MODUL 3 1 BIOLOKI POKAZATELJI KAKVOE VODE Bioloko

MODUL 3 1

BIOLOŠKI POKAZATELJI KAKVOĆE VODE • Biološko stanje voda temelji se na međusobnim utjecajima životnih zajednica i staništa, odnosno promjenama koje nastaju kao posljedica izmijenjenih abiotskih činitelja. • Životne zajednice poremećenih ekosustava sastavljene su od malobrojnih vrsta s brojnim jedinkama. • Najčešći biološki pokazatelji kakvoće vode su: Ø Ø Ø STUPANJ SAPROBNOSTI STUPANJ BIOLOŠKE PROIZVODNJE MIKROBIOLOŠKI POKAZATELJI STUPANJ OTROVNOSTI INDEKS RAZLIKE 2

STUPANJ SAPROBNOSTI Promjenljivi uvjeti staništa utječu na životne zajednice, tako da svaki skup karakterističnih uvjeta staništa predstavlja karakteristična životna zajednica. Promatranjem životnih zajednica prema broju vrsta i njihovoj populaciji, može se zaključiti o kakvoći vode. Stupnjevi saprobnosti, Liebmann 1942. Ø Ø oligosaprobni beta-mezosaprobni alfa-mezosaprobni polisaprobni 3

Oligosaprobnu zonu karakterizira dovoljno otopljenog kisika, velika prozirnost i mali broj bakterija (<od 100 /cm 3). Organizmi su osjetljivi na promjene p. H, koncentraciju kisika i sadržaj organskih tvari. To su planinski potoci i jezera. Beta-mezosaprobna zona je malo onečišćena, ali još uvijek aerobna. Prozirnost je značajna, a ukupni broj bakterija je manji od 100. 000 u 1 cm 3. To su veća jezera i donji tokovi nezagađenih rijeka. Alfa-mezosaprobne vode su vode onečišćene organskom tvari. Zbog intenzivne primarne proizvodnje i razgradnje koncentracija otopljenog kisika je neujednačena. Ukupni broj bakterija je veći od 100. 000 /cm 3, prozirnost je smanjena, a u vodi je prisutan veliki broj algi, te protozoa. Alfa-mezosaprobi su prilagođeni promjenama p. H i kisika, nisu osjetljivi na amonijak, ali su osjetljivi na vodik-sulfid. 4

Polisaprobne vode jako su onečišćene. Prevladavaju pretežito anaerobni uvjeti. Kao proizvod truljenja pojavljuje se vodik-sulfid koji se osjeća po mirisu. Voda je mutna i obojena. Ukupni broj bakterija je veći od 150. 000 /cm 3, a polisaprobi su otporni na vodiksulfid, amonijak, kolebanja p. H vrijednosti i male koncentracije kisika. To su jako onečišćeni vodotoci, dijelovi potoka i rijeka nizvodno od ispusta otpadnih voda. Saprobni indeks Metoda Pantle-Bucka temelji se na ispitivanju svih živih organizama životne zajednice. Organizmi se određuju prema kvaliteti, prema sastavu i prema broju jedinki. Saprobni indeks određuje se prema: s h saprobiološka vrijednost svake vrste (od 1 -4) količinska zastupljenost vrste u vodi, malobrojne do brojne (od 1 -9) 5

Stupanj saprobnosti Saprobni indeks “s” Ksenosaprobni 0, 0 – 0, 5 Oligosaprobni 0, 5 – 1, 5 Beta-mezosaprobni 1, 5 – 2, 5 Alfa-mezosaprobni 2, 5 – 3, 5 Polisaprobni 3, 5 – 4, 0 Odnos stupnja saprobnosti i indeksa saprobnosti 6

