Wisłok zanieczyszczony wielopierścieniowymi węglowodorami aromatycznymi

Ocena jakości wód rzeki Wisłok zanieczyszczonej wielopierścieniowymi węglowodorami aromatycznymi

1. Wstęp

Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne stanowią mikrozanieczyszczenia organiczne występujące we wszystkich komponentach środowiska naturalnego. Do grupy WWA zalicza się policykliczne węglowodory posiadające nie mniej niż trzy skondensowane pierścienie aromatyczne. Związki te charakteryzują się bardzo słabą rozpuszczalnością w wodzie, która wzrasta wraz z intensyfikacją zanieczyszczenia substancjami organicznymi. WWA wykazują wysoką toksyczność przewleką i trwałość w środowisku naturalnym. Część związków należących do WWA wykazuje działanie mutagenne, teratogenne i kancerogenne. Zarówno toksyczność, jak i trwałość wzrastają wraz ze zwiększeniem się liczby pierścieni aromatycznych. WWA zaliczane są do grupy TZO – trwałych związków organicznych. Rozpowszechnianie się WWA w środowisku przyrodniczym odbywa się głównie poprzez źródła antropogeniczne w rezultacie przetwórstwa ropy naftowej, niepełnego spalania materiałów organicznych, przeważnie paliw z wysokich i niskich źródeł emisji. Emitowane WWA do atmosfery w postaci pary, wykazują zdolność do adsorpcji na cząsteczkach pyłów. Do innych źródeł skażeń należą ścieki przemysłowe, bytowe lub produkty powstające w wyniku ścierania asfaltu. Do środowiska wodnego dostają się w wyniku opadania z zanieczyszczeniami pyłowymi, z opadami atmosferycznymi lub spływem powierzchniowym. Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne w wodach powierzchniowych ulegają procesowi adsorpcji na koloidach i zawiesinach. Posiadają zdolność do bioakumulacji w elementach biocenozy środowiska wodnego. W konsekwencji procesu sedymentacji deponowane są do osadów dennych, gdzie następuje ich akumulacja [1, 2, 14].

Streszczenie

Zaprezentowano wyniki monitoringu wód podziemnych w rejonie składowiska odpadów komunalnych w Ciężkowicach koło Polskiej Cerekwi prowadzonego w latach 2003-2017. Monitoring wód podziemnych obejmował badania: pH, przewodnictwa elektrolitycznego właściwego (PEW), ilości ogólnego węgla organicznego (OWO) oraz zawartości wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (WWA) i zanieczyszczeń metalami: chromem, kadmem, miedzią, ołowiem, cynkiem i rtęcią. W czternastoletnim okresie prowadzonego monitoringu nie stwierdzono wyraźnego wpływu zdeponowanych odpadów na wody podziemne w rejonie składowiska. W każdej kwartalnej sesji monitoringowej notowano zawartości cynku w wodach podziemnych pobranych ze wszystkich piezometrów, ale jego stężenia nie przekraczały wartości dopuszczalnych dla II klasy jakości wód podziemnych. Obecność pozostałych badanych zanieczyszczeń metalami, ilości ogólnego węgla organicznego oraz wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych stwierdzano incydentalnie, a ich zawartości mieściły się w dopuszczalnych zakresach dla I i II klasy jakości wód podziemnych.

Assessment of the quality of the Wisłok river waters, contaminated with polycyclic aromatic hydrocarbons

Abstract

The aim of this study was to evaluate quality of waters the Wisłok river due to contamination of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in 2013-2017.  The article presents PAHs and ways to assess water quality in the light of current legal standards. The catchment area of the Wisłok river were presented with the analyzed control points. The contamination and classification of surface waters were determined based on the analysis of polycyclic aromatic hydrocarbons content in Wisłok river waters. The general state of verified surface water bodies is bad and the chemical state is below good, beacuse the permissible environmental standards of PAHs in the analyzed points of the Wisłok River were exceeded. The results indicate the risk of failure to fulfil environmental goals for analyzed surface water bodies.

