Wykłady Ochrona srodowiska, rok1

$
#
g
u
i
d
{
D
4
E
D
9
E
7
B
E
B
F
6
EKOLOGIA I OCHRONA
ŚRODOWISKA
Wydział Towaroznawstwa
Kierunek: Zarządzanie i Inżynieria Produkcji, rok I
Materiały do wykładów na rok akademicki 2013/2014
Ryszard ZIELIŃSKI
Katedra Technologii i Analizy Instrumentalnej
Wydział Towaroznawstwa
Uniwersytet Ekonomiczny w Poznaniu
Literatura do przedmiotu
 Rocznik Statystyczny „Ochrona Środowiska 2012”.
Główny Urząd Statystyczny. Warszawa 2013.
 Mastalerz P.: „Ekologiczne kłamstwa ekowojowników.
Rzecz o szkodliwości kłamliwej propagandy ekologicznej”.
Wydawnictwo Chemiczne, Wrocław 2012.
 „ Atlas Radiologiczny Polski 2011”. Centralne Laboratorium
Ochrony Radiologicznej. Państwowa Agencja Atomistyki.
Warszawa 2012.
 Barnier M.: „Atlas wielkich zagrożeń. Ekologia – Środowisko Przyroda”. WNT, Warszawa 1995.
 Rule J.: „Problemy nauki o ochronie środowiska”. Wydawnictwo Uniwersytetu Marii Curie-Skłodowskiej, Lublin 1994.
Literatura do przedmiotu
 Pawlak Z.: „Ochrona środowiska dla ekonomistów”.
Inter-Inform, Poznań 2006.
 Małachowski K.: „Gospodarka a ekologia i środowiska”.
Wydawnictwo CeDeWu, Warszawa 2007.
 Głowniak B. Klempa E., Winnicki T.: „Podstawy ochrony
środowiska”. PWN, Warszawa 1985.
 O’Neil P.: „Chemia środowiska”. Wydawnictwo Naukowe
PWN, Warszawa-Wrocław 1998.
 Wolański N.: „Ekologia człowieka. Tom 1. Podstawy ochrony
środowiska”. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2006.
 Siemiński M.: „Środowiskowe zagrożenia zdrowia”.
Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2007.
 Siemiński M.: „Środowiskowe zagrożenia zdrowia. Inne
wyzwania”. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2006.
Motto
Nie jest sztuką czerpać z przyrody i brać z niej tak,
by ją przy tym zniszczyć doszczętnie.
Sztuką natomiast jest czerpać i brać tak,
by przyrody nie niszczyć, lecz zachować ją,
a nawet wzbogacać ...
Jan Jerzy Karpiński
Konieczny jest nowy sposób ludzkiego myślenia,
żeby ludzkość przeżyła i nadal się rozwijała
Albert Einstein
Naturalne środowisko człowieka
 Okresy historyczne
• Okresy wojen
• Okresy międzywojenne
 Cechy historii ludzkiej cywilizacji
• cykliczność zjawisk
• postęp, rozwój
• eksploatacja fizycznych zasobów Ziemi
 Przejawy bezładnej eksploatacji zasobów przyrody
• Trwonienie nieodnawialnych zasobów naturalnych
• Zanieczyszczenia, często skażenia powietrza, wody, gleby
• Zakłócenie równowagi w biosferze – zagrożenia
• Zaniechanie naturalnych metod produkcji żywności
Żywioły w różnych kulturach
europejska
prehistoryczna
helleńska/hinduska
ogień
powietrze
ogień
głód
eter
ziemia
Słońce
ziemia
woda
powietrze
woda
powietrze
ogień
wojna
chińska
japońska
tybetańska
ogień
ogień
ogień
drewno
ziemia
kosmos
ziemia
piorun
ziemia
woda
metal
woda
powietrze
woda
powietrze
Główne zagrożenia człowieka
Klasyfikacja zagrożeń według przyczyny powstawania


Naturalne
– efekt działania naturalnych sił przyrody
Antropogeniczne
– efekt działalności człowieka:
• gospodarczej (bytowej, produkcyjnej, usługowej)
• naukowo-badawczej
• edukacyjnej
• militarnej
• sabotażowej
• turystycznej
• politycznej (efekt zaniechania działań !!!)
18 głównych zagrożeń człowieka
przez naturalne siły przyrody


















Wyładowania atmosferyczne
Pioruny kuliste
Porywiste wiatry
Trąby powietrzna – tornada
Cyklony – tajfuny – huragany
Fale tsunami
Powodzie
Lawiny błotne
Lawiny śnieżne
Wybuchy gejzerów
Wybuchy wulkanów
Pyły wulkaniczne
Wyziewy toksycznych gazów z wnętrza Ziemi
Trzęsienia Ziemi
Susze
Pożary łąk i lasów
Burze piaskowe
Upadki obiektów pozaziemskich
Zdarzenia w historii Ziemi






zmiany parametrów orbity ziemskiej
zmiany systemu prądów oceanicznych
zmiany konfiguracji pola magnetycznego Ziemi i Słońca
erupcje wulkaniczne
działalność rolnicza i przemysłowa człowieka
zmiany w obiegu materii
Konsekwencje
 zmiany bilansu energetycznego Ziemi
 zmiana wielkości strumienia promieniowania kosmicznego
docierającego do Ziemi
 zmiany klimatyczne w środowisku
Ochrona środowiska
Ochronę środowiska można zapewnić poprzez:
 racjonalne wykorzystanie przyrody i jej zasobów
 stosowanie środków zapobiegawczych obejmujących
wykorzystanie urządzeń chroniących środowisko
 eliminowanie tych czynników działalności człowieka, które
są szkodliwe dla środowiska
 stosowanie technologii i rozwiązań technologicznych, które:
• nie tworzącą zagrożenia dla środowiska
• nie są uciążliwe dla środowiska
• ograniczają zagrożenia lub uciążliwość dla środowiska.
Ochrona środowiska
W praktycznym ujęciu ochrona środowiska obejmuje wszelkie
przedsięwzięcia, których celem jest:
 zapobieganie powstawaniu odpadów,
 ograniczenie ilości powstających odpadów,
 powtórne wykorzystanie odpadów,
 usuwanie zanieczyszczeń,
 unieszkodliwianie tych zanieczyszczeń, które powodują
degradację ekosystemów
Ochrona środowiska
 Klub Rzymski – 1968
 Interdyscyplinarny międzynarodowy program ONZ „Człowiek
i środowisko” w 1969 r.
 W 1969 r. raport Sekretarza Generalnego ONZ U Thanta pt.
„Człowiek i jego środowisko” używa termin „ochrona naturalnego środowiska człowieka"
 Deklaracja końcowa konferencji ONZ, Sztokholm, VI.1972 r.
nt. ochrony naturalnego środowiska człowieka
 Sozologia – prof. Walery Goetel (grec. sozo – chronić)
– nauka zajmująca się podstawami ochrony przyrody i jej
zasobów oraz zapewnieniem trwałości jej użytkowania
 Sozoekologia człowieka
 Bezpieczeństwo ekologiczne – kongres intelektualistów
Motywy działań ochronnych









kultowe, magiczne, religijne
gospodarcze
obronne
estetyczne
patriotyczne
kulturowo-historyczne
krajobrazowe
naukowe
społeczne
Antropopresja w ujęciu historycznym





Współżycie człowieka z przyrodą (– do VII w. n.e.)
Walka z przyrodą i nieznaczne jej przekształcenia
(VIII w. – XIII w.)
Przekształcenia odwracalne (XIV w. – XVIII w.)
Przekształcenia trudno odwracalne (ok.1800 – 1942)
Przekształcenia niebezpieczne dla biosfery (od 1942)
Różnorodność biologiczna



Pojęcie
Zróżnicowanie wszystkich żywych organizmów pochodzących, inter alia, z ekosystemów lądowych, morskich i innych
ekosystemów wodnych oraz systemów ekologicznych, których są one częścią składową. Różnorodność biologiczna
dotyczy zróżnicowania:
• w obrębie danego gatunku,
• pomiędzy gatunkami,
• pomiędzy ekosystemami.
Konwencja o różnorodności biologicznej (Dz. U. z 2002 r. nr
184, poz. 1532)
Konwencja ogłoszona i przyjęta podczas międzynarodowej
konferencji Środowisko i Rozwój (UNICED) znanej jako tzw.
Szczyt Ziemi w Rio de Janeiro w 1992 r.
Aktualne zadania ochrony przyrody
Zadania konserwatorskie

Zachowanie resztek pierwotnej przyrody, które są ważne
ze względów:
• idealnych,
• naukowych,
• estetycznych,
• historyczno-pamiątkarskich
Aktualne zadania ochrony przyrody
Zadania społeczno-gospodarcze

Utrzymanie naturalnych sił żywej przyrody w żywostanach
(biocenozach) podległych gospodarce człowieka, których
postępujące ubożenie jest synonimem gospodarki
rabunkowej
Aktualne zadania ochrony przyrody
Zadania uprawy krajobrazu



Uzdrowienie i odnowienie spustoszonych krajobrazów,
aby spotęgować ich siły wytwórcze i przekształcić w
zdrowe i piękne mieszkanie dla wszystkich obywateli
Pojednanie świata cywilizacji ludzkiej ze światem wolnej
przyrody w celu zapewnienia trwałej produkcyjności
świata przyrody
Metoda: planowanie przestrzenne
Pojęcie ekologii





Termin „ekologia” wprowadził w drugiej połowie XIX wieku
niemiecki profesor Ernest Heakel na określenie dyscypliny
naukowej u której podstaw leży biologia.
Słowo „ekologia” pochodzi od greckiego: oikos (dom,
miejsce bytowania) i logos (słowo, powieść).
Ekologia to nauka o funkcjonowaniu żywych organizmów w
powiązaniu z warunkami ich bytowania.
Ekologia to nauka o ekonomice przyrody, która bada
wzajemne zależności zachodzące:
• pomiędzy samymi żywymi organizmami,
• pomiędzy żywymi organizmami i otaczającym je żywym
lub martwym środowiskiem
Cele badań ekologicznych
• ustalenie zależności określających strukturę i funkcjonowanie życia na Ziemi
• określenie dróg ochrony naturalnych zasobów przyrody
Zadania ekologii



Poznanie czynników warunkujących życie i rozwój różnych
populacji i gatunków
Poznanie czynników ograniczających rozwój lub uniemożliwiających egzystencję różnych populacji i gatunków
Ochrona środowiska
Cechy przyrody ożywionej

Specyficzna budowa

Spełnianie funkcji fizjologicznych

Posiadanie własnej informacji genetycznej

Zdolność do reprodukcji

Posiadanie własnej, wewnętrznej homeostazy
Poziomy organizacji materii żywej











Poziom molekularny
Organoidy
Komórki
Tkanki
Narządy
Układy narządów
Organizm
Populacja
Gatunek
Biocenoza
Biosfera
Zjawiska a poziom organizacji materii








Poziom molekularny, organoidów, komórek
– zjawiska fizykochemiczne
Poziom tkanek, narządów, układów narządów
– zjawiska fizjologiczne
Poziom organizmu, populacji, gatunku
– zjawiska ewolucyjne
Poziom biocenozy, biosfery
– gospodarka materią (masą i energią)
Poziom molekularny – biologia molekularna, genetyka,
chemia fizyczna, biofizyka, biochemia
Poziom organoidów i komórek – cytologia
Poziom tkankowy – histologia
Poziom narządów i układów – fizjologia
Obiekty badań ekologicznych
Ekologia bada zjawiska zachodzące na pięciu najwyższych
szczeblach organizacji przyrody żywej. Są to szczeble:
 osobniczy (organizmu),
 populacyjny,
 gatunkowy,
 biocenotyczny,
 biosfery.
Klasyfikacja organizmów

TAKSON = GRUPA TAKSONOMICZNA
- nazwa grupy osobników posiadających charakterystyczny
zespół cech różniący je od innych grup (taksonów)

KRÓLESTWA = najwyższy takson
Podział:
•
•
•
•
•
Królestwo roślin (Plantea)
Królestwo zwierząt (Animalia)
Królestwo grzybów (Fungi)
Królestwo jednokomórkowców eukariotycznych (Protista)
Królestwo bakterii i sinic (Monera)
Populacja
Cechy osobnika, które nie są cechami danej populacji:
 płeć osobnika,
 barwa oczu,
 barwa sierści lub skóry,
 wiek,
 wzrost,
 masa ciała.
Cechy populacji, które nie stanowią cech poszczególnych
osobników tworzących daną populację, np.:

zagęszczenie,

rozmieszczenie,

śmiertelność,

struktura wiekowa,

struktura płciowa.
Populacja
Zagęszczenie populacji
 To stosunek liczebności populacji do określonej jednostki
powierzchni terenu, na którym ta populacja występuje.
Podstawowe typy rozmieszczenia osobników w populacji
 Typ równomierny – charakteryzuje go wyrównany rozkład
rozmieszczenia osobników w populacji.
 Typ losowy – charakteryzuje go przypadkowe rozmieszczenie osobników w populacji.
 Typ skupiskowy – to typ losowy dla grup.
Populacja
 Rozrodczość populacji – to wrodzona zdolność populacji
do wzrostu.
 Śmiertelność populacji – to stosunek liczby osobników
danej populacji wymierających w ciągu ściśle określonego
czasu w stosunku do początkowej liczby osobników tej
populacji.
 Struktura wiekowa populacji – to procent jaki stanowią
osobnicy rozpatrywanej populacji znajdujący się w określonym przedziale wiekowym obliczony w stosunku do ogólnej
liczby osobników danej populacji. Jest to bardzo ważna
cecha charakteryzująca populację, gdyż ma ona wpływ
zarówno na rozrodczość oraz śmiertelność populacji.
Populacja
 Struktura płciowa populacji
Jest to procent osobników rodzaju żeńskiego obliczony w
stosunku do ogólnej liczby osobników danej populacji.
 Modele wzrostu populacji
• Model "J" – wykładniczy
• Model "S" – logistyczny
Typy populacji – kryterium – struktura wiekowa populacji:



Rozwijające się
Ustabilizowane
Wymierające
Modele wzrostu populacji
Model "J" – wykładniczy
dN
 rN
dt
Model "S" - logistyczny
dN
KN
 rN
dt
K
dN/dt – szybkość wzrostu liczebności populacji
r – wskaźnik wzrostu populacji
N – wielkość populacji
K – wydolność środowiska (maksymalnie możliwa wielkość populacji)
Model „ J” wzrostu populacji
Zagęszczenie
dN
 rN
dt
Czas
Model „ S” wzrostu populacji
Zagęszczenie
K
dN
KN
 rN
dt
K
Czas
Populacje rozwijające się
Przedział wiekowy
% osobników
Populacje ustabilizowane
Przedział wiekowy
% osobników
Populacje wymierające
Przedział wiekowy
% osobników
Przyczyny śmiertelności

Środowiskowe
• Brak lub wyczerpanie rekwizytów niezbędnych do życia
• Przekroczenie wartości krytycznych parametrów zewnętrznych

