Potlačení masového rozvoje sinic na "Brněnské údolní nádrži"

10. 10. 2013

Koupací sezóna na přehradě před rokem 2009 prakticky vůbec nezačala, protože voda na začátku prázdnin již nebyla vhodná ke koupání. Na základě těchto skutečností se přikročilo k návrhu opatření pro potlačení masového rozvoje sinic , která měla přispět k obnovení přehrady jako koupacího místa pro město Brno. Popis opatření zahrnovala již „Studie proveditelnosti k realizaci opatření na Brněnské údolní nádrži“ (autor: Blahoslav Maršálek). Konkrétní návrh opatření „ Aerace“ vodní nádrže a opatření „Dávkování solí železa na vtoku do nádrže“ byl technicky podrobně zpracován až v realizační dokumentaci firmou ASIO, spol. s r.o.. Projekt je hodnocen dvěma kritérii a to snížení množství sinic v sedimentech alespoň o 50 % a zvýšení koncentrace kyslíku v hloubce 1,0 m nade dnem na 2 mg/l. Nutno podotknout, že se jedná o projekt, který nemá v celosvětovém měřítku obdoby. Soubor všech navržených opatření funguje na BUN (Brněnská údolní nádrž) úspěšně jako celek a nelze použít jednotlivá opatření odděleně.

Navržená opatření:

Vápnění

Mezi první opatření, které bylo realizováno na nádrži v souladu s výše popsanou Studií proveditelnosti, bylo letecké ošetření obnažených břehů vápenným hydrátem. Cílem tohoto opatření bylo urychlení přirozené mineralizace organických sedimentů a redukce živin obsažených v sedimentech, tak aby se omezilo jejich využití sinicemi a dosáhlo se tak zlepšení hygienických podmínek v nádrži.

Upuštění nádrže – letnění

V roce 2009 se podařilo projednat a schválit mimořádnou manipulaci na vodním díle, spočívající ve snížení hladiny o cca 10 m . Od června se začala snižovat hladina až na kótu 219,00 m n.m. a to rychlostí zhruba 30 cm za den. V toto období byla na hladinu spuštěna speciální loď firmy ASIO vybavená provzdušňovacím zařízením a technologií pro sběr sinic.

Výměna rybí obsádky

Vzhledem ke snížené hladině v roce 2009 a  z toho vyplývající zvýšené aktivitě rybářů a záchrannému transferu ryb v roce 2008, došlo k významnému snížení obsádky bílých ryb. Do nádrže bylo navíc v roce 2010 a  2011 dodáno 4 400 ks štik a 12 500 ks candáta.

Dávkování síranu železitého na vtoku do nádrže

Dávkování PIXu 113 (což je obchodní název pro 41% roztok síranu železitého) na vtoku do nádrže mělo za úkol vysrážet fosfor přitékající do nádrže z povodí nad nádrží. Tato aktivita je velmi důležitá, protože prostřednictvím nízké dávky síranu železitého bylo dosaženo snížení fosforečnanů až o 96 %. Dávkování probíhalo kontinuálně od počátku května do konce září. Dávka síranu železitého se odvíjela od koagulačních testů a od nalezení optimální dávky síranu železitého v závislosti na snížení fosforu v toku a na vynaložených nákladech za chemikálie. Dávka PIXu byla též závislá na průtoku v řece, kde informace o průtoku byly přenášeny z limnigrafické stanice ČHMÚ, takže bylo možné reagovat okamžitě zvýšenou dávkou koagulantu v závislosti na stoupajícím průtoku. Celý systém dávkování běžel v automatickém režimu s přenosem informací on-line přes GPS s vizualizací a možností ovládání manuálně nebo automaticky přes internetové prostředí.

Projekt firmy ASIO „Dávkování síranu železitého na vtoku do nádrže“ byl oceněn organizací IWA – Mezinárodní asociací pro vodu v mezinárodní soutěži – čestným uznáním (Maršálek, Palčík).

