Prof. dr hab. inż. Elena Neverova-Dziopak (AGH) 23 XI 2019

1. Ścieki jako podstawowa przyczyna
degradacji ekosystemów wodnych
Prof. dr hab. inż. Elena Neverova-Dziopak
Wydział Geodezji Górniczej i Inżynierii Środowiska
Katedra kształtowania i Ochrony Środowiska
23.11.2019

3. Struktura zasobów wodnych

5. Zapobieganie zanieczyszczeniu czy walka z nim?
Od czasów prehistorycznych woda jest najbardziej eksploatowanym przez człowieka zasobem
przyrodniczym.
Obecnie w świecie nowoczesnym dominuje zasada walki nie z zanieczyszczeniem wód, lecz z jego
konsekwencjami, a ustalone limity wprowadzania zanieczyszczeń do środowiska wodnego de facto
stanowią licencję na jego zanieczyszczenie

6. Bez kanalizacji nie ma
cywilizacji
Historia ludzkiej cywilizacji i historia rozwoju
systemów kanalizacyjnych były nierozerwalne
od wielu stuleci. Im doskonalsza cywilizacja,
tym doskonalsze systemy kanalizacyjne służą
ludziom. Głównymi kamieniami milowymi w
rozwoju systemów kanalizacyjnych były
najstarsze: w miastach Mohenjo-Daro (II w.
p.n.e., obecnie Pakistan), Rzym (VII-VI w.
p.n.e.),
Kanalizacja w starożytnym Rzymie jest
uważana nie tylko za jedną z najstarszych, ale
także za jedną z najbardziej doskonałych. W
starożytnym Rzymie istniała nawet bogini
Cloakina – patronka obiektów kanalizacyjnych
(podatek specjalny cloacorium)
Proces urbanizacji negatywnie wpływa na
wszystkie elementy środowiska naturalnego, a
głównym zadaniem systemów kanalizacji jest
ochrona zasobów wodnych przed
zanieczyszczeniem i degradacja.
Cloaca maxima

7. » W Europie, wraz z upadkiem Cesarstwa
Rzymskiego czemu towarzyszyły liczne wojny i
najazdy barbarzyńców, wiele wartości kulturowych i
historycznych były zniszczone, miedzy innymi i
systemy zaopatrzenia w wodę i kanalizacji.
Rozpoczęła się era antysanitarnych warunków i
epidemii.
» Kanalizacją średniowiecznego miasta była
brukowana ulica, wzdłuż której rowami lub
otwartymi kanałami płynęły nieczystości, wylewane
bezpośrednio z okien. Odpady stagnowały i
rozkładały się bezpośrednio na ulicach. Latryny
(których było niewiele) były drewnianymi lub
kamiennymi szambami bez dna, co prowadziło do
zakażenia wód podziemnych i gleby.
Lekceważenie zasad higieny kosztowało bardz
drogo – w XIV wieku w wyniku epidemii dżum
Francja straciła 1/3 mieszkańców, Anglia
Włochy –ok. połowy.
Ogólne straty - 25 mln.

8. Patrick Süskind ( niemiecki pisarz) „Pachnidło. Historia pewnego mordercy”
„Najsmrodliwszy zakątek całego królestwa – od wieków zalęgają tam
przeróżne zapachy – od zapachów rozkładających się na ulice ciał, murów
nasączonych zapachem zgnilizny przez zapach szamb i ustępów po fetor
dołów z ludzkimi i końskimi odchodami.
Miasto w XVIII-XIX w. staje się ośrodkiem smrodu. Wdychanie miejskich
miazmatów budzi wstręt. Odchody, błoto, szlam i zgnilizna stają się źródłem
nie tylko odrazy , ale i przerażenia.” ( przeł. M. Łukasiewicz, Warszawa,
2006)
Paryż XVIII w.

