MASARYKOVA UNIVERZITA PŘÍRODOVĚDECKÁ FAKULTA ÚSTAV GEOLOGICKÝCH VĚD
SAMOČISTÍCÍ SCHOPNOST ŘEK A TECHNOLOGIE ČIŠTĚNÍ ODPADNÍCH VOD V MALÝCH OBCÍCH
Rešerše k bakalářské práci
Brno 2016
Iveta Dalajková
Obsah 1. ÚVOD..................................................................................................................................... 3 2. CHARAKTERISTIKA MÍSTA STUDIA ............................................................................. 4 2.1 CHKO Moravský kras ...................................................................................................... 4 2.2 Rudická plošina................................................................................................................. 5 2.2.1 Rudické propadání...................................................................................................... 6 2.2.2 Býčí skála ................................................................................................................... 6 3. CHEMICKÉ SLOŽENÍ ŘÍČNÍ VODY ................................................................................. 9 3.1 Složení tekoucích povrchových vod ................................................................................. 9 3.1.1 Organické látky ve vodách ....................................................................................... 10 3.1.2 Anorganické látky ve vodách ................................................................................... 10 3.2 Potenciál vodíku ............................................................................................................. 11 3.3 Oxidačně-redukční potenciál .......................................................................................... 11 3.4 Elektrolytická konduktivita............................................................................................. 12 4. PARAMETRY ZNEČIŠTĚNÍ VODNÍCH TOKŮ .............................................................. 13 4.1 Chemická spotřeba kyslíku ............................................................................................. 14 4.2 Biochemická spotřeba kyslíku ........................................................................................ 14 4.3 Organické sloučeniny ..................................................................................................... 15 4.4 Toxické kovy .................................................................................................................. 15 4.5 Kyslík .............................................................................................................................. 16 5. PRINCIP SAMOČIŠTĚNÍ VODNÍCH TOKŮ ................................................................... 18 5.1 Vliv živých organismů .................................................................................................... 18 5.2 Prokysličení .................................................................................................................... 19 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY ...................................................................................... 20
1. ÚVOD Rešerše s názvem Samočistící schopnost řek a technologie čištění odpadních vod v malých obcích byla vypracována k bakalářské práci, která nese název Samočistící schopnost vod jeskynního prostředí Býčí skála. Oblast zájmu leží severně od Brna v Moravském krasu. Moravský kras je největší krasovou oblastí České republiky a v její střední části se rozprostírá Rudická plošina. Tato plošina je spjata s nejmohutnějším slepým údolím České republiky zvaným Rudické propadání. Problematika Rudického propadání je tématem této práce, jelikož v tomto místě se Jedovnický potok ztrácí a na povrchu se objevuje až v Křtinském údolí nedaleko jeskyně Býčí skály. Býčí skála je fyzicky propojena s jeskyní Rudické propadání, odkud voda protéká podzemím 6 km k místu vývěru. Celý Jedovnický potok měří 18 km od pramene
po
vývěr
a
u
obce
Rudice
se
obohacuje
o
vodu
z místní
ČOV.
Cílem práce je zdokumentování současné úrovně kontaminace vod vstupujících do jeskynního systému Býčí skály. K tomu je třeba odebírání vzorků vod v každém ročním období před a za jeskyní Býčí skála a následné laboratorní měření CHSK a BSK. Součástí odběru vzorků je naměření hodnot pH, Eh, elektrolytické konduktivity a koncentrace rozpuštěného kyslíku pomocí multimetru s příslušnými sondami. Po zpracování dat a jejich grafickém vyhodnocení bude patrné, jaký vliv má Býčí skála na pročištění vody, která skrze ni protéká.
3
2. CHARAKTERISTIKA MÍSTA STUDIA 2.1 CHKO Moravský kras Největší krasové území České republiky, Moravský kras, leží severně od města Brna v západní části Drahanské vrchoviny. Rozprostírá se mezi městem Brnem a obcemi Holštejn a Sloup. Z hlediska krasových chráněných krajinných oblastí v České republice je největší svojí rozlohou i významem. Geomorfologicky vyčleňujeme severní Suchdolskou, střední Rudickou a jižní Ochozskou plošinu. Celá oblast Moravského krasu je oproti přiléhajícímu okolí situována v nižších nadmořských výškách. Jedná se o sníženinu, která je v každé své části odvodňována jinou řekou. Severní částí protéká řeka Punkva vlévající se do Svitavy, střední částí protéká Křtinský a Jedovnický potok, jenž se vlévá do Svitavy a jižní část je odvodňována do Svratky potokem Říčkou (Otava, Balák, 2002).
