Często zadawane pytania dotyczące zanieczyszczenia wody

Jakie są właściwości i zagrożenia związane z zanieczyszczeniami wody?

Za zanieczyszczenia uważa się wiele różnych substancji chemicznych, od prostych jonów nieorganicznych po złożone cząsteczki organiczne.
Wszystkie zanieczyszczenia wody dzielą się na różne klasy. Każda klasa zanieczyszczeń ma swoje specyficzne sposoby przedostawania się do środowiska i własne specyficzne zagrożenia. Wszystkie klasy zawierają w sobie główne zanieczyszczenia, które są znane wielu ludziom, ze względu na różne skutki zdrowotne.

Zanieczyszczenia organiczne

Istnieje wiele różnych rodzajów zanieczyszczeń organicznych, na przykład:
- Węglowodory. Są to wiązania węgiel-wodór. Można je podzielić na dwie klasy, pierwsza to alkany z wiązaniem pojedynczym, alkeny z wiązaniem podwójnym i alkiny z wiązaniem potrójnym (gazy lub ciecze), a druga to węglowodory aromatyczne, które zawierają struktury pierścieniowe (ciecze lub ciała stałe). Węglowodory aromatyczne, takie jak WWA, są znacznie bardziej reaktywne niż którykolwiek z pierwszych rodzajów węglowodorów.
- PCB są stabilnymi i niereaktywnymi płynami, które są używane jako płyny hydrauliczne, płyny chłodzące/izolacyjne w transformatorach i plastyfikatory w farbach. Istnieje wiele różnych płytek PCB. Żaden z nich nie jest rozpuszczalny w wodzie. W wielu krajach PCB są ograniczone.
- Insektycydy, takie jak DDT, są bardzo niebezpieczne, ponieważ gromadzą się w tkankach tłuszczowych zwierząt niższych, a następnie dostają się do łańcucha pokarmowego. Zostały one ograniczone od dziesięcioleci.
- Detergenty. Mogą to być zarówno polarne, jak i niepolarne.

Zajrzyj też na detergents in freshwater oraz organic pollution in freshwater


Inorganic fertilizers

Niektóre zanieczyszczenia nieorganiczne nie są szczególnie toksyczne, ale nadal stanowią zagrożenie dla środowiska, ponieważ są tak szeroko stosowane. Należą do nich nawozy, takie jak nitrates oraz phosphates. Azotany i fosforany powodują zakwity glonów w wodach powierzchniowych, co powoduje: oxygen spada poziom wody. Powoduje to głód tlenu z powodu pobierania tlenu przez mikroorganizmy, które rozkładają glony. Nazywa się to eutrofizacją.

Metals

Pierwszą klasą, o której tutaj będziemy się odnosić, są metale. Metale są dobrymi przewodnikami elektryczności i generalnie wchodzą w reakcje chemiczne jako jony dodatnie, znane jako kationy. Metale to naturalne substancje, które powstały w wyniku wietrzenia rud, gdzie zostały osadzone podczas działania wulkanu. Mogą zostać przeniesione do sytuacji, w których mogą spowodować poważne szkody dla środowiska. Przykładami metali są: lead, zinc, manganese, calcium and potassium.
Można je znaleźć w wodach powierzchniowych w ich stabilnych formach jonowych. Metale nienaturalne mogą być bardzo niebezpieczne, ponieważ często pochodzą z reakcji jądrowych wywołanych przez człowieka i mogą być silnie radioaktywne.
Metale mogą reagować z innymi jonami na niebezpieczne produkty. Często biorą udział w reakcjach przeniesienia elektronu z udziałem tlenu. Może to prowadzić do powstania toksycznych rodników tlenowych.
Metale mogą tworzyć metaloidy, a następnie wiązać się ze związkami organicznymi, tworząc substancje lipofilowe, które często są wysoce toksyczne i mogą być magazynowane w tłuszczu zwierząt i ludzi. Metale mogą również wiązać się z makrocząsteczkami komórkowymi w ludzkim ciele.
Najniebezpieczniejszymi metalami są metale ciężkie. Mają gęstość większą niż 5 i dlatego nazywane są ciężkimi.
Metali nie można rozkładać na mniej szkodliwe składniki, ponieważ nie ulegają biodegradacji. Jedyną szansą, jaką organizmy mają przeciwko metalom, jest przechowywanie ich w tkankach ciała, gdzie nie mogą wyrządzić żadnej szkody.
Organizmy potrzebują metali, ponieważ są one niezbędne dla ich zdrowia i zwykle są niezbędnymi składnikami enzymów.

