Energija in okolje - Laboratorij LOTZ · najpomembnejša biosfera, to je del okolja kjer se je razvilo življenje. To je vmesno področje med atmosfero, hidrosfero in litosfero. Organizmi

1

Vsebina

Osnovni pojmi, slovarček izrazov

Energijski in snovni tokovi v okolju

Okolje sfere in njihove značilnosti

atmosferahidrosfera

Stanje okolja v SLO in trendi

Predavanje # 3

Okolje in ekologija

Energija in okolje

#3 Slovar izrazov

Okolje (environment)

prostor z različnimi sestavami, ki omogoča življenje na Zemlji

del narave, ki jo je človek delno prilagodil svojemu bivanju in delovanju (človekovo okolje);

naša obveza - skrb za ohranjanje naravne kakovosti zraka, vode, tal, žive narave, naravnih virov ter narodovo in svetovno kulturno dediščino, varovati zdravje ljudi,.

2

#3 Slovar izrazov





Okoljska blaginja (environmental welfare)

blaginja, ki označuje okoljsko ravnovesje med zadovoljevanjem naših potreb in kakovostjo življenja

#3 Slovar izrazov





Okoljska blaginja (environmental welfare)

blaginja, ki označuje okoljsko ravnovesje med zadovoljevanjem naših potreb in kakovostjo življenja.

Obremenitev okolja (environmental impact)

učinek vseh vplivov na okolje, ki nastajajo s človekovimi dejavnostmi(dejavnosti, objekti, …);

merimo z okoljskimi kazalniki (indikatorji) kažejo okoljske pritiske in njihove vzroke, okoljske razmere in odzive nanje.

3

#3 Slovar izrazov

Ekologija (ecology)

veja biologije, ki preučuje odnose med organizmi ter odnose med njimi in neživim okoljem;

ekologija človeka preučuje razmere za življenje človeka v naravi;

termin ekologija je uvedel nemški znanstvenik Haeckel 1866

#3 Slovar izrazov

Ekologija (ecology)



termin ekologija je uvedel nemški znanstvenik Haeckel 1866

Ekološko ravnovesje (ecobalance)

stanje v okolju, pri katerem so nežive (biotopi) in žive sestavine ekosistemov (združbe rastlinskih in živalskih vrst, bakterij, gliv,) usklajene in ustaljene.

4

#3 Slovar izrazov

Ekologija (ecology)



termin ekologija je uvedel nemški znanstvenik Haeckel 1866.

Ekološko ravnovesje (ecobalance)

stanje v okolju, pri katerem so nežive (biotopi) in žive sestavine ekosistemov (združbe rastlinskih in živalskih vrst, bakterij, gliv,) usklajene in ustaljene.

Ekološka nesreča , ekološka katastrofa (ecological accident, naturaldisaster)

nenaden izredni dogodek v okolju, ki ogroža človeška življenja ter povzroča škodo v okolju;

hudo uničenje narave, ki prizadene kakovost življenja in biotsko raznovrstnost do te mere, da se ne more naravno obnoviti ali pa je to zelo dolgotrajen proces in posegi ljudi.

#3 Kazalniki kakovosti okolja

Kazalnike stanja okolja pripravlja MOP v skladu z Zakonom o varstvu okolja(Uradni list RS, št. 39/06-ZVO-1-UPB1).

Uporabljamo 59 okoljskih kazalnikov, izbranih iz nabora najpomembnejšihkazalnikov, ki jih predpisuje Evropska agencija za okolje.

Razvrščeni so v 12 skupin, ki se nanašajo na:

okoljske sestavine (npr. vodo, zrak);

na okoljsko problematiko (npr. podnebne spremembe, varstvonarave, izguba biotskeraznovrstnosti, nastajanje in ravnanje z odpadki);

integrirane kazalnike, ki jih uporabljamo kot podporo okoljevarstvenim politikam (npr. kmetijstvo, turizem, energetika, instrumenti okoljske politike).

5

#3 Kazalniki kakovosti okolja

Za oceno trendov so navedeni znaki

Za vsak kazalnik je navedeno ključno sporočilo in predvideni cilji ter grafični prikazi

Za področje “Energija” je izdelanih 22 kazalnikov

Onesnaženje (pollution)

(nepravilno) izpuščanje, odlaganje različnih škodljivih snovi v okolje, ki poslabšajo biološke, fizikalne in/ali kemične lastnosti okolja.

#3 Slovar izrazov

Presoja vplivov na okolje (environmetal impact assessment)

ugotavljanje učinkov dejavnosti v okolju osnovana na spremljanju stanja okolja – monitoringu.

Okoljsko inženirstvo (environmental engineering)

celota dejavnosti, ki urejajo ali izboljšujejo okolje od ravnanja z odpadki in čiščenja okolja do urejanja hudournikov, urejanja prostora in prometa....

Okoljevarstveni standardi (environmental standards)

standardi, ki določajo najvišje dopustne obremenitve okolja; spreminjajo se z novimi spoznanji o vplivih na okolje in učinkih; vplivajo na razvoj tehnologij in postopkov, ki omogočajo boljšo zaščito okolja; s standardi ISO 14001 in 14050 so opredeljene norme in postopki za zmanjšanje pritiskov na okolje.

6

#3 Slovar izrazov

Iz vulkana Kilauea se je leta 1986 v tri tedne trajajočem delovanju sprostilo v atmosfero 2,000 ton SO2 vsak dan.

Onesnaževala (tudi onesnažila, polutanti) so snovi, ki poslabšajo kakovost okolja, vplivajo na počutje in zdravje ljudi in živih bitij, vrednost premoženja. Izvirajo iz onesnaževalcev –povzročiteljev onesnaževanja.

