Seminář
Odběry vzorků vody z přírodních koupališť 10.5.2012, Praha RNDr. Jaroslav Šašek Státní zdravotní ústav
Seminář je pořádán v rámci projektu Technologické agentury ČR „Nové metodické přístupy pro kontrolu a hodnocení povrchových vod ke koupání“; evidenční č. TA01020675 .
reference • vyhláška č. 238/ 2011 Sb. o stanovení hygienických požadavků na koupaliště, sauny a …. (transponuje Směrnici EP a rady 2006/ 7ES o řízení jakosti vod ke koupání…
• ČSN EN ISO 19458 : Jakost vod – Odběr vzorků pro mikrobiologickou analýzu • ČSN EN ISO 5667-1, ČSN ISO - 4,6, odběr vzorků….
místo odběru bod 3. ČSN EN ISO 19458 • musí zajišťovat representativní charakteristiky vzorku • zahrnovat všechny vertikální, horizontální a teplotní změny • místo musí být přesně určitelné ve smyslu ČSN EN ISO 5667-1 • místa odběru vyloučit kde jsou nestabilní podmínky • nutno brát v úvahu heterogenitu hydraulického systému
heterogenita systému • povrchový a podpovrchový vzorek : podpovrchový vzorek, kontaminovaný při odběru povrchovou vrstvou nejsou ekvivalentní !!! denzita bakterií v povrchové vrstvě – může být i 1000 x vyšší než v podpovrchové vrstvě řasy tvoří t. zv. neuston (oživená povrchová vrstva)
plovoucí znečištění v povrchové vrstvě !!
heterogenita systému Vertikální variabilita počtů mikrobů: (vzorkování dáno vyhláškou – 30 cm pod; hloubka > 1 m) - resuspendace sedimentů (koupající, vítr - počasí) - vliv přítoku (zavrstvování do masy vody) - míchání vody (vítr, lodní a rekreační doprava) - topografie nádrže, konfigurace okolí, expozice vůči větru SZU, Hostivař, 2008, 12/8
M1- hloubka vody 135 cm 85 cm 60 cm
E. coli 24,3 1,0 5,2
enterokoky 6 3 6
heterogenita systému horizontální variabilita počtů mikrobů (podélná, příčná)
vlivem akumulace vody (od přítoku k odtoku) SZÚ, Hostivař 2008, data 30/7,18/8, 20/8 E.coli: enterokoky: nuda pláž 53,8 49 M3 44,8 23 M1 17,5 10 zátoka s 24,3 horizontální (příčná) 4 ústím potoka variabilita ústí potoka 63,1 48
Toky, údolní nádrže, jezera heterogenita ve směru horizontálním (podélném i příčném) a vertikálním
litorál
řeka údolní nádrž
proudnice
Vliv větru na stratifikovanou nádrž Štěpánek a kol.,1979
vertikální stratifikace teploty vody v nádrži
heterogenita systému • • • • • • •
(2)
vlivem přítoků zaústěním odpadních vod vliv větru vliv teplotní stratifikace vody v nádržích vliv hloubky nádrže (velikost) rychlost proudu (vliv na mísení vod) cyklické změny (počasí, sezóna, režim provozu na tocích a nádržích – odpouštění vody) • antropogenní činnost (lodní doprava, sport, bagrování dna, provoz vodních děl (přehrady, jezy apod.) • srážky heterogenita se týká rozměrů ve směru – vertikálním i horizontálním (příčně i podélně)
znečištění toku a výběr odběrových míst Häusler, 1995
a – hlavní tok b – zemědělské znečištění c – průmyslové znečištění d – profil pro odběr representativních vzorků před přítokem
e – přítok f – profil pro odběr representativních vzorků pod přítokem
Místa odběru vzorků z nádrže pro rekreaci Häusler, 1995
a – přítok b,c – znečištění městskými splašky d – zemědělské znečištění e – rekreační oblast f – profil pro odběr representativních vzorků
místa odběru vzorků z nádrží a toků • • • •
musí charakterizovat kvalitu vody v lokalitě zohledňovat účel vzorkování dodržovat příslušné předpisy respektovat místní geografické podmínky (členitost pobřeží, konfigurace terénu v bezprostředním okolí apod.) • zachytit vlivy různého znečištění • zachytit všechny významné biocenózy lokality • reagovat na návštěvnost, provozní podmínky lokality, kapacitu koupaliště, hydraulické podmínky, apod.