Izotopy radioaktywne

Okresy półtrwania i sposoby rozpadu izotopów promieniotwórczych określają, jak niebezpieczne są one dla ludzi. Ludzie wytwarzają wszystkie radioaktywne izotopy w przemyśle jądrowym. Nadal toczą się debaty na temat tego, czy korzyści płynące z energii jądrowej przewyższają zagrożenia związane z promieniowaniem radioaktywnym. Kiedy atom substancji radioaktywnej rozpada się, może wytworzyć cztery rodzaje cząstek: alfa, beta, gamma i neutrony.
Cząsteczki alfa mogą podróżować tylko na niewielką odległość przez powietrze i ludzkie tkanki, ale mogą być bardzo szkodliwe, jeśli zderzą się z komórkami ze względu na ich dużą masę. Są naładowane dodatnio.
Cząstki beta są bardziej penetrujące, ale powodują znacznie mniejsze uszkodzenia niż cząstki alfa. Są naładowane ujemnie.
Promienie gamma są bardzo przenikliwe. Ich uszkodzenia są podobne do promieni beta.
Neutrony są uwalniane przez promieniowanie i reagują z innymi pierwiastkami poprzez zderzenia. Stanowią podstawę do rozszczepienia jądrowego w reaktorze.
Radioaktywność substancji mierzy się w bequerels, ale nie wyraża to ilości uszkodzeń tkanek spowodowanych promieniowaniem. Dlatego ilość promieniowania, która powoduje, że 1 kg tkanki pochłania 1 dżul energii, jest teraz wyrażona w szarościach. Różne rodzaje promieniowania mogą powodować różne rodzaje uszkodzeń, ponieważ energia jest przekazywana tkankom na różne sposoby. Wyraża się to w siwertach. Ilość promieniowania alfa może wyrządzić dwudziestokrotnie większe szkody niż ta sama ilość promieniowania beta. Substancje radioaktywne muszą być przechowywane przez różne okresy czasu, aby wyeliminować zagrożenie. Jak długo ma być przechowywany, zależy od okresu półtrwania izotopów; czas potrzebny do rozpadu połowy atomów izotopu promieniotwórczego.

Jakie są konkretne drogi, którymi zanieczyszczenia wody przedostają się do środowiska?

Zrzut ścieków stanowi główne globalne źródło zanieczyszczenia. Odpady bytowo-przemysłowe odprowadzane są do wód powierzchniowych systemami kanalizacyjnymi. W niektórych przypadkach odpady przemysłowe są odprowadzane bezpośrednio do wód powierzchniowych. Jakość ścieków, które przedostają się do wód powierzchniowych, zależy od zanieczyszczeń obecnych w ściekach oraz zakresu, w jakim są one oczyszczane przed zetknięciem z wodami powierzchniowymi.
Ścieki domowe składają się głównie z papieru, mydła, moczu, kału i detergentów. Odpady przemysłowe są zróżnicowane i zależą od specyficznych procesów w zakładach, z których pochodzą.
Metale ciężkie są kojarzone z działalnością wydobywczą i hutniczą, chlorofenole i fungicydy z celulozowniami, insektycydy z fabrykami przeciw molom, kilka różnych chemikaliów organicznych z przemysłem chemicznym, a substancje radioaktywne z elektrowniami jądrowymi.
Na lądzie uwalnianie odpadów przemysłowych jest ściśle kontrolowane, ale wydobycie ropy naftowej i manganu na morzu prowadzi do bezpośredniego zrzutu zanieczyszczeń do mórz. Odpady radioaktywne wrzucane są do morza w dużych betonowych beczkach, aby się gniły, ale często beczki po pewnym czasie zaczynają mieć defekty. Przedstawiciele fabryk często wysyłają odpady na morze, aby nielegalnie je wyrzucać, ponieważ oczyszczanie ich wody jest bardzo kosztowne.
Ropa jest uwalniana do morza przez tankowce i wraki statków, a pestycydy są stosowane do wody w celu zwalczania szkodników wodnych. Farby na łodziach gniją podczas długich rejsów po oceanie i ostatecznie trafiają do wody.
W okresie wzrostu roślin azotany i fosforany są wchłaniane przez rośliny, ale kiedy rośliny umierają, są uwalniane z martwego materiału roślinnego do gleby i często trafiają do wód powierzchniowych.
Poza celowymi przyczynami zanieczyszczenia wód powierzchniowych, zanieczyszczenia mogą przedostać się do środowiska wodnego również przypadkowo, np. poprzez depozycję atmosferyczną. Pestycydy mogą w ten sposób łatwo przedostać się do wód powierzchniowych, ponieważ są stosowane w postaci kropelek lub oprysku. Zanieczyszczenia obecne na lądzie mogą przedostawać się do wód powierzchniowych przez ulewne deszcze lub przenikać do gleby i przedostawać się do wód powierzchniowych przez wody gruntowe.
Skutki zanieczyszczeń widoczne są głównie w małych morzach śródlądowych i jeziorach. Dzieje się tak, ponieważ oceany mają naturalny system rozcieńczania wchodzących zanieczyszczeń, podczas gdy jeziora nie mają skutecznego ujścia. Z tego powodu wiele zależy od tempa degradacji i opadów, które usuną zanieczyszczenia z wody.

