VODA POD DROBNOHLEDEM

G Y M N Á Z I U M V. N O V Á K A JINDŘICHŮV HRADEC H U S OVA 3 3 3 / I I , 3 7 7 0 1 JINDŘICHŮV HRADEC

VO DA P O D D RO B N O H L E D E M UČEBNÍ MATERIÁL PRO ŽÁKY ZÁKLADNÍCH ŠKOL A NIŽŠÍCH ROČNÍKŮ GYMNÁZIÍ NA JINDŘICHOHRADECKU Výstup z projektu v oblasti EVVO Voda a já GVN J. Hradec, 2008

VO DA P OD DRO B NO HL E DE M UČEBNÍ MATERIÁL VÝSTUP Z PROJEKTU V O B L A S T I E V V O V O DA A J Á

Autoři: Recenzenti:

studenti 1.-3. ročníků GVN J. Hradec RNDr. Hana Hančová (GVN) Mgr. Ladislav Chocholouš (GVN) Mgr. Bohumír Jonák (GVN) Mgr. Irena Vybíralová (GVN) Mgr. Ladislava Zadinová (GVN) Editor: Mgr. Jan Fiala, Ph.D. (GVN) Partneři projektu Voda a já: Gymnázium V. Nováka Jindřichův Hradec Město Jindřichův Hradec Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy ČR Občanské sdružení Hamerský potok Občanské sdružení Jindřichohradecká kulturní společnost Rybářství Jindřichův Hradec, a.s. Zámecká akvária, a.s. Národní památkový ústav ČR Calla - Sdružení pro záchranu prostředí EkoWATT, Centrum pro obnovitelné zdroje a úspory energie ČEZ, a.s. Vodovody a kanalizace Jižní Čechy, a.s. Pekárna Jindřichův Hradec DK OPEN, spol. s r.o.

Projekt Voda a já byl finančně podpořen MŠMT v rámci rozvojového programu Podpora environmentálního vzdělávání, výchovy a osvěty (EVVO) ve školách v roce 2008, čj. 29151 /2007-22.

Ú VODNÍ SLOVO ŽÁKŮM A UČITELŮM Milí žáci! V červnu 2008 jste se zúčastnili projektu Voda a já. V pondělí 23. června jste prošli celkem sedm informačních stanovišť, kde jste se seznámili s mnoha skutečnostmi o vodě. Nyní si vše můžete pod vedením svých učitelů zopakovat. Voda je nezbytným předpokladem života člověka na Zemi, a tak věřím, že budete vodu nejen dále poznávat a zkoumat, ale že ji budete také chránit. Děkuji Vám za účast na projektu a přeji Vám mnoho úspěchů při studiu. Následující text pro Vás připravili studenti Gymnázia V. Nováka. Vážení učitelé! Projekt Voda a já byl ukončen sestavením tohoto učebního materiálu. V textu jsou shrnuty všechny podstatné informace, které byly prezentovány na jednotlivých stanovištích při ekodnu. Text si neklade za cíl daná témata obsahově vyčerpat, ale obsahuje pouze nejvýznamnější poznatky, se kterými se měli žáci při ekodnu seznámit. Text je sestaven tak, aby žáky vybízel k dalšímu studiu. Materiál je určen žákům 6.-9. ročníků základních škol do výuky v předmětech biologie, chemie, fyzika, zeměpis a EVVO. Po dalším zpracování lze materiál využít jako konkrétní realizaci programu EVVO na Vaší škole. Text recenzovali dohlížející pedagogové z Gymnázia V. Nováka. Děkuji Vám za účast na projektu a za hodnocení jednotlivých stanovišť. Přeji Vám mnoho pracovních i osobních úspěchů a těším se na setkání s Vámi při některé z dalších akcí EVVO pořádaných Gymnáziem V. Nováka v Jindřichově Hradci. Mgr. Jan Fiala, Ph.D. Učitel GVN a koordinátor EVVO

Stanoviště číslo 1

VO DA NA Z E M I

ÚVOD

Stanoviště se zabývalo hydrosférou, jejím významem a uvedlo ji do souvislosti s globálními problémy. Žáci slyšeli základní informace o vodě (jejích formách a zastoupení na Zemi, koloběh vody apod.) a seznámili se s některými tzv. globálními problémy (kyselé deště, skleníkový efekt, znečištění vody, nedostatek vody na Zemi).

VODA NA Z EMI , K YSELÉ DEŠTĚ , SKLENÍKOVÝ EFEKT

Země se jeví z vesmíru jako modrá planeta. Vždyť ve vodě vznikl život a bez ní nemůže fungovat. Rozlišují se tři základní formy vody na Zemi: pevný stav (sníh, led), kapalný stav (oceány, řeky, nádrže) a plynný stav (vodní pára). Je překvapivé, že 97,7 % veškeré vody na Zemi je voda slaná a pouze 2,3% veškeré vody je sladké Obrázek 1: Země - modrá planeta

zastoupené ze třech čtvrtin v ledu a sněhu, necelá čtvrtina jako podpovrchová voda a pouhá asi 0,5 % voda povrchová (jezera, řeky, nádrže…) Voda na Zemi neustále obíhá v tzv. koloběhu. Člověk svou činností působí přírodě mnoho problémů, které nakonec vyústily v problémy globálního měřítka. Jeden z problémů posledních let jsou kyselé deště, které jsou způsobeny zejména oxidy síry z uhelných elektráren a ze sopečné činnosti a oxidy dusíku z automobilové dopravy. Tyto oxidy při styku s vodní párou snadno v atmosféře vytváří slabé kyseliny, které při deštích okyselují životní prostředí a způsobují změny pH půdy. Důsledkem je odumírání stromů a drobných živočichů. Další problém je skleníkový efekt, což je proces, při kterém atmosféra způsobuje ohřívání planety tím, že Obrázek 2: Princip skleníkového efektu absorbuje dopadající sluneční záření a zároveň brání jeho zpětnému odrazu do prostoru. Tento efekt způsobují především oxid uhličitý, vodní pára, methan a oxid dusný. Velké množství skleníkových plynů tkví v lidské činnosti (nejčastěji spalováním fosilních paliv, kácením lesů). Skleníkový efekt způsobuje globální oteplování, a tedy také tání ledovců, které způsobuje zvyšování hladiny světového oceánu. Tající ledovce a ledové příkrovy mají zvednout hladiny moří o 0,8 – 1,5 m do konce století (pesimističtější prognózy hovoří o 6 m). Ani si nedovedeme představit důsledky pro 10% populace (634 mil.), která žije na pobřežích, do nadmořské výšky 10 m. n. m. Patří mezi ně například města: Londýn, Tokio, New York, Shanghai, Jakarta, Hongkong a Singapur. Kdyby roztály všechny ledy světa, zvedla by se hladina oceánu o 65m! Bylo zjištěno, že již 90% ledovců světa taje. Jako vedlejší efekt tání ledovců je slábnutí toku Golfského proudu.

