Odpadní vody veškerá voda, která projde jakýmkoliv výrobním procesem a tímto použitím se změnila její jakost nebo teplota, příp. i jiné vody, odtékající ze sídlišť, obcí, dolů, závodů a dalších objektů, které jsou vypouštěny do vod povrchových (recipientů) a mohou ohrozit jakost těchto vod
1. městské (splaškové) 2. průmyslové (+ odpadní vody ze zemědělských závodů)
Odpadní vody hnilobné toxické s anorganickými kaly s tuky, oleji a ropnými látkami oteplené radioaktivní
s patogenními mikroby kyselé důlní vody
Zdroje odpadních vod plošné a liniové –
zemědělství a doprava
bodové – průmyslové odpadní vody • výrobní závody – strojírenství, chemický průmysl • těžební průmysl a stavebnictví • transportní průmysl – depa, opravny aj. • skládky průmyslových a chemických odpadů – zemědělské odpadní vody • objekty a jiná činnost • skládky - hnojiště, siláže, atd.
– komunální odpadní vody • aglomerace – sídla
• drobný potravinářský průmysl • skládky komunálního odpadu
Biologické čištění
pouze voda obsahující látky schopné biochemického rozkladu = BSK principem je využití odpadní vody jako substrátu pro růst biomasy o vysoké koncentraci, ale nízké růstové rychlosti, případně sorpce nerozložitelných látek jde o napodobení, usměrnění a zintenzivnění přirozených rozkladných procesů a pochodů samočištění, které se vyskytují v půdním a vodním prostředí čistírenská praxe dává přednost aerobním pochodům ⇒ rychlejší rozklad znečišťujících látek (BSK), nevýhodou je aplikace pouze na čištění odpadních vod s menším zatížením Přírodní způsoby čištění čištění probíhá v přirozených podmínkách Umělé způsoby čištění
čištění probíhá v uměle vytvořených podmínkách
Přírodní způsoby čištění odpadních vod
dosahují příznivého čistícího účinku využitím samočistících procesů v půdě, ve vodním prostředí a za součinnosti rostlin proces čištění je pozvolný, mikroorganismy pomalu rozkládají a mineralizují organickou hmotu, uvolněné živiny jsou využívány vegetací přírodní způsoby čištění vyžadují kvalitní mechanické předčištění 1. Půdní filtrace
2. Závlaha městskými, průmyslovými a zemědělskými odpadními vodami 3. Závlaha kejdou, tekutými vyhnilými čistírenskými kaly a tekutými odpady
4. Aerobní biologické nádrže 5. Anaerobní biologické nádrže 6. Dočišťovací biologické rybníky 7. Průtočné vegetační čistírny s plovoucími vodními rostlinami 8. Vegetační kořenové čistírny s makrofyty 9. Průtočné žlabové bioeliminátory 10. Čištění kolonami imobilizovaných buněk v umělém prostředí
Přednosti přírodních způsobů čištění příležitost citlivě začlenit čištění odpadních vod do životního prostředí účinné čištění i silně naředěných odpadních vod
schopnost absorbovat velké výkyvy v množství odpadních vod (např. ranní, večerní a víkendové špičky) odolnost ke krátkodobému i dlouhodobému přerušení provozu (např. při nepravidelném používání rekreačních zařízení) poměrně jednoduché stavební a technologické provedení ekonomický efekt, který spočívá ve zlepšení úrodnosti půd a zvýšení sklizně při závlaze
jednoduchá (ale pravidelná) obsluha výrazně nižší provozní náklady
úspora energie ekologický charakter celého zařízení
výpar vody rostlinami na filtračním poli příznivě ovlivňuje mikroklima a posiluje malý oběh vody nezanedbatelná krajinotvorná funkce – podpora ekologické stability i estetické kvality krajiny
Nedostatky přírodních způsobů čištění poměrně velké nároky na plochu závislost čisticího účinku na klimatických podmínkách (především na teplotě a slunečním záření) omezená schopnost odstraňovat živiny (dusík a fosfor)
minimální možnost regulace probíhajících procesů dlouhá doba zdržení nezbytná k odstranění amoniakálního znečištění
Stabilizační nádrže akumulační rybníky – kampaňové vody, jednorázové napuštění asimilační rybníky – neustálé zatěžování odpadními vodami stabilizační rybníky – soustava rybníků řazených za sebou Výhody
nízké provozní náklady nízké energetické požadavky