Aerace

Aktivita aerace zajišťovala dostatečnou koncentraci kyslíku v celém vodním sloupci, konkrétně však v místech, kde dříve vznikalo bezkyslíkaté prostředí. Aeraci zabezpečuje 20 aeračních věží navržených (chráněno patentem) a vyrobených firmou ASIO, z toho 5 věží vybavených aerátorem a 15 věží s míchacími čerpadly. Věže jsou rovnoměrně rozmístěny v polygonu, který odpovídá rozsahu jejich působnosti. Napájení věží je zajištěno ze strojoven – kontejnerů rozmístěných na břehu hlavního jezera přehrady. Ve strojovnách je kromě rozvaděče s dotykovým panelem pro manuální ovládání jednotlivých věží umístěn i kompresor. Kompresor slouží k zásobování aerátoru vzduchem. Pro kontrolu účinnosti aerace jsou zařazeny i kontinuální sondy pro měření koncentrace rozpuštěného kyslíku s dálkovým přenosem dat. Veškeré ovládání aeračních věží (zapínání/vypínání) provádí operátor buď manuálně přímo na místě v jednotlivých kontejnerech, nebo vzdáleným přístupem přes internetové prostředí. Řídicí systém umožňuje i přenos SMS zpráv při definovaných stavech jako je výpadek proudu, porucha jednotlivých věží, či narušení objektu kontejneru neznámou osobou.

Instalace aeračních věží pod hladinu jezera

Dávkování PAXu do vodního sloupce

Dávkování polyaluminiumchloridu ze speciální chemické lodi firmy ASIO je navrženo jako opatření na eliminaci dostupných živin a vysrážení sinic z vodního sloupce. Jednalo se o záložní aktivitu pro případ, že by se koncentrace sinic v nádrži výrazně zvýšila i přes realizovaná opatření. V průběhu tří let byla koncentrace sinic tak nízká, že nebylo potřeba toto opatření spustit. Speciální chemické plavidlo je vybaveno technologií dávkování do hloubky cca 15 cm pod hladinou v šířce 10m. Aplikované množství je závislé na výsledku koagulačního testu, jehož výsledkem je optimální koncentrace pro koagulaci a dále pak je aplikované množství závislé na hloubce vodního sloupce a na rychlosti aplikační lodi. Projetá trasa je zaznamenána na GPS, takže lodivod má informaci o ošetřené ploše jezera. (Speciální chemická loď byla použita v předchozích letech i na jiných projektech).

Plavidlo pro aplikaci koagulantu do vodního sloupce

Sběr biomasy

Pro odstraňování biomasy vodního květu sinic z hladiny a zabránění jeho sedimentaci slouží technologie na principu mechanické separace. Technologie je založena na sběru biomasy z povrchu vodní hladiny a odseparování částic biomasy na mechanickém filtru. Opatření bylo navrženo opět jako záložní pro případ zvýšeného počtu buněk sinic přímo na vodní hladině. Sběr biomasy probíhal speciálním technologickým plavidlem firmy ASIO pouze několik dní v průběhu celých 3 let trvání projektu, jinak zásah nebyl zapotřebí.

Plavidlo pro separaci biomasy sinic

Monitoring

Monitoring byl prováděn průběžně po celou dobu realizace projektu. Kritéria projektu se sledovala v základním monitoringu prováděném v intervalu 14 dní a to v podélném a zároveň i v příčném profilu od přítoku až pod hráz VD Brno. Do tohoto monitoringu byly také zahrnuty všechny přítoky do nádrže. Byly sledovány fyzikálně-chemické ukazatele jakosti vody, kvantitativní a kvalitativní složení fytoplanktonu a zooplanktonu, chlorofyl, vliv aplikovaných přípravků na biotu (ryby) a jakost vody na koupacích místech. Čtyřikrát do roka byl prováděn monitoring sedimentu v podélném profilu nádrže. Druhou částí monitoringu bylo sledování chemického a ekologického stavu povrchové vody v rámci aplikačních opatření jako je srážení fosforu na přítoku síranem železitým. Tato část monitoringu byla prováděna jednou týdně.

Výsledky tříletého provozu

Z výsledků monitoringu je zřejmé, že Brněnská přehrada je po víceletém průběhu opatření proti sinicím z biologického i rekreačního hlediska v jednoznačně zlepšeném stavu. Tento stav je evidentní z hodnocení koupacích vod, které pravidelně provádí Krajská hygienická stanice ve čtyřech lokalitách nádrže. Před spuštění projektu byl každý rok během letní sezóny vydán zákaz koupání – hodnocení 5. Během projektu se hodnocení výrazně změnilo a nejčastější známkou byl stupeň číslo 1. Při srovnání fytoplanktonu je zásadní především změna společenstva. Do roku 2008 byly sinice vždy dominantou fytoplanktonu a jejich biomasa překračovala hygienický limit. Od roku 2009 dominanci převzaly rozsivky a sinice jsou zastoupeny pouze minoritně. Tento rozdíl je snadno zhodnotitelný také laicky pouhým okem.

Jako další ukazatel výrazného zlepšení stavu nádrže je množství buněk sinic v sedimentu oproti sezónám před realizací projektu. Množství inokula sinic v sedimentech se snížilo zhruba o 90 %, což bylo jedno z kritérií projektu, konkrétně o min. 50 % buněk sinic.