Třetím problémem spojeným s vodou je znečištění vody různými odpady a splašky z domácností a polí, a přitom máme k dispozici pouze omezené množství vody. Říká se: „Člověk si špiní svou studnu, z které pije.“ Spotřeba vody se neustále zvyšuje. Například v USA a Japonsku je to 300 l na osobu a den, v západní Evropě je to 170 l, v České republice 120 l. Naproti tomu v Africe je spotřeba vody na osobu a den jen 10 – 20 l (někde jen 5 l). Zásoby sladké vody se neustále zmenšují. Každý den každý člověk spotřebuje plno vody zbytečně, ať už spláchnutím pitné vody na WC (10-20 l, tj. spotřeba 1osoby v Africe za celý den), koupelí ve vaně (150 – 200 l), tak také mytím v myčce (20l). Mnoho vody se spotřebuje v průmyslu, zemědělství a energetice. To vše má za následek, že více jak 1miliarda lidí nemá přístup k nezávadné pitné vodě, 2,6 mld. lidí postrádají základní hygienické zázemí a 3 miliony lidí ročně umírá na následky kontaminace vody. SHRNUTÍ

Lidé chudých zemí trpí a umírají, ale lidé bohatých zemí žijí pohodlně a luxusně. Proto se musíme alespoň snažit s vodou šetřit. Příroda a člověk na Zemi jsou v ohrožení od člověka samého. KONTROLNÍ OTÁZKY A JEJICH SPRÁVNÁ ŘEŠENÍ

Otázka č. 1: Vyjmenuj skleníkové plyny. (oxid uhličitý, vodní páry, methan, oxid dusný) Otázka č. 2: Vyjmenuj plyny způsobující kyselé deště. (oxidy síry a dusíku)


ŽIVOT VE VODĚ

ÚVOD

Na stanovišti číslo dvě, které se zabývalo živočichy nacházejícími se ve vodě a jejím okolí, mohli žáci pozorovat pod mikroskopy drobné vodní organismy. Žáci se dozvěděli základní informace o vodním hmyzu, vodním ptactvu a šelmě vydře říční.

Ž IVOČIŠNÉ DRUHY NAŠICH VOD Život organismů ve vodě a jejím okolí závisí často na čistotě vody, na tom, zda je voda tekoucí či stojatá, na rozloze vodní plochy, na přítomnosti vodních porostů apod. Živočichové tvořící zooplankton (většinou drobní korýši milimetrových velikostí) jsou velice důležití jako potrava mladých ryb. Patří mezi ně například buchanka obecná nebo větší beruška vodní, která je hojná téměř ve všech stojatých vodách nezávisle na jejich čistotě, a blešivec obecný, který se vyskytuje pouze v čistých vodách. Obrázek 3: Vydra

Vodní hmyz je velice širokou skupinou. Z nejdůležitějších můžeme jmenovat vážky, jejichž dravé larvy – najády – žijí ve vodě a svou kořist loví pomocí přeměněného spodního pysku, takzvané masky. Najády šídel jsou schopné ulovit i pulce či menší rybku. Ze zástupců hmyzu žijícího ve vodě nebo u vody můžeme jmenovat šídlo modré či vážku ploskou, bruslařku obecnou, brouka potápníka vroubeného nebo velice zajímavého chrostíka velikého, jehož larvy si stavějí pouzdra slepená z nejrůznějšího přírodního materiálu. Řada druhů našeho vodního ptactva je kriticky ohrožena, jako například čírka obecná, která byla dříve dosti hojná. Dále jsou to zástupci řádu brodivých, a to kvakoš noční, bukáček malý a bukač velký, který již z naší přírody takřka vymizel. Naproti tomu přibývá dravců životem spjatých s vodou, a to jsou především orel mořský a moták pochop, který si staví svá hnízda v rákosí. Zajímavé je postavení kormorána velkého v naší přírodě. Jeho zvyšující se stavy jsou redukovány nezákonným odstřelem, neboť působí obrovské škody rybářům. Škody rybářům působí také vydra říční. Tato nádherná lasicovitá šelma byla v minulosti prakticky vyhubena, avšak v současné době se opět do naší přírody navrací.

Z OOPLANKTON POD MIKROSKOPEM , VÝSTAVKA VODNÍCH ŽIVOČICHŮ

V laboratoři biologie bylo možné pozorovat pomocí mikroskopů složky zooplanktonu, tedy již zmiňované malé vodní korýše. Dále si mohli žáci prohlédnout pod binokulární lupou najádu vážky a jiný vodní hmyz. Další druhy vodního hmyzu byly vystaveny v sousední učebně. Ve třídě biologie bylo možné s výkladem shlédnout preparované exponáty vodního ptactva: potápku roháče, potápku malou, bukače velkého, bukáčka malého, volavku popelavou, kachnu divokou, kopřivku obecnou, poláka velkého, poláka chocholačku, čírku obecnou, lysku černou, slípku zelenonohou, kormorána velkého a motáka pochopa. Výklad o vydře byl doplněn obrazovou prezentací a žáci si mohli prohlédnout lebku vydry.

