11.3.2013

1

Zaštita voda

Prof.dr.sc. Damir JukićAkademska godina 2012/13

LITERATURA: S. Tedeschi: Zaštita voda, HDGI, Zagreb, 1997.

S. Tedeschi: Zaštita vodnih sustava i pročišćavanje otpadnih voda, Građevinski institut Zagreb, 1983.

------------------- J. Margeta: Osnove gospodarenja vodama, Građevinski

fakultet Split, 1992.

P. Aarne Vesilind, Susan M. Morgan: Introduction to Environmental Engineering, Brooks/Coole – Thomson Learning, USA, 2004.

C.C. Lee, Shun Dar Lin: Handbook of Environmental Engineering Calculations, McGraw - Hill Handbooks, USA, 2007.

Mackenzie L. Davis, Susan J. Masten: Principles of Environmental Engineering and Science, McGraw - Hill Higher Education, USA, 2004.

Paul T. Williams: Waste Treatment and Disposal, John Wiley & Sons, England, 2005.

Guidelines on Sewage Treatement and Disposal for the Mediterranean Region, UNEP/MAP, MAP Technical Reports Series No. 152, Athens, 2004.

11.3.2013

2

Kalendar nastavne djelatnosti (termini kolokvija i prezentacija seminarskih radova):

Sve informacije vezane uz predavanja, kolokvije i ispite će se nalaziti na internetskim stranicama KATEDRE ZA HIDROLOGIJU.

KOLOKVIJI:

Kolokviji traju 60 minuta.

Sadrže15 teoretskih pitanja.

Ukoliko netko ima jednu negativnu ocjenu iz kolokvija, može je ispraviti u popravnom kolokviju.

Popravni kolokvij se održava na 1. ispitnom roku.

Tko ima obje negativne ocjene iz kolokvija mora ići na ispit.

Završna ocjena iz predmeta se formira kao:

o prosječna ocjena dobivena iz dva kolokvija i seminarskog rada (studenti s pozitivnim ocjenama iz kolokvija),

o prosječna ocjena dobivena iz dva kolokvija, seminarskog rada i ispita (studenti s negativnim ocjenama iz kolokvija),

11.3.2013

3

SEMINARSKI RADOVI:

Seminarski radovi se predaju u pisanom obliku (elaborat) najkasnije dva radna dana prije prezentacije.

Elementi ocjene seminarskog rada:

o sadržaj (koncept, cjelovitost),

o razumijevanje teme (odgovori na pitanja),

o kvaliteta elaborata,

o kvaliteta prezentacije.

Prezentacija bi trebala trajati oko 20-30 min.

TEME SEMINARSKIH RADOVA:

1. Postupci i uređaji prethodnog i 1. stupnja pročišćavanja otpadnih voda

2. Postupci i uređaji 2. stupnja pročišćavanja otpadnih voda

3. Postupci i uređaji 3. stupnja pročišćavanja otpadnih voda

4. Alternativni postupci pročišćavanja otpadnih voda

5. Separatori ulja i masti iz oborinskih voda

6. Pročišćavanje oborinskih voda s prometnica u infiltracijskim spremnicima i jarcima

7. Pročišćavanje oborinskih voda s prometnica na biljnim pokrovima

8. Pročišćavanje oborinskih voda s prometnica u lagunama

9. Pročišćavanje oborinskih voda s prometnica u pješčanim filtrima

10. Zbrinjavanje otpadnih voda iz malih stambenih objekata koji nisu priključeni na kanalizacijski sustav

11.3.2013

4

Kompetencije (ishodi učenja):

Nakon položenog predmeta student bi trebao biti sposoban:

o analizirati odnose između pojedinih čovjekovih djelatnosti i procesa u vodnim resursima,

o identificirati opterećenja na vodne resurse,

o procijeniti moguće utjecaje opterećenja na kakvoću vodnih resursa,

o komentirati rezultate analiza kakvoće vode,

o komentirati potrebne mjere i aktivnosti u zaštiti vodnih resursa,

o predvidjeti potrebni stupanj i postupak pročišćavanja otpadnih i oborinskih voda,

o nacrtati tehničko rješenje objekata za pročišćavanje i dispoziciju otpadnih i oborinskih voda.

