(©) Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí Vzorkování a základní chemické a biologické analýzy v hodnocení životního prostředí BIOLOGICKÁ ČÁST H* m ti_i (mi ^2^^ I S00,alnl- ^^^Bi^^™ MINISTERSTVO ŠKOLSTVÍ, OP Vzdělávaní' ,V,*ÍJ'. • ■^^^ ■ fondvCR EVROPSKÁ UNIE VI.ÁDCŽ; A TĚLOVÝCHOVY pro konkurenceschopnost MNA**- INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ Inovace tohoto předmětu je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky Hodnocení povrchových vod • dle WFD (Water Framework Directive) (2000)- nutné hodnotit kvalitu povrch, vod • několik možných přístupů: - indexy znečištění (saprobita) - index diverzity (Shannon&Weaver) - bioindikátory /^ß!~Vv Centrum pro výzkum f^^xSJ toxických látek V^fc>^/ v prostředí • znečištění vod je rozděleno do zón díky různé účinnosti samočisticích schopností povrchových vod (fyz, chem, bio) • zóny jsou charakterizovány- množstvím 02, organickou hmotou, produkty rozkladu a mineralizace Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí Hodnocení stavu povrchových vod - indexy znečištění Saprobní index - systém hodnocení stavu znečištění vodního toku dle společenstev (typ společenstva vykazující odolnost vůči urč. stupni znečištění „tolerance organismů vůči množ. organických látek/02" Saprobita - ukazatel množství organických látek (OL) ve vodním tělese Kategorie sapr. indexu kvality povrch, vod: -polysaprobní -nejznečištěnější voda , vysoké množství OL a bakterií, nedostatek 02 , anaerobní procesy - chybí obratlovci a-mesosaprobní - střední úroveň OL, málo 02 , maximální přirozené znečištění povrchových vod, anaerobní i aerobní procesy - výskyt méně náročných eukaryotů p-mesosaprobní - mírně znečištěná voda, obsah 02 dobrý, spíše aerobní procesy, výskyt živočichů typu pstruh, okoun oligosaprobní - OL a mikroorganismy skoro chybí, nadbytek 02, silně aerobní procesy - i náročnější živočichové (mihule) ^^^^^^^^ MH^^B^é (©) Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí Hodnocení stavu povrchových vod - indexy znečištění Klasifikace saprobit: • eusaprobita (E) - odpadní vody izosaprobita (i) například městské splašky metasaprobita (m) zahnívající městské splašky hypersaprobita (h) odpadní vody potravinářského průmyslu (jatka) ultrasaprobita (u) hustá odpadní voda, ve které ještě nezapočaly rozkladné procesy. Saprobní index S celého společenstva, který nám charakterizuje znečištění, je dán vztahem: • S= suma (h.si)/ suma h • kde h je abundance zjištěného organismu, s/je individuální saprobní index organismu • používán v Evropě (hlavně Stř. a V Evropa) Úskalí: determinace organismů do druhů, potřeba znát abundanci, omezené znalosti o ekologických nárocích druhu I Centrum pro výzkum toxických látek | v prostředí Hodnocení stavu povrchových vod - indexy diverzity • stresové faktory mohou ovlivnit strukturu společenstva • předpoklad, že narušení vod. ekosystému/společenstva povede ke snížení biodiverzity (stresorem je i znečištění) • index diverzity je založen na: - počtu objevených druhů (richeness) - četnosti individuí v rámci druhu (abundance) - druhové vyrovnanosti (evenness) (Shannon-Wiener index, Wilhm and Doris index) R pi-celkové množ. jedinců (celková biomasa) i-druhů R -počet druhů i=l (©) Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí Hodnocení stavu povrchových vod - indexy diverzity Výhody: - snadný výpočet - vhodné i pro 1 lokalitu (srovnání v čase) Nevýhody: - variabilita rozmanitosti i v nenarušené lokalitě (chybí referenční hodnota) ^ - všechny druhy stejná váha (nevhodné pro srovnání lokalit ve stejném čase) -> žádná EU země nepoužívá indexy diverzity jako národní standard biol. hodnocení vod /^^Vv Centrum pro výzkum f^^xSJ toxických látek V^fc>^/ v prostředí Hodnocení stavu povrchových vod - bioindikátory Planktonní druhy (fytoplankton, zooplankton) - kategorizace