Hydrobiologické audity, poznatky a přínosy

12. 2. 2012

Úvod:
O hydrobiologických auditech (dále v textu HA) bylo již mnohé napsáno. Na předchozí konferenci ve Staré Lesné 2009 /1/ byl přednesen souborný příspěvek o podstatě, vývoji, metodice, významu pro vodárenskou praxi a perspektivách HA.V posledních letech se nám postupně daří s provozovateli úpraven vody HA zařazovat jako pravidelnou preventivní prohlídku, která odhalí závady a dokáže optimalizovat provoz úpravárenských objektů. Je třeba neustále vysvětlovat a zdůrazňovat, že se jedná o hloubkový průzkum vodárenských systémů, který poskytuje rychlé výsledky, jež objasňují příčiny technologických a hygienických závad biologického původu. Provedení HA se řídí převážně metodikami dvou publikovaných TNV /2,3/.
Výsledky HA slouží jako podklady pro doporučení nápravných a preventivních opatření, návrhu optimalizace technologických procesů, případně pro projekty rekonstrukcí objektů úpraven vody.
Světová zdravotnická organizace (WHO) a Evropská komise budou v rámci novelizované legislativy pro země EU již brzy povinně vyžadovat vypracování plánů pro zajištění bezpečnosti pitné vody (Water Safety Plans – WSP). Na několika konferencích jsme spolu s pracovníky Státního zdravotního ústavu v Praze navrhli možnosti zabudování HA do jednotlivých prvků WSP a uvedli i konkrétní příklady /např.4,5/.

Kde s HA začít ?
Při odběru surové vody pro úpravu vody z povrchových zdrojů je dobré věnovat pozornost i rekognoskaci terénu vodárenské nádrže spolu s obhlídkou vodárenského toku a povodí jako celku. Prohlídka slouží k zjištění případných zdrojů kontaminace vodárenské nádrže a častokrát odhalí i nečekané zdroje znečištění. Pro utvoření komplexního obrazu je možné využít poznatků hydrobiologa daného Povodí, s.p. současně s biologickými a chemickými analýzami surové vody v nádrži. Obhlídku terénu před započetím HA považujeme za nezbytnou pro získání nutných informací o prověřované lokalitě.
V povodích vodárenských zdrojů se musí pokud možno přednostně uplatňovat nároky a požadavky, vyplývající ze snahy zabezpečit optimální průběh a výsledek procesů úpravy a dopravy pitné vody. Z biologického hlediska je nutno zabránit vnosu nežádoucího oživení ze zdroje a jeho povodí do vodárenských provozů a rozvodných sítí. /6/.

Znečištění a trofizace povrchových zdrojů surové vody pro vodárenskou úpravu:
Hydrobiologické (případně i chemické) hodnocení zdrojů znečištění jak bodových, plošných tak i difúzních je součástí komplexního HA. Napomáhá odhalování zdrojů vnosu živin hlavně u nádrží zatížených vysokou trofií. Kvalita vody se hodnotí podle bioindikátorů, vyskytujících se ve vodárenských nádržích a jejich přítocích. Jedná se jednak o organismy volně žijící ve vodním sloupci, jednak o organismy nárostů a bentosu. Tyto indikátory jsou významné pro stanovení stupně saprobity a hodnocení procesu trofizace vody. Významnými indikátory jsou převážně druhy, které po zavlečení do vodárenských provozů se zde mohou uchytit, pomnožit a způsobit různé technologické a hygienické problémy v procesech úpravy vody. V rozvodné síti se jejich mrtvá i živá biomasa stává živným substrátem pro bakterie a prvoky, podporuje tvorbu biofilmů a snižuje tím biologickou stabilitu vody.