Obr. 1 Geologická stavba Moravského krasu a rozdělení na 3 plošiny (Otava, Balák, 2002)
4
Podle Musila et al. (1993) jsou v oblasti zastoupeny devonské a spodnokarbonské vápence. Otava (2006) uvedl, že povrch Moravského krasu byl ve své historii celkem čtyřikrát zaplaven mořem. První mořská transgrese na tomto území je spjata se středním devonem zhruba před 380 miliony let. Tehdejší mělké a teplé moře dalo vzniknout macošskému souvrství s polohami tisíc metrů mocných vápenců. Celý vápencový sled začíná tmavšími lažáneckými vápenci a končí světlejšími vilémovickými. Podruhé bylo území zaplaveno mořem před 160 miliony let. Z tohoto období se zachovaly jen zlomky jurských sedimentů, a to v Olomučanech, Stránské skále, Hádech a Nové hoře. Celý Moravský kras byl zaplaven před sto miliony let v křídě a jednalo se o třetí transgresi. Záplava s sebou přinesla pestrobarevné kaolinické písky a jíly, které zde vyplnily krasové deprese. Ve svrchní křídě došlo k přerušení krasových procesů. Pozdější období, před 65 miliony let, dalo vzniknout krasovým jeskyním a propastím. Čtvrtá mořská transgrese zde nastala před 17 miliony let a přinesla s sebou polohy několik set metrů mocných téglů.
2.2 Rudická plošina Krasová plošina s krasovými jevy, zvaná Rudická, je součástí střední části CHKO Moravský kras, kde se rozprostírá u obce Rudice. Oblast je zalesněná. Rostou zde listnaté i jehličnaté stromy, např. buky, borovice, modříny a méně i smrky (Demek et al., 2006). Rudickou plošinu Musil et al. (1993) rozčlenil na 3 oblasti: vlastní Rudická plošina, Olomučanská plošina a Habrůvecká plošina. Plošina se od obce Rudice svažuje směrem ke Křtinskému údolí. Podloží tvořené vápenci vystupuje na povrch jen minimálně a většina této plošiny je překryta zvětralými rudickými vrstvami. Známá je svými krasovými údolími s ponory a podzemními vodopády a jeskynními systémy s vysokými komíny a dómy. Její součástí je Rudické propadání a Býčí skála. Plošina je odvodňována Jedovnickým potokem, který je přítokem potoka Křtinského. Jedovnický potok pramení nedaleko obce Jedovnice a v místě Rudického propadání se ztrácí do podzemí. Jeho podzemní část představuje přes 15 km chodeb a tvoří podzemní systém Rudické propadání - Býčí skála. Tento podzemní systém protíná Rudickou plošinu v SSV-JJZ směru a tvoří ho několik sifonů a polosifonů. Srbský sifon je místem, kde dochází k propojení podzemní části Jedovnického potoka s Býčí skálou (Balák et al., 1997).
5
2.2.1 Rudické propadání
Jedním z nejmohutnějších slepých údolí v ČR je místo, kde se Jedovnický potok noří do podzemí. Toto místo leží pod obcí Rudice na spodnokarbonských sedimentech. V závěru slepého údolí, v místě nad ponorem, ční vysoká skalní stěna z devonských vilémovických vápenců. Rudické propadání se skládá z vertikální Horní a Dolní chodby a horizontální části, která je tvořena vodní jeskyní Jedovnického potoka. Hloubka Horní chodby je 111 m a Dolní chodby, skrz niž aktivně proudí Jedovnický potok, je 85 m. Horizontální část vede od obce Rudice směrem na jih k Srbskému sifonu (Vávra, Štelcl, 2014). Horninovou výplň zde reprezentují sedimenty. V jeskyních Rudického propadání vystupují sedimenty různých frakcí, a to štěrky, písky a jíly. Voda se v období minimálních průtoků ztrácí v kvartérních sedimentech a do místa ponoru se ani nedostane. Naopak při maximálních průtocích se ještě před Dolním vchodem vytvoří obrovské jezero a v Dolní chodbě vodopády (Vávra, Štelcl, 2014). 2.2.2 Býčí skála
Jeskyně leží severovýchodně od města Brna a jihovýchodně od města Blanska v oblasti mezi obcemi Rudice, Adamov a Křtiny v Moravském krasu. Tato národní přírodní památka je součástí Křtinského údolí. Skrze jeskyni Býčí skálu protéká Jedovnický potok, který je včetně podzemní části 18 km dlouhý. Pramení v nadmořské výšce 600 m nedaleko obce Krásensko. Nadzemní část tohoto potoka je dlouhá 12 km. Protéká obcemi Podomí a Jedovnice a je zdrojem vody pro rybníky Budkovický a Olšovec. Po dvanácti km od pramene se noří do podzemí v místě Rudického propadání, odkud pokračuje dalších 6 km jihozápadním směrem k jeskyni Býčí skála. Poblíž jeskyně opět vyvěrá na povrch a ústí do Křtinského potoka.