dle velikosti fyto/zooplankton -krátky živ.cyklus-rychlá odezva na změny v ekosystému (znečištění) fytoplankton - druhy snášející trofizované vody i druhy citlivé na organické/chemické znečištění • některé řasy - masivní rozvoj (zápach, hnilobné procesy, blokace filtrů - Cladophora, Spirogyra, Cyanobacteria) - pojmy: bentické řasy, perifyton, epifyton, epiliton • nutné vzorkovat v různých hloubkách na obou stranách toku Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí Název skupiny Velikost Příklady skupin Megaplankton > 2x10"2 m (20+ mm) živočichové 2x10-3> 2x10-2 drobní Makroplankton m (2-20 mm) živočichové drobní Mezoplankton 2x10"4> 2x103 m (0.2 mm-2 mm) živočichové Mikroplankton 2x10"5> 2x10"4 m (20-200 um) řasy, drobní korýši drobní prvoci a Nanoplankton 2x10"6> 2x10"5 m (2-20 Mm) řasy bakterie a drobní Pikoplankton 2x10"7> 2x10"6m (0.2-2 Mm) prvoci Femtoplankton < 2x10"7 m (< 0.2 pm) viry Hodnocení stavu povrchových vod - bioindikátory • princip: znečištění- ubývá málo tolerantních druhů->klesá bohatost společenstva • kvantifikace - stanovení biomasy (sušina, čerstvá váha) - stanovení chlorofylu a (spektrofotometricky) - počítání buněk/délka vláken (bude rozebíráno ve cvičení) Hodnocení stavu povrchových vod - bioindikátory • vodní makrofyta-jejich nepřítomnost může indikovat změny v kvalitě vody (zvýšený zákal, salinita, přítomnost herbicidů) • makrozoobentos (= bentos) - středně dlouhý živ. cyklus, celoživotní kontakt se sedimentem ^^^^F H - změny v morfologii, počtu, chování indikují změnu ve vod. ekosystému (lehké vzorkování, omezená pohyblivost) /^^Vv Centrum pro výzkum f^^xSJ toxických látek V^fc>^/ v prostředí Biologické rozbory - pitná voda (PiV) dle zákona 252/2004 Sb. má být PiV bez: chuti, zápachu, nebezpečných chemikálií, zákalu a mikroorganismů ohrožujících veřejné zdraví -> vymezeno hygienickými limity nutné pravidelné rozbory k ověření kvality PiV (četnost odběru dle počtu obyvatel a objemu vody v zás. oblasti) + výjimečné situace (přerušení dodávky >24h, po opravě havárie vodovodu, nový zdroj PiV,..) • zahrnuty i výdejní automaty a zdroje PiV mimo rozvodnou síť /^^Vv Centrum pro výzkum f^^xSJ toxických látek V^fc>^/ v prostředí Biologické rozbory - pitná voda (PiV)- četnost odběrů A. Minimální roční četnost odběru a rozsah rozborů vzorku pitné vody (mimo balené vody) Počet obyvatel zásobované oblasti (§ 2 písm. d)) při denní spotrebe 200 1 na osobu Objem vody rozváděné či produkované v zásobované oblasti (m3/den) V Roční počet vzorku pro krácený rozbor **) Roční počet vzorku pro úplný rozbor **) <50 < 10 1 1 za dva roky > 50 < 100 > 10 <20 2 1 > 100 :£ 500 > 20 <100 3 1 > 500 < 5 000 > 100 < 1 000 4 2 > 5 000 < 50 000 > 1 000 < 10 000 4 1 + 1 na každých 3 300 m'/den (včetně nedokončených) z celkového objemu > 50 000 < 500 000 > 10 000 < 100 000 + 3 na každých 1 000 m3/den (včetně nedokončených) z celkového objemu 3 + 1 na každých 10 000 m3/den (včetně nedokončených) z celkového objemu > 500 000 > 100 000 10 + 1 na každých 25 000 m3/den (včetně nedokončených) z celkového objemu (©) Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí Biologické rozbory - pitná voda (PiV) č. ukazatel jednotka limit typ limitu Vysvětlivky 1 Clostridium perfringens KTJ/lOOml 0 MH 1 2 enterokoky KTJ/100 ml 0 NMH KTJ/250 ml 0 NMH 2 3 Escherichia coli KTJ/100 ml 0 NMH KTJ/250 ml 0 NMH 2 4 koliformní bakterie KTJ/100 ml 0 MH 5 mikroskopický obraz -abioseston % 10 MH 3,4 6 mikroskopický obraz - počet organismů jedinci/ml 511 MH 3,4 7 mikroskopický obraz - živé organismy jedinci/ml 0 MH 3,5 8 počty kolonií při 22 °C KTJ/ml 200 MH 6 KTJ/ml 500 NMH 2 9 počty kolonií při 36 °C KTJ/ml 100 MH 7 KTJ/ml 20 NMH 2 10 Pseudomonas aeruginosa KTJ/250 ml 0 NMH 2 KTJ- kolonie tvořící jednotka NMH - nejvyšší mezní hodnota MH - mezní hodnota (©) Centrum pro výzku toxických