mohou být postaveny u zdroje odpadní vody více flexibilní a méně náchylné na náhlé přetížení biomasa se může sklízet na krmivo pro zvířata nebo do kompostu Nevýhody vyžadují velké zábory půdy není využití pro velké objemy odtoků snížená schopnost provozu v zimě
malá kapacita pro odstranění patogenů na výtoku mohou být náchylné na vysoké hladiny polutantů (např. toxické kovy)
srovnání vegetačního čištění odpadních vod s konvenční čistírnou
Stabilizační rybník stabilizační nádrže a rybníky
používají se ke zneškodňování až úplnému vyčištění hnilobných odpadních vod za použití různých nádrží rybničního typu
na čistícím procesu se podílí bakterie ve vodě i v kalu a další fáze látkového koloběhu kladem rybníků jsou nízké stavební a provozní náklady, k záporům patří hlavně značné nároky na plochu, zápach v případě anaerobních stavů a nutnost odstraňování usazenin
Půdní čistírny
půdní filtry s různými filtračními materiály, podzemní půdní filtry s běžnou vegetací, přírodní půdní filtry vybavené přívodním a odpadním zařízením, závlahy zemědělských plodin a rychle rostoucích dřevin, pásy na čištění odpadních vod s vegetací závlahové využití tekutých odpadů, zejména kejdy a kalů čištění a dočištění odpadních vod velmi malých producentů do 80 až 100 ekvivalentních obyvatel (EO) rychlost filtrace (čisticí účinek) - souvisí se zrnitostí půdy, její strukturou, texturou, efektivní pórovitostí, se složením OV, s obsahem nerozpuštěných látek a jejich vlastnostmi závlaha patří k nejstarším a velmi účinným způsobům zacházení s OV
komunální odpadní vody (splaškové, městské), průmyslové odpadní vody (zejména z potravinářského průmyslu) a vody zemědělské z různých zemědělských provozů (silážní vody, močůvka, kejda aj.) nesmí obsahovat toxické látky v množství převyšujícím hranici toxicity
s jakostí odpadní vody použité k závlaze souvisí výběr vhodných plodin, závlahový režim, technické uspořádání závlah, volba ochranných pásem kolem zavlažovaných ploch a stanovení ochranných lhůt mezi poslední závlahou a sklizní problémem je zimní provoz - filtrační pole s travním porostem, nebo se odpadní voda akumuluje v nádržích a využívá ve vegetačním období
Vodní čistírny OV aerobní nízko- a vysokozátěžové, provzdušované biologické nádrže, anaerobní akumulační, sedimentační a průtočné biologické nádrže, dočišťovací biologické nádrže, průtočné žlabové bioeliminátory s řasovými nárosty, speciální nádrže a kaskády s akvakulturami ve volném přírodním a umělém prostředí aerobní nádrže s převládajícím kyslíkovým režimem - čisticí proces sedimentace, biologická a chemická flokulace, oxidace apod. rozklad, přeměna a poutání jednotlivých látek ve vodním prostředí - složité biologické a biochemické procesy, kterých se zúčastňují nejen bakterie, ale i vyšší organismy. kyslík k oxidačním procesům z atmosféry v místě styku s vodní hladinou; ve vegetačním období jej přidávají řasy při fotosyntéze
potřebná plocha neprovzdušňovaných aerobních biologických nádrží činí 10 až 15 m2 na 1 EO s dobou zdržení dvacet a více dnů kaskáda min. dvou až tří sériově propojených nádrží mechanické předčištění odstraňování sedimentů nejméně jednou za deset let u anaerobních biologických nádrží probíhá rozklad v bezkyslíkatém prostředí - vyhnívací a kvasné procesy. Doba zdržení jeden až tři dny pro převážně kampaňového producenta odpadů, např. škrobárny, lihovary a zejména cukrovary dočišťovací biologické nádrže - nejčastěji konečné zlepšení čistoty vody, druhý, biologický stupeň čištění, následující po různých prvních stupních s přírodním nebo umělým čištěním
Mokřadní čistírny vegetační kořenové čistírny s horizontálním a vertikálním prouděním a mokřadní vegetací, průtočné kanály s kořenovými a splývavými makrofyty