STUPANJ BIOLOŠKE PROIZVODNJE • Ovisi o raspoloživoj hrani. • Naumann je 1919. označio oligotrofne vode siromašne, a eutrofne bogate hranjivim solima. • Trofikacija se u prirodnm sustavima zbiva donošenjem hranjivih tvari sa sliva, te kruženjem biogenih tvari u sustavu. • Poremećaji u hranjenju obično nastaju djelovanjem čovjeka ispuštanjem otpadne tvari → kulturna ili antropogena eutrofikacija. Pokazatelji trofičkog stanja su: Ø ukupni fosfor (mg. P/m 3) Ø klorofil-a (mg/m 3) Ø ukupan broj stanica (broj/l) Ø organska proizvodnja g. C/m 2/god Ø prozirnost (m) (Secchi disk) 7

c 30 m 1865. god. fra. Pietro Angelo Secchi 8

Stupanj trofije Ukupan fosfor (mg. P/m 3) Klorofil-a (mg/m 3) Prozirnost (Secchi) (m) srednje max Ultraoligotrofan 4, 0 1, 0 2, 5 6, 0 12, 0 Oligotrofan 10, 0 2, 5 8, 0 6, 0 Mezotrofan 10 - 35 2, 5 - 8 8 - 25 3 - 1, 5 6 -3 Eutrofan 35 - 100 8 - 25 25 - 75 1, 5 - 0, 7 3 - 1, 5 100 25 75 0, 7 1, 5 Hipertrofan Pokazatelji trofičkog stanja voda stajačica 9

Stupanj trofije Pokazatelj Oligotrofan Mezotrofan >10 3 -10 <3 rijetka povremena uobičajena 80 – 100 < 30 80 – 100 30 – 80 30 – 140 100 – 200 0 – 30 140 – 1400 Ukupan P (mmol/m 3) Klorofil-a mg/m 3 < 10 <1 10 – 20 1– 5 20 – 40 5 – 10 > 40 > 10 Mikrofitoplankton br. stan. /l < 103 – 106 – 108 > 106 Prozirnost (m) Obojenost Zasićenost kisikom - na površini - pri dnu Ukupan anorg. N (mmol/m 3) Eutrofan Hipereutrofan Pokazatelj eutrofikacije Jadranskog mora 10

Prije eutrofikacije Eutrofizirana jezera Nakon eutrofikacije 11

MIKROBIOLOŠKI POKAZATELJI • U vodi stalno žive razlagači (saprofagi) i proizvođači (producenti). U vode ispiranjem ili ispuštanjem otpadnih voda dolaze mikroorganizmi iz probavnog trakta ljudi i životinja. • Neki od tih MO su patogeni. • Mikroorganizmi fekalnog porijekla odumiru u prirodnim vodama, zbog promjena uvjeta staništa (temperatura, p. H, UV zračenje, predatori i dr. ). • Pojedinačno određivanje MO u vodi je skup i dugotrajan postupak. Traže se MO koji su indikatori određene vrste bakteriološkog zagađenja. • Ukupni koliformi i fekalni koliformi su najčešći indikatorski MO. Sastavni su dio crijevne flore i u njima ne izazivaju bolest, već samo ako dospiju u tkiva izvan probavnog sustava. 12

• Pod ukupne koliforme spadaju MO kao što su Escherichia coli iz probavnog sustava, a Enterobacter, Seratia marcescens, Providencia i dr. mogu potjecati iz tla. • Fekalni koliformi preciznije određuju mjesto nastanka i obuhvaćaju MO samo iz probavnog trakta. • Streptococcus faecalis je također indikator fekalnog zagađenja. • Broj indikatorskih organizama označava se kao najvjerojatniji broj ili kao broj utvrđen membranskom filtracijom. • Istražuju se indikatorski MO koji bi bili pouzdaniji od koliformnih, a jednostavniji za određivanje od nekih patogenih, npr. virusa. • Bakteriofagi (kolifagi) su se pokazali kao dobar indikator za određivanje patogenih MO. Oni su virusi određenih vrsta bakterija. Otporni su i duže preživljavaju u vodi. Mogli bi poslužiti za utvrđivanje zdravstvene ispravnosti vode, naročito kad je zagađenje malo i kad je teško izolirati uzročnika zagađenja. 13