9. Największa w świece OŚ
Gabal Al’ Asfar
( Kair, 15 mln mieszkańców)

12. Das Park Hotel, Linz, Austria, 2004 ( powierzchnia – 2 m2; 50 euro/d)

13. Definicja
» Zgodnie z art. 16 pkt. 61 nowej ustawy Prawo wodne z 20 lipca 2017 r., pod pojęciem
ścieki należy rozumieć wprowadzane do wód lub do ziemi:
» a) wód zużytych na cele bytowe lub gospodarcze,
» b) ciekłych odchodów zwierzęcych,
» c) wód odciekowych ze składowisk odpadów oraz miejsc magazynowania, prowadzenia
odzysku lub unieszkodliwiania odpadów, wykorzystanych solanek, wody leczniczej i termalnej,
» d) wód pochodzących z obiegów chłodzących elektrowni lub elektrociepłowni i z
odwodnienia zakładów górniczych
» e) wód odprowadzanych z obiektów chowu lub hodowli ryb albo innych organizmów
» W nowym prawie wodnym, w definicją ścieków nie zostały objęte wody opadowe i
roztopowe.
» Według dotychczasowej definicji ścieków, zawartej w ustawie prawo wodne z 2001 r. wody
opadowe i roztopowe zaliczane były do tej kategorii. Od dnia 01 stycznia 2018 r. wody
opadowe i roztopowe nie wchodzą już do kategorii ścieków.

14. Klasyfikacja ścieków
» ścieki bytowe - rozumie się przez to ścieki z budynków mieszkalnych, zamieszkania
zbiorowego oraz użyteczności publicznej powstające w wyniku ludzkiego
metabolizmu lub funkcjonowania gospodarstw domowych oraz ścieki o zbliżonym
składzie pochodzące z tych budynków;
» ścieki przemysłowe - ścieki powstałe w związku z prowadzoną przez zakład
działalnością przemysłową, składową, transportową, handlową lub usługową,
odprowadzane urządzeniami kanalizacyjnymi tego zakładu;
» ścieki komunalne - rozumie się przez to ścieki bytowe lub mieszaninę ścieków
bytowych ze ściekami przemysłowymi albo wodami opadowymi lub roztopowymi,
odprowadzane systemami kanalizacji
Odbiornikiem ścieków są przeważnie
wody powierzchniowe

15. Podstawowe rodzaje zanieczyszczeń
wprowadzanych ze ściekami do wód
powierzchniowych
» ORGANIZMY CHOROBOTWÓRCZE
» ZANIECZYSZCZENIA
ORGANICZNE ZUŻYWAJĄCE TLEN
» ROZPUSZCZONE ZWIĄZKI
NIEORGANICZNE
» NIEORGANICZNE SUBSTANCJE
BIOGENNE
» ORGANICZNE ZWIĄZKI
CHEMICZNE
» SUBSTANCJE RADIOAKTYWNE
» ZANIECZYSZCZENIA CIEPLNE

16. Konsekwencje zanieczyszczenia wód ściekami

17. Choroby „wodne”
STANOWIĄ 80% WSZYSTKICH CHORÓB NA
ŚWIECIE:
I. Choroby wywołane spożyciem zakażonej
wody (cholera, dur brzuszny, ameboza i
inne)
II. Choroby wywołane kontaktem skóry,
śluzówek i oczu z zakażoną wodą (świerzb,
wszawica, jaglica, ślepota rzeczna
(onchocerkoza) i inne)
III. Choroby wywołane przez pasożyty wodne
(onchocerkoza, drakunkuloza,
schistosomatoza i inne)
IV. Choroby przenoszone przez organizmy
żyjące nad wodą, głównie komary (denga,
filarioza, malaria, żółta febra,
trymanosomoza i inne)
W 2000 r. z powodu chorób „wodnych”
zmarło około 2 213 000 osób.
Bezpieczeństwo zdrowotne
Filarioza
Onchocerkoza

18. Bezpieczeństwo ekologiczne
Eutrofizacja wód jako zaburzenie równowagi
ekologicznej
Eutrofizacja zajmuje priorytetowe miejsce
na liście problemów związanych z
ochroną wód powierzchniowych i stanowi
największe zagrożenie dla ich
bezpieczeństwa ekologicznego i wartości
konsumpcyjnej.
Najbardziej spektakularnym objawem
eutrofizacji sa tzw. „zakwity wód”.
Eutrofizacja jest proces zwiększenia
intensywności rozwoju roślinności wodnej
wywołany nadmiernym dostarczaniem
substancji odżywczych (biogennych) do
wód powierzchniowych z różnych źródeł
antropogenicznych, przede wszystkim, ze
ściekami komunalnymi.
Do podstawowych substancji biogennych
w środowisku wodnym należą związki
azotu i fosforu, które przyczyniają się do
wzrostu produktywności wód.