umělé mokřady, běžné mokřadní rostlinné druhy, podpovrchový horizontální průtok OV, přírodní samočisticí procesy odstraňování nečistot kombinací fyzikálních, chemických a biologických procesů bakterie degradují organické znečištění - na kořenech makrofyt a na filtračním materiálu biologicky aktivní blána rozklad dusíkatých organických látek, nitrifikace, příp. denitrifikace, rozklad celulózy, tuků, škrobů, cukrů a organických a anorganických sloučenin fosforu filtrační materiály - prostředí pro výsadbu a zakořenění rostlin, život mikroorganismů, zachycují suspendované látky a část látek mineralizovaných zdroje znečištění do 500 EO, pro větší zdroje znečištění (nad 500 EO) několik polí v kombinaci s dalšími technologiemi - účinné odstranění amoniakálního dusíku, lze využít i pro zdroje do velikosti okolo 1 000 EO pro větší zdroje znečištění jsou nevhodné – velká plocha kořenová čistírna OV navíc představuje zajímavý krajinný prvek a vytváří prostředí pro život řady rostlin a živočichů
Mechanický stupeň čištění A1 Odlehčovací šachta A2 Dešťová nádrž A3 Lapák písku A4 Mělká kombinovaná nádrž A5 Provozní přístřešek
Biologický stupeň čištění B1 a B2 Filtrační lože B3 Rozdělovací potrubí B4 Sběrné potrubí
Dočišťovací stupeň C1 Nádrž C2 Odběrný objekt C3 Výpustný objekt
Odstraňování důležitých skupin látek v kořenové čistírně odstraňování živin (dusíku a fosforu) - omezení rozvoje eutrofizace říční sítě níže pod čistírnou Organické znečištění jsou obvykle asi z 1/3 z OV vyloučeny sedimentací v lapáku písku a ve štěrbinové nádrži současně je mikroorganismy rozkládají na látky jednodušší po nátoku odpadní vody do vegetačního pole dochází k filtraci částic a jejich usazování ve štěrkovém substrátu mikroorganismy postupně organické látky odbourávají a přeměňují na plynné látky těkající do atmosféry (oxid uhličitý a metan) nejintenzivněji v první třetině délky kořenového pole
Dusík eliminován ve filtračních polích čistírny osázených makrofyty a v dočišťovací nádrži s převládajícími aerobními podmínkami
v splaškové OV dusík v organických sloučeninách a amonných iontech zabudování dusíku do těl mikroorganismů a rostlin dostatek kyslíku a dlouhá doba pro rozvoj biomasy - přeměna amonných iontů nitrifikací na dusičnany
denitrifikace – rozklad dusičnanů na plynný dusík, oxidy dusíku, denitrifikační bakterie – ve vysokých počtech. Jejich činnost je ale limitována nedostatečnou nitrifikací denitrifikace v kořenové čistírně probíhá i za velmi nízkých teplot v zimním období nitrifikace neprobíhá při teplotách pod 8 °C
část dusíku v amoniakální formě může být také vázána na povrch částic filtrační náplně
Fosfor sorbce fosfátů na substrát vegetačního pole (hlavně jemnější frakce – např. jíl) srážením fosfátů do nerozpuštěných sloučenin s kovy – železem, hliníkem a vápníkem. Fosfor je také zabudován do mikrobiálních buněk a do biomasy rostlin. Obecně bývá účinnost zachycení fosforu v KČOV vysoká v počátečním období fungování, později klesá. To je způsobeno úbytkem volných vazebných míst na minerálním substrátu a úbytkem volného železa, hliníku a vápníku instalace doplňkového zařízení na zachytávání fosforu anebo vhodnou volbou filtrační náplně (substrátu). Vysrážené, ve vodě nesnadno rozpustné fosforečnany jsou pak zachycovány v usazovací nádrži. Je potřeba počítat se zvýšením objemu kalů, které se musí vyvážet Těžké kovy malé obce představují okrajový problém
v kořenové čistírně zůstává velká většina těžkých kovů kumulována v sedimentu - ve formě tzv. komplexů, a částečně v biomase rostlin kosením a odklízením biomasy je část toxických látek z cyklu odstraněna nízké pH substrátu - uvolňování kovů z komplexních sloučenin opět do vody
Mikroorganismy a čištění vod proteolytické bakterie – rozklad dusíkatých organických látek, odbourávají bílkoviny, předcházejí činnosti amonizačních bakterií amonizační bakterie – rozkládají organické dusíkaté látky, tj. bílkoviny, jejich štěpné produkty, aminy, amidy, močovinu apod.; při procesu se uvolňuje dusík ve formě amoniaku, při rozkladu bílkovin některé druhy produkují jako vedlejší produkt i sirovodík nitrifikační bakterie – nitrifikace a denitrifikace, pomalu rostoucí bakterie, vyžadují aerobní podmínky; ukazatel konečné etapy samočisticích procesů, kdy převažují mineralizační pochody denitrifikační bakterie – redukují dusičnany na dusitany a dále na plynný dusík; ve znečištěných vodách v anoxickém prostředí metanobakterie - rozklad celulózy, za anaerobních podmínek celulolytické bakterie; myxobakterie – za aerobních podmínek amylolytické bakterie - rozklad škrobu a nižších cukrů lipolytické bakterie - rozklad tuků sulfurikační bakterie - rozklad organických a anorganických látek obsahujících síru desulfurikační bakterie – jejich činnost způsobuje redukci oxidovaných forem síry na sirovodík