Technika správného odběru vzorků •
.
koupacích vod
zásady správného odběru vzorku vody z toku, nádrže apod. (Häusler,1994 – Mikrobiologické kultivační metody kontroly jakosti vod, Díl II. Vodovody a kanalizace, MZe ČR))
• odběr holou rukou lze tolerovat
jen v případě proudící vody • v místech s nedostatečným
proudem - odběr se sterilní rukavicí, kleštěmi či odběrová tyčí
Management of Spa Pools, Controlling the Risks of Infection, p. 58, London
Health Protection Agency, March, 2006.
jak odebírat vzorek pro mikrobiologii
zásady správného odběru vzorku vody ČSN EN ISO 19458
• • • •
vzorkovnice se drží za spodní část hrdlem se ponoří do dané hloubky (30 cm) pak se pootočí hrdlem mírně šikmo vzhůru proti proudu odběr provádět dostatečně daleko od břehu !
odběr přímo z hladiny je nevhodný: - plovoucí nečistoty - neuston (společenstvo organismů, osídlujících povrchovou blanku vody)
odběr v dostatečné vzdálenosti od břehu: - pomocí teleskopické odběrové tyče, člun, rybářský oblek, molo
(2)
zásady správného odběru vzorku vody
(3)
držení vzorkovnice vzorkovačem: -
odběr holou rukou lze tolerovat jen proti proudu vody (jen tehdy nedochází ke kontaminaci vzorku vody smýváním mikrobů z ruky, vzorkovače, povrchu vzorkovnice)
-
v místech s nedostatečným prouděním vody (stojaté vody) nebo s turbulentním prouděním – nutno použít dekontaminované vzorkovače ( odběrová tyč, kleště, sterilní rukavice, aj.) holou rukou nelze z bezpečnostních důvodů odebírat v místech, kde lze předpokládat výskyt patogenních mikroorganismů !!!
vyhl. č. 238/2011 Sb., příloha č. 2 1. Místo vzorkování vzorky se odebírají z hloubky 30 cm pod hladinou ve vodě s hloubkou nejméně 1 metr
2. sterilizace nádob na vzorky v autoklávu (121°C, min. 15 min), suchá sterilizace 170°C min. 1 hod., ozářené nádoby na vzorky od výrobce
vyhl. č. 238/2011 Sb., příloha č. 2 3. uskladnění a transport • • • • •
chránit při přepravě před světlem, zejména přímému slunečnímu, chladit při transportu při teplotě okolo 4°C vyloučit možnost zmrznutí vzorku při dopravě > 4 hod. nutná přeprava v chladničce doba mezi odběrem vzorku a vyšetřením co nejkratší (nejlépe tentýž den), event. do 24 hod. s uchováním v temnu při 4°C 3 °C
(2)
ČSN EN ISO 19458 .
