Download
1 / 48
480 likes | 623 Views
Uni wersytet Śląski w Katowicach. Promocja praktycznego wykorzystania osiągnięć nauki dla rozwiązywania zagadnień gospodarki wodno-ściekowej Andrzej Kowalczyk współpraca: Paweł Migula , Andrzej Woźnica. Europejski Kongres Gospodarczy 2011.
E N D
Uniwersytet Śląski w Katowicach Promocja praktycznego wykorzystania osiągnięć nauki dla rozwiązywania zagadnień gospodarki wodno-ściekowej Andrzej Kowalczyk współpraca: Paweł Migula, Andrzej Woźnica Europejski Kongres Gospodarczy 2011
Uniwersytet Śląski w Katowicach • Zaopatrzenie w wodę – główne elementy systemu • źródła wody • pobór – ujęcia • uzdatnianie – stacje uzdatniania • dystrybucja/dostawa wody – sieć dystrybucji • odbiór ścieków – systemy odbioru • oczyszczanie ścieków – oczyszczalnie • odbiornik ścieków – wody powierzchniowe, inne … Europejski Kongres Gospodarczy 2011
Uniwersytet Śląski w Katowicach • Zapewnienie jakości wody • w źródle • monitoring, ochrona – obszary ochronne i strefy • ochronne ujęć, sterowanie eksploatacją w skali źródła • na ujęciu • monitoring , uzdatnianie, sterowanie eksploatacją ujęcia • w sieci dystrybucji • monitoring, technologia dostawy, sterowanie, stan sieci.. Europejski Kongres Gospodarczy 2011
Uniwersytet Śląski w Katowicach Źródła i sposoby zaopatrzenia w wodę w województwie śląskim z wód powierzchniowych - Katowice, Tychy...... z wód podziemnych - Częstochowa, Racibórz, Dąbrowa Gór. Tarnowskie Góry... z ujęć własnych - Racibórz, Częstochowa… z ujęć innych właścicieli - Mysłowice, Katowice, Sosnowiec… z ujęć położonych na terenie miasta - Racibórz... z ujęć położonych poza terenem miasta - Katowice, Sosnowiec, Chorzów… Europejski Kongres Gospodarczy 2011
Uniwersytet Śląski w Katowicach • Przykłady prac badawczo-wdrożeniowych • realizowanych w Uniwersytecie Śląskim • Wody powierzchniowe - projekt ZIZOZAP • Wody podziemne • - wpływ likwidacji górnictwa rudnego • na zasoby wód podziemnych i ich pobór ujęciami • - przyczyny pojawienia się niklu w wodzie na ujęciu • - wpływ miast na wody podziemne (Tarnowskie Góry, Tarnów) • System wczesnego ostrzegania o zanieczyszczeniu wód - ABTOW Europejski Kongres Gospodarczy 2011
Zintegrowany system wspomagający zarządzaniem i ochroną zbiornika zaporowego (ZiZOZap) Projekt POIG 01.01.02-24-078/09 2010-2014 1. Badania i rozwój nowoczesnych technologii 1.1. Wsparcie badań naukowych dla budowy gospodarki opartej na wiedzy 1.1.2 Strategiczne programy badań naukowych i prac rozwojowych
Konsorcjum naukowe • Uniwersytet Śląski • Politechnika Krakowska • Instytut Podstaw Inżynierii Środowiska PAN • Instytut Ekologii Terenów Uprzemysłowionych • Partner strategiczny: • Górnośląskie Przedsiębiorstwo Wodociągów S.A.