SHRNUTÍ

Ve vodě a v její blízkosti žije mnoho různých druhů živočichů. Příroda je sama o sobě velmi zajímavá a nádherná, a to platí ve vodním prostředí dvojnásob. Je proto potřeba všechny vodní zdroje a jejich „obyvatele“ chránit! Obrázek 4: Orel mořský

KONTROLNÍ OTÁZKY A JEJICH SPRÁVNÁ ŘEŠENÍ

Při testu na druhém stanovišti měli žáci při prezentaci poznat pět vodních živočichů, kteří byli buď obecně známí, nebo se s nimi mohli žáci seznámit během výkladu. Byli to: šídlo modré, znakoplavka obecná, rak říční, mlok skvrnitý a kormorán velký.


FYZIKÁLNÍ A CHEMICKÉ VLASTNOSTI VO DY

ÚVOD

Na stanovišti číslo 3 se žáci rozdělili do 4 skupin, z nichž se každá věnovala rozdílným úkolům. Nejdříve se žáci mohli dozvědět něco více o tvrdosti vody. V úvodu si vyslechli stručné teoretické poznatky o tvrdosti vody, dále měli zájemci možnost si vyzkoušet jednoduchý pokus, který dokazoval, že jindřichohradecká voda není příliš tvrdá, a nakonec si prohlédli vystavené obrázky týkající se této problematiky. Na druhém místě se žáci zabývali kyselými dešti, jejich vznikem a důsledky, dále zkoušeli měřit pH. Na třetím stanovišti žáci mohli pomocí hustoměru měřit rozdílnou hustotu vody destilované a vody z moře Mrtvého, Středozemního a Černého. Voda byla v odměrných válcích a samozřejmě byl největší rozdíl hustoty mezi destilovanou vodou a vodou z Mrtvého moře. Dále si žáci mohli vyzkoušet měření hustoty vody. Na posledním místě se žáci seznámili s vodním filtrem a uvědomili si samočisticí schopnost vody.

T VRDOST VODY Tvrdost vody je vlastnost, která vyjadřuje obsah rozpuštěných nerostů (nejčastěji Ca2+ a Mg2+) ve vodě. Tvrdost vody má význam pro její využití jako pitné nebo užitkové vody. Je zdrojem vodního a kotelního kamene a ovlivňuje i chuťové vlastnosti vody. Tvrdost vody je přechodná nebo trvalá. V českých zemích se tvrdost vody měřila v tzv. německých stupních. Podle současných norem se vyjadřuje jako suma vápníku a hořčíku v mmol/l. Vodní kámen vytváří ideální prostředí pro množení virů a bakterií, které nám mohou způsobit různá infekční onemocnění. Proto je nutná pravidelná údržba povrchů, kde se vodní kámen vyskytuje.

P OKUS Žáci si jednoduchým pokusem ověřili, jak lze zvýšit tvrdost vody. Dobrovolníci si napěnili mýdlo na rukách, mydlinky smyly do skleněné vany a poté roztok za pomocí trubičky „nabublali“. Zjistili, že to jde snadno. To je také důkaz, že jindřichohradecká voda není příliš tvrdá. Poté přidali roztok síranu vápenatého a opět se pokoušeli vodu „nabublat“. Nyní se ovšem pěna nevytvořila, jelikož tvrdost vody se zvýšila. Ve tvrdé vodě mýdlo nepění. Dále měli žáci k dispozici mapu tvrdosti vody v České republice a obrázky vodního kamene. SHRNUTÍ

Tvrdost vody je vlastnost vyjadřující obsah iontů Ca2+ a Mg2+ ve vodě. Vodní kámen je třeba odstraňovat, protože je ideálním prostředím pro viry a bakterie a v neposlední řadě poškozuje i technická zařízení. Tvrdost vody je dočasná nebo trvalá. Tvrdost vody lze jak snížit, tak i zvýšit. (viz pokus)

K YSELÉ DEŠTĚ Kyselý déšť je typ srážek s pH nižším než 5,6. Je způsoben oxidy síry, které pocházejí z průmyslu a z výroby elektřiny, a vznikají při spalování fosilních paliv. Kyselý déšť je způsoben také oxidy dusíku pocházejícími například z výfukových plynů aut, které se rozptýlí do atmosféry a zreagují s vodou za tvorby kyselin síry a dusíku, ty pak padají na zem ve formě deště. V přírodě vznikají kyselé deště sopečnou činností a biologickými procesy v půdě a oceánech. Plyny mohou být přenášeny až stovky kilometrů, než spadnou

na zem v podobě deště. Je samozřejmé, že emise oxidů síry a dusíku se zvětšily od doby průmyslové revoluce. pH dešťových srážek dosahuje v silně průmyslových (a tedy i silně obydlených) oblastech hodnot až 2,4 (kyselost octa). Takové problémy řeší zejména v Rusku a v Číně. Kyselé deště mají obrovský vliv na životní prostředí. V silně průmyslových oblastech mohou způsobit až úplnou destrukci lesů – poškozují voskový povrch na listech stromů, které jsou tím pádem náchylnější k mrazu, houbám a hmyzu. Mohou také zpomalit růst kořenů natolik, že strom nemá dostatečnou výživu a umírá. Podobné účinky má i na ryby v rybnících a jezerech: žádná ryba nepřežije v prostředí s pH 4,5. Kyselé deště mobilizují toxické kovy jako hliník v jezerech. Růst fytoplanktonu je potlačován vysokou kyselostí vod a zvířata, která se jím živí, trpí hladem.

