Vliv lidské činnosti na vodní prostředí II.
Znečišťování vod Jako znečištění lze chápat každou změnu přirozených fyzikálních a chemických vlastností vody, která snižuje její kvalitu se zřetelem k použitelnosti. Globální znečištění
• acidifikace vodních ekosystémů • eutrofizace vodních ekosystémů • globální oteplování
• UV záření • globální znečišťující látky a radionuklidy
Lokální – bodové a liniové znečištění • tepelné znečištění
Vliv různých typů polutantů na diverzitu a abundanci vodní bioty Polutanty • radionuklidy
• pesticidy • organické toxické odpady (např. formaldehyd, fenoly)
• živiny (zejména fosfáty a dusičnany) • oleje a olejové disperzanty
• patogeny • PCB, PAU
• těžké kovy (např. Cd, Zn, Pb, Hg) • oteplené vody
• plyny (např. chlor, amoniak) • potravinářské odpadní vody
• splašky a zemědělská hnojiva • detergenty
• anionty (např. sulfidy, sulfáty, kyanidy) • kyseliny a zásady
Suspendované látky
- stavebnictví, sklárny, metalurgický průmysl 1. Zvýšení turbidity, snížení fotosyntézy, ovlivnění reaerace toku 2. Vypadávání z roztoku, změna charakteru dna
3. Poškození žaber ryb, zanášení povrchu těla a dýchacích orgánů bezobratlých Vliv Vlivy suspendovaných látek na rybářství Suspendované látky (mg.l-1) > 400 - velmi chudé nebo neexistující rybářství 80 – 400 - nepravděpodobné dobré rybářství
25 – 80 - možná redukce výtěžku < 25 - žádný škodlivý vliv
Organické znečištění • •
nejstarší a dosud nejrozšířenější typ znečištění lehce odbouratelné látky (nikoliv perzistentní organické polutanty) zdroje - komunální splaškové vody, zemědělství, potravinářský průmysl (např. cukrovary) papírenský a textilní průmysl
Rozklad organických látek – spotřeba kyslíku, až anaerobní stavy – saprobní (hnilobné procesy) • saprobita – –
katarobita (podzemní vody, prameny) limnosaprobita (v povrchových vodách) • • • • •
–
xenosaprobita - velmi čistá voda oligosaprobita betamezosaprobita alfamezosaprobita polysaprobita voda - velmi silně znečištěná
eusaprobita (odpadní vody)
• •
indikace: BSK5 – biologická spotřeba kyslíku bioindikace – saprobiologické hodnocení, saprobní indexy
•
procesy samoznečištění a samočištění ve vodách
Eutrofizace - zvyšování úživnosti ekosystémů, nadměrné obohacování o živiny N a P
Indukovaná antropogenní eutrofizace Eutrofizace
je definována jako proces zvyšování produkce organické hmoty ve vodě, ke které dochází především na základě zvýšeného přísunu živin (OECD 1982) S postupným nárůstem frekvence lokalit se zjevnou nadprodukcí (tzv. hypertrofie) přechází definice v devadesátých letech do podoby „eutrofizace“ - narušení přirozených ekologických procesů následkem přebytku živin v prostředí
Trofie Trofie čili úživnost – obsah živin ve vodě Rozdělení vody podle obsahu živin
oligotrofní - s malým obsahem živných látek mezotrofní - se středním obsahem živných látek eutrofní - s vysokým obsahem živných látek
Stupeň trofie
trofický potenciál Mp [mgl-1]
1 ultraoligotrofní (velmi slabě úživné až neúživné vody)
<5
2 oligotrofní (slabě úživné)
5-50
3 mesotrofní (středně úživné)
50-200
4 eutrofní (silně úživné)
200-500
5 polytrofní (velmi silně úživné)
500-1000
6 hypertrofní (vysoce úživné)
> 1000
Oligotrofní nádrže dobrá průhlednost,někdy s viditelností i více než 3 m málo živin malá produkce organické hmoty v epilimniu
dostatek kyslíku abundance organizmů nízké, ale druhově bohaté
mnoho stenooxybiontních živočichů v pelagiálu i bentálu roční přírůstek sedimentů je malý