Główne przesłanki dla Projektu ZiZOZap wynikają z: • konieczności spełnienia wymogów wprowadzenia zrównoważonej gospodarki w zarządzaniu zasobami wodnymi w zgodzie z wymienionym celem RDW w odniesieniu do zbiorników retencyjnych • braku wielu odpowiednich narzędzi wspomagających tak ukierunkowane zarządzanie zbiornikami retencyjnymi
Celogólny (1) Rozwiązanie problemu obniżania się potencjału ekologicznego i funkcjonalnego zbiorników retencyjnych w wyniku ich starzenia się i wpływu zagospodarowania przestrzennego obszaru zlewni
Celogólny (2) Spełnienie wymogów Ramowej Dyrektywy Wodnej EU w zakresie poprawy zabezpieczenia potrzeb bytowych ludności i zaopatrzenia w wodę przy zachowaniu wysokich standardów jakości środowiska i bezpieczeństwa środowiskowego w sytuacjach ekstremalnych
Celebezpośrednie (1) Rozwiązanie problemu obniżania się potencjału ekologicznego i funkcjonalnego zbiorników retencyjnych w wyniku ich starzenia się i presji powodowanej zagospodarowaniem obszaru zlewni i ich skutków przy jednoczesnym oczekiwanym wzroście wymagań dotyczących tego potencjału Opracowanie systemu informacyjnego bazującego na monitoringu, modelu zintegrowanym, modelach szczegółowych i scenariuszach gospodarki wodnej umożliwiających bieżącą ocenę stanu jakościowego i funkcjonalnego, oraz prognozę krótko- i długoterminowych zmian zbiornika zaporowego. System będzie narzędziem ułatwiającym podejmowanie racjonalnych decyzji w zakresie: ochrony i utrzymania funkcji zbiornika, oraz społeczno-ekonomicznym dotyczącym zbiornika przy zapewnieniu dobrego potencjału ekologicznego
Cel bezpośredni (2) Rezultaty projektu wypełnią lukę pozwalającą na spełnienie zasad RDW, także w innych krajach, bowiem zintegrowane modele dotyczące zbiorników zaporowych nie są dostępne. Możliwość współpracy specjalistów z różnych dziedzin nauki Integracja wysiłków w tematyce łączącej praktykę z badaniami naukowymi i możliwość efektywniejszego rozwiązywania kolejnych zadań, niewykonalnych dla mniejszych i bardziej sprofilowanych zespołów badawczych. Włączenie studentów i doktorantów do badań i prac aplikacyjnych w projekcie otwiera im lepsze możliwości pracy, a także kontynuację pracy naukowej w fazie wdrażania projektu. Rozwiązanie problemu obniżania się potencjału ekologicznego i funkcjonalnego zbiorników retencyjnych w wyniku ich starzenia się i presji powodowanej zagospodarowaniem obszaru zlewni i ich skutków przy jednoczesnym oczekiwanym wzroście wymagań dotyczących tego potencjału
Przyjęta strategia Od analizy przyczynowo-skutkowej problemu systemem DPSIR, przez budowanie baz danych, modele ilościowe i jakościowe, ich weryfikację i przygotowanie Zintegrowanego Systemu Zarządzania Zbiornikiem wraz z instrukcjami interpretacji wyników pracy systemu, opracowanymi scenariuszami zarządzania (scenariusze pracy + modelowanie + interpretacja) to produkty a zarazem najważniejsze rezultaty końcowe projektu. Zaproponowane użycie nowoczesnych metod badawczych (np. dla procesów mikrobiologicznych w wodzie, użycie biomarkerów dla ocen ryzyka środowiskowego, fitoremediantów dla oczyszczania wód), po selekcji i weryfikacji będą podstawą wniosków wdrożeniowych i patentowych. Rozwiązanie problemu obniżania się potencjału ekologicznego i funkcjonalnego zbiorników retencyjnych w wyniku ich starzenia się i presji powodowanej zagospodarowaniem obszaru zlewni i ich skutków przy jednoczesnym oczekiwanym wzroście wymagań dotyczących tego potencjału