6
Obr. 2 Jeskynní systém Rudické propadání – Býčí skála (Musil et al., 1993)
7
Zájmová oblast je podle Müllera et al. (2000) devonského stáří. Je tvořena vápenci macošského souvrství. Lažánecké vápence na bázi Býčí skály jsou tmavě šedé, hrubě lavicovité až masivní s výskytem brachiopodů. Tyto vápence postupně přechází ve světlejší vilémovické vápence.
Obr. 3 Geologická mapa části Moravského krasu (Hanžl, P. et al., 2000)
8
3. CHEMICKÉ SLOŽENÍ ŘÍČNÍ VODY Podle Pittera (2009) se veškeré vody člení do tří skupin na vodu přírodní, vodu pitnou, užitkovou a provozní a vodu odpadní. Přírodní vody se dělí na vody podzemní, povrchové, atmosférické, mořské a minerální. Podzemní vody jsou zdrojem povrchových vod, a to v momentě, kdy vyvěrají na povrch země formou pramene, přičemž se obohatí o atmosférickou vodu. Zdrojem vody na povrchu je tedy podzemní voda a voda atmosférických srážek. Povrchové vody, kam spadají mimo jiné i vody říční, představují vodu tekoucí na zemském povrchu. Tyto vody dále můžeme rozdělit na vody kontinentální, mořské a brakické. Kontinentální vody najdeme v rybnících, jezerech, nádržích apod., což jsou vody stojaté. Vodní toky naopak představují vody tekoucí. Mořské vody, jak samotný název napovídá, jsou vody slané. Jedná se tudíž o oceány a moře. V místě, kde řeky vstupují do moří, vzniká voda brakická. Chemické složení říční vody je následující: Na, K, Mg, Ca, Fe, Cl, NO3, HCO3, SO4, SiO2. Hlavní rozdíly mezi podzemní a povrchovou vodou definovala Slavíčková (2006). Chemická rozmanitost kontinentálních povrchových vod bývá obvykle nižší, než je tomu u podzemních vod. V říčních vodách proto nalezneme například malou koncentraci CO2. Ta je nižší než koncentrace CO2 podzemních vod. Povrchové vody, jakožto i říční toky, obsahují rozpuštěný O2 a pravidelně bývají vysoce znečištěny organickými látkami. Povrchové vody v porovnání s podzemními mají značně nestálou teplotu, nižší mineralizaci, minimální koncentraci prvků Fe a Mn, nízký obsah NO3- a Si, obsahují živé mikroorganismy v podobě bakterií a virů a mohou dosahovat vyšších hodnot pH.
3.1 Složení tekoucích povrchových vod Na kvalitě vody a jejím složení se podílí řada faktorů. Obecně lze tyto faktory rozlišit na přírodní faktory a antropogenní. Z hlediska přírodních faktorů to mohou být: typ krajiny, geologie podloží, organismy (jejich život i produkty jejich života), roční období a úhrn srážek. Složení vody v řekách se liší v závislosti na šířce toku a jeho délce. Složení těchto tekoucích vod se mění i v čase. Změny klimatu v daných oblastech a změny hydrologické se podepíší pouze na krátkodobé změně ve složení vod. Zato činnost člověka, zejména zemědělská, vede ke změnám dlouhodobým. Nejenom vody vzniklé v průmyslu a odpadní (splaškové) vody, ale také nečistoty obsažené v ovzduší se podílí v důsledku činnosti člověka na složení přírodních vod. Jedná se jak o zdroj látek anorganických, tak i organických, kterých je v přírodních vodách nižší koncentrace. Výjimku ovšem tvoří rašeliniště, která jsou bohatá na organické látky. 9
Říční voda je složená převážně z organických látek a anorganických látek. Mimo tyto látky obsahuje i rozpuštěné plyny, které přijímá z atmosféry. Pokud jde o látky, které tvoří hlavní podíl ve složení, do vody se dostávají procesem infiltrace z okolní půdy a hornin. Z hlediska chemického se látky ve vodě dělí na látky organické a anorganické plus látky stopové, které i přes své malé množství, mohou mít vliv na kvalitu vody, na její vlastnosti, a to chemické i biologické (Pitter, 2009). 3.1.1 Organické látky ve vodách
Koncentrace organických látek se pohybuje v rozmezí od stopového množství po majoritní složku vody. Pitter (2009) uvedl 2 zdroje původu organických látek ve vodách. Jedná se buď o přírodní, nebo antropogenní původ. K látkám přírodního původu patří řasy, sinice a bakterie přítomné ve vodách, dále látky vyluhované z půdy a látky vzniklé odumíráním a následným rozkladem organismů. Látky antropogenního původu vznikají činností člověka a hlavním zdrojem jsou odpadní vody vypouštěné ze zemědělských a průmyslových objektů případně průsaky ze skládek do podloží. Při zemědělské činnosti se do vodního toku dostávají hnojiva, která se vsáknou do půdy a prostřednictvím podzemního odtoku se mohou dostat i do povrchových toků. Pomocí dešťové vody se hnojiva mohou rozpustit a být tak spláchnuty do vodních toků. Voda v říčních tocích je v neustálém kontaktu se svým podložím. Dochází tak k interakci s horninami tvořícími geologické podloží. 3.1.2 Anorganické látky ve vodách
Anorganické látky jsou ty, které nejsou obsaženy v živých organismech a neobsahují uhlík. V přírodních vodách jsou anorganické látky v podobě kationtů, aniontů a neutrálních látek. K neutrálním látkám patří křemík a bor. Mezi kationty vyskytující se ve vodách řadíme vápník, hořčík, sodík, draslík, mangan a železo. Anionty ve vodě jsou reprezentovány směsí fluoridů, síranů, chloridů, dusičnanů a dusitanů, fosforečnanů a hydrogenuhličitanů (Pitter, 2009).