2. Ocena zanieczyszczenia wód powierzchniowych WWA

Obecność w wodach powierzchniowych grupy związków wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych ze względu na toksyczne właściwości, musiała znaleźć swoje odzwierciedlenie w przepisach prawa. Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2013/39/UE z dnia 12 sierpnia 2013 r. zmieniająca dyrektywy 2000/60/WE i 2008/105/WE w zakresie substancji priorytetowych w dziedzinie polityki wodnej, przedstawia w wykazie substancji priorytetowych wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne: benzo(a)piren, benzo(b)fluoranten, benzo(g,h,i)perylen, benzo(k)fluoranten, indeno(1,2,3-cd)piren, antracen, fluoranten i naftalen. Poza dwoma ostatnimi związkami, wszystkie zostały sklasyfikowane jako priorytetowe substancje niebezpieczne. Wspomniana Dyrektywa, jak również Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 21 lipca 2016 r. w sprawie sposobu klasyfikacji stanu jednolitych części wód powierzchniowych oraz środowiskowych norm jakości dla substancji priorytetowych, przedstawia środowiskowe normy jakości w postaci średniorocznych (AA-EQS) i maksymalnych (MAC-EQS) dopuszczalnych wartości w wodach powierzchniowych wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych, sklasyfikowanych jako substancje priorytetowe, co ilustruje tabela 1 [3, 4, 15].

Tab. 1. Środowiskowe normy jakości dla związków grupy WWA [3, 4]normy środowiskowe dla WWA

Wody powierzchniowe wykorzystywane do zaopatrzenia ludności w wodę przeznaczoną do spożycia według Rozporządzeniu Ministra Środowiska z dnia 27 listopada 2002 r., muszą spełniać określone wymagania. Dla wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych podano ich dopuszczalne stężenie dla kategorii jakości wody A1 i A2 wynoszące 0,0002 mg/l, natomiast dla kategorii A3 wartość graniczna wynosi 0,001 mg/l [5].

Parametry chemiczne jakim powinna odpowiadać woda przeznaczona do spożycia dotyczące WWA, znajdują się w Rozporządzeniu Ministra Zdrowia z dnia 7 grudnia 2017 r. w sprawie jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi. Dla benzo(a)pirenu parametr ten wynosi 0,010 μg/l, natomiast dla sumy związków [benzo(b)fluoranten, benzo(k)fluoranten, benzo(g,h,i)perylen, indeno(1,2,3-cd)piren] przyjmuje wartość 0,10 μg/l [7].

3. Charakterystyka analizowanej zlewni

Rzeka Wisłok jest rzeką górską, która swój wypływ zaczyna ze stoków Wielkiego Bukowca w Beskidzie Niskim. Ujście znajduje się na rzece San, dla której Wisłok jest największym lewostronnym dopływem. Powierzchnia zlewni wynosi ogółem 3529,3 km2, natomiast długość rzeki to 222,69 km. Najważniejsze dopływy rzeki Wisłok stanowią: Stobnica (powierzchnia zlewni 336,0 km2), Strug (275,7 km2) i Mleczka (567,4 km2). Największe miasta usytuowane w zlewni rzeki Wisłok to Rzeszów, Krosno, Rymanów i Brzozów. Dla Rzeszowa i Krosna, rzeka Wisłok jest głównym źródłem zaopatrzenia w wodę przeznaczoną do spożycia i celów przemysłowych. Stanowi również odbiornik ścieków bytowych, przemysłowych i ścieków z działalności rolniczej. Wisłok złożony jest z ośmiu jednolitych części wód, na które składają się jedna naturalna i siedem silnie zmienionych jednolitych części wód powierzchniowych. Zbiorniki wodne, jakie powstały na rzece Wisłok, to zbiornik o charakterze limnicznym – Besko i zbiornik Rzeszów jako zbiornik reolimniczny. W celu oceny zanieczyszczenia wód rzeki Wisłok wielopierścieniowymi węglowodorami aromatycznymi, wzięto pod uwagę badania z trzech punktów pomiarowo-kontrolnych udostępnionych przez Wojewódzki Inspektorat Ochrony Środowiska. Biorąc pod uwagę typologię wód powierzchniowych, przedstawioną na rys. 1, analizowane punkty kwalifikuje się jako:

  • ppk Wisłok – Iskrzynia – mała rzeka fliszowa, jednolita część wód powierzchniowych Wisłok od Zbiornik Besko do Czarnego Potoku, o statusie silnie zmienionej części wód;
  • ppk Wisłok – Dobrzechów – mała rzeka fliszowa, jednolita część wód powierzchniowych Wisłok od Czarnego Potoku do Stobnicy, o statusie silnie zmienionej części wód;
  • ppk Wisłok – Zwięczyca – średnia rzeka wyżynna wschodnia, jednolita część wód powierzchniowych Wisłok od Stobnicy do Zbiornika Rzeszów, o statusie silnie zmienionej części wód.

