowy poziom bakterii w pitnej wodzie zasilającej laboratorium wynosi jedną kolonię na mililitr lub mniej. Rozwój bakterii jest utrzymywany na tak niskim poziomie przy użyciu "resztkowej" zawartości chloru lub innego środka dezynfekującego. Gdy te środki dezynfekujące zostają usunięte podczas procesu oczyszczania wody - bakterie mają szansę rozwoju.

Zadania systemu wody ultra-czystej (w zakresie mikrobiologii) są następujące:

Usunąć bakterie obecne w wodzie zasilającej.

Uniemożliwić bakteriom przeniknięcie do systemu i ponowne jego zakażenie.

Zahamować rozwój bakterii w systemie.

Zapewnić, że w wodzie wyprodukowanej nie ma bakterii.

Bakterie są jednokomórkowymi organizmami, których liczba rośnie w sposób wykładniczy, dobrze rozwijając się w stojącej wodzie, i mogą być obecne na różnych powierzchniach i w powietrzu. Potrafią przetrwać i rozwijać się w różnorodnych środowiskach, w tym w rozpuszczonych związkach organicznych i nieorganicznych. Bakterie przetwarzające żelazo, siarkę oraz azot, są dobrymi przykładami organizmów wykorzystujących dostępne media. Bakterie łatwo rozwijają się w systemach wody ultra-czystej.
Bakterie przenikną do niezabezpieczonego systemu oczyszczania wody z wody zasilającej, przez wszelkie "dziury" w systemie, lub przez punkty poboru wody oczyszczonej. Już w systemie, niektóre bakterie potrafią wydzielić lepką polimeryczną substancję, która przykleja je do powierzchni zbiorników magazynowych, wkładów dejonizacyjnych, rurociągów i w "ukrytych" miejscach takich jak w zaworach kulowych.
Bakterie mogą być zwykle wykryte i policzone przez przefiltrowanie próbki wody przez filtr 0,45 mikrona, i hodowlę filtra z bakteriami na odpowiedniej pożywce przez kilka dni. Liczba bakterii jest określana w jednostkach zdolnych do tworzenia kolonii na mililitr (CFU/ml). Bakterie mogą być zniszczone przez środki dezynfekujące takie jak nadtlenek wodoru, podchloryn i wodorosiarczyn. Gdy jednak bakterie zostaną zniszczone, ich polimeryczne wydzieliny oraz lipopolisacharydowe fragmenty komórek pozostają i mogą wywołać problemy, jeśli nie zostaną również usunięte.

Pyrogeny, nazwa nadana fragmentom błony komórkowej bakterii, oznacza "wywołujące gorączkę". Gdy woda zawierająca pyrogeny zostanie wstrzyknięta ssakom, wystąpi wzrost temperatury ich ciała. Dlatego woda typu farmaceutycznego musi być apyrogenna. Stwierdzono także, że pyrogeny mają niekorzystny wpływ na eksperymenty z kulturami tkankowymi.
Pyrogeny są wykrywane albo przez wstrzykiwanie próbki wody specjalnie hodowanym królikom i monitorowanie ich na wzrost temperatury, albo przez test LAL (Limulus Amoebocyte Lysate), czuły test na wykrywanie bardzo niskich poziomów endotoksyn.

Rozpuszczone gazy
Tlen i dwutlenek węgla są dwoma gazami najczęściej znajdowanymi w wodach naturalnych. Dwutlenek węgla zachowuje się jak słaby anion i jest usuwany przez silnie zasadowe żywice jonowymienne.
Rozpuszczony tlen może być także usunięty przez żywice jonowymienne w formie siarczanowej, a poziom rozpuszczonego tlenu w wodzie zasilającej może być monitorowany przy pomocy elektrod selektywnych na tlen.

Zmienność jakości wody surowej
Odmiennie od innych surowców, źródła wody surowej mają zmienną jakość zależnie od regionu geograficznego i zależnie od pory roku. Woda uzyskiwana z naturalnych źródeł powierzchniowych, na przykład, zwykle ma niskie TDS i jest względnie miękka, ale ma wysokie stężenie zanieczyszczeń organicznych, w dużej części koloidalnych. Przeciwnie, woda ze źródeł podziemnych ma generalnie wysokie TDS i poziom twardości, ale niską zawartość związków organicznych.
Sezonowe wahania jakości wody są najbardziej widoczne w wodach powierzchniowych. Podczas miesięcy jesiennych i zimowych, opadłe liście i gnijąca roślinność uwalniają duże ilości materii organicznej do strumieni, jezior i innych zbiorników. W rezultacie, stopień zanieczyszczenia organicznego w wodach powierzchniowych - jak wskazują wartości OA - osiąga szczyt w styczniu i lutym, i spada do minimum w lipcu i sierpniu.
Jakość i charakterystyka zasilania wodą surową ma ważny wpływ na wymaganą technologię oczyszczania wody.