Rola wody w organizmach żywych.
Woda jest nierozerwalnie związana z życiem. Bez wody życie nie istnieje.
Woda stanowi dwie trzecie ciała człowieka: jest głównym składnikiem krwi, zawiera ją też każdy nasz organ. Każdego dnia nasz organizm traci wiele litrów wody. Około litra wydalamy. Następnie pół litra „znika” w postaci potu i wydychanego przez nas powietrza. W zimny dzień można zobaczyć jej pary w obłoczku naszego oddechu. W upalne dni pot nas ochładza: przez pory w skórze woda wydostaje się na jej powierzchnię i wyparowując odbiera naszemu ciału część ciepła. Organizm człowieka nie jest przystosowany do robienia zapasów wody i dlatego codziennie musimy uzupełniać jej ubytki. Aby utrzymać się przy życiu potrzebujemy półtora litra wody dziennie. Większość tego zapotrzebowania zaspokajają spożywane przez nas pokarmy. Wiele warzyw i owoców to w trzech czwartych woda.
Roślinom woda potrzebna jest do życia. Wraz z innymi związkami chemicznymi służy ona do produkcji substancji niezbędnych do ich dalszego rozwoju. Woda transportuje składniki pokarmowe pomiędzy korzeniami i liśćmi. Dzięki ciśnieniu wody w komórkach rośliny zachowują jędrność. Bez wody więdną. Rośliny pobierają zwykle wodę korzeniami, a wydalają przez tak zwane aparaty szparkowe liści. Rośliny występujące w suchym klimacie gromadzą ją w grubych mięsistych liściach, lub pędach. Często mają ciernie lub liście pokryte woskową powłoką zapobiegającą szybkiemu parowaniu wody.
Źródła zanieczyszczeń wód.
Zanieczyszczenia wód możemy podzielić ze względu na pochodzenie na naturalne (autochtoniczne) oraz antropogeniczne (allochtoniczne).
Jeszcze mniej więcej do średniowiecza dominowały zanieczyszczenia wód pochodzenia naturalnego. Związane są głównie z rozwojem i obumieraniem wodnych organizmów roślinnych i zwierzęcych. Powodowane są także wypłukiwaniem pewnych substancji ze skał i gleb.
Wraz z rozwojem miast, a następnie ośrodków przemysłowych do wód zaczęto odprowadzać coraz więcej szkodliwych substancji. Obecnie głównymi źródłami zanieczyszczeń wód są ścieki komunalne (zawierające m.in. detergenty, mikroorganizmy chorobotwórcze) i przemysłowe (zawierające m.in. sole metali ciężkich, związki siarki i azotu). W wyniku działalności rolniczej do wód powierzchniowych dostają się użyte w nadmiarze nawozy sztuczne i organiczne oraz niewłaściwie stosowane środki ochrony roślin. Przemysł wydobywczy odprowadza do wód gruntowych duże ilości bardzo silnie zasolonych wód kopalnianych.
Poważny problem stanowi również rolnictwo, a dokładnie sposób stosowania nawozów organicznych. W licznych gospodarstwach rolnych nawóz jest wywożony po zbiorze zbóż pod rośliny okopowe, a następnie przyorany. Gleba pozostaje, więc do wiosny bez okrywy ścierniskowej, a rozpuszczalne związki azotowe i fosforowe przedostają się w głąb gleby, stanowiąc źródło zanieczyszczeń wód podziemnych.
Znaczne ilości zanieczyszczeń wód pochodzą również z transportu wodnego i lądowego. Wody będące szlakami komunikacyjnymi oraz wody występujące w pobliżu dróg i autostrad zawierają zwiększone ilości związków ołowiu, tlenków azotu, węglowodorów.
Do wód szkodliwe substancje przedostają się również na skutek depozycji zanieczyszczeń pochodzących z powietrza.
W zanieczyszczaniu wód znaczny udział ma również eutrofizacja. Można powiedzieć, że jest ona zarówno przyczyną, jak i skutkiem zanieczyszczenia wód.
3. Skutki zanieczyszczania wód
Substancje zanieczyszczające wody powierzchniowe powodują zmianę jej barwy i smaku oraz zmętnienie. Wpływa to ujemnie na jakość wody i przydatność do spożycia. Zawarte w wodzie mikroorganizmy chorobotwórcze mogą powodować ciężkie zatrucia pokarmowe.
Prawie wszystkie zanieczyszczenia wód wytworzone przez człowieka są toksyczne dla większości organizmów wodnych. W miarę wzrostu stężeń substancji zanieczyszczających wody, zmniejszy się ilość ryb w zbiornikach wodnych.