Nastajajo z naravnimi procesi kot na primer trdni delci rastlinskega prahu ali vulkanskih izbruhov, ogljikovodiki iz smol dreves, metan, ki nastaja pri biološkem razkroju organskih snovi, …

Velike količine onesnaževal pa so antropogenega izvora – torej posledica dejavnosti ljudi. V nadaljevanju se bomo omejili na preučevanje posledic antropogenihonesnaževal, saj obstajajo dokazi, da naraščanje izpustov od začetka industrijske revolucije sredi 19 st. in intenzivne urbanizacije, ki je značilna za 20 st., že vpliva na kakovost sestavin okolja.

#3 Slovar izrazov

Pri preučevanju učinka onesnaževal pa je pomembno:

kakšen je nivo (threshold) pri katerem so snovi nevarne – nekatere so v manjših vsebnostih ljudem neškodljive (A) na primer CO2, druge nevarne že v najmanjših količinah (C) na CO, tretje v manjših količinah nujno potrebne za razvoj živih bitij (B) a pri povečani vsebnosti nevarne, na primer cink,..

kolikšna je celotna sprejeta količina onesnaževala; nekatere snovi preidejo v naše telo na različne načine; svinec iz zraka in vode, zato moramo pri omejitvah emisij upoštevati tudi druge vire mogočega onesnaževanja.

da upoštevamo trajanje izpostavljenosti in količino onesnaževala; to je razlog, da so dovoljene imisijeonesnaževal v zraku omejene glede na urna, dnevna, letna povprečja.

da upoštevamo skupne učinke vseh onesnaževal -obolenja z asbestozo so bolj pogosta pri kadilcih

Učinek trajanja izpostavljenosti različnik koncentracijam CO v zraku merjen s % karboksihemoglobina v krvi

7

Varstvo okoljaaktivnosti z namenom trajnega ohranjanje narave, njene raznovrstnosti in avtohtonosti vrst in habitatov -življenjskih okolij;

ukrepi zaščite naravnih znamenitosti, spodbujanje in urejanje razmerij med človekom in naravo;

krepitev samo-regulacijskih procesov v okoljskih sferah;

uresničevanje sonaravno trajnostnega razvoja;

ključno za uspešno varovanje okolja - znanost in izobraževanje.

#3 Slovar izrazov

Sonaravno trajnostni razvoj (sustainable development)

Način ravnanja in razvoja družb, lokalnih skupnosti, posameznika, ki ne vpliva na kakovost okolja in količino naravnih virov in tako ustvarja naslednjim generacijam enake pogoje za razvoj, kot jih imamo mi.

Sistem ravnanja z okoljem ((environmentalenvironmental managementmanagement))

Je skupek aktivnosti, ki vključuje dejavnosti in postopke za strokovno premišljeno in gospodarno ravnanje z okoljem, načrtovanje razvoja, opredelitev in sledenje ciljem.

V fazi načrtovanja moramo prepoznati ključne okoljske probleme.

V fazi ukrepanja se vzpostaviučinkovit sistem zbiranja in obdelave podatkov, ki zagotavljaspremljanje pojava (pritiskov) vdaljšem časovnem obdobju.

Faza vrednotenja je namenjena spremljanju učinkovitostiokoljevarstevne politike.

#3 Slovar izrazov

Uveljavljena sta dve metodologiji

ISO 14001 in EMAS

8

#3 Sistem ravnanja z okoljem – ISO 14001

ISO 14001 je mednarodno uveljavljen standard, ki opredeljuje kako vzpostaviti učinkovit sistem ravnanja z okoljem (EMS environmentalmanagement system). Podaja smernice s katerimi ohranimo dobičkonosnost podjetja ob zmanjšanju škodljivih vplivov na okolje.

Podjetje mora ugotoviti kakšne pritiske na okolje povzroča in jih preveriti z ustrezno okoljevarstveno zakonodajo.

Določiti cilje za zmanjšanje pritiskov in metode kako jih uresničiti.

Cilje je potrebno posodabljati in sprotno preverjati.

Poleg standardov Upravljanja z okoljem, sodijo v družino standardov ISO 14000 še standardi za preverjanje pritiskov na okolje, okoljsko označevanje (labeling) in metode presoje vplivov na okolje v dobi trajanja izdelkov (lifecycle assessment)

Število podeljenih spričeval po standardu ISO 14001 v Sloveniji in primerjava z državami EU-25 z največjim številom podeljenih spričeval.

http://kazalci.arso.gov.si/kazalci/

#3 Sistem ravnanja z okoljem – ISO 14001

9

#3 Sistem ravnanja z okoljem – EMAS shema

Revision of the Eco-Management and Audit Scheme (EMAS) (1995, 2001 EU) SLO: Shema za okoljsko vodenje in presojo

EMAS je prostovoljna shema s katero podjetje (tudi javne ustanove) prikazuje in ocenjuje svoje aktivnosti na področju varovanja okolja, ki presegajo zakonsko predpisane zahteve! Podjetje si samo postavi cilje, in ko neodvisni presojevalec potrdi, da ukrepi vodijo k tem ciljem lahko za promocijo uporablja spričevalo EMAS. Podeljeno spričevalo označuje, da:

podjetje sledi prostovoljno zastavljenim okoljevarstvenim ciljem in jih nenehno nadgrajuje;

spoštuje veljavno zakonodajo;

so v proces okoljevarstva aktivno vključeni zaposleni.

Zakaj ? -> učinki ….

izboljšanje ugleda podjetja v javnosti in med dobavitelji;

ekonomski učinki zaradi znižanja stroškov surovin, rabe vode, rabe energije,…;

povečanje konkurenčnosti zaradi zmanjšanega tveganja; + + +

EMAS spričevalo lahko pridobi vsaka pravna oseba, ki želi izboljšati svoje okoljevarstveno ravnanje. Shema ne opredeljuje ciljev, te si zada organizacija sama glede na potencial, ki ga ima.