10
3.2 Potenciál vodíku Pomocí potenciálu vodíku (pH) vyjadřujeme, zda je roztok kyselý, zásaditý nebo neutrální. Hodnoty pH určíme na stupnici od 0 do 14. Hodnoty v rozsahu 0-7 jsou kyselé. Čím nižší hodnotu získáme, tím vyšší koncentrace kyseliny je v roztoku. Číslo 7 značí neutrální roztok a pH vyšší než 7 vyjadřuje zásadu. Při úpravě a při čištění vod aplikujeme chemické, fyzikálně chemické a biologické procesy. Mohou to být například: oxidace, redukce, hydrolýza, anaerobní a aerobní biologický rozklad aj. To zda budou tyto procesy účinné je dáno hodnotou pH. Povrchové toky, které nejsou znečištěny žádnými chemickými látkami, mají hodnoty pH 6 až 8,5. Tato hodnota může být pozměněna přítomností huminových látek1. Ty vznikají hromaděním organické hmoty v rašeliništích. Dochází proto ve výjimečných případech ke snížení pH pod 4. Hodnoty pH bývají ovlivněny i dalšími činiteli, jako například uhličitany. Kapaliny s naměřenou hodnotou 8,3 a vyšší, obsahují uhličitany a hydrogenuhličitany. Při hodnotách pH 10 a více již hrají roli i ionty OH- (Pitter, 2009).
3.3 Oxidačně-redukční potenciál Oxidačně-redukční potenciál (Eh) definoval Pitter (2009) jako funkci, která určuje převahu redukčního nebo oxidačního prostředí. Hodnotu Eh vyjadřujeme v milivoltech (mV) a můžeme naměřit kladnou i zápornou hodnotu. Kladné hodnoty charakterizují oxidační prostředí, záporné hodnoty redukční prostředí. Oxidační prostředí je takové, které je ve styku s atmosférou. Takové prostředí je typické pro říční vody. Čím více O2 se v prostředí vyskytuje, tím vyšší má hodnotu Eh. Naopak pokud je prostředí izolované od atmosféry (jako např. podzemní voda), jedná se o redukční prostředí. K redukci dojde při snižování oxidačního čísla. Příklad redukce Fe3+ → Fe2+. - přírodní vody: v rozmezí od -400 do +700 mV - pitné vody: v rozmezí od +200 do +300 mV
1
Huminové látky – organické látky vznikající při rozkladu rostlinných zbytků a při jejich hromadění v rašeliništích.
11
3.4 Elektrolytická konduktivita Elektrolytická konduktivita, často označována termínem konduktivita, je mírou koncentrace elektrolytů ve vodě. Elektrolyt chápeme jako roztok soli, který vede elektrický proud prostřednictvím iontů rozpuštěných ve vodě. Elektrolytická konduktivita je tedy závislá na podílu iontových látek rozpuštěných ve vodě, jejich náboji, pohyblivosti a teplotě vody (Pitter, 2009). V terénu ji měříme pomocí multimetru a používáme černou sondu, kterou je možné použít i pro určení teploty T. Jednotkou konduktivity je µS/l. Při přesažení hranice 2000 µS/l je třeba dbát na to, že se multimetr přepíná z µS/l na mS/l.
Obr. 4 Multimetr pro stanovení pH, Eh a konduktivity.