Osobnicze
• Śmierć ze starości
• Wady konstytucyjne organizmu

Populacyjne
• Kanibalizm
• Konkurencja i inne koakcje nietolerancyjne

Biocenotyczne
• Działalność drapieżników, pasożytów,
• Rozwój organizmów chorobotwórczych
Relacje między organizmami (1)
Kryterium podziału:
Wpływ jaki na dany organizm ma obecność w jego środowisku
innego organizmu, który nie należy do tego samego gatunku.
Jak organizm A wpływa na organizm B
Organizm A korzysta na obecności organizmu B
 Mutualizm (symbioza) – B korzysta na obecności A
 Komensalizm – B nie odczuwa zmian wskutek obecności A
 Pasożytnictwo (drapieżnictwo) – B traci na obecności A
Relacje między organizmami (2)
Organizm A nie odnosi zmian wskutek obecności organizmu B
 Komensalizm – B korzysta na obecności A
 Neutralizm – B nie odczuwa zmian wskutek obecności A
 Amensalizm – B traci na obecności A
Organizm A traci na obecności organizmu B
 Pasożytnictwo – B korzysta na obecności A
 Amensalizm – B nie odczuwa zmian wskutek obecności A
 Konkurencja – B traci na obecności A
Populacja
Teoretyczne typy krzywych przeżywania populacji
 Model prostoliniowy
 Model wykładniczy
 Odwrócony model wykładniczy
 Model „koroshi”
Model prostoliniowy
 Model ten przewiduje stałą śmiertelność dla każdego wieku.
 Oznacza to, że według tego modelu z danym okresie czasu
umiera średnio taki sam procent osobników o danym wieku.
 W warunkach naturalnych ten typ krzywej śmiertelności jest
spotykany bardzo rzadko.
Przeżywalność
[%]
Wiek [%]
Model wykładniczy
 Model ten przewiduje bardzo wysoką śmiertelność wśród
osobników danego gatunku w młodym wieku oraz niską
śmiertelność osobników starszych.
 Model ten odpowiada większości populacji naturalnych.
 Eliminacji ulegają przede wszystkim osobniki słabe.
Przeżywalność
[%]
Wiek [%]
Odwrócony model wykładniczy
 Model ten przewiduje niską śmiertelność dla młodych
osobników oraz wysoką śmiertelność po przekroczeniu
pewnego wieku.
 Model ten jest charakterystyczny głównie dla człowieka.
Przeżywalność
[%]
Wiek [%]
Model „koroshi”
 Model ten przewiduje niską śmiertelność dla młodych osobników, wysoką po przekroczeniu pewnego wieku oraz skoki
na wykresie w różnym (głównie młodym i średnim wieku).
 Model ten jest charakterystyczny głównie dla społeczeństwa
Japonii (koroshi = śmierć z przepracowania).
Przeżywalność
[%]
Wiek [%]
Średnia długość życia w Polsce
Rok
2009
2015
2025
2035
Ogółem
75,8
76,3
78,1
80,0
Mężczyźni
71,5
72,3
74,6
77,1
Kobiety
80,1
80,2
81,5
82,9
Dane: Prognoza ludności dla Polski 2009-2035. GUS, Warszawa, 25.07.2012
Przewidywana długość życia w Polsce
Stan na rok 2010
Miasto
0
Kobiety
15
45
81,3
81,8
73,3
75,0
78,6
30
45
60
81,4
81,9
83,4
74,2
77,8
81,1
80,6
72,6
Mężczyźni
60
83,5
73,1
0
Wieś
Kobiety
15
81,2
80,7
Mężczyźni
30
71,4
72,0
72,8
Dane: Przeciętne dalsze trwanie życia. GUS, Warszawa, lipiec 2011
Dane: Prognoza ludności dla Polski 2009-2035. GUS, Warszawa, 27.07.2011
Przeżywalność populacji
Czynniki określające przeżywalność w warunkach naturalnych
 Zagęszczenie populacji
 Ilość pokarmu
 Dostępność pokarmu
 Obecność wrogów
 Czynniki fizykochemiczne środowiska
Przeżywalność populacji – oscylacje
dG/dt = Rg(grass grows) - Rdg(deer eat grass)
dD/dt = Rdb(deer born) - Rwd(woolves eat deer)
dW/dt = Rwb(woolvesborn) - Rwm(natural mortality of woolves)
Zm iany w ielkości populacji traw y, jeleni i w ilków
jako\funkcja czasu
3,5
Wielkość populacji
3,0
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5
0,0
0
10
20
30
40
Czas
Serie1
Serie2
Serie3
50
Przeżywalność populacji – oscylacje
dG/dt = Rg(grass grows) - Rdg(deer eat grass)
dD/dt = Rdb(deer born) - Rwd(woolves eat deer)
dW/dt = Rwb(woolvesborn) - Rwm(natural mortality of woolves)
Zależność ilości traw y i w ielkości populacji w ilków
od w ielkości populacji jeleni
3,5
3,0
Trawa, wilki
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5
0,0
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
Jelenie
1,4
1,6
Serie1
1,8
2,0
Serie2
Dynamika wzrostu populacji
Typy dynamiki liczebności populacji
 wykładniczy
 logistyczny
 cykliczny
 ustabilizowany
Typ wykładniczy wzrostu populacji
Liczba
osobników
Opady
Czas [miesiące]
Typ logistyczny wzrostu populacji
Liczba
osobników
Czas [lata]
Typ cykliczny wzrostu populacji
Liczba
osobników
Czas [lata]
Typ ustabilizowany wzrostu populacji
1,7 mln
Owce na Tasmanii
Czas [lata]
1814
1924
1850
Dynamika wzrostu populacji
Interpretacja ekologiczna typów dynamiki populacji
 Wypełnianie ekologiczne środowiska
 Wyczerpywanie zasobów środowiska
 Opanowanie populacji przez drapieżniki lub pasożyty
 Limitowanie liczebności przez gatunki eksploatujące
Czynniki anabiotyczne
Są to czynniki, które działają w sposób podobny przy różnym
stopniu organizacji populacji. Są to m.in.
 czynniki klimatyczne:
• wilgotność,
• temperatura,
• ciśnienie,
• nasłonecznienie,
 właściwości fizyko-chemiczne wody,
 właściwości fizyko-chemiczne gleby.
Czynniki biotyczne
 Są to elementy przyrody ożywionej (np. człowiek, zwierzę,
roślina, bakteria), które wywierają w określonej biocenozie
wpływ na siebie i otaczające je środowisko.
 Czynniki biotyczne wraz z czynnikami abiotycznymi oraz z
oddziaływaniami antropogenicznymi określają:
• warunki bytowania gatunku,
• dynamikę zmian jego liczebności.
 Czynniki biotyczne są szeroko wykorzystywane w przeobrażeniu środowiska i jego ochronie.
Oddziaływania: organizm - środowisko
Są zawsze związane z pojęciem akcji i reakcji.
 Akcja środowiska czyli bodziec
Oddziaływanie środowiska fizykochemicznego na
organizm, np. zmiany ciśnienia, wilgotności, temperatury
 Reakcja organizmu na środowisko
Dokonuje się poprzez:
• Wyczerpywanie zasobów środowiska
• Przekształcanie środowiska (wydzielanie, wydalanie
substancji z organizmu)
Oddziaływania: populacja - środowisko
Są zawsze związane z pojęciem akcji i reakcji.
 Akcja środowiska czyli bodziec
• Akcje letalne,
• Śmiertelność fizjologiczna,
• Oddziaływanie populacji z organizmami z innych
gatunków (źródło pokarmu, konkurenci)
 Reakcja populacji
Koakcje wewnątrz populacji = propagacja.
Biocenoza
 Stanowi najwyższy szczebel organizacji przyrody żywej.
Biocenoza jest to zgrupowanie populacji wszystkich gatunków żyjących w danym środowisku. W ramach biocenozy
dokonuje się krążenie materii, czyli masy i energii.
 Na poziomie biocenozy mogą wytwarzać się specyficzne
typy powiązań:
• powiązania protekcyjne, np. symbioza,
• powiązania antagonistyczne, np. konkurencja.
• powiązania obojętne, tzw. neutralizm.
Szereg troficzny
Łańcuch pokarmowy (tzw. szereg troficzny)
jest to uszeregowawanie wszystkich organizmów występujących w danym ekosystemie,
przez które następuje przepływ energii oraz
składników mineralnych. Szereg troficzny
danego ekosystemu tworzą odpowiednie
poziomy pokarmowe.
Energia Słońca
Producenci
Poziom pokarmowy (tzw. poziom troficzny)
jest to miejsce jakie dany organizm zajmuje
w szeregu pokarmowym. Wyróżnia się następujące główne poziomy pokarmowe:
• Producenci
• Konsumenci
• Reducenci
Konsumenci
Reducenci
Szereg troficzny
Producenci - to organizmy autotroficzne, które w danym ekosystemie produkują materię organiczną za pomocą energii słonecznej w wyniku procesu fotosyntezy.
Przedstawiciele: rośliny zielone, glony, sinice
Konsumenci = organizmy heterotroficzne, odżywiające się innymi organizmami, np. producentami lub konsumentami.
Przedstawiciele: roślinożerne ( np. gazela), mięsożerne (np.
tygrys), wszystkożerne (np. ops amerykański)
Reducenci = organizmy, które zdobywają substancje odżywcze w wyniku przeprowadzania rozkładu martwej materii organicznej i uwalnianiania z niej prostych związków nieorganicznych takich jak: CO2, azotany, fosforany i amoniak.
Reducenci stanowią ważny element każdego ekosystemu
gdyż powodują powrót składników mineralnych do gleby.
Przedstawiciele: bakterie, grzyby.
Szereg troficzny
Koprofagi = organizmy zwierzęce, które zdobywają substancję
odżywczą w wyniku spożywania kału innych zwierząt, głównie
roślinożerców. Trawią one powtórnie celulozę.
Przedstawiciele: Liczne owady (ponad 1 mln. gatunków).
Płynożercy = organizmy zwierzęce, które zdobywają substancję
odżywczą w wyniku spożywania płynów.
Przedstawiciele (według mechanizmu pobierania płynów):
• Motyl – wsysa płyny poprzez rurkę
• Mucha – zlizuje płyny języczkiem
• Kleszcz – wysysa płyn sztylecikiem po wkłuciu się w ciało ofiary
• Pijawka lekarska – wysysa płyn po przecięciu ciała ofiary szczękami
Szereg troficzny
Hematofagi = organizmy zwierzęce (płynożercy), dla których
substancję odżywczą stanowi krew kręgowców
Przedstawiciele: komary
Filtratory = organizmy zwierzęce żyjące w wodzie, które zdobywają substancję odżywczą w wyniku filtrowania zawartych w wodzie drobnych żywych lub martwych zawiesin. Narządy do pobierania materii składają się z sit i układu pompującego.
Rodzaje sit u filtratorów:
• Gardziel – przebita licznymi szczelinami, do której wodę
napędzają czułki otaczające otwór gębowy, np. lancetnik
• Odnóża – pokryte licznymi rzęskami, np. rozwielitka
• Płyty rogowe – tzw. fiszbiny, np. wieloryb fiszbinowy
Sieć pokarmowa
Definicja: układ powiązanych wzajemnie ze sobą łańcuchów
pokarmowych, np.
Ptaki drapieżne
Węże
Myszy
Ptaki
Rośliny
Owady
Owady drapieżne
Ryby
Ryby drapieżne
Piramidy ekologiczne
 W celu graficznego przedstawienia stosunków ilościowych
zachodzących pomiędzy liczebnością, a wielkością
organizmów różnych gatunków tworzących w danej
biocenozie odrębne szeregi pokarmowe (tzw. szeregi
troficzne) stosuje się tzw. piramidy Eltona określane także
jako tzw. piramidy ekologiczne.
Zasada budowy piramidy ekologicznej
 Podstawą piramidy jest pierwszy poziom troficzny, producenci
 Kolejne poziomy troficzne obejmujące konsumentów
kolejnych rzędów oraz reducentów (bakterie i grzyby)
stanowią następne warstwy piramidy ekologicznej.
 Najwyższy poziom troficzny występujący na danym obszarze
stanowi wierzchołek piramidy Eltona.
Piramidy ekologiczne
Typy piramid ekologicznych (według Oduma)
3
 Piramida liczb
 Piramida biomas
 Piramida energii
2
Konsumenci 1
Producenci
Piramidy liczb przedstawiają liczbę osobników występujących
nadanym terenie w przeliczeniu na jednostkę powierzchni.
Piramidy liczb często nie uwzględniają mikroorganizmów oraz
zwierząt glebowych zamieszkujących badany teren.
Piramidy ekologiczne
Piramidy biomas przedstawiają informację o całkowitej ilości
żywej materii występującej na danym obszarze. Jako miarę tej
ilości można przyjąć różne wielkości. Najczęściej stosuje się:
• zawartość suchej masy na 1 m2 obszaru, [kg s.m./m2]
• wartość kaloryczna całkowitej ilości żywej materii danego
obszaru, [kJ/m2]
• inna miara całkowitej ilości żywej materii danego obszaru,
np. zawartość węgla organicznego, [kg C/m2]
Piramidy energii przedstawiają całkowitą ilość energii zawartej
w żywej materii występującej na danym obszarze [kJ/m2].
Obrazują one jedną z następujących wielkości:
• szybkość przepływu energii pomiędzy poszczególnymi poziomami troficznymi,
• produktywność kolejnych poziomów troficznych.
Produktywność ekosystemów




Najwyższa produktywność pierwotna (kg suchej masy/m2/rok)
- ekosystemy bagienne:
• od ok. 2,5 kg/m2 rocznie w klimacie umiarkowanym
• do ok. 4,0 kg/m2 rocznie w klimacie tropikalnym.
Niewiele niższą produktywność mają też tropikalne lasy
deszczowe oraz trawiaste sawanny (ok. 2.3 kg/m2 rocznie).
Najniższa produktywność pierwotna - ekosystemy pustynne
ok. 10 g/m2 rocznie.
Uprawy rolne osiągają wydajność ok. 1,5 kg/m2 rocznie.
Bioakumulacja
Zjawisko gromadzenia różnych składników w organizmie
w czasie trwania całego życia danego organizmu
X
Y
Organizm
Output
Input
BA  X  Y  0
Bioakumulacja
Toksyna
pobrana
ORGANIZM
Toksyna
wydalona
Toksyna
zmetabolizowana
Toksyna
akumulowana
Biomagnifikacja
Jest to zjawisko bioakumulacji (gromadzenia, odkładania się)
różnych składników w organizmach jako wynik przechodzenia
danego składnika wraz z pożywieniem w szeregu troficznym
pomiędzy różnymi poziomami troficznymi
Biomagnifikacja
26.400
Kormoran
DDT i jego
pochodne
ppb = g/kg
3.910
Rybitwa
1.330
Szczupak
230
Płotka
Plankton
40
0,05
Woda
Biosfera
 Pojęcie
To sfera kuli ziemskiej, zamieszkała przez organizmy żywe.
 Składniki:
• dolna część atmosfery,
• hydrosfera (wody),
• litosfera (część powierzchniowa skorupy ziemskiej).
 Zachodzące procesy:
• gospodarka masą (obiegi składników),
• gospodarka energią
Prawa Commonera
czyli tzw. Ekologiczne prawa dla działań człowieka
 Przyroda wie najlepiej
 Wszystko musi znaleźć swoje miejsce
 W przyrodzie nie ma nic za darmo
 W przyrodzie wszystko jest ze sobą wzajemnie powiązane
w powszechnej sieci współzależności
Czynniki rozwoju organizmów

Prawo minimum (Liebiga)
W 1840 roku Liebig sformułował tzw. prawo minimum dla czynników chemicznych znajdujących się w ilościach niedostatecznych w środowisku dostępnym dla danego organizmu.
Wzrost roślin zależy od ilości tego składnika pokarmowego,
który jest dostępny dla nich w minimalnej ilości.
Prawo Liebiga wynika z prawa działania mas wprowadzonego
do chemii przez Guldberga i Waagego, zastosowanego do
następującego równania chemicznego:
a A + b B + c C + ... + X
AaBbCc...X
( biomasa )
Czynniki rozwoju organizmów
Prawo Liebiega uzupełniono o dwie zasady:
 Prawo minimum działa tylko w stanie równowagi dynamicznej, tzn. wtedy gdy:
PRZYPŁYW równoważy ODPŁYW masy lub energii.
 Istnieje możliwość wzajemnego oddziaływania czynników
polegająca na tym, że w pewnych warunkach organizmy
(przynajmniej częściowo) mogą zastępować jedną brakującą substancję przez inna substancja, ale podobną do niej
pod względem chemicznym.
a A + b B + c C + ... + Y
AaBbCc...Y
( biomasa )
Czynniki rozwoju organizmów
Do składników obcych, które przynajmniej częściowo mogą zastępować inne składniki w produkcji biomasy należą głównie
substancje izomorficzne.
Cechy substancji izomorficznych: identyczna siatka krystalograficzna, rozmiar cząsteczki, ładunek, liczba koordynacyjna,
objętość cząsteczki, gęstość powierzchniowa ładunku.
Przykłady substancji izomorficznych:




KH2PO4 i KH2AsO4
BaSO4 i PbSO4
CaCO3, MgCO3 i MnCO3
MgSO4.7H2O, ZnSO4.7H2O i NiSO4.7H2O
Czynniki rozwoju organizmów
Prawo tolerancji (Shelforda, optimum, minimaxu)
W 1911 roku Shelford rozszerzył prawo Liebiga formułując tzw.
prawo tolerancji:
Nie tylko zbyt mała ilość jakiegoś składnika (czynnika), ale
także zbyt duża ilość jakiegoś składnika (czynnika) może
stanowić czynnik ograniczający rozwój danego organizmu.
Jest to tzw. zasada optimum Shelforda lub
zasada minimalnej i maksymalnej granicy tolerancji.
Optimum Shelforda to taka wartość czynnika, która najlepiej
odpowiada warunkom życia danego organizmu, np. ciśnienie,
wilgotność, temperatura ciała.
Optimum Shelforda
Komfort
życia
OPTIMUM
NIEDOMIAR
NADMIAR
ŚMIERĆ
ŚMIERĆ
Intensywność czynnika środowiskowego
Toksyczność
Ilościowa miara szkodliwego oddziaływania danego związku
na organizmy jest wielkością czysto umowną.
W zasadzie wszystkie lub prawie wszystkie substancje chemiczne mogą wywołać objawy zatrucia organizmu. Wystąpienie
tych objawów uzależnione jest od następujących czynników:
 wielkości dawki,
 drogi wnikania substancji do organizmu,
 postaci substancji,
 indywidualnej wrażliwości organizmu,
 warunków zewnętrznych.
Dla ilościowego scharakteryzowania działania szkodliwego
danego zanieczyszczenia środowiskowego na organizmy
stosowane jest pojęcie dawki.
Toksyczność
Wszystko jest trucizną i nic nie jest trucizną.
Wszystko zależy od dawki
Paracelsus
 Wielkość dawki decyduje o pozytywnym (np. leczniczym)
bądź trującym działaniu składników żywności lub leków.
 Sól kuchenna (NaCl) jest niezbędnym składnikiem pożywienia człowieka, zjadanym w ilości ok. 15 g dziennie.
 Oszacowano, że śmiertelna dawka NaCl dla dorosłego
człowieka wynosi ok. 200 g.
 Niewielkie dawki witaminy D chronią dzieci przed krzywicą.
 Jednorazowe spożycie 5 g witaminy D może spowodować
śmierć człowieka.
Dawka
Ilość substancji jednorazowo wprowadzona do organizmu.
W zależności od rodzaju efektu wywoływanego przez przyjmowanie przez organizm substancje (zanieczyszczenia)
rozróżnia się następujące rodzaje dawek:
 dawka progowa,
 dawka lecznicza,
 dawka toksyczna,
 dawka śmiertelna.
Wielkość dawki określa się liczbowo, podając ilość substancji
na jednostkę masy danego organizmu. np. w mg/kg.
Rodzaje dawek


Dawka progowa
Jest to ilość substancji, która po wprowadzeniu jej do organizmu wywołuje wystąpienie dostrzegalnych efektów biologicznych w organizmie.
Dawka lecznicza
Jest to pojęcie stosowane w odniesieniu do leków. Określa
ona ilość substancji (leku), która wykazuje działanie farmakoterapeutyczne, ale nie wywołuje zakłóceń procesów fizjologicznych organizmu.
Rodzaje dawek




Dawka toksyczna (trująca)
Jest to ilość substancji toksycznej, która wprowadzona do
organizmu wywołuje zaburzenia patofizjologiczne oraz
wyraźne objawy zatrucia.
Dawka letalna (śmiertelna)
Jest to ilość substancji, która wprowadzona do organizmu
powoduje jego śmierć na skutek trwałego uszkodzenia
ośrodków ważnych dla życia organizmu.
Dawka letalna (LD50)
Dawka wywołująca śmierć 50% organizmów
Stężenie letalne (LC50)
Stężenie wywołujące śmierć 50% organizmów.
Podział trucizn (1)
Ze względu na sposób wchłaniania trucizn do organizmu
zanieczyszczenia środowiskowe dzieli się na cztery grupy:
 wchłaniane przez przewód pokarmowy,
 wchłaniane przez układ oddechowy,
 wchłaniane przez skórę,
 wchłaniane przez błony śluzowe.
Podział trucizn (2)
Ze względu na mechanizm działania i skutki wywołane w organizmie zanieczyszczenia środowiskowe dzieli się na siedem
następujących grup:
 trucizny porażające mechanizm oddychania drogą blokowania hemoglobiny, np. CO.
 trucizny hamujące utlenianie tkankowe, np. HCN, cyjanki.
 trucizny drażniące i uszkadzające drogi oddechowe, np. pary
kwasów, zasad, rozpuszczalników organicznych.
 trucizny uszkadzające układ nerwowy, np. CO, CH3OH, CS2
 trucizny uszkadzające nerki i wątrobę. Do tej grupy należy
większość trucizn.
 trucizny wywołujące przejściowe lub trwałe zmiany we krwi,
np. benzen
Podział trucizn (3)

trucizny działające narkotycznie i anastezyjnie.
Prowadzą one do utraty przytomności i często do śmierci
organizmu z powodu niewydolności układu oddechowego.
W tym przypadku zanieczyszczenia środowiskowe o charakterze narkotycznym działają na substancje lipidowe błony komórek nerwowych, zmieniając ich przepuszczalność
i polaryzację elektryczną.
Zgodnie z empiryczną regułą:
Im większa jest rozpuszczalność zanieczyszczeń narkotycznych w tłuszczach tym silniejsze są ich właściwości narkotyczne, np. węglowodory, chlorowcopochodne węglowodorów są znacznie silniejszymi narkotykami niż alkohol
Czynniki określające toksyczność
Wyniki testów przeprowadzonych przy użyciu organizmów
wodnych wykazały, że na stopień toksyczności pierwiastka
wpływa:
 stężenie substancji
 czas działania
 budowa chemiczna substancji
Reguły określające toksyczność
Reguły empiryczne:
 Wolne jony i wodorotlenki metali są bardziej toksyczne niż
węglany tych metali
 Połączenia metaloorganiczne są zazwyczaj bardziej
toksyczne niż sole nieorganiczne tych metali
 Metylortęć jest znacznie bardziej toksyczna niż chlorek
rtęci
Toksyczność



Rodzaje toksyczności
• Toksyczność ostra
• Toksyczność chroniczna
• Toksyczność ekologiczna
Toksyczność chroniczna
• Organy krytyczne
• Stężenie krytyczne
• Wartość progowa
• Minimalne stężenie hamujące ICmin
Strategie obrony przed zatruciem
• unikanie
• tolerancja
Klasy toksyczności substancji
Podział substancji chemicznych według klas toksyczności
Klasa I
 Substancja wyjątkowo silnie toksyczna
 Dawka śmiertelna: poniżej 5 mg/kg masy ciała
 Dawka śmiertelna: szczypta, kilka kropli
Klasa II
 Substancja bardzo silnie toksyczna
 Dawka śmiertelna: 5-50 mg/kg masy ciała
 Dawka śmiertelna: ok. 1 łyżeczki do herbaty
Klasy toksyczności substancji
Podział substancji chemicznych według klas toksyczności
Klasa III
 Substancja silnie toksyczna
 Dawka śmiertelna: 50-500 mg/kg masy ciała
 Dawka śmiertelna: 1 łyżeczka do 30 g
Klasa IV
 Substancja umiarkowanie toksyczna
 Dawka śmiertelna: 0,5-5 g/kg masy ciała
 Dawka śmiertelna: 30 - 400 g
Klasy toksyczności substancji
Podział substancji chemicznych według klas toksyczności
Klasa V
 Substancja słabo toksyczna
 Dawka śmiertelna: 5-15 g/kg masy ciała
 Dawka śmiertelna: 400 g – 1 kg
Klasa VI
 Substancja praktycznie nie toksyczna
 Dawka śmiertelna: powyżej 15 g/kg masy ciała
 Dawka śmiertelna: powyżej 1 kg
Niebezpieczne substancje chemiczne
Wskaźniki opisujące bezpieczeństwo substancji
USA
 TLV-TWA
 Threshold Limit Value – Time Weighted Average
 Średnia ważona w czasie dopuszczalna wartość stężenia
 Wskaźnik ten określa średnie ważone w czasie stężenie
substancji w czasie normalnego 8-godzinnego dnia pracy
i 40-godzinnego tygodnia pracy, przy którym nie obserwuje
się efektów ubocznych
Oddziaływanie toksyn na organizm (1)
TOKSYNA
Wchłanianie do krwi
Wiązanie z białkami krwi
Toksyna nie związana
Przenikanie przez błony
Wiązanie z białkami tkanek
Gromadzenie w tkankach
Toksyna nie związana
Oddziaływanie toksyn na organizm (2)
Kumulacja w tkankach
Toksyna nie związana
Metabolizm
Wiązanie z receptorem
Działanie toksyczne
Wydalanie
Oddziaływanie toksyn na organizm (3)
Toksyna A
Toksyna B
Działanie
toksyny
Granica uszkodzenia
organizmu
Dawka
tolerancyjna
dla toksyny A organizmu dla toksyny B
Dawka całkowita [mg/kg]
Oddziaływanie toksyn na organizm (4)
Zakres toksyczności
1,0
Granica toksyczności
Stężenie
toksyny
we krwi
Toksyna A
Toksyna B
0,5
Biologiczny okres
półtrwania
0,0
Czas przebywania toksyny w organizmie
Toksyczność zanieczyszczeń
W celu ilościowego określenia toksyczności danego związku
chemicznego (np. zanieczyszczenia środowiskowego) należy
stwierdzić występowanie obserwowalnego i dobrze zdefiniowanego efektu końcowego. Badania mogą obejmować: hodowle
bakteryjne, rośliny doświadczalne i zwierzęta doświadczalne
Doświadczalne wskaźniki działania toksycznego substancji