Pogoj za pridobitev EMAS znaka je:

opravljen pregled okoljskih pritiskov in primerjava z trenutno veljavno zakonodajo;

vzpostavitev sistema upravljanja z okoljem, ki vključuje opredelitev ciljev in načinov za njihovo uresničitev (npr. porabo vode bomo zmanjšali za 45% s čiščenjem odpadne vode in njeno ponovno uporabo);

vzpostavitev notranjega nadzora in določitev odgovornih,

izdelava javnega poročila “Okoljske izjave”o okoljevarstvenih ciljih in ukrepih, ki bodo v bodoče sprejeti, da se ti cilji uresničijo; to poročilo mora biti dostopno javnosti in verificirano s strani neodvisne organizacije;

Ministrstvo za okolje in prostor preveri, ali organizacija izpolnjuje kriterije za registracijo, in organizacijo vpiše v register EMAS .

Dostopnost za javnost in periodično objavljanje preverjenih okoljskih informacijpredstavljajo najpomembnejšo razliko med shemo EMAS in ISO 14001.

#3 Sistem ravnanja z okoljem – EMAS shema

10

#3 Sistem upravljanja z okoljem – EMAS shema

Število podeljenih spričeval poshemi EMAS v Sloveniji in primerjava z državami EU-25 z največjim število podeljenihspričeval.

http://kazalci.arso.gov.si/kazalci/

#3 Sestavine okolja

Okolje je razdeljeno na različne elementarne dele. Za naše opazovanje je najpomembnejša biosfera, to je del okolja kjer se je razvilo življenje.

To je vmesno področje med atmosfero, hidrosfero in litosfero.

Organizmi v biosferi izmenjujejo z omenjenimi sistemi snovi in energijo.

Vse naštete sisteme imenujemo s skupnim izrazom ekosfera.

Litosfera

Atmosfera

Litosfera

Biosfera

Biosfera

Hidrosfera

Hidrosfera

Atmosfera

Ekosfera

11

V biosferi so organizmi razvrščeni glede na njihovo mesto v prehranjevalni verigi (glede na vir energije). Te nivoje imenujemo tropični nivoji.

V biosferi se različne vrste organizmov razvijajo kot člani skupnosti. Skupnost pa se mora prilagoditi okolju v katerem obstaja. To okolje imenujemo ekosistem.

Z združevanjem ekosistemov dobimo biome. Glavni biomi na zemlji so npr. tundra, tropski gozd, puščava,...

#3 Soodvisnost organizmov v biosferi

Autropičninivo

Rastline (a)

Heterotropičninivo I

Rastlinojedci (b)

Heterotropičninivo II

Mesojedci (c)

Okolje

Odmrle organske snovi

Saptroptičninivo

Razkrajalci (d)

Biosfera

Ekosfera

#3 Energijski in snovni tokovi v biosferi

V biosferi krožijo energije in snovi. Tokovi energije potekajo v eni smeri, ki jo določajo tropični nivoji. Najpomembnejše oblike energij na Zemlji izvirajo iz sončnega sevanja.

Rastline pretvarjajo in skladiščijo sončno sevanje s procesom fotosinteze. Pri tem hranilne snovi (nutrients) in ogljikov dioksid CO2 pretvarjajo svetlobo v kemično energijo visokoenergijskih molekul, ki jih imenujemo gradiva - sladkor, proteini, maščobe,..

hranilne snovi + CO2 + svetloba -> O2 + gradiva

Vsi ostali organizmi porabljajo energijo za svojo rast s procesom, ki ga imenujemo dihanje (respiracija):

gradiva + O2 -> CO2 + hranilne snovi

Energija

Proizvajalci (rastline)

Dihanje

Razgradnja

Porabniki (živali)

Hranilne snovi

Kemična energija v “odpadkih”, neuporabno

0 Čas

12

Tokovi snovi v ekosferi so krožni. To je potrebno, saj meje ekosfere (Zemlja –Vesolje) prehaja le energija ne pa tudi snovi. Te se morajo zato obnavljati v biosferi.

Kroženje snovi kot so ogljik, kisik, fosfor, dušik in žveplo se prične z razgradnjo ostankov odmrlih rastlin in živali, ki jo opravljajo mikroorganizmi »razgrajevalci«ob pomoči geoloških in kemičnih procesov. Zato jih imenujemo tudi “biogeokemično kroženje snovi.

Sposobnost okolja, da uravnava biogeokemičnokroženje snovi v okolju povezujemo s samočistilno sposobnostjo okolja. Večina teh procesov se dogaja v zelo tanki, nekaj 10 cm debeli, toda izredno dragoceni plasti kopnega, ki ga imenujemo pedosfera.


Pedosfera nastaja zelo dolgotrajno: površje magme po izbruhu leta 1978 (levo), zanki obnavljanja pedosferepo izbruhu 1794 leta (desno).

Proces biogeokemičnegakroženja snovi začnejo razkrojevalci, ki razgradijo:

odpadke (NH3, CO2, žveplov sulfid H2S) v

prehodne snovi, ki so nestabilne in škodljive (…nitriti NO2) ter

dokončno v stabilne, hranilne snovi (… nitrate NO3), ki so na voljo rastlinam.

Rastlinojedci ne morejo črpati hranilnih snovi neposredno iz okolja !