rozklad organických a anorganických sloučenin fosforu v extenzivních čistírnách pouze rozklad složitějších sloučenin fosforu na jednoduché rozpuštěné fosforečnany
větší ČOV - zvýšené biologické odstraňování fosforu pomocí polyfosfobakterií
Funkce rostlin v KČOV poskytují prostředí pro růst různých druhů bakterií, které jsou vázány na podzemní část rostlin
zateplují povrch kořenové čistírny - důležité v zimním období a v chladnějších oblastech vegetace na filtračních polích kořenových čistíren není většinou sklízena – odumřelé nadzemní části rostlin vytvářejí izolační vrstvu poskytují organický uhlík nutný pro denitrifikaci - nízká koncentrace organického uhlíku v přitékající vodě může limitovat denitrifikační proces kořeny mokřadních rostlin vylučují celou řadu látek (např. alkaloidů), které mají silné baktericidní účinky exkrety rákosu obecného a skřípince jezerního redukují počty bakterií Escherichia coli o 50 až 90 % příjem a využívání organických látek z OV rostlinami má při čištění odpadních vod druhotný význam. Podíl dusíku akumulovaného v rostlinách tvoří pouze velmi malou část celkově odstraněného dusíku – při optimálních podmínkách může dosáhnout hodnot 5–10 % přísun kyslíku rostlinami do filtračního lože se děje jen v zanedbatelném množství
Rostliny používané k osázení filtračních polí
v našich klimatických podmínkách je nejdůležitější funkcí rostlin zateplování povrchu filtračních loží v zimním období nutné volit rostliny, které jsou odolné vůči silnému znečištění a rychle produkují velké množství nadzemní biomasy Rákos obecný (Phragmites australis) Chrastice rákosovitá (Phalaris arundinacea)
Především pro malé domovní čistírny lze využít i jiné mokřadní rostliny, které mají navíc i dekorativní charakter: Orobinec úzkolistý (Typha angustifolia) a orobinec širolistý (Typha latifolia) Skřípinec jezerní (Scripuis lacustris)
Kosatec žlutý (Iris pseudacorus) Puškvorec obecný (Acorus calamus variegatus)
Zblochan vodní (Glyceria maxima)
Umělé způsoby čištění
Městské čistírny OV (ČOV) 1. stupeň - mechanické předčištění - lapáky štěrku a písku, česle, lapáky tuků... 2. stupeň - biologické čištění • procesy založené na růstu a aktivitě organismů v přisedlé složce – biofilmu zkrápěné biologické kolony (biofiltry, rotační biodisky) • procesy založené na růstu a aktivitě organismů v suspendované polykultuře aktivovaný kal • aktivační – aerační nádrže a separační – dosazovací jednotky
3. stupeň čištění – odstraňování živin (fosfor!) Další způsoby čištění OV v průmyslu flotace, extrakce, sorbce, koagulace – čiření, filtrace…
Oživení skrápěných biofiltrů Sladká (1965); Sládeček et al. 1996) Mikromycety Fusarium aquaeductum Aspergillus Penicillium Fusarium Alternaria Cladosporium Sepedonium Trichoderma Mucor Rhizopus Sinice Oscillatoria limosa Phormidium autumnale Pseudanabaena catenata Bezobratlí Nematoda Oligochaeta Rotifera Insecta - Diptera
Městské (konvenční) čistírny odpadních vod hlavním cílem je odstranění organických látek (BSK), obsažených v komunálních (splaškových) odpadních vodách tuky ⇒ lapač tuků rozpuštěné organické látky ⇒ biologický stupeň čistírny jemný organický kal ⇒ sedimentační (usazovací) nádrže písek, škvára sunut po dně stoky ⇒ lapač písku ⇒ jemné česle (mezery mezi česlicemi 1-3 cm) menší plovoucí nečistoty - zbytky zeleniny a ovoce ⇒ hrubé česle (mezery mezi česlicemi 5-10 cm) hrubé plovoucí nečistoty - kusy dřeva, hadry apod.