Wody powierzchniowe podlegają prawnej ochronie, która ma na celu zachowanie równowagi biologicznej przy równoczesnym utrzymaniu sprecyzowanej w przepisach prawa jakości wody. Dla poszczególnych jednolitych części wód powierzchniowych ustanowione są cele środowiskowe. W przypadku ich nie osiągniecia, według ustawy Prawo Wodne i wymagań Ramowej Dyrektywy Wodnej, następuje zagrożenie jakości wód. Podstawowym narzędziem stosowanym w ochronie wód jest monitorowanie stanu wód, którym zajmuje się państwowy monitoring środowiska. Głównym zadaniem państwowego monitoringu środowiska wód powierzchniowych jest zdobywanie informacji i danych o jakości tych wód, w celu optymalnego planowania gospodarowania wodami. W odniesieniu do Rozporządzenia Ministra Środowiska z dnia 19 lipca 2016 r. w sprawie form i sposobu prowadzenia monitoringu jednolitych części wód powierzchniowych i podziemnych, minimalna częstotliwość badania wskaźników dla WWA [benzo(a)piren] wynosi jeden raz do roku – dla cieków naturalnych i silnie zmienionych jednolitych częściach wód, natomiast dla zbiorników zaporowych wartość minimalna to raz na trzy lata [6]. Dla województwa podkarpackiego, w rezultacie przeprowadzonych badań, w ramach monitoringu państwowego w ostatnich latach, stwierdzono ryzyko niespełnienia celów środowiskowych dla większości jednolitych części wód powierzchniowych. Jedną z głównych przyczyn jest zanieczyszczenie wielopierścieniowymi węglowodorami aromatycznymi [12].

W województwie podkarpackim w roku 2018 prowadzona była analiza mająca określić tło geochemiczne, źródła i obszary emisji WWA, jak również drogi ich transportu. Realizowane jest to przez GIOŚ, poprzez monitoring badawczy w wybranych jednolitych częściach wód powierzchniowych dla substancji: antracen, fluoranten, benzo(a)piren, benzo(b)fluoranten, benzo(k)fluoranten, benzo(g,h,i)perylen, indeno(1,2,3-cd)piren [11].

Typologia jednolitych części wód powierzchniowych w zlewni rzeki Wisłok Rys. 1. Typologia jednolitych części wód powierzchniowych w zlewni rzeki Wisłok [źródło: opracowanie własne na podstawie informacji o jakości wód w zlewni rzeki Wisłok w 2009 r.]

4. Analiza wyników

Najlepiej obecnie rozpoznanym wielopierścieniowym węglowodorem aromatycznym jest benzo(a)piren. Często w przepisach prawnych ocena skażenia wody WWA opiera się na toksyczności właśnie tego związku. Poza benzo(a)pirenem, wzięto pod uwagę w analizie zanieczyszczenia rzeki Wisłok stężenia związków w określonych punkach pomiarowo-kontrolnych: benzo(b)fluorantenu, bezno(g,h,i)perylenu, benzo(k)fluorantenu i inden(1, 2, 3-cd)pirenu. W latach 2013-2017 dla punktu pomiarowo-kontrolnego Iskrzynia zbierano informacje o stężeniu związków grupy WWA z częstotliwością sześć razy na rok, dla pozostałych 12 razy na rok.

Zawartość WWARys. 2. Zawartość B(a)P w ppk Zwięczyca w latach 2013-2015

Rysunek 2 przedstawia zmianę zawartości benzo(a)pirenu w poszczególnych miesiącach, dla punktu pomiarowego Wisłok – Zwięczyca, który ma strategiczne położenie względem zbiornika Rzeszów i stacji uzdatniania wody. Zauważyć można, że w każdym roku następuje wzrost zawartości B(a)P w miesiącach wiosenno-letnich. Spowodowane to może być wzrostem intensywności opadów w tych okresach, a w konsekwencji wymywaniem się zanieczyszczeń z dróg i gleb. Średnioroczne i maksymalne stężenia benzo(a)pirenu w poszczególnych latach przedstawia rys. 3.

Stężenia B(a)P średnioroczne i maksymalne Rys. 3. Stężenia B(a)P średnioroczne i maksymalne dla ppk Zwięczyca i Dobrzechów w latach 2013-2017

Odnosząc się do tab. 1, w każdym punkcie pomiarowo-kontrolnym zostały przekroczone dopuszczalne środowiskowe normy dotyczące stężeń średniorocznych (0,00017 μg/l). Natomiast stężenie graniczne maksymalne, nie zostało przekroczone w żadnym z analizowanych lat. Maksymalne stężenia dla pozostałych analizowanych związków z grupy WWA, zostały przedstawione na rys. 4.