Jakost vod - odběr vzorků pro mikrobiologickou analýzu
doba zdržení mezi odběrem a vyšetřením: - optimálně co nejkratší - doporučené max. zdržení do 8 hod. - příloha B normy 19458 specifikuje: R – doporučené hodnoty A – přijatelné hodnoty
odumírání vlivem dezinfekce, vlivem abiotických a biotických faktorů, s ohledem na akt. fyziologický stav
doba zdržení - příklady dle přílohy B, ČSN EN ISO 19458
počty 22°C, 30 °C, 36 °C fek. indikátory spóry (Clostridium spp.) patogeny (salmonela) legionela
= = = = =
R (h) 8 12 24 12 24
A (h) 12 18 72 18
ČSN EN ISO 19458
doprava, uchovávání vzorků • vliv teploty na množení mikroorganismů – reakce v rozmezí 0 - 45 °C je úměrná teplotě, podobně platí i pro odumírání mikroflóry
platí t.zv. kvocient Q10 = 2 , t.zn. růst teploty o 10°C zvýší rychlost množení i odumírání mikroflóry 2 x proto nutno vzorky chladit !!!!! (ledová tříšť z umělého ledu je výhodnější než přirozený led (taje!)) • zmrznutí vzorku (tvorba ledu) vede k odumírání (>99%) buněk
ČSN EN ISO 19458 Povrchové vody – vody z koupališť • místa odběrů musí být přesně definovaná • musí být representativní pro jakost vody na místech pro koupání, nebo tam, kde se předpokládá vyšší znečištění • odběr z hloubky (-20 cm až - 30 cm) v místech s hloubkou 1 m – 1,5 m • při odběru z mělkých částí / pláží pod 1 m vodního sloupce se odebírá v místě s menší hloubkou (tuto skutečnost poznamenat do protokolu – uplatní se vliv resuspendace) • technika odběru (zanoření vzorkovnice hrdlem dolů, pak se otočí na bok a nahoru naplní s vyloučením kontaminace). Tam kde je proud, drží se hrdlem proti proudu
ČSN EN ISO 19458 Povrchové vody – vody z koupališť
(2)
• jedna z hlavních příčin kolísání jakosti pobřežní vody – resuspendace (uvolňování) bakterií, adsorbovaných na jíly či organické náplavy dna - hrubé písky v příbojové zóně adsorbují málo kontaminant Přirozené i umělé příčiny uvolňování mikrobů ze dna vedou ke zvýšení zdrav. rizika a třeba je brát v úvahu – příliv a odliv, bouře, vodní sporty, koupání osob, lodní doprava, bagrování dna apod. chybný odběr vede k podobným vlivům na jakost, jakou způsobuje resuspendace – vzorkování příliš blízko dna, zvíření sedimentů při odběru (lodí, kotvou, vzorkařem, vzorkovači apod.)…
ČSN EN ISO 19458 Povrchové vody – vody z koupališť
(3)
• jezera, řeky, moře: při výběru odběrových míst nutno vzít v úvahu: - sezónní charakter - vertikální stratifikací nádrží - promíchávání říční vody odběr podpovrchových a hloubkových vzorků: hlubinná zařízení, odběrové tyče v mělkých vodách – omezit rozvíření sedimentů, použít dráty či řetízky, nesoucí sterilní přístroje z nerez oceli (aby se omezila kontaminace)
o vzorkovačích (tyče, hlubinná zařízení) norma výslovně nemluví, nebo jen nepřímo !!
ČSN EN ISO 19458 vzorkovnice vzorkovnice musí být sterilní uvnitř i vně – při ponořování do čisté vody
SZÚ považuje za čistou vodu (viz okružní vzorky zaměřené na vzorkování): čistá voda = pitná voda, bazény koupací vody (KVP) - ne (i když jsou rozdíly, např. řeky & jezera, přehrady, lomy, písníky) vzorkovnice – nemusí být sterilní vně, ale nesmí kontaminovat odebíraný vzorek vody !!!
„čistota“ vzorkovnic -
pro úvahy o případné kontaminaci vzorku vody vnějším povrchem vzorkovnice do jisté míry některé ukazatele kvality vody – CPM a koliformy , ale jen fekální indikátory (E.coli, enterokoky), jež jsou limitovány předpisy!
