technologia 3 druk

technologia 3 druk, Ochrona Środowiska pliki uczelniane, technologia uzdatniania wód

[ Pobierz całość w formacie PDF ]
//-->WODY PODZIEMNEWody podziemne w Polsce posiadają na ogółdobrewłaściwościfizykochemiczne.Wody podziemne definiowane na podstawie Ramowej Dyrektywy Wodnej[2000/60/WE] są to wszystkie wody znajdujące się pod powierzchnią ziemi wstrefie nasycenia, w tym wody gruntowe pozostające w bezpośredniej stycznościz gruntem lub podglebiem. Woda zmagazynowana pod ziemią jest częścią cykluhydrologicznego.Górna warstwa gleby jest strefą nienasyconą, w której woda podlegazmianom, ale jej nie wypełnia. Poniżej znajduje się strefa nasycona, gdziewszystkie wolne przestrzenie między cząsteczkami gruntu wypełnione sąwodą. Obszar ten nazywany jest wodami podziemnymi lub warstwąwodonośną. Jest to olbrzymi magazyn wody na Ziemi, od którego zależycodzienne życie ludzi na całym świeci. Wody podziemne stanowią97%ogólnych zasobów wód pitnych na naszej planecie, jeżeli wyłączymy zasobyzmagazynowane w pokrywie lodowej.Stosowane klasyfikacje wód podziemnych uwzględniają jedną cechę np.:pochodzenie, temperaturę, skład chemiczny, własności organoleptyczne(smak, zapach, barwa), właściwości fizyczne ośrodka, w którym sięznajdują.Krajowy monitoring wód podziemnychw Polsce działają trzy sieci monitoringu wódpodziemnych o zasięgu ogólnokrajowyma) Sieć stanów wód gruntowych – zarządzana przez InstytutMeteorologii i Gospodarki WodnejIMGWOśrodek Technicznej Kontroli Zapór IMiGWb) Sieć stacjonarnych obserwacji wód podziemnych – zarządzanaprzez Państwowy Instytut GeologicznyPIGc) Monitoring Wód Podziemnych – realizowany przez PaństwowyInstytut Geologiczny funkcjonujący w bloku monitoringu jakościśrodowiska systemu Państwowego Monitoringu Środowiska (Dz.U.1991, Nr 70, Poz. 335;PIOŚ,1992;,,Struktura poboru wód podziemnych w Polsce”Autorzy: Zbigniew Frankowski, Piotr Gałkowski, Jan MitręgaBazy danych hydrogeologicznych Państwowego InstytutuGeologicznegoBaza danych "Krajowy monitoring jakości wód podziemnych"-zawiera wyniki oznaczeń cech chemicznych i fizycznych wódpodziemnych o niskiej mineralizacji. Wyniki tych obserwacji,prowadzonych od 12 lat, publikowane są w serii "Bibliotekamonitoringu środowiska" jako zeszyty "Stan jakości wódpodziemnych na podstawie badań monitoringowych".Baza danych "Główne zbiorniki wód podziemnych"- zostałazałożona w 2003 r., a w jej zasobach można znaleźć najważniejszeparametry hydrogeologiczne ponad 160 głównych zbiorników wódpodziemnych w Polsce.Dane zawarte w bazach hydrogeologicznych są wykorzystywane dorealizacji szeregu prac dotyczących wód podziemnych, jak np.:opracowany przezPaństwowy Instytut Geologiczny–www.pig.gov.plW lutym 1999 roku Zakład Hydrogeologii i Geologii InżynierskiejPaństwowego Instytut Geologicznego podjął inicjatywęopracowania w ramach projektu Banku HYDRO zaktualizowanejmapy głównych