Zásobování (pitnou) vodou Celosvětová spotřeba vody v letech 1900-2000
Zdroje surové vody přirozené podzemní vody štěrkoviště a pískovny přímé odběry z toků
vodárenské nádrže - přehrady, údolní nádrže krasové vody umělé infiltrace Zásobování obyvatelstva pitnou vodou
V zásadě můžeme způsoby zásobování pitnou vodou rozdělit na dva typy: (1) Individuální zásobování - studny (2) Centrální (veřejné, hromadné) zásobování
Schematický postup při úpravě povrchových a podzemních vod na vodu pitnou
1. Předúprava vody - denitrifikace in situ, ….. 2. Mechanické předčištění - sedimentační nádrže, česla 3. Chemické čiření (koagulace)
4. Filtrace vody - mikrosíta, pomalá filtrace, pískové rychlofiltry, tlakové filtry, vícevrstevné filtry, filtry se speciálními náplněmi koagulační filtry 5. Speciální chemická úprava – změkčování vody, odstraňování Fe II, MnII…… 6. Dezinfekce vody
7. Skladování upravené vody – vodojemy 8. Rozvod potrubím do domácností
Odželezování a odmangaňování principem je oxidace sloučenin železnatých (Fe2+) a manganatých (Mn2+) sloučenin na vyšší mocenství, v němž vytvářejí vločkovitou suspenzi, odstranitelnou separací. Během oxidace spolupůsobí železité a manganové baktérie oxidace vzdušným kyslíkem oxidace manganistanem draselným
Chemické čiření (koagulace a vločkování) Koagulace
proces destabilizace koloidů a nečistot ve vodě neutralizací jejich elektrického náboje (elektrokinetického potenciálu povrchu částic a agregace částic za vzniku kompaktní sraženiny Vločkování proces shlukující malé částečky dispergované tuhé hmoty vodní suspenze do velkých částic, které se rychle usazují a mohou být dobře odfiltrovány
Aktivní uhlí
používá se pro odstraňování pachů a příchutí vody Dezinfekce pitné vody zničení či jiná inaktivace patogenních organismů (zejména baktérií = baktericidní inaktivace) 1. Fyzikální dezinfekce - aplikace tepelné energie, UV-záření, gamazáření, X-záření, …..
2. Chemická dezinfekce - aplikace chlóru a jeho derivátů, ozón, jod, brom, peroxid vodíku, manganistan draselný, stříbro, měď, rtuť, kobalt, nikl nebezpečí vzniku vedlejších produktů dezinfekce
Viry ve vodárenství z hlediska zabezpečení hygieny pitné vody jsou nejdůležitější enterické viry, které jsou přítomny v trávicím traktu člověka a při vylučování se dostávají do vodního prostředí
komunální odpadní vody, které vykazují až 105/l infekčních virových částic splachy z polí hnojených přirozenými hnojivy v letním období je možná přímá kontaminace rekreačně využívaných nádrží
rychlá adsorpce na živé či neživé částice koagulace viry neodstraní, pouze inaktivuje !!!
nejúčinnější dezinfekce = UV záření v kombinaci s perodxidem vodíku
Bakterie v pitných vodách
základem mikrobiologického vyšetřování pitných vod je sledování výskytu baktérií, které indikují obecné a fekální znečištění vody indikátory obecného znečištění vod (organotrofní mezofilní a psychrofilní bakterie) indikátory fekálního znečištění vody (koliformní bakterie, enterokoky, anaerobní klostridia, patogenní a podmíněně patogenní bakterie (onemocnění lidí a zvířat) problémy v technologii
Biofilm
aktivní biologická vrstva složená z mikroorganismů (baktérií, řas, hub, mikroprotozoa, metazoa) a jejich extracelulárních polymerních produktů, která je přichycena na povrch nejrůznějších podkladů, které mohou být či jsou v kontaktu s vodou Struktura biofilmu heterotrofní vs autotrofní biofilmy
monospeciové vs polyspeciové biofilmy Tvorba biofilmů ve vodárenských zařízeních biofilmy i sekundárně pomnožená bakteriální biomasa volné vody zvyšují obsah organických látek a tím i spotřebu chlóru v rozvodné síti jeho předčasné vyčerpání a snížení koncentrace aktivního chlóru, potřebného pro hygienické zabezpečení pitné vody
tvorba biofilmů umožňuje pomnožení oportunních patogenních bakterií včetně rodů Legionella, Mycobacterium a Aeromonas a dále k pomnožení koliformních bakterií