Z zanieczyszczeniem wód powierzchniowych związane jest zjawisko eutrofizacji. Jest to proces wzbogacania wód w zbiornikach wodnych pierwiastkami biogennymi (azot (N), fosfor (P) i inne) najczęściej w wyniku odprowadzania do nich nieoczyszczonych ścieków. Skutkiem zwiększenia ilości składników pokarmowych w środowisku jest przyspieszone rozmnażanie mikroorganizmów (głównie glonów, sinic, bakterii). Widocznym efektem jest tzw. zakwit wody. Wzrost liczebności drobnoustrojów powoduje zwiększenie biologicznego zapotrzebowania na tlen. Rozpuszczony w wodzie tlen zużywany jest również do rozkładu martwych szczątków organizmów. Wody zmieniają swoją barwę i zapach. Stają się bardziej mętne. W górnych warstwach wody charakterystyczne są wahania stężenia tlenu oraz odczynu. Zaczynają powstawać obszary wody, w której zapasy tlenu zostały wyczerpane. Są one określane, jako pustynie tlenowe. W zbiorniku wszystkie organizmy tlenowe wymierają, natomiast dominują mikroorganizmy beztlenowe. Na dnie zbiornika zaczynają gromadzić się muły, co prowadzi do zmniejszania się jego głębokości. Na skutek eutrofizacji jezioro może ulec przekształceniu w bagno lub torfowisko.
Klasa czystości wody obowiązującej w Polsce
Wody naturalne w Polsce dzieli się na 3 klasy czystości. Podział ten stanowi podstawę ochrony wód. Warunkiem zakwalifikowania wody do danej klasy jest nie przekroczenie ustalonych dla tej klasy wartości wszystkich wskaźników zanieczyszczenia (zanieczyszczenia wód).
Do I klasy czystości zalicza się wody, które mogą być używane do hodowli ryb łososiowatych, a po uzdatnieniu do picia.
W II klasie znajdują się wody nadające się do hodowli ryb, zwierząt gospodarskich, rekreacji.
III klasa czystości obejmuje wody przeznaczone do niektórych celów przemysłowych i rolniczych.
Wody, które nie spełniają wymagań III klasy czystości mogą być użytkowane tylko do żeglugi.
Sposób uzdatniania wody do celów spożywczych
Zanieczyszczoną wodę, która będzie wykorzystana do celów spożywczych poddaje się procesowi uzdatniania. W czasie tego procesu woda podlega:
• filtracji na złożu piasku
• adsorpcji
• dezynfekcji, która polega na usuwaniu bakterii przez dodatek chloru lub ozonu
Jeżeli jest to woda pod postacią ścieku to przed wypuszczeniem do rzek i zbiorników wodnych, woda jest oczyszczana z wszystkich zanieczyszczeń znajdujących się w wodzie. Taki proces obejmuje:
• oczyszczanie mechaniczne (oddzielenie stałych substancji od wody)
• oczyszczanie biologiczne (mikrobiologiczny, tlenowy rozkład substancji organicznych)
• oczyszczanie chemiczne (klarowanie końcowe, które polega na wytrącaniu jonów fosforanowych, usuwaniu metali ciężkich w postaci wodorotlenków lub węglanów).
Wtórny odzysk wody
Pierwszym etapem oczyszczania ścieków jest mechaniczne zatrzymywanie zanieczyszczeń stałych (szmaty, papier, butelki) i oddzielnie zawiesiny. Biologiczne oczyszczanie jest drugim etapem tego procesu. Resztki materii organicznej są rozkładane przez zespoły mikroorganizmów, które nazywamy osadem czynnym.
Dzięki dużej ilości substancji pokarmowych organizmy tworzące osad czynny rozwijają się i rozmnażają bardzo intensywnie. Zużywają przy tym ogromne ilości tlenu, który dostarcza się do wody dużymi turbinami (aeratorami). Napowietrzanie odbywa się w dużych basenach nazywanych komorami napowietrzniającymi. Trzecim etapem jest oczyszczanie chemiczne, które polega na wprowadzaniu do ścieków substancji unieszkodliwiających trujące związki
Chemiczne. W wyniku chemicznego oczyszczania zanieczyszczenia zawarte w wodzie zbijają się w większe bryłki. Proces ten nazywamy koagulacją. W tej postaci łatwo zatrzymują się na powierzchni filtrów.