P OKUS Na našem stanovišti se žáci pokoušeli o přípravu kyselých dešťů. Připravovali je v baňce a dokazovali jejich kyselost. Zapálená síra v baňce hořela. Na dně baňky byla voda, která se smísila se vznikajícím oxidem sírovým a vznikla kyselina sírová. Postup můžeme chemicky zapsat takto: S(s ) + O2( g ) → SO2( g ) 2 SO2( g ) + O2( g ) → 2 SO3( g ) SO3( g ) + H 2O(l ) → H 2 SO4(aq )

Po vzniku kyseliny jsme užitím pH metru Obrázek 5: Les zasažený kyselým změřili pH (pH metry měří napětí mezi deštěm, Jizerské hory elektrodami a převádí ho na hodnotu pH, kterou zobrazuje na displeji). Děti si tak mohly ověřit kyselost těchto dešťů. Pro názornou ukázku se do kyseliny vložil list ze stromu a žáci pozorovali, co s ním kyselina udělá. SHRNUTÍ

Tématem stanoviště byly kyselé deště, které vznikají vázáním oxidů síry a dusíku na vodu a vodní páry. Kyselé deště významně přispívají ke snižování kvality životního prostředí a negativně ovlivňují druhovou rozmanitost.

H USTOTA VODY A JEJÍ MĚŘENÍ Hustota je obecně definovaná jako míra hmotnosti na jednotku objemu. Vyšší hustota objektu znamená vyšší poměr jeho hmotnosti a objemu. Průměrná hustota objektu se rovná jeho celkové hmotnosti dělené jeho celkovým objemem. Hustší objekt(např.železo)bude mít menší objem než stejné množství nějaké méně husté substance (např.voda). Značí se řeckým písmenem [ró] a vypočítá se ρ= m Základní jednotka hustoty SI je kgm-3 . V

Moře, ve kterém nelze utonout-Mrtvé moře v Izraeli. Jeho voda je neobyčejně slaná, takže v ní nemůže žít žádný živý organismus. Horké a suché podnebí Palestiny způsobuje, že se voda z povrchu moře silně vypařuje. Tak se ovšem do ovzduší dostává jen voda, zatímco soli zůstávají v moři, a tím slanost vody stoupá. Obsahuje 27% soli, zatímco většina moří a oceánů jen 2-3%. Dohromady se množství soli v tomto moři odhaduje na 40 milionů tun. Voda je v něm tedy podstatně těžší než obyčejná voda mořská. V tak těžké kapalině není možné se utopit; hmotnost našeho těla je totiž znatelně menší než hmotnost stejného objemu velmi slané vody, a proto, podle Archimédova zákona, se člověk nemůže v Mrtvém moři utopit.

P OKUS Žáci podle vzoru vložili hustoměr do odměrného válce s vodou např. destilovanou a pozorovali, jak hluboko hustoměr klesne. Poté jej otřeli, aby se vody nemíchaly a vložili do vody z Mrtvého moře. Byl vidět jasný rozdíl ponoru hustoměru. Dále si prohlédli obrázky Mrtvého moře, kde se dozvěděli, že se v něm prakticky nedá utopit. Zajímavosti o tomto moři byly shrnuty na samostatném plakátu. Mimo jiné si prohlédli hustoměr, což je dole rozšířená skleněná trubice se stupnicí a olověnými kuličkami v dolní části. SHRNUTÍ

Hustota je tedy základní fyzikální veličinou a vypočítá se tak, že celkovou hmotnost tělesa vydělíme jeho celkovým objemem. Voda destilovaná je tedy nejméně hustá, neobsahuje prakticky žádné soli a příměsi, a proto se hustoměr ponoří nejvíce. Většina moří a oceánů obsahuje 2-3% solí, jedině v moři Mrtvém je to procent 27. Toto číslo se rok od roku zvyšuje.

P ÍSKOVÝ FILTR Na posledním místě v laboratoři chemie si žáci mohli prohlédnout a vyzkoušet vodní filtr, který se skládal z písku, štěrku a hrubších kamenů v průhledné trubici, tudíž bylo možno vidět, jak voda, znečištěná hlínou a příměsemi, protéká skrz tyto složky a čistí se. Vodní filtr lze najít všude v přírodě: Půda se skládá z písku, štěrkovité části a větších hrubších kamenů. Dešťová voda na ni dopadá, protéká těmito vrstvami, zbavuje se hrubých nečistot, které se zachycují a ulpívají v těchto vrstvách. Tak se vlastně voda čistí. Do spodních vod se dostává voda zbavená od hrubých nečistot, proto se mechanismus tohoto filtru užívá v čistírnách odpadních vod. V takto vyčistěné vodě ovšem zůstávají chemické látky (pesticidy, jedy atd.), které je potřeba odstranit jinými postupy.

P OKUS Žáci nalili znečištěnou vodu do připraveného filtru a pozorovali průtok vody filtrem a její čistění. Voda byla z filtru odváděna do kádinky. Žáci pohledem prověřili čistotu vody. SHRNUTÍ

Vodní filtr je v přírodním koloběhu velice důležitý. Zabraňuje zanášení spodních vod a pramenů, rovněž zamezuje zahnívání, tudíž omezuje přítomnost hnilobných bakterií ve vodě. Je nedílnou součástí čističek odpadních vod. Voda se čistí sama, ale pouze za předpokladu, že v ní jsou obsaženy všechny tyto složky: písek, štěrk a větší kameny. Jen tak je možné z vody odstranit všechny nečistoty. Tento systém, který příroda vytvořila, je jednoduchý a velice účinný. KONTROLNÍ OTÁZKY A JEJICH SPRÁVNÁ ŘEŠENÍ

Otázka číslo 1: Jaké jsou dva typy tvrdosti vody? (trvalá a dočasná) Otázka číslo 2: Co způsobuje kyselost dešťů? (výroba elektřiny, automobilová doprava a farmářství) Otázka číslo 3: Jak se vypočítá hustota? (ρ= m ) V

Otázka číslo 4: Kde se nejčastěji používá pískový filtr? (v čistírnách odpadních vod)


P Ř Í P R AVA P I T N É VO DY A Č I Š T Ě N Í O D PA D N Í C H V O D

ÚVOD

Cílem tohoto stanoviště bylo seznámit žáky s procesy úpravy pitné vody a procesem čištění odpadních vod. Při zpracování těchto témat jsme vycházeli z údajů získaných na exkurzi v úpravně pitné vody na Landštejně a čistírně odpadních vod v Jindřichově Hradci. Hlavním bodem stanoviště byla prezentace, která se zabývala zmíněnou problematikou.

