Hygienické zabezpečení pitné a napájecí vody v chovech hospodářských zvířat

VETERINÁRNÍ A FARMACEUTICKÁ UNIVERZITA BRNO

FAKULTA VETERINÁRNÍ HYGIENY A EKOLOGIE Ústav zootechniky a zoohygieny

Hygienické zabezpečení pitné a napájecí vody v chovech hospodářských zvířat

MVDr. Jan Chloupek, Ph.D. RNDr. Hana Mlejnková, Ph.D.

BRNO 2014

Tato skripta jsou spolufinancována z Operačního programu Vzdělávání pro konkurenceschopnost:

„Inovace bakalářského a navazujícího magisterského studijního programu v oboru Bezpečnost a kvalita potravin“ (reg. č. CZ.1.07/2.2.00/28.0287)

VETERINÁRNÍ A FARMACEUTICKÁ UNIVERZITA BRNO Fakulta veterinární hygieny a ekologie Ústav zootechniky a zoohygieny

Hygienické zabezpečení pitné a napájecí vody v chovech hospodářských zvířat pro posluchače Fakulty veterinární hygieny a ekologie

MVDr. Jan Chloupek, Ph.D. RNDr. Hana Mlejnková, Ph.D.

1

Lektorovali: doc. Dr. Ing. Zdeněk Havlíček Ing. Petr Sláma, Ph.D. © MVDr. Jan Chloupek, Ph.D.; RNDr. Hana Mlejnková, Ph.D.

ISBN 978-80-7305-753-4 2

1. ÚVOD ………………………………………………………………………………...

5

2. HISTORIE ……………………………………………………………………………

6

3. OBECNÝ VÝZNAM VODY…………………………………………………………

7

3.1. Tvorba a výskyt vody v přírodě……………………………………………………..

7

3.2. Struktura a základní vlastnosti ……………………………………………………...

8

3.2.1. Fyzikální vlastnosti vody …………………………………………………………

8

3.2.2. Chemické vlastnosti vody ………………………………………………………...

9

3.3. Koloběh vody v přírodě a její hlavní zdroje ………………………………………..

9

3.4. Koloběh látek ve vodě ……………………………………………………………...

12

3.4.1. Koloběh anorganických látek …………………………………………………….

12

3.4.2. Koloběh organických látek ……………………………………………………….

14

3.5. Ekologická hodnota vody …………………………………………………………..

14

3.6. Základní rozdělení vod dle různých kritérií ………………………………………...

16

3.6.1. Voda sráţková …………………………………………………………………….

18

3.6.2. Voda povrchová …………………………………………………………………..

18

3.6.3. Voda podzemní …………………………………………………………………...

18

3.6.4. Voda pitná ………………………………………………………………………...

19

3.6.5. Voda uţitková …………………………………………………………………….

19

3.6.6. Voda provozní …………………………………………………………………….

20

3.6.7. Vody léčivé a minerální …………………………………………………………..

20

3.6.8. Vody odpadní ……………………………………………………………………..

20

4. VODA A ŢIVÝ ORGANISMUS …………………………………………………….

20

4.1. Význam vody pro organismus ……………………………………………………...

20

4.2. Voda v tělech organismů …………………………………………………………...

21

4.3. Vliv na ţivé organismy ……………………………………………………………..

22

4.3.1. Vliv fyzikálních vlastností vody na ţivé organismy ……………………………...

22

4.3.2. Vliv látek ve vodě na ţivé organismy …………………………………………….

23

5. KVALITA VODY ……………………………………………………………………

31

5.1. Základní přístupy k hodnocení jakosti vody ………………………………………..

31

6. PRÁVNÍ PŘEDPISY PRO OCHRANU VOD A VODNÍCH ZDROJŮ ……………

33

6.1. Legislativa pro ochranu vod EU ……………………………………………………

33

6.1.1. Vybrané související právní předpisy EU …………………………………………

33

3

6.2. Integrace vodohospodářské legislativy EU do legislativního prostředí ČR ………..

34

6.2.1. Právní nástroje ochrany vod v ČR ………………………………………………..

34

6.2.1.1. Zákony ………………………………………………………………………….

35

6.2.1.2. Nařízení vlády …………………………………………………………………..

35

6.2.1.3. Vyhlášky ………………………………………………………………………..

35

7. VODÁRENSKÁ ÚPRAVA VODY …………………………………………………

36

7.1. Zabezpečení vody dezinfekcí ……………………………………………………….

38

7.2. Moţná rizika plynoucí z dezinfekce pitné vody ……………………………………

42

7.2.1 Vedlejší produkty chlorace ………………………………………………………..

42

7.2.2. Vedlejší produkty dezinfekce oxidem chloričitým ……………………………….

45

7.2.3. Vedlejší produkty ozonizace ……………………………………………………...

47

7.2.4. Rizika spojená s ultrafialovým zářením …………………………………………..

49

8. NOUZOVÉ ZÁSOBOVÁNÍ PITNOU VODOU ……………………………………

50

8.1. Havarijní plány ……………………………………………………………………..

50

8.2. Připravenost na nouzové stavy ……………………………………………………..

51

8.3. Vyuţití nového zdroje ………………………………………………………………

51

8.4. Vhodná úprava vody ………………………………………………………………..

52

9. HYGIENICKÉ ZABEZPEČENÍ ODPADNÍCH VOD …………………………….

52

9.1. Biologické čištění odpadních vod …………………………………………………..

52

9.1.1. Biologická rozloţitelnost organických látek ……………………………………...

52

9.1.2. Charakter znečišťujících látek a procesy pouţívané k jejich odstranění …………

54

4

1. Úvod Rostoucí potřeba pitné, jakoţ i uţitkové vody se v posledních letech stává výrazně limitujícím faktorem pro rozvoj hospodářství řady zemí. Lze konstatovat, ţe v řadě oblastí brzdí nedostatek pitné a uţitkové vody významně jejich celkový rozvoj. Vodní hospodářství se tak právem dostává na přední místa veřejného zájmu. Z odvětví, které bylo relativně nedávno povaţováno za okrajovou a nevýznamnou oblast se tudíţ stal velmi důleţitý resort. V posledním období se v povrchových i podzemních vodách stále častěji vyskytují látky, které jiţ při poměrně malých koncentracích způsobují, ţe daný zdroj vody je pro pitné účely nepouţitelný. V důsledku značné intenzifikace zemědělské produkce vzrůstá i obsah dusíkatých látek a fosforečnanů, které mohou být často příčinou eutrofizace povrchových vod a významného zhoršení jejích jakosti. Přirozené znečištění vod, jakoţ i znečištění způsobené civilizačními vlivy je nutné z vody eliminovat její úpravou. Voda rovněţ můţe hrát významnou úlohu při šíření nákaz lidí i zvířat, způsobovaných zejména mikroorganismy. Pro jejich stanovení se pouţívají mikrobiologické kultivační metody, které patří mezi jedny z laboratorních vyšetřovacích postupů. Právě tyto metody jsou důleţité ke stanovení obecného a fekálního znečištění, které je významné pro bakteriologickou nezávadnost pitné či napájecí vody z hlediska hygienického. Podle vyhlášky č. 252/2004, která stanovuje základní hygienické poţadavky na pitnou a teplou vodu a rovněţ četnost a rozsah kontroly pitné vody se určují hygienické limity mikrobiologických, biologických, fyzikálních, chemických a smyslových ukazatelů jakosti pitné vody. Tato voda nesmí obsahovat mikroorganismy, parazity a látky jakéhokoliv druhu v počtu nebo koncentraci, které by mohly ohrozit veřejné zdraví, či zdraví zvířat. Cílem tohoto učebního textu je seznámit studenty s obecnými informacemi o vodě, hlavními zásadami týkajícími se hygieny vod v souvislosti s aktuálně platnými legislativními předpisy a předloţit informace, kterými by se měl odborník při zajišťování zdravotně nezávadné vody pro potřebu zemědělského podniku obecně řídit. Nedílnou součástí jsou téţ kapitoly věnované stručnému popisu procesů úpravy vody a případných zdravotních rizik, které jednotlivé postupy hygienického zabezpečení pitné vody mohou přinášet. Protoţe zemědělská prvovýroba je povaţována za jednoho z největších znečišťovatelů povrchových i spodních vod, je v učebním textu stručně zahrnuta i problematika základních principů čištění

5

odpadních vod. Podrobněji bude problematika úpravy vody a čistírenského zabezpečení odpadních vod zpracována ve formě instruktáţních videosnímků.

2. Historie Voda zastává v ţivotech lidí a ostatních ţivých organismů klíčovou a velmi podstatnou úlohu, a to nejen při jejich vzniku, ale rovněţ také při dalším vývoji. O této skutečnosti svědčí také to, ţe člověk vydrţí přeţít přibliţně třicet dní bez potravy, nepít však vydrţí pouze tři dny. Voda je tak jednou ze základních podmínek ţivota, a to jak v kapalném, pevném, tak i plynném skupenství, coţ bylo jedním z důvodů, proč člověk přemýšlel o vodě jiţ od pradávna. I proto hraje voda velmi důleţitou roli v řadě mýtů o stvoření světa a taktéţ má dodnes významný symbolickou očišťující nebo regenerační roli v řadě náboţenství. Jde například o povinné omývání se předcházející modlitbám muslimských věřících, nebo při potopě světa, zjevující se v mnoha legendách a vyjadřuje především očistu světa. Vyuţívání zdrojů vody k různým účelům má v historii vývoje lidstva mnohatisíciletou tradici. Pitná voda byla přirozeně jiţ od počátku historie člověka vysoce ceněnou komoditou. První známý gravitační vodovod byl postaven před více neţ 4000 lety Asyřany u Bavianu. První známý vodohospodářský plán v dějinách lidstva byl vypracován synem Chammurapiho králem Samsuilunou před více neţ 3700 lety. Tento plán zahrnoval zavlaţovací kanalizační soustavu, vodovody s rozvodnými řady, systém regulace řeky Eufrat, vybudování jezera u Babylonu, zřízení 27 zahrad ve městě, výstavbu lázní pro krále i stavbu soustavy vodních kol pro potřeby řemeslníků. Výstavba těchto plánovaných děl byla uskutečňována během 16 let. První historicky doloţený, dodnes zachovaný, zděný vodočet nechal však zřídit v Memfidě na řece Nilu sjednotitel starověkého Egypta faraón první dynastie Menes jiţ před více neţ 5 tisíci lety. Obecně lze říct, ţe celková úroveň vodního hospodářství byla v době otrokářského starověku výrazně vyšší neţ v pozdějším období za feudálního středověku. Egypťané, Řekové i Římané totiţ měli daleko lepší vodovody a systém kanalizace, veřejné lázně a rovněţ péči o hygienu a kulturu těla. Také otroci se v řadě míst běţně denně koupali a myli. Oproti tomu evropský středověk často vlivem církevních dogmat nazíral na péči o tělo, na zásady hygieny a ochranu zdraví lidí jako na hříšnou a nadbytečnou záleţitost. Středověká Evropa byla proto často stíhána různými epidemiemi a morovými nákazami, zejména v důsledku pití znečištěné a nekvalitní vody. Za císaře Justiniána II. 6

umíralo v Byzanci často aţ deset tisíc lidí denně. V důsledku toho vymřela téměř polovina obyvatelstva. Historik Kosmas zaznamenal, ţe v roce 1083 vymřela na morovou nákazu třetina obyvatel Čech. V průběhu morové epidemie v roce 1348 zemřelo v Evropě přibliţně 25 miliónů obyvatel z tehdejší populace čítající přibliţně 90 miliónů lidí. Vodovodní soustavy byly pak opětovně budovány aţ po několika staletích. První vodovod v Londýně byl postaven v roce 1215, v roce 1412 pak v Augsburgu a v roce 1416 v Brně. Praha měla údajně první vodovod od roku 1212 z Jezerky do kníţecího sídla na Vyšehradě. K roku 1425 je pak u tzv. mostních mlýnů zaznamenána první obecní vodárna v Praze. Za husitských válek však jiţ v roce 1431 vyhořela Petrova vodní věţ, ze které se voda rozváděla do kašen. Rozvoj sítě vodovodů pak nastal koncem 19. století, zejména však po druhé světové válce. V dnešní době jiţ existuje mnoho průmyslově vyspělých zemí, kde jsou téměř všichni obyvatelé kompletně zásobováni vodou z veřejných vodovodů a bydlí v domech s kanalizační soustavou. 3. Obecný význam vody 3.1. Tvorba a výskyt vody v přírodě Sine aqua deest vita, neboli „bez vody není ţivota“, je tvrzení, které velmi výstiţně vyjadřuje význam vody pro všechny ţivé organismy. Vodu opravdu můţeme nazvat ţivotadárnou tekutinou, protoţe bez ní by s jistotou veškerý ţivot na naší planetě brzy přestal existovat. Celý prostor, který na zemi zaujímá voda, se nazývá hydrosféra, která tedy zahrnuje oceány, moře, povrchovou vodu Země (tekoucí, stojatou, a taktéţ i ve formě ledu a sněhu), dále vodu podzemní, atmosférickou i vodu v ţivých organismech. Voda patří k hlavním sloţkám hmotné podstaty naší planety a v přírodě nikdy není v klidu, nýbrţ v neustálém pohybu, také jinak oběhu. Studiem oblasti hydrosféry a jevů i zákonitostí oběhu vody v přírodě se zabývají různé hydrologické vědní obory, zejména pak hydrologie. Tato věda díky pozorování, měření a zkušeností přináší údaje pro vyuţívání a ochranu vod. Dle druhu zkoumaných jevů můţeme hydrologii dělit na hlavní obory jako je hydrologie moří a hydrologie pevniny. Je tedy nutné znát rozdělení vod a současně druhy vodních zdrojů, aby bylo moţné zpětně určit, jaké jevy můţeme od té či oné vody očekávat, jaké prvky se v dané vodě vyskytují a jaké bude patrně okolí vodních zdrojů. 7

3.2. Struktura vody a základní vlastnosti Na první pohled je voda prostou sloučeninou dvou atomů vodíku a jednoho atomu kyslíku, soustava molekul H2O, spojených polární kovalentní vazbou. Při detailním pohledu se však voda jeví velmi komplikovanou sloučeninou s mnoţstvím jedinečných vlastností. Molekula vody je ve tvaru rovnoramenného trojúhelníku, vzájemné postavení obou atomů vodíku pak svírá úhel 105°. Jejich vzdálenost od atomu kyslíku je 0,096 nm. Nesymetrií této molekuly vzniká velký dipólový moment, který přímo určuje hlavní vlastnosti tohoto média. Díky této skutečnosti mají molekuly vody charakter silných dipólů, které výrazně inklinují k tvorbě různých sloučenin. Ze stejného důvodu jsou vázány molekuly mezi sebou tzv. vodíkovými můstky. Tyto můstky řadí vodu mezi chemicky nejaktivnější látky. 3.2.1. Fyzikální vlastnosti vody Voda je nejrozšířenější sloučeninou, která se v přírodě běţně vyskytuje ve skupenství pevném, kapalném i plynném. Je současně základem veškerého organického ţivota a také ovlivňuje většinu pochodů na zemi. Její izotopové sloţení je dáno existencí tří izotopů vodíku (hmotnostní čísla 1,2 a 3) a šesti izotopů kyslíku (hmotnostní čísla 14 – 19). Nestabilní jsou pak izotopy H3 a O14,15,19, neboť jejich atomová jádra se rozpadají. Kombinací stabilních nuklidů pak nastává moţnost tvorby 9 různých druhů molekul vody. Voda je čirou kapalinou bez chuti a zápachu, v silnější vrstvě namodralá. Mezi základní fyzikální vlastnosti patří tepelná a elektrická vodivost vody. Voda má ve stavu kapalném velkou měrnou tepelnou kapacitu, coţ je patrné z údaje, kdy na ohřátí 1kg vody o 1°C při teplotě 15°C je potřeba dodat 4,186 kJ energie. Schopnost vody molekulárního přenosu tepla je však velmi malá a tedy přenos tepla i na poměrně krátkou vzdálenost je zcela bezvýznamný. Rovněţ bezvýznamná je téţ elektrická vodivost destilované vody. Tento parametr je závislý na obsahu rozpuštěných látek ve vodě. Čím jich je těchto látek víc, tím je i vyšší elektrická vodivost. O malém významu se však nedá hovořit u hydrostatického tlaku. S hloubkou vody tento tlak roste, a na kaţdých 10m výšky vodního sloupce je o 0,1 MPa vyšší. Z fyzikálního hlediska lze u vody hodnotit rovněţ některé fyzikální veličiny, které jsou ovlivněné prostředím. Mezi tyto veličiny patří zejména hustota vody, jejíţ hodnota závisí na mnoţství rozpuštěných látek a dále na tlaku a na teplotě, zejména pak u sladkých vod. Největší hodnotu hustoty má voda při teplotě 3,94°C. Změny hustoty vody, které jsou 8

způsobené změnou její teploty, pak výrazně ovlivňují jak fyzikální, tak i chemické vlastnosti prostředí a mají rovněţ vliv na koloběh různých látek ve vodních nádrţích. Další významnou veličinou je viskozita vody, která je přibliţně 100x větší neţ viskozita vzduchu a je rovněţ ovlivňována teplotou, coţ má značný biologický význam. Podobně jako hustota jsou i další vlastnosti, jako povrchové napětí, průhlednost či barva vody významně ovlivňovány mnoţstvím látek ve vodě rozpuštěných. V případě průhlednosti vody lze hovořit o zákalu, který je způsobený rozptýlením částic ve vodním sloupci. V zimním období bývá průhlednost vyšší neţ v létě, coţ je zapříčiněno intenzivním rozvojem planktonu v létě (tzv. vegetační zákal). Průhlednost či zákal vody jsou tedy prvním ukazatelem její jakosti, stejně tak jako její barva. 3.2.2. Chemické vlastnosti vody Z hlediska chemického můţeme posuzovat především reaktivnost vody, která je způsobenou její strukturou. Ve vodách přirozených jsou jejich reakce především určovány rovnováţnými stavy mezi vodíkovými ionty, které způsobují kyselost vody a ionty hydroxylovými způsobujícími zásaditost. K vyjádření kyselé nebo alkalické reakce se vypočítá vodíkovými exponent pH, který definujeme jako záporný dekadický logaritmus koncentrace iontů vodíkových. V čisté vodě by měl být rovnováţný stav mezi ionty, a proto je pH neutrální, tedy 7. Vody alkalické jsou pak charakteristické vyšší biologickou produktivitou, především rostlinné biomasy. Voda je vynikajícím rozpouštědlem látek organických i anorganických, coţ bude detailněji popsáno v následující kapitole. 3.3. Koloběh vody v přírodě a její hlavní zdroje Jak jiţ bylo výše uvedeno, voda patří mezi jednu z nejrozšířenějších látek na Zemi. Tvoří převáţnou část těla ţivých organismů. Je přirozenou a stálou součástí veškerých ţivých systémů a zejména u vyšších ţivočichů i u člověka pak tvoří největší podíl jejich celkové tělesné hmoty. Voda však není jen prostředím, ve kterém se ţivotní procesy odehrávají nebo pouze transportním médiem různých sloučenin v buňkách a jejich okolí, ale jednou z hlavních součástí základního biochemického procesu umoţňujícího ţivot na Zemi – fotolýzy. Dále je voda zcela nenahraditelná jak v průmyslové, tak i zemědělské výrobě. 9