Na podstawie wyglądu i smaku wody nie można stwierdzić, czy woda nadaje się do spożycia. Mikroorganizmy chorobotwórcze są niewidoczne gołym okiem i najczęściej nie wpływają na smak wody. Dlatego też woda przeznaczona do picia musi być dezynfekowana.
Jedną z metod, która gwarantuje usunięcie bakterii chorobotwórczych, jest chlorowanie. Dezynfekowanie wody ozonem i promieniami ultrafioletowymi jest kosztowniejsze, ale coraz częściej stosowane. Kolejnym etapem usuwania niekorzystnych cech wody jest jej filtrowanie przez filtry zawierające substancje o dużej chłonności, na przykład węgiel aktywowany.
W procesach oczyszczania ścieków stosuje się metody mechaniczne, chemiczne, biologiczne, mieszane i dezynfekcję. W zależności od rodzaju ścieków proces oczyszczania powinien być tak pomyślany, aby przy minimalnym nakładzie kosztów uzyskiwać najwyższy możliwy stopień oczyszczenia. W tym celu stosuje się jedną lub kilka z wymienionych metod oczyszczania.
Metody mechaniczne
Polegają one na usunięciu grubszych zawiesin organicznych i mineralnych oraz ciał pływających. Usuwa się je za pomocą krat, sit, piaskowników, tłuszczowników oraz osadników różnego typu. Kraty i sita są mechanicznymi przegrodami ustawionymi na drodze spływu ścieków. Osadzające się na nich zanieczyszczenia, zwane skratkami, usuwa się okresowo ręcznie lub mechanicznie. Następnie poddaje się je procesom kompostowania lub po rozdrobnieniu w dezintegratorach zawraca się do obiegu. Kraty zatrzymują grubsze frakcje zanieczyszczeń, sita - drobniejsze (ok. 5 mm). Drobniejsze frakcje nadają się do przeróbki w komorach fermentacyjnych lub biotermicznych. Produktem jest tzw. biogaz oraz przefermentowany osad, nadający się do użycia jako nawóz.
Piaskowniki zatrzymują cięższe zanieczyszczenia ziarniste takie jak piasek, muły węglowe itp.
Tłuszczowniki służą do oddzielania zanieczyszczeń o gęstościach mniejszych od wody, co powoduje, że unoszą się na jej powierzchni.
Osadniki służą do usuwania ze ścieków zanieczyszczeń łatwo opadających.
Oczyszczanie ścieków odbywa się w sposób ciągły z wykorzystaniem sił grawitacyjnych.
Metody chemiczne
Do oczyszczania ścieków przemysłowych zawierających chemiczne związki organiczne, metale ciężkie itp. stosuje się metody fizyko-chemiczne jak i chemiczne. Zalicza się do nich koagulację, neutralizację, ekstrakcję, sorpcję, elektrolizę i destylację. W zależności od składu ścieków można prowadzić oczyszczanie jedną lub kilkoma z podanych metod.
Koagulacja. Procesy koagulacji ścieków są podobne do zachodzących podczas oczyszczania wody Polegają na łączeniu cząstek koloidowych w większe zespoły, w wyniku czego wytrąca się osad w postaci zwartego koagulatu.
Metoda biologiczna
Wykorzystanie procesów biochemicznych i częściowo fizycznych do oczyszczania ścieków pozwala uzyskać dalsze obniżenie ładunku substancji organicznych. Stosuje się je zwykle jako kolejny stopień oczyszczania w przypadku, gdy metody zastosowane wcześniej nie zapewniają odpowiedniej klasy czystości wody zrzucanej do odbiorników. Oczyszczanie biologiczne przebiega zarówno w warunkach tlenowych, niedotlenionych jak i beztlenowych i polega na utlenianiu oraz mineralizacji związków organicznych zawartych w ściekach przy udziale mikro i makroorganizmów. Mikroorganizmy te zużywają związki zawarte w ściekach jako pokarm i podstawę przemiany materii. Zasada oczyszczania jest taka sama, jak w przypadku naturalnego samooczyszczania się zbiorników wodnych. Różnica polega na stworzeniu optymalnych warunków przebiegu procesu (obecność tlenu, pożywki, mieszanie mechaniczne, temperatura, pH itp.), które zwiększają szybkość i skuteczność procesu. Metody biologiczne dzieli się na naturalne i sztuczne. Do naturalnych zlicza się metodę pól irygacyjnych i pól filtracyjnych. Do sztucznych zalicza się metodę złoża spłukiwanego i osadu czynnego.