Ú PRAVNA PITNÉ VODY Úpravna pitné vody v Landštejně byla vybudována na přehradě na potoku Struhovci. Do provozu byla uvedena v roce 1974. Voda z této přehrady je velmi kvalitní a v podstatě by se nemusela vůbec upravovat (například 3-4 měsíce v roce je pod hodnotou normy organických látek). Přesto jsou ale některé úpravy nezbytné. Obrázek 6: Vodní nádrž Landštejn

Voda z přehrady nejprve prochází tzv. ozonizací, což je proces, při kterém se do vody dávkuje ozon (O3),který se postará o likvidaci bakterií a virů a odstranění Fe a Mn z vody. Další fází je tzv. přímé ztvrzování. Voda je totiž příliš měkká, a proto je nutné ji ztvrdit. Toho se docílí přidáním CO2 a CaCO3. Vápno je uloženo v nádrži, ve které se ředí a dávkuje. Dávkování probíhá automaticky podle hodnoty pH. Dalším krokem při úpravě pitné vody je odstranění organických látek. Na to se používá roztok Al2(SO4)3, který je ředěn a dávkován automaticky. Jeho působením se organické látky vysráží a vytvoří vločky. Tyto je nutno z vody odstranit a k tomu slouží tzv. filtry. Osm tlakových filtrů vločky dokonale zachytí. Jsou zde ještě další dva filtry s aktivním uhlím, které odstraňují z vody pachy, způsobené výskytem sinic. Po filtraci se do vody dávkuje ještě vápno a chlor. Úpravna Landštejn zásobuje pitnou vodou Dačicko a Novobystřicko. Jindřichův Hradec je zásobován pitnou vodou z přehrady Římov.

Č ISTĚNÍ ODPADNÍCH VOD Původní čistírna odpadních vod (ČOV) pro Jindřichův Hradec byla uvedena do provozu v roce 1976, v letech 1996-97 byla přestavěna a modernizována. Jak ČOV funguje? Odpadní vody z města jsou přiváděny jednotnou kanalizací přes lapák štěrku na hrubé česle a rotační síto s průlinami 5 mm, součástí česlí je lis a promývání shrabků, které jsou odváženy na skládku. Následuje lapák písku, ze kterého se vypraný a Obrázek 7: Čistírna odpadních vod odvodněný písek ukládá na valník. Za tímto Jindřichův Hradec hrubým předčištěním se přítok odpadních vod rozděluje na dvě horizontálně protékané usazovací nádrže, které jsou vybaveny stíráním dna i hladiny pojezdovým mostem. Kal je odtahován do čerpací jímky, odkud se odčerpává do kalového hospodářství ČOV. Přítok odpadních vod a kal z regenerace natéká nejprvedo anaerobních nádrží, pak je přiváděna do dvou paralelních linek. K separaci kalu slouží dvě kruhové dosazovací nádrže opatřené pojezdovým mostem pro stírání dna a hladiny, vratný kal je čerpán do regenerace, přebytečný je čerpán před usazovací nádrže a likvidován společně s primárním kalem. Vyčištěné vody odtékají přímo do Řečičky nebo do biologického rybníka. Kalové hospodářství se skládá ze dvou vyhnívacích nádrží

pro vyhnívání kalu, dvou uskladňovacích nádrží, plynové kompresorovny a membránového plynojemu, dále se odvodňuje vyhnilý kal, vlisovaný kal je odváděn ke kompostování.

K OŘENOVÁ ČISTÍRNA ODPADNÍCH VOD Kromě klasického čištění ve velkých čističkách existují i různé alternativní způsoby čištění odpadních vod. Jedním z nich je kořenová čistírna. Její podstata je velmi jednoduchá: Spočívá v tom, že voda se vypustí do uměle zbudovaného mokřadu s rostlinami jako jsou např. orobince, chrastice rákosovitá, skřípinec jezerní, kosatec žlutý apod. Voda prochází přes těla těchto rostlin Obrázek 8: Kořenová čistírna a v jejich pletivech pak zůstávají např. těžké kovy. Lipoltice Problémem je, že tyto látky v rostlinách zůstávají a je zde tedy problém z likvidací těchto rostlin. Nemohou se například spalovat, protože těžké kovy by se uvolnily do ovzduší a čistící efekt by byl nulový.

P ÍSKOVÝ FILTR Součástí stanoviště byl model pískového filtru, který slouží k demonstraci procesu čistění vody. Pískový filtr se skládá z vrstvy jemného písku, vrstvy hrubého písku a vrstvy štěrku. SHRNUTÍ

Čištění odpadních vod je náročný technologicko-chemický proces, který je energeticky, a tím I finančně velmi náročný. Alternativou klasických čistíren odpadních vod jsou tzv. kořenové čistírny. Úprava pitné vody probíhá v úpravnách vod. Na Zemi stále roste spotřeba pitné vody a ubývá jejích zdrojů. Vodu je nutné aktivně chránit! KONTROLNÍ OTÁZKY A JEJICH SPRÁVNÁ ŘEŠENÍ

Otázka č. 1: Odkud je zásobován Jindřichův Hradec pitnou vodou? (Přehrada Římov) Otázka č. 2: Jaké rostliny se používají v kořenové čistírně odpadních vod? (orobince, chrastice, rákosovitá, skřípinec jezerní, kosatec žlutý)

Obrázek 9: Orobinec


ROSTLINY STOJATÝCH VOD A MOKŘADŮ

ÚVOD

Na stanovišti číslo 5 se žáci mohli dozvědět, jak se vyvíjí břehové rostliny, mohli poznat rostliny, které rostou na březích, a mohli porovnat, jak vypadá voda s řasami a jak voda se sinicemi.

