1. Uvod Značaj vode za ljude, za sav živi svet, za ekosistem, za planetu kao celinu, veoma je veliki i mnogostruk počev od toga da je voda uslov života, pa do mnogih drugih funkcija. Prema tome voda je: osnova života i medijum odakle je život potekao, neophodna namirnica za kompletnu biocenozu uključujući i čoveka, izvor hrane i neophodnih minerala, predmet rada i sredstvo za rad, sredina za mnoge žive organizme, izvor energetskih resursa, mesto rekreacije. Najvaznije od svega je da je uslov opstanka života. Prema podacima Svetske zdravstvene organizacije, danas je već kritična situacija sa rezervama čiste vode i to kako stajaćih i tekućih tako i podzemnih voda koje se koriste za piće. 1 Prirodne vode su složeni rastvori različitih jedinjenja. Pod hemijskim sastavom prirodnih voda podrazumeva se složeni sistem rastvorenih gasova, različitih mineralnih soli i organskih jedinjenja. Po svom hemijskom sastavu prirodne vode su veoma različite. Ta raznolikost je uslovljena ne toliko kvalitativnim sastavom hemijskih elemenata i koncentracijom rastvornih jedinjenja, već odnosom komponenata i različitim oblikom u kojima se one nalaze u prirodnim vodama. Rastvoreni gasovi se u prirodnim vodama nalaze u vidu molekula ili hidratisanih jedinjenja, a mineralna i organska jedinjenja u obliku pravih ili koloidnih rastvora. 1 Pod kvalitetom vode podrazumeva se stanje vodenog sistema, izraženo preko fizičko-hemijskih, hemijskih i bioloških pokazatelja, kako u vodi tako i u sedimentu (talogu, mulju). Promena kvaliteta vode 3
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
1. Uvod
Značaj vode za ljude, za sav živi svet, za ekosistem, za planetu kao celinu, veoma je veliki i
mnogostruk počev od toga da je voda uslov života, pa do mnogih drugih funkcija. Prema tome voda je:
osnova života i medijum odakle je život potekao, neophodna namirnica za kompletnu biocenozu
uključujući i čoveka, izvor hrane i neophodnih minerala, predmet rada i sredstvo za rad, sredina za
mnoge žive organizme, izvor energetskih resursa, mesto rekreacije. Najvaznije od svega je da je uslov
opstanka života. Prema podacima Svetske zdravstvene organizacije, danas je već kritična situacija sa
rezervama čiste vode i to kako stajaćih i tekućih tako i podzemnih voda koje se koriste za piće.1
Prirodne vode su složeni rastvori različitih jedinjenja. Pod hemijskim sastavom prirodnih voda
podrazumeva se složeni sistem rastvorenih gasova, različitih mineralnih soli i organskih jedinjenja. Po
svom hemijskom sastavu prirodne vode su veoma različite. Ta raznolikost je uslovljena ne toliko
kvalitativnim sastavom hemijskih elemenata i koncentracijom rastvornih jedinjenja, već odnosom
komponenata i različitim oblikom u kojima se one nalaze u prirodnim vodama. Rastvoreni gasovi se u
prirodnim vodama nalaze u vidu molekula ili hidratisanih jedinjenja, a mineralna i organska jedinjenja u
obliku pravih ili koloidnih rastvora.1
Pod kvalitetom vode podrazumeva se stanje vodenog sistema, izraženo preko fizičko-hemijskih,
hemijskih i bioloških pokazatelja, kako u vodi tako i u sedimentu (talogu, mulju). Promena kvaliteta
vode nastaje kao posledica endodinamičkih, ali sve češće i antropogenih sukcesija.
Pod zagađivanjem voda podrazumeva se svaka kvalitativna i kvantitativna promena fizičkih i
bioloških svojstava i sastava vode. Zagađenje se može kategorisati i kao: urbano, industrijsko,
poljoprivredno itd.
Sve komponente hemijskog sastava prirodnih voda uslovno možemo podeliti u pet grupa:
glavni ili makroelementi,
rastvoreni gasovi,
biogeni elementi,
mikroelementi i
organska jedinjenja.