Druhým kritériem projektu je zvýšení koncentrace kyslíku 1,0 m nade dnem na 2 mg/l a to formou aerace. Data z měření poukazují na ovlivnění, která se projevují zvýšenými teplotami vody u dna nádrže a to o cca 2 - 4°C vyšší teploty než v letech minulých. Teplotní rozdíl mezi hladinou a dnem byl do roku 2008 zhruba 6 – 14°C v letních měsících a během projektu se rozdíl pohyboval v intervalu 1 – 3°C. Průběh vertikálního rozložení kyslíku je také rozdílný, během projektu byl pozvolnější a hodnoty koncentrací kyslíku jsou zvýšené. V profilu Hráz, s max. hloubkou nádrže 16 m , se před rokem 2008 koncentrace kyslíku pravidelně snižovala téměř na hodnotu anoxie již v hloubce 10 – 12 m . Od roku 2010 je v hloubce 15 m ( 1 m nade dnem) průměrná hodnota koncentrace kyslíku 3,7 mg/l.

Tabulka 1. Průměrné hodnoty koncentrace kyslíku 1 m nade dnem měřené v červenci a srpnu příslušného roku

V rámci monitoringu byla prokázána dobrá účinnost srážení fosforečnanů na přítoku do nádrže a to 90 – 96% v závislosti na velikosti dávky 20 – 60 mg/l síranu železitého. Ze sledovaných změn různých forem fosforu vyplývá, že v úseku nádrže od dávkování po Mečkov (cca 1 km pod srážením) dochází ke snížení koncentrací fosforu, což odpovídá mechanismu sedimentace železitých částic. Na lokalitě Mečkov vzrostla koncentrace celkového železa na 1,5 mg/l ve všech hloubkách. Železo rovnoměrně vyplnilo celé koryto a velmi dobře sráželo fosfor. Dále po toku již koncentrace železa klesala, tak jak probíhala sedimentace pevných částic a do hlavního jezera se již žádné měřitelné železo nedostávalo.

Zhodnocení a závěr

Závěrem lze konstatovat, že projekt má za sebou již 3 roky zdárného vývoje. Jak již bylo na začátku zmíněno, jedná se o ojedinělý projekt kombinace několika opatření, které fungují pouze jako jeden celek – nikoliv samostatně. Tříletý provoz prověřil jak rok suchý, tak vodný a i z hydrologického hlediska tzv. běžný rok. Cíl projektu byl úspěšně dosažen a došlo k naplnění obou kritérií projektu.

Výměna bílé ryby za dravce měla za následek zamezení rozrývání dnových sedimentů a tím zamezení uvolňování látek ze sedimentů do vodního sloupce. Podporou populací dravých druhů ryb, které kontrolují biomasu drobných planktonofágních druhů ryb, došlo ke snížení jejich vyžíracího tlaku a umožnění rozvoje populací filtrujícího zooplanktonu, který účinně omezuje rozvoj fytoplanktonu.

Aerace zajistila dostatečné prokysličení celého objemu (cca 12 mil m ³ ) hlavního jezera nádrže. Vlivem prokysličení došlo i k promíchání celého objemu hlavní nádrže a zrušení teplotní stratifikace. Rozdíl teplot mezi hladinou a dnem při průměrné hloubce 15m dosáhl 1 až 3 ^o  C. Prokysličení úspěšně obstálo i v extrémně suchém a teplém roce 2012.

Dávkování síranu železitého na vtoku do nádrže se zdá být velmi užitečnou metodou snižování fosforu v nádržích potažmo v tocích. Je to jedno z možných řešení managementu nádrže z hlediska snižování koncentrací fosforu z bodových a liniových zdrojů. Jak ukazuje projekt – je toto řešení i vysoce účinné - až 96%-tní účinnost odbourání fosforečnanů. Toto řešení samozřejmě ani v nejmenším nezbavuje povinnosti větších čistíren odpadních vod srážet fosfor na odtoku z ČOV. Následně pak by také mělo být i nadále dbáno na snižování vnosu fosforu do vodního toku v povodí nádrže.

Firma ASIO, spol. s r.o. má již několikaleté zkušenosti s ošetřováním povrchových vod. Na základě toho jsme schopni nabídnout při řešení problému se sinicemi ve vodních nádržích:

- studii současného stavu vodní nádrže, zmapování hlavních zdrojů vnosu znečištění a návrh řešení,
- monitoring,
- projektovou dokumentaci opatření,
- realizaci navržených opatření,
- provozování opatření.

Ing. Jiří Palčík, Ph.D., Ing. Roman Sládek