Eutrofní nádrže bohaté na živiny, silnou organickou produkci velká produkce organické hmoty v trofogenní vrstvě vody vysoké abundance organismů, nízká diverzita bohatý déšť mrtvého planktonu, zvýšený přísun org. hmoty z vegetace litorálu - tvorba hnijícího bahna gyttja klesá množství kyslíku v profundálu - v zimě a v létě u dna kyslíkový deficitv bentálu žijí pouze euryoxybiontní živočichové (Chironomus, Tubifex, Chaoborus) typické bujení fytoplanktonu - vodní květ – sinice ve vodě nasycené živinami
léto – vodní květ malá průhlednost
Zdroje živin •
autochtonní – rozklad organické hmoty
– vyluhování sedimentů a hornin – biogenní fixace dusíku – bakterie a cyanobakterie •
allochtonní
– eroze půdy – povrchový odtok – znečištění atmosféry NOx – odpadní vody – odtoky z ČOV bez terciálního čištění
Příčiny indukované eutrofizace • splachy anorganických hnojiv (nitráty a fosfáty) • přírodní výluhy (nitráty a fosfáty)
• přísun nitrátů, fosfátů a amoniaku z odpadů živočišné produkce (močůvka, kejda, chlévská mrva) • srážky • splachy a eroze v důsledku zemědělské výroby, těžby a stavebnictví • přísun detergentů (fosfáty) • přísun čištěných odpadních vod (nitráty a fosfáty) • přísun nečištěných odpadních vod (nitráty a fosfáty)
Trofie (úživnost) vody Procesy ve vodách související s biodostupností forem dusíku a fosforu – trofizace (eu-, hyper-) Projevy: • vegetační zákal – drobné planktonní řasy (zdroj potravy!) • vodní květ – větší koloniální nebo vláknité sinice (nebo i řasy), toxiny • bentické sinice a rozsivky – na povrchu sedimentů, posléze natantní (hladinové koberce – ovlivňují výměnu plynů) • zelené vláknité řasy (ne toxiny, ale alelopatické látky) • vyšší vodní vegetace
Omezování: • zabránit přísunu živin • zpomalit koloběh živin • odstranění živin, odstranění biomasy Indikace • podle koncentrace N a P ve vodě • podle růstové odezvy in vitro • podle in situ realizované zvýšené koncentrace biomasy fototrofů • hodnocení podle změn v druhovém složení – fytoplankton, fytobentos, makrofyta
Živiny způsobující eutrofizaci
Nutno hledat regresní vztah mezi koncentrací jednotlivých živin a koncentrací chlorofylu a jakožto nejsnadněji měřitelným parametrem charakterizujícím rozvoj řas.
Dillon & Rigler (1974) – lineární regresní vztah mezi logaritmem koncentrace fosforu během jarní cirkulace a logaritmem průměrné letní (ve vegetačním období) koncentrace chlorofylu a
Straškraba (1980) – u koncentrací fosforu vyšších než 100 μg/l je vhodnější použít místo mocninového logistický vztah, neboť biomasa řas, vyjádřená v chlorofylu a, nemůže být větší než určitá kritická hodnota, nad níž je další rozvoj řas omezen samozastíněním a nikoliv koncentrací živin
Předpoklad, že fosfor vystupuje z makrobiogenních prvků nejčastěji jako limitující prvek, byl potvrzen celou řadou studií a experimentů u nás např. Komárková (1974) v Klíčavské a Slapské údolní nádrži zjistila zvýšený rozvoj planktonních řas pouze po přidání sloučenin fosforu
Poměr N:P (dusík:fosfor) indikuje, který nutrient je pravděpodobně limitujícím pro růst řas v jezerech N:P < 16:1 = limitace dusíkem (řasy mají méně dusíku) N:P > 16:1 = limitace fosforem (řasy mají méně fosforu) Největším zdrojem celkového dusíku v povodích byl odtok z hnojené zemědělské půdy (50- 67 %); komunální odpadní vody se podílely méně (12-30 %)
Největším zdrojem celkového fosforu v povodích byly komunální odpadní vody (75-90 %); zbývající část pocházela z eroze zemědělské půdy (5-14 %), z přirozeného odnosu v povodí (4-9 %) a z atmosférické depozice na hladinu toků a nádrží (1-2 %).
