ΡΥΠΑΝΣΗ Υ ΑΤΩΝ Η γη είναι ο µόνος από τους πλανήτες του Ηλιακού συστήµατος που εµφανίζει το φαινόµενο της ζωής. Το µοναδικό αυτό «προνόµιο» δηλαδή η ανάπτυξη και συντήρηση της ζωής στον πλανήτη µας οφείλεται σε ένα κυρίως παράγοντα: το νερό. Το νερό καλύπτει τα ¾ της επιφάνειας της γης, ενώ το άλλο ¼ καλύπτεται από τη στεριά. Από αυτό το 97% περίπου βρίσκεται στις θάλασσες και τους ωκεανούς, και είναι αλµυρό, άρα και ακατάλληλο προς χρήση. Μόλις το 3% είναι γλυκό νερό και βρίσκεται στα ποτάµια, στις λίµνες και στο εσωτερικό της γης σε υγρή µορφή, στην ατµόσφαιρα σε αέρια µορφή. Τέλος το περισσότερο γλυκό νερό βρίσκεται στους παγετώνες και στους πόλους της γης σε στερεά µορφή (πάγος). Επίσης το νερό περιέχεται σε όλους τους φυτικούς και ζωικούς οργανισµούς. Το 70% περίπου του βάρους των οργανισµών οφείλεται στην ποσότητα του νερού που περιέχουν. Ενώ υπάρχουν µορφές ζωής που δεν έχουν ανάγκη το οξυγόνο (αναερόβια βακτήρια), δεν υπάρχει ούτε ένας οργανισµός που να µπορεί να ζήσει χωρίς νερό. Ο άνθρωπος για παράδειγµα µπορεί να ζήσει µερικές εβδοµάδες χωρίς τροφή, αλλά µόνο τρεις µε τέσσερις ηµέρες χωρίς νερό. Οι πιο χαρακτηριστικές φυσικοχηµικές ιδιότητες του νερού είναι: η µεγάλη θερµοχωρητικότητα, η επιφανειακή τάση που είναι µεγαλύτερη όλων των υγρών, η πολύ µικρή ηλεκτρολυτική διάσταση, η διηλεκτρική σταθερά που είναι µεγαλύτερη όλων των υγρών, η συµπεριφορά του κατά την πήξη και κυρίως η διαλυτική του ικανότητα (είναι ο µεγαλύτερος και πιο σηµαντικός διαλύτης στη φύση). Οι ιδιότητες αυτές επιτρέπουν στο νερό να ελέγχει κυρίως την κατανοµή και τις µεγάλες διακυµάνσεις της θερµοκρασίας στο περιβάλλον καθώς και να ρυθµίζει τα φυσικά φαινόµενα. Από την άλλη πλευρά η µεγάλη διαλυτική ικανότητα του νερού επιτρέπει την εύκολη ρύπανσή του. Το νερό, είναι ο µεγαλύτερος φυσικός διαλύτης άρα αντιµετωπίζει κάθε φορά που έρχεται σε επαφή µε ένα άλλο σώµα, τον κίνδυνο της ρύπανσης και µόλυνσής του. Το νερό µετά από κάθε χρήση (οικιακή, γεωργική, βιοµηχανική) είναι «πλούσιο» σε ρυπογόνες ουσίες που το καθιστούν αφ ενός ακατάλληλο προς
περαιτέρω χρήση, αφ ετέρου ρυπαντή των λιµνών, ποταµών, θαλασσών και υπογείων υδάτων στα οποία καταλήγει. Το νερό χαρακτηρίζεται από ορισµένους παραµέτρους (ph, θερµοκρασία, χρώµα, οσµή, γεύση, ολικά στερεά, αγωγιµότητα, οξύτητα κτλ), οι επιτρεπτές τιµές των οποίων καθορίζονται ανάλογα µε την χρήση για την οποία προορίζεται. Τα φυσικά νερά θεωρούνται «ζωντανοί οργανισµοί» µε ένα πλήθος βιολογικών και φυσικοχηµικών διεργασιών να λαµβάνουν χώρα σε αυτά. Τέτοιες διεργασίες, που είναι και οι πιο σηµαντικές για το περιβάλλον, είναι: ιεργασίες διαλυτοποίησης-ιζηµατοποίησης στις οποίες οφείλεται η παρουσία των ιόντων στα φυσικά νερά. ιεργασίες προσρόφησης-εκρόφησης χηµικών ουσιών στην επιφάνεια των ταµιευτήρων και των αιωρούµενων σωµατιδίων. Οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις (µε συµµετοχή ή µη µικροοργανισµών). Σύνθεση οργανικής ύλης από ανόργανα συστατικά. Μια σηµαντική ικανότητα των φυσικών νερών είναι ο αυτοκαθαρισµός, ικανότητα που δεν είναι όµως απεριόριστη. Το νερό ρυπαίνεται από αιωρούµενες και διαλυµένες ανόργανες και οργανικές ουσίες καθώς και παθογόνους µικροοργανισµούς. Τα κυριότερα είδη των ρυπαντών του νερού είναι: Οργανικές ουσίες που υφίστανται βιολογική οξείδωση, διεργασία που καταναλώνει το διαλυµένο Ο 2 στο νερό µε αποτέλεσµα την αποοξυγόνωσή του. Όξινες και αλκαλικές χηµικές ουσίες που αλλάζουν το ph των νερών. Οξειδωτικές και αναγωγικές ουσίες όπως αέριο χλώριο Cl 2, αλκοόλες C 6 H 5 OH, υδρόθειο H 2 S, αέριο θείο S 2, οξείδια του θείου SO 3, NH 3, οξείδια του αζώτου NO 2, NO 3, κτλ που προκαλούν απόοξυγόνωση, δυσάρεστη οσµή και γεύση, ευτροφισµό, και διαταραχή της µικροβιακής ισορροπίας. ηλητηριώδεις χηµικές ουσίες όπως κυανιούχα CN -, αρσενικό, φθοριούχα, φωσφορικά βαρέα µέταλλα κτλ η παρουσία των οποίων έχει σαν αποτέλεσµα βιοσυσσώρευση και δηλητηρίαση ψαριών και ζώων.
Μη διαλύτες επιπλέουσες ουσίες όπως τασιενεργά που δηµιουργούν αφρούς και λίπη και έλαια, τα οποία προκαλούν αισθητικά προβλήµατα και προβλήµατα δυσοσµίας. Οργανικοί διαλύτες (βενζόλιο C 6 H 6, τολουόλιο C 6 H 5 CH 3, χλωροφόρµιο CHCl 3 κτλ) και µόρια PCB 5 και PAH 5 τα οποία είναι τοξικά και προξενούν προβλήµατα βιοσυσσώρευσης, καρκινογέννεσης και θάνατο στους ζώντες οργανισµούς. Φυτοφάρµακα, τα οποία είναι ιδιαίτερα τοξικά και επικίνδυνα για όλους τους ζώντες οργανισµούς µε την εισαγωγή τους στο βιολογικό κύκλο. Παθογόνοι µικροοργανισµοί που προκαλούν προβλήµατα µόλυνσης και ασθενειών σε ζώα, φυτά και ανθρώπους. Αιωρούµενα σωµατίδια, τα οποία είναι δυνατόν να προκαλέσουν θολότητα, διαταραχή του βιολογικού κύκλου των υδρόβιων οργανισµών και σε ορισµένες περιπτώσεις προσρόφηση και µεταφορά τοξικών µορίων. Ραδιενεργά υλικά που ενοχοποιούνται για βιοσυσσώρευση, τοξικότητα, µεταλλάξεις και καρκινογέννεση. Παράµετροι οργανικής ρύπανσης Οι παράµετροι που χρησιµοποιούνται για την εκτίµηση της οργανικής ρύπανσης είναι: D.O.: αναφέρεται στη συγκέντρωση του διαλυµένου οξυγόνου. Είναι δείκτης ποιότητας και καθαρότητας του νερού. Β.O.D.: βιοχηµικά απαιτούµενο οξυγόνο. Είναι το οξυγόνο που απαιτείται για την αερόβια βιοχηµική αποικοδόµηση οργανικών ουσιών. C.O.D.: χηµικά απαιτούµενο οξυγόνο. Είναι το οξυγόνο που απαιτείται για την χηµική οξείδωση των οργανικών ενώσεων που δεν βιοδιασπώνται. T.O.C.: ολικός οργανικός άνθρακας. Είναι δείκτης της ολικής περιεκτικότητας των νερών σε οργανικές ενώσεις. Σηµαντική επίσης παράµετρο ρύπανσης του νερού αποτελεί η αύξηση της θερµοκρασίας, που έχει σαν αποτέλεσµα την απο-οξυγόνωση του νερού, την αύξηση
