Hydrobiologické audity ve vodárenství – metodika II.

Koncepce hydrobiologického auditu vodárenské soustavy

Koncepce a náplň hydrobiologického auditu (HA) zůstala od návrhu /2/ až do současné doby prakticky nezměněna /3/. Je však potřeba ji konfrontovat s požadavky tuzemské i evropské legislativy a provést určité potřebné inovace a doplňky. HA je hloubkový kontrolní průzkum celé vodárenské soustavy „ od zdroje ke spotřebiteli“, založený na mikroskopických rozborech vzorků vody, stěrů úsad, biofilmů a nárostů ze smáčených povrchů vodárenských objektů. Může zahrnovat i jednoduché, mikroskopicky hodnotitelné biotesty. Interpretace výsledků rozborů je založena na bioindikaci mikroskopických nálezů a vyúsťuje v objasnění provozních závad biologického původu a v návrhy nápravných i preventivních opatření. Výsledky HA mohou posloužit i jako podklady pro návrhy optimalizace procesů úpravy vody a projekty rekonstrukcí provozů úpraven vody.

Po stránce terminologické je třeba HA vymezit oproti obdobnému biologickému auditu, v posledních letech často využívanému při zpracovávání plánů pro zajištění bezpečného zásobování vodou (Water Safety Plans) /4,5,6/. Biologický audit je v porovnání s HA svým rozsahem širší. Kromě hydrobiologických (= mikroskopických) ukazatelů zahrnuje i ukazatele mikrobiologické. Vyžaduje proto laboratorní zázemí, vybavené pro sterilní práci, kultivační metody a biochemické analýzy. Z toho vyplývá, že jednodušší, rychlejší a investičně méně náročný HA bude výhodnější pro orientační screening zdrojů znečištění a eutrofizace ve vodárenských povodích, pro urychlené předběžné hodnocení havarijních situací ve vodárenských soustavách, způsobených lidskou činností nebo živelnými pohromami, a pod. Tam, kde to bude situace vyžadovat, např. při hrozícím hygienickém riziku, může pak komplexnější biologický audit následovat. Jeho výsledky je možno vyhodnotit podle principů rizikové analýzy. Na Slovensku již byla k tomuto účelu vydána metodická příručka /6/.

Stručný souhrn první části revize metodik HA

První část revize metodik HA, zaměřená na vodárenské soustavy s povrchovým zdrojem surové vody, byla přednesena na konferenci VODA Zlín 2013 /1/. Byla zdůrazněna nutnost podrobnější terénní rekognoskace všech existujících i potenciálních zdrojů znečištění a eutrofizace v povodí vodárenských nádrží nebo úseků vodárenských toků. Vzorky vody a nárostů z takto zjištěných lokalit se pak mikroskopicky zpracují a vyhodnotí na principu bioindikace /7/. Při podezření na možnost toxických výluhů ze skládek, opuštěných dolů a podobných míst s ekologickou zátěží se doporučuje provést jednoduchý, mikroskopicky hodnotitelný biotest a v nutných případech doporučit předání problému specializovanému ekotoxikologickému pracovišti /1/.

Metodické postupy pro posuzování účinnosti procesů vodárenské úpravy a pro posuzování možných nežádoucích změn kvality pitné vody při její distribuci jsou zakotveny ve dvou stále využívaných TNV /8,9/. Mikroskopické rozbory jsou také důležitou součástí technického doporučení pro hodnocení kvality vody kumulované ve vodojemech /10/. Její nežádoucí oživení pochází většinou ze vzdušné kontaminace. Do řady vodojemů byla proto instalována filtroventilační zařízení se vzduchovými filtry různých typů. Při posuzování jejich filtrační kapacity se osvědčil biologický audit, z jehož výsledků byla odvozena hodnotící stupnice /10/

Pro malé a starší vodojemy se doporučuje rounová textilie (rounina), připevněná pod mřížky na otvorech ventilačních zařízení. Bližší údaje a různé provozní zkušenosti byly již několikrát publikovány, např. /11,12/. Metodika hodnocení vzorků exponované rounové textilie byla v novelizované verzi uvedena v citované první části revize /1/. Jedná se o postupy hodnocení suchých a zvlhčených vzorků rouniny a o jednoduchý kultivační biotest, simulující možnost sekundárního pomnožení mikroorganismů ze vzdušné kontaminace v rozvodné síti. Vzhledem k tomu, že se tyto postupy dobře hodí i pro posuzování nežádoucích vedlejších účinků aerace podzemní vody, budou zařazeny i do následujícího textu druhé části revize metodik HA.