zbiorników wód podziemnych (GZWP) w skali1:500000. W grudniu 1999 r. zespół Centralnego Banku DanychHydrogeologicznych HYDRO zakończył prace redakcyjne nadnową mapą GZWP.Generalnie mapa głównych zbiorników wód podziemnychprzedstawia obszary zawierające wody słodkie czyli zwykłe(niezmineralizowane) w Polsce i wymagające szczególnej ochronywedług stanu rozpoznaniaGZWPna dzień 31 marca 2004 r.Informacje uzupełniające stanowią dane o obszarach leśnych, graniceparków narodowych, obszarów chronionych i rezerwatów przyrodyoraz nowy podział administracyjny kraju wraz miejscowościami. Wopracowaniu mapy wykorzystano następujące materiałydokumentacyjne:Cykl hydrologiczny(obieg wody w przyrodzie) opisuje istnienie i ruchwody na, w i ponad powierzchnią Ziemi.Mapa GłównychZbiorników WódPodziemnych(wg stanuCAG na marzec2009 r.)Woda opadowaprzesącza się przez pory i szczeliny w glebie, anawet litej skale i dociera dowarstwy nieprzepuszczalnej.Zaczyna wówczas wypełniać wolne przestrzenie w porowatymmateriale, stopniowo go nasycając.Warstwa przepuszczalna,magazynująca wodę, zwana jestwarstwą wodonośną.Może ona być zbudowana z piasku, żwiru albo z litej skały.Większość skał ma zdolność magazynowania wody, alenajwiększą pojemność mają skały porowate, np. wapień czypiaskowiec.1Strefy: aeracji i saturacjiStrefa aeracjiwody wolne1. wody wsiąkowe2. wody zawieszoneźwierciadło wodypodziemnejstrefaaeracjiwodyws iąkowewodyzawieszonestrefasaturacjiwarstwanieprzepuszczalnawodykapilanezwierciadłowodygruntowejWody związanewoda wisiąkowaziarno otoczonewoda higroskopinąpowietrzegruntowewodabłonkowatawodakapilarnaStrefa saturacjiwody przypowierzchniowewody gruntowewody wgłębnewody głębinowewodygruntowewodyprzypowierzchniowe1. wody higroskopijne2. wody błonkowate3. wody kapilarnes trefawzniosukaplarnegos trefas aturacjistrefaaeracjizwierciadłowodypodziemnejwodawolnastrefasaturacjiwodywgęłbnewodygłębinowePodział wód podziemnychStrefawystępowaniaAeracjiTypy wódWody higroskopijneWody błonkowateWody kapilarneWody wsiąkoweWody zawieszoneSaturacjiWodyWodyprzypowierzchni swobodneoweWody gruntoweWody wgłębneWodyWody głębinowe naporoweStanfizycznywodyWodyzwiązaneWody wolne Wody poroweWodyszczelinoweWodyszczelinowo-krasoweWody krasoweRodzaje wód wgośrodka skalnegoKRYTERIA KLASYFIKACJIpochodzenie1. Wody infiltracyjne powstają w wyniku przesiąkania opadówatmosferycznych przez skały przepuszczalne (np. piasek, żwir)2. Wody kondensacyjne powstają na skutek skraplania pary wodnej napowierzchni ziemi lub tuż pod jej powierzchnią. Wody infiltracyjne ikondensacyjne biorą udział w wymianie wody pomiędzy hydrosferą aatmosferą poprzez odpływ, parowanie i opad.3. Wody juwenilne (młode) pojawiają się na powierzchni Ziemi po razpierwszy w postaci gejzerów lub gorących źródeł. Nie brały one udziału enaturalnym obiegu wody. Powstały wewnątrz skorupy ziemskiej ze skraplaniasię pary wodnej