Na povrchu planety Země je voda rozdělena značně nerovnoměrně. Z celkového povrchu zeměkoule (510 mil. km2) pokrývají moře a oceány 316,49 miliónů km2, to je zhruba 71 % povrchu zemského, pevniny pouze 148,12 miliónů km2, tedy přibliţně 29 %. Tichý oceán se zabírá plochu 180 miliónů km2, je tedy větší neţ všechny světadíly dohromady. Plocha Atlantského oceánu, 93 miliónů km2, je pak větší neţ dvojnásobek plochy největšího zemského světadílu – Asie, plocha Indického oceánu, 75 miliónů km2, přesahuje součet ploch afrického i amerického kontinentu (viz. obrázek. č. 1.). Voda se tedy stává nedílnou a nenahraditelnou součástí uspokojování potřeb obyvatelstva a jednou ze základních podmínek existence ţivých organismů. V celkovém měřítku je rovněţ velmi důleţitou surovinou průmyslovou. Zemědělská produkce a její rajonizace je v mnoha částech Země omezena nedostatkem vodních zdrojů. Obr. č. 1 Voda na zeměkouli (Plecháč, 1989)

Stále významnější je pro lidstvo problematika získávání pitné i uţitkové vody odsolováním vody mořské, jejíţ zdroje jsou téměř nevyčerpatelné. V současné době je známo několik metod účinného odsolování mořské vody. Jako jednou z nejefektivnějších připadá v úvahu destilace, která nejlépe a nejúčinněji odstraňuje široké spektrum chemických součástí mořské vody. Další v praxi jiţ zavedená metoda odsolování mořské vody je zaloţena na její elektrodialýze. Při tomto postupu se pouţívá zařízení, které má vnitřní prostor rozdělený přepáţkou, a to na anodovou (prostředí kyselé), střední (prostředí neutrální) a katodovou část (prostředí alkalické). Anionty nabité záporně putují k anodě, kde se tvoří příslušné kyseliny, kationty nabité kladně putují pak ke katodě, 10

kde vznikají příslušné hydroxidy. Voda přítomná ve střední části zařízení je pak zbavována solí, protoţe porézní stěny, které propouštějí ionty, zabraňují rovněţ zpětné difúzi sloţek z prostoru anodového i katodového. Vícenásobným spojením elektrolytických článků za sebou je dosahováno stupně deionizace vody na poţadované úrovni. Voda je tedy nejhojnější, nejpřístupnější a současně nejvíce prostudovanou ze všech známých chemických sloučenin, její jakost, ovlivněná okolními podmínkami, je však různá a významně ovlivňuje zdraví člověka i zvířat, a právě proto je zapotřebí tuto kvalitu pečlivě sledovat. Zdravotní nezávadnost pitné a napájecí vody je stále častěji frekventovaným termínem v celosvětovém měřítku a její závaţnost se nedá zanedbat. Jako ve všech průmyslově vyspělých zemích můţeme však podobně i u nás s dynamickým rozvojem civilizace a zejména jejích doprovodných efektů pozorovat čím dál významnější problém, a to otázku její pouţitelnosti. Rychlý rozvoj socioekonomických potřeb lidí je totiţ těsně spojen s produkcí stále většího mnoţství odpadů, jejichţ značná část je směrována zejména do prostředí povrchových vod. Významná část říční sítě v průmyslově rozvinutém světě je tak vystavena značnému znečištění, a voda v těchto ekologicky zatíţených tocích se stává nejen sloţitě vyuţitelnou pro člověka, ale současně nebezpečnou i pro všechny ostatní ţivé organismy. Otázka kvality a zdravotní nezávadnosti vody, která se vyskytuje v řekách, nádrţích, ale současně i podzemních vod představuje jeden ze závaţných globálních problémů současné civilizace. Vzhledem ke skutečnosti, ţe v kvalitě vody se významně odráţí vliv jak přírodních, tak i antropogenních faktorů, je pro její analýzy a celkové hodnocení nutný interdisciplinární přístup, kombinující znalosti jak z oborů přírodovědných, tak i z technických a sociálně-ekonomických. Celkové mnoţství vody na naší planetě se odhaduje následovně: - oceány - polární led a věčný sníh

1 300 000 000 km3 3 500 000 km3

- vnitrozemská moře a jezera

250 000 km3

- podzemní voda

250 000 km3

- řeky

50 000 km3

- voda v atmosféře

12 300 km3

- močály, baţiny - sníh na souši Celkem tedy

6 000 km3 250 km3 1 304 068 550 km3 11

Z výše uvedeného mnoţství připadá 97% na vodu slanou a pouze 3% na vodu sladkou. Sladká voda se pak vyskytuje z 69% v ledovcích, z 30% ve formě vody podzemní a v 1% jako voda povrchová. V čistě chemickém stavu se prakticky nevyskytuje, téměř vţdy obsahuje poměrně velké mnoţství látek povahy minerální i organické. Studiem veškeré vodní části biosféry a dále jejího mořského (marinního), tak i sladkovodního (limnického) biocyklu se zabývá vědní oboz hydrobiologie. Oba vodní bicykly tvoří svou plochou a objemem podstatnou část veškeré biosféry. Marinní biocyklus zahrnuje přibliţně 300krát větší objem neţ biocyklus suchozemský (terestrický), a to včetně veškerých kontinentálních (sladkých) vod a taktéţ je osídlen v celém rozsahu vodního sloupce (tedy od hladiny po největší hlubiny). Stejně tak oceánské dno je oţiveno v celém rozsahu, tedy od příbřeţního pásma po oblasti nejhlubší. Povrchové vody limnického biocyklu zabírají pouze asi 2 % povrchu zemského. Vezmeme-li však v potaz i rozloţení podzemních vod kontinentálních, je reálný rozsah limnického biocyklu značně větší. Veškerá různorodost jednotlivých typů sladkých vod (včetně vod podzemních), je pak svým vznikem a další existencí zcela závislá nejen na atmosférických sráţkách, ale také na koloběhu vody v biosféře, který prochází přes atmosférický stupeň. Přes tento atmosférický stupeň se tedy uskutečňuje distribuce vody na celém povrchu zemském. Přitom je však globální koloběh vody poměrně velmi dynamický. Průměrné roční sráţky představují mnoţství přibliţně 520 000 km3 vody, to znamená 1 010 mm.rok-1. Průměrné mnoţství vody v zemské atmosféře činí přibliţně 12 400 km3. To tedy znamená, ţe „zdrţení“ vody v atmosféře představuje pouhých 8,9 dne. Za jeden rok se tedy obsah atmosférické vody 41,8 krát obnoví. 3.4. Koloběh látek ve vodě Jak jiţ bylo v předešlých kapitolách zmíněno, voda hraje velmi důleţitou roli v transportu jednotlivých látek, a to nejenom v důsledku své schopnosti chovat se jako výborné rozpouštědlo, ale rovněţ díky moţnosti oběhu vody na planetě. 3.4.1. Koloběh anorganických látek

12

Na celkovém koloběhu látek ve vodě se značně podílejí zejména prvky anorganické. Mezi nimi hrají nejdůleţitější roli zejména prvky biogenní, jako je uhlík, dusík, kyslík a další. Kyslíkový reţim patří mezi jedny z nejdůleţitějších faktorů veškerých vodních systémů. Je zcela nepostradatelný pro řadu významných chemických i biochemických reakcí. Aktuální mnoţství kyslíku rozpuštěného ve vodě pochází především ze vzduchu a z fotosyntetické aktivity vodních rostlin. V nezakalené vodě s hojnou vegetací můţe významně narůstat obsah rozpuštěného kyslíku. V průběhu noci dochází pak opět k jeho poklesu v důsledku dýchání rostlin a ţivočichů, a dále téţ jeho spotřebováváním při rozkladu organické hmoty různými druhy bakterií. Kyslíkový reţim je významným ukazatelem při hodnocení jakosti vody. Vodní nádrţe s velkým stupněm organického znečištění mají nedostatek celkového rozpuštěného kyslíku. K samočištění vody se rovněţ spotřebovává. Pokud je jiţ kyslík vyčerpán, probíhá proces samočištění anaerobní cestou a díky tomu vzniká velké mnoţství rozkladných produktů, zejména oxidu uhličitého, metanu a sirovodíku. Další biogenní prvek uhlík, i kdyţ je zcela nejrozšířenější součástí ţivé hmoty, se vyznačuje jedním z nejjednodušších, přesto však vysoce dokonalých cyklů. Uhlík je reprezentován především plynným oxidem uhličitým z atmosféry. Tento plyn je snadno rozpustný ve vodě, tudíţ je jeho obsah ve vodě v poměru s ostatními plyny výrazně vyšší a zcela odpovídá jeho celkovému podílu v atmosférickém vzduchu. Oxid uhličitý se v této plynné podobě vyskytuje ve vodách se značnou uhličitanovou tvrdostí a v důsledku jeho slučování s vodou za vzniku kyseliny uhličité je ovlivněno taktéţ pH vody. Mimo prostředí atmosféry patří mezi další zdroje volného oxidu uhličitého zejména bakteriální rozklad organické hmoty a proces dýchání vodních rostlin a ţivočichů. Větší mnoţství oxidu uhličitého se vyskytuje ve formě rozpustných hydrogenuhličitanů. Tento zdroj je pak nazýván jako vázaný oxid uhličitý. Tento se pak můţe přeměnit na uhličitan vápenatý a díky činnosti rostlin sedimentovat ke dnu, coţ vede k vytěsnění oxidu uhličitého z ekosystému Velmi významným je dále koloběh vápníku, který je hlavní součástí koster ţivočichů ţijících ve vodním prostředí. Ve vodě se vyskytuje především ve formě iontů a je dále významný pro pH vody, protoţe má vztah k měrné vodivosti i k hydrogenuhličitanům. Dusík patří společně s vodíkem, uhlíkem a kyslíkem, k základním biogenním prvkům a jeho cyklus poměrně značně sloţitý. Celý tento cyklus je zaloţen především na vychytávání dusíku v atmosféře vodními vazači, ke kterým řadíme například bakterie nebo vodní rostliny. Tyto ho vyuţívají na přeměnu v proteiny nebo nukleové kyseliny a jeho nadbytek vyloučí v podobě exkrečních produktů zejména amoniaku nebo močoviny. Tyto sloučeniny mohou zase 13

některé druhy bakterií transformovat na dusík plynný, který se pak dostává zpět do zemské atmosféry. Fosfor má značný význam především jako prvek limitující produkční pochody ve vodních ekosystémech. Významným zásobníkem fosforu jsou zejména sedimenty a bazické horniny. Fosfor je ve formě rozpustných fosforečnanů přijímán a dále vyuţíván bakteriemi a fytoplanktonem. Zpět do koloběhu se pak fosfor vrací po jejich uhynutí. Dalšími významnými prvky jsou ţelezo, hořčík, křemík a síra. Hlavním zdrojem ţeleza jsou různé horniny a erozní materiál. Je nutným prvkem pro všechny ţivé organismy. Tyto organismy ţelezo přijímají a dále vyuţívají a po jejich úhynu se ţelezo opět vrací do koloběhu. Hořčík se vyskytuje velmi často ve spojitosti s vápníkem. Hlavním jeho zdrojem jsou horniny. Je prvkem nepostradatelným pro přenos fosforu. Křemík je pak významnou součásti buněčných těl například rozsivek. Síra je důleţitou sloţkou řady enzymů a je vyuţívána některými druhy bakterií. 3.4.2. Koloběh organických látek Voda dále obsahuje velké mnoţství rozpuštěných látek organických různého druhu a původu. Mezi jejich hlavní zdroje jsou řazeny vylučované produkty především fotosyntézy řas případně sloučeniny uvolňované mikrobiálním rozkladem těl uhynulých ţivočichů i rostlin. Významná část z těchto látek je toxická pro vodní organismy i člověka. Mohou mít například paralytický účinek. Nezanedbatelným zdrojem mohou být taktéţ i exkrementy ţivočichů. Některé organické sloučeniny jsou obtíţně rozloţitelné a řadíme mezi ně například sloučeniny huminových kyselin, které mohou dávat vodě typické hnědé zabarvení. Ve vodě je dále rozpuštěné také velké mnoţství růstových faktorů, vitamínů a enzymů produkovaných především bakteriemi a houbami. 3.5. Ekologická hodnota vody Voda má ovšem hodnotu nejen ekonomickou, nýbrţ i ekologickou. Odhaduje se, ţe pětina lidstva nemá v současné době přístup k zdravotně nezávadné vodě. Přibliţně 2,6 miliardy obyvatel planety postrádá vyhovující hygienické zázemí. V průběhu dvacátého století zmizela polovina světových mokřadů. Ročně umírají aţ 3 miliony lidí na různá 14

onemocnění způsobená kontaminovanou vodou a nedostatečnou hygienou (zejména průjmová onemocnění a malárie). Z těchto úmrtí připadá 90% na děti do pěti let. O to závaţnější je tedy skutečnost, ţe se dále na Zemi sniţují zásoby sladké vody. Organizace pro výţivu a zemědělství (FAO) odhaduje, ţe zásoby vody klesly v Evropě o třetinu, v Africe o dvě třetiny a v Asii aţ o tři čtvrtiny. Disproporce mezi zásobami vody a její spotřebou se trvale prohlubuje a přitom lze předpokládat, ţe v následujících letech bude spotřeba vody dále stoupat. Významná část znečištění ţivotního prostředí pochází přitom ze zemědělské výroby (pesticidy, hnojiva, zvířecí exkrementy) a značně zasahuje i vodní zdroje. Pitná voda se tedy stává surovinou strategického významu a do zemědělsky intenzivně vyuţívaných musí být přiváděna z velkých vzdáleností. Tento význam vody pro lidstvo zdůraznilo dne 6. května 1968 vyhlášení „Evropské vodní charty“ ve Strasbourgu: Evropská vodní charta 1. Bez vody není ţivota. Voda je drahocenná a pro člověka ničím nenahraditelná surovina. 2. Zásoby sladké vody nejsou nevyčerpatelné. Je proto nezbytné tyto udrţovat, chránit a podle moţnosti rozhojňovat. 3. Znečišťování vody způsobuje škody člověku i ostatním ţivým organismům, závislým na vodě. 4. Jakost vody musí odpovídat poţadavkům pro různé způsoby jejího vyuţití, zejména musí odpovídat normám lidského zdraví. 5. Po vrácení pouţité vody do zdroje nesmí tato zabránit dalšímu jeho pouţití pro veřejné i soukromé účely. 6. Pro zachování vodních zdrojů má zásadní význam rostlinstvo, především les. 7. Vodní zdroje musí být zachovány. 8. Příslušné orgány musí plánovat účelné hospodaření s vodními zdroji. 9. Ochrana vody vyţaduje zintenzivnění vědeckého výzkumu, výchovu odborníků a informování veřejnosti. 10. Voda je společným majetkem, jehoţ hodnota musí být všemi uznávána. Povinností kaţdého je uţívat vodu účelně a ekonomicky. 11. Hospodaření s vodními zdroji by se mělo provádět v rámci přirozených povodí a ne v rámci politických a správních hranic. 12. Voda nezná hranic, jako společný zdroj vyţaduje mezinárodní spolupráci. 15

3.6. Základní rozdělení vod dle různých kritérií Z obecného hlediska můţeme vodu dělit podle skupenství na led, vodu a vodní páru. Sáhneme-li ovšem po praktičtějším dělení, pak je zřejmé, ţe vodu můţeme dělit z řady různých hledisek. Dělení základní je však na čtyři hlavní skupiny, a to na vodu světového oceánu, coţ zahrnuje vodu oceánů a moří, druhou skupinou je voda pevnin, kterou můţeme dále dělit na vody povrchové (jezera, vodní toky, rašeliniště, slatiniště, baţiny, a umělé vodní nádrţe), dále pak vody ve sněhu a ledu a vody podpovrchové (podzemní voda, půdní voda, a krasová podzemní voda). Třetí hlavní skupinou je atmosférická voda dělená dále na déšť, vodní páru, kroupy a sněhové vločky. Do poslední skupiny pak řadíme vodu, která je obsaţena ve veškerých ţivých organismech (rostliny i ţivočichové). Přehlednější pohled na obecné dělení vod je uveden na obrázku č. 2. Obrázek č. 2 Dělení vod (Kašparovský, 1999)