Vybrané bioindikátory ze společenstva nárostů:
Jsou to organismy, žijící přisedle na různých podkladech v povrchových vodách a také na stěnách jednotlivých vodárenských objektů, zvláště tam, kde neustále kolísá hladina vody a kde se dostávají na rozhraní stěna – voda – vzduch. Patří sem zástupci všech tří ekologických skupin: producenti (sinice, řasy, vodní mechy a rostliny), destruenti (bakterie a plísně – mikromycety), konzumenti (prvoci a bezobratlí živočichové - láčkovci, vířnící a další).
Producenti:
• Cyanobakterie (sinice) vytvářejí tmavozelené až modrozelené povlaky na kamenech, přehradních hrázích a na osvětlených smáčených plochách vodárenských objektů. Stejně jako planktonní druhy, tvořící vodní květy na hladině nádrží, mohou do vody uvolňovat zdravotně závadné cyanotoxiny.
• Vláknité zelené řasy rostou na kamenitých podkladech v přítocích do vodních nádrží. V technologických linkách úpravy vody mohou tvořit nárosty stejně jako sinice na smáčených plochách, kam dopadá přímé sluneční záření. Představují zdroj potravy a vhodné prostředí pro četné nežádoucí vodní živočichy.
• Rozsivky jsou organismy s křemičitou schránkou, vyskytují se ve formě do hněda zbarvených nárostů na kamenech i na stěnách vodárenských objektů. K rozvoji jim stačí i slabší nepřímé osvětlení. Při rozkladu způsobují zápach připomínající rybinu.
Destruenti:
Bakterie : v podzemních vodách bohatých na železo žijí železité bakterie, které se při jejich vodárenském využití dostávají do provozních objektů, zarůstají a ucpávají potrubí, filtry aj. V rozvodných sítích mohou indikovat korozní procesy. Vláknité sirné baktérie (Beggiatoa, Thiothrix) se vyskytují ve vodách s nízkým obsahem kyslíku a dostatkem síry ve formě sulfanu (H2S). Indikují hnilobné procesy. Nárosty vláknité baktérie Sphaerotilus natans nacházíme v recipientech pod vyústěním nečištěných splašků a odtoků z přetížených ČOV.Nálezy těchto indikátorů organického znečištění v rozkládajících se vrstvách usazenin v neodkalitelných prostorech vodárenských usazovacích nádrží jsou alarmující.
Mikromycety (plísně) v přírodě i ve vodárenských objektech rozkládají různé rostlinné a živočišné zbytky. Vodní druhy se šíří vodní cestou, vlhkomilné vzdušnými proudy. Často je při HA nacházíme na úsadách vloček koagulantu v nedostatečně udržovaných provozních úpravárenských zařízeních, vodojemech apod. Četné druhy jsou hygienicky závadné, protože produkují toxiny a alergeny.
Konzumenti:
Prvoci: přisedlí nálevníci se stopkou – indikace je stejná jako u vláknitých bakterií
Bezobratlí živočichové: láčkovci, vodní houby a mechovky často zarůstají odběrové objekty a přívodní řady surové povrchové vody, množí se v jímkách pod čerpacími stanicemi. Odtud se pak mohou šířit do vodárenských zařízení a působit senzorické závady upravované vody, které se často ještě zvýrazní chlorací.

Vybrané bioindikátory ze společenstva bentosu:
Biocenóza se skládá z organismů, žijících v sedimentech tekoucích a stojatých vod. Její živočišnou složku dělíme na mikrozoobentos ( ploštěnky, hlístice, červi) a makrozooobentos (vyšší korýši, měkkýši a larvy hmyzu). Hlístice a máloštětinatci se běžně vyskytují v sedimentech a v nárostech v povrchových vodách, vajíčka se šíří vodní i vzdušnou cestou, množí se v biofilmech a kalech nedostatečně udržovaných vodárenských zařízení, vodojemů a koncových hydrantů.
Makrozoobentos je běžné oživení sedimentů povrchových vod, na němž je většinou založen biomonitoring a bioindikace kvality vody. Občas je zaznamenáno pomnožení larev pakomárů zejména ve vodojemech, kde létající dospělá samička po průniku ventilačním zařízením naklade na hladinu vajíčka, ze kterých se pak vyvinou bez oplození larvy. Vajíčka a malá vývojová stadia některých korýšů a měkkýšů mohou pronikat do vodárenských objektů vodní cestou ze zdrojů surové vody nebo se tam dostávat vnosem z ovzduší. Další údaje a obrázky vybraných bioindikátorů je možno nalézt v souborné publikaci /6/.