1. Uvod

11.3.2013

5

Tema poglavlja 1.o osnovna terminologija (ekologija; okoliš; zaštita okoliša; zaštita voda

– definicije, temeljni zadaci, predmet izučavanja),

o zahvati u okoliš, njihovi utjecaji i posljedice (pokretači zahvata; preobrazbe okoliša; promjene u biogeokemiji; biotičke promjene; uzročno-posljedične veze između utjecaja i promjena; globalni, regionalni i lokalni utjecaji; povratne i nepovratne promjene; kratkoročne i dugoročne posljedice;

o specifičnosti zahvata u vodne resurse,

o sustavan pristup problemu, ekosustav (osnovni elementi; interakcije s okolinom), urbani ekosustav (osnovni elementi; interakcije koje se odvijaju između urbanih ekosustava i okoline),

o zaštita voda kao element urbanog vodnog sustav,

o problemi ekonomskog vrednovanja pojedinih odluka, odnos između ekonomskog razvoja i zaštite okoliša.

1.1. Ekologija i zaštita voda

Ekologija – znanstvena disciplina koja proučava odnose organizma ili skupine organizama i njihova okoliša.

Okoliš – prirodno okruženje organizama i njihovih zajednica uključivo i čovjeka, koje omogućuje njihovo postojanje i njihov daljnji razvoj: zrak, zemljina kamena kora i tlo, voda, biljni i životinjski svijet i energija.

Ekologija se koristi saznanjima iz biologije, kemije, fizike, matematike, te brojnih drugih prirodnih i društvenih znanosti (biološka ekologija, politička ekologija, kulturna ekologija, ekonomska ekologija, urbana ekologija,…)

11.3.2013

6

Znanost o okolišu, inženjerstvo okoliša, zaštita okoliša –primjena znanosti i inženjerskih principa na očuvanje i unaprjeđenje okoliša s ciljem osiguranja zdravih uvjeta za život ljudi te biljnih i životinjskih vrsta (integrativne znanstvene discipline koje objedinjuju prirodne, tehničke i biotehničke znanosti, biomedicinu i zdravstvo, sociologiju, ekonomiju, demografiju, itd.).

Zaštita voda – bavi se očuvanjem i unaprjeđenjem vodnih resursa s ciljem osiguranja zdravih uvjeta za život ljudi te biljnih i životinjskih vrsta.

1.2. Zahvati u okoliš, njihovi utjecaji i posljedice

Zahvat u okoliš – privremeno ili trajno djelovanje čovjeka kojim se utječe na okoliš (ljudske djelatnosti koje izazivaju fizičke, kemijske ili biološke promjene unutar pojedinih sastavnica okoliša).

Uzroci poduzimanja zahvata – kontinuirani rast ljudske populacije i opsega korištenja prirodnih resursa od strane različitih ljudskih djelatnosti (pokretači zahvata).

Utjecaji zahvata – mogu se svrstati u tri osnovne grupe:

o preobrazba prirodnog okoliša,

o izmjena biogeokemije okoliša,

o direktno djelovanje na živi svijet.

Posljedice zahvata (promjene u okolišu) – mogu se registrirati u životnim staništima i životnim zajednicama.

11.3.2013

7

Zahvati u okoliš mogu utjecati na ekološke procese na užem i širem području oko samog zahvata, odnosno utjecaji mogu biti lokalni, regionalni i globalni (promjene se prvo registriraju samo lokalno a zatim svojom ekspanzijom postupno postanu i globalni problem).

Lokalni, regionalni i globalni utjecaji mogu dovesti do povratnih ili nepovratnih promjena u okolišu (zahtijevaju dugotrajne oporavke koji bi trebali trajati stoljećima, npr. životni vijek nekih stakleničkih plinova u atmosferi je preko sto godina).

Posljedice zahvata u okoliš mogu biti kratkoročne i dugoročne.