16

Při oběhu vody na planetě vznikají dále roztoky rozpustných látek a podle jejich obsahu dělíme vodu na sladkou, která zahrnuje vodu dešťovou, vodu v řekách a potocích, a která obsahuje poměrně malé mnoţství rozpustných látek a dále vodu slanou, která se vyskytuje především v mořích, oceánech a některých jezerech, obsahující značné mnoţství minerálních látek. Dalším hlediskem, ke kterému můţeme při klasifikaci vody přihlédnout je dělení podle tvrdosti na vodu tvrdou, coţ je voda pocházející z podzemních pramenů, která obsahuje větší mnoţství minerálních látek a měkkou vodu, s jejich menším obsahem. Velmi významným parametrem pro klasifikaci vod je pak hledisko mikrobiologické. Z tohoto pohledu můţeme dělit vodu na vodu pitnou, vhodnou ke kaţdodennímu pouţití a zbavenou nečistot, která obsahuje vyváţený obsah minerálních látek tak, aby nepoškozovaly zdraví, dále

vodu

uţitkovou,

kterou

nacházíme

především

v průmyslových

závodech

a

v potravinářských provozech a vodu odpadní, coţ můţe být například splašková voda. Významným parametrem pro klasifikaci vod je obsah ţivin, ke kterým řadíme dusík, fosfor, případě draslík a dále obsah mikrobiogenních prvků. Z tohoto hlediska rozeznáváme ultraoligotrofní vody, (tedy velmi málo výţivné aţ nevýţivné), na slabě výţivné vody oligotrofní, dále dystrofní vody, obsahující poměrně velké mnoţství huminových kyselin, mesotrofní vody, které patří mezi středně výţivné, silně výţivné vody eutrofní, velmi silně výţivné vody polytrofní a dále vody hypertrofní, tedy vody, které jsou vysoce výţivné. Podle nejméně významných parametrů pak dělíme vody dle stojatosti na tekoucí a stojatou, dle přírodní medicíny na mrtvou a ţivou a z náboţenství známe například vodu svěcenou. Nejčastěji však vodu dělíme podle dvou základních hledisek, a to dle původu a vyuţití. Podle původu

Podle pouţití

–

voda sráţková (atmosférická)

–

voda povrchová

–

voda podzemní

–

voda pitná – zvl. druhy – –

–

voda uţitková

–

voda provozní

–

voda odpadní 17

vody minerální vody léčivé

3.6.1. Voda sráţková Tato voda se vyskytuje v ovzduší ve formě vodních par, které pak při jisté teplotě kondenzují ve vodní kapky, sníh případně kroupy – atmosférické sráţky. Vodní páry mohou však kondenzovat i na chladnějších místech zemského povrchu případně na předmětech chladnějších neţ je okolní vzduch ve formě rosy, jinovatky nebo námrazy – horizontální sráţky. Voda sráţková voda je značně čistá, k jejímu znečištění dochází teprve při průchodu ovzduším. Většinou neobsahuje větší mnoţství neţ 30 mg.l-1 rozpuštěných látek, je tedy velmi měkká, mívá taktéţ zpravidla nízké pH, dále nízký osmotický tlak a není vhodná k pití. 3.6.2. Voda povrchová Vnitrozemské povrchové vody dělíme na vody stojaté a tekoucí. Mezi vody stojaté, které jsou charakteristické stálými ţivotními podmínkami (tzv. vody eustatické) patří jezera, mezi stojaté vody s ţivotními podmínkami nestálými (vody astatické) řadíme rybníky, tůňky, drobné vody, rašeliniska a slatiny. K tekoucím vodám eustatickým patří studánky, prameny, bystřiny a veletoky, astatické tekoucí vody potom tvoří potoky a řeky v oblastech níţin (střední toky). 3.6.3. Voda podzemní Podzemní vody bývají obvykle mineralizovanější neţ vody povrchové. Výkyvy jejich fyzikálně chemických parametrů jsou velmi mírné. Většinou jsou charakterizovány poměrně stabilní teplotou (s výjimkou infiltrovaných vod) a kyslík neobsahují buď vůbec, případně jen ve velmi malých mnoţstvích. Obsah organických látek bývá v podzemních vodách velmi nízký. Tyto vody téměř neobsahují organismy nebo jich obsahují zcela malé mnoţství, a to vesměs jiné druhy, neţ bývají nalézány ve vodách povrchových. Jejich chemické sloţení je závislé zejména na vlastnostech horninového prostředí, se kterým jsou ve styku. Největší část podzemních vod vzniká prosakováním vody půdními vrstvami (tzv. voda vadózní). Pouze malá část podzemních vod je tvořena vodami juvenilními vzniklými

18

slučováním kyslíku a vodíku v průběhu různých chemických reakcí, které se odehrávají v hlubokých vrstvách litosféry. Velká část podzemních vod je charakterizována volnou hladinou (tzv. voda freatická). Tato voda je uloţená na první nepropustné vrstvě (vrstvě vodonosné). Vody artézské jsou pak uzavřeny mezi dvěma nepropustnými vrstvami. Dojde-li k proraţení horní nepropustné vrstvy, hladina vody ve vrtu stoupne, můţe také případně tryskat nad úroveň terénu. Podzemní vody bývají často zdrojem vody pitné a zejména z tohoto hlediska je hodnotíme. Mezi nejkvalitnější bývá řazena voda průlinová. Tato voda proniká půdou značně pomalu (1 m za rok). Obvykle má po celý rok stabilní sloţení i teplotu. Puklinami v pevných horninách se do podzemí dostává voda puklinová. Její jakost a sloţení jsou závislé především na charakteru materiálu vyplňujícího puklinu. Je méně vhodná pro zásobování pitnou vodou. Vodu infiltrovanou nacházíme v okolí vodních nádrţí nebo povrchových vodotečí. Její kvalita je závislá na vzdálenosti od povrchového zdroje a na sloţení terénu. V současné době se ve značné míře vyuţívá k zásobování pitnou vodou. Krasová voda je v podstatě povrchová voda (ponorná řeka nebo potok), která se v oblasti krasových území dostává pod úroveň země a po jisté vzdálenosti opět vytéká na povrch. Svým sloţením se téměř neliší od vody povrchové. 3.6.4. Voda pitná Pitná voda pocházející z jakéhokoliv zdroje musí plně vyhovovat zdravotním poţadavkům a nesmí tedy působit změny a poruchy zdravotního stavu. Současně musí vyhovovat smyslovým vjemům spotřebitele a nesmí narušovat či negativně ovlivňovat čerpací a vodovodní zařízení. 3.6.5. Voda uţitková Podobně uţitková voda z jakéhokoliv zdroje musí splňovat rovněţ zdravotní poţadavky a musí být tedy zdravotně zabezpečena. Svými fyzikálními parametry nesmí vzbuzovat odpor a v závislosti na směru pouţití musí vyhovovat i poţadavkům technologickým, případně technickým. 19

3.6.6. Voda provozní Provozní voda jiţ nemusí být po stránce zdravotní zabezpečena, avšak poţadavky na její vlastnosti stanovené technologickým procesem, ve kterém se tato voda pouţívá, mohou být často velmi přísné. 3.6.7. Vody léčivé a minerální Minerální vody jsou zvláštním druhem vod podzemních. Od prostých vod se pak liší obsahem nebo druhem rozpuštěných solí či plynů, dále pak teplotou nebo radioaktivitou, případně i obsahem dalších farmakodynamických látek. Nejčastěji vznikají z vody vadózní či z vod fosilních (ropných, důlních), které sestoupily do velkých hloubek po tektonických trhlinách, významně se ohřály a obohatily plyny i solemi. Minerální vody dělíme podle různých kritérií: teploty (termální vody), obsahu plynů (vody sirovodíkové, kyselky s obsahem CO2), radioaktivity, a dále dle chemického sloţení. Velmi významné je sledování chemického sloţení minerálních vod. Jeho změny totiţ často signalizují změny v jejich celkovém reţimu a tedy i změny v jejich fyziologické účinnosti. Jímání, uchovávání a léčebné uţití minerálních vod vyţaduje mnoho pozornosti a praktických zkušeností, nemá-li vyústit k poškození jejich zdrojů. Významnou roli v léčebném působení vod minerálních mají nesporně i prvky stopové. 3.6.8. Vody odpadní Odpadní vody jsou všechny druhy vod, které jiţ byly pouţity pro domácí, komunální, průmyslové či zemědělské účely a které poté ztratily charakter vody původní, a to změnou fyzikální, chemické případně biologické nebo estetické povahy. 4. Voda a ţivý organismus 4.1. Význam vody pro organismus Voda má v důsledku svých fyzikálních a chemických vlastností zásadní význam nejen pro ţivočichy vodní, ale i pro suchozemské, protoţe je základní součásti jejich těl a dále se 20

podílí na mnoha biochemických procesech důleţitých pro ţivot. Je jedním ze základních faktorů vnějšího prostředí, který plní důleţitou roli v biologickém koloběhu vody v ţivém organismu. Zatímco bílkovinná skladba tkání jednotlivých organismů je variabilní a pro kaţdý ţivočišný druh zvířat specifická, vzájemný poměr kationtů a aniontů v tělesných tekutinách je poměrně konstantní a vývojově odpovídá sloţení minerálních solí vodného prostředí, v němţ se ţivočišná tkáň vyvíjela prapůvodně v průběhu procesu přizpůsobování se pozemskému ţivotu. Skladba těchto fyziologických vodních roztoků koresponduje se sloţením vodních roztoků praoceánů Kambria a i u současných ţivých organismů přetrvává. 4.2. Voda v tělech organismů Voda je v ţivém organismu aktivním prvkem, který zajišťuje biochemické a biofyzikální přeměny typické pro ţivot. Prostřednictvím vody pak dochází k asimilaci, disimilaci, difuzi, resorpci, filtraci i osmóze. Pouze ve vodním prostředí mohou probíhat trávicí procesy, resorpce ţivin z gastrointestinálního traktu, jejich transport k různým tkáním, a samozřejmě vylučování v průběhu metabolických pochodů. Voda tvoří u člověka 71 – 73 % netukové sloţky těla. U řady vodních ţivočichů můţe pak obsah vody dosahovat aţ 98 %. Naopak v semenech rostlin je asi pouze 12 % vody. U hospodářských zvířat bývá průměrné zastoupení obsahu vody v krvi asi 93 %, ve svalovině asi 75 % a v mozku přibliţně 70 %. Naopak tkáň chrupavky obsahuje asi 55 %, kostra přibliţně 22 % a zubovina 10 % vody. V tělech ţivých organismů pak vodu můţeme dělit dle obrázku č. 3. Toto dělení ovšem není striktní, neboť jednotlivé prostory se neustále vzájemně prolínají a nejsou tedy ostře oddělené. Obrázek č. 3 Rozdělení vnitřní vody (Odstrčil, Brno 2005)

21

Voda dále zprostředkovává transport jednotlivých látek a tvoří vnitřní prostředí organismu. Základní fyzikální vlastnosti vody ústí v její významnou termoregulační schopnost, coţ úzce souvisí s její značnou tepelnou kapacitou. Např. při intenzivní svalové činnosti se značná část vytvořeného tepla odvádí prostřednictvím vody, tudíţ se udrţuje stabilní tělesná teplota (pocení). Existuje zde dále také vztah mezi tepelnou vodivostí vody a jejím významným výparným teplem. Lze tedy konstatovat, ţe pro plnění celé řady biologických procesů má voda v důsledku svých fyzikálních i chemických vlastností ideální předpoklady. Pokud se jedná o strukturu vody v buňce, je dnes všeobecně uznáván názor, ţe zcela jinou strukturu má tzv. voda volná na rozdíl od vázané vody, které je přibliţně pouze jedna dvacetina. Vodě vázané pak bývá připisována důleţitá úloha v souvislosti s jejím zásadním ovlivňováním membrán lipoproteinového charakteru, jeţ je podobné jako chování vody na povrchu, který je tvořený micelárními útvary mastných kyselin. Velmi

významná

korelace

pak

bývá

uváděna

mezi

obsahem

vody

v

ţivočišných buňkách a rychlostí růstu organismu. Podobně jako mladý organismus, i regenerovaná tkáň organismů starších obsahuje větší mnoţství vody. Z toho vyplývá větší spotřeba vody pro mladší zvířata v porovnání se zvířaty dospělými, resp. starými. Do organismu se voda dostává z vnějšího prostředí, a pouze malá část můţe vznikat při spalování některých látek oxidací vodíku (tzv. voda metabolická). Z těchto důvodů je podávání dostatečného mnoţství napájecí vody zvířatům nedílnou součástí celkové výţivy. Z organismu je voda trvale vylučována ledvinami, střevem, plícemi i kůţí, ale u různých druhů zvířat rozdílně. Výdej vody z ţivočišného organismu převáţně plícemi zjišťujeme u čeledi Ovidae, převáţně kůţí pak u čeledí Equidae a Camelidae, a podobně účinně kůţí, ledvinami a trávícím traktem u čeledi Bovidae. Při nedostatečném příjmu vody bývá ztíţená zejména tepelná regulace organismu, negativně bývá ovlivněno trávení i resorpce ţivin ve střevě a významně se sniţuje i vylučování

produktů

látkové

výměny.

Rovněţ

postupné intoxikaci a případně ke zvýšení tělesné teploty. 4.3. Vliv na ţivé organismy 4.3.1. Vliv fyzikálních vlastností vody na ţivé organismy

22

dochází

k zahušťování

krve,

k

Jak jiţ bylo výše uvedeno, fyzikální vlastnosti vody mají značný vliv na ţivot všech ţivočichů, zejména však vodních a přeneseně i suchozemských. Jednou z hlavních fyzikálních vlastností je měrná hmotnost. Velká hustota, přibliţně 775 krát větší neţ hustota měrné hmotnosti vzduchu, má podstatný vliv na stavbu těla všech vodních ţivočichů. Ţivočichové suchozemští jsou omezování zejména tím, ţe jejich končetiny musí udrţet hmotnost jejich těla, a proto nemohou dorůstat tak velkých rozměrů. Jsou tedy omezeni stavbou těla. Vodní ţivočichové pak nemají takové omezení, a to právě díky hustotě vody, která se značně blíţí hustotě jejich těl. Stačí jim tedy k zajištění opory a pohybu podstatně menší končetiny a mohou tak dosahovat i značně větších rozměrů neţ suchozemští ţivočichové. Podobný stav můţeme vidět u rostlin. Viskozita vody oproti tomu ovlivňuje především pohyb organismů ve vodě, v důsledku vznikající třecí síly. Tato třecí síla je zejména závislá na teplotě vody, a proto se v teplé vodě organismus můţe pohybovat s menším výdejem energie, ale současně klesá snadněji ke dnu neţ ve vodě studené. Prakticky můţeme tento jev ověřit plaváním v teplém nebo studeném bazénu, kdy se při stejné uplavané vzdálenosti dá zjistit vyšší výdej energie při plavání v bazénu s vodou studenou. Další z významných fyzikálních vlastností vody je její povrchové napětí. Je velmi důleţité především pro vodní hmyz, neboť udrţuje jeho stabilizační plochu a oporu k pohybu. Nepřímo účinkujícím fyzikálním faktorem je hydrostatický tlak. Tento tlak při vlastním zvyšování zvyšuje téţ ve vodě rozpustnost oxidu uhličitého, a tím i rozpustnost vápníku. Díky tomu hlubinní ţivočichové obtíţně kryjí svoji fyziologickou potřebu vápníku, a to se projevuje redukcí jejich koster. 4.3.2. Vliv látek ve vodě na ţivé organismy Sloţení, resp. vlastnosti vody jsou v přímé nebo nepřímé souvislosti se zdravím člověka i zvířat. Fyzikální vlastnosti vody, tj. její senzorická hodnota, zejména pak poruchy chuti a pachu způsobené např. znečištěním vody pesticidy, ropnými produkty, produkty metabolismu řas a mikroorganismů, chlorfenoly mohou působit u zvířat i člověka odpor a u některých jedinců i poruchy funkce trávící soustavy. Pokud mluvíme o vlivu látek rozpuštěných ve vodě, je nutné se zaměřit především na ty látky, případně prvky, které mohou být pro ţivé organismy škodlivé. Takové prvky či 23

sloučeniny můţeme téţ označit jako rizikové. Jsou to zejména nejdéle působící kontaminanty ţivotního prostředí, protoţe je velice obtíţné je eliminovat a současně patří k historicky nejdéle známým toxickým látkám. Řada těchto látek je ve stopových koncentracích pro ţivé organismy nezbytná a jejich nedostatek můţe způsobovat poruchy metabolismu. Z hlediska chemického sloţení vody, resp. látek v ní rozpuštěných, můţeme tedy zjišťovat jak pozitivní, tak vysloveně negativní vliv na zdraví organismů. Napájecí či pitnou vodu musíme povaţovat i za důleţitou součást výţivy zvířat i člověka. Je totiţ mimo jiné důleţitým zdrojem minerálních látek – makro- i mikroprvků. Tvrdost vody, tj. obsah solí vápníku a hořčíku můţe mít vztah k nemocnosti a úmrtnosti na kardiovaskulární onemocnění zejména u déle ţijících zvířat (koně, psi, kočky apod.). U mláďat pak pití měkké vody můţe být příčinou nesprávného vývoje kostí, pití enormně tvrdé vody pak jednou z příčin tvorby močových kamenů a jiných metabolických poruch. Vztah chemického sloţení vody ke kardiovaskulárním nemocem není patrně prostou funkcí tvrdosti, ale spíše obsahem mnoha dalších mikroprvků. Patří k nim kadmium, zinek, mangan, molybden, chróm, vanad, selen, měď, nikl, kobalt, lithium, fluór, jód, bór a další. O úloze jednotlivých mikroprvků je jiţ známo mnoho poznatků. Většina z nich je pro ţivý organismus ve vyšším mnoţství toxická, v nepatrných mnoţstvích však potřebná (esenciální) a jejich nedostatek ve výţivě (tedy i ve vodě) je příčinou různých zdravotních poruch. Avšak poznatky o úloze jednotlivých mikroprvků musí být korigovány z hlediska jejich vzájemných interakcí (potenciace, synergismus, protekční účinek), takţe zaznamenávané poruchy zdraví jsou spíše výsledkem narušení jejich vzájemného poměru („správného“ z hlediska fylogenetické adaptace) vzniklého znečištěním prostředí. Většina dobrých podzemních vod má v tomto smyslu příznivé sloţení a má tedy vhodné biogenní vlastnosti, zatímco upravené povrchové vody nejsou vţdy ideální. Proto také Světová zdravotnická organizace v jednom ze svých usnesení doporučila vládám členských zemí, aby dobré zdroje podzemních vod byly vyuţívány pouze pro zajištění pitné vody a nebylo jimi plýtváno pro jiné účely. Doporučila dále, aby tyto zdroje byly vyhrazeny i pro distribuci pitné vody v lahvích. Z pohledu ekotoxikologie jsou v popředí zájmu ze skupiny rizikových prvků především těţké kovy, a to zinek měď, rtuť, kadmium, olovo, nikl, chrom, ţelezo, mangan, selen a arsen. Tyto kovy řadíme mezi významné ukazatele, a to jak z hlediska hygienického, tak i hospodářského. Ve vodách se nejčastěji vyskytují ve formě jednoduchých aniontů nebo kationtů, komplexních aniontů, případně neutrálních molekul. Jejich hlavním zdrojem bývají 24

obvykle nejrůznější průmyslová odvětví. Nejdůleţitější zdroje kontaminace vodních zdrojů rizikovými prvky, jsou uvedeny v tabulce č. 1. Z těchto uvedených těţkých kovů jsou pro zdraví člověka i zvířat rizikové zejména arsen, olovo, kadmium, zinek a rtuť. Arsen se v ţivočišných organismech nachází ve stopovém mnoţství a je vylučován stolicí a močí. Největším nebezpečím je expozice sloučeninám arsenu. Příznaky akutní intoxikace se projevují obvykle jako prudké bolesti břicha a zvracení. Chronická forma otravy se projevuje narušením a nestabilitou imunitního systému. Tab. č.1 Nejdůleţitější zdroje kontaminace vodních zdrojů