Obr.1a2 Larvy pakomára a stopkatí nálevníci

Využití HA při řešení závad v rozvodných sítích pitné vody:
Řada vodojemů a akumulačních nádrží v ČR je již zastaralá a kvalita betonu jejich vnitřních povrchů již neodpovídá požadované úrovni. Proto při HA nalézáme ve vzorcích stěrů částice rozdroleného betonu. Dalším kritickým bodem u starších vodojemů je často hydraulika nátoku, nedokonalé promíchání upravené vody s dezinfekčním činidlem a vznik mrtvých koutů, kde se obvykle pomnožují nežádoucí organismy. V neposlední řadě je častou slabinou objektů v rozvodných sítích neřízené proudění vzduchu rozbitými luxfery, zatékání plochou střechou a následný růst plísně na zdi, nechráněné ventilační otvory, rezavá zábradlí, odpadávající stropní omítka, aj. Toto všechno jsou potenciální příčiny zhoršení biologické stability upravené a dodávané pitné vody. Uvedené faktory jsou popsány v technickém doporučení „Konstrukční uspořádání, provoz a údržba vodojemů“ /7/.
Problematika vzdušné kontaminace vodárenských provozních zařízení a vodojemů byla souborně probrána na konferenci VODA Zlín 2005 /8/. Významnou možností jejího omezení je aplikace rounových textilií, které mají zajistit zamezení nežádoucího vniku biosestonu a abiosestonu do vodárenských objektů. První zkušenosti byly publikovány Vodárenskou akciovou společností, a. s. Neustálému zlepšování a optimalizování aplikace rounových textilií je potřebné se neustále věnovat. Díky vyzkoušeným postupům aplikace rounových textilií do větracích a ventilačních otvorů se eliminuje výskyt nežádoucích organismů a abiosestonu ve vodojemech a v akumulačních nádržích. Použití rounové textilie je závislé jednak na druhu textilie a jednak na době její expozice. Pro omezení vzdušné kontaminace jsou vhodné rounové textilie ze syntetických vláken, s malou plošnou hmotností, snadno prodyšné. Vhodné jsou textilie režné, nebarvené, neboť je snadnější kontrola vizuálního posouzení zanesení textilie. Doba expozice rounové textilie je individuální a závisí na lokalitě, ve které je použita. Zvýšenou pozornost je nezbytně nutné věnovat místům s nuceným tokem vzduchu, jako jsou odradonovací věže, aerační zařízení, ventilace na úpravnách vody apod.

Vztah HA k hlavním tématům současné konference:
Příprava optimalizace a modernizace provozů úpraven vod
HA se již mnohokrát osvědčil při hodnocení a optimalizaci tvorby suspenze, a to jak při laboratorních koagulačních zkouškách a v poloprovozních modelech, tak i v provozních zařízeních úpraven vody. Metody mikroskopického posuzování separační účinnosti vodárenské technologie, obsažené v TNV /2/, doporučují jako hodnotící kritéria stanovení počtu překročení stanovené velikostní meze mikroorganismů a stanovení počtu a velikostních kategorií vloček koagulantu.