R OSTLINSTVO OKOLÍ VODNÍCH PLOCH Flóra se v okolí řek a rybníků příliš neliší. Břehové porosty tvoří říční rákosiny a dvouděložné bylinné druhy. Ve vodě žijí rostliny, které se tomuto prostředí velmi dobře přizpůsobily. Můžeme zde pozorovat rostlinné druhy: − plovoucí na hladině (např. okřehek) − zcela ponořené (např. vodní mor kanadský) − kořenující na dně (např. leknín) Obrázek 10: Leknín bílý

Okolí vodních ploch je pod velkým vlivem tzv. sukcese. Sukcese je ekologický termín označující vývoj a změny ve složení společenstev v ekosystému. Rozlišujeme tzv. primární sukcesi, odehrávající se od začátku na novém území (čili popisující vznik společenstev) a sekundární sukcesi, která zahrnuje vývoj již existujících společenstev. V primární sukcesi se nově tvoří travnaté břehové porosty (např. psárka plavá), rákosiny (např. ostřice), vrbiny (např. vrba jíva) a olšiny (např. olše lepkavá). Když přijde v místech vodních ploch nějaká katastrofa (např. povodeň nebo požár), celé společenstvo ekosystému se zničí nebo odplaví. Postupem času začnou postižená místa opět zarůstat. Tomuto ději se říká sekundární sukcese . Čistá voda je ta, ve které můžeme vidět až několik metrů na dno. To je způsobeno skutečností, že obsahuje málo živin. Většina našich vod je ale tzv. eutrofních, tzn. obsahují přebytek živin. Když přibývají ve vodě živiny, roste více rostlin, které tlejí na dně vodní nádrže či řeky. Tím vzniká více bahna, v něm se daří sinicím. Když nasadíme do vody ryby, např. kapry, rozhodně ji tím nevyčistíme. Kapři totiž požírají perloočky, které se živí Obrázek 11: Voda zasažená sinicemi řasami, a když perloočky ve vodě nejsou, tak vzniká „zelený rybník“ plný řas. Takže když je rybník bez kaprů, je tam méně řas, a tím pádem je voda čistá. Zelené řasy se vyskytují v celém rybníku. Sinice se drží při hladině a svými jedy způsobují alergie. Počet sinic můžeme zredukovat chemickými prostředky aplikovanými do vody, např. síranem hlinitým nebo modrou skalicí.

V ÝSTAVKA ROSTLIN Na výstavce byly vystaveny živé ukázky těchto rostlin: chrastice, ostřice, rdesno obojživelné, psárka luční, pryskyřník, kostival, lipnice luční, srha říznačka, lopuch, bříza, javor klen, javor mléč, vrba jíva, psárka plavá, pryskyřník lítý, jetel luční. Na výstavce byly dále PET-láhve se dvěma vzorky vody. V jedné byly sinice a ve druhé řasy. Žáci mohli vidět, že se sinice držely u hladiny a řasy byly v celém vodním sloupci.

Obrázek 12: Kostival

Obrázek 13: Rdesno obojživelné

SHRNUTÍ

Břehové rostlinstvo je ovlivňováno sukcesemi. Častými břehovými rostlinami jsou rákosy, různé druhy trav a vrby a olše. Velké problémy způsobuje vysoký obsah živin ve vodě: sinice a řasy znehodnocují kvalitu vody. KONTROLNÍ OTÁZKY A JEJICH SPRÁVNÁ ŘEŠENÍ

Otázka číslo 1: Uveďte správný název vystavených břehových rostlin, se kterými jste se mohli na stanovišti seznámit. (javor klen, pryskyřník lítý, vrba jíva, olše lepkavá, ostřice, rdesno obojživelné)


VO DA JA KO O B N OV I T E L N Ý Z DRO J ENERGIE

Obrázek 14: Pohled do Křižíkovy elektrárny

ÚVOD

Na našem stanovišti jsme se zabývali obnovitelnými zdroji energie. Zaměřili jsme se na energii vody, její využití a následné zpracování. Rozpracovali jsme různé podoby vodní energie a principy jejího využití, dále typy vodních elektráren a turbín. Prohlédnout si žáci mohli technickou část Křižíkovy elektrárny. HISTORIE MLÝNA ,

F RANTIŠEK K ŘIŽÍK

Písemné zmínky o zámeckém mlýnu jsou již z roku 1485. V roce 1551 byl mlýn přestavěn Jáchymem z Hradce a v 17. století byl vybaven 14 vodními koly, od té doby se mu říkalo „U čtrnácti“. Vlivem maďarské konkurence byl nakonec roku 1887 přeměněn na první vodní elektrárnu v Předlitavsku a byla zde Františkem Křižíkem instalována dvě dynama na stejnosměrný proud. Jindřichův Hradec se

Obrázek 15: František Křižík

díky tomu stal prvním elektricky osvětleným městem v českých zemích. Později byl vybaven dvěma Francissovými turbínami a dynamo bylo nahrazeno výkonnějším generátorem. Roku 1998 budovu odkoupil Národní památkový ústav v Českých Budějovicích a kompletně ji zrekonstruoval. František Křižík byl významný český technik, průmyslník a vynálezce. Jeho nejznámějším vynálezem byla oblouková lampa se samočinnou regulací. Vybudoval světelnou fontánu na pražském výstavišti, zdokonalil elektrické tramvaje a mnoho dalších zařízení. I když díky svému lpění na stejnosměrném proudu místo výhodnějšího střídavého nakonec zemřel v chudobě, byl pohřben s velkými poctami na vyšehradském Slavíně.