Hodowle bakteryjne
• zmętnienie roztworu
• zmiana pH kultury bakteryjnej (miara postępu zmian)
• zliczanie kolonii bakteryjnych
• pomiary cech komórek zdolnych do życia
• ilość białka komórkowego
• zawartość substancji specyficznych dla danego gatunku
Toksyczność zanieczyszczeń
Doświadczalne wskaźniki działania toksycznego substancji

Rośliny doświadczalne
• śmierć rośliny
• wielkość plonów
• zahamowanie wzrostu
• zmiana barwy
• zmiana wielkości nasion lub owoców

Zwierzęta doświadczalne
• śmierć zwierzęcia
• zahamowanie wzrostu
• zahamowanie działania określonych enzymów
• zmiana długości snu
• częstość występowania zmian nowotworowych
Toksyczność zanieczyszczeń
Skutek toksycznego działania związku chemicznego na organizm zależy od wielkości organizmu na który związek ten działa.
Dawka całkowita [mg, g]
Jednostki dawki

Doświadczenia in vitro:
• stężenie substancji X

Doświadczenia in vivo:
• masa substancji X na 1 kg masy ciała,
• stężenie substancji X na 1 kg masy ciała ,
• masa substancji X na 1m2 powierzchni ciała,
• stężenie substancji X na 1m2 powierzchni ciała.
Toksyczność zanieczyszczeń
Odwracalność zatruć


Większość związków wykazuje toksyczność w stężeniach
przekraczających pewną wartość progową.
Niektóre związki wykazują dwa zakresy stężeń, w których
wykazują one szkodliwy wpływ na organizm:
• zakres bardzo niskich stężeń (deficyt składnika),
• zakres stężeń wyższych od wartości progowej.
W takich przypadkach mówi się o tzw.
dwufazowej krzywej: dawka - reakcja
Dwufazowa krzywa: dawka - reakcja
Reakcja
organizmu
[%]
Zakres
normalny
Brak
toksyczności
Toksyczny
niedomiar
Dawka toksyny [mg/kg]
Toksyczny
nadmiar
Toksyczność zanieczyszczeń
Dwufazowa krzywa: dawka – reakcja




Witamina A
Niacyna
Selen
Niektóre metale ciężkie: Cu, Co
Toksyczność zanieczyszczeń
Mechanizmy detoksyfikacji



usunięcie przez układ
metabolizm
związanie chemiczne lub fizyczne
Toksyczność zanieczyszczeń
Usunięcie przez układ
Toksyna w sposób trwały dezaktywuje enzymy (tzn. pozbawia
organizm funkcji życiowych).
Przykład:
Liczne związki fosforoorganiczne trwale dezaktywują enzym:
esterazę acetylocholinową.
W tym przypadku odzyskanie zdrowia nastąpi tylko wtedy, gdy
odpowiednia ilość enzymu zostanie ponownie zsyntezowana
przez organizm.
Toksyczność zanieczyszczeń
Usunięcie przez układ
Działanie toksyny pozbawia organizm substancji koniecznych
do życia pomimo, że enzymy nie zostały w sposób trwały
uszkodzone.
Przykład:
Rezerpina powoduje pozbawienie końcówek nerwów sympatycznych katecholaminy. W tym przypadku czas potrzebny na odnowienie przez organizm rezerw katecholaminy jest znacznie
dłuższy niż czas przebywania toksyny (tutaj rezerpiny) w organiźmie. Odzyskanie zdrowia nastąpi tylko wtedy, gdy odpowiednia ilość substancji zostanie zsyntezowana przez organizm.
Mechanizmy przenikania
toksyn przez błony komórkowe
Model błony komórkowej:




Podwójna warstwa lipidowa (pory)
Polisacharydy (glikolipidy)
Białka peryferyjne (białka powierzchniowe)
Białka integralne (białka tunelowe)
Mechanizmy przenikania
toksyn przez błony komórkowe
Mechanizmy wchłaniania toksyn
a) Dyfuzja przez pory
b) Dyfuzja przez warstwę lipidową
c) Polisacharydy (glikolipidy)
d) Białka peryferyjne (białka powierzchniowe)
e) Białka integralne (białka tunelowe)
Model błony komórkowej
Przestrzeń pozakomórkowa
Grubość błony komórkowej
c
d
a
e
b
Przestrzeń wewnątrzkomórkowa
Środowisko a człowiek
Szkodliwe związki chemiczne i substancje
 szkodliwe (toksyczne)
 drażniące
 uczulające
 rakotwórcze
 mutagenne
 upośledzające funkcje rozrodcze
Środowisko a człowiek
Czynniki biologiczne w środowisku pracy
 Bezkomórkowce zdolne do replikacji i przenoszenia genów
• Wirusy (pasożyty wewnątrzkomórkowe)
 Drobnoustroje komórkowe
• Riteksje (pasożyty wewnątrzkomórkowe, przenoszone na
inne organizmy przez wszy, pchły, kleszcze)
• Mykoplazmy (mniejsze od bakterii)
• Bakterie
• Grzyby (pleśnie, mykotoksyny, podstawczaki)
 Pierwotniaki (emisja do środowiska enzymów, toksyn)
 Stawonogi (pył, wydaliny = alergie)
Świadomość ekologiczna
Świadomość ekologiczna społeczeństwa
Jest to zespół informacji i przekonań społeczeństwa na temat
środowiska naturalnego oraz postrzeganie związków pomiędzy
stanem i charakterem środowiska naturalnego, a warunkami
życia człowieka
Co kształtuje świadomość ekologiczną społeczeństwa ?





przyjęty system wartości
tradycje rodzinne
wiedza uzyskana w trakcie edukacji
informacje dostarczane przez media
efekty doświadczeń indywidualnych
Formy świadomości ekologicznej
Potoczna świadomość ekologiczna
Kształtuje się pod wpływem:
 przypadkowych opinii,
 zasłyszanych poglądów,
 powszechnie panujących stereotypów,
 intuicyjnego zrozumienia przyrody.
Elementy te zwykle nie tworzą zwartej logicznej całości.
Zdecydowanie drugorzędną rolę odgrywa:
 wiedza naukowa,
 doświadczenie.
Formy świadomości ekologicznej
Ideologiczna świadomość ekologiczna
 Kształtuje się pod wpływem określonej ideologii i zwykle ma
zabarwienie emocjonalne.
 Obejmuje:
• elementy wiedzy
• ideologicznie uzasadnione poglądy,
• przekonania i opinie grupy.
Formy świadomości ekologicznej
Naukowa świadomość ekologiczna
Kształtuje się głównie pod wpływem:
 wiedzy naukowej
 wychowania proekologicznego.
Inne czynniki:
 Ważną rolę odgrywa doświadczenie,
 Zdecydowanie mniejszą rolę odgrywają
• potoczne opinie,
• funkcjonujące stereotypy,
• przekonania ideowe
• tzw. "modne" poglądy.
Informacje o problemie ekologicznym
PROBLEM
DECYZJA
a
en
oc
kt
oje
pr
py
tan
ia
wy
(oc niki
an
en
ali
ar
z
yz
yk
a)
WŁADZE
LOKALNE
wątpliwości
OPINIA
PUBLICZNA
EKSPERCI
odpowiedzi
Działalność publicystyczna
 Praktycznie każde większe niedociągnięcie, chybiony
projekt, poważne awarie, a przede wszystkim katastrofy
ekologiczne są mocno i często bardzo emocjonalnie
nagłaśniane przez środki masowego przekazu:
- prasa,
- radio,
- telewizja,
- internet
Działalność publicystyczna
 Niektóre informacje bywają niejednokrotnie bardzo mocno
przejaskrawiane, przekłamane czy wręcz podawane do
publicznej wiadomości w sposób, który można określić
jako nierzetelny. Docierając do niezbyt uświadomionego
odbiorcy, wywołują w społeczeństwie psychozę strachu
i poczucia zagrożenia rzeczywistego lub tylko urojonego.
 Tak powstają tzw. syndromy ekologiczne lub syndromy
antyekologiczne
Syndromy antyekologiczne
 Syndrom NIMBY
(ang. Not In My BackYard)
(w wolnym tłumaczeniu: wszędzie ale nie u mnie),
Powszechne zjawisko ostrego (często nieuzasadnionego)
sprzeciwu społeczności lokalnych do lokalizacji niektórych
inwestycji na swoim terenie.
 Syndrom BANANA
(ang. Build Absolutely Nothing, Anywhere Near Anything)
(w wolnym tłumaczeniu: Nie buduj absolutnie nic, nigdzie i w
pobliżu niczego)
 Syndrom LULU
(ang. Locally Unacceptable Land Use) (w wolnym tłumaczeczeniu: Niechciane przez społeczność lokalną zagospodarowanie
terenu)
Źródła syndromów antyekologicznych





nieznajomość prawa
chybione projekty
przypadki złego funkcjonowania inwestycji
katastrofy ekologiczne
działalność niektórych organizacji
Podstawowe instrumenty bezpośrednie
ochrony środowiska w Polsce












standardy jakości
standardy emisji
standardy produktowe
standardy procesowe
standardy użytkowe
standardy technologiczne
koncesjonowanie
ograniczenie obszarowe
przepisy bezpieczeństwa
ocena oddziaływania na środowisko
lokalny plan zagospodarowania przestrzennego
certyfikacja wyrobów
Cechy ekonomicznych instrumentów
ochrony środowiska




występowanie bodźca finansowego
umożliwienie podmiotom gospodarczym swobodnego
wyboru
zaangażowanie czynników rządowych (lub powiązanych z
rządem)
zamiar (bezpośredni lub pośredni) utrzymania stanu lub
poprawy jakości środowiska w wyniku zastosowania danego
narzędzia
Podstawowe instrumenty ekonomiczne
ochrony środowiska w Polsce








opłata ekologiczna
subwencje
bodźce finansowe dla egzekucji prawa
systemy depozytowe
rynek emisji ekologicznych
system ubezpieczeń ekologicznych
podatki ekologiczne
zastawy ekologiczne
Ochrona środowiska w Polsce (1)


Organy administracji państwowej
• programowanie rozwoju przedsięwzięć ochronnych
• koordynacja działań ochronnych
a. Ministerstwo Środowiska
b. Wydziały Ochrony Środowiska (Urzędy Wojewódzkie,
Powiatowe, Gminne)
Organy doradcze administracji państwowej
• Państwowa Rada Ochrony Środowiska
• Wojewódzkie Komitety Ochrony Środowiska
Ochrona środowiska w Polsce (2)


Służby inspekcyjno-kontrolne
• Główny Inspektorat Ochrony Środowiska
• Państwowa Inspekcja Ochrony Środowiska
• Państwowa Inspekcja Sanitarno-Epidemiologiczna
• Ośrodki Badań i Kontroli Środowiska
• Samodzielne Pracownie Badań i Ochrony Środowiska
Zakładowe służby ochrony środowiska
w przedsiębiorstwach uznanych za uciążliwe dla
środowiska
Ochrona środowiska w Polsce (3)



Jednostki gospodarcze
• konstruujące urządzenia dla celów ochrony środowiska
• wytwarzające urządzenia dla celów ochrony środowiska
Instytucje naukowo-oświatowe
• wyższe uczelnie
• instytuty naukowo-badawcze
Organizacje społeczne
• Organizacje ekologiczne
• Fundacje ekologiczne
Obrońcy środowiska




Ekolodzy
Pseudoekolodzy
Ekohisterycy
Ekowojownicy
Kłamstwa ekologiczne








Tworzenie sensacyjnych wiadomości poprzez podawanie
niewiarygodnych wyjaśnień i komentarzy
Świadome podawanie nieprawdziwych danych liczbowych
Przenoszenie informacji na rejony nie poddane badaniom
Podawanie informacji historycznych zamiast aktualnych
Nieświadome przekłamania, np. błędy drukarskie
Manipulacja nieznajomością wielkości podwielokrotnych
Wywoływanie psychozy zagrożenia w wyniku operowania
nieznanymi wielkościami i pojęciami
Nieznajomość podstawowych pojęć z zakresu nauk przyrodniczych i realności podawanych informacji
Wybrane hasła ekowojowników






Nawozy organiczne muszą zastąpić nawozy sztuczne
Żywność wolna od konserwantów
Promieniowanie jest szkodliwe
Żywność wolna od dodatków syntetycznych
Całkowita rezygnacja z tworzyw sztucznych
Wszelkie metale są szkodliwe
Kłamstwa i mity ekologiczne
Kłamstwa ekologiczne
w pełni świadome wprowadzanie do publicznej wiadomości
informacji z zakresu stanu środowiska i zjawisk zachodzących
w środowisku, które są niesprawdzone lub nieprawdziwe
z zamiarem osiągnięcia ściśle określonego celu
Mity ekologiczne
utrwalone w świadomości odbiorców kłamstwa oraz stereotypy
myślenia dotyczące niektórych informacji przyjmowanych powszechnie za prawdę. Ich rozpowszechnianie jest wykorzystywane
w celu osiągnięcia ściśle określonego celu.
Kłamstwo staje się mitem !
Skutki mitu ekologicznego (1)
 Największe nawet nonsensy zaczynają nabierać charakteru
prawd objawionych, gdy są uparcie powtarzane przez media.
 Potęga prasy, radia, telewizji, a także internetu jako narzędzi
kształtowania opinii publicznej jest znana od dawna.
 Jednak w wielu społeczeństwach jeszcze nie wytworzyły się
odruchy automatycznego odrzucania i otwartego potępiania
rozmaitych bzdur i kłamstw, jakimi zarzucają nas środki
masowego przekazu.
 Bezkrytycznie przyjmujemy wszystkie, nawet najbardziej
niewiarygodne lub śmieszne kłamstwa.
Skutki mitu ekologicznego (2)
 Wielu ludzi ciągle wierzy, że to co pisze się w gazetach lub to
co mówi się w radiu lub w telewizji to święta prawda.
 Zbyt często bezgranicznie wierzymy w informacje znalezione
w internecie.
 Nie można się zatem dziwić, że tak bardzo rozpowszechniona
jest wiara, że grożą nam różne nieszczęścia, jeżeli:
• zlekceważymy alarmy podnoszone w mediach przez
każdego, kto twierdzi że jest ekologiem
• nie zastosujemy się do tych wskazań.
Medialne hasła na temat recyklingu






Śmieci nas pogrzebią
Nasze śmieci nas zatrują
Naszym problemem są opakowania
Brak recyklingu powoduje zużycie surowców na Ziemi
Recykling zawsze chroni środowisko naturalne
Recykling surowcowy oszczędza zasoby naturalne
Wszystkie te mity bazują na błędnych założeniach
Podsumowanie
Nie wierz w nic;
gdybyś to gdzieś przeczytał - nie wierz,
gdyby ktoś ci to powiedział - nie wierz,
gdybym ja to ci powiedział - nie wierz,
dopóty to nie zgodzi się to
z twym własnym zdrowym rozsądkiem
Demostenes (384 – 322 p.n.e.)
mówca i polityk ateński
Prasa uczy nas nieufności jaką winniśmy
żywić wobec wszystkiego, co wydrukowane.
To jej największa zasługa.
Samuel Butler (1835-1902)
Prawdziwe problemy ekologiczne
 Zanieczyszczanie do wód powierzchniowych przez odprowadzanie do rzek oraz innych cieków wodnych nie oczyszczonych ścieków (komunalnych oraz przemysłowych)
 Regulowanie rzek i niszczenie małych rzeczek i potoków:
• Obniżanie się poziomu wód gruntowych
• Pustynnienie terenu
• Zmniejszanie populacji wielu gatunków zwierząt i roślin
• Zwiększone ryzyko powodzi
 Zachowanie różnorodności biologicznej w lasach i na polach.
Nie sadzić olbrzymich „pól sosen”, które wyglądają niezbyt
ciekawie i nie służą przyrodzie.
Szczególne zagrożone kategorie
zasobów środowiska w skali światowej










Zmniejszanie się powierzchni leśnych
Degradacja gleb
Pustynnienie
Degradacja jezior
Zatrucie wód gruntowych
Zmniejszanie się zasobów wody pitnej
Zmniejszanie się różnorodności gatunków flory i fauny
Zmiany klimatyczne
Zmniejszanie się warstwy ozonowej
Wzrost poziomu oceanu światowego
Prawo ochrony środowiska w UE
Przepisy prawne dotyczące ochrony środowiska w krajach UE
stanowi około 300 aktów prawnych, które obejmują:
 dyrektywy,
 rozporządzenia,
 zalecenia.
Podział przepisów prawnych






Ochrona słodkich i słonych wód
Ochrona czystości atmosfery
Ograniczenie hałasu
Zagospodarowanie odpadów
Produkty chemiczne
Ochrona przyrody
Przykazania ekologiczne UE (1)



Lepiej zapobiegać niż leczyć (lub naprawiać)
Należy uwzględniać skutki oddziaływania na środowisko
w możliwie wczesnym stadium podejmowania decyzji
Trzeba unikać eksploatowania przyrody powodującego
znaczne naruszanie równowagi ekologicznej

Należy podnieść poziom wiedzy naukowej, by umożliwić
podejmowanie właściwych działań

Koszty zapobiegania i usuwania szkód ekologicznych
powinien ponosić sprawca zanieczyszczenia

Działania w jednym państwie członkowskim nie powinny
powodować pogorszenia stanu środowiska w innym
Przykazania ekologiczne UE (2)





Polityka ekologiczna państw członkowskich UE w zakresie
ochrony środowiska musi uwzględnić interesy państw
rozwijających się
Państwa Unii Europejskiej powinny wspierać ochronę środowiska w skali międzynarodowej i globalnej
Ochrona środowiska jest obowiązkiem każdego. Konieczna
jest zatem edukacja w tym zakresie
Środki ochrony środowiska powinny być stosowane odpowiednio do rodzaju zanieczyszczenia, oddziaływania oraz
obszaru geograficznego, który mają chronić. Zasada ta
znana jest jako zasada subsydiarności
Krajowe programy środowiskowe winny być koordynowane
na podstawie wspólnych długoterminowych programów.
krajowa polityka ekologiczna powinna być harmonizowana
w ramach Wspólnot Europejskich
Przyroda i jej podział
LITOSFERA
HYDROSFERA
ATMOSFERA
PEDOSFERA
SOCJOSFERA
BIOSFERA
Ochrona przyrody nieożywionej
 Ochrona konserwatorska zabytków
 Ochrona biocenotyczna
 Ochrona planistyczna
Ochrona konserwatorska zabytków


Zabytek przyrody (wg Stanisława Małkowskiego, 1928) to:
każdy twór naturalny lub zjawisko, mające trwały charakter,
które posiada cechy jedynego w swoim rodzaju dokumentu
naukowego
Podział zabytków przyrody (wg kryterium mobilności):
• ruchome
• nieruchome
Ruchome zabytki przyrody



okazy minerałów
niewielkie okazy skał
cenne skamieniałości
W celu ochrony przeniesione do muzeum
Nieruchome zabytki przyrody



Pomniki i rezerwaty przyrody nieożywionej
• głazy narzutowe,
• skałki, grupy skałek,
• groty, pieczary, jaskinie,
• gołoborza (tzn. blokowiska skalne na stokach)
Inne obiekty na terenie rezerwatów
Obiekty występujące w krajobrazie jako całość
Pomniki przyrody


„Pomnik przyrody” – termin użyty przez Aleksandra Humbolda dla opisu olbrzymich starych drzew podczas podróży po Ameryce Południowej w latach 1799-1804.
Pomniki przyrody ożywionej
• pojedyncze drzewa (wiek, kształt, gatunek)
• grupy drzew,
• zabytkowe aleje,
• stanowiska roślin,
• niewielkie powierzchnie leśne (do 2 ha)
Ochrona biocenotyczna




Parki narodowe
Rezerwaty przyrody
Parki krajobrazowe
Strefy ciszy
Ochrona planistyczna







Złoża surowców mineralnych i paliw kopalnych
Zasoby wodne
Naturalne zbiorniki regulujące obieg wód:
• bagna,
• torfowiska
Powietrze i kształtowanie warunków klimatycznych
Gleby (degradacja, cele nierolnicze)
Obiekty i obszary
• W celu kształtowania warunków środowiska, np. cisza
• W celu rozwoju nauk i zachowania kultury narodowej
Krajobraz
• Całość warunków środowiska przyrodniczego,
• Wytwory człowieka o cechach estetyczno-widokowych
Kierunki ochrony środowiska w Polsce










Ochrona powierzchni ziemi oraz kopalin
Ochrona wód oraz środowiska morskiego
Ochrona powietrza atmosferycznego
Ochrona świata roślinnego i zwierzęcego
Ochrona walorów krajobrazowych środowiska
Ochrona walorów wypoczynkowych środowiska
Ochrona zieleni w miastach i na wsiach
Ochrona środowiska przed hałasem i wibracjami
Ochrona środowiska przed odpadami i innymi
zanieczyszczeniami
Ochrona środowiska przed promieniowaniem
Zasoby środowiska przyrodniczego
Czynniki określające wartość użytkową zasobów:
 Częstość występowania
 Ograniczoność ilości
 Jakość zasobów
 Dostępność
• Geologiczna
• Ekonomiczna
Zasoby środowiska przyrodniczego