19. A stretch of the Grand Union Canal at Little Venice
in West London
www.agh.edu.pl
Little Britain' lake on the River Colne
in Hillingdon, West London
Eutrofizacja – problem globalny
Great Britain

20. Intensive growth of algae
Poland
www.agh.edu.pl
Motława, Gdańsk, 2017 roku
Polish Baltic Sea, 2018
Water intake, Łódź

21. Eutropnication of the sea
waters
Belgian,French, German and Dutch coasts
www.agh.edu.pl

22. www.agh.edu.pl
Algal bloom at the Chinese coastal city of
Qingdao
Very serious problem
China

23. www.agh.edu.pl
Algae may have a different color depending on the dominant
pigment (blue, green, brown, red). Red tides are caused by
phytoplankton that have a reddish pigment
called peridinin
Sydney's Clovelly Beach
Floryda
Italian Alps

24. www.agh.edu.pl
Hartbeespoort dam,
South Africa
This problem also applies to
southern countries.
AFRICA
Jomoro District, Ghana
The problem manifests itself with algal
blooms, and the indicator of the algae
biomass is the content of chlorofill in
water

25. Appearence of green
and red algae on the
ARABIAN PENINSULA
www.agh.edu.pl
Beach of Bandar Al-Jissah in Oman
(Gulf of Oman)
Arabian Sea

26. Eutrofizacja –główny czynnik
kształtowania jakości wody
» Podstawowym konsumentem wody jest
człowiek, dla tego też na szczególną uwagę
zasługuje fakt, że do negatywnych
konsekwencji eutrofizacji należy przede
wszystkim pogorszenie właściwości
organoleptycznych wody, zwiększenie wartości
wskaźników BZT i ChZT, zmiana bilansu
kwasowo-zasadowego,powstawanie deficytów
tlenowych, pojawienie się toksyn, fenoli i
aktywizacja patogennej mikroflory (np.
Poliovirus, Vibrio cholerae i inne).
» Podczas masowego zakwitu glonów niektóre z
nich produkują toksyczne metabolity, które
akumulują się w wodzie i wykazują wysoką
aktywność biologiczną w stosunku do różnych
zwierząt ciepłokrwistych, hydrobiontów i
człowieka. Algotoksyny należy zaliczyć do
związków wysokotoksycznych.

27. Problemy techniczne i technologiczne
powstające przy ujmowaniu i uzdatnianiu wody, które są najbardziej uciążliwe w zbiornikach
zaporowych, służących za źródło zaopatrzenia ludności w wodę. Zakwity wód prowadzą nie tylko do
problemów mechanicznych na ujęciach wody i urządzeniach w zakładach uzdatniania wody, ale
pogarszają właściwości organoleptyczne wody, ich wartości rekreacyjne i estetyczne.
Zatykanie się krat na
ujęciach,
uszkodzenie pomp
wody ujmowanej..
Zatykanie się por filtrów.
Nieprzyjemne zapach i barwa
wody
( produkty rozkłady komórek
glonów, nadają zapach ryby)
Wahania pH-prowadzi do
zmniejszenia efektywności
koagulacji siarczanem glina
Konieczność wstępnego
chlorowania
prowadzi do powstawania
produktów ubocznych
Zawartość algotoksyn
Częste czyszczenie
krat na ujęciach(co 2
godz.)
Wymagane często
płukanie. Mniejsza
efektywność
filtrowania. Dodatkowe
zużycie wody (5-20%)
Zaawansowana
sedymentacja,
membranowa
filtracja
Adsorpcja na
filtrach z węgla
aktywowanego
Konieczność
koagulacji
CuSO4
Korekta
pH
Mikrofiltracja,
nanofiltracja

28. www.agh.edu.pl
Usuwanie azotu i fosforu ze ścieków
komunalnych w zaawansowanych technologiach
Ogromne koszty
inwestycyjne i
eksploatacyjne!!!

