Identifikace hodnot znečištění pitných a odpadních vod města Brna
Prezentovány jsou také výsledky z lokality ČOV Brno-Modřice (Foto: Brněnské vodárny a kanalizace, a.s.)
Tento článek prezentuje výsledky projektu s názvem Za zdravější a lepší vodu v Brně, který měl za úkol identifikovat a kvantifikovat znečištění pitných a odpadních vod města Brna. Studie by měla být jedním z podkladových materiálů pro vytváření nových legislativních požadavků pro řízení snížení vlivů tohoto znečištění na člověka a životní prostředí.
Úvod
Produkty lidské činnosti, jako jsou například léčiva, hormony či narkotika, se staly nedílnou součástí života společnosti. Se spotřebou těchto látek korelují jejich výskyty (a výskyty jejich metabolitů) v kanalizačních systémech urbanizovaných území a z důvodu své perzistentní povahy jsou dále vypouštěny do životního prostředí, kde se nacházejí ve velice nízkých koncentracích (v mikrogramech na litr – z toho je potom odvozen název „mikropolutanty“), avšak v koncentracích stále dostatečných na ovlivňování fyziologických procesů organismů.
V současnosti v České republice neexistuje právní předpis, který by stanovoval limitní koncentrace pro problematiku výskytu těchto látek v pitných (s výjimkou pesticidů) nebo ve vypouštěných vyčištěných odpadních vodách.
Ukazatelům a hodnotám přípustného znečištění povrchových vod a odpadních vod se věnuje NV č. 401/2015 Sb., které stanovuje emisní standardy pro vypouštění znečištění odpadních vod. Toto nařízení vlády ovšem pro komunální ČOV stanovuje emisní limity pouze pro ukazatele CHSKCr, BSK5, NL, N-NH4+, Ncelk a Pcelk. Jiné ukazatele pro chemické znečištění pro komunální ČOV jako jsou léčiva, pesticidy či jiné mikropolutanty tato právní norma nedefinuje.
Vyhláška Ministerstva zdravotnictví pro kvalitu pitné vody č. 252/2004 Sb. se v zásadě už historicky věnuje i mikropolutantům, kdy tato vyhláška stanovuje limity pro pesticidní a průmyslové látky. Sledování látek jako jsou léčiva, drogy, popř. jiné látky osobní péče však nejsou vyhláškou nařízeny, a tudíž tato vyhláška neobsahuje ani žádné limity.
Metodika monitoringu
Místa monitoringu
Dle požadavků zadavatele bylo stanoveno 11 lokalit pro dlouhodobý monitoring mikropolutantů v definovaných vodách města Brna.
Pro monitoring pitné vody byly vybrány lokality zdrojů pitné vody pro město Brno, a to: a) přítok na úpravnu vody Švařec z VN Vír, b) odtok z úpravny vody Švařec a c) celkem 3 zdroje v Březové nad Svitavou – I. zdroj, II. zdroj I. horizont a II. zdroj II. horizont.
Pro monitoring kvality odpadní vody byly vytipovány lokality a) přítoku a odtoku ČOV Brno-Modřice, b) kmenová stoka B v profilu odlehčovací komory Jeneweinova a c) čerpací stanice Kuřim. Všechny tyto lokality jsou osazeny provozním monitoringem průtoků provozovatele BVK a.s. a v těchto profilech bylo možno vyhodnocovat i látkové toky sledovaného znečištění.
Monitoring splachů z komunikace při srážkových událostech byl provozován na lokalitách frekventované silnice ulice Rokytova a dešťovou stoku na ul. Věstonická odvádějící dešťové vody z cca poloviny sídliště Vinohrady.
Vzorkování
Frekvence a metodika vzorkování se lišily v závislosti na matrici vzorkované vody a na požadavcích zadavatele projektu.
Pitná voda byla vzorkována 1× za měsíc jako prostý bodový odběr do skleněných 2l lahví.
Odpadní vody byly vzorkovány pomocí automatických vzorkovačů s aktivním chlazením ISCO Avalanche (pro lokality na ČOV Brno-Modřice) a automatických vzorkovačů bez aktivního chlazení ISCO 6712. Vzorkování se provádělo pouze za bezdeštných průtoků, ze kterých byly vyhotovovány 24hodinové slévané vzorky odebírané po 30 minutách bez proporcionálního rozdělení na průtoku. Frekvence vzorkování pro lokalitu ČOV Brno-Modřice byla 1× měsíc a pro lokality kmenové stoky B u RN Jeneweinova a ČS Kuřim 1× dva měsíce.