Zasoby niewyczerpywalne
• niezmienne
• nadużywane
Zasoby wyczerpywalne - zachowanie jest możliwe
• odnawialne
• nieodnawialne
Zasoby wyczerpywalne - zachowanie jest niemożliwe
• nadają się do ponownego użytkowania
• nie nadają się do ponownego użytkowania
Zasoby niewyczerpywalne
Zasoby niezmienne



Ilość zasobów nie ulega zmianie
Jakość zasobów nie ulega zmianie
Nie ma konieczności podejmowania działań ochronnych
• Energia promieniowania słonecznego
• Energia wiatru
• Energia prądów morskich
• Energia cieplna oceanów
• Energia fal
Zasoby niewyczerpywalne
Zasoby nadużywane



Ilość zasobów nie ulega zmianie
Jakość zasobów zmienia się w trakcie użytkowania
Istnieje konieczność przyjęcia działań ochronnych
(zasad użytkowania)
• Powietrze
• Woda
• Przestrzeń
Zasoby wyczerpywalne
Zachowanie możliwe - odnawialne




Ilość zasobów ulega zmianie
Jakość zasobów ulega zmianie
Wymagają przyjęcia działań ochronnych (zasad gospodarczego użytkowania)
Wymagają określenia kosztów odtworzenia zasobów oraz
wliczenia tych kosztów w cenę produktu
• Lasy
• Kompleksy glebowo-rolnicze
Zasoby wyczerpywalne
Zachowanie możliwe - nieodnawialne



Ilość zasobów ulega zmianie
Jakość zasobów ulega zmianie
Wymagają przyjęcia rygorystycznych działań ochronnych
(norm ekologicznych) i ich ścisłego przestrzegania
• Gatunki flory
• Gatunki fauny
Zasoby wyczerpywalne
Zachowanie niemożliwe - odzyskiwalne




Ilość zasobów ulega zmianie
Jakość zasobów ulega zmianie
Dostępność zasobów ulega zmianie
Wymagają racjonalnego wykorzystania, zmniejszenia
materiałochłonności, zastosowania substytutów
• Rudy żelaza
• Rudy metali
• Boksyty
Konieczne pilne wdrożenie metod odzyskiwania !
Zasoby wyczerpywalne
Zachowanie niemożliwe - nieodzyskiwalne




Ilość zasobów ulega zmianie
Jakość zasobów ulega zmianie
Dostępność zasobów ulega zmianie
Wymagają racjonalnego gospodarowania
• Materiały rozszczepialne (uran)
• Paliwa stałe (węgiel kamienny, brunatny)
• Paliwa ciekłe (ropa naftowa)
• Chemikalia gazowe (hel, gaz ziemny)
Konieczne pilne poszukiwanie rozwiązań alternatywnych !
Jakość środowiska
Jest to pojęcie określające stan środowiska z punktu widzenia
potrzeb obecnych i przyszłych człowieka. Na jakość środowiska wpływa wiele czynników, z których najważniejsze to:
 potencjał środowiska,
 stopień obciążenia środowiska w procesach użytkowania
gospodarczego i pozagospodarczego,
 zakres ochrony środowiska.
W nowoczesnych systemach gospodarczych coraz większą
rolę zaczyna odgrywać sterowanie jakością środowiska (SJS)
Sterowanie jakością środowiska (1)
Jest to proces świadomego i zorganizowanego oddziaływania
na obiekty mające istotny wpływ na obecny i przyszły stan
środowiska naturalnego kraju:
 kopalnie,
 zakłady przemysłowe,
 gospodarstwa rolne,
 gospodarstwa leśne,
 gospodarstwa rybackie,
 przedsiębiorstwa komunalne,
Sterowanie jakością środowiska (2)


przedsiębiorstwa realizujące przedsięwzięcia z za-kresu
ochrony środowiska np.
• zadrzewianie,
• zalesianie,
• melioracje, itp.
jednostki techniczne i organizacyjne chroniące środowisko:
• zagospodarowujące odpady,
• neutralizujące substancje niebezpieczne,
• rozpowszechniające wiedzę ekologiczną,
• tworzące postęp techniczno-ekologiczny, itp.
Sterowanie jakością środowiska (3)
Sterowanie jakością środowiska dokonuje się za pomocą
następujących środków:
 administracyjnych,
 prawnych,
 ekonomicznych,
 naukowo-technicznych,
 społecznych,
 edukacyjnych o stopniu obciążenia środowiska w procesach użytkowania gospodarczego i pozagospodarczego,
Model przepływów gospodarczych
Uproszczona struktura funkcjonowania gospodarki
Rynek czynników
produkcji
Przedsiębiorstwa
Gospodarstwa
domowe
Rynek produktów
i usług
Przepływy realne
Przepływy pieniężne
Rozszerzony model przepływów
Energia słoneczna
Surowce naturalne
Rynek czynników
produkcji
Przedsiębiorstwa
BIOSFERA
Gospodarstwa
domowe
Rynek produktów
i usług
Energia rozproszona
Emisja odpadów
Przepływy realne
Przepływy pieniężne
Obieg węgla w przyrodzie
Oddychanie zwierząt
Zwierzęta
Rozkład martwych organizmów
Oddychanie bakterii
Rośliny zielone
Fotosynteza
CO2 (atmosfera)
Oddychanie roślin
Spalanie paliw
Paliwa kopalne
Obieg azotu w przyrodzie
Bakterie
denitrifikujące
N2 (atmosfera)
Wyładowania
atmosferyczne
Bakterie brodawkowe
Bakterie
wiążące
wolny N2
Martwe
organizmy
Białko roślin
Białko zwierząt
Bakterie
amonifikacyjne
Odchody zwierząt
Bakterie
nitrifikacyjne
Azotany (gleba)
Pobieranie
przez
system
korzeniowy
roślin
Emisja - imisja


Emisja
wydzielanie substancji chemicznych i sygnałów fizycznych
do otoczenia
Imisja
pobieranie substancji chemicznych i sygnałów fizycznych
z otoczenia
Przemysł a biosfera
Przemysł
Gleba
Woda
Powietrze
Człowiek
Zwierzęta
Rośliny
Rodzaje emitorów zanieczyszczeń




Punktowe
Liniowe
Powierzchniowe
Objętościowe
Emitory punktowe
Źródła zanieczyszczeń










Pojedyncze kominy
Pojedyncze budynki
Anteny nadawczo-odbiorcze (radiowe, telewizyjne, telefonii
komórkowej, internetowe, krótkofalówki)
Systemy radarowe (laboratoria, policja, wojsko, kontrola
lotów)
Energetyczne (elektrownie, elektrociepłownie, ciepłownie
przemysłowe i komunalne, spalarnie odpadów)
Przemysłowe (np. cementownie, rafinerie, koksownie, huty,
odlewnie, spiekalnie, zakłady przemysłu chemicznego,
kopalnie)
Stacje i bazy paliw (napełnianie zbiorników, dystrybucja)
Lotniska (cykl start-lądowanie, transport na terenie lotniska)
Porty morskie (ruch statków i holowników)
Kolejowe stacje rozrządowe (praca lokomotyw spalinowych)
Emitory liniowe
Źródła zanieczyszczeń








Laserowe systemy pomiarowe
Linie telefoniczne
Linie energetyczne
Rurociągi, gazociągi
Drogi kołowe (drogi, autostrady)
Drogi wodne (rzeki, kanały żeglowne, morza)
Drogi kolejowe
Korytarze lotnicze
Emitory powierzchniowe
Źródła zanieczyszczeń








Gospodarstwa domowe (ogrzewanie pomieszczeń i podgrzewanie wody użytkowej)
Urzędy, szkoły, usługi (ogrzewanie pomieszczeń)
Składowiska odpadów i wysypiska śmieci
Oczyszczalnie ścieków
Drogi o mniejszym natężeniu ruchu
Pola uprawne, łąki intensywnie nawożone
Tereny użytkowane rolnictwo (spalanie pozostałości
rolniczych, hodowla zwierząt, stosowanie nawozów)
Węzły komunikacyjne o dużym natężeniu ruchu
Emitory objętościowe
Źródła zanieczyszczeń



Przestrzeń w zagłębieniach terenowych i dużym zanieczyszczeniu atmosfery (smog fotochemiczny)
Rozległe i głębokie sztuczne zbiorniki wodne (eutrofizacja,
odwodnienie lub podtapianie terenów)
Tereny kopalń głębinowych (tąpnięcia)
Cele monitoringu zanieczyszczeń








Ocena aktualnego stanu środowiska naturalnego
Jakościowy i ilościowy pomiar emisji zanieczyszczeń
Zbilansowanie transportu materii
Wyjaśnienie wpływu zanieczyszczeń na zdrowie człowieka
Badania dróg przemieszczania się zanieczyszczeń
Monitorowanie i badania transformacji oraz konwersji zanieczyszczeń środowiska
Ocena kierunków zmian poziomu stężeń składników występujących w poszczególnych elementach środowiska
Wskazanie metod zapobiegania zanieczyszczeniom środowiska
Degradacja środowiska – straty
Kryterium: przyczyna powstawania strat
 Wynik działania sił przyrody - kontrolowalne:
• wyładowania atmosferyczne,
• gorące źródła,
• powodzie,
• pożary lasów,
• osuwanie się gruntów
Degradacja środowiska – straty
Kryterium: przyczyna powstawania strat
 Wynik działania sił przyrody - niekontrolowalne:
• przypływy – odpływy morskie,
• fale tsunami,
• tajfuny, cyklony, tornada,
• silne wiatry, huragany,
• trzęsienia ziemi,
• wybuchy wulkanów,
• wybuchy gejzerów
Degradacja środowiska – straty
Kryterium: przyczyna powstawania strat
 Wynik działalności antropogenicznej (człowieka):
• drgania,
• wibracje,
• hałas,
• smog elektromagnetyczny,
• emisja odorów,
• emisja spalin,
• zrzut ścieków,
• składowanie odpadów (odcieki ze składowisk)
 Wielkość tych emisji można kontrolować
Zadanie: Ograniczenie powstawania strat tego rodzaju
Degradacja środowiska – straty
Kryterium: zakres strat


Straty wynikające z oddziaływania zanieczyszczonych lub
naruszonych elementów środowiska na otoczenie, np.
• w wyniku oddziaływania zanieczyszczonego powietrza na
budowle lub konstrukcje metalowe (korozja metali)
• w wyniku oddziaływania zanieczyszczeń wody na betonowe
konstrukcje podwodne (korozja betonu)
Straty wynikające z wykorzystania zdegradowanych elementów
środowiska w procesach produkcji lub konsumpcji, np.
• w zakresie wypoczynku, turystyki i rekreacji (dodatkowe nakłady na redukcję skutków zanieczyszczenia lub skażenia
danego elementu środowiska)
• w zakresie procesów produkcyjnych (np. dodatkowe koszty
uzdatniania wody)
Degradacja środowiska – straty
Kryterium: charakter strat


straty ekonomiczne, np. straty w majątku trwałym
straty społeczne, np. zwiększenie zapadalności na choroby
wywołane zanieczyszczeniem środowiska
Degradacja środowiska – straty
Kryterium: wymierność strat
 Wymierne, określone w odpowiednich jednostkach miary,
np. w jednostkach pieniężnych, masy, objętości, energii
 Niewymierne, których wielkości nie można określić w jednostkach miary, np.
• wyginięcie gatunków roślin,
• wyginięcie gatunków zwierząt,
• wzrost zachorowalności,
Degradacja środowiska – straty
Popularna klasyfikacja obszarów występowania strat







Rolnictwo
Leśnictwo
Gospodarka wodna
Majątek trwały
Zasoby surowców mineralnych
Zasoby odprowadzane do środowiska
Zdrowotność mieszkańców
Metody pomiaru strat środowiskowych
 Metoda obliczeń bezpośrednich
• Wycena obejmuje straty gospodarcze i społeczne wyrażone w jednostkach naturalnych, np. koszty zwiększonej
korozji, wzrost kosztów utrzymania czystości, absencja
chorobowa.
 Metoda restytucyjna
• Wycena obejmuje oszacowanie nakładów potrzebnych
do likwidacji strat i przywrócenia równowagi środowiska.
Metoda ta często jest ograniczona poprzez występowanie
nieodwracalnych szkód w środowisku.
Metody pomiaru strat środowiskowych
 Metoda substytucyjna
• Wycena obejmuje koszty pozyskania utraconego elementu w innym miejscu, lub koszty budowy i eksploatacji maszyn i urządzeń spełniających identyczną funkcję co utracony składnik środowiska.
 Metoda wskaźnikowa
• Jest to wycena uogólniająca. Polega na ocenie wielkości
strat najpierw w odpowiednio dobranych rejonach lub na
tzw. powierzchniach próbnych. Na podstawie wyników tej
wyceny tworzone są wskaźniki stosowane do dokonywania wyceny strat w dowolnym innym miejscu.
Metody pomiaru strat środowiskowych
 Metoda norm ochrony środowiska
• W metodzie tej poprzez normy określa się maksymalne
dopuszczalne poziomy czynników (np. zanieczyszczeń
chemicznych, sygnałów fizycznych), które są emitowane
do środowiska.
• Zgodnie z aktualnym stanem wiedzy uważa się, że przekroczenie ustalonych norm emisji może powodować, że
poszczególne elementy środowiska mogą już ujemnie
odczuwać skutki tych emisji.
• Takie ujęcie norm daje urzędnikowi administracji danego
państwa potężne narzędzie wpływające na decyzje ekonomiczne w zakresie ochrony środowiska.
Metody pomiaru strat środowiskowych
 Metoda norm ochrony środowiska – zagrożenia
• Administracyjne ustalenie norm emisji danego zanieczyszczenia środowiskowego na zbyt niskim poziomie
wymusza konieczność ponoszenia przez podmioty
gospodarcze zbyt wysokich kosztów na utrzymanie
wielkości emisji danego czynnika w granicach ustalonej
normy.
• Bezpośrednie koszty błędnych decyzji wydanych przez
urzędników ponosi producent.
Metody pomiaru strat środowiskowych
 Metoda norm ochrony środowiska - zagrożenia
• Administracyjne ustalenie norm emisji danego zanieczyszczenia środowiskowego na zbyt wysokim poziomie
pozwala emitować do środowiska zbyt duże ilości tego
zanieczyszczenia, powodując degradację środowiska,
powiększając tym samym społeczne straty z tym
związane.
• Całkowite koszty błędnych decyzji wydanych przez
urzędników ponosi społeczeństwo.
Metody pomiaru strat środowiskowych
 Metoda norm ochrony środowiska – zagrożenia
dlatego…
przy prowadzeniu wyceny strat środowiskowych normy
środowiskowe nie powinny stanowić jedynej podstawy
do wydawania decyzji administracyjnych.
Dla urzędnika normy środowiskowe powinny spełniać
jedynie funkcję informacyjną
Trendy w analityce zanieczyszczeń (1)





Zmiany w sposobie:
• pobierania próbek środowiskowych,
• wzbogacania (zatężania) próbek,
• izolacji oznaczanych składników,
Zmiany w sposobie przygotowania próbek środowiskowych
do oznaczeń końcowych,
Kalibracja stosowanych urządzeń pomiarowych,
Wykrywanie, identyfikacja i oznaczanie analitów,
Zastosowanie statystycznej obróbki wyników,
Trendy w analityce zanieczyszczeń (2)






Ciągłe rozszerzanie zakresu oznaczanych substancji,
Wykrywanie coraz mniejszych ilości substancji,
Oznaczenia coraz mniejszych stężeń analitów w próbkach
środowiskowych,
Opracowania i praktyczne wykorzystania nowych rozwiązań metodycznych,
Opracowania nowych rozwiązań konstrukcyjnych, przyrządów pomiarowych i urządzeń analitycznych,
Komputeryzacja metod analitycznych.
Trendy w metodyce badań





powszechność analityki specjacyjnej (różnice w toksyczności
różnych form występowania pierwiastków w środowisku)
sumaryczne wskaźniki oceny stopnia zanieczyszczenia
środowiska (np. TOC = całkowity węgiel organiczny)
równoczesne oznaczanie wielu analitów z jednej próbki w jednym cyklu pomiarowym, (np. zastosowanie kolumn chromatograficznych o dużej rozdzielczości, matrycy sensorów)
oznaczanie coraz niższych stężeń analitów w próbkach środowiskowych o złożonej matrycy (np. użycie czułych i selektywnych sensorów, detektorów; wprowadzenie operacji
przygotowania próbki)
bioanalityka i biomonitorowanie (wykorzystanie materiału
biologicznego)
Trendy w aparaturze pomiarowej (1)
 wprowadzenie technik i przyrządów sprzężonych (realizacja
całego cyklu analitycznego w jednym przyrządzie)
 automatyzacja, robotyzacja oraz komputeryzacja procedur i
przyrządów analitycznych (integracja przyrządów,
„inteligentne” przyrządy analityczne)
 miniaturyzacja przyrządów analitycznych (rozwój przyrządów
polowych i osobistych)
 nowe detektory i sensory analityczne (np. sensory chemiczne,
biosensory)
 przyrządy pasywne (pobieranie próbek powietrza i wód
powierzchniowych, dozymetry pasywne i indywidualne)
Trendy w aparaturze pomiarowej (2)
 techniki zdalnego pomiaru stopnia skażenia środowiska (np.
techniki LIDAR, SODAR, zdjęcia oraz filmy wykonane z pokładów statków kosmicznych)
 przyrządy z bezpośrednim odczytem stężenia analitu (szybkie testy (tzw. rurki wskaźnikowe) do monitorowania jakości
żywności, wody i powietrza atmosferycznego
 prowadzenie pomiarów na miejscu (in situ) w celu zmniejszenia opóźnienia informacyjnego
 techniki filmowe i dokumentacje fotograficzne (np. dokumentowanie i identyfikacja źródeł emisji zanieczyszczeń na stanowiskach pracy
Trendy w odczynnikach





Szybkie testy screeningowe (np. testy Mercka)
Nowe media reakcyjne (np. ciecze jonowe, mikroemulsje,
układy micelarne)
Nowe metody zagęszczania analitów (np. polimery termowrażliwe, adsorbery)
Odczynniki selektywne
Enzymy
Źródła rozwoju metod analitycznych







inżynieria materiałowa
technologia materiałów wysokiej czystości
kataliza
biotechnologia
mikroelektronika
mikromechanika
informatyka
Analiza specjacyjna (1)
 Definicja specjacji
Proces identyfikacji i oznaczania różnych form występowania danego pierwiastka w próbce rzeczywistej
 Podział specjacji
• indywidualna
• grupowa
• fizyczna
• chemiczna
Analiza specjacyjna (2)

Specjacja indywidualna
oznaczanie tylko jednego określonego indywiduum chemicznego w próbce, np. silnej toksyny

Specjacja grupowa
oznaczanie różnych form występowania w próbce określonego pierwiastka, np. Cr(III) oraz Cr(VI)
Analiza specjacyjna (3)

Specjacja fizyczna
oznaczanie różnych form fizycznych występowania tego
samego indywiduum chemicznego w badanej próbce, np.
formy: rozpuszczone, zaadsorbowane, skompleksowane

Specjacja chemiczna
oznaczanie każdej z form chemicznych w jakich dany pierwiastek lub występuje w badanej próbce
Typy próbek środowiskowych


Podział wg stanu skupienia
• Gazowe
• Ciekłe
• Stałe
Podział wg stanu rozproszenia
• Molekularne
(<10 nm)
• Koloidalne
(10 nm -1000nm)
• Makroskopowe
(>1000 nm)
Typy próbek środowiskowych
 Emisja
Zanieczyszczenia wprowadzane do środowiska
Wielkość emisji:
to ilość zanieczyszczeń emitowana przez producenta
tego zanieczyszczenia w jednostce czasu, np. [g Pb/rok]
 Imisja
Zanieczyszczenia przyjmowane przez całe środowisko lub
jego element, np. powietrze, wodę
Wielkość imisji:
to wielkość opadu zanieczyszczeń w jednostce czasu
na jednostkową powierzchnię, np. [g Pb/ha/rok]
Źródła próbek gazowych










gazy z kominów gazów odlotowych (pomiar emisji)
powietrze atmosferyczne (pomiar imisji)
próbki gazów z górnych warstw atmosfery
powietrze wewnętrzne (pomieszczenia)
powietrze na stanowiskach pracy
gazy spalinowe z silników pojazdów (ruchome źródła emisji)
gazy z instalacji przemysłowych i zamkniętych obiegów
mediów technologicznych
atmosfery specjalne (okręty podwodne, kapsuły ratunkowe)
gazy wydychane przez człowieka
gazy z miejsc trudno dostępnych i niebezpiecznych
Rodzaje analitów gazowych
 Gazy i pary
• gazowe składniki nieorganiczne
• gazy i pary związków organicznych
• bardzo lotne związki organiczne
• lotne związki organiczne
• średnio lotne związki organiczne
 Aerozole i pyły
• materia organiczna zawieszona
• substancje organiczne zaadsorbowane na powierzchni:
* aniony i kationy,
* dioksyny
Źródła próbek ciekłych











woda wodociągowa (woda pitna)
woda energetyczna (kotłowa)
wody powierzchniowe
wody głębinowe
woda ze strefy nienasyconej
woda deszczowa
woda morska
ścieki przemysłowe
ścieki niebezpieczne
ścieki komunalne
film powierzchniowy (rozlewy olejowe i zw.
ropopochodnych)
Rodzaje analitów ciekłych
 gazy nieorganiczne rozpuszczone
 substancje organiczne rozpuszczone:
• trihalometany
• lotne związki organiczne
• związki ropopochodne
• pestycydy
• związki metaloorganiczne
• dioksyny
 substancje nieorganiczne rozpuszczone:
• substancje pożywkowe (nutrienty)
 substancje zawieszone:
• związki organiczne zaadsorbowane na powierzchni
ciała stałego (zawiesiny)
• kationy i aniony
Źródła próbek stałych