Biologická stabilita pitné vody Sekundární pomnožování mikrooganismů a tvorba biofilmů na vnitřním povrchu potrubí, na stěnách komor vodojemů a dalších zařízeních ve vodárenských rozvodných sítí se považuje za projevy nedostatečné biologické stability vody, je definována jako míra odolnosti pitné vody proti rozvoji mikroorganismů a tvorbě biofilmů při její akumulaci a distribuci v podmínkách absence dezinfekčních prostředků
Snižování biologické stability 1) průnikem lehce biologicky odbouratelných látek (BDOC), které jsou živným substrátem pro heterotrofní mikrobiální složku. Zdrojem těchto látek bývá nejčastěji eutrofizovaná surová voda z vodárenských nádrží a toků 2) amonné ionty, železo a mangan jsou živinami pro chemolitotrofní nitrifikační, železité a manganové bakterie – organická hmota vytvořená těmito bakteriemi je zdrojem uhlíku pro heterotrofní bakterie
Mikromycety z vláknitých mikromycet byly nejčastěji a v relativně největším množství izolovány druhy rodu Penicillium, Cladosporium a Trichoderma, zástupci rodů Alternaria, Aspergillus, Aureobasidium, Fusarium, Geotrichum, Mucor, Paecilomyces, Rhizopus a Verticillium při velkém výskytu spor penicillioz může být jejich inhalace (rovněž u rodu Aspergillus, Alternaria, Rhizopus) jednou z příčin onemocnění dýchacího systému (chronické bronchiální katary, bronchopneumonie). Některá penicillia mohou být dále původci zánětu zvukovodů, některé druhy ostatních shora jmenovaných rodů jsou známy jako původci nebezpečných mykóz nebo jako producenti mykotoxinů z kvasinek se v pitných vodách nejčastěji vyskytují zástupci rodů Rhodotorula a Candida jejich patogenita pro člověka je sporná, jejich velký výskyt v pitné vodě každopádně zhoršuje její kvalitu tím, že se zvýší podíl organických látek a dále se jejich biomasa může substrátem pro rozvoj dalších mikroorganismů. Představitelé rodu Candida vyvolávají četná onemocnění lidí, především kůže, nehtů, dýchacího, zažívacího a urogenitálního systému
Fytoplankton a sinice
Přítomnost řas a jejich metabolických produktů v surové vodě znamená (Moravcová 1985): a) negativní ovlivnění organoleptických vlastností upravené vody
b) negativní ovlivnění technologických postupů (mechanické zanášení sacích košů, špatná koagulace a zanášení filtrů) 1. množství organismů nižší než 3.000 org. v 1 ml - úprava snadná i jednostupňová 2. množství od 3.000 do 10.000 org. v 1 ml
3. množství od 10.000 do 50.000 org. v 1 ml - počátek obtíží úpravy, zejména souvisejících se zkracováním pracovního chodu filtrů - začátek potíží s průnikem organismů 4. množství nad 50.000 org. v 1 ml - voda nevhodná k úpravě na vodu pitnou - průnik organismů do výsledné upravené vody - možnost vzniku organoleptických potíží - nadměrné zkracování pracovního chodu filtrů
Toxicita bývá definována jako jedovatý účinek znečišťující látky (polutantu), který potlačuje až ničí život v ekosystémech Akutní toxicita velká dávka jedu krátkého trvání
je obvykle letální, tj. jedovatý účinek toxické látky se projevuje okamžitě Chronická toxicita
nízká dávka jedu po dlouhou dobu může být buď letální nebo subletální - účinek se projevuje až po několika měsících či rocích působení a často dochází k hromadění (kumulaci) jedovatých látek v tělech organismů. Projevy se zjišťují zpravidla až u dalších vývojových generacích (genotoxicita) Terminální toxicita v důsledku vysoké expozice toxické látky dochází ke smrti organismu, protože počet poškozených buněk je větší než počet buněk schopných reparace Replikující toxicita poškození (buněk) organismu se mohou projevit v zasažené populaci i po delším čase (v následující generaci)
Toxicita vody
zejména účinek cizorodých látek, které se do recipientu dostávají především s nejrůznějšími odpadními vodami, ale existuje i přirozená toxicita, která vzniká v přírodních vodách bez lidského zásahu jedovaté meziprodukty rozkladu organických látek – sulfan, hydroxylamin, amoniak Toxikologie vod se zabývá hlavně akutní toxicitou chronická toxicita má význam pro pitné vody z hlediska stanovení prahových koncentrací a nejvyšších přípustných koncentrací látek (NPK) ve vodě NPK je koncentrace látky a jejích metabolitů ve vodách, která při stálém působení nevyvolá negativní účinky na hydrochemický režim recipientů a na mikroorganismy, primární producenty, planktonní a bentické organismy a ryby Směsi jedů vykazují kombinovaný vliv 1. Přídatný - aditivní, vlivy se sčítají 2. Látky mohou jedna s druhou interferovat - antagonismus