3
Pored ovih komponenti, prirodne vode mogu da sadrže i druge sastojke koji u vodu dospevaju na
različite načine (teški metali, policiklični aromatični ugljovodonici, PAU, odnosno PAHs, deterdženti,
pesticidi i druge toksične supstance).
Kvalitet vode zavisi od koncentracije gore navedenih komponenti. Povećane koncentracije nekih
od komponenata mogu dovesti do neželjenih posledica po zdravlje gotovo svih živih bića na svetu, što
naravno uključuje i čoveka.1
2. Aromatična ugljovodonici
Da bi govorili o uticaju aromatičnih ugljovodonika na životnu sredinu i o posledicama
kontaminacije vode ovim jedinjenjima, treba najpre nešto reći o njihovoj strukturi i hemijskim sastavu i
osobinama.
2.1. Struktura aromatičnih ugljovodonika
Aromatični ugljovodonici predstavljaju posebnu grupu ugljovodonika i oni se hemijski razlikuju
od zasićenih i nezasićenih ugljovodonika.
Njihova osnovna karakterisika je benzenov prsten, na osnovu čega se mogu smatrati derivatima
benzena.
4
Benzenov prsten se sastoji iz tri konjugovane dvostruke veze (Slika 1.).
Slika 1. Benzenov prsten
Benzen je bezbojna tečnost specifičnog mirisa. Zapaljiv je i gori čađavim plamenom, što je
karakteristika svih aromatičnih jedinjenja.
Benzen i njegovi homolozi su slabo polarni, nerastvorni u vodi, rastvorni u nepolarnim rastvaračima kao
što su alkohol, etar, ugljentetrahlorid, itd.2
Dva ili više benzenovih prstenova mogu biti vezani prostom vezom u jedinjenjima kao što su
bifenil, terfenil, itd. (Slika 2.).
terfenilbifenil
Slika 2. Bifenil i terfenil
Aromatični prstenovi mogu biti spojeni i preko zajedničkih ugljenikovih atoma – kondenzovani
prstenovi (Slika 3.).
5
5
6
7
naftalen antracen fenantren
5 10 4 1 1046
7
88a 8a
8
7
9 12
44a
4b 8
610a 34a 2
3 8a
910a
1
2
34a
Slika 3. Policiklični aromatični ugljovodonici, PAU (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons, PAHs),
primeri
3. Kontaminacija teškim metalima i policikličnim aromatičnim ugljovodonicima
Rapidna ekspanzija i ubrzan razvoj hemijske industrije u XX veku, posebno u poslednjih 30
godina, uslovili su i povećanje količine i kompleksnosti toksičnih otpadnih materija.2
Zagađujuće materije iz urbanih sredina dospevaju u vodotokove iz tri opšta izvora:
1. odvoda sa gradskih ulica,
2. privrede i
3. domaćinstava.
Mogu se podeliti u dve osnovne grupe:
Potencijalno toksični elementi (PTEs): kadmijum (Cd), Hrom (Cr), bakar (Cu), živa (Hg), nikl
pCCA se koristi za određivanje relativne važnosti zagađivača (biološki dostupnih metala i PAHs)
za objašnjenje promenljivosti sastava zajednice makroinvertebrata. Kako bi to izveli, promenljive se
dele na skup kovarijansi i skup promenljivih od interesa. Kovarijable predstavljaju promenljive staništa
koje nisu od primarnog značaja za istraživanje i kao takve ne ulaze u sastav sintetičkih gradijenata.3
Promenljive od interesa koriste se za konstrukciju sintetičkih gradijenata, koji u stvari
predstavljaju koncentracije teških metala i PAHs iz korita. Uz kovarijable koje predstavljaju gradijente
koji su već odvojeni, uređeni dijagrami predstavljaju jedinstvene odnose (optimalnu obilnost) između
makroinvertebrata, teških metala i PAHs.