13

#3 Antropogeni vplivi na biogeokemično kroženje snovi

Ogljikov krog: požari, geološki procesi in delovanje vulkanovrazgradnja organskih snovisežiganje fosilnih goriv zakislevanje padavine

Dušikov krov: sproščanje dušikovih oksidov v ozračje pri razkroju organskih odpadkov (neurejena odlagališča odpadkov)dušik odstranjujemo s tal pri rudarjenju za proizvodnjo gnojilčrpanje dušika iz tal pri pretirani pridelavi z dušikom bogatih rastlinizpuščanje komunalnih odplaksežig fosilnih gorivdejavnosti ljudi povzročijo 3 krat izpuste dušikovih oksidov kot narava

Krog fosforja: poraba kamnin, ki vsebujejo fosfate za proizvodnjo gnojil in detergentovgolosek tropskega gozda za kmetijske namene zmanjšuje, razpoložljiv fosfor, saj ga pretežno nahaja v vegetaciji v tropskem področju in manj v zemlji; izločanje z živalskimi odplakami, gnojili, izpuščanjem komunalnih odplak.

Za navpično razdeljena področja v atmosferi je značilna različna vsebnosti posameznih plinov in tudi različna absorbcija kratkovalonega in dolgovalovnega sevanja. Atmosfero delimo na:

troposfero,stratosfero,mezosfero, termosfero;

ločnice pa imenujemo:

tropopauza, stratopauza, mesopauza.

Spodnja sloja – troposfera in stratosfera imata 99% mase vse atmosfere.

Atmosfera je kompleksen fluid sestavljen iz plinov in lebdečih delcev. Nastala je kot produkt biokemičnih reakcij.

Meje atmosfere ne moremo točno omejiti saj se na površju z difuzijo molekule plinov prenašajo tudi v litosfero, na zunanjem robu pa govorimo o prehodni coni kjer se spajata zemljina atmosfera in vesolje.

#3 Sestavine okolja - atmosfera

14


Različna absorbcija kratkovalonega in dolgovalovnega sevanja vpliva na temperature v atmosferi:

prvi lokalni ekstrem je na površju (povprečna temeprarture ~ 18°C);

temperatura se v troposferi, ki je debela okoli 16 km nad ekvatorjem in okoli 10 km nad poloma, z višino znižuje (glej nadaljevanje);

v stratosferi je temperaturni gradient obraten, temperatura z višino narašča in doseže najvišjo vrednost na stratopauzi; razlog je absorbcijiaUV sončnega sevanja v molekulah ozona, ki jih je največ na višini med 40 in 50 km.

v mezosferi se temperatura zopet znižuje in doseže lokalni minimum na mezopauzi, v termosferi pa se zaradi ionizacije sicer redkih molekul plinov temperatura močno zviša.


Za opazovanje učinka onesnaževal, ki se sproščajo pri pretvarjanju energije na stanje atmosfere bosta posebno zanimivi dva sloja atmosfere : troposfera in stratosfera. Troposfera je zelo turbulenten sloj v katerem živimo in v katerem “se dogaja vreme”. Sloj, ki sledi, stratosfera, pa je zaradi obratnega tempera-turnega gradienta zelo stabilen in učinek snovi, ki prestopijo v ta sloj je bolj dolgotrajen. V veliki meri so lastnosti troposfere in stratosfere povezane z absorbcijo različnih valovnih dolžin sončnega sevanja in toplotnega sevanja, ki ga oddaja Zemlja v Vesolje.Podrobneje bodo energijski tokovi predstavljeni v predavanju #9.

Zemlja sprejema sončno sevanje (kratkovalovno) Zemlja oddaja (dolgovalovno sevanje)

se absorbira

preide

valovne dolžine (μm)

nevarno UV sevanje

potrebno pri fotosintezi atmosfersko

okno

15

Redčenje onesnažil in vplivno področje onesnaževanja sta odvisna od stabilnosti atmosfere. Osnova za opredelitev stabilnosti atmosfere je temperaturni gradient dT/dz - s spreminjanjem temperature T po višini atmosfere z.

#3 Stabilnost atmosfere

= ⋅ − ⋅pdQ c T V dp

Opazujmo majhen volumen zraka, ki se premika navpično v atmosferi. Pri tem se mu spreminjajo temperatura, tlak in volumen, s svojim okoljem pa izmenjuje toploto. Spremembe naštetih veličin popišemo za idealen plin s I. zakonom termodinamike: delo, ki ga naš sistem opravi je razlika med spremembo notranje energije (toplote) in opravljenim volumetričnim delom:

kjer je: dQ opravljeno delo opazovanega volumna zraka (J/kg)cp specifična toplota zraka pri konstantnem tlaku (J/KgK)dT sprememba temperature (K)V specifični volumen zraka (m3/kg)dp sprememba tlaka (Pa)

Za adiabaten sistem (sistem preko meja katerega toplota ne prehaja) dobi zapis obliko: =

p

T Vdp c

Ker pa nas zanima kako se z višino atmosfere (z) spreminja temperatura atmosfere (T), oziroma kakšen je temperaturni gradient v atmosferi dT/dz opredelimo še razliko tlakov, ki deluje zaradi teže zračnega stolpca gostote (g) na opazovan volumen zraka (V):

( ) ( )+ +ρ ⋅ ⋅ ⋅

= + − > = − − >(z) (z dz) z dz zg A dz

p p dp p pA

= −ρ ⋅ ⋅ − > = −ρ ⋅dp

dp g dz gdz

( )= ⋅ = ⋅ −ρ ⋅p

dT dT dp Vg

dz dp dz c

dz

zp(z)

p(z+dz)

Negativni izraz na desni strani enačaja pomeni, da se temperatura z višino ozračja znižuje (dT/dz < 0). Ker je V specifični volumen, torej volumen na enoto mase, gostota ρ pa masa na enoto volumna je produkt V.ρ = 1. Če v izraz vstavimo konstanti g=9,81m/s2 in cp=1005J/kg/K dobimo :


= Γ = − ° = − °⎡ ⎤ ⎡ ⎤⎣ ⎦ ⎣ ⎦dT

0,00976 C /m 9,76 C /kmdz

Pojasnilo: ker se tlak v atmosferi z višino zmanjšuje, se volumen zraka povečuje in tako opravi volumetrično delo; posledica je zniževanje temperature.