HA vodárenské soustavy s podzemním zdrojem surové vody

Na konferenci PITNÁ VODA 2012 v Táboře přednesli P.Pumann a F.Kožíšek velmi podnětný příspěvek, zabývající se možnými vlivy povrchových vod na vodárensky využívané zdroje podzemních vod se závažnými hygienickými důsledky /13/. Řada zde diskutovaných problémů již byla řešena a více či méně úspěšně zvládnuta již v průběhu 60. – 90-tých let uplynulého století na několika vodárenských soustavách, využívajících k úpravě podzemní a infiltrovanou vodu z pramenišť v povodí Moravy /např. 14/. Pomocí hydrobiologického průzkumu (tehdy ještě nenazývaného HA) bylo např. zjištěno, že vodohospodáři oblíbené „stálé a vydatné“ vrty byly v důsledku puklin v geologickém podloží trvale dotovány nedostatečně infiltrovanou a znečištěnou říční vodou. Hygienicky riskantní situace nastávala vždy v době tehdy ještě fungujících kampaní cukrovarnického a škrobárenského průmyslu. Na základě mikroskopických rozborů vody a nárostů bylo také prokázáno, že malý vodní tok, napájející prameniště, byl nad tímto vodárenským územím nelegálně sveden do rybníka a do jeho koryta byla vypouštěna nečištěná odpadní voda z obce.

Četné další případy ovlivnění podzemních vod oživenou povrchovou vodou nebo dokonce průsaky odpadních vod byly pomocí mikroskopických rozborů vody a nárostů odhaleny při terénních průzkumech, prováděných v rámci diplomových prací studenty specializace technologie vody na VŠCHT v Praze. Při řešení výzkumného úkolu VÚV ve spolupráci s VŠCHT byla opět potvrzena již dříve známá skutečnost, že vodohospodáři dobře míněné „posilování“ vydatnosti objektů břehové infiltrace přívody říční vody otevřenými příkopy do blízkosti vrtů (tzv. „divoká infiltrace“) je po stránce hygienické naprosto nevhodné /15/.

Ve všech výše uvedených případech byla kontaminace jímané podzemní vody prokázána nálezy indikátorů přítomnosti snadno rozložitelného organického substrátu v prostředí. Byly to vláknité baktérie a mikromycety v nárostech a ve vodě prvoci, potravně závislí na částicích rozkládající se organické hmoty a na volně žijících baktériích (viz několik příkladů těchto indikátorů na přiložených mikrofotografiích). Přísun povrchové vody do studní a vrtů při zaplavení prameniště nebo puklinami v podloží byl vždy indikován nálezy říčních mikroorganismů, zejména řas, u kterých nebylo viditelné žádné poškození buněk či vláken způsobené dlouhodobějším pronikáním půdními vrstvami.

Metody, vhodné pro posuzování případné kontaminace jímacích objektů, sběrných studní a přívodů surové podzemní vody do úpraven nebo u malých vodovodů přímo do vodojemu a následně do rozvodné sítě, jsou zahrnuty v citované TNV /9/.

Další technologické a hygienické závady biologického původu se mohou vyskytnout při úpravě podzemních vod v objektech, používaných k jejich odmanganování a odkyselování. Nejčastěji to bývá zarůstání a ucpávání potrubí, filtrů a jiných zařízení se zúženým profilem, sníženým průtokem apod. železitými a manganovými baktériemi. Tyto organismy jsou v podzemních vodách běžné a jejich nálezy neindikují kontaminaci. Je však třeba jejich výskyt a množství pravidelně sledovat a při nápadném zvýšení neodkladně provést důkladné mechanické čištění a vhodný dezinfekční zásah pokud možno na lokalitách ještě mimo vlastní úpravnu. Dojde-li již ke kalamitní situaci přímo v provozu úpravny, jsou již nápravná opatření podstatně složitější a je nutno kromě dokonalého vyčištění zarostlých objektů provést i změny v technologických procesech úpravy vody. U nás byl takový případ (ucpání PVD filtrů železitými baktériemi v ÚV Rožnov pod Radhoštěm) úspěšně vyřešen s pomocí HA /16/.