śnieg i lód
gleba
osady denne
materiał roślinny
ściółka leśna
odpady komunalne
odpady przemysłowe
odpady niebezpieczne
pyły (z elektrofiltrów)
lotne pyły ze spalarni stałych odpadów
popioły
osady ściekowe
Rodzaje analitów stałych
 związki nieorganiczne
• aniony i kationy
• związki organiczne
 związki organiczne zaadsorbowane na powierzchni
• dioksyny
• związki ropopochodne
• związki metaloorganiczne
• pestycydy
Podział metod analitycznych
 Kryterium sposobu wykonania
• Manualne
• Półautomatyczne
• Automatyczne
 Kryterium położenia przyrządu analitycznego
• Off-line
• At-line
• On-line
• In-line
Podział metod analitycznych (1)

Analiza OFF- LINE
Próbkę pobiera się zgodnie z obowiązującymi zasadami.
Po odpowiednim zabezpieczeniu próbka jest
transportowana do laboratorium celem przeprowadzenia
analizy.
Czas wykonania analizy – ok. 1 doba

Analiza AT- LINE
Przyrząd pomiarowy jest przenoszony na miejsce pobierania próbki. Próbka jest ręcznie wprowadzana do przyrządu
pomiarowego.
Czas wykonania analizy – ok. 1 gozina
Podział metod analitycznych (2)

Analiza ON-LINE
Przyrząd pomiarowy jest na stałe zainstalowany w miejscu
pobierania próbek. Próbka (przy zachowaniu
odpowiedniego reżimu czasowego) jest pobierana
automatycznie i wprowa-dzana do przyrządu.
Czas wykonania analizy – ok. 1 minuta

Analiza IN- LINE
Czujnik przyrządu kontrolno – pomiarowego jest na stałe
umieszczony w badanym medium. Poziom stężenia oznaczanego analitu jest mierzony w sposób ciągły.
Czas wykonania analizy – ok. 1 sekunda
Monitoring środowiska
 Definicja monitoringu środowiska
• Badanie, analiza i ocena stanu środowiska w celu obserwacji zachodzących w nim zmian
• Prognozowanie zmian środowiska.
 Skala prowadzenia monitoringu środowiska
• Globalna (światowa),
• Kontynentalna,
• Ogólnokrajowa,
• Lokalna (np. w strefie oddziaływania obiektu
przemysłowego);
Zadania państwowego
monitoringu środowiska w Polsce
 Dostarczanie informacji o:
• aktualnym stanie poszczególnych komponentów środowiska
• stopniu zanieczyszczenia środowiska,
• ilości zanieczyszczeń odprowadzanych do środowiska,
• dynamice antropogenicznych przemian środowiska,
• przewidywanych skutkach użytkowania środowiska.
Monitoring środowiska
Zakres monitoringu środowiska:
• Powietrze atmosferyczne,
• Wody powierzchniowe
• Wody podziemne,
• Gleby,
• Hałas,
• Przyroda ożywiona.
Pomiary uzupełniające monitoring środowiska:
 Ilość zanieczyszczeń wprowadzanych do środowiska, np.
• wielkości emisji pyłów do atmosfery,
• wielkości emisji gazów do atmosfery,
• ilości i składu ścieków odprowadzanych do wód,
 Nagromadzenie i charakterystyka odpadów.
Cechy monitoringu środowiska
 Systematyczność badań prowadzonych według ustalonych
zasad i metod pobierania prób
 Stosowanie ustalonych i powtarzalnych metod analizy prób.
 Istnienie systemu kontroli jakości pomiarów obejmującego:
• rejestrację i akredytację laboratoriów,
• kontrolę uzyskiwanej dokładności metod analitycznych,
• legalizację aparatury.
Metody monitoringu środowiska




Metody manualne - pomiary okresowe (nieautomatyczne),
Półautomatyczne stacje pomiarowe
Automatyczne systemy pomiarowo-alarmowe - pomiary ciągłe
Sieci obserwacyjno-pomiarowe zanieczyszczeń w środowisku
Metody monitoringu środowiska
 Inne metody ciągłej rejestracji zanieczyszczeń
• zdalne monitorowanie jakości środowiska - teledetekcja
przy użyciu promieniowania elektromagnetycznego.
• monitoring biologiczny (tzw. bioindykacja zanieczyszczeń)
- wykorzystaniu roślin lub organizmów zwierzęcych do
rejestracji szkodliwego oddziaływania zanieczyszczeń
Sieci monitoringu środowiska
Rodzaje sieci monitoringu środowiska
 sieci nadzoru ogólnego
 sieci pomiarowo-alarmowe (automatyczne)
 sieci weryfikacyjne.
Sieci nadzoru ogólnego
 Organizowane są na dużym terenie (makroskala)
 Stanowią podstawę monitoringu ogólnokrajowego
 Monitorują przestrzenno-czasowy rozkład zanieczyszczeń
w skali dużych regionów i w długich przedziałach czasu
Sieci monitoringu środowiska
 Automatyczne sieci pomiarowo-alarmowe
• służą do bieżącego określania stanu zanieczyszczenia
powietrza, głównie na obszarach miejsko-przemysłowych,
• służą do wód powierzchniowych wykorzystywanych jako
źródło wody pitnej;
• otrzymywane informacje umożliwiają natychmiastowe
przeciwdziałanie skutkom zanieczyszczenia,
• pozwalają na opracowywanie prognoz krótkoterminowych
zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego i wód
powierzchniowych oraz określanie wpływu poszczególnych
źródeł na stan środowiska.
Hałas
3,2
2,4
1,6
Amplituda
0,8
0,0
-0,8
A
B
C
-1,6
-2,4
-3,2
0
10
20
30
40
50
Czas
60
70
80
90
100
Hałas
3,2
2,4
1,6
Amplituda
0,8
0,0
-0,8
-1,6
-2,4
-3,2
0,0
0,2
0,4
0,6
Częstotliwość
0,8
1,0
Hałas
 Son - jednostką głośności.
Dźwięk ma głośność równą 1 son, jeżeli jest on oceniany jako
równie głośny jak dźwięk prosty o częstotliwości 1000 Hz i poziomie ciśnienia akustycznego 40 dB .
Dźwięk n-krotnie głośniejszy ma głośność N sonów.
 Krótkotrwałe przebywanie w hałasie o dużym poziomie powoduje zmęczenie słuchu. Ma ono charakter przejściowy i występuje w postaci chwilowego przytępienia słuchu, nazywanego też chwilowym ubytkiem słuchu.
 Przebywanie w hałasie o dużym poziomie i to przez dłuższy
okres powoduje powstawanie trwałych ubytków słuchu prowadzących nawet do całkowitej głuchoty.
 Za trwały ubytek słuchu uważa się taki, który nie ustępuje po
upływie 8 - 12 godzin.
Hałas
 O szkodliwości hałasu na słuch decyduje:
• Czas ekspozycji człowieka na działanie hałasu
• Poziom natężenia hałasu
• Częstotliwość drgań wywołujących hałas
Większą szkodliwość na słuch obserwuje się dla hałasu
o wyższych częstotliwościach.
• Zakres częstotliwościowy hałasu (tzn. szerokość zakresu
widma hałasu, w którym znajdują się wartości szczytowe).
Im w węższym paśmie częstotliwości występuje hałas
tym bardziej jest szkodliwy.
Hałas
 Hałas o stosunkowo małym poziomie (rzędu ok. 75 - 85 dB),
ale działający nieprzerwanie przez dłuższy czas (rzędu kilku,
a nawet kilkunastu lat), może być przyczyną trwałego uszkodzenia słuchu.
 O szkodliwości hałasu decyduje również stopień przygotowania psychicznego na pojawienie się danego hałasu.
 Hałas, który występuje niespodziewanie, jest bardziej
szkodliwy dla słuchu.
Prawa psychologiczne
Prawo Webera (1849)
Przyrost bodźca zdolny wywołać dostrzegalny przyrost wrażenia
musi być proporcjonalny do wielkości bodźca już działającego
B  a  B
Prawa psychologiczne
Prawo Fechnera (1860)
Siła wrażeń rośnie proporcjonalnie do wielkości bodźca
W  b  B
Zmiana wielkości działającego bodźca jest proporcjonalna
do siły wywoływanego wrażenia
B  b'W
Prawa psychologiczne
Prawo Webera-Fechnera
Siła wrażeń rośnie proporcjonalnie do logarytmu bodźca
dB
dW  k W 
B
B  a  B
B  b'W
W
W 
B
 dW  k  
W
W0
dB
B
 k W  ln
B
B0
B0
B  c  B  W
W  k W  ln B  const
Prawa psychologiczne
Prawo Stevensa (1957)
Wielkość doznawanego wrażenia jest funkcją potęgową siły
działającego bodźca
n
W  kS  B
kS - współczynnik Stevensa
n - wykładnik Stevensa
Hałas
Pozasłuchowe działanie hałasu
 wpływ na układ krwionośny:
• zwężenie naczyń krwionośnych,
• zaburzenia pracy serca,
• wzrost ciśnienia tętniczego krwi,
• choroba wieńcowa;
 wpływ na czynności wydzielnicze gruczołów:
• zaburzenia poziomu cukru,
• przyspieszenie przemiany materii,
 wpływ na układ trawienny:
• choroby wrzodowe,
 zmniejszenie i spowolnienie ruchu narządów zbudowanych
z mięśni gładkich
Hałas
Pozasłuchowe działanie hałasu
 zabudzenia neurologiczne:
• spadek sprawności pamięci,
• spadek spostrzegania,
• spadek stopnia uwagi,
• ograniczenie zdolności orientacji w przestrzeni,
• wzrost czasu reakcji,
• zaburzenia narządu równowagi,
 wystąpienie reakcji alarmowych takich jak:
• marszczenie brwi i powiek,
• mrużenie powiek,
• drgania ciała,
• spadek ostrości widzenia.
Metody zwalczania hałasu
Metody techniczne
 Aktywne (użycie dodatkowych energii)
 Klasyczne
• w miejscu powstawania: łożyska, silniki, przekładnie ...
• na drodze propagacji fali dźwiękowej:
* adaptacja akustyczna pomieszczeń,
* ekrany,
* obudowy
• u odbiorcy:
* kabiny dźwiękoszczelne,
* ochrona osobista:
- wkładki do przewodu usznego,
- nauszniki,
- hełmy.
Metody zwalczania hałasu
Metody prawno-organizacyjne
 usytuowanie budynku w przestrzeni,
 lokalizacja poszczególnych pomieszczeń ze względów
wymagań akustycznych,
 rozmieszczenie źródeł hałasu w pomieszczeniu w oparciu o:
• ich charakterystykę kierunkową,
• geometrię pomieszczenia,
• dobowy okres emisji hałasu,
• chłonność akustyczną i inne parametry,
 kontrola czasu pracy,
 wprowadzenie przerw,
 ograniczenia, nakazy i zakazy.
Metody ochrony przed hałasem










Wyciszanie źródeł hałasu
Wytłumienie pomieszczeń
Zagospodarowanie pomieszczenia
Wyciszanie otoczenia stanowisk roboczych
Materiały i ustroje dźwiękochłonne
Materiały i ustroje płaskie
Ustroje przestrzenne
Obudowy dźwiękoizolacyjne
Kabiny dźwiękoszczelne
Indywidualne ochrony słuchu
Hałas a transport przeszłości
MAGLEV
 Podstawa fizyczna
MAGLEV = magnetyczna lewitacja (magnetic levitation).
Wykorzystanie zjawiska lewitacji magnetycznej do celów
transportowych, np. w transporcie kolejowym.
 Twórcy pomysłu
• 1900 - Emile Bachelet - francuski wizjoner
• 1966 - dr James Powell - amerykański fizyk - specjalista
od napędów rakietowych
• 1966 - dr Gordon Danby - amerykański fizyk - pionier
badań nad nadprzewodnictwem i zastosowaniami NMR
w medycynie
Hałas a transport przyszłości
MAGLEV
 Wizja
• Wagony tego pociągu unoszą się nad torem, gdyż są one
odpychane torowisko.
• Magnesy umieszczone w podwoziu pociągu rozpędzają
pociąg mknący w powietrzu.
 Założenia środowiskowe dla pociągu magnetycznego
• Nie styka się z torowiskiem
• Nie ma żadnych silników
• Nie spala paliwa (brak emisji spalin)
• Nie wydaje dźwięku
• Nie drży (komfort dla pasażera i przewożonych towarów)
• Nie wibruje (komfort dla okolicy)
Hałas a transport przyszłości
Modele EMS = Electromagnetic Suspension Models
Pociągi typu EMS są testowane w Niemczech i Chinach
Projektant: Transrapid
Zasada działania
Podstawa pociągu jest owinięta wokół toru prowadzącego.
Elektromagnesy unoszą pociąg na wysokość ok. 1 cm nad tor.
Cewki uzwojeń elektromagnesów przewodzą prąd tylko gdy
włączone jest zasilanie.
Pociąg lewituje przez cały czas jazdy.
Położenie pociągu względem toru jest utrzymywane przez
magnesy prowadzące.
Pociąg z pasażerami może osiągać prędkość do 480 km/godz.
Europejskie pociągi a hałas
Natężenie dźwięku a zdrowie
 Narastanie wrogości i agresji:
• 75 dB - nowoczesny samochód małolitrażowy,
• 80 dB - klakson,
 Poziom szkodliwy dla zdrowia:
• 85 dB - uszkodzony kran,
• 85 dB - wnętrze typowego samochodu na polskiej drodze,
 Zakłócenia systemu nerwowego:
Odległość 25 m
• 90 dB - przerwa w szkole,
Pociąg (92 dB)
• 95 dB - odkurzacz typowy,
• 110 dB - trzaskające drzwi windy w bloku,
• 120 dB - silnik samolotowy
 Granica bólu:
• 130-160 dB - wybuch petardy
Pociągi a zużycie terenu
Człowiek a pole magnetyczne
Pociągi nadprzewodzące a hałas
Proponowane rozwiązania środowiskowe
Poprowadzenie trasy w specjalnym tunelu niskociśnieniowym,
tzn. w tunelu prawie opróżnionym z powietrza i innych gazów.
Projekty pociągu typu MAGLEV w tunelach okołopróżniowych
są rozpatrywane już od ponad 20 lat.
Szwajcarzy rozważają możliwości budowy ogólnokrajowego
systemu MAGLEV dla metra umieszczonego niemal w całości
w tunelach przewierconych pod Alpami i z góry zaplanowanych
jako tunele niskociśnieniowe.
Pociągi nadprzewodzące a hałas
Proponowane rozwiązania środowiskowe
W Japonii budowana jest obecnie trasa kolejowa Tokio-Osaka.
Ma ona także obejmować długie odcinki umieszczone w takich
niskociśnieniowych tunelach.
Aktualny koszt budowy tuneli drążonych w litej skale jest wciąż
bardzo wysoki. Jest to dziś średnio ok. 30 mln. USD na milę
(tj. ok. 20 mln. USD na km)
Infradźwięki
Definicja
Dźwięki lub hałasy o częstotliwości 2-6 Hz, nie zawierające żadnych wyraźnych składowych w zakresie częstotliwości poniżej 1
Hz i powyżej 20 Hz. Poza nimi, mianem dźwięków niskiej częstotliwości przyjęto określać drgania o częstotliwości 10 - 100 Hz
Występowanie w przyrodzie
 Sposób komunikowania się ssaków
 Infradźwięki są rejestrowane na kilka sekund przed ruszeniem
w górach lawiny śnieżnej. Prawdopodobnie ta fala infradźwiękowa pochodzi z ruchów głęboko położonych warstw śniegu.
 Infradźwięki są rejestrowane bezpośrednio przed wystąpieniem
trzęsienia ziemi i erupcji wulkanicznej.
 Tworzenie fali infradźwiękowej w wyniku serii pożarów pól
naftowych w Zatoce Perskiej
Infradźwięki
Cechy infradźwięków

Prędkość rozchodzenia się fal infradźwiękowych w ośrodku
materialnym, u, jest taka sama jak dla fal akustycznych,
np. powietrze (340 m/s),
woda (1483 m/s)
u  f


Duże rozprzestrzenianie się, gdyż są to długie fale
Przykładowo: fala o f=16Hz ma długość =21,5 m
Wzrost oddziaływania w oddalonych pomieszczeniach,
Infradźwięki
Cechy infradźwięków




Bardzo małe pochłanianie w ośrodku (o kilka rzędów wielkości mniejsze niż fale akustyczne);
Nieskuteczność działania przegród
Wzmacnianie fal na skutek zjawiska rezonansu:
• pomieszczeń
• elementów konstrukcyjnych obiektów
• całych obiektów
Wzrost oddziaływania fal infradźwiękowych w oddalonych
pomieszczeniach.
Infradźwięki
Główne źródła hałasu infradźwiękowego w przemyśle









maszyny i urządzenia przepływowe,
sprężarki,
silniki wysokoprężne (silniki Diesla),
młoty,
wentylatory,
dmuchawy wielkopiecowe,
transport wodny,
transport lądowy,
transport lotniczy
Infradźwięki
Subiektywne reakcje człowieka na pole infradźwiękowe




Infradźwięki są odbierane przez receptory czucia, a także
przez narząd słuchu.
Poziomem krytycznym jest wartość 75 dB, po niej,
względnie małe zmiany poziomu ciśnienia wywołują duże
zmiany w odczuciu stopnia dokuczliwości.
Pod wpływem infradźwięków może dojść do zmian w
ośrodkowym układzie nerwowym: spadek stanu czuwania,
senność, zakłócenie snu i odpoczynku, dyskomfort,
nadmierne zmęczenie, zaburzenia: równowagi,
fizjologiczne i sprawności psychomotorycznej, stany
lękowe i wrażenie opresji.
Daje się też zauważyć silne działanie na struktury i funkcje
narządów wewnętrznych organizmu.
Infradźwięki
Subiektywne reakcje człowieka na pole infradźwiękowe











Ogólne złe samopoczucie: 1 – 20 Hz
Bezdech: 1 – 3 Hz
Zaburzenia oddychania: 4 – 8 Hz
Ból klatki piersiowej: 4 – 11 Hz
Ból brzucha: 4 – 14 Hz
Silne drgania szczęki: 6 – 9 Hz
Ból lędźwiowo-krzyżowy: 6,5 – 20 Hz
Parcie na mocz: 9 – 20 Hz
Parcie na kał: 9 – 20 Hz
Zawroty głowy: 9 – 20 Hz
Silny wzrost napięcia mięśniowego: 10 – 20 Hz
Ultradźwięki

Definicja
Są to dźwięki, których częstotliwość znajduje się powyżej
górnej granicy częstotliwości słyszalnej.