podczas zastygania magmy. Po raz pierwszy włączają się wobieg wody4. Wody reliktowe występują głębiej. Są to wody, które zostały uwięzionew skałach powstających w różnych erach Ilość wód reliktowych jestwłaściwie stała, więc zasoby tych wód są nieodnawialne.5. wody metamorficzne powstające w czasie przeobrażenia termicznegoniektórych minerałów np.: hydrokrzemianów2głębokość i forma występowaniaWyróżniamy cztery główne typy wód podziemnych w zależności od miejsca ichwystępowania w stosunku do skał przepuszczalnych i nieprzepuszczalnych:1. Wody przypowierzchniowe(zaskórne)najczęściej na terenach podmokłych, zwykle nie nadające się do spożyciaZnajdujące się tuż pod powierzchnią terenu, czasami nawet kilkanaściecentymetrów. Pozostające pod bezpośrednim wpływem zmian pogodowychi narażone na dopływ wszelkich zanieczyszczeń.2. Wody gruntowewystępujące na zróżnicowanych głębokościach, odkilkudziesięciu centymetrów do 20-20 metrów. Zwierciadło tych wód jestzazwyczaj swobodne. występujące głębiej, wykorzystywane główniew rolnictwie, i do celów komunalnych3. Wody wgłębneznajdujące się w warstwie wodonośnej4. Wody głębinoweznajdujące się głęboko pod powierzchnią ziemii izolowane od niej, nie odnawiane, nie zasilane, silnie zmineralizowane, bezznaczenia gospodarczego. Wody głębinowe zalegają głęboko pod ziemią,często są izolowane kilkoma warstwami skał nieprzepuszczalnych. Spotyka sięwśród nich często wody reliktowe.wody szczelinowe –tworzące sieć żył wodnych w szczelinachwody krasowe -występujące w próżniach i kanałach powstałych wskutekprocesów krasowychZanieczyszczenia pochodzące z przemysłu•wysypiskai zwałowiska odpadów stałych;•stawyściekowe i osadowe;•nieszczelnościw urządzeniach kanalizacyjnych;•terenyniewłaściwego magazynowania surowców i wyrobów gotowych;•emisjepyłów i gazów.Zanieczyszczenia pochodzące z rolnictwa•nawadnianieterenów rolniczych•produkcjazwierzęca•obszaryintensywnego stosowania nawozów i środków ochrony roślin;•miejscaniewłaściwego magazynowania nawozów mineralnych;•miejscausuwania przeterminowanych pestycydów;•miejscawykonywania kiszonek paszowych;•terenyrolniczego wykorzystywania gnojowicy;•obejściagospodarskie.największy problem utrzymania czystości tych wód stwarza: chemizacjarolnictwa -wielkoobszarowe wprowadzanie do gleby substancji chemicznychbędących składnikami nawozów sztucznych i środków ochrony roślin.Zanieczyszczenia związane z gospodarką komunalnąskupiska odpadów stałychścieków bytowo-gospodarczych (wformie wysypisk śmieci, kompostowni, wylewiskścieków, odstojników terenowych, pól filtracyjnych, nieszczelnych przewodówkanalizacyjnych i obiektów oczyszczalni ścieków)Procesy chemiczne i fizyczne zachodzące w wodach1. Utlenianie i redukcja2. Rozpuszczanie i strącanie3. Hydratacja i hydroliza4. Sorpcja i desorpcja5. Wietrzenie6. Migracja7. Procesy biochemiczneZanieczyszczenia związane z transportemdystrybucja