Analiza je sprovedena primenom programa CANOCO 4.0 (podaci su prebačeni u CANOCO 4.0
format uz pomoć priručnog programa CanoImp). Serija 1 predstavlja prvu ekstrakciju, gde su
biodostupni metali ugrađeni u makroinvertebrate (zabeleženo u toku meseca septembra). U Seriji 2,
ispitivan je uticaj PAHs na makroinvertebrate. U suštini, podaci su prikazani rangiranjem i dalje su
ispitani pomoću uređenih dijagrama. U Tabeli 1., prikazano je prvih 10 promenljivih koje objašnjavaju
uticaj metala i PAHs na sastav zajednice makroinvertebrata.3
Tabela 1. Deset najuticajnijih veličina (teški metali, PAHs i karakteristike vode) na sastav zajednica
makroinvertebrata
Rangiranje familija, u smislu identifikacije tolerantnih i osetljivih vrsta makroinvertebrata,
olakšano je interpretacijom uređenih dijagrama (Tabele 2. i 3.). Na uređenim dijagramima, promenljive
sa dužim strelicama su jače povezane sa obrscem promene u kompoziciji vrsta u odnosu na one sa
kraćim strelicama. Familije čije se tačke projektuju blizu vrhova strelica su jako ograničeni strimovi sa
14
odgovarajućim karakteristikama i obrnuto za familije čije se krajnje tačke projektuju na niži deo
strelica.3
3.5. Rezultati i diskusija
Rezultati podržavaju glavnu hipotezu da, kako suburbanizacija raste, može se očekivati da se
koncentracija metala i PAHs povećava, što je u skladu sa Andohom (1994) Ellis et al. (1997), Marsalek
et al. (1999), and Lee and Bang (2000).
Pažljive analize podataka o metalima pokazuju da oticaji na autoputevima nisu uvek najgori
krivac. Zagađenje cinkom je pronađeno u više delova gradova. Kod ovih gradova je pronađeno da imaju
ozbiljno izvorište zagađenja zbog saobraćaja. Cink je glavni metal u gumama. Predpostavlja se da su
velike količine cinkovih naslaga posledica velikog toka saobraćaja (ogromni A putevi gde usporavanje
prouzrokuje da se sa guma iskrza - deo koji je pun cinka).3
Lokacije 59 i 60 pokazuju najvišu ukupnu koncentracuju jer oticanje potiče od glavnih
raskrsnica i izlaznih traka autoputa koja prestavlju mesta kočenja vozila. Lokacije 40 i 41 dobijaju
oticanje iz industrijskih ispusta.
Lokacija 54 je pokazala veoma veliku koncentraciju bakra u Septembru 1999, i dalja istraga je
pokazala da je ovo prolivanje ili nelegalno bacanje. Istrajnost takvih kratkoročnih varijacija u
hemijskom sastavu sedimenata zahteva dalja istraživanja. Obrasci od maja do septembra variraju, ali ne
vrlo bitno.3
PAH rezultati su takođe pokazali povećanje koncentracionog gradijenta od seoskog, kroz gradski
do industrijskog korišćenog zenljišta. Međutim, rezultati ovog istraživanja pokazuju da ovo očito nije
uvek tačno i zavisi od individualnog elementa. Delovi grada sa parking mestima pored puta akumuliraju
veće koncentracije PAHs zbog velikih koncentracija njihovih derivata, gde ulja često cure iz automobila
na asfalt.3
Rizik od zagađenja je shvaćen, a on se i dalje komplikuje sa potočnim ili rečnim
karakteristikama u koje se otok odvodi.