Fosfor ve vodách
1. Rozpuštěný anorganicky vázaný fosfor ve formě jednoduchých nebo komplexních orthofosforečnanů nebo polyfosforečnanů 2. Rozpuštěný organicky vázaný fosfor ve formě fosfátů hexos, fosfolipidů, ATP, ADP, nukleových kyslin apod.
Primární producenti 1. Drobné planktonní řasy opticky homogenní suspenze (vegetační zbarvení či vegetační zákal); vysoká hodnota maximální specifické růstové rychlosti, obvykle v mělkých eutrofních nádržích rybničního typu v jarním období 2. Větší koloniální sinice hromadný výskyt těch druhů, které mají schopnost se shromažďovat při hladině a vytvářet shluky - tzv. vodní květ (Microcystis, Anabaena, Aphanizomenon). Zpravidla planktonní sinice s plynovými měchýřky, mnozí zástupci mají schopnost vazby atmosférického dusíku, hromadný nástup v letním období 3. Bentické sinice a rozsivky iniciální stádia se vytvářejí na povrchu sedimentů, později tvorba „hladinových koberců“, které se při hladině udržují dík fotosyntetické produkci bublinek kyslíku, přechodně zachycených mezi vlákny sinic. Hromadný rozvoj mívá sezónní charakter a postihuje zejména mělké vodní ekosystémy – šířením těchto společenstev z místa vzniku po celé ploše nádrže dochází k přemísťování jemných sedimentů 4. Litorální vláknité řasy Často vytrvávají po delší časové období, mělké stojaté vody a toky. V nádržích, majících tendenci k zarůstání vláknitými řasami bývá potlačen rozvoj jak drobného fytoplanktonu, tak i sinic 5. Vyšší vodní vegetace Probíhá-li v únosné míře, jde o jev vítaný; u nadměrně eutrofizovaných vod nastává masový rozvoj hladinových lemnid (Lemna, Spirodella)
Složení fytoplanktonu a jeho změny se změnou trofie: Se zvyšující se trofií dochází obecně ke zvyšování biomasy řas, mění se druhové složení fytoplanktonu, často s převahou monospeciové populace planktonních sinic
Oligotrofní jezera Staurastrum, Cosmarium, Staurodesmus, Tabellaria, Cyclotella, Melosira, Dinobryon Mesotrofní jezera Staurastrum, Closterium, Cyclotella, Stephanodiscus, Asterionella, Pediastrum, Eudorina, Peridinium, Ceratium
Eutrofní jezera Melosira, Asterionella, Stephanodiscus, Scenedesmus, Eudorina, Aphanizomenon,Microcystis, Anabaena
Toxiny sinic (cyanotoxiny) 1. cytotoxiny – cytotoxické a cytostatické účinky 2. biotoxiny – neurotoxiny, hepatotoxiny Neurotoxiny (anatoxin, aphanotoxin) -termolabilní, blokují sodíkový kanál membrán → křeče pohybového svalstva, dávení, dušení Hepatotoxiny (microcystin)
- termostabilní, poškození struktury a funkce jater Cyanotoxiny přítomné ve vodách: - poruchy zažívacího traktu
- alergické reakce (záněty spojivek, svědí pokožka…..) -onemocnění jater
!!! CHRONICKÁ ONEMOCNĚNÍ !!!