Splachy z povrchu u lokality Vinohrady byl vzorkován automatickým vzorkovačem bez aktivního chlazení ISCO 6712 každých 10 minut od začátku události po dobu 40 minut. Pro projekt byly vyhodnoceny tři srážkové události.
Monitoring splachu z povrchu frekventované komunikace na ul. Rokytova byl proveden po umělém kropení pitnou vodou vozovky cisternou. Vzorky byly odebrány jako prostý vzorek ze třech různých lokalit frekventované komunikace.
Analýza vzorků na koncentraci mikropolutantů a počty mikroplastů
Všechny analýzy vzorků prováděl partner projektu akreditovaná laboratoř ALS Czech Republic s.r.o. Rovněž jako u vzorkování i zde se rozsah a frekvence monitoringu lišil pro jednotlivé druhy vody a lokalit dle požadavků zadavatele projektu.
Kvalita pitné vody byla v každém vzorku sledována pro skupiny mikroznečištění: farmaceutické látky (1× měsíčně), estrogenní hormony (4× za projekt), drogy (3× za projekt) a mikroplasty velikosti 20–5000 µm (4× za projekt). Z dlouhodobého provozního monitoringu byly rovněž vyhodnoceny koncentrace pesticidů za léta 2019–2021.
Monitoring kvality odpadní vody se zaměřovala na skupiny farmaceutických látek (každý vzorek), drog (každý vzorek), estrogenních hormonů (4 vzorky za projekt), pesticidů (každý vzorek), průmyslových látek a mikroplastů velikosti 40–5000 µm (6 vzorků za projekt pro lokalitu ČOV).
Splachy z vozovek byly analyzovány pro znečištění látkami PAU, PCB, těžké kovy a mikroplasty velikosti 40–5000 µm.
Výsledky monitoringu mikropolutantů v definovaných vodách města Brna
V rámci příspěvku jsou z důvodu velkého množství dat prezentovány pouze vybrané reprezentativní výsledky projektu, tj. výsledky za pitnou vodu ve zdrojích a odpadní vodu, a to především z lokality ČOV Brno-Modřice.
Kvalita pitné vody
Výsledky monitoringu vykázaly nízké zatížení mikropolutantech v pitných vodách určených pro distribuci pro obyvatele města Brna. V analyzovaných vzorcích nebyly v žádném vzorku nalezeny polutanty ze skupin hormonů, narkotik a psychotropních látek nad mezí kvantifikace. Z farmaceutických látek bylo v pitné vodě určené pro distribuci prakticky nalezeno pouze léčivo kofein. V těchto 7 vzorcích byla největší zaznamenaná koncentrace kofeinu 0,045 µg/l. V kontextu je pro příjem dávky kofeinu jednoho espresa nutno vypít přibližně 1,7 milionů litrů vody.
Skupina pesticidů je jediná skupina sledovaných mikropolutantů, která je ošetřená vyhláškou č. 252/2004 Sb. Pro jednotlivé látky pesticidů a jejich relevantních metabolitů je stanoven limit 0,1 µg/l v souhrnu pak tyto látky nemohou překročit koncentraci 0,5 µg/l. Limity pro nerelevantní metabolity jsou stanovovány individuálně. Seznam již posouzených nerelevantních metabolitů pesticidů a jejich limitní hodnoty v pitné vodě jsou uvedeny v [1]. V analyzovaných vzorcích byly nejčastěji detekovány metabolity chloridazon-desfenyl a alachlor ESA, obě látky a taky všechny nalezené látky v součtu nepřesáhly vyhláškou stanovené limity v žádném z analyzovaných vzorků.
Obr. 1 Koncentrace nalezených farmaceutických látek ve Vodní nádrži Vír na vstupu do úpravny vody Švařec během 5 měsíců monitorovací kampaně
Obr. 2 Průměrné koncentrace farmaceutických látek na vstupu a výstupu ÚV Švařec a jejich průměrné odstranění
Obr. 3 Koncentrace sledovaných pesticidů na lokalitě Březová nad Svitavou II. zdroj (data dodaná BVK a.s. na základě pravidelného monitoringu pesticidů)
Kvalita odpadní vody
Odpadní vody ze své povahy obsahují velké množství organického i průmyslového znečištění a považují se za jeden z hlavních zdrojů vnosu mikropolutantů do životního prostředí zejména přes přímé vypouštění do životního prostředí nebo přes odtoky čistíren odpadních vod, které nebyly navrženy na redukci perzistentního znečištění.