V uplynulém desetiletí bylo opakovaně zjišťováno zhoršení kvality jímané podzemní vody při její aeraci za účelem odstranění radonu. V provozním objektu malého vodovodu bylo pomocí nainstalovaného vzorku rounové textilie prokázáno, že odradonovací věž zde fungovala jako pračka vzduchu a do původně zcela nezávadné podzemní vody vnášela nežádoucí složky vzdušné kontaminace, jako jsou různé rostlinné a živočišné zbytky, pylová zrna rostlin aj. Biotestem bylo potvrzeno, že pylová zrna představují živný substrát a že mohou v rozvodné síti, zejména ve vodojemech, vyvolat sekundární pomnožení baktérií /1, 17/. Na základě těchto výsledků byl problematice provzdušňování podzemní vody věnován samostatný příspěvek /18/.

Vzhledem k hygienickému významu problematiky vzdušné kontaminace podzemní vody při její úpravě aerací, zařazujeme do druhé části revize metodik HA následující (již uveřejněný) postup, který je vhodný jak pro hodnocení ventilace vodojemů /1/, tak pro posuzování nežádoucích vlivů aeračních zařízení na kvalitu upravované podzemní vody.

Hodnocení vzorků exponované rounové textilie (rouniny)

Vhodnou dobu expozice rouniny na příhodném místě aeračního zařízení je třeba zvolit na základě výsledků předběžného orientačního pokusu. Bývá to většinou dva až čtyři týdny podle ročního období, charakteru okolního prostředí a lokality nasávání venkovního vzduchu. Při výměně rouniny se použitý materiál zpracuje takto :

Suché vzorky : provede se fotodokumentace, která poskytne celkový obraz o odlučovací účinnosti rouniny. Je proto vhodnější použít rouninu světlé barvy – nejlepší je nebarvený režný materiál. Tento postup ukáže i záchyt létajícího hmyzu, jeho zbytků a jiných velkých částic rostlinného či antropogenního původu. Mikroskopický rozbor se u těchto vzorků neosvědčil – vyschlé částice se obtížně identifikují.

Zvlhčené vzorky : zvlhčení vzorku se provede na místě odběru vodou ze zkoumané lokality v plastové dóze, určené k transportu. V laboratoři pak následuje přímé pozorování části zvlhčené rouniny na Petriho misce preparačním mikroskopem a determinace hrubých částic. Z většího vzorku vlhké rouniny se odebere stěr pinzetou do malého množství odstáté vodovodní vody. Destilovanou vodu nelze použít, protože působí osmotický šok u prvoků, jejichž vzhled se tak může změnit k nepoznání. Při nedostatku materiálu pro přímý odběr na podložní sklíčko se připraví centrifugát. Následuje kvalitativní mikroskopický rozbor a zhodnocení nálezů na principu bioindikace se zvláštním zřetelem na hygienické aspekty.

Laboratorní biotest : je založen na principu simulace poměrů při delší době zdržení vody ve vodojemu nebo při její stagnaci v koncovkách větevné rozvodné sítě. Poskytuje prognózu potenciálního sekundárního pomnožení mikroorganismů ze vzdušné kontaminace.

Pracovní postup je následující :

Vzorky rouniny o rozměrech 2x2 cm se zalijí 50 ml odstáté vodovodní vody v Petriho miskách o průměru 8 cm a výšce 1,5 cm. Kultivace probíhá ve tmě v termostatu při teplotě 10± 2 oC po dobu 1 týdne (7 dnů), případně déle podle poměrů na dané lokalitě. Zpracování je obdobné jako při hodnocení jednorázově exponované rouniny. Při rozboru je třeba se zvláště zaměřit na volné baktérie, jejich kolonie a hyfy mikromycet na rostlinných a živočišných zbytcích. Postupné líhnutí pohyblivých prvoků z cyst, červů a jiných vodních bezobratlých živočichů z vajíček je vhodné pozorovat při prodloužené nebo opakované kultivaci vzorků (vzorky rouniny proto po odebrání prvních vzorků pro mikroskopický rozbor nelikvidujeme). Výsledky biotestu se hodnotí z hlediska potenciálního znehodnocení kvality pitné vody v rozvodné síti z hygienického hlediska.