Metodologia DPSIR Brak wiedzy o funkcjonowaniu ekosystemów Wzrost gęstości zaludnienia Zrzuty odpadów przemysłowych Kumulowanie się ksenobiotyków w środowisku Pojawianie się gatunków inwazyjnych` driver Niekorzystne zjawiska naturalne Chaos działań pressure Eksploatacja środowiska – analiza przyczyn Analiza stanu środowiska – monitoring badawczy i operacyjny state Zakłócenie równowagi, podniesienie kosztów eksploatacji środowiska impact response Monitoring z systemami wspomagającymi zarządzanie środowiskiem Tworzenie prawa promującego rozwiązania korzystne dla środowiska Racjonalne kształtowanie świadomości społeczeństw Racjonalne tworzenie obszarów chronionych
zizozap Gospodarowanie środowiskiem wodnym Zapobieganie powodziom Pobór wód do uzdatniania Gospodarka rybacka Wyrównanie odpływów niżówkowych w okresie suszy Ochrona siedlisk ptaków Rekreacja Zrzut ścieków komunalnych i poprzemysłowych
: ZiZOZap - System informacyjny • Opiera się na: • monitoringu badawczym • monitoringu operacyjnym • Składniki systemu : • modele szczegółowe • model zintegrowany • scenariusze gospodarki wodnej
Zadania - efekty Dokumentacja, która powstanie w oparciu o szczegółowe badania modelowe na Zbiorniku Zaporowym w Goczałkowicach będzie wdrażana dla innych zbiorników zaporowych w kraju a także w krajach Unii Europejskiej, zapewniając tym samym mocne ugruntowanie nauki Polskiej w trójkącie wiedzy opartej na bazie: nauka + technologia + innowacja oraz zabezpieczenie realizacji programów, których celem jest osiągnięcie rozwoju zrównoważonego przez wpływ na i stabilność procesów przyrodniczych i równowagę ekologiczną
Uniwersytet Śląski w Katowicach Wpływ likwidacji górnictwa rudnego na zasoby wód podziemnych i na ujęcia Projekt zamawiany przez Górnośląskie Przedsiębiorstwo Wodociągów S.A. Europejski Kongres Gospodarczy 2011
Uniwersytet Śląski w Katowicach Pobór wód podziemnych i powierzchniowych 1 - Główne zbiorniki 2 - Kopalnie Zn-Pb 3 - Kopalnie węgla 4 - Kopalnie piasku 5 - Ujęcie wód powierzchniowych 6 - Studnie 7 - Szyby MGWB OL –ZAW ca 400 000 m3/day MGWB Chrzanów ca 72 000 m3/day Szczakowa SP ca 86 000 m3/day Europejski Kongres Gospodarczy 2011
Uniwersytet Śląski w Katowicach • Wpływ likwidacji górnictwa rudnego na zasoby wód podziemnych i ich pobór ujęciami • Problemy • wzrost zawartości niektórych składników i twardości wody • konieczność uzdatniania wody lub zamykania studni/ujęć • wpływ likwidacji górnictwa rud cynku i ołowiu na jakość wód • podziemnych i powierzchniowych • potrzeba optymalizacji poboru wody oraz infrastruktury ujmowania • i dystrybucji wody Europejski Kongres Gospodarczy 2011
Uniwersytet Śląski w Katowicach Zmiany wybranych wskaźników zanieczyszczenia wody w Kanale Głównym (Kopalnia Szczakowa) Ujęcie GPW Fe, Mn SO4 TDS Europejski Kongres Gospodarczy 2011
Uniwersytet Śląski w Katowicach Ujęcie wód podziemnych ŁAZY BŁĘDOWSKIE Zmiany zawartości SO4 w wodach na tle zmian głębokości do zwierciadła wody w studniach Zmiany SO4 oraz położenia zwierciadła wody w studni 4bis Zmiany SO4 oraz położenia zwierciadła wody w studni 1bis • Obserwowany jest istotny wzrost zawartości siarczanów, magnezu oraz twardości wody od 1990 r. Największe zmiany wystąpiły w latach 1997 i 1998, po wysokich opadach atmosferycznych. Europejski Kongres Gospodarczy 2011