3. Celkový vliv na organismus může být větší, než když působí látka samostatně synergismus
Subletální vlivy můžeme pozorovat na úrovni biochemické, fyziologické, behaviorální nebo úrovni životního cyklu. Včasná detekce abnormalit v tkáních organismů může poskytnout důkaz o expozici organismu působení polutantů dlouho před tím, než se objeví závažné poruchy organismu
při nízkých hladinách polutantů je organismus udržován ve zdravém stavu homeostatickými mechanismy; se vzrůstající koncentrací se objevují různé kompenzace; při ještě vyšších koncentracích začíná být organismus stresován, objevují se fyziologické poruchy, organismus není schopen nahradit ztráty → smrt organismu síhové (Coregonus sp.) z jezer kontaminovaných olovem vykazovali značnou inhibici aktivity enzymu alanin deaminázy (ALA-D) v červených krvinkách, ale navzdory postižení 88 % síhů nebylo pozorováno žádné trvalé snížení obsahu hemoglobinu nebo hodnot hematokritu koncentrace Cd 1 mg.l-1 podstatně snížila fotosyntézu sinice Anabaena inaequlis, při koncentraci 20 mg.l-1 byla fixace oxidu uhličitého kompletně inhibována
Toxické vlastnosti polutantu toxicita polutantu musí být funkcí chemické struktury nebo konfigurace a zcela malá změna v molekule jedu může způsobit velké kolísání toxicity existence empirických vztahů mezi chemickou strukturou a toxicitou byla potvrzena u nejrůznějších složek a stala se základem tzv. QSAR (quantitative structure-activity relationships) = kvantitativní vztahy mezi chemickou strukturou a biologickou aktivitou QSAR mohou být použity k predikci toxicity např. u látek, které doposud nebyly syntetizovány
Z hlediska působení toxických látek na ekosystémy je dále důležitý rozdíl mezi:
a) přímou toxicitou - kdy látka působí ve své původní podobě, b) nepřímou toxicitou - kdy toxicky nepůsobí původní látka, ale např. meziprodukty jejího rozkladu c) kumulativní toxicitou - kdy toxická látka je v organismu postupně ukládána (kumulována) a její účinky se projevují až po dosažení prahové koncentrace
Toxické působení nějaké látky v ekosystému můžeme sledovat i pomocí výpočtu tzv. druhového deficitu, který vyjadřuje, o kolik procent je zkoumaná lokalita chudší na druhy organismů než referenční lokalita na srovnatelném nezasaženém úseku. F = A1 - Ax / A1 kde F = druhový deficit v %, Ax = počet druhů na lokalitě x, kterou zkoumáme a A1 = počet druhů na referenční lokalitě. Výsledek 0 % znamená, že zde není vůbec žádný toxický vliv, výsledek 100 % znamená totální zničení biocenózy. Přechod mezi oběma extrémy pak udává přibližně toxické působení jedovatých látek na zkoumaných lokalitách.
Rozložitelnost a toxicita určují chování látek v prostředí. Podle těchto kritérií lze látky přicházející do vodního prostředí rozdělit do následujících skupin: a) látky rozložitelné a netoxické
b) látky rozložitelné a toxické c) látky těžko rozložitelné a netoxické
d) látky těžko rozložitelné a toxické Údaje o toxicitě jednotlivých látek mohou poskytnout pouze biologické metody hodnocení, tzv. biologické testy toxicity (biotesty) BIOTEST (bioassay)
Definován jako zkouška, která stanoví množství nebo koncentraci látky v prostředí pomocí reakcí živého organismu. V širším pojetí se jedná o stanovení biologického účinku nějaké látky nebo faktoru prostředí. Protože v přírodě působí faktory komplexně, volí se preferenčně metody laboratorní, které využívají jediný druh organismu, který je vystaven změnám jediného faktoru za časový interval v kontrolovaných podmínkách
Testy toxicity na vodních organismech (biotesty) se mohou provádět v podstatě na třech úrovních a) na úrovni buněk b) na úrovni organismů
c) na úrovni společenstev
Biotesty 1. generace
v ČR jsou doporučovány 3 konvenční testy, identické s evropskými ISO a OECD normami: 48-96 h akutní test toxicity na rybách (Poecilia reticulata – živorodka duhová, Brachydanio rerio – zebřička pruhovaná) 24-48 h imobilizační test na perloočkách (Daphnia magna)