Boj proti eutrofizaci Omezení (redukce) externího přísunu živin – modifikace technologických výrobních postupů (detergenty) – odstraňování N a P z odpadních vod – úpravy v povodí (aplikace protierozních opatření) Kontrola interních procesů („Ekotechnologie“) – aerace hypolimnia
- destratifikace – srážení fosforu a ošetření sedimentů
– odstraňování sedimentu vybagrováním a) suchou cestou pomocí buldozerů a bagrů, kdy je rybník vypuštěn a vysušen
b) mokrá cesta pomocí sacího bagru, těžba je prováděna bez vypuštění nádrže. – odstraňování makrovegetace a sinic – využití býložravých a algivorních ryb – použití algicidů, flokulantů a koagulantů – použití cyanofágů – biomanipulace
! KOMBINACE OBOU STRATEGIÍ JE NEJVHODNĚJŠÍ !
Acidifikace Okyselování vod •
problém především 2. poloviny 20. století – přetrvává dodnes
•
příčina: kyselé deště (oxid siřčitý a NOx ze spalování fosilních paliv do ovzduší – dešťová voda má pH 4-4,5 namísto 5-6.
•
nejdříve úbytek hydrouhličitanů, ztráta pufrační kapacity vody, pak nárůst koncentrace hliníku – toxický vliv na hydrobionty.
•
dojem čisté vody, nízká druhová bohatost.
•
problém se zesiluje v oblastech s kyselým podložím (např. žula)
Indikace •
pH
•
alkalinita
•
bioindikace (citlivé druhy mizí)
Acidifikace vodních ekosystémů Identifikace zdrojů
Koncentrace S ve vzduchu a kyselost srážek Většina kyselých srážek dopadá na zemský povrch v oblasti produkce, ale určitá část může být transportována větrem tisíce kilometrů. ~ 17 % kyselých depozic v Norsku pochází z Anglie a 20 % depozic spadlých ve Švédsku z východní Evropy.
Ve srovnání se neznečištěnými srážkami (pH 5.6), mají mnohá průmyslová území srážky s hodnotou pH 4.0 - 4.5, lokálně toto pH může klesnout až na 3
Vliv geologických podmínek
Kyselé horniny – žuly (granity, granodiority), některé metamorfity
Acidifikace a chemie vody
•
vysrážení Ca a Mg – sírany – nedostupné pro organismy
•
porušený hydrogen-karbonátový ústojný systém
•
speciace a změna rozpustnosti kovů a solí kovů, biodostupnost toxických kovů – Al, Cu, Zn aj.
Acidifikace a organismy
•
acidosenzitivní organismy – vápenité vnější schránky a kostry, vnější žábra, nechráněná vývojová stádia, zpravidla permanentní organismy
•
acidotolerantní organismy – dýchání celým povrchem těla, plastronové dýchání a nebo vzdušný kyslík, temporární organismy
Domluvená hranice acidifikace povrchových vod pH 5.5, silná acidifikace pod pH 4.5
Fytoplankton
• zpravidla dominují obrněnky (Dinoflagellata) • ovlivnění bottom-up (vysrážení fosforu hliníkem)
Fytobentos • zpravidla dominují rozsivky a zelené vláknité řasy • ovlivnění top-down (absence bezobratlých spásačů) Zoobentos • nejvíce senzitivní jsou zpravidla jepice
• nejodolnější jsou zpravidla chrostíci • napříč různými taxonomickými skupinami jsou nejodolnější obvykle kouskovači (shredders) • vliv sníženého pH (H+) • vliv top-down kontroly (absence rybích predátorů) • absence CaCO3 nutného pro tvorbu krunýřů (raci, blešivci, plži)
Vliv na ryby
Rozsah pH 6,5 – 9 - žádný vliv 6,0 – 6,4 - pravděpodobně žádný škodlivý vliv s výjimkou velmi vysokých koncentrací CO2 (>1000 mg/l) 5,0 – 5,9 - žádný specifický škodlivý vliv s výjimkou vysokých koncentrací CO2 (> 20 mg/l) nebo pokud jsou přítomné železité ionty 4,5 – 4,9 - škodlivý vliv na jikrách salmonidů a dospělců ryb, pokud jsou koncentrace Ca2+ , Na+ a Cl- nízké 4,0 – 4,4 - škodlivý vliv pro dospělce různých druhů ryb, které nebyly aklimatizovány na nízké pH
3,5 – 3,9 - letální pro salmonidy, aklimatizované plotice mohou přežívat delší období 3,0 – 3,4 - většina ryb je usmrcena během několika hodin
Indikace acidity