Kratkoročne posljedice zahvata se mogu odmah primijetiti u životnim staništima i životnim zajednicama (npr. posljedice pretjeranog izlova jedne vrste se mogu odmah zapaziti u smanjenju njene brojnosti).

Dugoročne posljedice zahvata se mogu zapaziti tek nakon dugog niza godina (npr.: (1) pretjerani izlov može narušiti hranidbeni lanac u tolikoj mjeri da s vremenom dovede do nestanka pojedinih vrsta, (2) promjene u kemijskom sastavu vode mogu dovesti također do nestanka pojedinih vrsta ili do eutrofikacija).

Voda je glavni medij putem kojeg se odvija kruženje tvari i energije u prirodi.

Čovjek svojim aktivnostima utječe na:

o količinu voda u vodnim resursima (zahvaćanjem voda za potrebe poljoprivrede i opskrbe stanovništva, izgradnjom akumulacija, izgradnjom plovnih putova, izgradnjom hidrotehničkih objekata za zaštitu od poplava itd.),

o kakvoću vodnih resursa (korištenjem insekticida, herbicida i umjetnih gnojiva u poljoprivredi, ispuštanjem otpadnih voda iz urbanih sredina i industrije),

o sastav i brojnosti pojedinih vrsta koji žive u njima (lov i ribolov).

Izgradnja velikih akumulacija ili navodnjavanje velikih područja povećava vlažnost zraka što može dovesti do regionalnih promjena u režimu oborina, odnosno do povećanja količine i učestalosti oborina na širem području.

Promjene u vodnim resursima mogu utjecati na klimu u regiji.

11.3.2013

8

Negativni utjecaji čovjeka na more se manifestiraju u izlovljenosti pojedinih vrsta morskih riba i rakova, cvjetanju mora, prisutnosti novih invazivnih vrsta, te onečišćenju priobalnih akvatorija (na onečišćenje su posebno osjetljivi zatvoreni ili poluzatvoreni dijelovi mora gdje su morska strujanja slabija).

Negativni utjecaji na podzemne vode se manifestiraju na dva načina:

o zagađenost,

o prekomjerna iscrpljenost (sniženje nivoa podzemnih voda).

Zbog snižavanja razine vode dolazi do pojačanog prodora mora te zaslanjenja podzemnih voda, što praktično onemogućuje ili znatno otežava njihovo korištenje.

Promjene u razini podzemnih voda mogu dovesti i do snižavanja razine tla (tlo popunjava praznine nastale nestankom vode te se na taj način smanjuje njegov volumen).

Zahvati u vodne resurse

Djelatnosti

Stanovanje Industrija Poljoprivreda Rekreacija Trgovina …

Pokretači (inicijatori) zahvata

Utjecajizahvata

Preobrazba okoliša

Regulacija i uređenje vodotoka Vađenje šljunka MelioracijeZahvati vode

Hidroenergetski objekti Ispuštanje energijeUrbanizacija sliva

…

Izmjena kakvoće okoliša

Ispuštanje komunalnih, oborinskih i industrijskih o.v.Korištenje umjetnih gnojiva,

insekticida, herbicida, … Ispuštanje energije (topline,

buke, vibracije, radijacije) …

Direktni utjecaji na živi svijet

LovRibolov

Uzgoj neautohtonih vrstaTransport neautohtonih vrsta

(npr. brodovima)…

Promjene u životnoj zajednici

Nestanak ili smanjenje brojnosti pojedinih vrsta

Nastanjenje invazivnih vrstaGubitak cjelokupnih

ekosustava …

Promjene u životnom staništu

EutrofikacijaZaslanjenjeSušePoplave

Erozija i sedimentacija…

Promjene u okolišu

11.3.2013

9

Osim ekoloških, zahvati u okoliš mogu imati društvene, ekonomske, zdravstvene, kulturne i mnoge druge posljedice za samog čovjeka i njegovo gospodarstvo (npr. ako dolazi do smanjenja brojnosti populacija vrsta koje su privredno značajne, ako se nastanjuju nove vrste koje predstavljaju opasnost za zdravlje čovjeka, ako su posljedice u okolišu tolike da ugrožavaju zdravlje ili dovode do iseljavanja stanovništva, gubitka radnih mjesta i sl.).