16


Ta izraz je pomemben saj opredeljuje pri katerem temperaturnem gradientu bo zrak še stabilen. Imenujemo ga adiabatskitemperaturni gradient suhega zraka (dry adiabatic lapse rate).

stabilno ozračje nestabilno

ozračje

- T(z)z

Če je dejanski gradient dT/dz večji od adiabatskega Γ bo atmosfera nestabilna;

če je dejanski temperaturni gradient manjši do navedenega adiabatnega bo atmosfera stabilna in širjenje onesnaževal v atmosferi bistveno manjše; vplivno območje bo sicer manjše toda veliko bolj pomembno je, da bodo lokalne imisije onesnažil večje.

Ker je zrak v naravi vedno vlažen (to vpliva na latentno toploto in spec. toploto cp) je dejanski temperaturni gradient do katerega je zrak še stabilen ~ 6°C/km. Razdalja od točkovnega vira onesnaževanja – dimnika

termoelektrarne na premog z močjo 1000 MWe.

dT/dz<Γ

dT/dz=Γ

dT/dz>Γ

Imis

ijeSO

2

#3 Najpomembnejši onesnaževalci atmosfere

Ogljikov dioksid - antropogenega izvora nastaja predvsem pri sežigu fosilnih goriv. V ozračju so koncentracije okoli 0.035%, v onesnaženih mesti do 0,08%, v prostorih dobro prezračevanih prostorih do 0,15%; (glavni vir: zgorevanje fosilnih goriv, naravni procesi v okolju; vpliv v oolju toplogredni plin).

Ogljikov monoksid - nastaja pri nepopolnem zgorevanju ogljika v gorivih, pri vdihovanju nastaja v krvi karboksihemoglobin (COHb), ki zmanjšuje količino kisika v krvi ( glavni vir: zgorevanje fosilnih goriv; vpliv na počutje in zdravje ljudi).

Dušikovi oksidi (krajše NOX) –še posebej nevarna NO in NO2; nastajajo pri zgorevanju goriv kot toplotni NOx (iz zraka, ki ga dovajamo pri gorenju) in kot gorivni NOX (pri oksidaciji N iz goriva) (glavni vir zgorevanje fosilnih goriv; vpliva na zdravje ljudi, rastline, so sekundarni onesnaževalec – sodelujejo pri škodljivih procesih v okolju).

Metan – nastaja pri naravni razgradnji organskih snovi, tudi na odlagališčih komunalnih odpadkov; ker je močan toplogredni plin ga na odlagališčih zbiramo in sežigamo (ponekod pretvarjamo v toploto in električno energijo).

Cevovodno omrežje za odplinjanjemetana iz odlagališča komunalnih odpadkov.

17

#3 Najpomembnejši onesnaževalci atmosfere

Žveplov dioksid - več kot 80% emisij je posledica oksidacije S iz fosilnih goriv pri gorenju, v oklju reagira s kapljicami vode in povzroča zakisljevanje padavin.

Lebdeči trdni idelci (PM10 particular matter, velikosti do 10 μm) - razpršene snovi v trdnem ali tekočem stanju, imajo velikosti med velikostjo molekule (premera 0,0002μm) in 500μm; v ozračju kot trdni delci ali aerosoli, vplivajo na zdravje ljudi, transmitivnost ozračja, so kondenzacijska jedra, povzroča mehansko obrabo (abrazijo), vizualno onesnažujejo naravno in urbano okolje. (glavni vir: promet, gradbeništvo).

Lahko hlapni ogljikovodiki (VOC volatile organic compounds) kot so benzen, formaldehid, vinilklorid, tetraklorid dražijo sluznico, vplivajo na živčni sistem, škodujejo rastlinam, so karciogeni; glavni antropološki izvor je promet (70-80%), naravni rastline.

#3 Kakovost atmosfere v Slovenji - trendi

SO2

max dnevno 125 mg/m3, največ 3 dni v letu

PM10 max dnevno 50 mg/m3, največ 35 dni v letu

NO2

Emisije metana in didušikovega oksida v kmetijstvu, izboljšana reja govedi (presnova 80% celotne količine) in čiščenje gnojnice na prašičjih farmah

CH4, NO2

18

#3 Zmanjšanje onesnaževanja atmosfere

Uporaba goriv, ki pri sežiganju povzročajo manjše emisije onesnaževal (kurilno olje ->

zemeljski plin)

Izločanje onesnaževal na mestu nastanka z čistilnimi napravami

Varčna raba energije pri transportu, v industriji in stavbah

Uporaba obnovljivih virov energije.

Našteti ukrepi bodo predstavljeni v samostojnih predavanjih.

#3 Hidrosfera

Hidrosfera je sestavina okolja med litosfero (kopnim) in atmosfero in v vseh agregatnih stanjih z različnimi mehanizmi prehaja med obema tema sferama. Ta pojav imenujemo hidrološki krog. Glavni gonilni sili sta sončno obsevanje in gravitacija. Ocenjujemo, da se ¼ sončne energije porabi v vodnem krogu.

Hidrosfera pokriva okoli 70% površine Zemlje. Najmanj celotne količine vode je v atmosferi (okoli 0,001% od celotne količine na Zemlji), največ v oceanih (97,6%). Okoli 3% vode je sladke, od tega ocenjujemo, da jo je pitne le okoli 0,05%. Zaradi antropogenega onesnaževanja nadaljnji razvoj človeštva močno odvisen stalne oskrbe s pitno vodo.