Vodní bezobratlí mohou být použity jako "early warning organisms" pro indikaci rozdílných úrovní acidifikace. Indikátorové organismy musí být euryekní, mít širokou distribuci a vyskytovat se ve velkém počtu. Musí být rovněž jednoduše identifikovatelní . Kyselé důlní vody Vlivy
• kyselost • toxicita kovů • salinizace
• sedimentace vysráženého železa
Těžké kovy •
cca 40 prvků, specifická hmotnost vyšší než 5 g/m 3 - Hg, Cr, Pb, Ni, Zn, Cu
•
stopové prvky – nezbytné pro organismy
•
součást přirozeného pozadí (liší podle místních podmínek)
•
vyšší koncentrace – toxické působení
•
zdroje: těžba a zpracování rud a uhlí, spalování fosilních paliv, průmysl, pesticidy
Těžké kovy Specifická hmotnost > 5 g. m-3 Antropogenní činnost – metalurgie, spalování uhlí, doprava, zemědělství Forma výskytu - rozpustné vs nerozpustné sloučeniny - oxidační stupeň - organická vs anorganická forma Kumulace Vazba na povrchu drobných částic → sedimenty Uvolňování → rozpuštěná forma
Schopnost většiny kovů akumulovat se do sedimentů
Toxické kovy
•
Hg – bioakumulace v tukových tkáních, oragnosloučeniny – metylrtuť a etylrtuť, akutní a chronická toxicita
•
Cd – bioakumulace v tukových tkáních, chronická toxicita
•
Pb – dtto, metylolovo, etylolovo, chronická toxicita
•
As, Co, V, Ni, Cr, Zn – biokoncentrace, přímá akutní toxicita
Mimořádně toxické kovy
- blokují činnost enzymů obsahujících – SH skupiny - Hg, Pb, Cd, As, Se, Cu, V Chronickýcká onemocnění
- nádorová (As, Cr, Cd, Ni) - teratogenní (Hg, Pb) Ve směsi se toxické účinky jednotlivých kovů mohou vzájemně zesilovat (synergismus Cd + Zn, Ni + Zn, Hg + Cu), nebo zeslabovat (Se + Cd, Se + Hg).
Kadmium (Cd) • největší potenciál znečištění; • kumuluje se v sedimentech a suspendovaných částečkách • v létě povrchová voda relativně vysoké koncentrace kadmia, především rozpustného iontu CdCl+; naopak anaerobní vrstva u dna je chudá na kadmium, protože sulfid vzniklý mikrobiální redukcí sráží kadmium na nerozpustný sulfid kademnatý
• podzimní míchání - desorpci kadmia – rozpuštěné kadmium poté reaguje se suspendovaným materiálem a sedimentuje • pokud je pH > 8, je Cd přítomno ve volné iontové formě Cd 2+ • hodnoty kadmia se nezvyšují se vzrůstajícím stupněm potravního řetězce v ekosystému povrchových vod • bioindikátor - zooplankton a bentos • beruška vodní snadno akumuluje Cd z vody
Arzén (As)
• přírodní zdroj - litosféra, zvětrávání arzenopyritu vznikají sekundární metabolity, nejčastěji arseničnany • arzenopyrit - v zem. kůře stabilní, pod hladinou podzemní vody, v zóně nenasycené vodou - oxidace a vznik sekundárních minerálů • arzen uvolněný do vody závažný polutant • Bangladéš – podzemní voda z deltových náplavů řeky Gangy (cca 78 mil. lidí) • v důsledku oxidace minerálů dosahuje koncentrace arzénu v podzemní vodě hodnot až 3 700 μg/l → chronická onemocnění a úmrtí stovek až tisíců lidí
Olovo (Pb)
• kumulace v sedimentech a tvorba methylderivátů • toxické působení zejména na vodní ptactvo – konzumace olověných broků z myslivecké činnosti a olověných zátěží používaných rybáři • USA – 2.4 mil ptáků /rok, Velká Británie – 8000 kachen/rok (Anas platyrhynchos) • labutě (Cygnus olor) – z 1500 mrtvých labutí v letech 1981-1984 zahynulo 60 % otrava olovem Organické sloučeniny cínu (Sn) • antikorozní barviva a nátěry – kontakt s vodním prostředím • nejtoxičtější jsou sloučeniny obsahující tři organické skupiny (metyl-butyl)
Organické polutany •
ropné uhlovodíky a polyaromatické uhlovodíky (PaHs)
•
polychlorované bifenyly (PCBs)
•
polychlorované dibenzodioxiny (PCDDs)
•
polychlorované dibenzofurany (PCDFs)
•
polybromované bifenyly (PBBs)
•
chlorované pesticidy
•
organofosforové pesticdy
•
karbamatové pesticidy
•
pyretroidy
•
fenoxy herbicidy
•
chlorfenoly a chlorkresoly
•
…….