látek v prostředí Mikrobiologické ukazatele Escherichia coli koliformní bakterie enterokoky Pseudomonas aeruginosa_ počty kolonii při 22°C a36°C Clostridium in , . perfngens Legionely Metoda CSN EN ISO 9308-1 ČSN EN ISO 9308-1 CSN EN ISO 7899-2 CSN EN 12780 ČSN EN ISO 6222 CSN ISO 11731 CSN ISO 11731 Vysvetlivky k tabulkám: 1. Stanovuje se u pitných vod upravovaných přímo z povrchových vod nebo u podzemních vod ovlivněných povrchovými vodami. Tam, kde hodnota tohoto ukazatele není dodržena, musí se prozkoumat daný vodní zdroj a technologii úpravy, aby se zjistilo, zda lidské zdraví neni potenciálne ohroženo přítomností patogenních mikroorganismů, např. kryptosporidií. Postup odpovědné osoby stanoví § 3 odst. 1 zákona č. 258/2000 Sb., ve znění zákona č. 274/2003 Sb. 2. Platí pouze pro balenou pitnou vodu. 3. Nedílnou součástí výsledku zkoušky jsou i další informace získané při mikroskopickém rozboru, které mohou přispět k interpretaci výsledků. Tento slovní popis obsahuje zejména složení přítomného abiosestonu (případně jeho možný původ), bližší zařazení přítomných organismů a jejich možný původ (surová voda, pomnožení v síti), jejich příslušnost k obtížně odstranitelným skupinám apod. V případě výskytu živých organismů u vod zabezpečených dezinfekcí je vždy nutné udat, o jaké organismy se jednalo. U podzemních vod se zaznamenává především přítomnost organismů vázaných na povrchové vody a organismů indikujících zhoršenou jakost vody. Podzemní voda s výskytem organismů vázaných na povrchové vody musí byt považována za vodu podzemní ovlivněnou vodou povrchovou (viz vysvětlivka 1). 4. Organismy zahrnované pod tento ukazatel se pro účely vyhlášky rozumí sinice a všechny eukaryontní organismy (řasy, prvoci, mikromycéty, vířnící, hlístice apod.). Mikroskopický nález masového výskytu organotrofhích bakterii (více než 100 bakterií/ml) je třeba posuzovat jako překročení MH ukazatelů č. 9, příp. č. 10. 5. Mezní hodnota platí pouze u vod zabezpečených desinfekcí. Živé organismy obsahující chlorofyl se odliší pomocí autofluorescence chlorofylu. Ostatní, pokud je to možné, podle dalších znaků (například pohyb, stav protoplastu). 6. Bez abnormálních změn. Pro náhradní zásobování; pro vodu dodávanou ve vzdušných, vodních a pozemních dopravních prostředcích a pro vodu z malých nedezinftkovaných zdrojů, produkujících méně než 5 m3 za den, platí mezní hodnota 500 KTJ/ml. 7. Bez abnormálních změn. Pro náhradní zásobování; pro vodu dodávanou ve vzdušných, vodních a pozemních dopravních prostředcích a pro vodu z malých nedezinfikovaných zdrojů, produkujících méně než 5 m3 za den, platí mezní hodnota 100 KTJ/ml. Biologické rozbory - pitná voda (PiV) Clostridium perfringens Nachází se ve fekáliích a odpadních vodách, jedná se o běžnou součást střevní flóry teplokrevných zvířat a člověka. V celé lidské populaci se dá nalézt u necelé čtvrtiny osob. Tvoří velmi odolné spory, které byly navrženy jako indikátor účinnosti filtrace a indikátor přítomnosti virů a prvoků v upravené vodě. Spory přežívají v prostředí mnohem déle než patogeny, proto slouží také jako indikátor staršího fekálního znečištění. Enterokoky Přítomné v odpadních vodách a fekáliích teplokrevných živočichů a člověka. Výjimečně se mohou některé druhy množit i v půdě a na rostlinné vegetaci, která nebyla nijak fekálně znečištěna. Je to indikátor fekálního znečištění. Escherichia coli Přítomná v odpadních vodách a fekáliích teplokrevných živočichů a člověka. V současné době nejlepší indikátor fekálního znečištění. Vzhledem ke své citlivosti k okolním vlivům indikuje čerstvé fekální znečištění. Koliformní bakterie Neškodné, saprofytické bakterie, osidlující střevní trakt, ale žijící běžně i v půdě. I přesto se mezi nimi mohou výjimečně vyskytnout i patogenní kmeny, které tvoří toxiny, mohou proniknout do tkání a způsobit přímo ohrožení zdraví. Dnes jsou považovány víceméně za indikátor účinnosti úpravy a dezinfekce vody, sekundární kontaminace či vysokého obsahu živin v upravené vodě. /^ß!