RIZIKOVÝ PRVEK

ZDROJ KONTAMINACE

Olovo

Úpravny rud, chemický průmysl, hnojiva

Arsen

Úpravna rud, hnojiva, insekticidy

Měď

Komunální odpad, chemický průmysl

Zinek

Zemědělství, pigmenty od keramických glazur

Kadmium

Fosforečná hnojiva

Rtuť

Herbicidy, fungicidy

Chróm

Chemický průmysl

Nikl

Úpravny rud

Vysoce toxickým kovem je kadmium, které způsobuje inhibici řady enzymů a má mutagenní a teratogenní účinky. Oproti dvěma předchozím prvkům je akutní forma otravy olovem v současné době poměrně vzácná a můţe se projevovat například zvracením. Olovo dále působí na nervovou soustavu a cévy. U chronické formy otravy rtutí dochází především k poškození gastrointestinálního traktu a ledvin, ale také případně plodu. Zinek je důleţitým prvkem pro funkci některých enzymů, avšak jeho toxický účinek můţe způsobovat například anémie. Z těchto výše zmíněných prvků můţeme ve vodě nejčastěji očekávat zejména rtuť, kadmium a olovo. Od zákazu pouţívat olovnaté benzíny (1.1.2001), se dominantním zdrojem olova ve vodách stávají podniky na zpracování olova či olověných slitin a dále olověná potrubí ve starších vodovodních řádech. Do vodních zdrojů by se tedy olovo nemělo dostávat splachy z přilehlých komunikací, jak tomu bylo v dřívějších dobách. Vyhláška Ministerstva zdravotnictví č. 252/2004 Sb., uvádí nejvyšší mezní hodnotu (tedy hodnotu ukazatele, jehoţ překročení zcela vylučuje uţití vody jako pitné) rovnající se 10 μg.l-1. Kadmium se pak do 25

vodních zdrojů obvykle dostává z podniků na zpracování keramiky, případně z rudných loţisek. U kadmia vyhláška č. 252/2004 Sb. uvádí nejvyšší mezní hodnotu 5 μg.l-1. Ve vodárenských tocích je pak povolena hodnota nejvýše 0,01 mg.l-1, v ostatních povrchových vodách pak 0,3 mg.l-1. Rtuť se pak do povrchových i spodních vod dostává zejména při zpracování rud a dále ze zemědělství ve formě vod odpadních a rovněţ strojírenského průmyslu. Vyhláška č. 252/2004 Sb., uvádí pro rtuť nejvyšší mezní hodnotu 1 μg.l-1. Bylo jiţ řečeno, ţe většina mikroprvků ve vyšším mnoţství je toxická, a to jak ve formě kationtů, tak i aniontů. Jako vysloveně toxické povaţujeme sloučeniny rtuti (zvláště organické – alkylrtuť), olova, arzénu a kyanidy. Kromě těţkých kovů bývají ve vodách stanovovány rovněţ nekovy a polokovy. Z těchto látek je nutné zmínit především dusičnany, dusitany a amoniak. Dusičnany řadíme mezi hlavní čtyři anionty vod. Jejich větší výskyt můţe vypovídat o starším znečištění organického původu, případně se jedná o splachy ze zemědělských oblastí, ve kterých se nadměrně hnojí. Ve vodách povrchových souvisí obsah dusičnanů zejména se stupněm eutrofizace vod. Dusičnany bývají pro člověka méně závadné, pokud však nejsou v zaţívacím traktu střevní mikroflórou redukovány na dusitany. V tomto případě reagují dusitany s krevním barvivem hemoglobinem za vzniku methemoglobinu, který je jeho derivátem vznikajícím při procesu oxidace ţeleza z Fe2+ na Fe3+. Methemoglobin pak nemá afinitu ke kyslíku, a není tedy schopen kyslík transportovat. Výsledkem takového stavu je onemocnění označované jako alimentární methemoglobinemie. Vyhláška č. 252/2004 Sb., pro pitnou vodu udává pro dusičnany nejvyšší meznou hodnotu 50mg.l-1. Dusičnany jsou významné především ve výţivě kojenců a mláďat hospodářských i domácích zvířat, kteří jsou značně citliví k vyšší tvorbě methemoglobinu, a jejich organismus jej nedokáţe dostatečně odbourávat. Dusičnany navíc spolu s dusitany mohou

být prekurzory N-nitrosloučenin

(nitrosaminů a nitrosamidů), coţ jsou látky se silně karcinogenním účinkem. Vznikají v kyselám prostředí ţaludku a byla prokázána úzká korelace mezi přísunem dusičnanů a výskytem nádorových onemocnění trávícího traktu a močového měchýře. Dusitany ve vodách zpravidla doprovázejí právě zmíněné dusičnany. V čistých vodách bývají ve stopovém mnoţství nebo vůbec. Slouţí jako indikátory fekálního znečištění. Dusitany samy mohou vyvolat nádorová onemocnění lymfatického systému. Jestliţe dojde ke znečištění vodního zdroje dusíkatým vápnem (kalciumkyanamid), projeví se pití takovéto vody otravou člověka v případech, kdy se současně poţije alkohol. Tato látka totiţ má 26

intoleranci na alkohol a případy takovýchto otrav byly zaznamenány i v našich podmínkách. Vyhláška č. 252/2004 Sb., udává nejvyšší meznou hodnotu dusitanů rovnající se 0,50 mg.l-1. Amoniak je pak ukazatelem probíhajících biologických pochodů a jeho koncentrace bývají obvykle velmi malé. Vyhláška č. 252/2004 Sb., udává pro pitnou vodu jeho meznou hodnotu 0,50 mg.l-1. Ve vodách se také stanovují další prvky, a to především vápník a hořčík, díky kterým lze zjistit celkovou tvrdost vody a následně ji pak podle tvrdosti rozdělit na měkkou, středně tvrdou, tvrdou a velmi tvrdou. Významné je rovněţ stanovení mnoţství rozpuštěného kyslíku, který běţně nebývá u podzemních a pitných vod stanovován neboť nemá hygienický ani organoleptický význam. Je však významným indikátorem čistoty vodních toků. Dále se ve vodě stanovuje obsah volného chloru, síranů, siřičitanů, chloridů, fluoridů, kyanidů a dalších. Měřítkem obsahu organických látek, které jsou vţdy přítomny v pitných vodách ve větším či menším mnoţství, jsou různé hodnoty – především oxidovatelnost. Praxe znovu ukazuje, ţe to je měřítko velmi hrubé a nedokonalé, které nic neříká o kvalitativní stránce. Aţ dosud bylo z vody izolováno a částečně i identifikováno několik set látek, z nichţ některé mají silně toxické, ale také mutagenní a karcinogenní účinky. Některé z nich nabývají karcinogenních vlastností chlorací, některé patří do kategorie látek schopných vázat kovy a metaloidy (organické ligandy – neodbouratelné organické barevné látky). Mnohé z nich jsou jen těţko odstranitelné v procesu úpravy vody. Vyskytují se sice ve vodě ve velmi nepatrných mnoţstvích, ale jejich vysoká toxicita a schopnost se vázat a kumulovat v tkáních ţivého organismu zdůvodňuje potřebu jejich odstranění (alespoň v procesu úpravy vody). V podstatě totéţ platí o pesticidech (včetně herbicidů), protoţe jejich jinak pozitivní význam v zemědělské výrobě, v lesnictví i vodním hospodářství je často negativní, jestliţe se aplikují – jak občas bývá – podle zásady „čím více, tím lépe“. Víme, ţe některé pesticidy (chlorované uhlovodíky) jsou biologicky téměř neodbouratelné a ţe prostřednictvím potravinových řetězců se dostávají aţ k člověku a kumulují se v tukových tkáních. Pesticidy na bázi organofosfátů patří mezi zvlášť nebezpečné jedy a jejich nejvyšší přípustné koncentrace, resp. přípustná rezidua musí být stanoveny velmi nízko. Zdálo by se, ţe riziko akutní otravy z vody není velké, protoţe voda znečištěná pesticidy často velmi páchne a je tedy prakticky nepoţivatelná. Ale některé, jako insekticidní karbamáty, fungicidní dithiokarbamáty, herbicidy, triaziny a deriváty močoviny mohou dát vznik Nnitrosloučeninám. Povaţuje se tedy odstranění pesticidů nebo jejich sníţení ve vodě na přijatelné minimum za zcela nezbytné. 27

Jak je jiţ dlouho známo vysoce toxické jsou i polychlorované bifenyly a terfenyly, coţ jiţ vedlo k plošnému zákazu jejich výroby a pouţívání. Akutní onemocnění jimi vyvolané je velmi váţné a k jeho vyvolání stačí velmi nízké denní dávky (u člověka se uvádí hodnota okolo 4 mg). Významné jsou rovněţ i polycyklické aromatické uhlovodíky, typické karcinogeny. Jsou přirozeně přítomny v půdě i v rostlinách jako produkty metabolismu rostlin a mikroorganismů a ţivočichové tedy ţijí v jakémsi velmi nízkém přirozeném pozadí. Oxidační procesy v prostředí je zneškodňují. Hovoříme-li o karcinogenech, je nutné upozornit, ţe mnohé další vznikají uměle v procesu dezinfekce vody – jmenovitě chlorací organických látek, zejména huminové povahy. Jsou to trihalometany (chloroform), tetrachlorid uhlíku (CCl4), dichlorbrommetan, chlordibrommetan a bromoform. Proto včasné odstranění, resp. zachycení těchto organických látek v procesu úpravy vody na vhodných absorbentech (aktivní uhlí, bentonit apod.) je jedním z řešení prevence jejich vzniku. K ostatním organickým látkám zasluhujícím zvláštní pozornosti patří detergenty – povrchově aktivní látky – sice málo toxické, ale zvyšující resorpci sloučenin kovů a metaloidů kůţí a střevní sliznicí. Nesporné jsou poţadavky na prevenci znečištění vody ropou a ropnými výrobky, protoţe taková voda je z důvodů organoleptických nepouţitelná. Sumárně můţeme konstatovat, ţe jakékoliv opatření sniţující obsah organických látek na přijatelné minimum (zábrana znečištění zdroje, odstranění v procesu úpravy) má svůj nesporný pozitivní význam z hlediska zdravotního stavu zvířat i člověka. Z hlediska zdravotního je významné i mikrobiální sloţení vody. Fekálním znečištěním se do vody dostávají mnohé patogenní střevní mikroby z rodu Salmonella a Shigella, Vibrio cholerae, rod Leptospira, druh Yersinia enterocolitica, Campylobacter fetus, var. jejuni a enteropatogenní a enterotoxigenní typy Escherichia coli. Kromě toho ve vodě lze najít podmíněné patogeny jako rod Pseudomonas s druhem Pseudomonas aeruginosa, rod Flavobacterium, rod Acinetobacter, rody Klebsiella a Serratia a atypické mykobakterie. Teoreticky lze ovšem všechny tyto patogeny a podmíněné patogeny prokázat, ale běţně se ke kontrole vody pouţívá systému indikátorů – celkového počtu bakterií, fekálních koliformních bakterií, Escherichia coli a clostridií. Ve vodě najdeme ovšem různé další mikroby, které způsobují senzorické závady (pach, chuť). Patří sem sirné a ţelezité bakterie, aktinomycety, bakterie dusíkového cyklu a proteolytické bakterie. Jejich přítomnost a pomnoţení můţe být symptomem organického znečištění vody.

28

Epidemiologická a epizootologická situace posledních let však ukazuje, ţe mikrobiální kontaminace vody, resp. opatření při úpravě vody včetně dezinfekce, sniţují výskyt infekčních onemocnění. Zato však na významu nabývá kontaminace vody viry. Voda můţe být kontaminována více neţ 100 druhy virů, přičemţ jednou z nejvýznamnějších je skupina enterovirů. Tyto viry mohou způsobit akutní gastroenteritická onemocnění, současně však mohou postihnout i jiné orgány – jako např. respirační, mozek a mozkové pleny, oční spojivky atd. Cesty infekce mohou být také různé. Můţe to být jak cesta trávícího traktu po napití vody, ale také vzduchem při skrápění zvířat v horkých letních měsících v rámci klimatizačních opatření ve stájových objektech. Je samozřejmé, ţe největší mnoţství virů nacházíme v odpadních splaškových vodách, z nichţ pak dochází ke kontaminaci povrchových vod, ale i podzemních, protoţe zejména v deštivých obdobích se mohou viry z povrchu dostat aţ do hloubky několika metrů. V naší klimatické oblasti se největší počet virů najde v letním období a nejmenší v zimě, s výjimkou adeno- a echovirů, které lze najít i na začátku zimy. Při zavlaţování skrápěním byly prokázány enteroviry do vzdálenosti 40-100 metrů po směru větru, přičemţ vyšší počty se nalezly v období vlhkého počasí bez slunečního záření a v noci (hodnoty 10x vyšší). Izolace virů z vody je záleţitost metodicky velmi obtíţná. Bylo dosud vypracováno kolem dvaceti metodických postupů, při nichţ se pouţívá ponořených tamponů (metoda je pouze kvalitativní), filtrace, adsorpce s elucí, flokulace apod. Podle koncentrace virů je nutné vyšetřit mnoţství od 1 do několika set litrů vody a celý vyšetřovací postup je pracný a nákladný. Proto se hledají vhodné indikátory, např. bakteriofágy, Bdellovibrio aj. Faktem zůstává, ţe běţně pouţívané fekální indikátory (koliformní mikroorganismy, enterokoky aj.) nejsou ukazateli virové kontaminace. Velmi často byly totiţ viry prokázány ve vodách, které byly prosty mikrobiálních fekálních indikátorů. Také pouţití jiných indikátorů není plně vyhovující, a proto na tomto poli dosud panují váţné rozpaky. Zdá se, ţe bude nutné přistoupit k pouţití metod s přímým důkazem izolací virů. Pokud se týká odstraňování a zachycování virů, je známo, ţe v procesu čištění odpadních vod se odstraní v průběhu mechanické fáze (sedimentace) asi 50% virů, které se zachytí v kalu, v další fázi metody aktivovaného kalu odstraňují 60 – 99%, skrápěné filtry a oxidační rybníky 80 aţ 95% virů, chemická koagulace 90 – 99%. Nejefektivnější je pouţití vápna, protoţe při vysokém pH jsou viry současně inaktivovány. Doporučuje se ještě následná filtrace na pomalých filtrech nebo adsorpce s pouţitím bentonitu nebo aktivního uhlí. Kal musí být dále zpracován nejlépe vyhníváním, resp. dalším tepelným zpracováním. 29

Při úpravě povrchové vody na pitnou vodu je nutné zdůraznit, ţe běţně pouţívané metody úpravy (koagulace a filtrace) nejsou dostatečně efektivní. Navíc viry sorbované na vločky zůstávají aktivní (ţivé), a proto kal z vloček by měl být tepelně nebo chemicky zneškodněn dříve, neţ je vypouštěn z úpravny. Pouţití vápna při flokulaci je velmi účinné, jestliţe se dosáhne pH 11,5 alespoň po dobu 1 hodiny. Modelově bylo prokázáno, ţe přidání vhodného polykoagulantu (polyvinylalkohol, polyakrylamid, ale také bentonit) zvýší účinek odstranění virů aţ téměř ke 100%. Z toho všeho je zřejmé, ţe ke 100% likvidaci virů musí být pouţito dezinfekce vhodným činidlem. Základní podmínkou účinnosti je, aby voda byla čirá a maximálně zbavena suspendovaných částic, na něţ viry vţdy mají tendenci se vázat. Běţně pouţívaný plynný chlór je však málo účinný a k dobrému zabezpečení je nutné počítat s koncentrací 0,5 mg.l-1 volného aktivního chlóru po dobu nejméně 30 minut. Jestliţe seřadíme dosud známé dezinfekční prostředky podle jejich účinnosti, dostaneme toto pořadí: O3 › ClO2 › HOCl › OCl › NHCl2 › NH2Cl Z toho vyplývá, ţe nejúčinnější je ozón a oxid chloričitý. Ozón inaktivuje viry (voda misí být čirá a hodnota zákalu nesmí přesáhnout 5 mg SiO2) v koncentraci 0,2 – 0,4 mg-l-1 za 4 minuty. Má navíc (podobně jako ClO2) schopnost sráţet ţelezo a mangan, destruovat fenoly, sulfitové louhy, povrchově aktivní látky a oxidovat všechny organické látky včetně těch, které způsobují nepříjemnou chuť, pach a barvu vody. Nemá však schopnost zajistit rezidua ve vodovodní síti, a proto musí být doplňován následnou chlorací do sítě. Moţná je i kontaminace pitné či napájecí vody parazitárními prvoky a červy. U nás není problémem kontaminace patogenním prvokem Entamoeba histolytica (původce úplavice), ale v povrchových i upravených vodách najdeme velmi často většinou nepatogenní druhy. Patogenním prvokem, který můţe kontaminovat pitnou vodu, je Giardia lamblia, vyskytující se ve formě cyst v odpadních vodách. Odborná literatura upozorňuje, ţe „průjmy z vody“ nejasného původu a někdy přičítané podmíněným patogenům, mohou být působeny tímto prvokem. Ke kontaminaci vody ve vodovodu dojde nejčastěji při posuvech půdy a současných poruchách kanalizace a vodovodního potrubí. Parazitičtí červi a jejich vajíčka se najdou u nás v odpadních vodách, ale kontaminace pitných vod zatím není známa.