Závěr

Příspěvek představuje druhou část revize metodických postupů, osvědčených v průběhu více než deseti let při provádění HA vodárenských soustav na povrchových i podzemních zdrojích surové vody. Rychle dosažitelné, instruktivní výsledky HA odhalují příčiny různých technologických a hygienických závad biologického původu v celé soustavě „od zdroje ke spotřebiteli“. HA, založený na mikroskopických rozborech, se proto velmi hodí pro prvotní screening a jako předstupeň pro širší biologický audit, zahrnující i ukazatele mikrobiologické. Hydrobiolog, provádějící HA, však musí mít solidní základy floristiky, faunistiky a ekologie vodních organismů, schopnost determinace mikroskopických nálezů a jejich interpretace z hlediska bioindikace pro potřeby vodárenské praxe a hygieny vody.

prof. RNDr. Alena Sládečková, CSc.,
Ing. Jiří Palčík, Ph.D.,
Ing. Eliška Maršálková, Ph.D.
Ing. Václav Mergl,CSc.

Literatura

1. Sládečková, A., Palčík,J., Maršálková,E. a  Mergl,V. (2013) : Hydrobiologické audity ve vodárenství – metodika I. – Sborník konference Voda Zlín 2013 : 165 – 170.
2. Sládečková, A. (1999) : Význam hydrobiologického auditu pro hodnocení vodárenských zařízení. – Sborník konf. Pitná voda Trenčianske Teplice : 126 – 131.
3. Sládečková, A. a  Onderíková, V. (2009) : Hydrobiologický audit ve vodárenství. – Sborník konf. Modernizácia a optimalizácia úpravní vod v SR, Stará Lesná : 93 – 96.
4. Ambrožová, J. (2005) : Potřeba hloubkových biologických auditů ve vodárenských systémech. – Vodohospodársky spravodajca, Bratislava 2005, č. 5-6, s. 16 – 18.
5. Tóthová, L. a  Prokšová, M. (2011a) : Biologický audit v úpravni vody. – Sborník konference Pitná voda, Trenčianske Teplice 2011 : 245 – 252.
6. Tóthová, L. a  Prokšová, M. (2011b) : Biologický audit vodárenských systémov. – Metodická príručka. Účelová publikácia , projekt SK 035, VÚVH Bratislava.
7. Sládečková, A. a  Šťastná, G. (2009) : Biologické hodnocení zdrojů znečištění a eutrofizace ve vodárenských povodích. – Sborník konference Voda Zlín : 33 – 38.
8. TNV 75 5940 Mikroskopické posuzování separační účinnosti vodárenské technologie. Hydroprojekt Praha, 1995, 13 str.
9. TNV 75 5941 Mikroskopické posuzování jakosti vody dopravované potrubím. – Hydroprojekt CZ a.s., Praha, 2003, 28 str.
10. Říhová Ambrožová, J., Říha, J. a  Martínek, R. (2011) : Kapacita filtračních náplní vzduchových filtrů. – Sborník konference Pitná voda, Trenčianske Teplice : 83 – 90.
11. Mergl, V. a  Kaupa, J. (2006) : Rounová textilie proti vzdušné kontaminaci. – Sborník konference Oitná voda, Tábor 2006 : 235 – 238.
12. Mergl, V., Sládečková, A., Palčík, J. a  Maršálková, E. (2011) : Význam rounové textilie ve vodárenství. – Sborník konference Voda, Zlín 2011 : 189 – 192.
13. Pumann, P. a Kožíšek, F. (2012) : Kdy je podzemní voda pod vlivem vody povrchové? Sborník konference Pitná voda, Tábor 2012 : 147 – 150.
14. Sládečková, A. a  Sládeček, V. (1972) : Nárosty vláknitých baktérií ve studních u Tlumačova. – Bulletin metod. střediska chem.-technol.laboratoří 1972 : 123 – 147.
15. Hubáčková, J., Matulová, D. a  Sládečková, A. (1996) : Prevence a odstraňování biologických závad ve vodárenských provozech. – Souhrnná závěrečná zpráva VÚV TGM Praha, 17 str., 16 příloh.
16. Pilař, J. (2006) : Zkušenosti projektanta ze zprovozňování rekonstrukce prameniště a úpravny vody Rožnov pod Radhoštěm. – Sborník konf. Voda Zlín 2006: 119 – 122.
17. Palčík, J., Sládečková, A., Mergl, V. a  Maršálková, E. (2012) : Vliv odradonovacího zařízení na kvalitu vody. – Sborník konference Pitná voda, Tábor 2012 : 337 – 340.
18. Mergl, V., Sládečková, A., Palčík, J. a  Maršálková, E. (2012) : Nebezpečí kontaminace podzemní vody způsobené aerací. – Sborník konf. Voda Zlín : 71 – 75.
19. Wanner, Růžičková a kol. – Multimediální atlas mikroorganismů aktivovaného kalu, VŠCHT Praha