Téma 27 :
Znečistění vod Zdroje, původ, typy a důsledky
literatura : • • • •
Znečistění vod : učebnice Lellák a Kubíček, 1991: strana 167 – 196 (z toho : - acidifikace str.167, - eutrofizace str. 172, - čištění odpadních vod str. 188
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)
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
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
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
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 H2SO4 a HNO3 • jejich následkem je acidifikace jezer a toků
Acidifikace půd a vod : • vzniká v důsledku „kyselých dešťů“ : • ze spalování fosilních paliv se do atmosféry dostává : - SO2 (zejména z hnědého uhlí s vysokým obsahem S) a - oxidy dusíku NOx (hlavně vysokoteplotním spalováním v motorech aut) • SO2 oxiduje na SO3 a dává vznik H2SO4, která prší v kyselých deštích, často velmi daleko od zdroje znečistění ovzduší • z oxidů N posléze HNO3 v dešti ...
Acidifikace půd a vod : • vedle shora popsané mokré depozice v dešti, sněhu či mlze probíhá ještě tzv. suchá depozice síry : za vysokého obsahu SO2 v atmosféře se zachycuje SO2 a aerosol SO42- na povrchu vegetace, kde SO2 oxiduje na H2SO4 – 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
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
Acidifikace půd a vod : • dešťová voda neznečistěná exhalacemi s oxidy S a N obsahuje anionty HCO3- 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 H2SO4 , 30% HNO3 , v USA 60% a 40%
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
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 Ca2+, Mg2+, 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 Aln+ a stopové kovy jako Zn2+, Mn2+
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 NO3- a SO42- jsou vyplavovány do toků a jezer • vyplavování je urychleno i odlesněním
Acidifikace půd a vod : • Průběh acidifikace jezera : • Dokud je pH > 5,5 , voda má dostatek HCO3- , 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 Al3+ 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 Al3+
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
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
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.
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
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 dolní části povodí, jsou spíše mělká a zvolna se zazemňují • eutrofizace původně vývoj jezera od stavu oligotrofního postupně k eutrofnímu ...
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)
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)
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 ....
Eutrofizace vod : • Řasy silně odčerpávají HCO3- a zvyšují pH až do hodnot výskytu toxického NH3 • posléze uhynou a následně : • na rozklad vytvořené organické hmoty se kyslík z vody spotřebuje – vyčerpání O2, hynutí ryb • navíc se voda zatíží produkty neúplného rozkladu biomasy – problémy s chutí, zápachem, úpravou vody
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
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 ...)
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
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 106 x větší
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 (BSK5) asi na 1/3, množství nerozpust. látek asi na polovinu cca do 1995-96
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 ...