30

5. Kvalita vody Stav hydrosféry představuje jednu z nejvýraznějších a nejlépe uchopitelných součástí přírodního prostředí. Odráţí totiţ aktuální stav zatíţení prostředí všemi běţnými lidskými aktivitami, především však odpady ze sídel, zemědělské a průmyslové činnosti. Pro vyjádření míry zátěţe povrchových vod antropogenní činností proto pouţíváme hodnocení stavu a vývoje kvality sledované vody na základě různých parametrů a hledisek. Ty se vyvíjejí a mění podle potřeb a účelu hodnocení, analytických moţností, ale i celkového pojetí problematiky v různých zemích a časových obdobích. Přes značnou relativnost hodnocení a vlastního pojmu kvality vody se můţeme pokusit shrnout hlavní pojmy a metody, pomocí kterých definujeme a hodnotíme jakost povrchové vody v přírodním prostředí. Kvalitou vody obecně rozumíme ohodnocení souboru jejích vlastností z hlediska její vhodnosti pro různé druhy vyuţití, z hlediska míry toxicity vody pro organismy či obecně ve vztahu k přírodnímu prostředí. Bereme přitom v úvahu její rozdílné vlastnosti fyzikální, chemické či biologické. Na základě kvantifikace těchto jednotlivých vlastností vody a jejich porovnání s předem stanovenou stupnicí hodnot hovoříme o kvalitě vody a o míře její zátěţe. Vlastní pojem kvality vody je relativní s tím, jak se mění vlastnosti vody v tocích v průběhu času a prostoru, tak se liší a vyvíjejí i nároky na její kvalitu. Poţadavky na kvalitu vody se velmi mění, a to jak mezi různými zeměmi či geografickými oblastmi, tak i v rámci jednoho státu v čase. Rozdíly přitom bývají výrazné a vyplývají z celkového stupně vývoje poznání, společnosti a jejího vztahu k vyuţívání přírodního prostředí vůbec. Vývoj měřítek pro posuzování kvality vody odráţí moţnosti, dané stupněm vývoje vědeckého poznání přírody a pouţívaných analytických metod, tak posun v názoru na funkci a postavení vody v přírodě a společnosti včetně aspektů politických. Není proto moţné hovořit o nějaké univerzální definici kvality vody. V řadě zemí a oblastí světa navíc bývá primárním poţadavkem zajištění dostatečného mnoţství vody vůbec a kvalita vody stojí v druhé řadě zájmu. Hovoříme-li o kvalitě vody, musíme mít navíc na zřeteli rozdíly mezi absolutním a jednoznačným vyjádřením zátěţe toku na základě reálných hodnot fyzikálních, chemických a biologických parametrů znečištění na straně jedné a relativní systémy měřítek, které na základě jejich výsledků kvalitu vody klasifikují. 5.1 Základní přístupy k hodnocení jakosti vody

31

Spektrum znečišťujících látek, vyskytujících se v povrchových vodách je velmi široké. Můţeme je klasifikovat a členit podle různých kritérií, přičemţ obecně můţeme rozlišovat následující přístupy:

-

analytický přístup - fyzikálně-chemické hodnocení

Stanovení míry přítomnosti vybraných látek v toku pro určitou lokalitu a daný časový okamţik. Jedná se o přesné zhodnocení míry znečištění vybranými polutanty pro konkrétní místo a čas, doplněné o hodnocení základních fyzikálních parametrů. Výhodou je vcelku objektivní posouzení míry zátěţe toku vybranými ukazateli jakosti vody, moţnost kvantitativního hodnocení získaných výsledků a z toho vyplývající moţnost srovnání jak časového vývoje znečištění určitou látkou v daném profilu, tak hodnocení šíření této látky v rámci toku či srovnání mezi více oblastmi. Objektivní posouzení míry zátěţe toku vybranými látkami, moţnost kvantitativního hodnocení získaných výsledků. Nezastupitelný pro hodnocení vlastností pitné a uţitkové vody, hodnocení vlivu zdrojů znečištění a bilanční hodnocení.

-

holistický přístup - biologické hodnocení

Vychází z pozorování tzv. biomonitorů - organismů, jejichţ výskyt odráţí stav a změny kvality vody v toku. Výhodou je komplexnost. Jednoduchým postupem bez nutnosti mnoţství nákladných rozborů je moţno prokázat míru znečištění určitého úseku toku a jeho ekologický stav. Zpravidla postačí jedno aţ dvě stanovení za rok. Na druhé straně biologické hodnocení neumoţňuje určit znečišťující látky v toku ani stanovit jejich koncentraci či jejich celkové mnoţství. Hlavní oblast pouţití biologických hodnocení je proto při vyhodnocování ekologických aspektů toků, posuzování celkového stavu jednotlivých úseků koryta a míry jeho zátěţe.

-

alternativní přístupy - hodnocení změn pohyblivosti vody

Zaloţeno na analýze změn elementárních fyzikálních vlastností kapky vody a jejího proudění v důsledku znečištění. Při komplexním hodnocení kvality vody nelze jednoznačně upřednostňovat ani jednu z výše uvedených základních metod. Obvykle bývá při hodnoceních jako základ pouţito hodnocení fyzikálně-chemické, přičemţ hodnocení biologické tvoří jeho nedílnou doplňující součást.

32

6. Právní předpisy pro ochranu vod a vodních zdrojů

6.1. Legislativa pro ochranu vod EU Právní předpisy zahrnující problematiku jakosti povrchových a podzemních vod v rámci EU zahrnují více neţ 70 dokumentů, především směrnic a rozhodnutí Rady. Za účelem sjednocení těchto předpisů byl vytvořen nový legislativní nástroj - Rámcová směrnice o vodní politice 2000/60/ES. Tato směrnice reprezentuje základní legislativní předpis pro vodní hospodářství EU, vychází z principů trvale udrţitelného rozvoje a přistupuje k vodnímu hospodářství z komplexního ekosystémového pohledu. Její definitivní text byl schválen dne 23. října 2000 Evropským parlamentem a Radou Evropy. Platnosti tato směrnice pak nabyla 22. prosince 2000. Směrnice vytváří prostředí pro komplexní pohled na ochranu podzemních, povrchových, vnitrozemských i mořských vod, a to jak z hlediska jakosti, tak i kvantity. Dále přebírá a upravuje mnoho zavedených předpisů současné legislativy EU. Hlavním cílem Rámcové směrnice je ucelený systém ochrany vod a prevence zhoršování jejich stavu (chemického i ekologického). Jako jeden z hlavních prostředků pro dosaţení cílů směrnice je vytyčen poţadavek správy podzemních i povrchových vod v rámci přirozených hydrologických povodí a stanovení imisních a emisních limitů. Velká pozornost je rovněţ věnována maximálnímu omezení vstupu nebezpečných látek a ţivin do vodního prostředí. V ekonomické sféře směrnice vyţaduje zpracování ekonomických analýz a realizaci cenové politiky, která by směřovala k dosaţení úrovně cen za vyuţívání vod a vodohospodářských sluţeb odpovídajících cenám nákladovým, a to včetně nákladů na zkvalitnění a údrţbu vodních ekosystémů, za současného respektování klimatických a sociálních zvláštností území. 6.1.1 Vybrané související právní předpisy EU V rámci legislativy EU je problematika vodohospodářské politiky EU velmi rozsáhlá. S přihlédnutím ke zvláštnostem prostředí EU nejsou všechny legislativní normy pro ČR významné např. z geografických důvodů. Mezi vybrané legislativní normy, které představují

33

významné dokumenty pro prostředí české legislativy z hlediska a veterinárně hygienického, patří: - pitná voda - SR 98/83/ES - surová voda pro výrobu pitné vody - SR 75/440/EHS a její monitoring SR 79/869/EHS - ochrana podzemních vod - SR 80/68/EHS - ochrana vod před nitráty ze zemědělských zdrojů - SR 91/676/EHS 6.2. Integrace vodohospodářské legislativy EU do legislativního prostředí ČR V souvislosti s asociační dohodou ČR a EU z roku 1993 a následujícímu vstupu ČR do EU v roce 2004 proběhlo postupné zařazení legislativy EU do českého právního systému. Základním krokem je zavedení Rámcové směrnice do vodohospodářské legislativy České republiky. Zásadní dokument zde představuje Vodní zákon, který by měl veškeré principy této směrnice vyjadřovat. Rámcová směrnice zavádí nový systém hodnocení a sledování stavu vod. Tento stav je hodnocen komplexně, a výsledný tzv. ekologický stav je pak výsledkem chemického a biologického stavu příslušného vodního toku. V oblasti monitoringu je významné rozlišení jednotlivých druhů monitoringu dle účelu sledování. V novém systému tak rozlišujeme monitoring provozní, situační, průzkumný a referenční. Základní princip právního vymezení ochrany jakosti vod prostřednictvím systému emisních limitů pak zůstává podobný s předchozím stavem v ČR. Liší se zejména způsob definování hodnot emisních standardů. V české legislativě pak mají hodnoty těchto emisních standardů charakter limitů nepřekročitelných, tzn. hodnot maximálně přípustných. Podle směrnic EU mají emisní standardy charakter pravděpodobnostní. Směrnice EU současně definují četnost sledování v souvislosti s velikostí zdroje a dále počet hodnot, které emisní standard mohou překročit a rovněţ míru tohoto překročení. 6.2.1. Právní nástroje ochrany vod v ČR V oblasti vodního hospodářství vychází legislativní předpisy ČR ze čtyř úrovní zákonných norem, které jsou charakterizovány hierarchickou úrovní platnosti: - zákony 34

- nařízení vlády - vyhlášky - normy 6.2.1.1. Zákony - Zákon č.254/2001 Sb. o vodách (tzv. Vodní zákon) je základním legislativním dokumentem pro problematiku vodního hospodářství a ochrany vod ČR. Do tohoto zákona jsou implementovány poţadavky základního právního dokumentu v oblasti vodního hospodářství EU, tedy Rámcové směrnice o vodní politice 2000/60/ES. - Zákon č.274/2001Sb.o vodovodech a kanalizacích. Tento zákon pak upravuje problematiku nakládání s vodou a dále vypouštění odpadních látek do kanalizačních systémů. 6.2.1.2. Nařízení vlády K základním nařízením vlády, která upravují vodohospodářskou politiku na poli kvality a znečišťování vod povrchových, patří zejména: - 61/2003 Sb., Nařízení vlády o ukazatelích a hodnotách přípustného znečištění povrchových vod a odpadních vod, náleţitostech povolení k vypouštění odpadních vod do vod povrchových a do kanalizací a o citlivých oblastech - 71/2003 Sb., Nařízení vlády o stanovení povrchových vod vhodných pro ţivot a reprodukci původních druhů ryb a dalších vodních ţivočichů a o zjišťování a hodnocení stavu jakosti těchto vod - 103/2003 Sb., Nařízení vlády o stanovení zranitelných oblastí a o pouţívání a skladování hnojiv a statkových hnojiv, střídání plodin a provádění protierozních opatření v těchto oblastech - 368/2003 Sb., Nařízení vlády o integrovaném registru znečišťování. 6.2.1.3. Vyhlášky Vyhlášky patří k nejčastěji aktualizovaným a měnícím se typům legislativních dokumentů, které reagují na aktuální problémy jednotlivých resortů a doplňují základní

35

legislativní normy o prováděcí předpisy. K problematice ochrany vod z pohledu veterinárně hygienického pak lze uvést následující významné vyhlášky. - 428/2001 Sb., Vyhláška Ministerstva zemědělství, kterou se provádí zákon č. 274/2001 Sb., o vodovodech a kanalizacích pro veřejnou potřebu a o změně některých zákonů (zákon o vodovodech a kanalizacích) - 20/2002 Sb., Vyhláška Ministerstva zemědělství o způsobu a četnosti měření mnoţství a jakosti vody - 137/1999 Sb., Vyhláška Ministerstva ţivotního prostředí, kterou se stanoví seznam vodárenských nádrţí a zásady pro stanovení a změny ochranných pásem vodních zdrojů 7. Vodárenská úprava vody Kaţdá povrchová voda se pro pouţití k pitným účelům musí více nebo méně upravovat a zabezpečovat (dezinfikovat) ve vodárně (úpravna vody). Obecně řečeno, čím je kvalitnější voda surová, tím je jednodušší úprava. To je i hygienicky výhodnější. Pokud jde o odběr z toku, je uţitečné mít ve vodárně jednoduché (ploché) usazovací nádrţe, které slouţí jako rezerva při náhlém znečištění toku a v nich se usazují hrubší suspendované částice – kal (např. původní úpravna vody v Brně – dnes jiţ nevyuţívána) Vlastní úprava je značně sloţitý fyzikálně chemický proces, při němţ se příznivě ovlivňují fyzikální, chemické i mikrobiologické vlastnosti vody. První část úpravy je tzv. čiření, které se zajišťuje koagulací s pomocí přidaných chemikálií. Pouţívá se buď síranu hlinitého Al2(SO4)3.18 H2O, nebo chloridu ţelezitého FeCl3 nebo zelené skalice FeSO4.7 H2O. Při přidání síranu hlinitého vznikne vazbou s bikarbonáty vápníku a hořčíku koloidní Al(OH)3. Tento gel, obsahující vločky s kladným nábojem se shlukuje s koloidními částicemi ve vodě, které mají náboj záporný. Náboj těchto micel se nazývá zeta potenciál. Je-li voda kyselejší neţ pH 6-7, musí se alkalizovat přidáním vápenného mléka nebo sody. Střední dávka koagulátu je 40 aţ 60 mg.l-1, ale můţe být aţ několik set mg.l-1. Pouţije-li se FeCl3, vznikají vločky Fe(OH)3. Při pouţití zelené skalice je třeba nejprve oxidovat FeSO4 – (tj. Fe2+) na Fe(SO4)3 - (tj. Fe3+). Pouţívá se chlóru, přičemţ vzniká také nejprve FeCl3 a pak Fe(OH)3- případně aţ po přidání Ca(OH)2. Proces koagulace lze příznivě ovlivnit přidáním polykoagulantů (polyvinylalkohol, polyakrylamid a z přirozených materiálů bentonit). Zvláště účinný je jejich vliv na adsorpci virů, kterou zvyšují. 36

Voda se po přidání chemikálií nejprve míchá (v turbomixérech), ve vlastní vločkovací nádrţi vznikají nejprve mikrovločky, které se zvětšují shlukováním a zachycováním suspendovaných látek ve vodě (včetně mikrobů). Vločky pak sedimentují v nádrţích obdélníkového nebo kruhového tvaru. Celý proces trvá asi 5 hodin a očištěná voda se pak odvádí na filtry. Byla také navrţena úprava vody tzv. vločkovým mrakem. Při tomto způsobu se vytváří z mikrovloček vrstva udrţovaná v nádrţi asi ve 2/3 výšky vztlakem vody stoupající ode dna k povrchu. Vrstva vloček (kalový mrak) se neustále obnovuje a voda se čiří průchodem přes vrstvu. Celý proces je rychlý (35 aţ 45 minut), ale značně citlivý. Dobrého efektu se dosahuje zvláště u vod silně znečištěných. Filtrace vody se děje na pískových filtrech pomalých nebo rychlých. Pískový filtr je vrstva asi 90 – 120 cm jemného, čistého říčního písku (loţe) uloţeného asi na 60 cm oblázků a křemení (nosič filtru) v betonové nádrţi. U pomalých filtrů se nahoře postupně vytvoří ze zachycovaných suspendovaných částic filtrační pokoţka, která vlastně filtruje. Vytváří se během několika dní – filtr se zapracovává a pak je teprve schopen řádné funkce. Filtrační rychlost můţe být maximálně 2 – 3 m za den. Filtrační efekt je aţ 7000:1, to znamená, ţe ze 7000 mikrobů projde 1. Vydatnost je však poměrně malá a je tedy potřeba velkých ploch filtru. Filtrační pokoţka také neustále roste, čímţ vydatnost klesá. Proto se musí nejpozději po 2 měsících (podle čistoty upravované vody) seříznout a filtr znovu zapracovat. Pomalých filtrů lze pouţívat pro jejich dokonalý efekt, zejména při úpravě čistých surových vod, a to bez předchozího chemického číření. V moderních úpravnách vody se pro vyšší vydatnost pouţívá proto po chemické úpravě jedině rychlofiltrů gravitačních, u nichţ se filtrační pokoţka vytváří ze zbytků vloček koagulátu a kde mikrovlnky pronikají aţ do hloubi filtračního loţe. Proto můţe být vyšší tlak vody na filtr a v důsledku toho i rychlost (3 – 6 m.h-1) a tedy i vydatnost. Filtry se čistí zpětným propíráním tlakovou vodou a zapracovávají se znovu během několika hodin. Filtrační efekt není tak dokonalý jako u filtrů pomalých, proto se někdy za ně zařazují ještě filtry pomalé. Vedle gravitačních se pouţívají někdy i rychlofiltry tlakové s rychlostí vody 5 – 12 m.h-1, a to ve formě vertikálních tlakových kotlů. Jejich úkol je především v mechanickém čištění vody. Některé úpravny vody mají druhý stupeň úpravy vody, který spočívá v oxidaci organických látek a pachů (ozonizace) a zachycení zbytků těchto látek na aktivním uhlí. Je to způsob vodárenské úpravy vody poměrně nákladný a vyţaduje regeneraci aktivního uhlí.