Patogeni organizam Bolest Bakterije: Salmonela paratyphi (A, B, C) Salmonela typhi Shigellae vrste Vibrio cholearae Leptospirae Mycobacterium tuberculosis Pseudomonas aeruginosa paratifus dizenterija kolera leptirospiroza tuberkoloza infekcije rana, oka, meningitis Vrusi: Poliovirus Echovirus Coxsackievirus (A, B) Hepatitis A Rotavirus Adenovirus paraliza meningitis, dišne bolesti, groznice miokarditis infektivna žutica povraćanje, proljev, dišne bolesti, očne infekcije Protozoe: Entamoeba histolytica Giardia lamblia amebijaza lamblijaza Helminti: Ascaris lumbricoides Ankylostoma duodenale Echinococus Schistosoma askaridoza ankilostomoza ehinokokoza shistosomoza Bolesti koje se prenose vodom 14

STUPANJ OTROVNOSTI • Najčešći izvori otrovnih tvari su iz industrije, naročito kemijske. • Otrovne tvari ugrađuju se u stanična tkiva i putuju i nagomilavaju se u hranidbenom lancu. Negativno djelovanje može se vidjeti tek nakon više godina. • Otrovna je svaka tvar koja u živom organizmu izaziva bolest, nenormalno vladanje i genetičke promjene, fiziološke smetnje, fizičke deformacije i smrt. • Stupanj otrovnosti određuje se bio-testom: Utvrđuje se koncentracija tvari kad ugiba 50% ispitanih organizama (srednja smrtonosna koncentracija – LC 50) Najveća koncentracija kad se ne opaža učinak na ispitivane organizme tijekom 96 sati (srednja granica podnošljivosti LTm) 15

• Posebnu pozornost treba posvetiti odabiru indikatorskih vrsta i na fizikalno-kemijske uvjete bio-testa. • Vrijednosti TLm pokazuju samo akutnu otrovnost otpadne tvari u laboratorijskim uvjetima i ne potvrđuju da isti rezultat vrijedi u nekom drugom vodnom ekosustavu. • Rijetko se primjenjuju bio-testovi u razdoblju od 30 do 200 dana kojima bi se utvrdilo dugotrajno djelovanje malih koncentracija → trajna otrovnost. • Na mjestima ispusta pročišćenih/nepročišćenih otpadnih voda mogu se postaviti spremnici s indikatorskim vrstama riba/vodnih organizama, na temelju čijeg se ponašanja može procijeniti učinkovitost pročišćavanja, odnosno sanitarna ispravnost vode. 16

INDEKS RAZLIKE To je matematički izraz za strukturu životne zajednice Polazi se od pretpostavke da je u životnoj zajednici zastupljen određen broj vrsta odgovarajuće populacije. U poremećenim sustavima doći će do sukcesija vrsta (smanjenje broja vrsta, povećanje populacije). Indeks će imati maksimum, ako svaki organizam pripada drugoj vrsti, a minimum, ako su svi organizmi iste vrste. Ni N s broj organizama i-te vrste ukupan broj organizama ukupan broj vrsta H’< 1 - veliko onečišćenje H’ = 1 - 3 - umjereno H’ > 3 - čista voda 17

PROMJENE KAKVOĆE VODE Ciklus – kruženje vode na Zemlji 18

VODA NA ZEMLJI Lokacija Količina 103 km 3 Postotak od ukupnih zaliha 13, 0 0, 001 1. 350. 400, 0 97, 583 Kopno: 26. 431, 7 1, 910 rijeke 1, 7 0, 00012 slatka jezera 125, 0 0, 009 slana jezera 105, 0 0, 00758 vlaga tlu 150, 0108 50 0, 0044 26. 000, 0 1, 878 Podzemna voda 7. 000, 0 0, 506 Ukupno na Zemlji 1. 383. 844, 7 100, 00 Atmosfera (vodena para) Hidrosfera Oceani voda u biomasi ledenjaci, glečeri Litosfera 19

• Od ukupne slatke vode, 78% je u obliku leda. • Vodena para se onečišćuje u postupku isparavanja i prolaskom kroz atmosferu plinovima, dimovima i česticama prašine. • Daljnje onečišćenje atmosferskih voda događa se ispiranjem površina, tečenjem u vodotocima, procjeđivanjem u podzemlje. • Prirodne vode služe kao izvorišta za vodoopskrbu, ali i kao prijemnici upotrijebljene vode → promjena kakvoće vode. 20