12
4. PARAMETRY ZNEČIŠTĚNÍ VODNÍCH TOKŮ Znečištění vody ve vodních tocích a kvalita vody se v průběhu času mění. Tyto změny se odvíjí od vývoje hospodářství. Nedílnou součástí těchto změn je i postoj obyvatelstva a jeho ohled vůči životnímu prostředí. Řeky jsou povětšinou zdrojem vody pro průmysl a staly se i hlavní možností, kam vypouštět odpadní látky. Ty se proto prostřednictvím řek a potoků dostanou do vodních nádrží, rybníků i jezer. Postupem času je ale více a více obcí a měst, které mají svoji vlastní čistírnu odpadních vod. Díky tomu snižují koncentraci znečištění vod ve vodních tocích na relativně únosnou mez. Lidská činnost a celkově lidská existence je neustálým zdrojem odpadů a znečištění. Neustále proto člověk řeší otázku ochrany vod před znečištěním, snaží se eliminovat míru znečištění a nalézt lepší způsob využívání krajiny. Důležité je zodpovědně přistupovat k okolnímu životnímu prostředí a najít tak způsob, jak efektivně pročistit vody, které se vrací do vodních toků.
Tabulka 1. Charakter znečišťujících látek v odpadních vodách (Dohányos et al., 1998) Znečišťující látky
Příklady
1. ROZPUŠTĚNÉ -
organické
-
biologicky rozložitelné
-
cukry, mastné kyseliny
-
biologicky nerozložitelné
-
azobarviva
-
anorganické
-
těžké kovy, sulfidy
2. NEROZPUŠTĚNÉ -
organické
-
biologicky rozložitelné
-
škrob, bakterie
-
biologicky nerozložitelné
-
papír, plasty
-
usaditelné
-
celulosová vlákna
-
neusaditelné
-
bakterie, papír
-
koloidní
-
bakterie
-
plovoucí
-
papír
-
anorganické
-
usaditelné
-
písek, hlína
-
neusaditelné
-
brusný prach
13
4.1 Chemická spotřeba kyslíku Chemická spotřeba kyslíku je metoda založená na chemické oxidaci. CHSK indikuje míru obsahu organických látek ve vodním prostředí a slouží ke stanovení organického znečištění vody (Dohányos et al., 1998). Vztahuje se na organické látky, které podléhají biologickému rozkladu i na organické látky, které nejsou biologicky rozložitelné. V tom se liší CHSK od BSK. Vypovídá zároveň o kvalitě vody a kvantitě jejího znečištění organickými látkami. Tyto organické látky mohou být původu rostlinného i živočišného. Může se jednat o uhynulé živočichy, splaškovou vodu nebo odpadní vody vzniklé v důsledku zemědělské činnosti. Naměřené hodnoty CHSK se udávají v mg/l (mg kyslíku na 1 litr vody). Je využívanou metodou pro určení schopnosti organismů pročišťovat odpadní vody (Pitter, 2009). CHSK udává množství kyslíku, které se spotřebuje při oxidaci. Je nedílnou složkou rozboru každého typu vod. Metod pro stanovení hodnoty CHSK je více a mezi klasické metody patří metoda manganistanem draselných (CHSKMn) a dichromanem draselným (CHSKCr). Manganistan draselný a dichroman draselný jsou oxidační činidla, díky nimž dochází k oxidaci organických látek. Je to ukazatel, který je nutno sledovat při vypouštění odpadních vod do povrchových (Horáková et al., 1989). Pro stanovení v odpadních vodách se využívá chemická spotřebu kyslíku - dichromanová.
4.2 Biochemická spotřeba kyslíku BSK je jedním ze základních ukazatelů jakosti povrchových vod. Biochemickou spotřebou
kyslíku
lze
stanovit
množství
kyslíku,
které
mikroorganismy využily
a spotřebovaly při rozkladu organických látek v kyslíkatém prostředí (Dohányos et al., 1998). Rostliny a živočichové žijící ve vodě využívají rozpuštěný kyslík k dýchání a tvorbě energie. Kyslík se dostane do vodního prostřednictví z atmosféry a je tudíž neustále doplňován. Vzniká i při fotosyntéze a při provzdušňování vody. Při rozkladu velkého množství organických látek bakteriemi ve vodě, rychle klesne obsah tohoto rozpuštěného kyslíku ve vodním prostředí a nemusí tak být včas doplněn. Tuto spotřebu je možné určit pomocí biochemické spotřeby kyslíku. Metodou BSK můžeme, na rozdíl od CHSK, určit obohacení vody o látky, které podléhají rozkladu pouze biologickou cestou. Používáme ji, pokud chceme zjistit, do jaké míry jsou organické látky přítomné ve vodě rozložitelné pomocí organismů. Využíváme ji k chemickému rozboru povrchových vod a lze pomocí ní také posoudit, jak jsou organismy schopné čistit odpadní vody (Pitter, 2009).