i magazynowanie substancji ropopochodnych i innychsubstancji niebezpiecznych dla wód podziemnych•związkinieorganiczne stosowane do zimowego utrzymania dróg, a więcsole rozmrażające (NaCl, NH4Cl, CaCl2, MgCl2), środki przeciwkorozyjne,metale ciężkie;•substancjeorganiczne, a więc różnego rodzaju pozostałości po spalaniumateriałów pędnych (w tym rakotwórcze wielopierścieniowe węglowodoryaromatyczne), oleje, smary, środki oczyszczające, konserwujące, silikony,detergenty, smoły i wiele innych1. Utlenianie i redukcjaSSO42-S2-FeFe2+Fe3+MnMn2+Mn4+Mn7+NN3+FeS2SO42-(utlenianie)SO42-S2-(redukcja)-11REDUKCJAUTLENIANIE-e2+Fe3+Fe+e2. Rozpuszczanie i strącanieRozpuszczanie jest to proces przechodzenia minerałów, gazów,cieczy do roztworu wodnego to jest tworzenie z wodamipodziemnymi mieszaniny jednorodnej pod względem fizycznym ichemicznym.Halit - Na+i Cl-kalcyt – (CaCO3) - Ca2+i HCO32-dolomit - CaMg (CO3)2-Ca2+, Mg2+i HCO32-glinokrzemiany, skalenie i minerały ilaste –(Ca,Na)(Al,Si) AlSi2O8Na+, K+, Ca2+, Mg2+i Al3+skały osadoweskały krystalicznewytrącanieiloczyn rozpuszczalnościCaCO3MgCO3węglany, siarczany, krzemionkasole kwasu HCl (klimat gorący) 3. Hydratacja i hydroliza4. Sorpcja i desorpcjaSorpcja jest to ogólna nazwa procesów polegających napochłanianiu.Pochłanianie gazów, cieczy, substancji rozpuszczonych przezciało porowate a =(c,T)AdsorpcjaAbsorpcja1.2.3.4.powierzchniaobjętośćrodzaje adsorpcji:jonowymiennafizycznachemicznasitowaproces desorpcji35. Wietrzenieizomorficzna wymiana z kationem K+7. Procesy biochemiczneutlenianie S, N, Fe, Mn w warunkach beztlenowych redukcja6. Migracja - wędrówkawspółczynniki wodnej migracjikxmx– stężenie pierwiastka x w wodzie, g·dm-3,nx- stężenie pierwiastka x w środowisku skalnym, % wag.,a– mineralizacja wody, g·dm-3,Współczynnik ten jest wielkością bezwymiarową i ma jedyniewartość porównawczą, z jego wzrostem zwiększa się ruchliwośćpierwiastkaCzas migracji (przenikania) substancji stanowi podstawę do ustaleniaklas wód podziemnych względem zagrożenia ich zanieczyszczeniami.Grupa AB- są to wody zagrożone, o czasie migracji zanieczyszczeń zpowierzchni ziemi do wód wynoszącym do25 lat,klasaC– czasmigracji25–100 lat- wody słabo zagrożone, klasaD– czas migracjiponad 100 lat- wody praktycznie niezagrożonem100kx�½xanxGAZYTlen rozpuszczony O Azot N - w formie gazowej22CO2H2CO3H++ HCO3-H++ CO32-H2CO3= 1%pół związany związany•Infiltracja•Przemianybiochemiczne•Wietrzenieminerałów FeCO3•redukcjasiarczanów FeSO4+ 4CFeS + 2CO2siarkowodór-środowisko redukująceInne gazyH2S1.z piryturedukcja SO42-redukcja zanieczyszczeń antropogenicznych(pH) = H2S, HS-, S, SO42-Zanieczyszczenia organicznezwiązki humusoweprod. przemiany materii organizmów żywychprodukty rozkładu organizmów obumarłychzwiązki org. pochodzenia antropogenicznego (WWA)ilości śladowe do kilkuset g C/m3H2CO3H++ HCO3-HCO3-H++ CO32-HCO3-K1=[H+] · [HCO3-] = 4· 