37

Nepříjemné pachy vody se odstraňují, pokud to vůbec jde, přidáním aktivního uhlí buď v procesu koagulace, nebo na filtrech. Nejdůleţitější je ovšem prevence pachů v surové vodě (prevence vodního květu, vzniku chlorfenolů apod.). V řadě případů se musí upravovat i jiné nepříjemné vlastnosti vody (i podzemní). Je to odstraňování ţeleza a manganu jejich přeměnou na nerozpustné soli Fe3+ a Mn3+. Ty se pak zachycují na filtrech. Jindy je třeba odstraňovat agresivní oxid uhličitý pomocí vápna nebo filtrací přes mramorovou drť. Často je třeba sniţovat enormní tvrdost vody pomocí vápna nebo sody, resp. filtrací přes permutity nebo umělé pryskyřice (ionexy). K zábraně sráţení tvrdosti vody v potrubí se přidávají polyfosfáty, které váţou vápník a hořčík na nerozpustné sloučeniny. Ale pro chelátový účinek polyfosfátů (zejména cyklických) v organismu je jejich dávkování omezeno na 5 mg-l-1. Tam, kde pitné vody obsahují menší mnoţství neţ 0,5 mg-l-1, přidávají se soli fluóru do optimální hodnoty průměrně 1 mg-l-1 ve formě fluoridu sodného, nebo fluorokřemičitanu sodného. 7.1. Zabezpečení vody dezinfekcí Dezinfekce vody je jednou z jejich nejdůleţitějších úprav k zajištění její zdravotní nezávadnosti. Velmi významnou skutečností však je, ţe neexistuje univerzální všeobecně platný postup pro její dezinfekci. Výsledek dezinfekce totiţ závisí jednak na sloţení vody (mnoţství organických látek, obsah ţeleza a manganu, pH apod.), ale i na technickém vybavení zdroje a stavu jeho bezprostředního okolí. Dezinfekcí vody mají být ve vodě zneškodněny všechny choroboplodné nebo jinak škodlivé mikroorganismy v ní se nacházející. Při zásobování vodou se setkáváme s následujícími indikacemi k její dezinfekci: -

znečištění vodního zdroje

-

preventivní důvody okamţité, kdy následkem nebezpečné situace epidemiologické nebo epizootologické (hromadný výskyt střevních nakaţlivých onemocnění) je třeba zajistit hlavně „malé vodní zdroje“ (roztroušené studny, pumpy).

-

preventivní důvody trvalé, kdy pravidelnou dezinfekcí zlepšujeme hygienickou jakost „malých vodních zdrojů“, zneškodňujeme nebezpečné odpadní vody apod.

-

zajištění vodárensky upravené vody povrchové před jejím vpuštěním do spotřebitelské sítě

-

zajištění vody neznámé jakosti přímo pro pití nebo napájení

38

-

zamezení dekontaminace při manipulaci s pitnou vodou, jako je tomu například při transportu vody v nádobách, jejím převáţení v cisternách, při nouzovém zásobování apod.

-

po kaţdé úpravě vodního zdroje (oprava čerpacího zařízení, čistění dna apod.)

Dezinfekce vody se provádí: -

prostředky chemickými

-

prostředky fyzikálními

-

prostředky na principu oligodynamických vlastností některých kovů

Prozatím neexistuje ţádný dezinfekční prostředek, který by v sobě zahrnoval univerzálně všechny poţadavky, jeţ bychom na dezinfekci vody měli, a to, aby byla spolehlivá pro kaţdé sloţení vody, aby neměla vliv na smyslové vlastnosti dezinfikované vody, aby do ní nepřinášela jiné látky a naopak, aby z ní neodstraňovala její přirozený obsah, aby odstranění nebezpečných mikrobů bylo trvalé, aby byla prakticky dostupná, ekonomicky únosná, aby byla rychlá a neměla vliv na vodárenské zařízení atd. Prostředky chemické Chemické prostředky rozdělujeme na: 1. chlor a jeho sloučeniny 2. oxidační prostředky ostatní Chlor a jeho sloučeniny Chlorování je zaloţeno na baktericidní schopnosti kyslíku ve stavu zrodu, který se uvolňuje při reakci chloru nebo chlorových preparátů s vodou podle následující reakce:

2 Cl2 + 2 H2O = 4 HCl + O2 Patří mezi nejúčinnější způsoby chemické dezinfekce. Je přitom jednoduchá, lehce se dá kontrolovat účinnost a je provozně nenákladná. Největší nevýhodou chlorování je ovlivnění chuti a pachu vody, Smyslově nepostiţitelné je menší mnoţství neţ 0,05 mg chloru na litr vody. U různých druhů vod nelze pouţívat stejných dávek. Schopnost vody vázat chlor je závislá na obsahu organických látek, na mnoţství mikroorganismů, ale je ovlivňována i teplotou a pH vody, obsahem ţeleza a manganu a podobně. V praxi se proto do vody dává 39

takové mnoţství chloru, aby po dezinfekci ve vodě mohl být prokázán volný chlor, který označujeme jako zbytkový chlor. Zabezpečování vody se běţně provádí plynným chlórem, který se dávkuje tzv. chlorátory v mnoţství 0,2 – 0,5 mg-l-1 (podle čistoty, resp. obsahu organických látek v upravené vodě). Potřebná doba kontaktu je minimálně 30 minut. Mnoţství chlóru se řídí především tím, aby v rozvodném potrubí měla voda vţdy alespoň 0,05 – 0,1 mg zbytkového volného chlóru (při kontaminaci vody viry je pak nutné dávku tohoto chlóru zvýšit aţ na hodnotu 0,5 mg.l-1 nebo pouţít ClO3 resp. ozónu). V některých úpravnách vody se pouţívá i chlórování dvojitého (v procesu koagulace a po filtraci) nebo metody přechlórování s následnou částečnou dechlorací sirnatanem sodným nebo filtrací přes aktivní uhlí. V místech, kde nelze občas zabránit výskytu fenolů v surové vodě je povoleno uţití oxidu chloričitého, který rozbíjí benzenové jádro fenolu a nevzniká proto typický chlórfenolový zápach. Jinde lze kombinovat účinek chlóru a amoniaku, přičemţ vznikají chloraminy (NH2Cl a NHCl2). Dobu kontaktu je nutné pro pomalejší, ale zato účinnější efekt, prodlouţit aţ na 2 hodiny. V menších úpravnách se uţívá i roztoků chlornanů (NaOCl, javelský louh – chlornan draselný, javelizace). Chlorové vápno je jedním z nejstarších prostředků. Čerstvé obsahuje 33 aţ 36% aktivního chloru. Hlavní nevýhodou je jeho malá stabilita a v důsledku toho kolísající obsah aktivního chloru. Chlornan sodný je tekutina s obsahem aţ 15% aktivního chloru. Nevýhodou je malá stabilita. Umoţňuje kontinuální automatickou dezinfekci, avšak v menším rozsahu oproti chloru plynnému. K aplikaci je třeba dávkovací zařízení. Chloraminové preparáty obsahují 25 aţ 29% aktivního chloru a z hlediska obsahu chloru patří mezi velmi stabilní sloučeniny. Hodí se především k dezinfekci pitné vody. Působí však poněkud pomaleji oproti plynnému chloru a výše uvedeným anorganickým chlorovým sloučeninám. Oxidační prostředky ostatní Zahrnují především skupinu jodoforů a kyselinu peroctovou. Moţnosti dezinfekce vody jodofory jsou ověřovány. Dobré výsledky byly získány s pouţitím kyseliny peroctové (preparát Persteril s obsahem 40% kyseliny peroctové). Jako účinná dávka je uváděno 10 mg

40

kyseliny peroctové na 1 litr vody při expozici 5 minut. Její velkou nevýhodou je malá stabilita. Prostředky fyzikální Mezi fyzikální prostředky pouţívané k dezinfekci vody patří především: -

var

-

ultrafialové paprsky

-

ozonizace

Dezinfekce vody varem je vhodná jen pro menší mnoţství vody. Var po dobu 20 aţ 30 minut usmrtí všechny vegetativní formy patogenních mikrobů přítomných ve vodě. Nevýhodou je, ţe se tímto způsobem z vody odstraní převáţná část kyslíku a oxidu uhličitého a vysráţejí se některé soli. To sniţuje příjemnou a osvěţující chuť takto ošetřené vody. Dezinfekce ultrafialovými paprsky představuje velmi dobrý způsob dezinfekce vod pitných. Touto dezinfekcí nejsou narušeny vlastnosti vody ani fyzikální, ani chemické, ani fyziologické. Nevýhodou je energetická náročnost, investiční a provozní nákladnost a vhodnost jen pro vody určité průzračnosti. Ozonizace je velmi účinná dezinfekční metoda. Ozon se vyrábí v ozonizátorech. Výhodou je to, ţe i při předávkování ozon nijak nemění vlastnosti vody, protoţe se rozkládá na kyslík, který je v kaţdé vodě přítomen. Účinek ozonu brzdí přítomnost organických látek a sloučenin ţeleza a manganu. Jejímu širšímu rozšíření brání náklady na pořízení technologií a energetická náročnost (základním předpokladem pro úspěšnou výrobu ozonu je výrazné sníţení vlhkosti ve vzduchu pouţívaném pro jeho výrobu). Řada úpraven vody vyuţívá ozonizace nebo UV záření. Oba způsoby však mají nevýhodu spočívající v tom, ţe v potrubí se můţe voda znovu kontaminovat a není zabezpečena jako přítomností volného chlóru. Proto se ozónu vyuţívá zejména u nových vodovodů, kde se běţně nepředpokládá rekontaminace vody v potrubí z netěsnosti. Tato skutečnost se dá ověřit zjištěním procenta ztrát vody v rozvodné síti. Oligodynamické kovy Z této skupiny se k dezinfekci vody pouţívá především koloidní stříbro. U nás vyráběný přípravek s oligodynamickým účinkem je Sagen. Účinnou látkou je chlorid 41

sodnostříbrný. Je to bílý krystalický prášek, slané chuti, ve vodě dobře rozpustný. Pouţívá se k dezinfekci vody v dávce 10 mg.m-3 při expozici 6 aţ 12 hodin. Přednosti tohoto způsobu dezinfekce jsou v tom, ţe se nemění fyzikální vlastnosti vody a nenabývá korozivních vlastností, voda je po určitou dobu baktericidní, vodní zdroj (studna) takto dezinfikovaná zůstává po určitou dobu aktivován a provedení dezinfekce je velmi jednoduché. Nevýhodou je pomalý průběh dezinfekce, vyšší náklady, a to, ţe výsledek dezinfekce ovlivňuje negativně přítomnost organických látek, ţeleza, manganu, ale i nevhodná teplota a pH. 7.2. Moţná rizika plynoucí z dezinfekce pitné vody K úpravě surové vody, která je odebírána z přírodního prostředí na pitnou vodu je vyuţívána, jak bylo uvedeno výše celá řada chemických, fyzikálních i biologických procesů. Zpravidla posledním krokem její úpravy, který má zásadní význam na její kvalitu je dezinfekce. Cílem dezinfekce je hygienické zabezpečení pitné vody, tzn. především usmrcení nebo alespoň inaktivace choroboplodných zárodků, jako jsou bakterie a viry, a také prevence před jejich výskytem v pitné vodě. Dezinfekce umoţňuje úspěšně bojovat s výskytem některých přenosných nemocí, aplikace dezinfekčních prostředků však můţe být do jisté míry i kontraproduktivní, co se týče kvality výsledného produktu – upravené pitné vody. Reakcí dezinfekčního činidla v upravované vodě můţe vznikat široké spektrum vedlejších produktů (DBP, z angl. disinfection by-products). Tyto vedlejší produkty představují sice menší riziko, neţ moţné infekce plynoucí z neupravené vody, při jejich pravidelném a dlouhodobém uţívání však můţe dojít k negativním účinkům na zdravotní stav spotřebitele. 7.2.1. Vedlejší produkty chlorace Chlor je nejstarší a nejčastěji pouţívané činidlo slouţící k dezinfekci vody. Chlorace se tak v minulosti dostala do podvědomí většiny lidí jako synonymum bezpečně upravené vody a tento názor u široké laické veřejnosti převládá dodnes. Před několika desítkami let byly vedlejší produkty dezinfekce velkou neznámou. Zvrat nastal aţ v 70. letech, kdy byly poprvé identifikovány první vedlejší produkty chlorace vody. Od té doby byl učiněn velký pokrok v identifikaci nových vedlejších produktů chlorace. Mezi ty nejvýznamnější patří jednoznačně trihalomethany (THM), nezanedbatelné jsou však také halogenoctové kyseliny (HAA), halogenacetonitrily (HAN), furanony (MX), chlorfenoly či chlorpikrin. 42

Pokud je v upravované vodě přítomen brom, mohou vznikat také bromované vedlejší produkty. Nejčastěji se vyskytujícím trihalomethanem je bezesporu trichlormethan (chloroform). Při přítomnosti i nepatrného mnoţství bromidů v upravované vodě se vedle chloroformu mohou tvořit také bromdichlormethan, dibromchlormethan nebo tribrommethan. Vznik těchto neţádoucích látek je spojen s přítomností tzv. prekursorů v upravované vodě. Prekursory

jsou

látky

schopné

reagovat

s chlorem

za

vzniku

organohalogenů.

Nejvýznamnějšími prekursory THM jsou makromolekulární organické látky vyskytující se zejména v povrchových vodách, coţ jsou především huminové látky, ale také řasy, sinice a jiné mikroorganismy. Při testech na zvířatech byly prokázány mutagenní a karcinogenní vlastnosti THM. Chloroform a ostatní THM mohou způsobovat rakovinu jater, ledvin, močového měchýře, tlustého střeva, konečníku a mají i negativní dopady na reprodukční funkce. Dřívější studie zkoumaly především jejich orální příjem, ale vzhledem k jejich velmi těkavé povaze je nebezpečný také jejich dermální a inhalační příjem, např. při sprchování nebo návštěvách plaveckých bazénů. Halogenoctové kyseliny jsou organické látky odvozené od kyseliny octové, ve které je alespoň jeden vodík vázaný na uhlík nahrazen nějakým halogenem. HAA vznikají jako vedlejší produkt dezinfekce hlavně při chloraci, kdy chlor reaguje s organickými látkami, které se přirozeně vyskytují v surových vodách. Pokud upravovaná voda obsahuje bromidy, tak se mohou tvořit bromované HAA. Při chloraci vody vznikají většinou jako vedlejší produkty hlavně trihalogenmethany, avšak koncentrace HAA mohou být často srovnatelné a v některých případech i vyšší neţ koncentrace THM. Dlouhodobá konzumace pitné vody s vysokým obsahem HAA můţe mít negativní vliv na reprodukci, způsobit vývojové vady a zvýšit riziko vzniku rakoviny. Chlorfenoly jsou velmi zapáchající a chuťově postiţitelné látky. Drtivá většina chlorfenolů pochází z antropogenní činnosti, a to zejména z průmyslu a zemědělství. Chlorfenoly vznikají ale také v přírodě nepřímo z fenolu při chloraci odpadních vod. Mono-, di- a trichlorfenoly mohou vznikat i při chloraci pitné vody s obsahem přirozených vysokomolekulárních organických látek. Zpravidla se jedná o tak páchnoucí látky, ţe jejich koncentrační limity pro pitnou vodu vychází ze senzorických hledisek. Proti tvorbě vedlejších produktů dezinfekce navrhla U.S. Environmental Protection Agency (EPA) opatření, které zahrnuje odstranění prekurzorů DBP (coţ je měřeno celkovým organickým uhlíkem TOC) pouţitím koagulace a změkčování. V Kalifornii byla proto vypracována studie, která zkoumala vzorky vod ze San Francisco Bay/Sacramento-San 43

Joaguin River Delta, která je zdrojem vody pro 20 milionů obyvatel. Tyto vody jsou bohaté na bromidy a TOC pocházející převáţně z odvodněných zemědělských ploch, které z velké části tvoří rašelinné půdy. Byl zkoumán vliv bromidu, TOC a poměru bromidu a TOC na tvorbu jednotlivých druhů DBP a jejich účinky na zdraví. Kromě toho bylo hlavním cílem této studie vytvořit model, který by zobrazoval tvorbu THM jako funkci TOC, koncentrace bromidů, dávky chloru a doby kontaktu. Bylo zjištěno, ţe koncentrace TOC a bromidu mají vliv na tvorbu DBP, ale druhovou rozmanitost DBP ovlivňuje poměr chloru a bromidu (stejně jako poměr bromidu a TOC). Na tvorbu jednotlivých druhů má vliv také teplota a reakční doba. Pokud není omezená koncentrace TOC, ja HOBr těmito proměnnými ovlivňována méně. Protoţe se s rostoucí teplotou nebo rostoucí reakční dobou zvyšuje i poţadavek na dávku chloru, sniţuje se poměr Br-/Cl-, a tím i vliv bromu. Technologie, které sníţí obsah prekurzorů (granulované aktivní uhlí (GAU), koagulace), způsobí sníţení TOC, ale neodstraní bromidy. To vede k přesunu chlorovaných DBP na stranu bromovaných DBP. Při sníţení obsahu prekurzorů dochází k ochotnější reakci s HOBr, zatímco aktivita chlorové substituce je omezena. Z toho plyne, ţe při aplikaci granulovaného aktivního uhlí a koagulace je potřeba věnovat více pozornosti bromovaným vedlejším produktům a jejich účinkům na zdraví člověka i zvířat. V USA byla také vypracována studie, jejímţ účelem bylo komplexně prozkoumat a zhodnotit vliv bromidových iontů na postupy potenciálu vzniku (FP) a simulaci vzniku v distribučním systému (SDS). Cílem bylo zejména dokázat předpovědět chování halogenové substituce na THM a HAA. Na základě dat shromáţděných při těchto pokusech byly učiněny následující závěry: -

ve vzorcích se stejnou koncentrací rozpuštěného organického uhlíku (DOC) řídil bromovou substituci molární poměr počátečního [Br-]/průměrného [Cl-]

-

schopnost bromové substituce se zvyšuje s růstem molárního poměru počátečního [Br-]/průměrného [Cl-], a to buď zvýšením čitatele nebo sníţením jmenovatele tohoto poměru. Avšak mechanismus, který vede k nárůstu bromové substituce není v obou případech stejný.