Podział
• niskoczęstotliwościowe
• wysokoczęstotliwościowe
• hiperdźwięki

Cechy
• W środowisku naturalnym nie występują ultradźwięki
szkodliwe dla organizmu.
• Zasięg działania tych fal jest nieduży, gdyż przy tak
wysokich częstotliwościach długość fali jest mała.
Ultradźwięki





Działanie ultradźwięków na człowieka może mieć charakter
ogólny i miejscowy.
Drgania do ciała człowieka wnikają drogą kontaktową.
Najsilniej działają na tkanki miękkie takie jak:
• mózg,
• gruczoły wydzielania wewnętrznego,
• gałkę oczną.
Silnie działają na układ kostny płodu
Sposób działania na organizm:
• mechaniczny,
• termiczny,
• chemiczny.
Ultradźwięki

Skutki dla organizmu:
• bóle i zawroty głowy,
• zaburzenia równowagi,
• nudności,
• senność,
• nadmierne zmęczenie,
• mogą też pojawiać się ubytki słuchu,
• zaburzenia krążenia,
• zaburzenia pracy serca,
• wzmożona pobudliwość,
• rozdrażnienie.
Źródła pola elektromagnetycznego
Sztuczne źródła pola elektromagnetycznego oraz statycznego
pola elektrycznego i magnetycznego:
 odbiorniki TV,
 monitory komputerowe,
 kuchenki mikrofalowe,
 telefony bezprzewodowe,
 telefony komórkowe,
 aparaty CB-radio,
 anteny nadawczo-odbiorcze radiostacji,
 radary,
 linie energetyczne wysokiego napięcia,
Źródła pola elektromagnetycznego
Sztuczne źródła pola elektromagnetycznego oraz statycznego
pola elektrycznego i magnetycznego:
 urządzenia przemysłowe, jak np.
• piece indukcyjne,
• piece łukowe,
• zgrzewarki do folii,
• stanowiska do naprawy odbiorników TV,
• stanowiska do naprawy monitorów komputerowych.
Skutki pola elektromagnetycznego
Obserwacje, eksperymenty i wiedza medyczna oraz związki
przyczynowo-skutkowe, pozwalają na stwierdzenie, że
promieniowanie elektromagnetyczne
może oddziaływać na organizmy żywe.
Możliwe objawy tego oddziaływania u ludzi:
 zaburzenia snu,
 bóle głowy,
 brak możliwości skupienia,
 pogorszenie wzroku,
Skutki pola elektromagnetycznego






zmiana ciśnienia krwi,
zmęczenie nieadekwatne do wysiłku
(objaw często występujący u dzieci i młodzieży),
zmiany obrazu krwi (zachwianie stosunku białych i czerwonych ciałek krwi),
zmiany poziomu hormonów,
rozregulowanie cyklu menstruacyjnego,
możliwość częstszych poronień.
Radionuklidy
Podział radionuklidów
 W zależności od pochodzenia radionuklidy dzieli na:
• radionuklidy pochodzenia naturalnego,
• radionuklidy pochodzenia sztucznego.
 75 % radionuklidów pochodzenia naturalnego
 Radionuklidy pochodzenia naturalnego i sztucznego są
emiterami promieniowania: alfa, beta, gamma oraz X.
 Promieniowanie, które oddziałuje na organizm człowieka
pochodzi od radionuklidów znajdujących się zarówno na
zewnątrz jak i wewnątrz danego organizmu.
.
Promieniowanie jonizujące pochodzenia naturalnego
a. promieniowanie kosmiczne,
b. promieniowanie radionuklidów naturalnych obecnych w środowisku Ziemi.
Promieniowanie kosmiczne
.
Stanowią radionuklidy, które powstają w wyniku przemian
jądrowych zachodzących pomiędzy cząstkami promieniowania
kosmicznego i jądrami niektórych pierwiastków znajdujących
się w powietrzu.
Do radionuklidów powstających w ten sposób należą:
3H, 7Be, 14C.
Radionuklidy naturalne
.




Powstały w okresie powstawania Układu Słonecznego.
Ich cechą charakterystyczną jest długi okres połowicznego
zaniku w porównaniu do czasu istnienia Ziemi.
Wiek Ziemi ocenia się na ok. 4,6 mld. lat.
Do grupy tej należą radionuklidy pochodne długożyjących
pierwiastków macierzystych trzech naturalnych szeregów
promieniotwórczych:
• torowego,
• uranowo-radowego,
• uranowo-aktynowego.
Radionuklidy naturalne
O wielkości dawki promieniowania otrzymanej przez człowieka
ze źródeł naturalnych decyduje głównie promieniowanie:




radionuklidów szeregu torowego,
radionuklidów szeregu uranowo-radowego,
izotopu potasu 40K, składnika potasu naturalnego.
radonu
Radionuklidy naturalne
.
Zagrożenie izotopami radonu
Z gleby i licznych materiałów budowlanych do powietrza atmosferycznego przenika głównie: toron (220Rn) i radon (222Rn).
Toron - radionuklid należący do szeregu torowego.
Radon - radionuklid należący do szeregu uranowo-radowego.
Gazy te w wyniku rozpadu tworzą kolejne radionuklidy tych
szeregów. Są one wdychane wraz z produktami ich rozpadu
które tworzą promieniotwórcze aerozole.
Przedostają się one do płuc i stanowią największy składnik
dawki promieniowania otrzymywanej przez ludzi z naturalnych źródeł promieniowania.
Sztuczne źródła promieniowania
Wytworzone przez człowieka źródła promieniowania











zakłady produkujące i dystrybuujące izotopy,
akceleratory,
reaktory jądrowe,
defektoskopy izotopowe,
czujniki dymu zawierające źródła izotopowe,
aparaty rentgenowskie,
urządzenia do telegammaterapii,
nieostrożny transport odpadów,
składowiska odpadów promieniotwórczych (w Polsce
miejscowość Różan nad Narwią),
materiały budowlane, uzyskane z popiołów elektrociepłowni,
różne zastosowania wojskowe i kosmiczne.
Jednostki promieniowania
Mogą charakteryzować:
 źródło promieniowania,
 oddziaływanie źródła promieniowania na otoczenie.
Pojęcia podstawowe:
 aktywność źródła promieniowania,
 dawka promieniowania.
Jednostki promieniowania
Aktywność źródła promieniowania
Jest to liczba samoistnych rozpadów promieniotwórczych
zachodzących w źródle promieniowania w jednostce czasu.
W układzie SI jednostką aktywności jest bekerel (Bq).
Źródło promieniowania ma aktywność jednego bekerela, jeśli
w ciągu jednej sekundy następuje w nim jeden rozpad.
1 Bq = 1 s-1
Dawną jednostką aktywności do dziś używaną jest kiur (Ci).
1 Ci = 3,7·1010 s-1 = 3,7·1010 Bq = 37 GBq
Rodzaje dawek promieniowania
Podstawy dozymetrii






X – źródło promieniowania X
m – masa objętości V powietrza lub
badanego obiektu
Q – ładunek elektryczny wytworzony
w masie m powietrza
E – energia absorbowana przez masę m obiektu
Ep – energia wyzwolona,
Ew – energia wyemitowana z masy
m obiektu
Rodzaje dawek promieniowania
Dawka ekspozycyjna
Jest miarą jonizacji, jaka zachodzi w powietrzu pod wpływem:
 promieniowania elektromagnetycznego X
 promieniowania elektromagnetycznego .
Jeżeli pod wpływem promieniowania X lub  w elemencie objętości powietrza o masie dm powstał ładunek dQ jonów jednego
znaku, to dawką ekspozycyjną X nazywamy stosunek:
X = dQ/dm
dQ jest bezwzględną wartością sumy ładunków jonów jednego
znaku wytworzonych w warunkach równowagi elektronowej,
tzn. gdy wszystkie jony dodatnie i elektrony wytworzone w elemencie objętości o masie dm w nim pozostają
Rodzaje dawek promieniowania
Dawka ekspozycyjna


W układzie SI jednostką dawki ekspozycyjnej jest kulomb
na kilogram (C kg-1).
Do niedawna używano jednostki zwanej rentgenem (R).
1 R = 2,58·10-4 C kg-1

Obecnie pojęcie dawki ekspozycyjnej wychodzi z użycia.
Coraz częściej używa się pojęcia dawki pochłoniętej.
Rodzaje dawek promieniowania
Dawka pochłonięta

Jest miarą pochłaniania promieniowania jonizującego przez
materiały. Jest to energia jaką pochłania jednostka masy
danego ośrodka, przez który promieniowanie to przechodzi:
D = dE/dm
dE - jest średnią energią promieniowania jonizującego przekazaną materii w elemencie objętości o masie dm.


W układzie SI jednostką dawki pochłoniętej jest grej (Gy).
1 Gy = 1 J kg-1
Dawniej mierzono dawkę pochłoniętą w radach (rd).
1 rd = 0,01 Gy
Rodzaje dawek promieniowania
Biologiczny równoważnik dawki

Jest to dawka promieniowania pochłonięta przez daną tkankę lub narząd z uwzględnieniem skutków biologicznych wywołanych przez różne rodzaje promieniowania.
 Biologiczny równoważnik dawki oblicza się ze wzoru:
H = q·D
gdzie: q – współczynnik jakości promieniowania,
D – dawka pochłonięta w tkance lub narządzie [Gy].
 Biologiczny równoważnik dawki, H [Sv=J/kg], oblicza się dla
danego organu lub dla całego ciała
Radionuklidy
Dawka efektywna
 Określa ilość energii promieniowania jonizującego, która została przekazana jednostce masy napromienianej materii.
 Jednostką efektywnego równoważnika dawki jest siwert,
Sv = 1 J/kg.
Rodzaje dawek promieniowania
Współczynnik jakości promieniowania, q


Jest to względna miara oddziaływania różnych rodzajów
promieniowania na organizm człowieka
Wartości q:
• Promieniowanie 
q = 1,0
• Promieniowanie 
q = 1,0 – 1,7
• Protony
q = 10
• Neutrony termiczne
q = 10
• Promieniowanie 
q = 20
Rodzaje dawek promieniowania
Określenia mocy dawki promieniowania

Moc dawki ekspozycyjnej
• Definicja: przyrost dawki ekspozycyjnej dX w czasie dt
• Jednostka: [R/h], [rentgen/h]

Moc dawki pochłoniętej
• Definicja: przyrost dawki pochłoniętej dD w czasie dt
• Jednostka: [Gy/s], [grej/s], [rad/s]

Moc równoważnika dawki
• Definicja: stosunek przyrostu równoważnika dawki dH w
czasie dt
• Jednostka: [Sv/s], [siwert/s], [rem/h]
Wnikanie radionuklidów do organizmu
Wniknięcie radionuklidu oznacza wprowadzenie określonej
ilości substancji promieniotwórczej do organizmu człowieka.
Drogi wnikania radionuklidów
 inhalacja (wdychanie),
 droga pokarmowa (spożycie),
 przenikanie przez kontakt (bezpośrednie wnikanie),
 uszkodzenia skóry (skaleczenia)
Skutki biologiczne napromieniowania
Czynnik wagowy WT dla tkanek człowieka zalecane w ICRP 60
Tkanka
wT
Gonady
0,20
Czerwony szpik kostny, jelito grube,
płuca, żołądek
Pęcherz moczowy, gruczoły piersiowe,
wątroba, przełyk, tarczyca
Skóra, powierzchnia kości
0,12
0,05
0,01
Pozostałe
0,05
Skutki biologiczne napromieniowania
Efektywny równoważnik dawki obciążającej Hef50
Stanowi sumę iloczynów współczynnika wagowego narażenia
tkanki lub narządu (wT) oraz wartości równoważnika dawki
obciążającej daną tkankę lub narząd, powstającego w wyniku
wniknięcia materiału promieniotwórczego do organizmu
H ef 50   wT  H T
Ta wielkość jest miarą całkowitego ryzyka somatycznego lub
efektów dziedziczności dla poszczególnej osoby i jego potomków, od wniknięcia materiału promieniotwórczego związanego
z ryzykiem napromieniowania w kolejnych latach, powstałego
w wyniku tego wchłonięcia.
Skutki biologiczne napromieniowania
HT [Sv]
Skutki biologiczne przy jednorazowym
napromieniowaniu całego ciała
0,00 - 0,25 Brak objawów
0,25 - 0,50 Zmiany obrazu morfologicznego krwi
0,50 - 1,0 Słabe objawy chorobowe, zmiany w krwi, możliwość
wystąpienia skutków ubocznych w późniejszym okresie
1,0 - 2,0 Objawy chorobowe, bóle głowy, mdłości, osłabienie
2,0 - 3,0
Ciężkie objawy kliniczne.
Śmiertelność w 25% przypadków
3,0 - 5,0
Choroba popromienna.
Śmiertelność w 50% przypadków
5,0 - 7,0
Uszkodzenia szpiku i organów wewnętrznych.
Śmiertelność w 100% do kilkudziesięciu dni.
Skutki biologiczne napromieniowania
Równoważnik dawki obciążającej
Dawka pochłonięta od zewnętrznego promieniowania jest
dostarczana w tym samym czasie, kiedy organ lub tkanka
podlega ekspozycji od zewnętrznego źródła promieniowania.
Dla narażenia wewnętrznego pochodzącego od zawartych w
tkance radionuklidów, całkowita dawka będzie zwiększała się
w czasie i będzie dostarczana do organizmu w czasie trwania
pełnego rozpadu radionuklidów.
Skutki biologiczne napromieniowania
 Aby uwzględnić zmienność wartości równoważnika dawki
obciążającej w czasie ICRP (International Commission on
Radiological Protection) zdefiniowała równoważnik dawki
obciążającej, który będzie otrzymywany przez daną osobę
w wyniku wprowadzenia materiału promieniotwórczego do
jej organizmu.
 ICRP przyjęło arbitralnie 50 lat jako maksymalny czas gromadzenia dawki promieniowania przez osoby pracujące.
H ef50  
t 0  50
t0
H ( t )dt
H ( t ) – szybkość zmiany dawki promieniowania (zależna od czasu)
t0 – czas przyjęcia dawki promieniowania
Radionuklidy a zdrowie człowieka
Okres półrozpadu najczęściej przedostających się
do żywności pierwiastków radioaktywnych
131I
140Ba
32P
89Sr
60Co
90Sr
137Cs
22Na
14C
Pu
8 dni
13 dni
14,5 dnia
51 dni
5,25 lat
28 lat
30 lat
26 lat
5.568 lat
500.000 lat
Radionuklidy a zdrowie człowieka
Z punktu widzenia zagrożenia zdrowia człowieka główne
znaczenie mają:
 137Cs (cez)
 90Sr (stront)
 106Ru (ruten)
 131I (jod)
Bardzo istotne znaczenie ma w tym przypadku okres półrozpadu, który jest mocno zróżnicowany.
W przypadku jodu 131I okres półrozpadu liczony jest w dniach.
W przypadku cezu 137Cs oraz strontu 90Sr okres półrozpadu
liczony jest w dziesięcioleciach.
Skutki medyczne promieniowania
Przeciwwskazania zdrowotne do zatrudniania pracowników
w narażeniu na promieniowanie jonizujące







przebyte zmiany popromienne,
przewlekłe zatrucia benzenem,
choroby układu krwiotwórczego,
stany przednowotworowe,
stan po leczeniu nowotworów,
okres ciąży,
okres karmienia.
Elektrownie atomowe blisko Polski
Ziemia – planeta wody
 Powierzchnia całkowita
• Lądy
• Wody
 Objętość całkowita
• Lądy
• Wody
 Masa całkowita
• Lądy
• Wody
510,066 mln km2
148,647 mln km2 (29,14 %)
361,419 mln km2 (70,86 %)
1.082,7 mld km3
1.081,4 mld km3 (99,88 %)
1.338,5 mln km3 (0,12 %)
5,975*1024 kg
5,974*1024 kg (99,98 %)
1,339*1021 kg (0,022 %)
Ziemia – zasoby wodne

Podział wód występujących w przyrodzie:
• wody opadowe (atmosferyczne)
• wody powierzchniowe
• wody podziemne

Do celów spożywczych i technologicznych główne
zastosowanie znajdują wody powierzchniowe.
Ziemia – zasoby wodne








Morza i oceany
Lodowce
Jeziora
Wilgoć gleby
Chmury
Rzeki
Wody podziemne poniżej głębokości 1 km
Wody podziemne do głębokości 1 km
93,9 %
1,65 %
0,016%
0,006 %
0,001 %
0,0001 %
4,13 %
0,3 %
Woda
Skład chemiczny wód powierzchniowych
Woda jako bardzo dobry rozpuszczalnik zawiera prawie wszystkie substancje naturalne występujące w skorupie ziemskiej
oraz substancje wytwarzane w wyniku działalności człowieka.
Stężenie substancji występujących w wodach powierzchniowych zależy od:
• powszechności ich występowania,
• rozpuszczalności,
• procesów fizyko-chemicznych zachodzących w wodach.
Woda
Stężenia substancji w wodach powierzchniowych przeciętnie
wahają się od kilku ng/dm3 do kilkuset mg/dm3.
Do podstawowych składników wód należą:
• kationy: Ca2+, Na+, Mg2+
• aniony: HCO3-, SO42-, Cl• substancje nieorganiczne: krzemionka.
Zawartość i proporcje poszczególnych jonów zależą głównie
od składu chemicznego skał i gleb w występujących na terenie zlewni. Wpływ zanieczyszczeń doprowadzanych do wód
w wyniku działalności człowieka może znacznie zmienił ten
skład.
Woda
Klasyfikacja substancji występujących w wodach
Kryterium: pochodzenie substancji
 substancje pochodzenia naturalnego,
 substancje wprowadzone do wód wskutek gospodarczej
działalności człowieka. Są to substancje, które zazwyczaj
nie występują w przyrodzie w sposób naturalny. Dlatego
też często określa się jako substancje zanieczyszczające
lub substancje antropogeniczne.
Woda
Substancje zanieczyszczające – duży problem analityczny
Pomimo wielkiego postępu w dziedzinie analityki chemicznej,
a metod instrumentalnych w szczególności, w chwili obecnej
określenie naturalnej zawartości substancji chemicznych w
wodzie jest zagadnieniem bardzo trudnym i może być ono
wykonane z tylko dużym przybliżeniem.
I nie jest to problem niedoskonałości przyrządów pomiarowych
czy też stosowanych metod analitycznych. Przyczyna tego
stanu rzeczy leży w składzie chemicznym samej wody.
Już od pewnego czasu wszystkie wody występujące na
powierzchni Ziemi są już w mniejszym lub większym stopniu
zanieczyszczone.
Woda
Klasyfikacja substancji występujących w wodach
Kryterium: charakter chemiczny substancji
 substancje organiczne,
 substancje nieorganiczne.
Klasyfikacja chemicznych substancji występujących w wodach
dokonana według tego kryterium nie wydaje się być jednak
zupełnie ścisła i jednoznaczna.
Woda
Charakter chemiczny substancji – zastrzeżenia



Wiele substancji nieorganicznych może wchodzić w reakcje chemiczne z naturalnymi lub syntetycznymi związkami
organicznymi tworząc nowe połączenia, które najczęściej
zalicza się do grupy substancji organicznych.
W wyniku zachodzenia w środowisku wodnym licznych procesów biologicznych i biochemicznych związki nieorganiczne często ulegają reakcjom prowadzącym do powstawania substancji organicznych.
Z kinetycznego punktu widzenia charakter chemiczny danego zanieczyszczenia ulega zmianie gdyż związki organiczne są rozkładane do nieorganicznych produktów.
Woda
Klasyfikacja substancji występujących w wodach
Kryterium: stężenie substancji
 substancje podstawowe,
 makroskładniki,
 mikroskładniki
Woda
Stężenie substancji



Do składników podstawowych zalicza się te substancje występujące w wodach naturalnych, których stężenia wynoszą
od kilkunastu do kilkuset mg/dm3.
Makroskładniki występują w wodach naturalnych w stężeniach od kilkuset g/dm3 do kilkunastu mg/dm3.
Mikroskładniki występują w wodach naturalnych w stężeniach poniżej kilkuset g/dm3. Często są one określane
terminem substancje śladowe.
Woda
Klasyfikacja substancji występujących w wodach
Kryterium: stopień rozproszenia cząstek
 roztwory cząsteczkowe, czyli roztwory właściwe
 roztwory koloidalne, czyli koloidy
 układy rozproszone mechanicznie, czyli zawiesiny
Woda
Cechy roztworów cząsteczkowych (właściwych)
Rozmiar: poniżej 1 μm
Typ rozproszenia: cząsteczkowe
Wygląd: układy optycznie jednolite
Zachowanie w polu grawitacyjnym: nie sedymentują
Woda
Cechy roztworów koloidalnych
Rozmiar: 1-100 μm (niekiedy do 500 μm)
Typy układów koloidalnych:
• układy z cząstkami trójwymiarowymi,
• układy z cząstkami blaszkowatymi,
• układy z cząstkami nitkowatymi,
Typ rozproszenia: dyspersje dwóch lub więcej składników.
Składniki nie są ze sobą zmieszane cząsteczkowo.
Wygląd: układy optycznie jednolite
Zachowanie w polu grawitacyjnym: trudno sedymentują
Woda
Cechy zawiesin
Rozmiar: ponad 500 μm (zwykle już powyżej 100 μm)
Typ rozproszenia: dyspersje dwóch lub więcej składników.
Składniki nie są ze sobą zmieszane cząsteczkowo.
Wygląd: układy optycznie niejednolite
Zachowanie w polu grawitacyjnym: łatwo sedymentują
Zapotrzebowanie ludności na wodę
Średnie dobowe zużycie wody w krajach UE na osobę [dm3]









Spłukiwanie WC
Kąpiel i prysznic
Pranie bielizny
Zmywanie naczyń
Pielęgnacja ciała
Pielęgnacja ogródka
Pielęgnacja samochodu
Picie i gotowanie
Różne
Razem
Źródło: Manfred Häfner: „Ochrona środowiska”.
Wydawnictwo Polski Klub Ekologiczny, Kraków, 1993.
44,8
42,0
16,8
8,4
8,4
5,6
2,8
2,8
8,4
140,0 dm3
Zapotrzebowanie ludności na wodę
Średnie dobowe zużycie wody na osobę [dm3]


Czasy przedprzemysłowe
Obecnie w Europie Zachodniej
10 - 30
140 - 170
Skład ścieków [g/dm3]