των ρυθµών ανάπτυξης των µικροβιακών πληθυσµών και την αύξηση της συγκέντρωσης ρυπογόνων και τοξικών ουσιών. Ρύπανση από τοξικές ουσίες Την κυριότερη και πιο επικίνδυνη κατηγορία ρυπαντών του περιβάλλοντος αποτελούν τα τοξικά υλικά. Η παρουσία τους στο περιβάλλον οφείλεται στις βιοµηχανίες και στην πολλές φορές αλόγιστη και ανεξέλεγκτη χρήση τους στις γεωργικές καλλιέργειες (φυτοφάρµακα). Οι τοξικές ουσίες µέσω του νερού και των φυτών εισέρχονται στην τροφική αλυσίδα και φθάνουν έτσι µέχρι τα ανώτερα θηλαστικά και τον άνθρωπο µε ότι αυτό συνεπάγεται για την ποιότητα ζωής και την υγεία των ανθρώπινων πληθυσµών. Βασική αρχή των αντιρρυπαντικών τεχνολογιών αντιµετώπισης των τοξικών ουσιών είναι η in situ (δηλαδή επί τόπου, στην πηγή) εξουδετέρωσή τους. Η τύχη ενός τοξικού µορίου στο περιβάλλον καθορίζεται από µία σειρά φυσικοχηµικών ιδιοτήτων όπως η διαλυτότητα στο νερό, ο συντελεστής κατανοµής οκτανόλης-νερού K ow, η ικανότητα προσρόφησης και ο συντελεστής Henry H. Σηµαντικό ρόλο παίζουν κυρίως στην προσροφητική ικανότητα των τοξικών µορίων η χηµική δοµή τους, το σχήµα τους, η πολικότητά τους, η παρουσία και η κατανοµή φορτίων, οι τιµές των pka ή pkb και τέλος το µέγεθός τους. Τα είδη των τοξικών ουσιών είναι: Βαρέα µέταλλα. Ο όρος αυτός αναφέρεται σε µεταλλικά στοιχεία των οποίων το ειδικό βάρος είναι µεγαλύτερο του σιδήρου. Αν και ορισµένα από τα βαρέα µέταλλα (Cu, Mn,Co) είναι απαραίτητα σαν ιχνοστοιχεία για την ζωή, σε µεγαλύτερες ποσότητες επιφέρουν τοξικές βλάβες στους ζώντες οργανισµούς (φυτά, ζώα και ανθρώπους). Τα µέταλλα µε την µεγαλύτερη τοξική δράση είναι ο µόλυβδος Pb, το κάδµιο Ca και ο υδράργυρος Hg. Παρόµοια τοξική δράση εµφανίζουν και ορισµένα χηµικά στοιχεία τα οποία ονοµάζονται µεταλλοειδή όπως το Αρσενικό As, το Αντιµόνιο Sb, το Σελήνιο Se και το Τιλλούριο.
Τα βαρέα µέταλλα και τα µεταλλοειδή που αναφέρθηκαν θεωρούνται από τους πιο επικίνδυνους ρύπους γιατί δεν αποικοδοµούνται αλλά παραµένουν στο περιβάλλον για µεγάλα χρονικά διαστήµατα εισερχόµενα σε γεωχηµικούς κύκλους όπως έχει επιβεβαιωθεί από µεγάλο αριθµό πειραµάτων. Η δυναµική αυτή παρουσία των βαρέων µετάλλων σε βιογεωχηµικούς κύκλους προκαλεί εάν διαταραχθεί, ανωµαλίες σε διάφορες βιολογικές δραστηριότητες µε αποτέλεσµα ασθένειες ή και θανάτους ζώντων οργανισµών. Παρασιτοκτόνα Είναι χηµικές ενώσεις που χρησιµοποιούνται για την καταστροφή των φυτικών και ζωικών οργανισµών που εµφανίζονται στις γεωργικές καλλιέργειες. Η ταξινόµησή τους µπορεί να γίνει σε διάφορες οµάδες ανάλογα µε την δραστηριότητα την οποία προορίζονται (ζιζακτιογόνα, µυκητοκτόνα, εντοµοκτόνα κτλ) ή ανάλογα µε τη χηµική δοµή τους οπότε κατατάσσονται σε τέσσερις κύριες οµάδες: Οργανοχλωριωµένες ενώσεις Οργανοφωσφορικοί εστέρες Καρβαµίδια Χλωροφαινοξυοξέα Οι επιπτώσεις από τη χρήση των παρασιτοκτόνων είναι πολλές. Προκαλούν δηλητηριάσεις, βλάβες και καταστροφές σε διάφορα όργανα (ήπαρ, νεφρά, Κ.Ν.Σ., δέρµα κτλ), µεταλλάξεις και καρκινογεννήσεις ακόµη και άµεσους θανάτους.