Naravni procesi v hidrološkem krogu; pomemebenproces je evapotranspiracija; to je prenos vode iz tal preko oreninskegasistema in listov v atmosfero.

19

Znanstveno vedo, ki preučuje kroženje vode na Zemlji imenujemo hidrologija. Procese gibanja vode v litosferi obravnava hidrogeologija, procese kroženja vode in vodne pare v atmosferi hidrometeorologija.

Količino vode, ki sodeluje v hidrološkem krogu lahko le ocenimo. Kopno je razdeljeno na dve področji - aridno ali suho in humidno ali vlažno. Iz suhih področij voda ne odteka, ker se padavine uparijo prej, preden oblikujejo površinske vodotoke.

Pomemben podatek o lastnostih hidrosfere odtok, delež vseh padavin, ki odtečejo v površinskih vodotokih:

#3 Hidrosfera

Kontinent padavine(mm/m2

odtok(mm/ m2 leto)

razmerjeodtoka (%)

leto) na površini podzemno skupajAfrika 686 91 48 139 20Azija 726 217 76 293 40Avstralija 736 172 84 226 30Evropa 734 210 109 319 43S. Amerika 670 203 84 287 43J. Amerika 1684 373 210 583 35

Za Slovenijo sta značilna tako visoka količina padavin (~ 1200 mm na leto) in tudi visoko razmerje odtoka - okoli 48%. Zato v Sloveniji predstavlja vodnaenergija pomemben energetski potencial.

Slovenija ima 9200 km2 hudourniškega območja s 7700 km hudournikov, na ostalih 11056 km2 so nižinski in kraški

vodotoki s skupno dolžino 18200 km.

Povprečna gostota 25900 km dolge hidrografske mreže v Sloveniji je 1,28 km/km2.

Po ozemlju Slovenije se v vodotokih letno pretoči okoli 34 milijard m³ vode, kar predstavlja 0,4 % svetovnih zalogsladke vode (0,4% kopnega, 0,1% prebivalcev), 0,2%

emisij toplogrednih plinov). Po skupni količini rečne vodena prebivalca se uvršča Slovenija med najbogatejše

evropske države, saj skoraj štirikrat presega evropskopovprečje.

Problematična sta:

neenakomerna porazdelitev vodotokov in

velik razpon med nizkimi in visokimi pretoki.

#3 Hidrosfera

20

#3 Poraba vode v Sloveniji

Poraba vode v Sloveniji narašča

Veliki energetski obrati – JE Krško, TE-TO Ljubljana

Namakalnih sistemov praktično ne uporabljamo (ali smo pripravljeni na podnebne spremembe ?)

Slo EU

Zaradi ekološkega varovanja vodotokov je omejeno največje povišanje temperature v vodotokih (Sava 3K, Ljubljanica 4K).

V letu 2008 so v JE Krško dogradili hladilne stolpe za dodatno hlajenje hladilne vode z zrakom. Primarno hlajenje ostaja z reko Savo, toda znižan vodostaj poleti je zahteval zmanjšamo močdelovanja.

Organski odpadki - eden od najpomembnejših parametrov kakovosti vode v naravnem okolju je količina raztopljenega kisika DO. Pri nasičenju je količina raztopljenega kisika med 8 in 15 mg/L (minimalno 5-8 mg/L (za postrvi) do 3 mg/L (za krape). Organske odpadke v vodah razgradijo mikroorganizmi (uporabljajo jih kot hrano). Pri tem porabljajo v vodi raztopljen kisik. Kisik se v vodotoku obnavlja s procesom reareacije, ki je večja pri nižjih temperaturah in toku v brzicah. (glavni vzrok: komunalne in kmetijske odpadne vode).

Patogeni organizmi; šele v drugi polovici 19 stoletju so zaradi pogostih epidemij nalezljivih boleznih, ugotovili povezanost med človeškimi odplakami in vodnimi viri; patogeni organizmi se razmnožujejo v gostitelju. V vodi se pojavljajo v obliki bakterij, virusov,…s kloriranjem, ki so ga v ZDA uvedli že leta 1908 so zmanjšali izbruhe epidemij; po podatkih svetovne zdravstvene organizacije je 80% vseh bolezni v nerazvitih državah v nerazvitih državah posledica neprimerne vodne in sanitarne ureditve, zaradi tega pa vsako leto umre 10 – 20 milijonov otrok (vzrok: neurejena oskrba s pitno vodo in odvod odplak).

Hranilne snovi - proces bogatenja vode in vodotokov s hranilnimi snovmi, predvsem spojinami dušika in fosforja imenujemo evtrofikacija; te snovi povzročijo bujno rast alg, kar povečuje porabo raztopljenega kisika. Alge in druge organske snovi vplivajo na barvo, motnost, vonj in okus vode. (glavni vzrok: uporaba pralnih sredstev v gospodinjstvih in umetnih gnojil v kmetijsktvu).

#3 Onesnaževala hidrosfere

21

Soli – v vodah raztopljene soli so običajno kationi (+) natrija, kalcija, magnezija ali kalija ter anioni (-) kot so klorid, sulfid in bikarbonat. Pri monitoringu jih navajamo kot vsebnost skupnih raztopljenih trdnih snovi (TDS - total dissolved solids). Koncentracija raztopljenih snovi v pitni vodi, ki jo uporabljajo ljudje ne sme presegati 500 mg/L TDS. (glavni vzrok: industrijske odpadne vode, izpiranje soli s cestišč)

Težke kovine – so v nizkih vsebnostih pomembne hranilne snovi, vendar pri večjih vsebnostih zelo strupene. Kovine lahko preidejo v človeški organizem z dihanjem (na primer svinec) ali z zaužito hrano in vodo. Povzročajo tudi mutacije celic. (glavni vzrok: emisije pri sežiganju)

Toplotno onesnaževanje – je posledica emisij toplote v velikih energetskih objektih (JE, TE). S povečevanjem temperature vode se povečuje tudi delovanje metabolizma vodnih živali ter zato potreba po kisiku ob tem pa se z naraščanjem temperature znižuje topnosti kisika v vodi.