S TRUČNÁ HISTORIE VODNÍCH ELEKTRÁREN První využití vodní energie je zaznamenáno v době 200 let př. n. l. jako pohon mlýnských kamenů vodním kolem. Tato vodní kola byla hojně využívána v mlýnech ve starověkém Římě a po jeho rozpadu se během středověku jejich použití rozšířilo po celé Evropě. Stavěly se např. vodou poháněné pily a kovárny (hamry). Až v 18. Století začaly probíhat experimenty a fyzikální zkoumání způsobů využití vodní energie, které vedly i ke vzniku první turbíny roku 1826. V této době se voda začala používat i jako zdroj elektrické energie a roku 1881 byly postaveny první vodní elektrárny v USA a Anglii. Po prosazení střídavého proudu se rozšířily do celého světa. První vodní elektrárna v Čechách byla postavena Františkem Křižíkem právě zde, Obrázek 16: Vodní kolo v J. Hradci. Technika převodu vodní energie na elektrickou se během 20. století dále vyvíjela a dnes jsou vodní elektrárny jedním z významných energetických zdrojů.

VODA JAKO OBNOVITELNÝ ZDROJ ENERGIE Obnovitelné zdroje energie jsou takové zdroje energie, jejichž potenciál, zásoby, jsou téměř, nebo plně nevyčerpatelné (například Slunce bude svítit ještě mnoho milionů let, řeky se nezastaví a vítr nám také foukat nepřestane). Člověk využívá obnovitelné zdroje energie na Zemi, aby ušetřil neobnovitelné zdroje energie (uhlí, uran apod.) a aby se aktivně podílel na ochraně životního prostředí.

K obnovitelným zdrojům energie patří: - Voda - Využíváme potenciálů řek, jezer, moří ...(průtokové, přílivové, příbojové a další typy vodních elektráren). Výhodou jsou nízké výrobní náklady a vysoká životnost, nevýhodou je, že vodní elektrárnu lze stavět jen ve vhodných místech. - Slunce, sluneční záření – Např. sluneční kolektory (vytápění budov a ohřev teplé užitkové vody) a sluneční pece (soustava parabolických zrcadel směřujících do jednoho bodu) Představuje největší potenciál energie, má široké využití, nevýhodou jsou závislost na počasí a vysoké pořizovací náklady v poměru s výkonem. - Vítr - Od vertikálně umístěných tak jak je známe, přes horizontální až po nové modely přizpůsobující se podle směru větru (princip draka). Výhodou je dobrá finanční dostupnost a vysoká životnost, nevýhodou závislost na počasí (riziko kolísání výkonu) a určitá míra hlučnosti. - Geotermální energie Země - Využíváme tepelného potenciálu zemského jádra, především k vytápění a ohřevu teplé užitkové vody. - Biomasa – Využíváme zbytky rostlin a dřevin k výrobě methanu, jeho spalováním se zajišťuje především vytápění budov.

T YPY VODNÍCH ELEKTRÁREN -

Typy vodních elektráren: akumulační vodní elektrárny přečerpávací vodní elektrárny elektrárny využívající energie vlnění vody (hladiny) elektrárny využívající energii příboje elektrárny využívající energii mořských proudů elektrárny využívající energii přílivu a odlivu Obrázek 17: Dolní nádrž přečerpávací elektrárny Dlouhé stráně

VODNÍ TURBÍNA A JEJÍ TYPY

Vodní turbína je mechanický rotační stroj, který se skládá z jednoho nebo více pohyblivých lopatkových kol umístěných na společné hřídeli, mezi nimiž aktivně prochází voda. Kinetická a tlaková energie proudící kapaliny je v turbíně přeměňována na rotační pohyb hřídele stroje.

Rozdělení turbín - podle uspořádání – vertikální. horizontální, šikmé - podle způsobu přivádění vody – přímoproudé, kolenové, kašové, spirální, kotlové - podle spádu – nízkotlaké (do 10m), středotlaké (do 100m), vysokotlaké (nad 100m) Bánkiho turbína je jednoduchá rovnotlaká turbína. Zvláštností je, že lopatky oběžného kola jsou obtékány ve dvou směrech. Oběžné kolo Bánkiho turbíny je tvořeno dvěma kruhovými deskami, mezi nimiž jsou jednoduché lopatky. Připomíná mlýnské kolo. Kolo je uloženo ve skříni, k níž z jedné strany přitéká usměrněný proud vody. Voda přes lopatky vtéká dovnitř kola a odtud opět přes lopatky vytéká na druhé straně skříně ven. Při každém průtoku lopatkami odevzdá část své energie. Šnekové turbíny jsou založené na principu Archimédova šroubu. Využívá se všude tam, kde je malý spád a značné kolísání průtoku. Je navržen i jako doplňkový motor ke stávajícím turbínám (Bánki, Kaplan). Volně přitékající voda se vlévá do závitů šnekovnice. Zároveň působí svou hmotností po celé dráze svého klesání a jejím působením se médium vytvořené mezi sousedními šnekovými plochami, nosnou rourou a žlabem vine směrem dolů a tím roztáčí celou šnekovnici. Kaplanova turbína. Je přetlaková turbína s velmi dobrou možností regulace. Toho se využívá především v místech, kde není možné zajistit stálý průtok, nebo spád. Velkou výhodou je malá stavební výška, možnost instalace do malých strojoven u jezových elektráren nebo v jezových pilířích. Nevýhodou je značná mechanická složitost, vysoká cena a vyšší náklady na údržbu. Proto má význam tento typ turbíny instalovat pouze do lokalit, kde je to jejich hydrologickým charakterem skutečně opodstatněné.

Obrázek 18: Kaplanova, Peltonova a Francissova turbína

Peltonova turbína. Voda proudí na obvod rotoru pomocí trysek, vystupuje kruhovým paprskem a dopadá na lopatky lžičkovitého tvaru. Každá z lopatek se postaví proti směru

toku vody a tak otočí její směr. Výsledkem vzniklých sil je pohyb rotoru turbíny. Peltonova turbína je nejefektivnější v případě vysokého tlaku přívodní vody. Nestaví se pro spády menší než 30m. Francissova turbína. Je přetlaková turbína, což znamená, že pracovní kapalina během své cesty strojem mění tlak. Při tom odevzdává svou energii. Vstupní potrubí se postupně zužuje. Pomocí rozváděcích lopatek je voda směřována na rotor. Jak voda prochází rotorem, její rotační rychlost se zmenšuje a zároveň odevzdává energii rotoru. Turbíny u přečerpávacích vodních elektráren mohou sloužit i ve zpětném chodu, tedy také jako čerpadla vody. Vodní kola jsou nejstarší typ vodních turbín. Používala se v minulých stoletích, při spádech do 1,5 m a velmi proměnlivých průtocích. Jejich provozu nevadily ani drobné mechanické nečistoty. Existují dva typy: vodní kolo s horním náhonem a vodní kolo s dolním náhonem.