Φαινόλες. Είναι πολικές ενώσεις πτητικές και µέτριας διαλυτότητας σε νερό. Χρησιµοποιούντει ευρέως στην χηµική και πετροχηµική βιοµηχανία αλλά αποτελούν επίσης και παραπροιόν των ανωτέρω βιοµηχανικών κλάδων καθώς επίσης και προιόν αποικοδόµησης φυτοφαρµάκων. Η τύχη και χρόνος παραµονής των φαινολών στο περιβάλλον εξαρτάται από τα ιδιαίτερα φυσικοχηµικά χαρακτηριστικά κάθε φαινολικού µορίου. Όλα όµως τα φαινολικά µόρια δηµιουργούν βλάβες στα ζώα, κυρίως στα ανώτερα θηλαστικά και τον άνθρωπο, όπως βλάβες στο ήπαρ και λευχαιµία. Παρουσιάζουν µεγάλη ικανότητα βιοσυσσώρευσης και εισέρχονται µε µεγάλη ευκολία στην τροφική αλυσίδα. Πολυκυκλικοί αρωµατικοί υδρογονάνθρακες Ρ.H.A. Οι πολυκυκλικοί αρωµατικοί υδρογονάνθρακες είναι ενώσεις µε εξαιρετικά έντονη καρκινογόνο και µεταλλαξιογόνο δραστηριότητα. Για το λόγο αυτό αποτελούν την πιο επικίνδυνη κατηγορία ρυπαντών του περιβάλλοντος. Η κυριότερη πηγή τους είναι η πετροχηµική βιοµηχανία αλλά λόγω του ότι αποτελούν προϊόν καύσης και πυρόλυσης υδρογονανθράκων, όπως το πετρέλαιο, ίχνη τους ανιχνεύονται παντού, όπως στα καυσαέρια, στην τέφρα κτλ. Πολυχλωριοµένα παράγωγα αρωµατικών ενώσεων (P.C.B.). Χρησιµοποιούνται σε µετασχηµατιστές και πυκνωτές ως µονωτικά υλικά. Έχουν πολύ µεγάλο συντελεστή κατανοµής οκτανόλης-νερού K O/W µε αποτέλεσµα µεγάλη βιοσυσσώρευση ενώ είναι ιδιαίτερα σταθερά µόρια στις συνήθης περιβαλλοντικές συνθήκες, γεγονός που έχει σαν αποτέλεσµα την µακρόχρονος παραµονή τους στο περιβάλλον. Προκαλούν σε συνεργασία µε τα φυτοφάρµακα και τα βαρέα µέταλλα ενζυµικές διαταραχές και µεταλλάξεις στους ζώντες οργανισµούς. Καθαρισµός του πόσιµου νερού Ένα νερό χαρακτηρίζεται πόσιµο όταν η περιεκτικότητά του σε ξένες ουσίες είναι κάτω από τα επιτρεπτά όρια όπως αυτά ορίζονται από τις εκάστοτε ισχύουσες υγειονοµικές διατάξεις.