72 h růstově inhibiční test na řasách (Raphidocelis subcapitata, Scenedesmus quadricaudata)
Mikrobiotesty
miniaturizace testů (zkumavky, kyvety, mikrotitrační destičky), zkrácení doby kultivace organismy se dlouhodobě uchovávají v klidových stádiích (bezobratlí), v lyofilizovaném stavu (baktérie) nebo v imobilizované formě (řasy) a před vlastním testováním se oživí Bateriové biotesty
užívají souboru různých organismů - bakterie, řasa, perloočka do baterie jsou individuální testy vybírány tak, aby v dané baterii byly zastoupeny různé trofické stupně (tj. úroveň primárního producenta – řasy), úroveň konzumenta (bezobratlí) a úroveň destruenta (bakteriální test) Příklad „screeningové baterie“ Microtox – bakteriální luminescenční test
Thamnotoxkit F; Rotoxkit F… - bezobratlí Algaltoxkit F – řasový test na destičkách, spektrofotometrické hodnocení
Testy na úrovni biocenóz
toxický účinek se sleduje v přírodě samotné a nebo na modelu, který je jí blízký změny ve složení biocenóz nemusí být vždy vyvolány přímým toxický účinkem na určitý druh, ale mohou být výsledkem narušení potravního řetězce apod. – reprodukovatelnost testů je omezená
Biomarkery
biologické a biochemické indikátory kontaminace vybrané parametry, jejichž měřitelné změny jsou prvními, časnými odpověďmi na expozici cizorodými látkami. Biomarkery zpravidla indikují mechanismus toxicity, nikoliv určitou látku, ale některé biochemické parametry mohou specificky odrážet expozici některou třídou nebo skupinou kontaminantů. Biologickými modely jsou nejčastěji jaterní tkáň, či primární hepatocyty Biomarkery by měly intenzívně odrážet vliv znečišťujících látek, ale přitom výrazně nepodléhat fyziologickému kolísání !!!
Akumulace (hromadění látky v organismu) Bioakumulace
pouhý příjem z vody, nezávislý na trofickém stupni důležitý aspekt subletální toxicity hladiny polutantů v tkáních žijících organismů jsou užívány k indikaci stupně kontaminace vodního prostředí (biomonitoring)
Biomagnifikace zvyšování koncentrace polutantu podél trofického řetězce typické pro organochlorové pesticidy, výjimečně u kovů (Hg) Biokoncentrační faktor (BCF) zpravidla určován v laboratoři; jedná se o poměr mezi koncentrací v organismu a koncentrací ve vodě, dosažený „steady state“ všeobecně považován za validní indikátor kapacity polutantu kumulovat se v živočišných tkáních
Typická vločka aktivovaného kalu Corynebacterium Sphaerotilus Achromobacr Hyphomicrobium Bacillus Cytophaga Brevibacterium Gluconobacter Alcaligenes Acinetobacter Flavobacterium Spirillum Commomonas Micrococcus Pseudomonas Aerobacter Zooglea Aeromonas Dominantní rody Akcesorické rody Bakteriální rody vyskytující se v aktivovaném kalu Bytnění kalu = velký objem pro usazení Nadměrný rozvoj vláknitých organismů (Sphaerotilus apod.)
Revitalizace Přirozená a řízená restaurace a revitalizace vodních ekosystémů – pojmy a legislativa
– na úrovni povodí – krajiny – na úrovni říčního úseku – zdánlivý střet ekonomicko-sociálních zájmů s ekologickými
Pojem regulovaný tok („regulated river“) v anglosaské literatuře označuje přehrazený tok, tj. tok na němž byla postavena přehrada. U nás se pojmem regulace, příp. regulovaný tok rozumí především ohrázování koryta, stabilizace dna a břehů a jiné tzv. regulační zásahy
Náprava a záchrana znehodnocených ekosystémů
Restaurace ekosystémů – pojem hlavně užívaný v USA a Britanii – odstranění příčiny nebo umělé vytvoření podmínek blízkých původnímu stavu Revitalizce – v EU – vše jak v předešlém bodě a navíc vrácení původních taxonů flory a fauny
Úroveň povodí – říční systém (dílčí povodí)
• náprava odtokových poměrů v krajině • úroveň zemí (územních celků)
Úpravy říčních úseků I.
Úpravy říčních úseků II.
Úpravy říčních úseků III.
Úroveň habitat – prostupnost říčních úseků rybochody na jezech
– vedle jezového tělesa – v jezovém tělese – zábrana migrace ryb do turbín
speciální zastíněné náhony s větší hloubkou vybudovaní cesty přímo v korytě