Stężenia maksymalne WWA w latach 2013-2017Rys. 4. Stężenia maksymalne WWA w latach 2013-2017

Graniczne wartości zostały przekroczone dla benzo(b)fluorantenu (2016 r.) i benzo(g,h,i)perylenu w latach 2015, 2016, 2017 dla punktu pomiarowego Zwięczyca. W odniesieniu do Rozporządzenia Ministra Środowiska z dnia 27 listopada 2002 r. w sprawie wymagań, jakim powinny odpowiadać wody powierzchniowe wykorzystywane do zaopatrzenia ludności w wodę przeznaczoną do spożycia, wody rzeki Wisłok kwalifikują się do kategorii A1. Wartości parametryczne określone według Rozporządzenia Ministra Zdrowia, zostały zestawione wraz z wartościami stężeń WWA w poszczególnych punktach pomiarowo-kontrolnych (dla 2015 r.) w tab. 2. Wartość parametryczna, to wartość powyżej której należy zbadać czy obecność danego zanieczyszczenia stanowi zagrożenie dla konsumentów wody. Przekroczenie wartości parametrycznej wynoszącej 0,010 μg/l zostało odnotowane w czerwcu, dla dwóch punktów pomiarowo-kontrolnych: Zwięczyca (0,012 μg/l) i Dobrzechów (0,023 μg/l). Dla sumy pozostałych wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych ten parametr nie został przekroczony.

Tabela 2. Stężenie WWA dla punktów pomiarowo-kontrolnych w poszczególnych miesiącach roku 2015 [źródło: dane udostępnione przez WIOŚ w Rzeszowie]Stężenie WWA dla punktów pomiarowo-kontrolnych

5. Dyskusja wyników i podsumowanie

Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne stanowią poważne zagrożenie dla zdrowia ludzkiego. Ze względu na właściwości dotyczące rozprzestrzeniania się i trwałości w środowisku wodnym, powietrznym, glebowym łatwo dostają się do żywności i organizmu ludzkiego. W konsekwencji powstają coraz bardziej rygorystyczne wymagania dotyczące jakości wód, co w rezultacie powoduje jeszcze bardziej wnikliwą analizę dotyczącą występowania WWA w wodach powierzchniowych. Przekroczenie średniorocznych środowiskowych norm w każdym z badanych przekrojów rzeki Wisłok (stanowiących reprezentatywny punkt pomiarowo-kontrolny dla danych jednolitych części wód powierzchniowych), klasyfikuje stan chemiczny badanych jednolitych części wód powierzchniowych, jako stan poniżej dobrego. Biorąc pod uwagę potencjał ekologiczny dla tych przekrojów (Zwięczyca – umiarkowany, Dobrzechów – słaby) ogólna ocena stanu rozpatrywanych jednolitych części wód to stan zły [12]. Celem środowiskowym dla analizowanych JCWP jest osiągnięcie dobrego potencjału ekologicznego, jak również dobrego stanu chemicznego. Spełnienie wymagań stawianym wodom powierzchniowym ma prowadzić do przeciwdziałania pogarszaniu się stanu wód, ale także umożliwić korzystanie z wód w celach zaopatrzenia w wodę przeznaczoną do spożycia, rekreacji czy kąpieli. Wody powierzchniowe również mają zapewnić warunki do bytowania organizmów wodnych. Cele środowiskowe są zawarte w planach zagospodarowania wodami. Realizowane są głównie poprzez prowadzanie działań, mających w rezultacie zmniejszyć emisję zanieczyszczeń do wód ze źródeł punktowych i obszarowych. W przypadku WWA, zaliczanych do substancji priorytetowych, wszelkie interwencje mają na celu  zredukowanie i stopniową eliminację źródeł tych związków. Zgodnie z przepisami mówiącymi o substancjach priorytetowych niebezpiecznych, do których należą związki WWA – emisję takich substancji należy redukować i zwalczać w celu ich całkowitego wyparcia ze środowiska.