Οι ανάγκες του πληθυσµού σε πόσιµο νερό αυξάνεται χρόνο µε το χρόνο ανάλογα µε την αύξηση του βιοτικού επιπέδου. Οι ανάγκες αυτές καλύπτονται στο µεγαλύτερο µέρος τους από επιφανειακά νερά (λίµνες και ποτάµια). Τα γλυκά νερά κατατάσσονται σε τρεις κατηγορίες ανάλογα µε την επεξεργασία που απαιτείται ώστε να καταστούν κατάλληλα για οικιακή χρήση: Α 1. «Νερά κατάλληλα για ύδρευση µετά από απλή φυσική επεξεργασία και απολύµανση.» Α 2. «Νερά κατάλληλα για ύδρευση µετά από συνήθη φυσική και χηµική επεξεργασία και απολύµανση» Α 3. «Νερά κατάλληλα για ύδρευση µετά από προχωρηµένη φυσική και χηµική επεξεργασία και απολύµανση» Συνοπτικά οι κυριότερες διεργασίες καθαρισµού των πόσιµων νερών είναι: Αερισµός που γίνεται µε σκοπό την αποµάκρυνση πτητικών ουσιών και οσµών. Γίνεται φυσικά µε πρόκληση τυρβώδους ροής ή τεχνητά µε διαβίβαση φυσαλίδων στις δεξαµενές. ιήθηση. Πραγµατοποιείται µε διέλευση του νερού από αµµόφιλτρα που αποτελούνται από διαδοχικά στρώµατα λεπτού χαλικιού, χονδρής και λεπτής άµµου. Γίνεται µε σκοπό την συγκράτηση αιωρούµενων σωµατιδίων και την βιολογική αποικοδόµηση οργανικών ενώσεων (σε µικρό ποσοστό) Κατακάθιση. Γίνεται µε σκοπό την καθίζηση ιόντων µετάλλων, όπως σιδήρου, σωµατιδίων σε λεπτό διαµερισµό και την εν µέρει αποµάκρυνση µικροοργανισµών. Η διεργασία πραγµατοποιείται σε µεγάλες δεξαµενές µε την προσθήκη θειικού αργιλίου ή χλωριούχου σιδήρου Al 2 (SO 4 ) 3 ή FeCl 3, ρύθµιση του ph και ικανό χρόνο παραµονής. Οζονίωση. Με την οζονίωση επιτυγχάνεται αποµάκρυνση δυσάρεστων οσµών και γεύσης, απολύµανση και οξείδωση τοξικών οργανικών µορίων από το νερό. Η οζονίωση γίνεται σε πύργους (αντιδραστήρες) οι οποίοι γεµίζονται µε αδρανές υλικό πλήρωσης. Προσρόφηση σε άνθρακα. Η διέλευση από φίλτρα ενεργού άνθρακα γίνεται µετά την οζονίωση και έχει στόχο κυρίως την πλήρη αποµάκρυνση των οργανικών ενώσεων από το νερό. τα φίλτρα του ενεργού άνθρακα έχουν ευρέα εφαρµογή στις
περιπτώσεις που το νερό περιέχει µεγάλο τοξικό οργανικό φορτίο, όπως φαινόλες και φυτοφάρµακα. Η διεργασία γίνεται σε πύργους µε πληρωτικό υλικό ενεργό άνθρακα σε κόκκους ή σκόνη. Η χρήση κοκκώδους άνθρακα επιτρέπει την αναγέννηση της στήλης µε κατεργασία µε διαλύµατα NaOH ή µε θέρµανση και την επαναχρησιµοποίησή του. Χλωρίωση. Η χλωρίωση χρησιµοποιείται για αποστείρωση του νερού, δηλαδή για καταστροφή των διάφορων µικροοργανισµών αλλά και σαν οξειδωτικό σε νερά πλούσια σε υδρόθειο H 2 S, νιτρώδη άλατα, δισθενών ιόντων µαγγανίου και σιδήρου Mn 2+, Fe 2+ καθώς και CN. Η εφαρµογή της χλωρίωσης προκαλεί δυσοσµία στο νερό, λόγω σχηµατισµού χλωραµινών, για το λόγο αυτό συνδυάζεται µε προσρόφηση σε ενεργό άνθρακα. ιάγραµµα ροής καθαρισµού πόσιµου νερού Ακτινοβολία. Χρησιµοποιείται όπως και η χλωρίωση για αποστείρωση, έχει όµως το πλεονέκτηµα ότι δεν δηµιουργεί όπως η χλωρίωση τοξικές ενώσεις και δυσοσµία, αφού δεν αφήνει υπολείµµατα.