30. W latach 2003 – 2018
• wybudowano 87,5 tys. km sieci
kanalizacyjnej, * wybudowano 416 nowych
OŚ
• przeprowadzono 1732 inwestycji w zakresie
modernizacji i/lub rozbudowy OS
• na inwestycje wydano ok 87,5 mld zł
• Dodatkowe potrzeby finansowe tym zakresie
w latach do roku 2021 – 27,85 mld zł
Inwestycję w OŚ vs stan wód

31. Zanieczyszczenie termiczne ( cieplne) i radioaktywne
Zanieczyszczenie termiczne - występuje z powodu odprowadzania wód chłodniczych z elektrowni,
zakładów przemysłowych, zwłaszcza metalurgicznych. Prowadzi to do wzrostu temperatury wody o
6-8 ° C, co powoduje zaburzenie warunków funkcjonowania organizmów wodnych i wymieranie
gatunków wrażliwych. Sprzyja intensyfikacji eutrofizacji.
Substancje radioaktywne akumulują się w organizmach ryb i ssaków morskich, wywołując zmiany
kancerogenne i mutagenne.

32. Farmaceutyki w ściekach
W ostatnich latach nastąpił gwałtowny
rozwój branży farmaceutycznej.
Obserwowany jest także zwiększony popyt
na leki, spowodowany głównie ułatwionym
dostępem do różnego rodzaju substancji
leczniczych wydawanych bez recepty.
W krajach europejskich, w tym Polsce,
mamy do czynienia ze starzejącym się
modelem społeczeństwa, gdzie dominują
starsze osoby, których zapotrzebowanie na
leki jest większe niż u osób młodszych.
Związki aktywnie czynne, które są
składnikami leków trafiają do ścieków wraz
z wydzielinami fizjologicznymi ludzi.

33. Konwencjonalne oczyszczalnie ścieków nie są przystosowane do całkowitego
wyeliminowania substancji farmaceutycznych (1/5):
Leki i ich metabolity w warunkach OŚ mogą ulegać następującym
przemianom:
a) mineralizacji do CO2 oraz H2O, jak np. aspiryna,
b) mogą stać się bardziej lub mniej podatne na degradację
c) inne leki i trwałe metabolity nie są zatrzymywane ani nie ulegają degradacji
w oczyszczalni ścieków, tym samym przedostają się do środowiska wodnego.
Wykazują zdolność akumulacji w
organizmach wodnych, wywołując zmiany
narządowe (np. diklofenak). Estrogeny
powodują feminizację samców ryb, co
zaburza procesy rozrodcze.
Leki mogą również przedostawać się do
wód gruntowych i źródeł zaopatrzenia na
wodę, co stanowi poważne zagrożenie dla
zdrowia ludzkiego.
Ważne jest opracowanie
skuteczniejszych metod ich
eliminacji

34. Efektywność usuwania farmaceutyków

35. Procesy stosowane do usuwania
farmaceutyków z wody i ścieków

36. Ścieki i osady ściekowe odpady czy surowce?
WWTP vs water resource recovery facilities (WRRF)
OŚ vs Zakłady Odzysku Surowców („Dostawcy wody i zasobów”)
Odzysk
surowców
k
Woda
Energia
Nawozy

38. Biogeny
Struwit

39. Energia ze ścieków i osadów sciekowych

43. Marihuana, USA, stan Washington
Gigantyczny kłębek
robaków North Carolina
UK, Surrey
Złote monety Japonia, 56 000 $

44. „ Zdobycz „ pracowników
londyńskiego MPWiK w ciągu 1
tygodnia 2016 r

47. Rozwiązanie problemu- kompleksowe podejście
Racjonalne korzystanie i ochrona zasobów wodnych :
- zmniejszenie ilości usuwanej wody, co spowoduje zmniejszenie ilości ścieków
- doskonalenie technologii oczyszczania ścieków
- odzysk surowców ze ścieków
- wprowadzenie zamkniętych obiegów wody oraz jej wtórnego wykorzystania
- czyste technologii
- szeroko rozumiana ochrona wód
- redukcja negatywnego odziaływania innych źródeł zanieczyszczenia (spływy
obszarowe, ochrona atmosfery)
- racjonalizacja rolnictwa
- efektywne narzędzia prawne i ekonomiczne
- kształtowanie świadomości i kultury ekologicznej

48. Pokrywy włazów kanalizacyjnych
(starożytny Rzym 2 tys. lat temu), Dublin,
Nowy Kork

49. Pokrywy włazów kanalizacyjnych w Japonii