Ropné látky a uhlovodíky • uhlovodíky a jejich směsi, které jsou tekuté při teplotách + 40 oC a nižších. Patří mezi ně motorová paliva, mazací a topné oleje, benzín, nafta, petrolej, ropa a podobné látky
• havárie, splachy nafty a olejů ze silnic, lodní doprava • nehody tankerů a úniky ropy z tankerů představují minoritní zdroj ropného znečištění vodních ekosystémů, cca 6 %.
Vliv ropných látek na organismy
• přímá toxicita • fyzikální udušení
Degradace uhlovodíků a ropných látek
• uhlovodíky a jejich deriváty dokáží rozkládat různé druhy mikroorganismů. - bakterie, kvasinky a vláknité houby • polycyklické aromatické uhlovodíky dokáží štěpit vedle baktérií i dřevokazné houby způsobující bílou hnilobu dřeva • cca 21 rodů baktérií, 10 rodů hub a 5 rodů kvasinek má schopnost degradovat uhlovodíky • smíšená populace mikroorganismů může degradovat až 97 % ropy. • rozklad uhlovodíků a jejich derivátů probíhá za aerobních i anaerobních podmínek
PBTs (Persistent bioaccumulative toxic)
• chlorované pesticidy, polychlorované bifenyly, polychlorované dibenzodioxiny a dibenzofurany polycyklické aromatické uhlovodíky • skupina organických sloučenin, jejichž dominantními fyzikálněchemickými a environmentálně-chemickými vlastnostmi jsou: 1. odolnost vůči různým degradačním procesům, 2. malá rozpustnost ve vodě, 3. lipofilní charakter a z toho plynoucí výrazná tendence k bioakumulaci a
4. polotěkavost umožňující globální atmosférický transport
Pesticidy
• chemické, biocidní látky používané na ochranu užitkových rostlin v zemědělství a lesnictví, proti plevelům, houbám a živočišným škůdcům. • ve vodním hospodářství, slouží např. k likvidaci některých vodních rostlin, k redukci zooplanktonu v případě ohrožení ryb kyslíkovým deficitem nebo např. k antiparazitárnímu ošetření kaprovitých ryb Organochlorové insekticidy (organochlory)
1. zásah do transportu K+, Na+, Mg2+ a funkce ATP-ázy - narušení přenosu uvedených prvků přes membránu nervových vláken a tím pravděpodobně i přenos nervových vzruchů, což nepříznivě ovlivňuje funkci nervového systému a samotného mozku.
2. ovlivnění existence estrogenních hormonů a metabolismu Ca 2+ , což vyvolává poruchy v reprodukci, snižuje plodnost a přežívání mláďat.