14
Hodnota BSK patří mezi nejdůležitější hodnoty, které se stanovují při rozboru povrchových a odpadních vod (splaškových i průmyslových). Stejně tak je tomu i v případě kontroly jakosti odpadních vod nebo v případě, že je odpadní voda vypouštěna do povrchových (Horáková et al., 1989). Hodnotu BSK měříme v mg/l. Je možné stanovit i specifickou biochemickou spotřebu kyslíku, která se uvádí v gramech kyslíku na 1 gram sloučeniny.
4.3 Organické sloučeniny Pojem organická sloučenina definuje sloučeninu uhlíku s jinými prvky. Mohou to být zejména vodík, dusík, kyslík, fosfor, síra, halogeny a jiné. Základem organických látek je uhlík, který díky svým vlastnostem tvoří velké množství sloučenin. Pitter (2009) definoval tyto sloučeniny jako přírodního charakteru nebo antropogenního charakteru. Mezi přírodní organické látky patří sacharidy, bílkoviny, lipidy, huminové kyseliny aj. Antropogenní organické látky jsou součástí odpadních vod. Jsou to splachy z domácností, továren, zemědělské činnosti nebo skládkování. Přítomnost organických látek ve vodě může vést ke změně barvy, chuti, pachu nebo pěnivosti vody. Mimo to může mít i karcinogenní účinky, mutagenní nebo i alergenní. Pokud jde o znečišťující látky, rozlišujeme je na látky biologicky rozložitelné a biologicky nerozložitelné. Biologicky nerozložitelné látky velmi těžce podléhají rozkladu, přetrvávají ve vodě a hromadí se i v půdě. Jsou to např. polyhalogenované organické látky, ligninsulfonany, polyaromatické uhlovodíky, pesticidy, tenzidy, komplexotvorné látky aj. Organické sloučeniny jsou schopny odebírat z vody kyslík, který je důležitý pro jejich životní cyklus – dýchání. Ve vodě se tím pádem snižuje obsah kyslíku a může dojít k jeho vyčerpání, což negativně ovlivňuje život ve vodě. Pro stanovení organických látek ve vodě se využívá metoda CHSK a BSK.
4.4 Toxické kovy Kovy spolu s polokovy a nekovy představují tři skupiny prvků periodické soustavy prvků. Jsou přirozenou součástí vody v rozpuštěné i nerozpuštěné podobě minimálně ve stopovém množství. Toto množství závisí na geologických podmínkách dané oblasti. Horninové podloží interaguje s vodou a přenáší tak kovy do vody. V blízkosti nalezišť rudy některých prvků, jako jsou například Ca, Mg, Na, K, kde je koncentrace těchto prvků vysoká, se vmísí toxické kovy přímo do vody. Těžba rud, povrchová úprava kovů nebo odpadní vody z textilního a kožedělného průmyslu obohacují přírodní vody o kovy. Mg, Pb, Zn, As, Cd, Se 15
aj. v podobě výfukových plynů znečistí atmosféru, odkud se prostřednictvím atmosférických srážek stanou součástí povrchových vod. Toxické kovy jsou nebezpečné z hlediska kontaminace okolního prostředí. Dostanou se do ovzduší, půdy, podzemní i povrchové vody a do potravin. Obsahy kovů ve vodách bývají malé, jelikož podléhají hydrolýze a vznikají tak málo rozpustné hydratované oxidy. Vyjma Ca, Mg, Na a K se kovy vyskytují ve vodě v nízké koncentraci jako mikrokomponenty. Vyšší obsah kovů je možný pouze v kyselých vodách nebo vodách s obsahem huminových látek. Mezi toxické kovy obsažené ve vodách řadíme Hg, Cd, Pb, As, Se, Cr, Ni, Be, Ag a Sb, nicméně i jejich nízká koncentrace je vysoce škodlivá. Z nich nejvíce toxické jsou Hg, Cd, Pb a As. Svojí přítomností zabraňují organismu růst, vyvolávají chronická onemocnění, mají negativní vliv na samočistící schopnosti vod a nepodporují ani biologické procesy čistíren odpadních vod. Do jaké míry jsou jednotlivé kovy škodlivé, ovlivňuje několik faktorů. K těmto faktorům patří teplota, hodnota pH a složení vody. Toxicita v organicky znečištěném prostředí je nízká (Pitter, 2009).