- vzorkovnice nutno skladovat v laboratoři a transportovat tak, aby se neznečistily (vnější povrch) a následně nekontaminovaly odebíraný vzorek vody t. zn. skladovat a transportovat čisté, suché, zabalené (papír, alobal apod.) co je „znečistění“ vnějšího povrchu ?? – určitě parametry limitované předpisy (E. coli, enterokoky); doprovodná mikroflóra může při vysoké denzitě ztížit nebo znemožnit průkaz indikátorů kvality koupací vody !!
vzorkovače • ČSN EN ISO 19458 přímo nespecifikuje (typ, stav, čistota?) • ČSN EN ISO 5667-1 (2007): Návod pro návrh programu odběru vzorků a pro způsoby odběru vzorků odkazuje na ISO 5667-16 a ISO 19458
• ČSN ISO 5667-4: odběr vzorků z vodních nádrží není zahrnut odběr pro mikrobiologický rozbor
• ČSN ISO 5667-6: Pokyny pro odběr vzorků z řek a potoků uvedeny údaje - držení vzorkovnic, upozornění, že se odebírá proti proudu, voda nabíraná do lahve by neměla přijít do styku s rukou, což při turbulentním proudění nelze vyloučit. navrhuje se odběr kleštěmi, svorkou, tyčí (které drží vzorkovnici)….. zmiňují se speciální sterilizované vzorkovače k odběru z hloubek….
kontaminace vody holou rukou experimenty SZU – hygiena vody
• holá ruka (bez předchozího mytí) ponořená na 15 sec. do 1 l kádinky s fyziol. roztokem, provedená u několika osob (5) ukázala kontaminaci: CPM = v řádu 103/ml E. coli = 0/ ml enterokoky = 0/ ml pozn.: tam, kde se sledují počty zárodků (CPM), je namístě používat ochranu před kontaminací (dezinf. spray, sterilní rukavice, dekontaminované vzorkovače – tyč, kleště)
sanitárně mikrobiologické testy v hygieně výživy (SZÚ, Luhanová, Wolf, 63) • in Hrubý a kol., 1984
mikrobiologické vyšetření čistoty rukou (při běžné práci): bříška prstů (5 cm2) - setřeno 2.000 mikrobů (velmi čisté) do 13.000 (uspokojivý) mytí rukou: výchozí počet = 100 – 500 CPM mytí mýdlem 5 min = růst výchozích počtů, někdy i o 100% a více další mytí 10 min bez mýdla s kartáčkem v teplé vodě = snížení počtů, ale ne vždy
odběrová zařízení (vzorkovače) doporučení SZÚ / užití při PT vzorkování • otázka stavu (čistota či sterilita) není předpisy a normami jednoznačně řešena ??? - před odběry v laboratoři vzorkovače očistit, omýt, dekontaminovat, zabalit (do papíru, alobalu pro transport) - při opakovaném použití na místě opláchnout vodou z dané lokality - pro transport vzorkovače balit (viz výše) - při odběrech využívat ISO 5667-14 – zajištění jakosti odběrů - používat vzorkovnice sterilní i vně, nebo je skladovat v laboratoři a transportovat s vyloučením kontaminace
Vliv faktorů na kvalitu koupacích vod • dešťové srážky • koupající se osoby (návštěvnost, kapacita …) - přímý vnos znečištění - resuspendace sedimentů • sluneční svit • vítr
Sluneční svit • hlavní biocidní faktor, redukující počty mikrobů ve vodě a tedy jejich přežívání (ve spojení s teplotou, zákalem) • ovlivněn klimatem, aktuálním stavem počasí (oblačnost), turbiditou vody, teplotou
T 90 (hod.) – redukce 90% počtů při 15 - 20 °C : E. coli = 5 -15 malé řeky (menší zákal a hloubka) 20 - 50 velké řeky (vyšší zákal a hloubka) Moře = 5 (slunečno) 35 (oblačno)
Vítr Působení větru je spojeno s: klimatem, akt. počasím, reliéfem krajiny, velikostí a topografií nádrže, její expozici větru Způsobuje kontaminaci: - resuspendace sedimentů dna – vymývání písku pláží – větrná eroze (přínos znečištění z okolí) – míchání vody vlněním (vliv na vzorkování) vliv na homogenitu vody – vodní květy, bakt. i chemické ukazatele
Dešťové srážky Vliv srážek se projeví u každé lokality různě: - klimatické podmínky (suché & vlhké oblasti) - velikost povodí - zdroje znečištění (dáno velikostí osídlení a intenzitou a charakterem hospodářské činnosti)
- geomorfologie povrchu krajiny (s návazností na erozní poměry v povodí, topografie okolí koupaliště)
- vegetační kryt povodí, okolí nádrže (% lesů, luk, polí) - velikost nádrže, toku - charakter nádrže (kaskáda nádrží, akumulace, přírodní)
Dešťové srážky z důvodů odlišnosti jedn. lokalit - (nádrží / toků):
srážky v jednotkách mm / den mohou být významné, jinde jsou významné srážky až desítky mm / den
to je nutno zjistit experimentálně !!