Zdravotní zabezpečení pitné vody
Z výsledků dosud provedených HA vyplývá, že po biologické stránce není hygienické zabezpečení pitné vody v mnoha vodárenských soustavách uspokojivé. Nálezy živých organismů ve stěrech ze smáčených ploch objektů v rozvodných sítích a v koncových hydrantech svědčí o slabé účinnosti dezinfekčních činidel, o nedostatečné údržbě i o rezistenci četných vodních organismů vůči aplikovaným chemikáliím, které navíc ohrožují kvalitu pitné vody vedlejšími produkty dezinfekce. Při výhledovém provozování distribuční sítě bez zbytkového dezinfekčního činidla bude nutno věnovat mnohem více pozornosti ochraně zdrojů surové vody, optimalizaci separačních procesů v úpravě vody a zamezení možnosti sekundárního pomnožování mikroorganismů a tvorby biofilmů v rozvodných sítích.
V případech, kdy již dojde ke kalamitní situaci biologického původu, bude nutno změnit dosud běžně užívané potlačování nežádoucích organismů jednorázovými vysokými dávkami biocidních preparátů různého chemického složení. Z hygienických i ekologických důvodů bude nutno dát přednost mechanickým a fyzikálním metodám (aplikace tlakové vody, horké páry, ultrazvuku, UV záření). Při každém zákroku bude nezbytně nutno současně rychle a účinně odstraňovat uvolňující se umrtvenou biomasu tak, aby se nedostala do dalších částí technologické linky úpravy vody.

Závěr:
Perspektivy využití HA ve vodárenské i hygienické praxi jsou reálné. HA je především nepříliš nákladné a rychle proveditelné preventivní opatření, které zajišťuje optimalizaci provozu vodárenské soustavy zároveň s odhalením slabých míst a možností vzniku potenciálních problémů biologického původu. Opakované HA pak mohou dobře sledovat i účinnost navržených opatření a zabránit tak havarijním situacím s vysokými finančními dopady. Z uvedených důvodů je potřeba zajistit výchovu a další soustavné vzdělávání odborníků, schopných HA v praxi provádět.

Literatura:
1.Sládečková, A., Onderíková, V. : Hydrobiologický audit ve vodárenství. – Sborník konf. Modernizácia a optimalizácia úpravní vod v SR, Stará Lesná 2009, s. 93 – 96.
2.TNV 75 5940 Mikroskopické posuzování separační účinnosti vodárenské technologie. Hydroprojekt Praha, 1995, 13 s.
3.TNV 75 5941 Mikroskopické posuzování jakosti vody dopravované potrubím. Hydroprojekt CZ a.s., Praha, 2003, 28 s.
4.Sládečková, A., Pumann, P., Kožíšek, F.: Hydrobiologický audit jako jeden z vhodných nástrojů pro zpracování plánů pro zajištění bezpečnosti zásobování pitnou vodou. – Sborník konf. PITNÁ VODA, Trenčianske Teplice 2009, s. 143 – 150.
5.Sládečková, A., Pumann, P.: Případové studie využití hydrobiologického auditu v plánech pro zajištění kvality pitné vody. – Sborník konf. Vodárenská biologie, Praha 2010, s.29 – 35.
6. Sládečková, A., Šťastná, G.: Biologické hodnocení zdrojů znečištění a eutrofizace ve vodárenských povodích. – Sborník konf. VODA Zlín 2009, s. 33 – 38.
7. Konstrukční uspořádání, provoz a údržba vodojemů. Technické doporučení. Hydroprojekt CZ a.s., Praha, 2008
8. Sládečková, A.: Problematika vzdušné kontaminace vodárenských objektů. – Sborník konf. VODA Zlín 2005, s. 53 – 62.
9. Sládečková, A., Mergl, V., Kaupa, J., Pospíchal, M.: Poznatky s uplatněním rounové textilie ve vodárenství. – Sborník konf. VODA Zlín 2007, s. 69 – 74.

Ing.Jiří Palčík, Ph.D., ASIO, spol. s r.o., Tuřanka 1,627 00 Brno
Prof.RNDr.Alena Sládečková, CSc., VŠCHT a Poradenská činnost v oblasti ekologie, Praha
Ing.Václav Mergl, CSc. Vodárenská akciová společnost, a.s., Soběšická 151, 638 00 Brno

Tento článek byl již v plném znění publikován ve sborníku ke konferenci „MODERNIZÁCIA A OPTIMALIZÁCIA ÚPRAVNÍ VÔD“ (březen 2011).