Uniwersytet Śląski w Katowicach Zmiany zawartości SO4 w wybranych studniach ujęcia na tle zmian poboru i głębokości do zwierciadła wody Europejski Kongres Gospodarczy 2011
Uniwersytet Śląski w Katowicach Zmiany wybranych wskaźników zanieczyszczenia wody w ujęciu Ryszka na Sztole Fe, Mn SO4 TDS Europejski Kongres Gospodarczy 2011
Uniwersytet Śląski w Katowicach • Wpływ likwidacji górnictwa rudnego na zasoby wód podziemnych i ich pobór ujęciami • WYNIKI • wyjaśniono przyczyny zmian składu chemicznego i jakości wód, • zidentyfikowano zjawiska oraz czynniki i procesy odpowiedzialne za zmiany • postawiono prognozę zmian jakości wody w poszczególnych ujęciach • uszeregowano ujęcia wg malejącego ryzyka zmian jakości wody Europejski Kongres Gospodarczy 2011
Uniwersytet Śląski w Katowicach Mobilizacja niklu w wodach podziemnych Przykład Projekt własny • 60 tys. mieszkańców • 100% zaopatrzenia z wód podziemnych Europejski Kongres Gospodarczy 2011
Uniwersytet Śląski w Katowicach • Mobilizacja niklu w wodach podziemnych • PRZYKŁAD UJĘCIA • Stopniowo ograniczano pobór wody - o ok. 50 % • Nastąpił wznios zwierciadła wody podziemnej • W 1997 r. wystąpiła powódź • Pojawił się nikiel w wodzie ze studni ujęcia po powodzi w 1997 r. • Nastąpił wzrost zawartości innych składników w wodzie • Pogorszenie jakości aż do wykluczenia niektórych studni • z eksploatacji Europejski Kongres Gospodarczy 2011
Uniwersytet Śląski w Katowicach Pytanie - jaka jest przyszłość ujęcia ? Cel badań • Wyjaśnić przyczyny pojawienia się niklu w wodzie pobieranej studniami • Wskazać czynniki i procesy odpowiedzialne za pojawienie się niklu • Jaka jest przyszłość ujęcia w związku z aktualnymi i prognozowanymi zmianami jakości wody Europejski Kongres Gospodarczy 2011
Uniwersytet Śląski w Katowicach • Wyniki badań • Czynniki odpowiedzialne • - ograniczenie poboru wody > wznios zwierciadła wody > • powódź > wlanie się wód powodziowych do warstwy wodonośnej • Procesy • - Piryt – pierwotnym źródłem niklu • utlenianie pirytu oraz pochodnych jego utleniania > uwalnianie • Niklu i zmiany zawartości innych elementów w wodzie • Wniosek końcowy – ograniczenie niklu w wodzie po wyczerpaniu potencjału jego uwalniania Europejski Kongres Gospodarczy 2011
Uniwersytet Śląski w Katowicach Koncentracja Niklu w profilu wiercenia Water table 94% Ni bound to oxides 6% bound to pyrite All Ni bound to pyrite Maximal admissible concentration: 0,02 mgNi/L =0,339 molNi/L Europejski Kongres Gospodarczy 2011
Uniwersytet Śląski w Katowicach Wpływ urbanizacji na wody podziemne Projekt własny finansowany przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego pt.: Wpływ urbanizacji na zasoby i eksploatację wód podziemnych na przykładach miast Tarnowskie Góry i Tarnów. Wykonawcy Uniwersytet Śląski – koordynator Akademia Górniczo-Hutnicza Politechnika Warszawska Przy współpracy: Górnośląskie Przedsiębiorstwo Wodociągów S.A. w Katowicach, Veolia Woda sp. z o.o. Zakład Wodociągów i Kanalizacji w Tarnowskich Górach oraz Wodociągi Tarnowskie Europejski Kongres Gospodarczy 2011
P6 P20 P5 P28 P14Q2 P9 P14Q1 P24 P24A P25 PQ31 P22 PQ1 P23 P26 P29 PQ30 Elektrocarbon Chemet PWiK Koehler PWiK Opatowice Tagor Uniwersytet Śląski w Katowicach Rejon składowisk Zakładów Chemicznych w Tarnowskich Górach - obszar kompleksowych badań nad zanieczyszczeniem wód podziemnych A B Europejski Kongres Gospodarczy 2011