Substancje rozpuszczalne
Zawiesiny opadające
Zawiesiny nieopadające
100
60
30
Źródło: Manfred Häfner: „Ochrona środowiska”.
Wydawnictwo Polski Klub Ekologiczny, Kraków, 1993.
Zanieczyszczenie wody
Definicja z punktu widzenia gospodarki wodnej
Jest to stan, w którym skład chemiczny wody jest tak dalece
zmieniony, że bezpośrednie jej użytkowanie do celów domowych lub przemysłowych staje się ograniczone lub niemożliwe.
Definicja z punktu widzenia biologicznego
Jest to każdy czynnik, który:
 wywołuje szkodliwe działanie na naturalne cechy wody,
 wywołuje szkodliwe działanie na zespoły organizmów zamieszkujących wodę,
 powoduje zachwianie równowagi biologicznej w biocenozie,
której rezultatem jest ustąpienie jednego lub większej liczby
organizmów wrażliwych na dany rodzaj zanieczyszczenia
Rodzaje zanieczyszczeń
wód powierzchniowych (1)
Kryteria podziału zanieczyszczeń




Źródła pochodzenia
Wielkość
Cechy chemiczne
Oddziaływanie na biocenozę odbiornika
Rodzaje zanieczyszczeń
wód powierzchniowych (2)
Kryterium podziału: źródło pochodzenia
 Ścieki bytowo-gospodarcze,
 Ścieki przemysłowe,
 Wody opadowe:
• Wypłukujące z powietrza:
* gazy,
* pary,
* pyły,
• Wypłukujące z terenów rolniczych:
* związki organiczne,
* nawozy sztuczne,
* środki ochrony roślin
Rodzaje zanieczyszczeń
wód powierzchniowych (3)
Kryterium podziału: wielkość



Rozpuszczalne
Koloidalne
Zawiesiny
< 1 μm
1 – 100 μm
> 100 μm
Rodzaje zanieczyszczeń
wód powierzchniowych (4)
Kryterium podziału: cechy chemiczne
 Organiczne
 Nieorganiczne
Substancje syntetyczne
 Niektóre surfaktanty
 Związki cykliczne
 Związki heterocykliczne
 Oleje
 Chlorowane węglowodory
 Nitrozwiązki
 Biocydy, np. środki ochrony roślin
Rodzaje zanieczyszczeń
wód powierzchniowych (5)
Kryterium podziału: oddziaływanie na biocenozę odbiornika
 Łatwo ulegające rozkładowi mikrobiologicznemu
 Oporne na rozkład mikrobiologiczny
• Nieszkodliwe dla drobnoustrojów
• Szkodliwe dla drobnoustrojów
• Toksyczne dla drobnoustrojów
Klasy czystości wody w Polsce
Klasyfikacja trójstopniowa (czasami jeszcze stosowana)
 Rozporządzenia Ministra Ochrony Środowiska, Zasobów Naturalnych i Leśnictwa z dnia 5 listopada 1991 roku (Dz.U. nr 116,
poz. 503 ) wyszczególnia się trzy klasy czystości wód powierzchniowych i śródlądowych oraz wody pozaklasowe.
 I klasa czystości to woda uznawana za zdatną do picia,
 II klasa – nadaje się do hodowli zwierząt,
 III klasa – znajduje zastosowanie do podlewania roślin i upraw.
 Stan wód w Polsce:
• wody I klasy – 2,9 %
• wody II klasy – 20,3 %
• wody III klasy – 33,0 %
• reszta – 43,8 % - to wody uznawane za pozaklasowe.
Klasy czystości wody w Polsce
Klasyfikacja pięciostopniowa
Aktualna klasyfikacja opracowana wg Rozporządzenia Ministra
Ochrony Środowiska z dnia 11 lutego 2004 roku definiuje pięć
klas czystości wód powierzchniowych:
Klasa I
W tej klasie znajduje się woda o bardzo dobrej jakości:
 wody te spełniają wymagania dla wód powierzchniowych znajdujących zastosowanie w zaopatrzeniu ludności w wodę przeznaczoną do picia z uwzględnieniem uzdatniania sposobem
właściwym dla kategorii A1,
 na podstawie wyróżników jakościowych woda tej klasy nie
wykazuje żadnych wpływów na jej stan ze strony działalności
człowieka.
Klasy czystości wody w Polsce
Klasyfikacja pięciostopniowa
Klasa II
Stan wody w tej klasie określany jest jako dobry:
 woda spełnia wymagania określone dla wód przeznaczonych
do picia z uwzględnieniem uzdatniania sposobem właściwym
dla kategorii A2,
 woda wykazuje niewielki wpływ czynników antropogenicznych
Klasa III
Stan wody w tej klasie uznaje się jako zadowalający:
 woda spełnia wymagania wód powierzchniowych przeznaczanych do zaopatrzenia ludności w wodę do picia uwzględniając
wcześniejszy proces uzdatniania typowy dla kategorii A3,
 wpływ czynników antropogenicznych na stan tejże wody jest
umiarkowany
Klasy czystości wody w Polsce
Klasyfikacja pięciostopniowa
Klasa IV
Stan tychże wód uznaje się jako niezadowalający:
 wody tej klasy spełniają wprawdzie wymagania dla wody do
picia po wcześniejszym uzdatnianiu typowym dla kategorii A3,
 jednakże biologiczne wyróżniki jakościowe wykazują zmiany
ilościowe oraz jakościowe w populacjach biologicznych pod
wpływem czynników antropogenicznych
Klasa V
Klasa ta charakteryzuje wody złej jakości:
 woda ta nie spełnia wymogów stawianych wodzie przeznaczonej do picia,
 w efekcie oddziaływania czynników antropogenicznych następuje częściowy zanik występowania populacji biologicznych.
Woda
Równowaga fizykochemiczna w wodach naturalnych
Wody naturalne pozostają w stałym kontakcie z otaczającymi
je fazami gazową i stałą. Pomiędzy tymi fazami występuje
stan równowagi dynamicznej. Z tego tez względu w wodach
naturalnych znajdują się także rozpuszczone gazy. Głównym
ich źródłem jest powietrze atmosferyczne.
Wzajemne relacje ilościowe w układzie: powietrze – woda
opisuje prawo Henry'ego:
CA = kH.PA
CA – stężenie gazu A w wodzie,
PA – prężność gazu A w atmosferze,
KH – stała Henry’ego dla gazu A.
Woda
Skład chemiczny wód powierzchniowych jest określony przez
zachodzące w nich procesy fizyczne, chemiczne i biologiczne.
Z procesów chemicznych znacznie wpływających na jakość wód
powierzchniowych najważniejsze są:
- równowaga kwasowo - zasadowa,
- proces wymiany powietrze atmosferyczne - woda,
- wytrącanie - rozpuszczanie ciał stałych,
- reakcje tworzenia kompleksów,
- reakcje utlenieniająco-redukujące
- procesy adsorpcji - desorpcji.
Samooczyszczanie
wód powierzchniowych


Samooczyszczanie wód powierzchniowych jest naturalnym
zjawiskiem usuwania zanieczyszczeń, które dostały się do
wody. Zachodzi w wyniku kompleksowego działania procesów: fizycznych, fizyczno-chemicznych, chemicznych, biochemicznych i biologicznych.
Etapy procesu samooczyszczania wód:
• Degradacja (redukcji),
• Biooksydacja,
• Odnowa.
Samooczyszczanie
wód powierzchniowych
Mechanizmy samooczyszczania wód






Rozcieńczanie zanieczyszczeń wodą odbiornika i mieszanie
Sedymentacja zanieczyszczeń
Adsorpcja
Wymiana substancji lotnych pomiędzy wodą i atmosferą
Wymiana substancji pomiędzy dnem i wodą
Biologiczne metody usuwania zanieczyszczeń wód
• biosorpcja
• mineralizacja,
• biokumulacja,
• immobilizacja
Samooczyszczanie
wód powierzchniowych
Czynniki określające szybkość samooczyszczania wód





Transport substancji zawieszonych w wodzie do osadów
dennych,
Reakcje zachodzące w wodzie,
Reakcje zachodzące na powierzchni cząstek,
Procesy wymiany substancji lotnych pomiędzy wodą
i atmosferą,
Przemiany osadów dennych.
Samooczyszczanie
wód powierzchniowych
Metody określania postępu samooczyszczania wód



Testy bakteriologiczne,
Testy hydrobiologiczne,
Testy fizyko-chemiczne.
Szybkość procesu samooczyszczania wód można ocenić także
na podstawie kilku równań wyprowadzonych przez
Wuhrmanna (1974).
Samooczyszczanie
wód powierzchniowych
Szybkość procesu samooczyszczania wody w rzece
Załóżmy, że na badanej rzece wybieramy dwa stanowiska
obserwacyjne w taki sposób, że na rozpatrywanym odcinku
długości rzeki nie następuje dodatkowy zrzut zanieczyszczeń.
Szybkość zmniejszenia ładunku zanieczyszczeń
na rozpatrywanym odcinku rzeki opisuje równanie:
Sm = Q (Cp-Ck)
[mol/s]
• Q - natężenie przepływu [m3/s]
• Cp - stężenie substancji zanieczyszczającej w powyżej
górnego punktu pomiarowego [mol/m3]
• Ck - stężenie substancji zanieczyszczającej w poniżej
dolnego punktu pomiarowego [mol/m3]
Samooczyszczanie
wód powierzchniowych
Szybkość samooczyszczania rzeki
Definicja:
Jest to zmniejszenie stężenia zanieczyszczeń na danym
odcinku rzeki w jednostce czasu, przy stałej szybkości
przepływu wody:
Sr = dC/dt = (Cp-Ck)/t
[mol/m3/s]
Interpretacja:
Wielkość Sr określa przeciętną liczbę moli zanieczyszczeń
przypadającą na 1m3 wody w rzece, która ulega rozkładowi
biologicznemu w czasie 1 s.
Saprobowość
To suma wszystkich procesów rozkładu materii dostarczających wolnej energii (Prag oraz Caspers i Karbe).
Wzrost saprofobowości obserwuje się w szeregu stref:
 Kseno-saprobowa
 Oligo-saprobowa
 Beta-saprobowa
 Alfa-mezo-saprobowa
 Poli-saprobowa
 Izo-saprobowa
 Meta-saprobowa
 Hiper-saprobowa

Ultra-saprobowa (nad-saprobowa)
.
Biodegradowalność
Jest to zdolność substancji organicznych do ulegania rozkładowi z utworzeniem dwutlenku węgla, wody i innych nieszkodliwych produktów rozkładu
 Określenie biodegradowalności musi być:
• oparte o definicje przyjęte w normach (standardach)
• przeprowadzone dla rozcienczeń i przy obciążeniach
symulujących sytuacje z życia codziennego.
 OECD 301-D – jeden z najwyższych standardów.
 Dowolny związek chemiczny może być określany terminem
biodegradowalny jeżeli jego względna biodegradowalność
określona przez BZT/ChZT jest większa niż 60% w ciągu
10-dniowej ekspozycji środowiskowej w stosunku do danych
po 28 dniach.
Cechy charakteryzujące jakość wody
W celu określenia jakości wód powierzchniowych bierze się
pod uwagę jej parametry:
 sensoryczne,
 fizyczne,
 chemiczne,
 biologiczne.
Sensoryczne cechy wody
Barwa wody
 Barwa wody naturalnej jest najczęściej wywołana przez obecne w niej związki humusowe o rozdrobnieniu koloidalnym.
Związki te są ługowane przez wodę z gleby.
 Wody zanieczyszczone ściekami przemysłowymi mogą mieć
zabarwienie wywołane sztucznymi barwnikami.
 Wody naturalne o podwyższonej barwie pochodzą najczęściej ze zlewni zalesionych bądź terenów bagnistych i torfiastych.
Sensoryczne cechy wody
Smak wody
 Barwa wody naturalnej zależy głównie od jej temperatury,
składu, ilości i rodzaju rozpuszczonych w niej domieszek.
 Rozróżnia się smak wody smak wody słony, gorzki, słodki i
kwaśny. Można również wyróżnić inne wrażenia smakowe,
które jednak określa się jako posmaki.
 Specyficzny posmak atramentowy nadają wodzie duże ilości
związków żelaza i manganu. Dlatego z wody przeznaczonej
do spożycia związki te powinny być częściowo usuwane.
Sensoryczne cechy wody
Zapach wody
 Zapach wody mogą powodować różne związki (najczęściej
pochodzenia organicznego) i gazy.
 Zapach wody powstaje w wyniku zakwitu glonów, mineralizacji osadów dennych i innych procesów biochemicznych
oraz doprowadzania zanieczyszczeń.
 Rozróżnia się zapach wody:
• Roślinny „R”
• Gnilny „G”
• Specyficzny „S”
Sensoryczne cechy wody
Zapach wody
 Roślinny „R”
Wywołany obecnością w wodzie ciał organicznych nie będących w stanie rozkładu i nie nadających wodzie przykrych cech,
np. zapach wilgotnej ziemi, trawy, siana, mchu, torfu
Sensoryczne cechy wody
Zapach wody
 Gnilny „G”
Wywołany obecnością w wodzie ciał organicznych znajdujących się w stanie rozkładu gnilnego, np. zapach stęchlizny,
siarkowodoru, pleśni, fekaliów.
Sensoryczne cechy wody
Zapach wody
 Zapach specyficzny „S”
Wywołany jest obecnością w wodzie substancji nieobecnych
w wodach naturalnych, np. chlor, benzen, fenol
Specyficzny zapach udziela się wodzie także w wyniku użycia butelek (naczyń) lub korków (zamknięć) po piwie, winie,
wódce, mleku, oleju.
Oznaczenia zapachu, np. S (fenol)
Fizyczne cechy wody
Temperatura
Temperatura wód powierzchniowych zależy głównie od:
 pory roku
 głębokości zbiornika.
W Polsce latem w górnych warstwach temperatura wody
dochodzi do 25oC, a zimą do 0oC tuż pod lodem.
Fizyczne cechy wody
Mętność
Mętność wody może być wywołana obecnością drobno
zdyspergowanych zawiesin mineralnych bądź organicznych.
Mętność wód powierzchniowych zależy od:
 rodzaju koryta rzeki,
 rodzaju zlewni
 stanu wody w rzece.
W okresie wysokich stanów wód mętność jest większa niż przy
stanach niskich.
Mętność wód powierzchniowych wynosi:
 kilka lub kilkadziesiąt mg/dm3 przy niskich stanach wód
 do 10000 mg/dm3 przy stanach wysokich i powodziach.
Chemiczne cechy wody
Chemiczne wskaźniki jakości wody












odczyn,
twardość,
zasadowość,
kwasowość,
dwutlenek węgla, CO2,
żelazo, Fe,
mangan, Mn.
azotany, NO3,
utlenialność,
chlorki, Cl,
siarczany, SO4,
sucha pozostałość.
Chemiczne cechy wody
Odczyn
Odczyn wody wynosi najczęściej od pH 6,5 do 8,5, lecz
spotyka się jednak bardzo miękkie wody w potokach
górskich, których odczyn wynosi 5,0 - 5,5 pH.
Chemiczne cechy wody
Twardość
Twardość ogólna = węglanowa + niewęglanowa
Twardość węglanowa wody powodowana jest przez:
 węglany wapnia i magnezu,
 wodorowęglany wapnia i magnezu
 wodorotlenki wapnia i magnezu
Twardość niewęglanowa wody powodowana jest przez
inne związki wapnia i magnezu, głównie chlorki i siarczany
Chemiczne cechy wody
Zasadowość
Zasadowość wody - zdolność do zobojętniania silnych kwasów
w obecności określonych wskaźników.
Jest ona wywołana obecnością :
 anionów wodorowęglanowych (dwuwęglanów, HCO3-)
 rzadziej anionów węglanowych (CO32-),
 niekiedy także innych anionów
• wodorotlenowych,
• boranowych,
• fosforanowych.
Chemiczne cechy wody
Kwasowość
To zdolność wody do zobojętniania zasad mineralnych lub węglanów w obecności dodawanych do wody wskaźników.
Kwasowość wód naturalnych powoduje:
 wolny CO2,
 kwasy mineralne,
 kwasy organiczne,
 produkty hydrolizy występujących w wodzie soli,
 produkty hydrolizy soli wprowadzonych do wody.
Kwasowość ogólna nie ma istotnego znaczenia higienicznego.
Chemiczne cechy wody
Dwutlenek węgla
Dwutlenek węgla występuje prawie we wszystkich rodzajach
wodach naturalnych. Pochodzi głównie z procesu przemian
biochemicznych organizmów żywych (glonów) i rozkładu
związków organicznych.
W wodach CO2 może występować jako wolny i związany.
Wolny – rozpuszczalny w wodzie.
Związany występuje w postaci węglanów lub wodorowęglanów.
Chemiczne cechy wody
Żelazo – występuje w postaci wodorotlenku żelazowego (najczęściej) a w wodach z terenów bagiennych występuje w postaci humusanów i fosforanów.
Mangan – jego szkodliwość dla zdrowia jest zbliżona do szkodliwości żelaza ale pod względem gospodarczym mangan jest
bardziej szkodliwy niż żelazo.
Chlorki – są łatwo rozpuszczalne w wodzie i występują we
wszystkich wodach.
Siarczany – występują we wszystkich wodach naturalnych, są
głównie pochodzenia geologicznego, lecz również i ze ścieków
przemysłowych.
Chemiczne cechy wody
ChZT - chemiczne zapotrzebowanie tlenu oraz BZT - biochemiczne zapotrzebowanie tlenu - utlenianie metodą chromianową oba wskaźniki powinny być oznaczane przy ujmowaniu wód o
podwyższonym stopniu zanieczyszczenia.
Poziom obu wskaźników powinien być zawsze porównywalny z
utlenialnością oraz zawartością węgla organicznego, jak
również ze stężeniem związków azotowych w wodzie.
Chemiczne cechy wody
Utlenialność
Utlenialność wody - określa zdolność wody do pobierania tlenu
z nadmanganianu potasowego w określonych warunkach.
Pobrany tlen jest zużywany do utleniania zawartych w wodzie
związków organicznych i niektórych związków nieorganicznych.
Związki organiczne przy zastosowaniu KMnO4 utleniają się
średnio w 60 - 70 %.
Chemiczne cechy wody
Związki azotowe
Azotany(III) i azotany(V) - mogą pochodzić z procesów utleniania azotu amonowego. Azotany(V) stanowią końcowy produkt
procesu rozkładu związków białkowych.
Azotany(III) i azotany(V) są istotnym wskaźnikiem oceny jakości
wody. Nadmiar azotanów(V) w wodzie może być przyczyną
methoglobinemii.
Chemiczne cechy wody
Sucha pozostałość wody
Wielkość ta jest oznaczana poprzez odparowanie 1 dm3 wody
oraz wysuszenie w temperaturze 105oC. Na suchą pozostałość
wody składają się związki mineralne i organiczne:
 rozpuszczone,
 zawieszone,
 koloidalne.
Biologiczne cechy wody
Biologiczne badanie wody
Bakterie występują we wszystkich wodach powierzchniowych.
Ilość bakterii w wodzie zależy od wielu czynników, jednak
największy wpływ na liczbę bakterii ma zanieczyszczenie wód.
Celem badań bakteriologicznych jest ustalenie stopnia bakteryjnego zanieczyszczenia wody i możliwości przeniesienia
chorób zakaźnych.
Dla oceny sanitarnego stanu wód należy określić:
 ogólną liczbę bakterii w 1 cm3 wody
 miano Coli - wskaźnik zanieczyszczenia wód odchodami
zwierząt ciepłokrwistych.
Uzdatnianie wody
Metody uzdatniania wody
Wody jedynie w rzadkich przypadkach mają skład pozwalający
na ich bezpośrednie wykorzystanie do picia oraz potrzeb
gospodarczych i przemysłowych.
Praktycznie wszystkie wody naturalne mogą być wykorzystane
po odpowiednim ich przygotowaniu polegającym na usunięciu
pewnych domieszek lub doprowadzeniu innych. Zadawalające
efekty oczyszczania wody można uzyskać stosując różne
układy procesów jednostkowych.
Uzdatnianie wody
Sedymentacja
Proces swobodnego opadania cząstek w cieczach, najczęściej
występuje w procesach oczyszczania wody. Cząstki znajdujące
się w wodzie opadają pod własnym ciężarem jeżeli ich gęstość
jest większa od gęstości wody. Zakładamy, że opadająca
cząstka jest okrągła w ośrodku spokojnym i w czasie opadania
nie zwiększa swej objętości i masy. Jest to tzw. cząstka
ziarnista, w odróżnieniu o kłaczkowatej.
Uzdatnianie wody
Filtracja
Proces filtracji był od dawna znany i stosowany w oczyszczaniu
wody, jednak techniczne rozwiązanie procesu filtracji znane jest
od ok. 150 lat. kiedy zbudowane zostały pierwsze filtry powolne.
Filtrację można potraktować jako przepływ wody przez szereg
bardzo drobnych kanalików łączących dwa naczynia połączone.
Zasadniczo filtr powinien zatrzymywać tylko cząstki o wymiarach
większych od średnic porów.
W procesie filtracji występują również zjawiska sedymentacji,
sorpcji, kohezji i adhezji, co sprzyja zatrzymywaniu znacznie
drobniejszych cząstek niż wynikałoby to z wymiarów ziaren
złoża filtracyjnego.
Uzdatnianie wody
Filtracja
Najczęściej spotykanym, stosowanym materiałem filtracyjnym
jest piasek kwarcowy rzeczny lub kopany. Stosuje się również
i inne materiały jak antracyt, węgiel aktywny oraz mielony
granit.
Filtrowanie stosuje się po wstępnym oczyszczaniu wody z większych cząstek na osadnikach. Do filtrowania podaje się wodę,
w której obecność zawiesin stanowi ok. 10 - 15 %, a wielkość
cząstek poniżej 0,05 mm.
Uzdatnianie wody
Odżelazianie
Zasada odżelaziania wody sprowadza się do przeprowadzenia
żelaza (II) w żelazo(III) w postaci wodorotlenku żelazowego,
który wytrąca się z wody jako osad.
Możliwość występowania żelaza w różnej postaci i o różnym
składzie chemicznym wody narzuca konieczność żmudnego
doboru skutecznej metody odżelaziania wody dostosowanej
do konkretnego przypadku.
Uzdatnianie wody
Odżelazianie
W praktyce w celu skutecznego zmniejszenia zawartości żelaza w uzdatnianej wodzie można stosować różne metody odżelaziania w zależności od jej tzw. odżelazialności wody:
 napowietrzanie, a następnie filtrowanie,
 alkalizowanie, napowietrzanie i filtrowanie,
 alkalizacja i filtrowanie,
 napowietrzanie i filtrowanie przez złoże okresowo
uaktywniane nadmanganianem potasowym,
 odżelazianie wody przy stałym dodawaniu nadmanganianu
potasowego do wody dopływającej na filtr (tzw. złoże stale
uaktywniane).
Uzdatnianie wody
Odmanganianie
Proces odmanganiania wody sprowadza się do utlenienia zawartego w niej manganu dwuwartościowego do nierozpuszczalnego manganu czterowartościowego. Istnieją dwie drogi pozwalające dna usunięcie manganu z wody:
 stosowanie silnych środków utleniających,
 użycie katalizatorów.
Uzdatnianie wody
Odmanganianie
Stosowanie procesu odmanganiania wody jest konieczne ze
względu, że zachodzenie reakcji jest silnie uzależnione od pH
wody i bez użycia katalizatorów lub silnych utleniaczy może
zachodzić tylko w środowisku zasadowym (powyżej pH 8,5), a
odczyn uzdatnionej wody powinien być obojętny i chodzi tu o
jego zachowanie. Jako środki utleniające stosuje się ozon lub
chlor, ale jest to bardzo drogie. Efekt odmanganiania można
poprawić przez filtrację przez złoże zawierające dwutlenek
manganu.
Uzdatnianie wody
Stabilizacja wody
Proces ten ma na celu uniknięcie zmian w wodzie w wyniku
przesyłania jej do jej użytkowników w rurociągu. Stosuje się,
aby woda przy stykaniu się z powierzchniami metalowymi,
betonowymi przez dłuższy czas nie zmieniała swego składu.
Proces stabilizacji wody przeprowadza się, aby zabezpieczyć
ją przed skutkami biologicznymi, a także przed korozją rurociągów doprowadzających wodę.
Zabezpieczenie wody przed skutkami biologicznymi przeprowadza się dodając do wody chlor, czyli poprzez chlorowanie.
Uzdatnianie wody
Stabilizacja wody
Jako rurociągi głównie stosuje się rury stalowe. Korozja stali
może być spowodowana przez wodę gdy zawiera tlen jak i nie
zawiera go wcale. W przypadku, gdy zawiera tlen tworzy się
warstwa węglanu wapniowego, który częściowo zabezpiecza
przed korozją.
Przyczyną korozji rurociągu jest zawartość w wodzie CO2,
którą zmniejsza się przez rozdeszczanie wody, czyli tzw.
napowietrzanie.
Uzdatnianie wody
Odgazowanie wody
Metody mechaniczne
Przez rozbryzgiwanie wody na drobne krople przy podwyższonej
temperaturze,
Metody termiczne
Pod zmniejszonym lub podwyższonym ciśnieniem (głównie tlen),
Metody chemiczne - związanie gazów zawartych w wodzie:
stosuje się filtrowanie wody przez stalowe wiórki,
wiąże się przez dodanie do wody siarczynu sodowego,
dwutlenku siarki lub hydrazyny.
usuwanie siarkowodoru przeprowadza się przez jego utlenienie
tlenem z powietrza lub za pomocą chloru.
Uzdatnianie wody
Zmiękczanie wody
Proces ma na celu całkowite lub częściowe usuwanie z wody
kationów Ca2+ i Mg2+ przez:
 zamianę związków jonów nadających wodzie twardość na
trudno rozpuszczalne związki wytrącane w postaci osadu,
 wymianę jonów Ca2+ i Mg2+ na inne kationy nie nadające
wodzie twardości.
Główne metody zmiękczania wody