3.5.1. Ukupno zagađenje teškim metalima
15
Procena toksičnosti koncentracije odgovarajućih metala u sedimentima ograničena je
nedostatkom standarda u Evropi i Ujedinjenom Kraljevstvu, ali možemo da uporedimo rezultate
dobijene od strane Ministarstva životne sredine Ontarija (Slika 5). Za svaki metal postoje određene
lokacije na kojima koncentracija metala prelazi dozvoljen granice, a metali koji imaju najveći broj
odstupanja su Pb i Zn. Usled toga, sediment se klasifikuje kao potencijalno toksičan za beskičmenjake i
ribe. Olovo i cink koji se javljaju u prirodi usled izduvnih gasova i cink koji se u prirodi javlja kao
rezultat nepropisnog bacanja automobilskih guma, mogu se povezati sa zagađenijim lokacijama, sa
gustim saobraćajem, kod kojih je koncentracija ovih metala daleko iznad dozvoljenih granica.3
Bilo bi poželjno iskoristiti ograničenja iz Ujedinjenog Kraljevstva koja se odnose na dozvoljeni
stepen toksičnosti sedimenta, a koja su zasnovana na biodostupnim, a ne ukupnoj količini metala. Ova
ograničenja su osetljivija u odnosu na ona koja se baziraju na ukupnoj količini metala, iako njihova
primena zahteva primenu u skladu sa lokalnim hidrološkim i uslovima vodostaja.3
16
Slika 5. Ukupna zagađenost sedimenata teškim metalima
17
Slika 6. Koncentracije tri PAHs u sedimentima
3.5.2. Zagađenje biodostupnim metalima
18
Kod pCCA analiza, koriste se podaci o biološki dostupnim metalima, a ne o ukupnoj količini
metala, na osnovu čega se može zaključiti da su Zn i Ni najznačajniji metali kod sastava zajednica
makroinvertebrata (Tabela 2.). Iako je ukupna količina Ni mnogo manja u odnosu na Cu ili Pb, Ni je
dostupniji, tako da su to neke od činjenica koje će nam pomoći u preciznim merenjima koja se odnose
na sastav vodotoka. Iako su koncentracije Cu i Pb mnogo veće, njihove biološke koncentracije nisu na
nivou koji bi predstavljao opasan nivo. Ciljanjem na područja u kojima je koncentracija najviša i
uspostavljanjem dozvoljenog praga koji se odnosi na toksičnost, mogao bi se preduprediti ekološki
“stres”.3
Tabela 2. Osetljivost familija makroinvertebrata na teške metale
Tabela 3. Osetljivost familija makroinvertebrata na PAHs
19
Serija 2 (Tabela 2.) nam pokazuje da nisu samo PAH koji se u toku nalaze u najvećim
koncentracijama jedini koji imaju veliki uticaj na ekologiju toka. Grupa predstavljena fluorantenom je
bila na petom mestu bez obzira što je njena koncentracija najveća. Najznačajniji PAHs su oni koji su
predstavljeni u vidu benzo(b)fluorantena, a koji, iako je prisutan u manjim koncentracijama, ima
kancerogeno dejstvo na beskičmenjake. pCCA nam govori da nije bitna samo ukupna kontaminacija, jer
su uticaji na ekeologiju toka mnogo suptilniji.3
3.5.3. Familije indikatora
pCCA nam omogućava da dobijemo detaljnije odnose između zagađivača i familija
beskičmenjaka (slike 7 i 8).
20
Slika 7.Ekološki prikaz na osnovu serije 1 - pCCA
(familije su prikazane krstićima)
21
Slika 8. Ekološki prikaz na osnovu serije 2 - pCCA
(familije su prikazane krstićima)
U literaturi se može pronaći podatak da zagađenje metalom dovodi do smanjenja vrste
Ephemeroptera (vodeni cvet), a umesto njih dolazi do povećanja vrsta Chironomids i Oligacheates.