Pesticidi – so snovi, ki jih uporabljamo za odstanjevanje nezaželjenih in škodljivih organizmov v naravi; uporabljamo jih v zaščitnih sredstvih. (glavni vzrok: kmetijstvo, obnova in vzdrževanje objektov)

#3 Onesnaževala hidrosfere

Hlapne organske snovi (volatile organic compound - VOC) – najpogostejša onesnaževala podtalnice; uporabljajo se kot topila v industriji; pri industrijskih procesih. Mnogim pa pripisujejo kancerogenost in mutagenost - vinilklorid(kancerogena snov), tetrakloretilen (povzroča tumorje, verjetno kancerogen), ..

#3 Sestavine hidrosfere

Glavne sestavine hidrosfere v litosferi so:

površinski vodotoki so bili včasih in so še vedno glavni naravni sistem v katerega odvajamo tekoče odpadke (predvsem komunalne in industrijske); razlika je v tem, da večino onesnaževal danes iz odpadnih vod odstranimo v čistilnih napravah pred izpustom v vodotoke;

jezera so pomembna oblika površinskih vod, zaradi sedimentov in nizkih pretočnih hitrosti je za jezera značilna velika naravna in antropogenaeutrofikacija

podtalnica ima velik pomen pri oskrbi s pitno vodo; 90% pitne vode v Sloveniji črpamo iz podtalnice ali izvirov, ki prihajajo iz podtalnice.

Viri

pitn

e vo

de v

SLO

22

Površinski vodotoki

Kakovost vode v vodotokih določajo naravni pogoji, naše aktivnost in način, kako z njo gospodarimo. Po stopnji onesnaženosti delimo vode v vodotokih v 4 razrede (I – IV):

v prvi (I.) razred uvrščamo pitno vodo in vodo po dezinfekciji. Takšni so npr. alpski vodotoki, vodovodna voda in druge čiste vode;

v drugi (II.) razred prištevamo vode primerne zakuhanje, šport in zahtevneindustrijske postopke;

v tretji (III.) razred uvrščamo v glavnem vse naše glavne reke; voda iz tehvodotokov je še uporabna za manj zahtevne industrijske postopke, vendarse po številu organizmov že znatno razlikuje od prejšnjih dveh;

življenje v vodah, ki jih uvrščamo v četrti (IV.) razred, je revno; voda jeumazana in ima neprijeten vonj, po njej plavajo različne odpadne snovi.

#3 Sestavine hidrosfere in njihova kakovost v Sloveniji


Med najčistejše reke pri nas sodijo Soča in Idrijca (II. razred), manj čiste Sava, Mura, Drava in Krka (III. razred), med najbolj onesnažene pa Ljubljanica in Kamniška Bistrica (IV. razred).

23


Površinske vode nadzoruje ARSO na več kot 100 merilnih točkah vzdolž glavnihrek. Monitoring onesnaževal je podrobnejši na mestih, kjer vode iz vodotokovodtekajo v podtalnico in na izvirih, ki se uporabljajo za preskrbo s pitno vodo na večjih območij in v njihovem zaledju.

Kakovost vodotokov v Sloveniji se izboljšuje predvsem zaradi čistilnih naprav komunalnih odpadnih vod (mesta) in odpadnih vod na živinorejskih farmah.

Čistilna naprava komunalnih odpadnih vod v Škofji Loki


Jezera

Za vsa jezera je značilna evtrofikacija ali preveliko bogatenje s hranilnimi snovmi, predvsem spojinami, ki vsebujejo dušik in fosfor. Evtrofikacija je sicer lahko naravna (hranilne snovi prehajajo v jezersko vodo iz sedimentov), vendar je najpogosteje posledica pritokov komunalnih in tehnoloških odpadnih vod.

Sončno sevanje (potrebno za fotosintezo) in zmerna evtrofikacija omogočata intenzivnejšo rast planktona in alg. Dokler je proizvodnja kisika večja od porabe pri “dihanju alg” se količina raztopljenega kisika ohranja. To je značilno za t.i. “oligotrofna jezera” (“z malo hranilnih snovi”). V oligotrofnih jezerih je svetlobe za fotosintezo dovolj tudi v globinah 100 in več m.

DO

glob

ina

Oligotrofno jezero

Bohinsko jezero, ki je eno od treh jezer, ki je vključeno v montoring kakovosti voda, uvrščamo med oligotrofna jezera. Rast alg zavira tudi hladno vreme, manjša osončenost in hladni pritoki.

24


Pri preveliki evtrofikaciji se poraba raztopljenega kisika se poveča. Ko kisika v vodi ni zadosti se začne odvijati anaerobni proces pri katerem nastajajo škodljiv vodikov sulfid H2S, amonijak NH3, metan CH4.

To je značilno za t.i. “evtrofna jezera” (“z veliko hranilnih snovi”). Problem se povečuje zaradi tempraturnega gradienta, ki ga povzroči večja absorbcijasončnega sevanja alg v zgornji plasti in, ki zmanjšuje naravno mečanje vode.