Vliv deště na počty mikrobů při odběru den před srážkami Crowther, 2001, UK
TC = 650 KTJ / 100 ml FC = 250 KTJ / 100 ml FS = 59 KTJ / 100 ml
4.400 KTJ / 100 ml 1.400 KTJ / 100 ml 130 KTJ / 100 ml
hodnocení vlivu srážek dle úrovně srážek < 5 mm a >5 mm: TC = 1.300 KTJ / 100 ml FC = 470 KTJ / 100 ml FS = 73 KTJ / 100 ml
3.300 KTJ / 100 ml 1.100 KTJ / 100 ml 270 KTJ / 100 ml
vliv dešťových srážek na kvalitu vody Vliv deště na počty TC, FC, FS
4400
1400
1000
ktj/100ml
800 600 1 den před
400
za srážek
130
200
za srážek
0 TC
FC
1 den před FS
Srážky růst průtoku vody & počty patogenů Kistemann, 2002
průtok 459 l/s = růst z < 100 na 700 l/s =
1,3 /l 15,8 /l
cyst Giardia „ „
průtok 290 l/s = 2,65 /l oocyst Cryptosporidium nárůst na 2.600 l/s za 9 h. = 65,6 /l „
20 15 10 5 0
15,8
1,3 1 počty 1 den před
2 za deště
800 600 400 200 0
průtok (l/s)
počty cyst Giardia /l
Vliv průtoku při deštích na počty cyst Giardia
počty cyst Giardia/l průtok (l/s)
ktj oocyst/l
80
65,6
60 40 20
2,65
0 1 1 den před deštěm
2 za srážek
3000 2500 2000 1500 1000 500 0
průtok (l/s)
Vliv průtoků za deště na počty oocyst Cryptospodidium
počty oocyst Cryptosporidium /l průtok (l/s)
Srážky růst znečištění (fekální indikátory) & počty patogenů Berg, 1978
FC (fekální koliformy): FC 200 / 100 ml - výskyt salmonel = 6,5 % - 31% FC 1.000 / 100 ml „ „ = 60 % FC 2.000 / 100 ml - 98 % salmonel + průkaz enterovirů
Data pro RS (pravidelné vzorky) a ES (za extrémních situací) mikrobiologické ukazatele (medián) sestaveno dle údajů Kistemann et al.,2002, Universita Bonn, SRN data E. coli pro RS a ES vzorky 13700
KTJ/100 ml
2000 1500
E. coli RS KTJ/100ml
1300
1000 490
500 22
190
133
0 lok 1
lok 2 lokalita
lok 3
E. coli ES KTJ/100ml
Data pro RS (pravidelné vzorky) a ES (za extrémních situací) mikrobiologické ukazatele (medián) sestaveno dle údajů Kistemann et al.,2002, Universita Bonn, SRN data enterokoků pro RS a ES vzorky 13600
1000
fekální streptokoky RS KTJ/100ml
KTJ/100 ml
800 540
600 400 200
130 7,5
130
54
0 lok 1
lok 2 lokalita
lok 3
fekální streptokoky ES KTJ/100ml
Data pro RS (pravidelné vzorky) a ES (za extrémních situací) mikrobiologické ukazatele (medián) sestaveno dle údajů Kistemann et al.,2002, Universita Bonn, SRN data C. perfringens pro RS a ES vzorky 200 KTJ/100 ml
430
250
150
130 82
100 50
C. perfringens KTJ/100 ml 22,5
1,5 0 lok 1
C. perfringens KTJ/100 ml
lok 2 lokalita
lok 3