Z důvodu, že míra odstranění mikropolutantů na ČOV není v současnosti vyžadována, nejsou technologie použité v procesu čištění uzpůsobené na odstraňování tohoto znečištění, a i dle výsledků této studie se úroveň odstranění pro jednotlivé látky pohybuje v celém spektru od 0 do 99 %. Látky neodbourané v procesu čištění na ČOV jsou vypouštěny do recipientu a životního prostředí, kde mohou potenciálně představovat ekologickou zátěž, a z kterých se tyto látky dál transportují např. do podzemních zdrojů vody.
Ze sledovaných skupin znečištění se v surové odpadní vodě nejvíce nacházely farmaceutické látky, zejména kofein, paracetamol, iomeprol a gabapentin, jejichž průměrné denní látkové množství na přítoku ČOV Brno-Modřice bylo nad 1 kg/den. Tyto látky ale byly v procesu čištění výrazně eliminovány (kofein a paracetamol prakticky úplně) a tak byly v odtoku ČOV nejvíce zastoupeny látky iomeprol, gabapentin, diclofenak, furosemid. O ekologické zátěži ovšem nerozhoduje pouze koncentrace ale i její vliv na životní prostředí. Ku příkladu antibiotika (v projektu sledovaný sulfamethoxazol nebo ciprofloxacin) se nacházejí v řádově nižších koncentracích, avšak můžou přispívat k vytváření a šíření antibiotické rezistence, a proto nemohou být opomíjeny i látky, které tvoří např. desetiny procenta skladby mikropolutantů ve vodách.
Obr. 4 Průměrné množství vypouštěných farmaceutických látek na ČOV Brno-Modřice a jejich průměrné odstranění (látky v množstvích nad 1 g/den na přítoku ČOV Brno-Modřice)
Narkotika a psychotropní látky se v odpadní vodě nacházejí řádově v nižších koncentracích (ng/l). V největším množství byl na přítoku na ČOV detekován metamfetamin (pervitin; v průměru 177 g/den), tramadol (opioid a lék proti bolesti; 98 g/den), efedrin (52 g/den) a benzoylecgonin (metabolit kokainu, 40 g/den). V porovnání se screeningovou etapou byly zaznamenány výrazně nižší koncentrace metabolitů THC. Tyto nižší koncentrace byly způsobené matričními efekty jednotlivých vzorků, které násobně zvýšily mez kvantifikace těchto metabolitů, a tudíž v rámci vzorků nebyly zachyceny. Z důvodu, že při porovnání screeningu a dlouhodobé kampaně jsou koncentrace ostatních látek ve velké míře podobné, lze se domnívat že se koncentrace metabolitů THC v surové odpadní vodě nacházejí ve stejných hodnotách jako v týdenním screeningu (např. 840 ng/l metabolit THC-COOH (11-nor-9-carboxy THC).
V procesu čištění docházelo k výraznější redukci metamfetaminu (75 %), efedrinu (65 %) a benzoylecgonin (92 %) ovšem k minimální redukci tramadolu (7 %). V odtoku z čistírny jsou nejvíce zastoupeny tramadol (85 g/den), pervitin (44 g/den), oxazepam (léčba úzkostí a nespavosti; 12 g/den) a kodein (opioid k úlevě od bolesti a léčbě symptomů kašle a nachlazení; 10 g/den).
Koncentrace a absolutní znečištění pesticidy je na základě získaných výsledků monitoringu menší než u léčiv a drog. Ovšem v rámci vyhodnocení výsledků je důležité myslet na to, že analyzované vzorky byly odebrány za bezdeštných průtoků, a tudíž byly omezeny/minimalizovány povrchové splachy, které jsou potenciálním hlavním zdrojem pesticidů v odpadních vodách. V největší míře byl zachycován metabolit pesticidu chloridazonu chloridazon-desphenyl (24 g/den), který byl ve velké míře detekován i v pitných vodách.