Jak zanieczyszczenia są transportowane przez wodę?

Zanieczyszczenia mogą występować w wodzie w różnych stanach. Mogą być rozpuszczone lub mogą znajdować się w zawiesinie, co oznacza, że występują w postaci kropelek lub cząstek. Zanieczyszczenia mogą być również rozpuszczane w kropelkach lub absorbowane przez cząstki. Wszystkie stany zanieczyszczeń mogą przenosić się przez wodę na duże odległości na wiele różnych sposobów.
W zależności od gęstości pyłu zawieszonego może opadać na dno strumieni i jezior lub unosić się na powierzchnię. Oznacza to, że najczęściej pozostaje w tym samym miejscu, gdy woda nie płynie zbyt szybko. W rzekach zanieczyszczenia zwykle przemieszczają się na duże odległości. Odległość, jaką pokonują, zależy od stabilności i stanu fizycznego zanieczyszczenia oraz prędkości przepływu rzeki. Zanieczyszczenia mogą przemieszczać się najdalej, gdy znajdują się w roztworze w szybko płynącej rzece. Stężenia w jednym miejscu są wówczas na ogół niskie, ale zanieczyszczenie można wykryć w znacznie większej liczbie miejsc niż wtedy, gdy nie byłoby tak łatwo przetransportować.
W jeziorach i oceanach zanieczyszczenia są transportowane przez prądy. W oceanach występuje wiele prądów napędzanych wiatrem. Dzięki temu zanieczyszczenia mogą przemieszczać się z jednego kontynentu na drugi.
Zwykle liczymy na zdolność oceanów do zmniejszania stężenia zanieczyszczeń, tak zwaną „zdolność samooczyszczania” oceanów. Ale to nie zawsze działa, ponieważ ruch prądów w oceanach nie jest jednolity. Powoduje to, że wody przybrzeżne często mają znacznie wyższy poziom zanieczyszczenia niż morze otwarte.
Kiedy trwałe zanieczyszczenia gromadzą się w rybach lub ptakach morskich, mogą one nie tylko stać się toksycznym zagrożeniem dla wodnych łańcuchów pokarmowych, ale mogą również przemieszczać się w obrębie tych zwierząt na duże odległości i trafiać do łańcuchów pokarmowych obszarów niezanieczyszczonych.

Jakie czynniki determinują ruch i rozmieszczenie zanieczyszczeń w wodzie?

Procesy fizyczne determinują ruch chemikaliów w wodzie; ruch zależy od właściwości samych chemikaliów i właściwości wody. Te procesy zostaną omówione tutaj.