DO

glob

ina

Evtrofno jezero

Blejsko jezero se uvršča med mesotrofna oziroma zmerno onesnažena jezera. Poledenitev preprečuje mešanje vode, zato se je DO do marca znižuje, spomladi pa poveča. Do ponovnega zmanjševanja DO pride septembra, ko je zaradi izrazitega temperaturnega gradienta mešanje jezerske vode manjše.

Pred leti so problem evtrofikacije zmanjšali s preusmeritvijo toka reke Radovne skozi jezero, kar je povečalo redčenje onesnaževal v samem jezeru.

Podtalnica

Kakovost podtalnice preverjamo na 15 poljih s podtalnico, ki jih imenujemo vodonosniki, na več kot 84 monitornih mestih.

Vzrok za onesnaženje podtalice v Sloveniji so predvsem kemikalije, ki jih uporabljamo v kmetijsktvu (nitrati, fosfati, pesticidi) in industriji (topila). V podtalnici v Sloveniji je največji problem prevelika količina nitratov in pesticidov:


nitrati so spojine s NO3, ki jih uporabljamo za inteziviranje kmetijske proizvodnje. Povzročajo evtrofikacijo, nekatere bakterije ga lahko pretvorijo v zelo strupen nitritni dušik NO2.

pesticide so snovi, s katerimi uničujemo nezaželene in škodljive organizme. Delimo jih na insekticidi , herbicidi, rodenticide in fungicide. Pesticidi so težko razgradljivi, tako da je njihova prisotnosti v okolju zelo dolgotrajna.

Vir:MOL

25

V polovici vodonosnikov iz katerih črpamo pitno vodo so vsaj občasno presežene dovoljene vsebnosti nitratov v pitni vodi (50 mg/liter).

S pesticidi (0,5 mg/liter) je onesnaženje manjše, največji problem je pesticid atrazin (0,5 mg/liter). V večini podtalnic so te vrednosti presežene. Atrazin jeorganski herbicid, ki so ga uporabljali za zatiranje plevelov in trav v kmetijstvu, pri pogozdovanju in nekaterih nekmetijski dejavnosti. V Sloveniji je v celotiprepovedan od leta 2003.


Najvišje izmerjene vsebnosti nitratov in vsote pesticidov v podtalnicah v SLO 1996

Polje Nitrati (mg/liter) Atrazin (mg/liter) Pesticidi (mg/liter)Prekmursko 131 0,85 1.55Ptujsko 86 0,82 2.17Vodiško 23 0.08 0.22Kranjsko 25 0.13 0.31Sorško 75 0.21 0.30Čateško 21 0.05 0.10Ljubljansko 28 0.32 0.45Ljubljansko Barje 11 0.05 0.10____________________________________________________________________dovoljene vsebnosti 50 0.5 0.5

#3 Zmanjšanje onesnaževanja hidrosfere

Najpomembnejše zmanjšanje izpustov in izločanje onesnaževal v čistilnih napravah odpadnih vod. Zasnovano je na mehanskih, kemijskih in bioloških postopkih. Stopnje čiščenja delimo na:

predčiščenje (A) je mehansko, z grabljami, siti in peskolovom iz vode odstranimo večje delce in plavine;

A

B

Cprimarno čiščenje (B) je tudi mehansko, uporabljamo bazene v katerih se hitrost toka vode zmanjša; težji delci se posedejo na dno, maščobe plavajo na površju; oboje odstranimo mehansko in stabiliziramo (C) pred odlaganjem na urejena odlagališča; ker v bazenu vzpostavijo že biološki procesi odstranimo tudi do 30% organskih snovi in do 20% spojin s fosforjem.

Način in stopnje Čiščenja komunalnih odpadnih vod v SLO.

26

#3 Zmanjšanje onesnaževanja hidrosfere

sekundarno čiščenje je biološko čiščenje pri katerem odstranimo organske snovi in delno tudi spojine z dušikom in fosforjem (hranilne snovi); čiščenje opravljajo aerobni mikroorganizmi, ki jih naselimo v prezračevalne bazene (D) kot aktivno blato; v bazene vpihujemo zrak; iz aerobnega bazena teče voda s kosmi organskih snovi v usedalnike (E), kje se kosmi odložijo na dno. Blato z dna stabiliziramo (C) v okolju brez kisika (torej anaerobno) in osušimo ter uporabimo kot gnojilo. Tu lahko pridobivamo bioplin, ki ga porabimo za segrevanje procesov, proizvodnjo toplote ali električne energije (Škofja Loka, Jesenice, Ljubljana, Maribor); ta način čiščenja uporablajmo v komunalnih, industrijskih in za čiščenje izcednih vod na odlagališčih odpadkov.

terciarno čiščenje uporabljamo za odstranjevanje hranilnih snovi v izmenično prezračevanih oksidacisjkih bazenih; tako odstranimo spojine z dušikom in fosforjem.

D

E

C

Areacijski bazen CŠN v Škofji LOki

Pojasnite razliko med pojmoma ekologija in okoljevarstvo !

Opišite značilnosti onesnaževal ?

Kaj so sistemi za ravnanje z okoljem ?

Opišite energijske in snovne tokove v biosferi ?

Opišite sestavine atmosfere !

Kaj razumemo pod pojmom stabilnost atmosfere in zakaj je pomembna ?

Opišite najpomembnejša onesnaževala atmosfere in kako se je njihova vsebnost v atmosferi spreminjala v zadnjem desetletju ! Zakaj?

Kaj veste o sestavinah hidrosfere in kakovosti teh sestavin v SLO ?

Opišite stopnje čiščenja odpadnih vod !

#3 Možna izpitna vprašanja

Documents

Energija in okolje - Laboratorij LOTZ · najpomembnejša biosfera, to je del okolja kjer se je razvilo življenje. To je vmesno področje med atmosfero, hidrosfero in litosfero. Organizmi