-

pokud se nemění molární poměr počátečního [Br-]/průměrného [Cl-], nemá velikost koncentrace bromidového iontu ani průměrná dávka volného aktivního chloru (FAC) tendenci celkově ovlivňovat substituci bromu.

-

HOBr dokáţe napadat více míst na prekurzorech neţ HOCl, reaguje s nimi rychleji a během oxidace bromidového iontu její koncentrace na úkor koncentrace HOCl roste. 44

Příčiny změny inkorporace bromu za různých okolností jsou výsledkem těchto reakcí; platí tedy, ţe vyšší molární poměr počátečního [Br-]/průměrného [Cl-] způsobuje vyšší inkorporaci bromu. -

vedle vlivu molárního poměru počátečního [Br-]/průměrného [Cl-], kdy mají vzorky různé koncentrace DOC, ovlivňuje bromovou substituci také poměr koncentrací bromidových iontů a DOC.

V centrální vodovodní síti New Jersey byla během jednoho roku pozorována koncentrace DBP. Voda byla dezinfikována chloraminací, přičemţ doba zdrţení v síti byla od 0 do 3 dnů. S rostoucí dobou zdrţení rostla koncentrace THM, koncentrace HAA a HAN však klesala. Změny koncentrace byly v letních měsících znatelnější neţ v zimních. I jiné práce potvrzují nárůst THM v letních měsících oproti zimním. V Anglii byl vliv zdrţení vody v síti na tvorbu DBP sledován několik let, přičemţ vyšlo najevo, ţe při zvětšení vzdálenosti od úpravny vody došlo k 40 aţ 60% nárůstu koncentrace THM. V jiné studii byly pozorovány změny koncentrace DBP v modelové vodovodní síti, přičemţ byla teplota, dávka chloru a čas inkubace přizpůsobeny podmínkám v úpravně vody. Během tří dnů zdrţení vody v systému byl kompletně spotřebovaný volný zbytkový chlor. Koncentrace THM a HAA stoupaly, zatímco koncentrace HAN nejprve stoupaly a poté klesaly. Zjednodušeně lze tedy říci, ţe s nárůstem doby zdrţení vody ve vodovodní síti se zvyšuje koncentrace THM. Působením dezinfekčních prostředků na organické látky, které jsou obsaţeny v sedimentech, mohou vznikat různé DBP. To vedlo k vypracování studie zaměřené na posouzení vlivu aktivního chloru a chloraminu na vznik chloroformu a obsah zbytkového dezinfekčního činidla. K experimentům byly pouţity kalové depozice odebrané z dálkového přivaděče pitné vody Jihočeské vodárenské soustavy řadu Bukovec – Domoradice. Pokusy byly realizovány jak v suspenzi, tak ve filtrovaných vzorcích. Tyto testy prokázaly, ţe částice, které se uvolní do vody v distribuční síti ze sedimentů, mohou podporovat tvorbu THM. Pouţitím chloraminace místo chlorace lze tvorbu THM výrazně omezit. Tato práce však nebrala v úvahu mikrobiologickou kvalitu vody po chloraci a chloraminaci. Tvorba DBP tedy závisí na koncentraci nesuspendovaných částic ve vodě, koncentraci a druhu dezinfekčního činidla a kontaktní době částic s tímto činidlem. 7.2.2. Vedlejší produkty dezinfekce oxidem chloričitým

45

Oxidací přirozených organických látek oxidem chloričitým nedochází na rozdíl od chlorace ke vzniku halogenových vedlejších produktů, jako jsou trihalogenmethany nebo halogenoctové kyseliny (chloroformy, které vznikají při dezinfekci ClO2, tvoří asi 1/30 z chloroformů vznikajících při pouţití Cl2). Navzdory nespočetným výhodám představuje oxid chloričitý pro lidské zdraví také potenciální riziko v podobě anorganických vedlejších produktů chloritanů (ClO2-) a chlorečnanů (ClO3-). Při styku ClO2 s vodou mohou vznikat chloridy a chloritany. Při nesprávné výrobě ClO2 a nebo zčásti reakcí chloritanů s volným chlorem vznikají také chlorečnany. Mnoţství chloritanů vznikajících při dezinfekci oxidem chloričitým dosahuje běţně kolem 60% a jejich koncentrace není ovlivněná mnoţstvím prekurzorů v upravované vodě. Obsah chlorečnanů se v průměru pohybuje kolem 7-8% dávky ClO2. Dlouhodobá expozice chloritanů je spjata s poruchami hemolytického systému. Nízké dávky ClO2- mohou způsobovat hemolytickou anemii či poškození buněčných membrán červených krvinek. Vyšší dávky mohou přispět ke vzniku methemoglobinemie. Některé testy poukazují také na předčasné porody ţen ţijících v oblastech s vysokými koncentracemi chloritanů. Na Ústavu technologie vody a prostředí Vysoké školy chemicko-technologické v Praze byly provedeny pokusy, jejichţ cílem bylo zjistit koncentraci chloritanů a chlorečnanů po okyselení/alkalizaci roztoku oxidu chloričitého. Při pH 4 – 10 nebyla koncentrace ClO2 téměř ovlivněna. Koncentrace ClO2 klesala při postupném zvyšování pH v rozmezí 2 aţ 12, přičemţ k patrným změnám docházelo hlavně v silně kyselém a zásaditém prostředí. Koncentrace chloritanů se chovala přímo naopak oproti ClO2. Koncentrace chlorečnanů při změnách pH jen kolísala, a proto není vliv pH zcela jasný. Při pH 6 byl niţší obsah chloritanů a vyšší obsah oxidu chloričitého a částečně i chlorečnanů, coţ znamenalo zachování mírně stoupajícího trendu součtu molárních koncentrací oxohalidových iontů. Roztok ClO2 byl probubláván proudem dusíku. S rostoucí dobou probublávání se sniţovala koncentrace oxidu chloričitého. Klesala také koncentrace chloritanů, coţ bylo pravděpodobně způsobeno utvářením stále nové rovnováhy. Doba probublávání neměla ţádný vliv na koncentraci chlorečnanů, která jen mírně kolísala. Suma molárních koncentrací chloritanů, chlorečnanů a oxidu chloričitého měla vlivem probublávání klesající trend. Na Slovensku byl zkoumán vliv způsobu výroby ClO2 na jeho stabilitu ve vodě. Byly hodnoceny dva roztoky, přičemţ byl kaţdý připraven jiným způsobem výroby oxidu chloričitého: kyselino – chloritanovým procesem (NaClO2 + HCl) a chlor – chloritanovým procesem (NaClO2 + Cl2). Oba vzorky byly uloţeny ve tmě při teplotě 7°C. Za těchto 46

podmínek byly roztoky ClO2 stabilní a i po 43 dnech byly jejich koncentrace bez výraznější změny. Poté byly roztoky sledovány za přístupu světla. Vliv světla na stabilitu ClO 2 byl výrazný, ale způsob výroby ji nijak neovlivňoval. U obou roztoků byla také pozorována tvorba chloritanů. Zatímco koncentrace chloritanů při pouţití oxidu chloričitého vyrobeného z NaClO2 a HCl nepřekročila po celou dobu pokusu hodnotu 0,05 mg.l-1, koncentrace chloritanů se při pouţití oxidu chloričitého vyrobeného z NaClO2 a Cl2 pohybovala v rozmezí 0,17 – 0,22 mg.l-1, z čehoţ vyplývá, ţe způsob výroby oxidu chloričitého nemá vliv na jeho stabilitu, ale ovlivňuje tvorbu chloritanů. Při pouţití ClO2 vyrobeného z NaClO2 a HCl na úpravu reálné vody vznikaly niţší koncentrace chloritanů, neţ při aplikaci ClO2 vyrobeného z Na ClO2 a Cl2 . V USA byl hodnocen vznik oxochlorových sloučenin při úpravě vody oxidem chloričitým. Při laboratorních experimentech byly posuzovány reakce ClO2 a ClO2- s chlorem, ozonem, aktivním uhlím a UV zářením. Jestliţe je ClO2 pouţíván k předoxidaci, vznikají chloritany (0,6 aţ 0,7 mg ClO2- na 1 mg spotřebovaného ClO2) a koncentrace zbytkového ClO2 můţe být sníţena pomocí aktivního uhlí na chloridy nebo ozonizací na chlorečnany. Optimální bod, ve kterém by mělo být pouţito aktivního uhlí při pouţití ozonizace, by měl brát v potaz poţadavky a podmínky konkrétní úpravny vody. Filtrace pomocí granulovaného uhlí, která následuje bezprostředně po čiření, umoţňuje úplné odstranění zbytkového ClO2 a ClO2- a následná ozonizace jiţ nevede k tvorbě ClO3-. Jestliţe je úprava ozonem umístěna před GAU, coţ je praktikováno v mnoha zařízeních na úpravu pitné vody, tak kombinace O3 a GAU sice zlepšuje kvalitu koncové vody, ale vznikají při tom chlorečnany. Vysoká koncentrace chlorečnanů byla také zjištěna na výstupu z generátoru ClO2 (0,3 mg ClO3- na 1 mg ClO2). V případě zařízení, ve kterých po dezinfekci ozonem následuje dezinfekce oxidem chloričitým, musí být bod vstřiku ClO2 vzdálen od reaktoru s ozonem tak, aby ozon cestou vyprchal a aby nedošlo k jakékoliv reakci ClO2 se zbytkovým ozonem. 7.2.3. Vedlejší produkty ozonizace Jiţ několik let je známo, ţe ozonizace přírodních vod produkuje polární organické sloučeniny, jako jsou aldehydy a karboxylové sloučeniny, pravděpodobně z oxidačního rozpadu přírodních organických sloučenin s vysokou molární hmotností, coţ jsou zejména huminové a fulminové kyseliny. První výzkumy odhalily přítomnost několika přímých řetězců aldehydů, konkrétně butanolu, pentanolu a heptanalu. Pozdější experimenty ukázaly, 47

ţe ozonizací vznikají i aldehydy s niţší molární hmotností – formaldehyd, acetaldehyd, dialdehyd glyoxal, ketoaldehyd methylglyoxal. Přesný původ těchto vedlejších produktů není znám, ale předpokládá se, ţe se tvoří připojením ozonu na nenasycenou boční část postranních řetězců nebo aromatickou funkční skupinu přírodní organické látky s rozmanitou strukturou stavebních agregátů. Hlavní obavy z těchto polárních vedlejších produktů pramení z jejich vysokého stupně biologické rozloţitelnosti ve srovnání s jejich prekurzory. Vysoká hladina těchto látek v distribučním systému můţe podporovat obnovu mikrobiálního růstu, coţ by mohlo vést k provozním problémům, popřípadě vystavit spotřebitele riziku vzniku onemocnění trávícího ústrojí. Ozon působící v přírodních vodách je zodpovědný také za krátkodobou existenci peroxidů včetně peroxidu vodíku. Peroxid vodíku vzniká jako meziprodukt ozonizace. Při ozonizaci se mohou také formovat organické epoxidy, alkylační činidla, která byla v mnoha případech identifikována jako genotoxické a karcinogenní látky. Při ozonizaci vod obsahujících bromidové ionty se mohou tvořit bromované vedlejší produkty. To je značně znepokojující, protoţe mnohé zásoby pitné vody obsahují poměrně vysoké koncentrace přirozeně se vyskytujících bromidů. Bromid se můţe oxidovat buď na bromičnanový iont (BrO3-) nebo na kyselinu bromnou (HBrO). Později mohou reagovat s přírodními organickými látkami (NOM) za vzniku bromoformu, kyseliny bromové nebo bromoacetonitrilu. Při pokusech na zvířatech byly prokázány karcinogenní účinky bromičnanu, z čehoţ vyplynula potřeba regulace této sloučeniny v pitné vodě. Diskuze o regulačních standardech pro bromičnany v pitné vodě se řídí třemi základními faktory: -

toxicita bromičnanu

-

detekční limit v přírodní vodě

-

dezinfekční bezpečnostní kritéria.

Na odstranění bromičnanů z pitné vody byly v USA provedeny studie, které zahrnovaly experimentální i analytické metody. Zkoumaná voda byla odebrána z těchto zdrojů: California State Project Water (SPW), Contra Costa Water (CCSW), Colorado River (CRW), Silver Lake Water (SLW) a Mili-Q Water. Tyto pokusy hodnotily pouţití ozonu na různých místech technologické linky na úpravu pitné vody. Hodnoceny byly tyto aplikace: redukce dvojmocného ţeleza (Fe2+), pouţití granulovaného aktivního uhlí (GAU) a ultrafialového záření. Bylo dosaţeno následujících zjištění:

48

-

ve všech zkoumaných procesech byl po dokončení úpravy vody nalezen Br- (více neţ 90% regenerovaného Br- bylo ve spojení s BrO3-), coţ naznačuje dominanci chemické redukce nad adsorpcí.

-

přítomnost rozpuštěného organického uhlíku měla významný vliv na sníţení BrO3- při pouţití ultrafialového záření, GAU a Fe2+. Změna pH silně ovlivnila redukci BrO3- při působení Fe2+ a aktivního uhlí, ale její vliv při ultrafialovém záření byl nevýznamný.

-

chemické sníţení BrO3- na Br- je moţné pouţitím dvojmocného ţeleza (Fe2+) jako redukčního činidla. Reakcí s BrO3- a kyslíkem disociovaným v ozonizované vodě se Fe2+ oxiduje na Fe3+, které můţe plnit funkci koagulátu prekurzorů DBP.

-

pouţitím GAU došlo k téměř úplnému odstranění BrO3-. Průnik BrO3- byl však mnohem pomalejší neţ průnik disociovaného kyslíku, coţ naznačuje, ţe GAU můţe být ekonomicky výhodné pouţít hlavně ve vodách chudých na rozpuštěné látky.

-

pomocí ultrafialového záření lze také sníţit BrO3-, ale pro tento účel nebyly jeho provozní náklady dostatečně hodnoceny.

7.2.4. Rizika spojená s ultrafialovým zářením Při aplikaci ultrafialového záření můţe docházet k reaktivaci choroboplodných mikroorganismů, coţ je proces obnovy buněk poškozených ultrafialovým zářením. Můţe probíhat za účasti viditelného světla nebo za tmy. Pomocí působení enzymů probíhá fotoreaktivace a za účasti bílkovin přítomných v mikroorganismech bez přítomnosti světla probíhá reaktivace. Reaktivace poškozených buněk není u všech mikroorganismů stejná. Některé nejsou reparace schopny (např. Bacillus subtilis, Haemophillus influenza, Diplococcus pneumoniae atd.), jiné se naopak reparovat dokáţou (řada enterobakterií, streptokoků, mikrokoků, sacharomycet, plísní atd.) Průběh a rozsah reaktivace je značně závislý na různých faktorech, jako jsou světlo, teplota, pH, přítomnost organických látek, obsah enzymů a typ mikroorganismů. Opětovnému růstu mikroorganismů, ke kterému dochází mezi úpravnou vody a uţivatelem, lze předcházet dodrţováním určitých provozních zásad v rozvodné síti pitné vody. Mezi nejdůleţitější patří udrţování přetlaku v síti, alespoň jedenkrát aţ dvakrát ročně zavedení průplachu sítě, občasná šoková dávka chloru, pravidelná údrţba sítě, udrţování nízké teploty přepravované vody, zamezení kontaktu se světlem, zkrácení cesty dopravované pitné vody mezi úpravnou a odběratelem a pouţívání středotlakých polychromatických lamp 49

s velkým výkonem, které na rozdíl od nízkotlakých monochromatických ultrafialových lamp poškozují nejen DNA, ale také enzymy a buněčné bílkoviny, čímţ se vylučuje moţnost reaktivace mikroorganismů. Při určitých vlnových délkách a vhodných okolních podmínkách mohou při dezinfekci ultrafialovým zářením vznikat dusitany, popřípadě formaldehyd. Ze závěrů nejen výše citovaných výsledků výzkumů vyplývá, ţe riziko vzniku vedlejších produktů dezinfekce lze sníţit několika způsoby: 1. Změnit způsob dezinfekce nebo stávající dezinfekci kombinovat s dalšími procesy (např. pouţít místo chlorace oxid chloričitý nebo chloraminaci) 2. Stávající dezinfekci kombinovat s jinými způsoby dezinfekce nebo úpravárenskými procesy (např. chloraci doplnit ozonizací nebo ultrafialovým zářením) 3. Změnit rozmístění technologické linky (např. chlor určený k oxidaci nahradit ozonem) 4. Před vlastní dezinfekcí odstranit většinu organických látek (prekurzory), které přispívají ke vzniku vedlejších produktů (např. pouţitím GAU, sedimentací nebo filtrací lze omezit vznik karbonylových sloučenin a THM) 5. Odstranit jiţ vzniklé vedlejší produkty dezinfekce (např. THM lze omezeně odstranit stripovánim vzduchem, GAU, membránovými technologiemi.) Pro hygienické zabezpečení vody by měl být vybrán takový způsob dezinfekce, při kterém bude na jedné straně posílena či alespoň zachována mikrobiální bezpečnost a na druhé straně bude minimalizováno riziko vzniku vedlejších produktů dezinfekce. Pro tuto volbu nelze pouţít univerzální vzorec, který by obecně platil pro všechny úpravny vody. Vţdy je třeba brát v potaz technologii dané úpravny, vlastnosti upravované vody, dobu zdrţení vody v distribučním systému, zabezpečení zdroje a mnoho dalších proměnných. Za určitých podmínek je lepší se z hlediska tvorby vedlejších produktů danému způsobu dezinfekce vyhnout. 8. Nouzové zásobování pitnou vodou 8.1. Havarijní plány Havarijní a krizové situace zásobování pitnou vodou bývají zcela osobité a jen zřídka stejně opakovatelné události, které je vţdy nutné řešit individuálně na základě znalostí konkrétní místní situace. Proto veškerá preventivně vydaná doporučení v tomto směru je 50