Problemi vezani uz gospodarenje vodnim resursima su po svojoj prirodi interdisciplinarni, te stoga zahtijevaju integralan pristup rješavanja (potrebno je objediniti saznanja iz prirodnih, tehničkih i biotehničkih znanosti, te biomedicine i zdravstva; s tim da je ponekad vrlo važan i doprinos društvenih znanosti kao što su sociologija, ekonomija, demografija, itd.)

Zahvati u vodne resurse

1.3. Sustavan pristup problemu

Čovjekove djelatnosti imaju velike utjecaje na vodne resurse i to na gotovo svim prostornim i vremenskim skalama.

Utjecaj djelatnosti na kakvoću vodnih resursa nema samo ekološke posljedice u okolišu, već i društvene, ekonomske, kulturne, zdravstvene i mnoge druge posljedice za samog čovjeka.

Problemi vezani uz gospodarenje vodnim resursima su po svojoj prirodi interdisciplinarni, te stoga zahtijevaju sustavan pristup rješavanja.

Sustav – skup međusobno povezanih dijelova koji zajedno funkcioniraju kao dio nekog procesa.

11.3.2013

10

Opće karakteristike sustava su:

o generalizacija stvarnosti,

o struktura (granice, sastavni djelovi i procesi),

o integracija (zajedničko funkcioniranje sastavnih djelova),

o sila koja pokreće sustav,

o funkcioniranje na principu ulaza i izlaza,

o strukturne i funkcionalne veze,

o tok tvari i/ili energije kroz sustav,

o interakcija s okolinom (izmjena tvari i energije s okolinom).

Osnovni zakoni koji vrijede kod prijenosa tvari i energije kroz sustav i tijekom izmjene s okolinom:

o zakon održanja mase,

o zakon održanja energije.

1.3.1. Ekosustav

Ekosustav – funkcionalna cjelina koja uključuje životno stanište i životnu zajednicu.

Životno stanište ili biotop – dio biosfere koji je naseljen određenim biljnim i životinjskim vrstama.

Životna zajednica ili biocenoza – skup svih biljnih i životinjskih vrsta na nekom prostoru u određenom vremenu, odnosno skup populacija biljnih i životinjskih vrsta koje su međusobno povezane međuodnosima.

Vrsta – grupa prirodnih populacija rasplodno izoliranih od drugih grupa.

Populacija – grupa jedinki iste vrste koja nastanjuje određeni prostor.

11.3.2013

11

Ekosustav modelira uzročno-posljedične veze i interakcije između živih bića i njihovih staništa.

Osnovni elementi ekosustava su:

o Voda – egzistencijalna tvar za sva živa bića na zemlji

o Sunčevo zračenje – izvor energije koji pokreče cijeli sustav

o Zrak – izvor O2 i CO2, sudjeluje u hidrološkom ciklusu

o Tlo – spremnik hranjivih tvari i vode, medij za rast biljki, stanište nekih vrsta životinja.

Ekosustav nije moguće promatrati zasebno jer postoje stalne interakcije s okolinom koje se registriraju kao ulazi i izlazi energije, tvari i biomase. Interakcijom ekosustava s okolinom mijenjaju se njegove biotičke i abiotičke komponente.

Migracije organizama mogu biti aktivne i pasivne (mogu migrirati koristeći se vlastitom energijom, ili za to mogu koristiti vanjske izvore energije – zračna, morska i vodena strujanja).Tlo i organska tvar se pronosi kroz sustav egzodinamskim procesima (erozija, abrazija, klizanje, odronjavanje, transport, sedimentacija,…)

Ekosustav

11.3.2013

12

1.3.2. Urbani ekosustav

Kako bi se razumjeli odnosi između urbanih sredina i okoliša, neophodno je proučiti i razumjeti procese koji se odigravaju unutar njih, vrste interakcija koje se odvijaju među njima, te utjecaje tih interakcija na funkcioniranje urbanih sredina i okoliša.