4.5 Kyslík Koncentrace rozpuštěného kyslíku ve vodě je indikátorem jakosti vody. Pomáhá stanovit znečištění povrchových vod a tím i jejich kvalitu a čistotu. Je významným parametrem pro chov ryb. Při nižších hodnotách koncentrace kyslíku ve vodě ryby nejsou schopny života a tak jako další vodní organismy hynou (www.studiumbiologie.cz). Koncentraci O2 ve vodě udáváme v mg/l. K získání této hodnoty používáme multimetr s příslušnou sondou. Jakou hodnotu koncentrace rozpuštěného kyslíku voda má, ovlivňuje roční období, tedy teplota vody, dále tlak, hloubka vodního toku, množství rozpuštěných látek a salinita. Do vody přechází skrze vodní hladinu z atmosféry a prostřednictvím vodních organismů vzniká díky fotosyntéze. Obsah O2 se mění spolu s teplotou a tlakem. Při nárůstu teploty vody se koncentrace O2 snižuje a jeho procentuální zastoupení je nižší. Naopak existuje přímá úměrnost mezi rozpuštěným kyslíkem ve vodě a atmosférickým tlakem. Procento nasycení kyslíkem je u podzemní a povrchové vody různé. Ve vodě podzemní nedosahuje rozpuštěný kyslík takových hodnot, jako je tomu u vod povrchových. Ty jsou v přímém kontaktu s atmosférou a průměrně obsahují 6-14 mg O2 na 1 litr vody. V rámci povrchových vod jsou odchylky v nasycení kyslíkem u tekoucích a stojatých vod. 16
Hodnoty obsahu kyslíku u vodních toků během dne a noci se liší jen málo. U stojatých vod je tomu opačně a rozdíly mezi dnem a nocí jsou značné (www.kzr.agrobiologie.cz).
17
5. PRINCIP SAMOČIŠTĚNÍ VODNÍCH TOKŮ Vodní toky označil Šterba et al. (2011) za geologicky živé toky, které jsou schopny eroze a akumulace. Vodní toky meandrují a voda v nich svým pohybem unáší proměnlivé množství materiálu. Působnost síly se různí v závislosti na podmínkách. Zmrzlá voda v puklinách má ničivou sílu a trhá okolní horniny. Dešťová voda omílá skály a vrcholky hor a stává se součástí rybníků, jezer nebo i vodních toků. Voda interaguje s živými organismy, je podstatnou součástí života rostlin a živočichů a utváří krajinu. V krajině existuje několik zdrojů, které vodu kontaminují. Jimi jsou například dusičnany a dusitany nebo i fekální bakterie. Tyto druhy znečištění pochází ze zemědělské činnosti. Při použití hnojiv se velká část dostane do půdy a vody. Stejně tak je tomu i v případě, kdy dochází k průsakům močůvky z hnoje. Pokud jde o podzemní vodu, bývá znečištěna nežádoucími látkami méně, jelikož při průsaku se stačí odstranit znečišťující látky a voda ve studních se tak stává kvalitnější. Jakost vody neboli její kvalitu lze posuzovat z hlediska biologického nebo fyzikálněchemického. Biologické hodnocení je založeno na přítomnosti živých organismů. Fyzikálněchemické hodnocení stojí na pozorování pH, Eh, konduktivity, obsahu O2, barvě a pachu, obsahu organických a anorganických látek a těžkých kovů. Výsledkem je dělení vody do pěti tříd kvality: neznečištěná voda, mírně znečištěná voda, znečištěná voda, silně znečištěná voda a velmi silně znečištěná voda (Šterba et al., 2011). Přírodní způsob čištění odpadních vod je založen na rozkladu organické hmoty mikroorganismy (Adámek et al., 2010). Organické sloučeniny rozkládá voda v interakci s vodními organismy na jednodušší a minerální látky. Tento proces samočištění je závislý na přísunu světla, prokysličování, teplotě vzduchu a vody, pohybu vody, přítomnosti vegetace, organismů a těles ve vodě. Zlepšení schopnosti samočištění vody se zvyšuje se snížením obsahu organických látek (Šlezingr, 2005). 5.1 Vliv živých organismů Přítomnost vegetace ve vodním prostředí napomáhá samočištění převážně tím, že umožňuje vytvoření optimálních podmínek pro život mikroorganismů. Živé organismy v podobě vodních rostlin nebo rostlin při pobřeží napomáhají samočištění díky svým kořenům a listům. Na povrchu těchto kořenových systémů, stébel, listů nebo řas je proces samočištění nejintenzivnější. Čím větší plocha vegetace je pod vodou, tím vyšší je samočistící schopnost. Pokud vegetace na březích toků neumožňuje dostatečný přísun světla, intenzita světla procházející vodou a přísun kyslíku se snižuje, čímž tato schopnost klesá. Ohledně vodního 18