Niestety, analizując stężenia średnioroczne w poszczególnych punktach i latach zauważamy, że zawartość WWA [głównie benzo(a)pirenu] w wodach rzeki Wisłok wykazuje tendencję wzrostową. Źródłami mogą być oczyszczalnie ścieków bytowych i przemysłowych (Strzyżów, Rzeszów – punktowe źródła zanieczyszczeń). Oznacza to, że procesy w oczyszczalniach ścieków i procesy samooczyszczania wód, pod względem WWA są nieskuteczne. Do innych przyczyn przekroczenia norm środowiskowych w analizowanych przekrojach rzeki Wisłok można zaliczyć zmienne warunki hydrometeorologiczne, zanieczyszczenia obszarowe z terenów zurbanizowanych, transport produktów przetwórstwa ropy naftowej i awarie przemysłowe [8, 9, 13].

Pod względem wymagań wody przeznaczonej do spożycia – wody rzeki Wisłok w okresach szczytu zawartości WWA przekraczają dopuszczalną wartość parametryczną. Oznacza to, że pomimo kwalifikacji pod względem jakości wód (A1), wody te powinny być poddane (oprócz prostego uzdatniania fizycznego, zgodnie z klasą A1), również procesom takim jak koagulacja, utlenianie chemiczne, sorpcja, procesy biochemiczne, procesy membranowe, mającym na celu usunięcie tych niebezpiecznych dla zdrowia związków z wody przeznaczonej do spożycia.

6. Literatura

[1] Naumczyk, J.: Chemia środowiska. Warszawa, PWN, 2017

[2] Szperliński Z.: Chemia w ochronie i inżynierii środowiska, cz. II i III, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej 2002.

[3] Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2013/39/UE z dnia 12 sierpnia 2013 r. zmieniająca dyrektywy 2000/60/WE i 2008/105/WE w zakresie substancji priorytetowych w dziedzinie polityki wodnej

[4] Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 21 lipca 2016 r. w sprawie sposobu klasyfikacji stanu jednolitych części wód powierzchniowych oraz środowiskowych norm jakości dla substancji priorytetowych

[5] Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 27 listopada 2002 r. w sprawie wymagań, jakim powinny odpowiadać wody powierzchniowe wykorzystywane do zaopatrzenia ludności w wodę przeznaczoną do spożycia

[6] Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 19 lipca 2016 r. w sprawie form i sposobu prowadzenia monitoringu jednolitych części wód powierzchniowych i podziemnych

[7] Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 7 grudnia 2017 r. w sprawie jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi

[8] Kaleta J.: Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne w środowisku wodnym. Ekologia i Technika. 2005, nr 3: str. 107-116

[9] Koszelnik P., Książek S., Kida M.: Usuwanie wybranych kongenerów wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych z osadów dennych za pomocą utleniania chemicznego. Inżynieria Ekologiczna. 2016, nr 38: str. 130-135

[10] WIOŚ w Rzeszowie, Informacja o jakości wód w zlewni rzeki Wisłok w 2009 r.

[11] WIOŚ w Rzeszowie, Prezentacja wyników klasyfikacji stanu ekologicznego, potencjału ekologicznego i stanu chemicznego oraz oceny stanu jednolitych części wód powierzchniowych rzecznych za 2017 rok województwo podkarpackie, Rzeszów 2018

[12] WIOŚ w Rzeszowie, Raport o stanie środowiska w województwie podkarpackim w 2017r., Rzeszów 2018

[13]WIOŚ w Rzeszowie, Wody powierzchniowe województwa podkarpackiego. Identyfikacja wybranych zagrożeń., Biblioteka Monitoringu Środowiska, Rzeszów 2016

[14] Włodarczyk-Makuła M.: Kumulacja WWA i związków chloroorganicznych w wodach powierzchniowych. LAB Laboratoria, Aparatura, Działania. 2012, nr 6: str. 28-34

[15] Włodarczyk-Makuła M.: Zakresy analiz WWA w elementach środowiska. LAB Laboratoria, Aparatura, Działania. 2014, nr 1: str. 38-42

mgr inż. Sylwia Gubernat, dr hab. inż. Piotr Koszelnik, profesor nadzwyczajny Politechniki Rzeszowskiej, Politechnika Rzeszowska im. Ignacego Łukasiewicza, Wydział Budownictwa, Inżynierii Środowiska i Architektury, Zakład Inżynierii i Chemii Środowiska

Artykuł pochodzi z dwumiesięcznika „Technologia Wody”; 1/2019 (63). Tekst zamieszczony za zgodą autorów i wydawcy – Wydawnictwa Seidel-Przywecki Sp. z o.o. – w formie opublikowanej w czasopiśmie.

 

 

fot. na otwarcie sozosfera.pl

reklama

reklama

reklama

 

reklama