Data pro RS (pravidelné vzorky) a ES (za extrémních situací) mikrobiologické ukazatele (medián) sestaveno dle údajů Kistemann et al.,2002, Universita Bonn, SRN
oocysty / 100 l
data Cryptosporidií pro RS a ES vzorky 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0
17,05 Cryptosporidium oocysty/100 l
14,3 11,4
2,4
lok 1
2,65
lok 2 lokalita
Cryptosporidium oocysty/100 l 1,3 lok 3
vliv srážek & počty mikrobů Vliv dešťových srážek je obrovský – Krometis, 2007
20- hod. perioda srážek přinese znečištění řádu 10 15 mikrobů 20-hod. perioda suchého počasí (jen průtoky) přinese znečištění řádu 10 13 mikrobů Ekvivalent = 1 den silných dešťů = 100 dní sucha
Vliv návštěvnosti na kvalitu koupacích vod • jeden z hlavních faktorů vnosu znečištění: - uplatňuje se vliv návštěvnosti, kapacity koupaliště, - sezónnosti, denní doby (ráno-poledne večer), prac. dní vs. víkendu - nepřímo aktuální počasí (slunečno vs. déšť či snížená teplota vzduchu na návštěvnost)
návštěvnost & počty mikrobů Sunderland, 2007
vyšší počty mikrobů se nacházejí : • srovnání: víkendu & prac. dny: oocysty Cryptospodidium = 2 - 42/ l cysty Giardia = 0 - 33/ l o víkendu
vs. vs.
max. 7 / l max. 4 / l
• více & méně navštěvované pláže / místa koupaliště: Fekální koliformy = 1,5 vs. 9,5 / 100 ml Enterokoky = 4,5 vs. 12,0 / 100ml
(medián) „
návštěvnost & počty mikrobů (2) Seyfried, Cook, 1984
Pseudomonas aeruginosa: (velká kanadská jezera, USA)
veřejné pláže (vyšší návštěvnost) = 122 /100 ml privátní pláže (nízká návštěvnost) = 0,7 / 100 ml sedimenty dna:
veřejné = 142 / 100 g privátní = 0,5 / 100 g
Resuspendace sedimentů dna vliv koupajících se: SZÚ, Hostivař, 2008, 3.07
E. coli enterokoky Koupací aktivity (před vstupem do vody a po): vstup do vody před: po: před: po: M1 9,7 24,6 12 15 M2 18,3 9,7 15 22
záleží na charakteru dna (písek, oblázky, bahno)
Návštěvnost & kvalita vody Variabilita počtu mikrobů – časová /návštěvnost: - v závislosti na počtu návštěvníků, sluneční svit / počasí Hostivař, 2008: 6/7, 28/7, 3/8, 5/8
M1- 9:30 h 12:00 h 14:30 h 17:00 h
E.coli: 6,3 0 7,4 15,6 3 2 19,9 7,4
2 4 1 5
4,1 2 4,1 1
enterokoky: 1 0 3 1 4 7 3 6 30 7 3 4 3 25 8 7
Počty E. coli v průběhu dne
15 Řada1
10
Řada2 S4 S3 S2 S1 17:00 h
14:30 h
čas
12:00 h
0
Řada3 Řada4 data
5
9:30 h
KTJ/100 ml
20
30 25 Řada1 Řada2 Řada3 14:30 h
17:00 h
čas
Řada4 12:00 h
20 15 10 5 0
9:30 h
KTJ/100 ml
Počty enterokoků v průběhu dne