toku lze říci, že s narůstající rychlostí vody protékající tokem se prodlužuje úsek, v jehož rámci dochází k odbourání znečištění organickými látkami (Šlezingr, 2005). Při procesu samočištění vodních toků se uplatňují 4 následující procesy v tomto pořadí: fyzikální, chemické, biochemické a biologické. Tyto procesy vedou k opětovnému zkvalitnění vod. V závislosti na rychlosti proudění vody v toku, jejím množstvím a chemických vlastnostech vody jsou uplatněny fyzikální a chemické procesy. Nečistoty přítomné ve vodě jsou tak rozloženy, rozptýleny nebo rozředěny. Biochemickými procesy jsou nečistoty organického původu rozloženy na jednodušší minerální látky. Aerobní bakterie jsou schopny rozkladu organické hmoty v prostředí s dostatkem O2. Tato hmota následně mineralizuje a k hnití nedochází (Šlezingr, 2005). 5.2 Prokysličení Pozitivní vliv na samočistící schopnost vod má zvýšení obsahu O2 ve vodě. Proto, aby samočištění vody v toku probíhalo úspěšně je nutné mimo jiné její provzdušnění. Šlezingr (2005) uvedl, že aerobní rozklad, tedy rozklad organické hmoty za přítomnosti kyslíku, je efektivnější než rozklad anaerobní. V případě dostatečného množství O2 se při 20°C aerobně rozloží během jednoho dne 20% organického znečištění a každý následující den dalších 20% ze zbylých nečistot. Při těchto podmínkách může být znečištění odstraněno zhruba za 20 dní. Anaerobní rozklad probíhá u dna při nedostatku kyslíku. Během prvního dne se takto odbourá 8% organických nečistot a doba eliminace nečistot se tím prodlouží. Provzdušnění vody lze docílit tím, že tekoucí voda pojímá vzduchový proud. Zelinka & Formánek (2005) uvedli, že při dostatečném obsahu kyslíku lze provzdušňováním pomoci odstranit radon, těkavé látky, železo, mangan a dusitany. Uvedli také, že efektivním způsobem jak desinfikovat vodu je použití UV záření, které ovšem není efektivní při eliminaci železa ani manganu.
19
SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY Adámek, Z. et al. (2010): Aplikovaná hydrobiologie. – Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích. 350 s. Vodňany. Balák, I. (1997): Rudická plošina v Moravském krasu. – Městská knihovna. Blansko. Demek, J., Mackovčin, P., Balatka (2006): Zeměpisný lexikon ČR, Hory a nížiny. – AOPK ČR. 385 s. Brno. Dohányos, M., Koller, J., Strnadová, N. (1998): Čištění odpadních vod. – Vydavatelství VŠCHT. 177 s. Praha. Hanžl, P. et al. (2000): Geologická mapa Brna a okolí 1:50 000. – Český geologický ústav. Praha. Hojerová, E. (2011): Koncentrace kyslíku ve vodě. – Dostupné na: http://kzr.agrobiologie.cz/natural/data/datahydrobiologie/Hydro_pr_03.pdf, 3.12.2015. Horáková, M., Lischke, P., Grünwald, A. (1989): Chemické a fyzikální metody analýzy vod. – SNTL – Nakladatelství technické literatury. 389 s. Praha. Müller, P., Novák, Z. et al. (2000): Geologie Brna a okolí. – Český geologický ústav. 92 s. Praha. Musil, R. et al. (1993): Moravský kras, Labyrinty poznání. – J. Bližňák. 336 s. Adamov. Otava, J. (2006): Geologie Moravského krasu ve vztahu k živé přírodě. – Ochrana přírody: věštník státní péče o ochranu přírody, 61, 8, 230-232. Praha. Otava, J. & Balák, I. (2002): Moravský kras, Geologie chráněných krajinných oblastí České republiky. – ČGS. Praha. Petrtýl, M. (2015): Úvod do hydrobiologie. – Dostupné na: http://www.studiumbiologie.cz/materialy/Praktikum_koncentrace_kysliku_student.pdf, 3.12.2015. Pitter, P. (2009): Hydrochemie. – Vydavatelství VŠCHT. 592 s. Praha. Slavíčková, K. & Slavíček, M. (2006): Vodní hospodářství obcí 1, Úprava a čištění vody. – Nakladatelství ČVUT. 194 s. Praha. Šlezingr, M. (2005): Stabilizace říčních ekosystémů. – Akademické nakladatelství CERM, s.r.o. 353 s. Brno. Šterba, O. et al. (2011): Voda živá. – Arnika. 67 s. Praha. Vávra, V. & Štelcl, J. (2014): Významné geologické lokality Moravy a Slezska. – Masarykova univerzita. 287 s. Brno. Zelinka, Z. & Formánek, Z. (2005): Úpravny vody. – Vydavatelství ERA. 66 s. Brno. 20