Urbana sredina se može promatrati kao sustav koji se sastoji od tri sfere među kojima postoje snažne i neprekidne interakcije:

o abiotička sfera – neživa priroda (atmosfera, litosfera, hidrosfera, pedosfera),

o biosfera – živa priroda (biljni i životinjski svijet),

o antroposfera – ljudsko društvo (politika, ekonomija, kultura, civilno društvo, planiranje, demografija, itd.).

OSNOVNI ELEMENTI URBANOG

EKOSUSTAVA

11.3.2013

13

1.3.3. Urbani vodni sustav i zaštita voda

Urbani vodni sustav – dio prirodnoga hidrološkog ciklusa koji uključuje slivno područje grada, izgrađene i neizgrađene dijelove prirodnog sustava voda te vodnu infrastrukturu na području grada (podsustav urbanog ekosustava).

Sustav ima četiri osnovne funkcije:

o osiguranje dovoljnih količina vode potrebne kakvoće za normalno funkcioniranje urbane sredine,

o odvodnja iskorištenih (otpadnih) voda,

o odvodnja oborinskih voda sakupljenih unutar urbane sredine,

o zaštita urbane sredine od štetnih djelovanja voda (npr. erozije, poplava, leda, i sl.).

Infrastrukturni i prirodnielementi urbanog vodnog sustava:• Lokalni vodni resursi (površinske i podzemne vode, priobalni morski pojas)• Postrojenje za proizvodnju vode za piće• Infrastruktura za transport i raspodjelu vode• Upotreba vode• Infrastruktura odvodnje otpadnih voda• Uređaji za pročišćavanje otpadne vode• Infrastruktura odvodnje oborinske vode• Brane, kanale, ustave, crpne stanice, itd.• itd.

11.3.2013

14

Vodni sustav izgrađen najvećim dijelom unutar područja grada, a smješten unutar jednoga prirodnog vodnoga sustava koji je izmijenjen i prilagođen ljudskim potrebama.

Svrha prilagodbi je prvenstveno zadovoljenje svih potreba urbane sredine, pri čemu se mora voditi računa da se ne poremete prirodni odnosi i ne ugrozi okoliš.

Jedan od najvažnijih zadataka urbanog vodnog sustava je zaštita površinskih i podzemnih voda.

Zaštita voda (količine i kakvoće) se realizira kroz:

o regulacijske sustave i zahvate (održivo zahvaćanje i akumuliranje voda),

o sustav odvodnje otpadnih voda (prikupljanje, odvodnja i pročišćavanje otpadnih voda),

o sustav odvodnje oborinskih voda (prikupljanje, odvodnja i pročišćavanje oborinskih voda).

1.4. Specifičnosti ekonomije gospodarenja okolišem

Kod rješavanja problema gospodarenja okolišem nije moguće sve troškove i dobiti izraziti u novčanim jedinicama.

Problemi:

o štetu od uništenog okoliša ili dobit od čistog okoliša je ponekad vrlo teško procijeniti,

o neke štete ili poboljšanja će nastupiti tek nakon dužeg vremenskog razdoblja,

o veliki stupanj nesigurnosti procjena kratkoročnih i dugoročnih utjecaja na okoliš,

o vrlo teško je utvrditi iskoristivi kapacitet nekih prirodnih resursa.

Primjena tradicionalnih ekonomskih alata kao što je npr. cost-benefit analiza praktično nije moguća.

11.3.2013

15

Odnos između ekonomije i okoliša:

Ekonomski razvoj i zaštita okoliša su komplementarni (bez adekvatne zaštite okoliša nema ekonomskog razvoja, istovremeno bez ekonomskog razvoja nema zaštite okoliša, tipičan primjer je turizam koji je danas u svijetu jedna od najvažnijih gospodarskih grana, bez zaštite okoliša nema razvoja turizma).

Zaštita okoliša zahtijeva znatna financijska sredstva koja se mogu osigurati jedino kroz ekonomski razvoj (zaštitu okoliša danas mogu adekvatno provoditi samo bogatije zemlje).