10-7mol/dm3[H2CO3]K2=[H+] · [CO32-] = 4· 10-11mol/dm3[HCO3 -]pH4brak HCO3-pH 64głównie HCO3-pH = 8jedynie HCO3 -pH10głównie CO32-głębokośćpołączenie z Ca2+i Mg2+(Fe2+, Mn2+)Na+NaHCO3duża rozpuszczalnośćduże stężeniesubstancje organiczne nadają wodom charakter redukcyjny iobniżają pHfenole0,001-0,05mg/lSPC 0,1-1mg/loleje mineralne 0,01-0,05mg/lWWA 0,01-0,05/lpestycydy 0,01-0,05/lSUBSTANCJE ROZPUSZCZONE W WODACH PODZIEMNYCHwody podziemnewody powierzchnioweaniony:HCO3-, SO42-, Cl-kationy:Ca2+, Mg2+, Na+, K+, Fe2+, Mn2+SO42-1. minerałygips CaSO4·2H2O, anhydryt CaSO42. rozkład substancji organicznej3. utlenianie siarczków4. wietrzenie złóż siarki 2S + 3O2+ H2O2H2SO45. kwaśnie deszcze i ściekiCa2+40 –calciumwapienie – CaCO3+ CO2+H2OCa2+= 2HCO3-gipspHSO42-Mg2+24 –magnesiumdolomit CaMgCO3skały magmowekilkanaściekilkasetkilka tysięcy g SO42-/m3Cl-głębokość i mineralizacjachlorkiz opadówz wód morskichze ściekówz minerałów50gagresywny charakter w stosunku dobetonu i żelazaCl-/m3rozpuszczalność MgCO3CaCO3mineralizacja w st. ogólnym - Ca2+: Mg2+4:12:1wzrost mineralizacji -2:11:1dalszy wzrost mineralizacji -przewaga Mg2+4Na+23sodium NaCl, NaNO3Fe2+i Fe3+56ferrumhematytmagnetytlimonitsyderytpirytFe2O3Fe3O4Fe(OH)3FeCO3FeSwietrzenie skał intruzja wód słonych do warstw wodonośnych opady atmosferyczne zanieczyszczenia antropogenicznecFe=(pH, t, CO2)CO2, pH Fewymywanie skałwietrzenie skał magmowychFe(HCO3)2warunki: redukujące Fe2+FeSO4utleniające Fe3+kwasy huminoweFeCO3+ CO2+ H2OFe(HCO3)2cFe= śladykilkadziesiąt g Fe/m3(CO2)K+39kaliumnp. KClstężenie Kstężenie Nawietrzenie skałługowanie soli potasowychrozkład substancji organicznejźródła antropogeniczne np. nawożenie pólMn2+55manganumcMn=(pHwymywanie skał i glebpochodzenie antropogenicznezwiązki azotu - wskaźnik zanieczyszczenia wódN2, (gazowy)azot organicznychazot mineralny (NO2-, NO3-, NH4+, CN-)amonifikacja, dezaminacjaR-NH2-OHR-OH + NH3+ energiaCO(NH2)2+ 2H2O2NH3+ CO2+2H2OpH < Mn7+pH = Mn4+(Mn3+)pH > Mn2+cMn= śladykilka g Mn / m3mineralizacja[Mn]NitryfikacjaDenitryfikacjaNH4+NO2-NO3-HNO3HNO2NO[O][H]trwałość związków azotu =(pH, aktywność biologiczna)AzotanyNO3-LpCharakterystyka wód naturalnychParametrtemperaturabarwamętnośćpHtlen rozpuszczonyżelazomanganCO2JednostkaoCforma dominująca i bardzo dobrze rozpuszczalnaopady atmosferycznepochodzenie antropologiczne (gnojowica i nawozymineralne, ścieki, odcieki z wysypisk odpadów)NO3-w wodach opadowych 1-10 g NO3-/m3Wodypowierzchniowezmienna/rok 0-25od 20 do 200do 506,5-8,5poniżej 5śladowydo 0,3śladowyWody podziemnestała/rok 4-6od 5 do 10poniżej 16-8nie występujedo 50do 2powyżej 10012345678mg Pt/lmg SiO2/l-mg O2/lmg Fe/lmg Mn/lmg CO2/lAzotynyAmoniakNO2-NH3obecność NH4+i brak NO2-, NO3 -świeże zanieczyszczenie ściekamiMikroskładniki: Si, F, Al, PMetale ciężkie Pb, As, Ni, Crdopuszczalne stężenia setne i tysięczne części5 [ Pobierz całość w formacie PDF ]