Uniwersytet Śląski w Katowicach • Wpływ urbanizacji na wody podziemne • Tarnowskie Góry – problemy do rozwiązania • wpływ składowisk odpadów Zakładów Chemicznych • w Tarnowskich Górach na wody podziemne • skuteczność likwidacji składowisk • zanieczyszczenie wód podziemnych rozpuszczalnikami (TRI i TETRA) • zagrożenie ujęć na terenie miasta i na obrzeżach • prognoza rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń z terenu • Zakładów Chemicznych i ich zanikanie • prognoza rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń TRI i TETRA • z terenu miasta – samooczyszczanie się środowiska Europejski Kongres Gospodarczy 2011
Uniwersytet Śląski w Katowicach Lokalizacja obszaru badań 1 – punkty poboru prób w 2010 roku 2 – hydroizohipsy [m n.p.m.] 3 – kierunki przepływu wód 4 – rzeki 5 – jeziora 6 – granice GZWP Gliwice 7 – obszar zabudowany 8 – obszar dawnej eksploatacji rud Zn-Pb 9 – granice gminy Europejski Kongres Gospodarczy 2011
Uniwersytet Śląski w Katowicach Stężenie sumy TCE i PCE w latach 2000(A), 2004(B) i 2010(C) 1 – granice GZWP Gliwice 2 – granice gminy Tarnowskie Góry Europejski Kongres Gospodarczy 2011
Uniwersytet Śląski w Katowicach Stężenie sumy trichloroetenu i tetrachloroetenu w wodzie ze studni w Zbrosławicach i Zawadzie 1 – studnia w Zbrosławicach 2 – studnia w Zawadzie 3 – maksymalna dopuszczalna wartość zanieczyszczenia (suma TCE i PCE) dla wód pitnych Europejski Kongres Gospodarczy 2011
Uniwersytet Śląski w Katowicach • Metody badań hydrogeologicznych • terenowe z wierceniem otworów badawczych • laboratoryjne – fizykochemiczne i izotopowe wody • badania mineralogiczne osadów • modelowanie hydrodynamiczne • modelowanie hydrogeochemiczne • monitoring stanu wód podziemnych • obserwacje tempa przemieszczania się i trendów zmian zawartości • składników w wodach • symulacje procesów na modelach matematycznych • MNA – monitorowane samooczyszczanie Europejski Kongres Gospodarczy 2011
Uniwersytet Śląski w Katowicach Analiza fizykochemiczna osadów wodnych z Zakładu Produkcji Wody „Maczki” G. Chełkowska, K. Mateja-Kaczmarska A. Ratuszna, D. Skrzypek, A. Winiarski Zakład Fizyki Ciała Stałego, Instytut Fizyki im. Augusta Chełkowskiego, Uniwersytet Śląski, ul. Uniwersytecka 4, 40- 007 Katowice Badaniu poddane zostały: osady z poletek wód popłucznych, woda z płukania złoża filtracyjnego, woda surowa oraz woda uzdatniona. Pobrane próbki osadów badane były za pomocą następujących metod: - spektrometrii fotoelektronów wzbudzanych promieniami rentgenowskimi (XPS), - dyfrakcji promieni rentgenowskich, - spektroskopii elektronowego rezonansu paramagnetycznego (EPR). Europejski Kongres Gospodarczy 2011
Uniwersytet Śląski w Katowicach Stwierdzono, że stosowane metody uzdatniania wody w całości eliminują związki szkodliwych pierwiastków zawartych w wodzie surowej, a głównym składnikiem wody uzdatnionej jest węglan wapnia. Kompleksowe badania osadów wodnych za pomocą różnych metod pozwalają na lepszą i pełniejszą ich charakteryzację, a w szczególności uzyskanie danych będących cennym uzupełnieniem wyników uzyskanych stosowanymi dotychczas metodami standardowymi. Europejski Kongres Gospodarczy 2011
Uniwersytet Śląski w Katowicach ABTOW Automatyczny Biodetektor Toksyczności Ogólnej Wodyjako narzędzie monitorowania jakości wody Europejski Kongres Gospodarczy 2011