P RINCIP VÝROBY ELEKTRICKÉ ENERGIE Při zpracování energie vody se využívá její polohová (potenciální) a kinetická (pohybová) energie. Polohová energie se přeměňuje na pohybovou energii, která roztáčí turbínu vodní elektrárny. Turbína pohání generátor, který na principu elektromagnetické indukce vyrábí elektrickou energii. Ve vodních tocích a zásobárnách vody (ať už umělých či přírodních) je obrovský potenciál vodní energie, který člověk využívá už od pradávna.

SHRNUTÍ

Voda je jedním z tzv. obnovitelných zdrojů energie, kterou lze ve vodní elektrárně přeměnit na elektrickou energii. V zámeckém mlýně v Jindřichově Hradci je v provozu malá vodní elektrárna se dvěma Francissovými turbínami, kterou uvedl do provozu český vynálezce František Křižík. Obrázek 19: Zámecký mlýn v Jindřichově Hradci


Otázka č. 1: Jak se dříve nazýval mlýn? („U Čtrnácti“) Otázka č. 2: Jaký typ turbíny je použit v Křižíkově elektrárně? (Francissovy turbíny) Otázka č. 3: Jaký je instalovaný výkon malé vodní elektrárny? (do 10MW)


RYBY STOJATÝCH A TEKOUCÍCH VOD

ÚVOD

Následující text obsahuje informace o stanovišti č. 7, které bylo umístěno v jindřichohradeckém zámeckém akváriu. Stanoviště bylo tématicky zaměřeno na ryby, jako nejznámější živočichy vodního prostředí.

J IHOČESKÉ RYBNÍKÁŘSTVÍ V úvodu byli žáci seznámeni s historií vývoje jihočeského rybníkářství. Chov ryb v Čechách se stal po dlouhých staletích hospodářskou činností, která významně utvářela kulturní a přírodní ráz našeho kraje. Kdybychom se chtěli přenést strojem času do dob, kdy naši předkové začali provozovat toto řemeslo, museli bychom se vrátit nazpět o více než sedm set let. Tehdy se započala proměna do té doby Obrázek 20: Jakub Krčín z Jelčan a Sedlčan

bažinaté krajiny okolí Třeboňska na příkaz členů mocného šlechtického rodu Rožmberků. Ti do svých služeb zaměstnávali slavné stavitele rybničních systémů. Zlatou generaci těchto věci znalých mužů přineslo 16. století. Mezi nejznámější patří tvůrce Zlaté stoky Štěpánek Netolický a jeho vynikající žák Jakub Krčín z Jelčan, který vybudoval v letech 1584 až 1589 největší český rybník – Rožmberk. Jejich díla plní svůj hospodářský význam ještě dnes, po pěti stech letech. V Jindřichově Hradci nebyl v rybníku Vajgar nikdy provozován chov ryb v tak masivním měřítku jako například v oblasti Třeboně. Za zmínku však stojí, že rybník Vajgar byl jako součást opevnění města zbudován již v roce 1399 a patří tak k nejstarším vodním dílům v Čechách.

RYBY NAŠICH VOD Ve druhé části výkladu se návštěvníci dozvěděli několik základních informací o jednotlivých druzích chovných ryb vyskytujících se ve vodách jihočeských rybníků. Naše ryby dělíme do tří základních skupin – ryby lososovité (pstruh), ryby dravé (štika , candát , okoun, sumec) a ostatní bílé ryby (kapr, lín, jelec, parma, úhoř) – a byly zmíněny i další Obrázek 21: Kapr obecný zajímavosti, například o kaprovi obecném: nejedná se původem o rybu ze střední Evropy, byla k nám dovezena až z daleké Indie! PRAKTICKÁ ČÁST STANOVIŠTĚ

V praktické části si žáci prohlédli ryby chované v akváriu nacházejícím se v prostorách bývalých sklepení zámku. K vidění zde byly tradiční druhy vyskytující se ve vodách jihočeských rybníků, například kapr obecný, amur bílý, candát obecný, okoun říční, siven americký, sumeček americký, sumec velký, štika obecná, úhoř říční a jiné. Dále si děti mohly na předem připravených polystyrénových odřezcích ve tvaru malých rybek a pomocí barevných fixů vybarvit vlastní rybku, popřípadě zanechat svoje vzkazy a dojmy po shlédnutí akvária do návštěvní knihy.

SHRNUTÍ

Jižní Čechy mají bohatou historii rybníkářství. Chov ryb a s ním spojená vodní díla jsou jedním ze základních rysů jihočeské krajiny a dnes již také významnou kulturně-technicko-historickou památkou České republiky. K nejznámějším rybám našich vod patří například kapr, štika, candát, okoun a sumec.

Obrázek 22: Výlov rybníka


Otázka č. 1: Který z uvedených rybníkářů vybudoval rybník Rožmberk? (Jakub Krčín z Jelčan) Otázka č. 2: Do které kategorie našich ryb zařazujeme kapra obecného? (ostatní bílé ryby) Otázka č. 3: Pojmenujte rybu na obrázku: (Candát obecný)

Gymnázium V. Nováka v Jindřichově Hradci Husova 333/II 377 01 Jindřichův Hradec http://www.gvn.cz Ředitel školy: Mgr. Miloslav Vokáč Zástupce ředitele: Mgr. Miloš Maxa Koordinátor EVVO: Mgr. Jan Fiala, Ph.D. Učební materiál neprošel jazykovou korekcí.

GVN, J. Hradec, 2008

VODA POD DROBNOHLEDEM

Recommend Documents