termiczna - wytrąca się osad - węglan wapniowy,
strąceniowa - dekarbonizacja - za pomocą dodania wapna,
wapienno - sodowa (wapno usuwa twardość węglanową, a
soda niewęglanową).
Uzdatnianie wody
Odmineralizowanie wody
Proces usuwania soli z wody - w przypadku pełnego usunięcia
soli, a przy niepełnym nazywa się odsalaniem.
Główne metody odmineralizowania lub odsalania wód:
 Metody termiczne (z wykorzystaniem energii słonecznej),
• destylacja,
• wymrażanie.
 Metody elektrochemiczne
 Wymiana jonowa
 Odwrócona osmoza.
Uzdatnianie wody
Odkrzemianie wody
Metody odkrzemiania wody:
 Wytrącanie krzemianów przez:
• dodatek wapna,
• dodatek tlenku magnezu,
 Koagulacja przez:
• dodatek soli żelaza,
• dodatek soli glinu,
• wymianę jonową.
Uzdatnianie wody
Polepszanie fizycznych właściwości wody
Dodatkowe odbarwianie
W procesie koagulacji występuje również jej odbarwienie
jednakże redukcja barwy jest wystarczająca i stosuje się wtedy
filtrowanie wody przez filtry adsorpcyjne wypełnione
substancjami o dużej powierzchni sorpcyjnej, np. węglem
aktywnym, który usuwa również substancje nadające wodzie
zapach i posmak.
Uzdatnianie wody
Odwanianie i usuwanie smaku wody




Napowietrzanie
Utlenianie nadmanganianem potasu
Chlorowanie z amonizacją
Przechlorowywanie wody
Uzdatnianie wody
Odwanianie i usuwanie smaku wody
Odwanianie wody stosuje się ze względu na dużą ilość ścieków
pochodzenia nienaturalnego, np. ścieki przemysłowe i stosuje
się do tego celu różne środki utleniające oraz adsorbenty.
Napowietrzanie
Można usuwać zapach wykorzystując lotność niektórych substancji zapachowych.
Utlenianie nadmanganianem potasu
Jest stosowane do odwaniania, a zwłaszcza do usuwania
zapachu chlorofenolowego
Uzdatnianie wody
Odwanianie i usuwanie smaku wody
Chlorowanie z amonizacją
Skuteczne przy usuwaniu z wody zapachu chlorofenolowego
oraz fenolowego,
Nie usuwa zapachów biologicznych,
Nie ma szerszego zastosowania.
Przechlorowywanie wody
Zwiększona dawka chloru.
Dość efektywna metoda, wymaga jednak odchlorowywania
wody po przeprowadzeniu procesu.
Nie znalazła szerszego zastosowania ponieważ substancje de
Zmiany w środowisku wywołane
energetycznym wykorzystaniem wody
Warunki hydrologiczne
Skutki dodatnie
Wyrównanie przepływów
Zmniejszenie powodzi
Skutki ujemne
Wahania przepływów i stanów wody
Zmiany w środowisku wywołane
energetycznym wykorzystaniem wody
Kształtowanie się koryt rzek
Skutki dodatnie
Akumulacja rumowiskowa
Skutki ujemne
Sedymentacja zawiesin
Erozja dna rzeki
Abrazja brzegów rzeki
Osuwiska zboczy
Zmiany w środowisku wywołane
energetycznym wykorzystaniem wody
Warunki hydrogeologiczne przyległych terenów
Skutki dodatnie
Możliwość intensyfikacji gospodarki hodowlanej
Zwiększenie retencji gruntowej
Skutki ujemne
Podtopienia terenów i ich skutki
Zmiany w środowisku wywołane
energetycznym wykorzystaniem wody
Właściwości fizykochemiczne wody
Skutki dodatnie
Natlenienie
Adsorpcja
Mineralizacja
Fotosynteza
Skutki ujemne
Fermentacja osadów
Rozcieńczanie wód
Zanieczyszczenie wód przez awaryjne zrzuty olejów
Zmiany w środowisku wywołane
energetycznym wykorzystaniem wody
Warunki życia hydrobiologicznego
Skutki dodatnie
Rozwój biosestonu i roślinności wyższej
Rozwój hodowli ryb jeziornych
Skutki ujemne
Eutrofizacja
Zmniejszenie ilości ryb wędrownych
Napływ ryb do ujęć wody
Zmiany w środowisku wywołane
energetycznym wykorzystaniem wody
Użytkowanie terenu
Skutki dodatnie
Stworzenie nowych powierzchni wodnych
Nowe miejsca dla celów rekreacyjnych
Sporty wodne
Skutki ujemne
Zmniejszenie powierzchni gruntów rolniczych
Zagrożenie dla zabytków kultury i dóbr przyrody
Zakłócenia w krajobrazie
Zmiany w środowisku wywołane
energetycznym wykorzystaniem wody
Warunki termiczne wody i zmiany klimatyczne
Skutki dodatnie
Zmniejszenie amplitud temperatury wody i powietrza
Brak zlodzenia w dolnym odcinku rzeki
Korzystne zmiany mikroklimatu
Skutki ujemne
Wydłużenie okresu zlodzenia na zbiorniku w wyniku obniżenia
prędkości przepływu wody przez zbiornik wodny w pobliżu
elektrowni
Zatory lodowe w cofce
Zanieczyszczenie środowiska
a działalność bytowo-gospodarcza
Główne zanieczyszczenia środowiska spowodowane
bytowo-gospodarczą działalnością człowieka
(Podział według kryteriów genetycznych):
 ścieki przemysłowe i komunalne
 ścieki rolnicze
 ścieki deszczowe i burzowe
 zrzuty wód kopalnianych
 zrzuty wód podgrzanych
 odpady stałe (wysypiska i hałdy komunalne i przemysłowe)
 emisje kominowe gazów i pyłów
 ropa naftowa i jej produkty pochodne
 zanieczyszczenia doraźne.
Zanieczyszczenia środowiska (1a)
Ścieki przemysłowe i komunalne
 Ściek jest to woda zużyta w trakcie działalności ludzkiej
(procesy produkcyjne, działalność gospodarcza), w wyniku
czego została zanieczyszczona w sposób szkodliwy.
Szkodliwe zanieczyszczenie wód polega na wywołaniu w
nich zmian fizycznych, chemicznych, biologicznych i
innych, przez które woda nie nadaje się do wykorzystania
na potrzeby ludności oraz powoduje szkodliwe zmiany w
środowisku.
 W Polsce główny problem zanieczyszczenia wód stanowią
ścieki przemysłowe – w 1982 roku 80,4% wszystkich
ścieków odprowadzonych do wód powierzchniowych.
Zanieczyszczenia środowiska (1b)
Ścieki przemysłowe
 toksyczne – działają na organizm ludzki już w bardzo
małych stężeniach. Są to metale ciężkie (ołów, rtęć, arsen,
chrom, miedź, cynk i inne), które w wodzie pod wpływem
flory bakteryjnej zostają utoksycznione oraz fenole, będące
produktem odpadowym rafinerii ropy naftowej, wytwórni
tworzyw sztucznych oraz włókna syntetycznego;
 nieorganiczne – są to substancje utleniające (chlor, brom,
jod), substancje redukujące (siarkowodór, siarczki, siarczany(VI)), kwasy zasady i sole metali ciężkich oraz tłuszcze;
 organiczne – będące mieszaniną różnych związków organicznych, które w wodach powierzchniowych stają się niebezpieczne ze względu na duże zużywanie tlenu. Pochodzą one
najczęściej z zakładów przemysłu spożywczego;
 organiczno-mineralne – związane z przemysłem garbarskim, celulozowo-papierniczym, itp.
Zanieczyszczenia środowiska (1c)
Ścieki komunalne
 Zawierają zanieczyszczenia związane z bytowo-gospodarczą
działalnością człowieka (gospodarstwa domowe, obiekty
użyteczności publicznej).
 Ścieki te zawierają: odpady kuchenne, papier, środki piorące
oraz fekalia. Występuje w nich duża ilość bakterii i dlatego
stanowią zagrożenie typu zdrowotnego. Specyficzne zagrożenie w tych ściekach stanowią także trudno rozkładalne detergenty, wpływające na środowisko życia w wodzie z uwagi na
ich aktywność powierzchniową.
Zanieczyszczenia środowiska (1d)
Ścieki komunalne
 Ścieki komunalne są wprowadzane do miejskiej sieci kanalizacyjnej. Ścieki przemysłowe prawie zawsze są traktowane
osobno nie obciążając miejskich układów kanalizacyjnych,
bowiem ścieki przemysłowe nie mogą zmieniać charakteru
ścieków komunalnych w sposób utrudniający ich oczyszczenie. Ścieki przed zrzuceniem do wód powierzchniowych
powinny być poddane procesowi oczyszczania.
Zanieczyszczenia środowiska (1e)
Ścieki rolnicze
 Najbardziej niebezpieczne dla zdrowia człowieka są związki
azotowe, które dostają się do wód ze spływu wód glebowych
zanieczyszczonych przez nadmierne stosowane nawozy
azotowe. Azotany ulegają przemianie w przewodzie pokarmowym w azotyny, które przyczyniają się do powstawania
chorób nowotworowych.
 Zanieczyszczenia tego rodzaju stwierdzono przede wszystkim
w wodach podziemnych. Innym źródłem są również nieszczelne zbiorniki na nawozy i gnojówkę.
Zanieczyszczenia środowiska (1f)
Ścieki rolnicze
 Ilość substancji chemicznych emitowanych z pól uprawnych,
które przedostających się do wody zależy od wielu czynników takich jak:
• topologia terenu,
• przepuszczalność gleby,
• właściwości nawozów,
• właściwości pestycydów itp.
 Charakter tych wszystkich procesów nie jest do końca poznany, stwarza to więc wielkie trudności w ocenie ilości i rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń w wodach – dużo większe niż w przypadku ścieków komunalnych i przemysłowych.
Zanieczyszczenia środowiska (1g)
Ścieki deszczowe i burzowe
 W obecnym stadium zanieczyszczenia nieomal całej powierzchni terenu, ścieki deszczowe i burzowe są nośnikiem
substancji zanieczyszczających o dużym stężeniu.
 Ścieki deszczowe i burzowe dzieli się na:
• miejskie,
• przemysłowe,
• rolnicze.
 Ilość zanieczyszczeń w tych ściekach zależy od:
• stopnia zanieczyszczenia atmosfery;
• charakteru i rodzaju zagospodarowania terenu;
• natężenia i czasu trwania opadu.
Zanieczyszczenia środowiska (1h)
Ścieki deszczowe i burzowe
 Wody opadowe zawierają szereg trudnych do usunięcia substancji, dlatego ostatnio wprowadzono zbiorniki retencyjne do
współdziałania z systemem odprowadzania do sieci kanalizacyjnej. Osady w zbiornikach retencyjnych wykazują obecność
następujących zanieczyszczeń:
 pochodzących z atmosfery (pestycydy, związki siarki i inne);
 odchody zwierzęce;
 oleje, smary, paliwo samochodowe i produkty ścierania opon;
 zmiotki uliczne i części roślin;
 części mineralne wymywane z powierzchni ziemi, produkty
ścierania nawierzchni ulic;
 środki do zwalczania gołoledzi i resztki nawozów mineralnych.
Zanieczyszczenia środowiska (2a)
Zrzuty wód kopalnianych
 Wody kopalniane stanowią duży problem w Polsce, zwłaszcza na Śląsku. Wody te są silnie zasolone, zawierają m.in.
domieszki ilasto-węglowe, skażone chemicznie i często
bakteriologicznie. Tylko 10% przepompowanej wody przez
kopalnictwo wykazuje mineralizację poniżej 500mg/l.
 Kopalnie odprowadzają również wody dołowe z zawartością
metali ciężkich. Samo kopalnictwo miedziowe w Polsce
oddaje ok. 70.000 m3 na dobę tych wód.
Zanieczyszczenia środowiska (2b)
Zrzuty wód chłodniczych (podgrzanych)
 Zrzuty wód podgrzanych powodują zmiany temperatury
wody, pociągające za sobą zmniejszenie w niej ilości tlenu,
a także przyspieszenie rozkładu materii organicznej.
 Podniesiona temperatura wody sprzyja bujnemu rozwojowi
glonów, niszcząc organizmy roślinne wyżej zorganizowane
i zwierzęce. Zaznacza się rozwój bakterii i wirusów
nierzadko chorobotwórczych.
 Zrzuty wód podgrzanych pochodzą głównie z elektrowni.
W 2006 roku na terenie Polski odprowadzono do rzek
7597,5 mln m3 wód podgrzanych. Wytworzenie 1 kW energii powoduje odprowadzenie ok. 2 litrów wody podgrzanej.
Zanieczyszczenia środowiska (3a)
Odpady stałe: wysypiska, hałdy komunalne i przemysłowe
 Nasilające się ostatnio zanieczyszczenie wód podziemnych,
które powinny stanowić bazę zaopatrzeniową ludności,
skierowało uwagę specjalistów na problem wymywania
substancji zanieczyszczających z różnych wysypisk odpadów
i nieczystości stałych z gospodarstw domowych jak również z
hałd komunalnych i przemysłowych.
 Dla projektowania składowisk przewidywanie stopnia
zanieczyszczenia jest bardzo istotnym zagadnieniem.
Zanieczyszczenia środowiska (3b)
Odpady stałe: wysypiska, hałdy komunalne i przemysłowe
 Zagrożenie jakości wód podziemnych wiąże się z ogromną
objętością składowisk popiołu i żużlu, substancji silnie
zanieczyszczających. Wpływ tych składowisk na wody
podziemne wyraża się podwyższoną mineralizacją, wysokim
pH, zwiększoną zawartością chlorków i siarczanów.
 Osobny problem stanowią nagromadzające się składowiska
śmieci i różnych odpadów komunalnych i przemysłowych w
obrębie lub obok aglomeracji miejskich. Składowiska te są
bardzo zróżnicowane pod wzg. substancji
zanieczyszczających.
Zanieczyszczenia środowiska (4)
Emisje kominowe gazów i pyłów
 Emisje kominowe gazów i pyłów powodują przede wszystkim zanieczyszczenie powietrza atmosferycznego. Część
z nich jednak opada na powierzchnię terenu i wód zwiększając znacznie stężenie niektórych związków w wodach
powierzchniowych.
 Są to głównie związki siarki i azotu oraz fosforu, sodu,
potasu i magnezu, węglowodory oraz sole metali ciężkich.
Zanieczyszczenia środowiska (5)
Ropa naftowa i produkty ropopochodne
 Ropa naftowa jest toksyczna zarówno dla człowieka, jak i dla
wszystkich organizmów żywych. Stwierdzono nawet, że odległe skutki działania nawet niskich stężeń mogą być bardziej
szkodliwe niż skutki natychmiastowe.
 Źródłem zanieczyszczenia jest niewłaściwe magazynowanie
ropy oraz wycieki z rurociągów. Produktem odpadowym z rafinerii są fenole, powodujące przy stężeniu 6mg/l masowe
śnięcie ryb.
 Zanieczyszczenie ropą naftową jest skażeniem bardzo groźnym zarówno dla wód powierzchniowych i podziemnych.
Każdy litr benzyny zanieczyszcza 10.000 m3 wody, czyli ilość
wystarczającą dla dziennego zaopatrzenia w wodę około
20.000 osób przy zużyciu 500 l/dobę.
Zanieczyszczenia środowiska (6)
Zanieczyszczenia doraźne
 Zanieczyszczenia doraźne wynikają z braku uświadomienia
społecznego co do szkodliwości tego typu działań. Są to np.
mycie samochodów w jeziorach i rzekach, wrzucanie do nich
różnych śmieci, resztek, wylewanie substancji chemicznych i
olejów. Zanieczyszczenia te działają niezwykle niszcząco.
Technologia a ochrona środowiska
Rodzaje procesów technologicznych





Technologia prosta
Technologia z recyklingiem
Technologia z utylizacją
Technologia małoodpadowa
Technologia bezodpadowa