Vodni sustavi mogu biti onečišćeni i zagađeni • Onečišćenje označava unošenje u vodne sustave tvari ili energije uslijed čega se mijenjaju pokazatelji svojstveni prirodnim vodama, pa time vode postaju manje podobne za uporabu, naročito za vodoopskrbu i namjene gdje je potrebna visoka kakvoća vode. • Zagađenje označava ispuštanje tvari ili energije, izravno ili neizravno u vodne sustave djelovanjem čovjeka, čiji ishod predstavlja opasnost za ljudsko zdravlje, štetnost za žive organizme i vodne sustave, te smanjuje kakvoću ili ometa uporabu vode za planirane namjene. 21

Nekontrolirani ribolov – pretjerano iskorištavanje slatkovodnih i morskih organizama → poremećaj piramide biomase, smanjenje brojnosti populacija. Poljoprivreda – zauzimanje prirodnih površina, korištenje gnojiva, zaštitnih sredstava, ispiranje u vodne sustave. Urbanizacija – prenamjena prostora, promjena mikroklimatskih elemenata, stvaranje otpadnih voda iz domaćinstava i industrije, ispiranje onečišćenih slivnih površina. Izgradnja industrijskih pogona – otpadne vode, plinovi, sintetski spojevi, teške kovine. Rashladne vode – unos toplinske energije → mijenjanje abiotskih činitelja Ispuštanje dimova – kisele kiše, degradacija šuma, smanjenje svjetlosti. Promet – cestovni, željeznički, zračni Proizvodnja energije – fosilna goriva, nuklearna goriva 22

23

IZVORI ONEČIŠĆENJA VODA STAMBENI OBJEKTI Uzgoj Stoke + Površinsko otjecanje POLJOPRIVREDNE POVRŠINE Komunalne ili kućanske otpadne vode Otjecanje sa poljoprivrednih površina INDUSTRIJRSKA PODRUČJA Raspršeni izvori zagađenja VODNI RESURSI Točkasti izvori zagađenja Industrijske otpadne vode Također : termičko zagađenje + životinjski otpad Točkasti i raspršeni izvori onečišćenja 24

Kućanske otpadne vode su najvećim dijelom biološki razgradive. Razlikuju su: • svježe otpadne vode – razgradnja je tek započela, koncentracija kisika slična vodi iz vodovoda • odstajale – ne sadrže kisik, jer je utrošen na razgradnju • trule (septičke) – anaerobna razgradnja, ravnoteža između razgrađivača i organske tvari Biokemijska potrošnja kisika g/st. 60 – 80 60 – 70 Raspršene tvari g/st. 70 70 - 80 Švicarska Kanada, SAD 75 80 – 100 100 - 120 Japan 64 – 84 58 - 76 Zemlja Francuska Italija Dnevno opterećenje otpadnom tvari kućanskih otpadnih voda 25

• 2/3 od ukupne suhe tvari je organskog porijekla. • Broj ukupnih koliformnih bakterija (b. c) je 2, 5 · 1010 – 2, 5 · 1012 po stanovniku/dan • Broj enterovirusa je 3 · 105 – 2, 5 · 106 zaraznih jedinica po stanovniku/dan • Od ukupnog broj MO samo je mali broj patogen. • Temperatura kućanske otpadne vode varira tijekom godine (11 - 25 °C) Pokazatelj Ukupno krute tvari Ukupno raspršene tvari Ukupno otopljene tvari BPK 5 KPK Ukupan dušik (N) Ukupan fosfor (P) p. H Klorida Sulfata Koncentracija mg/l 300 – 1200 100 – 400 250 – 850 100 – 400 200 – 1000 15 – 90 5 – 20 7 – 7, 5 30 – 85 20 – 60 Prosječni sastav kućanskih otpadnih voda 26

Kućanske otpadne vode su mutne, imaju neprijatan miris. Nepovoljno utječu na ekološke i sanitarne prilike u prijemniku. U područjima gdje nema kanalizacije, kućanske otpadne vode se prikupljaju u septičkim jamama. Otpadne vode koje se prikupljaju u septičkim jamama posebno su zagađene, dovoze se na uređaje za čišćenje otpadnih voda i prethodno miješaju s kanalizacijskim vodama (1: 100) Prosječni sastav otpadne vode iz septičkih jama Pokazatelj Ukupno raspršene tvari BPK 5 KPK NH 4 Koncentracija mg/l 5000 – 17000 4000 – 10000 6000 – 16000 1500 – 5000 27