Bipyridilové herbicidy (např. Gramoxone S)
• silné, rychle působící kontraktní chemikálie širokého působení, které ničí buněčné membrány
Polychlorované bifenyly (PCBs) • velká stálost, odolnost vůči vysokým teplotám, dobré tepelné a nízké elektrické vodivosti a malá rozpustnost ve vodě • široké uplatnění především v elektrotechnice
Polychlorované dibenzofurany (PCDFs)
• nikdy se cíleně nevyráběly a průmyslově nevyužívaly, ale vznikaly a stále vznikají jako nežádoucí vedlejší produkty v průmyslových výrobách, zvláště chemických, hutních a zejména při spalovacích procesech. • vysoký bod tání, malá rozpustnost ve vodě, lipofilní charakter
Polycyklické aromatické uhlovodíky (PAU) • spalování uhlí, koksárenský průmysl, ropné havárie, automobilová doprava
Povrchově aktivní látky (tenzidy) • skupina organických látek - již při nízké koncentraci významně hromadí (adsorbují) na fázovém rozhraní a snižují tak mezifázovou, resp. povrchovou energii • výsledkem je vznik fázového rozhraní – pevné blanky na povrchu
Detergenty • přípravky na praní a čištění, které obsahují jeden nebo více tenzidů a další přísady, které zvyšují účinnost směsi • přísady - aktivační přísady; pomocné přísady; plnící přísady (plnidla)
Detergence • proces odstraňující z tuhého povrchu tuhé i kapalné částečky hmoty kombinovaným využitím mechanické práce a účinku tenzidu (praní a čištění)
Vlivy tenzidů na hydrosféru • pro živou přírodu jsou všechny tenzidy biologicky aktivními látkami ovlivňují děje na membránách buněk. • pěnění zhoršení rozputnosti kyslíku (snížení intenzity reaerace) 1. biodegradabilita 2. toxicita 3. eutrofizace - měkké tenzidy – rozklad > 90 % během 14 dní - obdouratelné – rozklad 35-90 % během 14 dní - tvrdé tenzidy - < 35 % během 14 dní - polyfosforečnany detergentů (35-40 %) - zejména kationtové tenzidy (baktericidní a bakteriostatické)
• se zvyšujícím se počtem uhlíků řetězce klesá biodegradabilita a roste toxicita. • lineární, nerozvětvená struktura – odbourávání snadné • čím je větší polymerační stupeň molekul klesá rychlost odbourávání
Radionuklidy
• radionuklidy (radioaktivní izotopy) jsou produktem rozpadu těžkých jader, jako např. uranu či plutonia, nebo vznikají reakcí neutronů se stabilními jádry • v důsledku bioakumulace vodními živočichy působí radionuklidy jako tzv. vnitřní zářiče • při přemístění vodních živočichů kontaminovaných radionuklidy do neaktivní vody dochází k jejich dekontaminaci • radionuklidy se liší od ostatních nuklidů tím, že emitují (vyzařují) ionizační záření – alfa částice, beta částice a gama paprsky. Působení jednotlivých typů záření Záření alfa - malá schopnost pronikat materiály, vnitřní kontaminace (zamoření) organismu zářiči alfa. Záření beta - emitováno při jaderných přeměnách nestabilních produktů štěpení ve stabilní, malá schopnost pronikat materiály, vnitřní kontaminace, energie částic beta je nižší než energie částic alfa. Záření gama - velká schopnost pronikat materiály a ionizovat jejich atomy. Nejvýznamnější druh záření jaderného výbuchu.
• stanovení radionuklidů poměrně náročné
• ve vodách se stanovuje především celková objemová aktivita α a celková objemová aktivita β - vystihují celkovou koncentraci radionuklidů • vodní živočichové menších rozměrů – mají větší tělesný povrch - hromadí radioaktivní látky rychleji než velké organismy • radioizotopy biogenních prvků jsou asimilovány rychleji • stabilní izotopy téhož prvku nebo přítomného chemicky podobného prvku mohou silně ovlivnit efekt kumulace např. běžný biogenní prvek vápník je svými vlastnostmi blízký oligobiogennímu stronciu. Zvýšení koncentrace neradioaktivního vápníku ve vodě vede ke snížení kumulace vodními živočichy
Kumulace radionuklidů vodními živočichy Při akumulaci radionuklidů hrají roli některé procesy:
• způsob příjmu - adsorpce, absorbce a asimilace • retence, která je funkcí biochemie částic, místo depozice, doba obratu a poločas rozpadu • způsob eliminace – iontová výměna, difúze a defekace
Nejvíce radioaktivních látek je v organismech primární trofické úrovně; v tekoucích vodách se snižuje specifická aktivita radioizotopů podél trofického řetězce.