Obr. 5 Průměrné množství vypouštěných narkotik na ČOV Brno-Modřice a jejich průměrné odstranění (látky v množstvích nad 1 g/den na přítoku ČOV Brno-Modřice)
Obr. 6 Průměrné množství vypouštěných pesticidů na ČOV Brno-Modřice a jejich průměrné odstranění (látky v množstvích nad 1 g/den na přítoku ČOV Brno-Modřice)
Z provedeného monitoringu bylo možno odhadnout průměrné odstranění mikroplastů o velikosti 40–5000 µm v technologickém procesu Brno-Modřice na 85 %. Zaznamenaný průměrný nátok mikroplastů v surové vodě byl 52 částic (o velikosti 40–5000 µm) na 1 litr surové odpadní vody. Z hlediska složení se ve velké míře jedná o skupinu materiálů polypropylen, polyethylen, polystyren.
Průměrný počet částic na odtoku Brno-Modřice v šesti 24hodinových slévaných vzorcích byl 8 s totožným materiálovým profilem jako v surové vodě.
Obr. 7 Počet mikroplastů na přítoku ČOV Brno-Modřice
Obr. 8 Počet mikroplastů na odtoku ČOV Brno-Modřice
Závěr
Dlouhodobý monitoring skupin mikropolutantů v pitných a odpadních vodách potvrdil, že výskyt antropogenních látek není ojedinělý a s pomocí vylepšených detekčních metod jsme schopni je rozpoznat a kvantifikovat i ve velmi nízkých koncentracích. Jejich výskyt prakticky ve všech typech životního prostředí je potvrzen mnohými vědeckými studiemi a potvrzuje to i tento projekt. Je možné se domnívat, že s ještě vyspělejšími metodami detekce budeme schopni detekovat látky, které se v životním prostředí nachází v ještě nižších dávkách (pg–ng/l).
Pouhá detekce těchto látek však nutně neznamená přímé ohrožení vystaveného organismu, protože o toxicitě a nežádoucích účincích rozhoduje zejména dávka a expozice [2]. Stanovení koncentračních limitů, které negativně neovlivní vodní organismy nebo člověka, pro jednotlivé látky je velmi náročný úkol z důvodu multifaktoriálních vlivů. Mezi vlivy na určení toxicity jednotlivých látek patří kupříkladu citlivost organismu (na člověka, na vodní organismus atd.), synergický efekt jednotlivých mikropolutantů v matrici nebo délka expozice.
V rámci budoucího řešení snížení těchto látek v pitných a vyčištěných odpadních vodách je potřeba, aby byly na základě monitoringů mikropolutantů ve vodním prostředí a na základě studií ekotoxicity jednotlivých látek, doplněny seznamy sledovaných indikativních látek, jejichž limitní koncentrace budou vyžadovány a které jsou i reálně dosažitelné současnými ověřenými technologiemi.
Poděkování
Článek byl vytvořen jako výstup z projektu nazvaného Za zdravější a lepší vodu v Brně a byl podpořen z participativního rozpočtu města Brno. Výsledky celé studie jsou zveřejněny na stránce paro.damenavas.cz/za-zdravejsi-a-lepsi-vodu-v-brne-vysledky. Poděkování rovněž patří pracovníkům BVK, a.s. za součinnost při zabezpečení vzorkování a za poskytnutí provozních dat, dále pořadatelům akce VODA 2024, kde byly výsledky prezentovány, a redakci TZB-info, která byla mediálním partnerem akce.
Literatura
- Seznam posouzených nerelevantních metabolitů pesticidů a jejich doporučené limitní hodnoty v pitné vodě [online]. Ministerstvo zdravotnictví České republiky. Dostupné také z: mzd.gov.cz/seznam-posouzenych-nerelevantnich-metabolitu-pesticidu-a-jejich-doporucene-limitni-hodnoty-v-pitne-vode
- KOŽÍŠEK, František. Má Česká republika skutečně měkké a zastaralé normy na pitnou vodu?: Stanovisko Státního zdravotního ústavu – Národního referenčního centra pro pitnou vodu k „expertnímu“ stanovisku Akademie věd ČR č. 2/2019 (Pitná voda – je a bude?). Státní zdravotní ústav, 2019.
The paper presents representative outputs from the project which was focused on long-term monitoring of micropollutants in drinking and waste water of the Brno city. Aim of the study was to monitor and quantify micropollutants (e.g. pharmaceuticals, hormones, narcotics and pesticides) and microplastics in waters of the Brno city.