nutno chápat jen jako pomůcku pro rychlejší rozhodování v dané situaci anebo pro přípravu havarijních či krizových plánů. Vlastník vodovodu (pro veřejnou potřebu) je povinen mít provozní řád zpracovaný podle zákona o vodovodech a kanalizacích (§ 5 odst. 2) resp. podle zákona o vodách (§ 59 odst. 2). Součástí provozního řádu musí být i havarijní řád, který má obsahovat jasné povinnosti jednotlivých osob, rozhodovací schéma šetření a obvyklá nápravná opatření v případě neobvyklých událostí. V havarijním plánu musí být mimo jiné uvedeno jméno pracovníka a jeho náhradníka (-ů), včetně jejich kontaktních údajů, kteří mají oprávnění a povinnost neprodleně hlásit orgánu ochrany veřejného zdraví nedodrţení nejvyšší mezní hodnoty nebo mezní hodnoty jakéhokoli ukazatele, stanoveného vyhláškou č. 252/2004 Sb. nebo povoleného nebo určeného příslušným orgánem ochrany veřejného zdraví (viz § 4 odst. 5 zákona o ochraně veřejného zdraví). 8.2. Připravenost na nouzové stavy Pokud má být v nouzové situaci v dohledném termínu zajištěno operativní zásobování pitnou vodou, je pro to třeba učinit určitá opatření předem. Pokud je systém zásobován z několika zdrojů, je nejjednodušším řešením odstavit postiţený zdroj. V případě propojení systému s okolními vodovody lze vyuţít dodávku vody ze sousedního systému – tato varianta ovšem musí být předem náleţitě technicky i právně ošetřena. Pokud uvedené alternativy nejsou dostupné, znamená to např. vybudování záloţních zdrojů vody, příprava technických prostředků pro náhradní čerpání, úpravu i rozvod vody, obstarání „polních“ souprav pro rozbor vody, zaškolení pracovníků obsluhy apod., včetně periodické kontroly jejich stavu. Od roku 2001 se na základě usnesení Bezpečnostní rady státu č. 103/2000 a pod metodickým vedením MZe buduje v celé České republice Systém vodních zdrojů pro nouzové zásobování vodou, který by měl zahrnout podstatnou část výše uvedených zásad. Mimo jiné je nutné jiţ preventivně dbát také na zdravotní nezávadnost pouţitých chemikálií a materiálů pro styk s pitnou vodou. 8.3. Vyuţití nového zdroje Pokud je v krizové situaci rozhodnuto o vyuţití nového nebo neznámého zdroje vody, nutno před pouţitím provést vstupní kontrolu kvality vody minimálně v rozsahu kráceného 51

rozboru pitné vody, definovaného vyhláškou č. 252/2004 Sb.2, který se doplní o enterokoky, popřípadě další ukazatele indikované jako potenciálně rizikové místním šetřením. Takový zdroj by měl být vyuţit jen se souhlasem orgánu ochrany veřejného zdraví. 8.4. Vhodná úprava vody K zvládnutí havarijní situace lze vedle výše uvedených opatření pouţít řadu postupů úpravy vody. Mezi nejčastější patří zvýšení dávek dezinfekčního prostředku tam, kde je podezření z moţné mikrobiální kontaminace. Při tom je však nutné mít na paměti, ţe např. zvýšení dávky chloru o několik miligramů (na litr) můţe být účinné vůči některým patogenním bakteriím (jakoţ i vůči sledovaným indikátorovým organismům jako E.coli nebo enterokoky), ale bude zcela neúčinné vůči patogenním prvokům typu giardia nebo cryptosporidium, pokud budou ve vodě 9. Hygienické zabezpečení odpadních vod 9.1. Biologické čištění odpadních vod Biologické čištění odpadních vod v podstatě napodobuje a zvyšuje intenzitu procesů, které za normálních okolností probíhají v přírodních vodách a jimiţ se tyto vody zbavují znečištění. Tyto procesy obecně označujeme termínem samočištění. Základní nevýhodou této formy hygienického zabezpečení odpadních vod je nemoţnost odstranění látek biologicky nerozloţitelných. Jedná se však o ekonomicky výrazně výhodnější postup v porovnání s fyzikálně chemickými, případně s chemickými postupy při srovnatelné účinnosti čištění. Navíc se při vyuţití tohoto způsobu čištění do čištěné odpadní vody nedostávají jiné znečišťující látky (např. chloridy, sírany aj.). Nezanedbatelnou výhodou je skutečnost, ţe správně biologicky vyčištěná odpadní voda nemůţe obsahovat látky toxické pro flóru a faunu vodního toku, který vyčištěnou odpadní vodu odvádí. 9.1.1. Biologická rozloţitelnost organických látek Z hlediska biologické rozloţitelnosti a toxicity můţeme organické látky v odpadních vodách rozdělit do následujících skupin: 52

-

látky rozloţitelné a netoxické (cukry, mastné kyseliny, aminokyseliny aj.)

-

látky rozloţitelné a ve vyšších koncentracích toxické (fenol, formaldehyd, aj.)

-

látky obtíţně rozloţitelné a netoxické (huminové kyseliny, ligninsulfonové kyseliny, azobarviva, hexamethylentetramin aj.)

-

látky obtíţně rozloţitelné a toxické (některé pesticidy, chlorované uhlovodíky aj.) Významnou slabinou biologického čištění, kterou však snad lze povaţovat za jedinou je to, ţe můţe z odpadních vod odstranit pouze látky biologicky rozloţitelné, tedy látky z první a druhé skupiny. Látky ze třetí a čtvrté skupiny se biologickým čištěním odstranit nedají. Příčin rezistence organických látek k biologickému rozkladu je více a ne všechny jsou v současné době známy. Dobře objasněné jsou například tyto: 1. Větvení alifatického řetězce

CH3 - (CH2)4 – COOH

látka rozloţitelná

CH3 – C - CH2 – C - CH2 – COOH

látka obtíţně rozloţitelná

Příčina tkví v mechanismu štěpení postranního alifatického řetězce. Štěpení probíhá tzv. beta-oxidací na druhém uhlíku od karboxylové skupiny. Je-li tento uhlík kvartérní, nemůţe k oxidaci dojít a látka se chová jako biologicky rezistentní. 2. Nemoţnost biologické hydroxylace v ortho-poloze Příčina tkví v mechanismu štěpení aromatického kruhu. Aby k tomuto štěpení mohlo dojít, musí se biologickou hydroxylací vytvořit ortho-dihydroxy-sloučenina (případně i metadihydroxysloučenina) a teprve potom dojde ke štěpení aromatického kruhu mezi oběma hydroxyly. Nemůţe-li z důvodu přítomnosti dalších substituentů na jádře vzniknout tato konfigurace, chová se daná látka jako biologicky rezistentní. Pro lepší pochopení struktury technologických linek biologického čištění odpadních vod a významu pouţitých jednotlivých kroků, pouţitých v technologii čištění je nezbytné uvést charakter znečištění odpadních vod. Přitom znečištění vody můţeme popsat jako takovou 53

změnu fyzikálních, chemických a biologických vlastností vody, která omezuje nebo i znemoţňuje její pouţití k danému účelu. Pojem znečištění je tedy pojmem relativním. 9.1.2. Charakter znečišťujících látek a procesy pouţívané k jejich odstranění Znečišťující látky můţeme rozdělit do skupin uvedených v tabulce č.2. Označení skupiny

Znečišťující látky

Příklady

1

rozpuštěné

(ve filtrátu za filtrem 0,4μm)

1.1

- organické

1.1.1

- biologicky rozloţitelné

(cukry, mastné kyseliny)

1.1.2

- biologicky nerozloţitelné

(azobarviva aj.)

1.2 2 2.1

- anorganické

(těţké kovy, sulfidy)

nerozpuštěné - organické

2.1.1

- biologicky rozloţitelné

(škrob, bakterie)

2.1.2

- biologicky nerozloţitelné

(papír, plasty)

2.1.3

- usaditelné

(celulosová vlákna)

2.1.4

- neusaditelné

(bakterie, papír)

2.1.4.1

- koloidní

(bakterie)

2.1.4.2

- plovoucí

(papír)

2.2

- anorganické

2.2.1

- usaditelné

(písek, hlína)

2.2.2

- neusaditelné

(brusný prach)

Vzhledem ke značné rozmanitosti znečišťujících látek je patrné, ţe neexistuje jediný ekonomicky přijatelný univerzální proces, kterým by bylo moţné odstranit všechny druhy znečištění. Chceme-li odpadní vodu zbavit všech znečišťujících látek nebo alespoň převáţné většiny, musíme obvykle zařadit za sebou několik zcela rozdílných procesů. Volba a zařazení jednotlivých procesů do čistírenského zpracování odpadní vody záleţí na charakteru znečištění a na splnění následujících poţadavků: 54

1. proces musí být účinný 2. proces by měl být ekonomicky přijatelný 3. proces by neměl být příliš náročný na spotřebu energie 4. při procesu by se neměly vnášet do čištěné odpadní vody další znečišťující látky (např. chloridy, sírany, organické chlorderiváty aj.) Procesy pouţívané v technologii čištění odpadních vod jsou uvedeny v tabulce č. 3, ve které jsou rovněţ uvedeny skupiny znečišťujících látek podle tabulky č. 2, pro jejichţ odstranění se daný proces nejčastěji pouţívá. Tabulka č. 3 Procesy

Skupiny znečišťujících látek odstraňovaných (viz tabulka č. 2)

Mechanické procesy - cezení (česle)

2.1.2; 2.1.4.2

- usazování (usazovací nádrţe)

2.1.3; 2.2.1

- centrifugace (centrifugy)

2.1.3; 2.2.1

- flotace (flotační nádrţe)

2.1.3; 2.2.1

- filtrace (pískové filtry, síta)

2.1; 2.2

Chemické a fyzikálně chemické procesy - čiření (koagulace a sráţení)

1.1.2 (vysokomolekulární.); 1.2; 2.1; 2.2

- neutralizace, oxidace a redukce

1.2

- sorpční procesy (aktivní uhlí aj.)

1.1.2; 1.2

- procesy zaloţené na výměně iontů

1.2

- extrakce (např. fenol)

1.1.1; 1.1.2

- odpařování, spalování (silně koncentrované odpadní vody) - vyváření (např. NH3)

1.1.2 1.2

Biologické procesy aerobní - biologické filtry

1.1.1; 1.2 (N); 2.1.1

- aktivační proces

1.1.1; 1.2 (N,P); 2.1.1

- stabilizační nádrţe a laguny

1.1.1; 1.2 (N,P); 2.1.1

Biologické procesy anaerobní - metanizace (kyselé a methanové kvašení)

1.1.1; 2.1.1 55

POUŢITÁ LITERATURA ČEŘOVSKÁ, L., KOŢÍŠEK, F., 2004. Současný stav vědomostí o zdravotních rizicích vedlejších produktů chlorace pitné vody. Sborník konference Pitná vody 2004. 1. vydání, České Budějovice: W&ET Team, s. 203-208. ISBN 80-239-2936-4. DOLEJŠ, P., et al., 2006. Sborník konference Pitná voda 2006. 1. vydání, České Budějovice: W&ET Team. Rozklad oxidu chloričitého v upravené vodě, s. 101-106. ISBN 80-239-7113-1. GAJDOŠ, Ľ., et al., 2007. Aplikácia oxidu chloričitého ako dezinfekčního činidla na úpravu vody. Chemické listy, 2007, 101. Dostupný z WWW: http://www.chemickelisty.cz/docs/full/2007_06_480-485.pdf GAJDOŠ, Ľ., MUNKA, K., KARÁCSONYOVÁ, M., 2008. Hodnotenie vplyvu spösobu prípravy oxidu chloričitého na jeho stabilitu vo vodě. Vodní hospodářství. 58, 1, s. 4-7. GRÜNWALD, A., et al., 2008. Sborník konference Pitná voda 2008. 1. vyd. České Budějovice : W&ET Team. Vliv sedimentů v distribuční síti pitné vody na tvorbu THM, s. 355-360. ISBN 978-80-254-2034-8. CHUDOBA, J., DOHÁNYOS, M., WANNER, J., 1991. Biologické čistění odpadních vod. SNTL – Nakladatelství technické literatury, Praha, 465 s. ILAWSKÝ, J., TÓTHOVÁ, K., 1999. Sborník konference Pitná voda 1999. 1. vyd. České Budějovice : W&ET Team. Chlórované uhlovodíky v rozvodnej sieti, s. 229-234. ISBN 80238-4159-9. JANDA, V., 2004. Dezinfekce pitné vody a její vedlejší produkty. Sborník konference Pitná vody 2004. 1. vydání, České Budějovice: W&ET Team, s. 81-88. ISBN 80-239-2936-4. KAFKA, Z., PUNČOCHÁŘOVÁ, J., 2002. Těţké kovy v přírodě a jejich toxicita, Chemické listy 96(7), VŠCHT Praha

56

KALIČINSKÁ, J., 2006. Monitorování ţivotního prostředí, Pavel Klouda Ostrava, 88s. ISBN 80-86369-13-7.

KARPEL VEL LEITNER, N., et al., 1996. Disinfection By-Products in Water Treatment: The chemistry of Their Formation and Control. Boca Raton: CRC Lewis. The Use of ClO2 in Drinking Water Treatment: Formation and Control of Inorganic By-Products (ClO2-, ClO3-), s. 393-407. ISBN 1-56670-136-8. KAŠPAROVSKÝ, K., 199. Zeměpis v kostce I., Fragment Havlíčkův Brod, 140s. KOPECKÝ, J., 2003. Dezinfekce UV-zářením - technologie pro úpravu pitných vod. Vodní hospodářství, 53, 8, s. 233-235.

KRASNER, S., W., et al., 1996. Disinfection By-Products in Water Treatment: The chemistry of Their Formation and Control. Boca Raton : CRC Lewis. The Impact of TOC and Bromide on Chlorination By-Product Formation, s. 59-90. ISBN 1-56670-136-8. KRAVČÍK, M. a kol., 2007. Voda pre ozdravenie klímy – nová vodná paradigma, Krupa Print Ţilina, ISBN: 8096976652 KUBÍČEK, F., LELLÁK, J., 1992. Hydrobiologie. 1. vydání, Praha, Karolinum, ISBN 807066-530-0, 260 s. LANGHAMMER, J., 2002. Kvalita povrchových vod a jejich ochrana, Praha, 223 s. MALÝ, J., MALÁ, J., 1996. Chemie a technologie vody, Noel 2000 s.r.o., ISBN 80-8602013-4, 197 s. ODSTRČIL, J., 2005. Biochemie, Brno, 161s., ISBN 80-7013-425-9

OXENFORD, J., 1996. Disinfection By-Products in Water Treatment: The Chemistry of Their Formation and Control. Boca Raton: CRC Lewis, Disinfection By-Products: Current Practices and Future Directions, s. 3-16. ISBN 1-56670-136-8.

57

PAVLÍKOVÁ, D., PAVLÍK, M., MATĚJŮ, L., BALÍK, J., 2008. Ekotoxikologie, Česká zemědělská univerzita v Praze, 152 s.

PITTER, P., 1999. Hydrochemie

3. přepracované vyd. Praha: Vysoká škola chemicko-

technologická v Praze, ISBN 80-03-00525-62. POMYKAČOVÁ, I., et al., 2009. Halogenoctové kyseliny v pitné vodě v České republice. Vodní hospodářství, 2009, 59, 2, s. 40-42. ROUSOVÁ, D., JANDA, V., 2004. Sborník konference Pitná voda 2004. 1. vydání, České Budějovice: W&ET Team. Závislost sloţení roztoku oxidu chloričitého na pH, s. 391-394. ISBN 80-239-2936-4.

SIDDIQUI, M., et al., 1996. Disinfection By-Products in Water Treatment: The chemistry of Their Formation and Control. Boca Raton: CRC Lewis. Removal of Bromate after Ozonation during Drinking Water Treatment, s. 207-234. ISBN 1-56670-136-8.

SYMONS, J., et al., 1996. Disinfection By-Products in Water Treatment : The chemistry of Their Formation and Control. Boca Raton : CRC Lewis. Influence of Bromide Ion on Trihalomethane and Haloacetic Acid Formation, s. 91-130. ISBN 1-56670-136-8. VLKOVÁ, L., CÍRKVA, V., 2005. Chlorované fenoly a způsob jejich degradace. Chemické listy, 2005, 99. Dostupný z WWW: http://home.icpf.cas.cz/cirkva/publications/CHL-2005-99125.pdf

WEINBERG, H., GLAZE, W., 1996. Disinfection By-Products in Water Treatment: The chemistry of Their Formation and Control. Boca Raton: CRC Lewis. An Over of Ozonation Disinfection By-Products, s. 165-186. ISBN 1-56670-136-8. ZACHAR, D., JŮVA, K. a kol., 1987. Vyuţití a ochrana vod ČSSR z hlediska zemědělství a lesního hospodářství, Academia Praha, 567 s.

58

Vyhláška č. 252/2004 Sb., kterou se stanoví hygienické poţadavky na pitnou vodu a četnost a rozsah kontroly pitné vody. Sbírka zákonů, 2004, č. 82, s. 5402 - 5422.

59

Autoři:

MVDr. Jan Chloupek, Ph.D., RNDr. Hana Mlejnková, Ph.D.

Název:

Hygienické zabezpečení pitné a napájecí vody v chovech hospodářských zvířat

Ústav:

Ústav zootechniky a zoohygieny

Počet stran:

59

Vydání:

1.

Povoleno:

Rektorátem VFU Brno

Podpořeno:

Projektem OP VK reg. č. CZ.1.07/2.2.00/28.0287

Vydavatel:

Veterinární a farmaceutická univerzita Brno

ISBN 978-80-7305-753-4