Radon (Rn) • v pitné vodě • nebezpečí radioaktivní kontaminace organismu inhalací či konzumací pitné vody obsahující radon je ve srovnání s kouřením zanedbatelné
Tepelné znečištění
Zvýšená teplota • snížení hustoty vody (↓ viskozity)
• snížení nasycení vody kyslíkem • zvýšení toxicity některých látek
• zvýšení rozkladných procesů(↓ O2)
Maximální tolerovaná teplota
= teplota, která umožňuje reprodukci sledovaného druhu
Biota • urychlení larválního vývoje
• zrychlení metabolismu → zrychlený žír → vyšší biomasa • pokles druhové diverzity
• zvýšení abundance a biomasy dominantních taxonů • raná stádia (po vykulení či vylíhnutí) jsou nejcitlivější
• tolerované teploty → teplotní adaptace
Aklimatizací lze uměle zvýšit teplotu vody, při které organismus přežívá a je schopen se rozmnožovat
Využití oteplené vody • rychlený plůdek • chov tropických ryb (Tilapia)
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 prům- a chem. odpadů – zemědělské odpadní vody • objekty a činnost • skládky - hnojiště, siláže, atd. – komunální odpadní vody • aglomerace – sídla • drobný potravinářský průmysl • skládky komunálního odpadu
Čištění odpadních vod - z bodových zdrojů Typy odpadních vod
• průmyslové – různé typy • zemědělské – lehce odbouratelné organické látky, pesticidy…
• komunální - lehce odbouratelné organické látky, detergenty, ale např. i hormony, rtuť…patogeny (ze zdrav. zařízení) Jednotná x oddílná kanalizace (zvlášť tzv. dešťová kanalizace) Biologické čištění odpadních vod (OV) • využití OV jako substrátu pro růst biomasy
Přírodní x umělé způsoby čištění Přírodní:
• akumulační – vyhnívací(anaerobní) laguny, jednorázově se napustí, vypouští se jako betamezosaprobní • asimilační – aerobní, trvalé zatěžování nanejvýš alfamezosaprobní vodou • stabilizační – série nádrží: anaerobní až aerobní fáze • vegetační čistírny – dočišťování, snížení trofie
Čištění odpadních vod - z bodových zdrojů •
přírodní x umělé způsoby čištění
Umělé:
•
městské čistírny OV (ČOV)
1. stupeň - mechanické předčištění (lapáky štěrku a písku, česle, lapáky tuků..) 2. stupeň - biologické čištění - procesy založení na růstu a aktivitě organismů v přisedlé složce – biofilmu zkrápěné biologické kolony (biofiltry, rotační biodisky) - procesy založení na růstu a aktivitě organismů v suspendované polykultuře aktivovaný kal aktivační – aerační nádrže a separační – dosazovací jednotky
Další způsoby čištění OV v průmyslu
•
flotace, extrakce, sorbce, koagulace – čiření, filtrace…
3. stupeň čištění – odstraňování živin (fosfor!)
Vliv lidské činnosti na rybníky •
Vápnění – desinfekce, urychlení mineralizace
•
Vysekávání porostů – zvětšení prostoru pro ryby, zbrždění zazemňování, úbytek habitatů…
•
Vyhrnování dna - zvětšení prostoru, likvidace bentosu
•
Hnojení a krmení – cílem je zvýšení produktivity
•
Zimování a letnění rybníků – vypuštění rybníků s cílem zlepšení sktruktury substrátu dna, likvidace porostů mikro- i makrofyt, parazitů. Zimování může část hydrobiontů přežít. Letnění (výsev rostlin na zelené hnojení) – likvidace hydrobiontů.
•
Organofosfáty: selektivně ovlivňují složení fauny, kumulace v biomase – nežádoucí!
•
Lépe mechanické zásahy (vysekávání makrofyt, aerace, stínění…)