Uniwersytet Śląski w Katowicach ABTOW jest detektorem toksyczności ogólnej w wodzie to znaczy umożliwia ocenę wypadkowego efektu toksycznego wynikającego z pojawienia się w wodzie różnych substancji chemicznych. Daje szybką odpowiedź na pojawienie się w wodzie substancji niebezpiecznych o niskich stężeniach, zapewnia niski koszt eksploatacji, jest prosty i łatwy w obsłudze, ze względu na wykorzystanie bakterii autochtonicznych nie wpływa negatywnie na środowisko. Europejski Kongres Gospodarczy 2011
Uniwersytet Śląski w Katowicach Nowoczesne ujęcie zagadnienia jakości wód wymaga uzupełnienia o propozycję Światowej Organizacji Zdrowia (WHO) dotyczącą włączenia do dyrektywy 98/83WE obowiązku wdrażania tzw. planów bezpieczeństwa wody (WaterSafetyPlans). Plany te nakładają na instytucjonalnych dostawców wody obowiązek monitorowania bezpieczeństwa toksykologicznego wody od dostawcy do konsumenta. Wdrożenie tej propozycji wiązać się może z koniecznością istotnej modyfikacji systemu monitoringu jakości wody konsumpcyjnej, w szczególności rozwiązań technicznych umożliwiających ciągłą ocenę zagrożeń toksycznych w czasie rzeczywistym. Europejski Kongres Gospodarczy 2011
Uniwersytet Śląski w Katowicach • Źródła zanieczyszczenia wód powierzchniowych • i podziemnych: • ścieki i odcieki ze stałych odpadów poprzemysłowych i komunalnych, • chemizacja rolnictwa, • rozszczelnione urządzenia przesyłowe, • przenikanie substancji chemicznych magazynowanych na powierzchni ziemi, • nieoznakowane i niezlokalizowane (w tym dzikie)składowiska odpadów chemicznych, • ataki terrorystyczne. • Efektem tego może być nagłe pojawienia się w wodzie niebezpiecznych substancji chemicznych. Europejski Kongres Gospodarczy 2011
Uniwersytet Śląski w Katowicach • Konsekwencje zdrowotne: • nagromadzenie się substancji szkodliwych w organizmie ludzi • choroby związane z obecnością szkodliwych substancji chemicznych w organizmie a w konsekwencji przedłużającego się skażenia trwałe uszkodzenia organizmu w tym choroby nowotworowe • Konsekwencje ekonomiczne: • pogorszenie się jakości produkcji w wyniku wykorzystania skażonej wody, • spadek zaufania do producentów (głównie żywności związany z produkcją skażonej żywności), • konieczność utylizacji skażonej żywności • ograniczenia dostaw wody związane z oczyszczaniem instalacji wodociągowych Europejski Kongres Gospodarczy 2011
Uniwersytet Śląski w Katowicach • czas detekcji od momentu pojawienia się toksyny ok. 1,5 minuty • mała objętość i szybka wymiana wody w układzie badawczym(1,5 minuty / reaktor, 5 minut na pełny układ) • wolny wzrost bakterii co w efekcie daje duża stabilność stosowanych złoży mikroorganizmów • stosowany w układach przepływowych • pełna automatyzacja analiz • możliwość autokalibracji i autokontroli układu • możliwość sterowania ręcznego na odległość Europejski Kongres Gospodarczy 2011
Uniwersytet Śląski w Katowicach • wrażliwość na substancje toksyczne podobna do organizmów wyższych • liniowa zależność reakcja od dawki zróżnicowany charakter odpowiedzi na obecność substancji toksycznych pozwalający na tworzenie bibliotek • możliwość tworzenia modeli numerycznych określających charakter działania toksyny w określonym stężeniu • wykorzystanie mikroorganizmów autochtonicznych • wykorzystanie mikroorganizmów nieszkodliwych dla organizmu ludzkiego Europejski Kongres Gospodarczy 2011
Uniwersytet Śląski w Katowicach Europejski Kongres Gospodarczy 2011
Dziękujemy • Uniwersytet Śląski w Katowicach