Woda jest cieczą polarną. Oznacza to, że oxygen atom w cząsteczce wody przyciąga elektrony hydrogen atomy, tak że tworzą one częściowe ładunki dodatnie. Atom tlenu otrzymuje częściowy ładunek ujemny, dzięki któremu może przyciągać atomy innych cząsteczek wody, tworząc wiązania wodorowe. W związkach niepolarnych, takich jak węglowodory, nie ma prawie żadnej separacji ładunku, a co za tym idzie nie rozpuszczają się w wodzie.
Woda ma tendencję do tworzenia agregatów, w których cztery inne cząsteczki otaczają każdą cząsteczkę wody. Kationy i aniony wykazują powinowactwo do części wody, które niosą przeciwny ładunek, tak że agregaty wodne zostają rozerwane, a jony rozpuszczają się. Wiele soli organicznych i polarnych związków organicznych jest rozpuszczalnych w wodzie, ale niepolarne ciecze organiczne nie są rozpuszczalne.
Z tego możemy wywnioskować, że cząsteczki, które potrafią rozdzielać ładunki, mogą łatwo rozpuszczać się w wodzie, podczas gdy cząsteczki, które nie mają ładunków, są słabo rozpuszczalne w wodzie.
Konsekwencją polaryzacji jest efekt hydrofobowy. W procesie tworzenia agregatów z naładowanymi cząsteczkami woda aktywnie wyklucza substancje niepolarne. Prowadzi to do powstania dwuwarstw fosfolipidowych, które przyczyniają się do przemieszczania hydrofobowych zanieczyszczeń przez błony.
Poziom hydrofobowości określa współczynnik podziału woda/oktanol. Stężenie związku w oktanolu dzieli się przez stężenie w wodzie. Im wyższa liczba wynikająca z tego obliczenia, tym bardziej hydrofobowy jest dany związek.

To, czy związek pozostaje w wodzie, zależy również od jego prężności pary. Prężność par oznacza tendencję do ulatniania się cieczy lub ciała stałego. Ciśnienie pary wzrasta wraz ze wzrostem temperatury, ponieważ cząsteczki powierzchniowe zwiększają energię kinetyczną. Wtedy więcej cząsteczek w roztworze wodnym ma tendencję do parowania, co oznacza, że nie są już w roztworze.

Kolejnym ważnym czynnikiem jest rozdział substancji chemicznej między różne elementy środowiska, powietrze, wodę i glebę. Tendencja ucieczki lub „ulatnianie się” substancji determinuje ruch z jednego przedziału do drugiego.

Stabilność molekularna to czynnik, który determinuje czas pozostawania substancji chemicznej w środowisku i odległości, jakie może przebyć. W środowisku procesy chemiczne i biochemiczne, takie jak hydroliza i utlenianie, powodują rozkład substancji chemicznych. O rozpadzie decyduje nie tylko stabilność substancji chemicznej, ale także czynniki środowiskowe: temperatura, poziom promieniowania słonecznego, pH i charakter powierzchni pochłaniającej. Na przykład pH wody określa rozpuszczalność metali w wodzie. Czasami biotransformacja związku w środowisku podczas rozkładu nie jest bardzo pozytywna, ponieważ może prowadzić do zwiększonej toksyczności substancji chemicznej.

Jak organizmy reagują na zanieczyszczenia wody?

Kiedy zanieczyszczenie dostanie się do organizmu, powoduje szereg zmian. Zmiany te mogą albo służyć ochronie organizmu przed szkodliwymi skutkami, albo nie.
Pierwszą reakcją organizmu na zanieczyszczenia jest uruchomienie mechanizmu ochronnego. W większości przypadków mechanizmy te utrzymują detoksykację zanieczyszczeń, ale w niektórych przypadkach wytwarzają substancje czynne, które mogą powodować więcej uszkodzeń komórki niż pierwotne zanieczyszczenie.
Inną odpowiedzią jest zmniejszenie dostępności zanieczyszczeń poprzez wiązanie ich z inną cząsteczką w celu ich wydalania lub przechowywania.
Oprócz mechanizmów ochronnych organizm może również uruchomić mechanizm naprawiający szkody spowodowane przez zanieczyszczenia.
Reakcja na toksyczność i wchłanianie zanieczyszczeń zależy nie tylko od zanieczyszczenia, które dostanie się do organizmu, ale także od rodzaju danego organizmu.

Jakie ogólne skutki mogą mieć zanieczyszczenia wody na organizmy?

Zanieczyszczenia wody mogą mieć różny wpływ na organizmy, zawsze w zależności od zanieczyszczenia i danego organizmu. Tutaj omówiono ogólne skutki, jakie może mieć zanieczyszczenie.