Ovaj efekat je potvrđen u vodenim tokovima u Jorkširu, uz dodatni “nedostatak” vrsta Leptoceridae and
Ephemerellidae. Rasprostranjenost vrste Baetidae i njena centralna uloga u uređenim dijagramima vrsta-
okruženje potvrđuje istraživanja koje je sproveo Gower (1994).3
Slično, postoji promenljiva tolerancija - familije Plecoptera (geljavac) i Leuctridae su nešto
tolerantnije u odnosu na Nemouridae, dok je Chloroperlidae naročito otporna na metale. Tricoptera
(žižak) familije imaju nešto veću toleranciju, naročito Polycentropodidae, Rhyacophilidae, i
22
Hydropsychidae, pri čemu poslednje dve familije preferiraju lokacije sa većom koncentracijom
rastvorenog kiseonika. Limnephilidae i Sericostomatidae su mnogo osetljivije vrste. Asellidae su
tolerantnije na veći broj teških metala.4
Slika 9. Makrobeskičmenjaci (grupa 1 - generalno netolerantni na zagađenje;grupa 2 – nalaze se u širokom spektru kvaliteta vode;grupa 3 – generalno tolerantni na zagađenje;)
Rangiranje (Tabela 2.) generisano na osnovu uređenog dijagrama (Slika 6.) otkriva nam nekoliko
familija koje su se našle u rizičnoj zoni usled zagađenja metalom, pre svega Ephemerellidae,
Ephemeridae, Nemouridae i Planorbidae. Na osnovu rizika koji potiču od PAHs, Hydrometridae i
Ephemeridae su vrste sa najvećim rizikom. Leptoceridae, Philopotamida, Ondontoceridae i
Heptageniidae nisu previše osetljive na metale, ali su naročito osetljive na više PAH nivoe (Tabela 2).
Kod Plecoptera familija, Leptoceridae su naročito osetljive, mnogo više od Nemouridae,
Chloroperlidae i Perlodidae. Kod Tricoptera larvi, samo Polycentropodidae ima osrednju toleranciju na
23
PAHs (Slika 8.). Ephemerelidae, iako su manje osetljive na metale, imaju toleranciju na zagađenje
PAH-ovima.
Slika 10. Neki od primera osetljivih makrobeskičmenjaka na zagađenje
3.6. Zaključak
SUDS nam ukazuje da bi menadžment sistema za odvod trebao da bude usmeren na smanjenje
zagađenja, tako da se ekološki kvalitet očuva ili obnovi. Identifikacija toka, ili delova toka od rizika,
otežano je lokalnim uslovima. Dok su se prethodne studije koncentrisale na najgore sluačajeve, ova
studija je koncentrisana na podesne lokacije.
Rezultati dobijeni sa 62 lokacije su puni podataka, potrebnih i nepotrebnih, ali nam daju dobru
indikaciju problema. Oni nam pružaju šire područje za razmatranje menadžmenta. Na komercijalnim
24
parkinzima kao i parkinzima u naseljenim mestima PAH zagađenje je mnogo veće u odnosu na auto
puteve.
Pokazali smo da nam ukupno zagađenje od strane metala i PAHs može dovesti do pogrešnih
zaključaka. Biološki dostupni metali su mnogo korisniji i kontaminanti koji su najobilniji ne moraju da
izazovu najveću biološku štetu. pCCA rezultati daju nam mnogo bolji uvid - iako je koncentracija Ni i
Zn manja od koncentracije Pb, oni imaju mnogo veći uticaj, a tkđ. je i u uticaj benzo(b)fluorantena i
PAHs iz grupe antracena veoma značajan.3
Mesta uzorkovanja su heterogena, tako da su specifične karakteristike tih mesta od najveće
važnosti. Ovi rezultati nam govore da menadžment rizika može da izvuče veliku korist od:
kontrole oticanja sa područja sa visokom koncentracijom ugljovodonika, kao što su parkinzi, bez
obzira na njihovu veličinu ili protok saobraćaja;
identifikacije mesta uzorkovanja koja su izvor zagađenja od biodostupnih metala, Ni i Zn
(najčešće različita mesta na putnim pravcima),
uspostavljanja ograničenja za sadržaj biodostupnih metala i PAHs u sedimentima.
4. Literatura
1. Službeni glasnik SRS 1982. Pravilnik o opasnim materijama u vodi. Broj 31/8
2. Reviewing the impact of metals and PAHs on macroinvertebrates in urban watercourses ,Gary
Beasley School of Geography, University of Leeds, Leeds LS2 9JT, UK ,1999
3. Assessment of heavy metal and PAH contamination of urban streambed sediment on
macroinvertebrates, Gary Beasly and Pauline E.Kneale, Water, Air and Soil Pollution: Focus: 4, 563-