Industrija Šećerane Pivovare Tvornice konzervi Destilacija žita Destilacija melase Mliječne prerađevine Prerada mesa Celuloza i papir Kožare Tekstilna: pamučna vunena BPK 5 mg/l 450 – 2000 500 – 1200 300 – 4000 15000 – 20000 – 30000 300 – 2000 600 – 2000 16000 – 25000 500 – 5000 50 – 1750 200 - 10000 Organsko opterećenje razgradivih industrijskih voda 28

OBORINSKE VODE Nastajanje kiselih kiša Oborinske vode mogu se uvjetno nazvati otpadnim vodama. U praksi su se nekad smatrale čistim rasterećenja na mješovitoj kanalskoj mreži. Zbog sve većeg onečišćenja atmosfere i slivnih površina tereti oborinskih voda mogu biti značajni. 29

Vode koje s procjeđuju ili otječu s prirodnih površina čine raspršene izvore onečišćenja Srednje koncentracije oborinskih voda s poljoprivrednog zemljišta Pokazatelj mg/l Ukupni isparni ostatak Obradivo zemljište 1241 Pašnjaci Livade 222 108 Raspršene tvari 1021 38 40 Ukupan fosfor Nitrati ( kao N) 1, 05 1, 5 0, 49 0, 4 0, 35 0, 3 Ukupan dušik (Kjeldahl) 2, 6 1, 7 0, 8 KPK 148 49 22 Oborinske vode iz gradova, industrijskih dvorišta i sa prometnica mogu biti snažno opterećene ugljikovodicima, teškim kovinama, organskim otpacima. 30

Srednje koncentracije oborinskih voda s površina naselja Koncentracije u mg/l Vrsta površine Seoska naselja Raspršene Ukupan N Ukupan P Ulja i masti tvari 50 0, 2 0, 1 0, 6 Stambeno naselje male gustoće Stambeno naselje velike gustoće 600 250 1, 2 0, 7 0, 8 20, 0 Trgovinsko-skladišna područja 770 1, 7 1, 3 33, 0 31

Koncentracije otpadne vode mješovite i oborinske kanalizacije Pokazatelj (mg/l) Mješovita kanalizacija Oborinska kanalizacija KPK 80 – 1760 29 – 1514 BPK 10 – 470 3 – 90 (660) Raspršene tvari 35 – 2000 130 – 11280 Ukupni fosfati 0, 8 – 9, 4 0, 2 – 4, 5 Ukupan dušik 1, 0 – 16, 5 0, 5 – 6, 5 p. H 5, 6 – 6, 7 6, 0 – 7, 2 4, 2 · 106 – 5, 8 · 107 2, 4 · 106 – 5, 04 · 107 1, 2 · 106 – 3, 2 · 107 4 · 1055 – 1, 3 · 107 Bakterije ukupni koliformi fekalni koliformi Srednja koncentracija organskih tvari i hranjivih soli u oborinskim vodama koje ispiru gradsko područje, jednaka je približno 1/3 koncentracije u otpadnim vodama mješovitih kanalizacija. 32

RASHLADNE VODE U industriji i proizvodnji energije koristi se voda za hlađenje postrojenja = odvođenje viška topline (Termoelektrane na fosilna i nuklearna goriva, rafinerije nafte, čeličane, kemijska industrija, tvornice celuloze i papira, destilerije. Ispuštene zagrijane vode mijenjaju temperaturu prijemnika → termopolucija. Mijenja se gustoća, kinematička viskoznost, površinska napetost, otopivost kisika, difuznost kisika, ubrzavaju kemijski i biokemijski procesi. Ubrzava se uslojavanje vode, brzina taloženja, povećanje toksičnosti nekih tvari (sinergijski učinak). Termopolucija nastaje i pretjeranom regulacijom rijeka i ujezerivanjem toka. 33