Genotoksyczność

Wiadomo, że wiele związków, które dostają się do organizmu, powoduje uszkodzenie DNA. Związki te nazywane są genotoksynami, ze względu na ich działanie genotoksyczne.
Zwykle, gdy zanieczyszczenia uszkadzają DNA, naturalny system naprawczy w organizmie przywróci go do normalnego stanu, ale gdy to się nie powiedzie z jakiegoś konkretnego powodu, komórki z uszkodzonym DNA mogą się dzielić. Następnie powstają zmutowane komórki, a defekt może się rozprzestrzeniać, powodując u potomstwa danego organizmu poważne defekty, często bardzo szkodliwe dla ich zdrowia.
Przykładami genotoksyn są WWA, aflatoksyny i chlorek winylu.
We wszystkich tych genotoksynach nie jest to oryginalny związek, który reaguje z DNA, ponieważ jest on stosunkowo stabilny. Wysoce reaktywne, krótkotrwałe produkty wytwarzane z oryginalnego związku przez enzymy zwykle powodują reakcje.

Rakotwórczość

Kilka zanieczyszczeń jest rakotwórczych, co oznacza, że mogą wywoływać raka w ciele ludzi i zwierząt. Zanieczyszczenia rakotwórcze to zanieczyszczenia, które odgrywają rolę w jednym lub kilku etapach rozwoju raka w organizmie.
Zanieczyszczenia mogą być induktorami; oznacza to, że wprowadzają one właściwości rakotwórcze do komórek organizmu. Mogą również być promotorami, co oznacza, że promują wzrost komórek, które mają właściwości rakotwórcze. Wreszcie mogą być progresorami, co oznacza, że stymulują nieskrępowany podział i rozprzestrzenianie się komórek nowotworowych. Gdy jedna z tych substancji jest nieobecna, nie można wywołać raka.
Gdy komórki rakowe są złośliwe, mogą szybko rozprzestrzeniać się w ludzkim ciele, powodując defekty zdrowych komórek i mechanizmów odpornościowych. Niszczą normalne komórki ciała i powodują raka w narządach i układach.

Neurotoksyczność

Układ nerwowy organizmów jest bardzo wrażliwy na toksyczne działanie chemikaliów, zarówno występujących naturalnie, jak i wytworzonych przez człowieka. Substancje chemiczne wywołujące efekty neurologiczne nazywane są neurotoksynami. Przykładami niebezpiecznych neurotoksyn są insektycydy.
Wszystkie neurotoksyny w jakiś sposób zakłócają normalną transmisję impulsów wzdłuż nerwów lub przez synapsy.
Konsekwencje neurotoksyczności są zróżnicowane. Mogą to być nieskoordynowane drgania i konwulsje mięśniowe, nieprawidłowe funkcjonowanie nerwów i transmisji, zawroty głowy i depresja, a nawet całkowita niewydolność części ciała. Neurotoksyczność może być tak poważna, że synapsy zostają zablokowane. Blokada synaptyczna powoduje śmierć w wyniku paraliżu mięśni przepony i niewydolności oddechowej.

Zakłócenie transferu energii

Transformacja energetyczna w organizmach odbywa się poprzez układy mitochondrialne w komórkach. Na mitochondrium wytwarzane są cząsteczki ATP, które przenoszą energię przez organizm. Kiedy produkcja ATP zostanie zakłócona, transfer energii ustanie. To sprawi, że organizm będzie zmęczony, pozbawiony życia i niezdolny do normalnego funkcjonowania.

Niewydolność rozrodu

Pollutants that cause reproductive failure due to damage to the reproductive organs are called endocrine disruptors. There are several ways in which a pollutant can act as an endocrine disruptor.
The first is an oestrogenic chemical. This is a chemical that can imitate an oestrogen by binding to the oestrogen receptor. This results in the induction of oestrogenic processes, causing an organism to experience reproductive failure due to a disturbance in the reproductive system.
An oestrogenic chemical can also block the effects of endogenous oestrogens by binding to the oestrogenic receptor. This causes masculization of female organisms.
It is also possible that female reproductive chemicals are found in male organisms. This causes hermaphrodites. Imposex has been widely reported in marine organisms, for instance with dog whelks by tributyl tin.
Another series of problems is caused when chemicals block the hormone receptor sites. In this case, the normal action of the hormone is inhibited, as it cannot react with the receptor. This can cause infertility when it occurs over a longer period of time.

Behavioural effects

Wszystkie zachowania są podatne na zmiany przez zanieczyszczenia. Poziomy żerowania mogą się zmniejszać, powodując zmniejszenie produkcji. Podatność na drapieżniki może wzrosnąć z powodu osłabienia czujności. W ten sposób wpływ zanieczyszczeń na zachowanie skutkuje obniżoną produkcją i wyższymi wskaźnikami śmiertelności.
Częstym skutkiem zanieczyszczenia jest utrata apetytu, a tym samym mniejsze pobieranie pokarmu. Może to również mieć wpływ na poszukiwanie ofiar, ze względu na wpływ zanieczyszczeń na uczenie się, strategię wyszukiwania i systemy sensoryczne.
Te efekty behawioralne powodują mniejsze szanse przeżycia organizmów, głównie zwierząt.

Jedną z właściwości zanieczyszczeń, o której zawsze należy pamiętać, jest możliwość wzajemnego oddziaływania. Reakcje chemiczne, które powodują łączenie się zanieczyszczeń, mogą zmniejszyć ich ogólny efekt chemiczny, ale mogą również go zwiększyć, czyniąc zanieczyszczenie jeszcze bardziej niebezpiecznym dla organizmów.

Jak testuje się toksyczność zanieczyszczeń wody na zwierzętach wodnych?

Toksyczność chemikaliów w wodzie można testować za pomocą zwierząt wodnych jako wskaźników. Testy toksyczności na zwierzętach wodnych dotyczą głównie bezpośredniego pobierania z wody. Chemikalia mogą być w roztworze, w zawiesinie lub w obu.
Aby określić wartości stężeń śmiertelnych, organizmy są narażone na różne stężenia. Kiedy pojawia się efekt, odnotowuje się efektowe stężenie substancji chemicznej. Kiedy zwierzę doświadczalne umrze, odnotowuje się śmiertelne stężenie. W ten sposób toksyczność substancji chemicznej jest określana w laboratorium. Kiedy wiele z badanych zwierząt umiera przy niskim stężeniu substancji chemicznej, oznacza to, że dana substancja chemiczna jest bardzo toksyczna. Kiedy wiemy, jak toksyczna jest substancja chemiczna, znamy również skutki tej substancji chemicznej, gdy w danym miejscu występuje określone stężenie.
Toksyczność substancji chemicznej dla niektórych organizmów wodnych zależy od obecnego stężenia substancji chemicznej i czasu ekspozycji na substancję chemiczną. Czas ekspozycji na substancję chemiczną podczas badania toksyczności zależy od wykorzystywanych zwierząt doświadczalnych. Daphnia są często używane do niektórych testów toksyczności. Testy te zwykle trwają od 24 do 48 godzin. Natomiast testy toksyczności ryb trwają dłużej, zwykle od czterech dni do tygodnia.
Dane z takich testów toksyczności chemicznej nie tylko pokazują, jak toksyczna jest dana substancja chemiczna, ale także dają wskazówkę dotyczącą toksyczności substancji chemicznej w stosunku do innych substancji chemicznych. Nie wszystkie testy toksyczności prowadzą do śmiercionośnych punktów końcowych; czasami zmiana w zachowaniu zwierzęcia wodnego jest wskaźnikiem toksyczności określonej substancji chemicznej.
Na badania toksyczności mają wpływ zarówno właściwości substancji chemicznej, jak i właściwości organizmu testowego. Dostępność substancji chemicznej dla organizmu testowego jest zawsze ważnym czynnikiem, ponieważ toksyczność substancji chemicznej spada, gdy nie jest łatwo dostępna dla organizmu testowego.
Laboratoria mogą również obecnie wykonywać testy toksyczności dla chemikaliów obecnych w osadach wodnych.

toxic ions hazard of irrigation water

Terminologię dotyczącą wody znajdziesz w naszym Water Glossary lub wróć do water FAQ overview

Aby sprawdzić toksyczność i reakcje na toksyczność ze strony organizmów wodnych, sprawdź toxicity to aquatic organisms

Jeśli masz inne pytania, skontaktuj się z nami!