~Vv Centrum pro výzkum f^^xSJ toxických látek V^fc>^/ v prostředí Biologické rozbory - pitná voda (PiV) Mikroskopický obraz - abioseston Abioseston je tvořen částicemi organického i anorganického původu. Může být složený například z částí rostlinných a živočišných tkání, z částic půdy nebo prachu, pylových zrn a produktů koroze. Abioseston v pitné vodě většinou pochází z rozvodného systému. Může se do pitné vody ale dostat i ze surové vody nebo kontaminací během distribuce. Výskyt některých částic, i méně zastoupených, může poukázat na původ kontaminace pitné vody. Mikroskopický obraz - počet organismů Mikroskopické organismy se do pitné vody dostávají buď ze surové vody, nebo se mohou do systému dostat sekundárně a následně se mohou množit v rozvodném systému. Ve vodě mohou indikovat špatnou účinnost její úpravy, kontaminaci podzemního zdroje nebo nízkou biologickou stabilitu. Mikroskopický obraz - živé organismy Platí to samé jako u předešlého ukazatele, ovšem s tím rozdílem, že se jedná pouze o organismy neusmrcené dezinfekčním činidlem. Ukazatel indikuje především špatnou účinnost dezinfekce. Počty kolonií při 22°C a počty kolonií při 36°C Jedná se o všudypřítomné bakterie, které se množí ve vodě za vhodných podmínek. Na jejich množení má vliv velký počet faktorů, mezi něž může patřit například doba zdržení vody v síti a s ní související faktory, jako je vyšší teplota vody, rychlost proudění vody nebo druh dezinfekčního prostředku. Vliv hrají i korozní produkty a sediment na stěnách a dně potrubí, kvalita materiálu, a především takzvaná biologická stabilita vody a přítomnost nutrientů, tedy uhlíku, fosforu a dusíku. /^^Vv Centrum pro výzkum f^^xSJ toxických látek V^fc>^/ v prostředí Biologické rozbory - teplá voda (TeP) A. Mikrobiologické a biologické ukazatele č. ukazatel jednotka limit typ limitu vysvětlivky 1 legionely KTJ/100 ml 100 víz vysvetlivka 2 1,2 2 počty kolonií při 36 °C KTJ/ml 200 MH 1 podobně je tomu i u mikrobiologických ukazatelů teplé vody pro účely osobní hygieny zaměstnanců navíc mykobakterie Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí Biologické rozbory - pitná voda (PiV) - ni - n< Clostridium perfrinsens (včetně spor): Postup stanovení; Membránová filtrace, po které následuje anaerobní kultivace membrány na m-CP agaru při 44 ± 1 °C po dobu 21 ± 3 hod. Počítá se četnost neprůsvitných žlutých kolonií, jejichž zbarvení přejde do růžová nebo červena po vystavení parám amoniaku po dobu 20 až 30 sekund. Agar m-CP má toto složení: Bazálni médium: tryptóza 30 g kvasnicový extrakt 20 g sacharóza 5 g hydrochlorid L-cysteinu 1 g MgS04.7H20 0,1 g bromkrezolová purpurová červeň 40 mg agar 15 g voda 1000 ml (ne Tyto součásti bazálního média se rozpustí, pH se upraví na 7,6 a médium se na dobu 15 minut umístí v autoklávu při 121 °C. Poté se médium nechá zchladnout a přidají se následující přísady: D- cycloserin 400 mg polymyxin B ve formě síranu 25 mg indoxyl-p-D-glukosid (předem rozpuštěný v 8 ml sterilní vody) 60 mg sterilně zfíltrovaný 0,5% fenolftalein difosforečnanový roztok 20 ml sterilně zfíltrovaný 4,5% FeC13.6 H20 2 ml bakterií z rukou h lahví s ly: médium aparaturu, iu (35°C, 24 h) jnismů ií filtru aniž by Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí Biologické rozbory - Odpadní vody (OV) nařízení vlády o ukazatelích a hodnotách přípustného znečištění povrchových vod a odpadních vod, náležitostech povolení k vypouštění odpadních vod - do vod povrchových a do kanalizací (61/2003), - do vod podzemních (416/2010) Tabulka 1A: Ukazatele a emisní standardy pro odpadní vody vypouštěné z jednotlivých staveb pro bydlení a rekreaci: Kategorie COY (EO)1'2 „lil"4 CHSKc, BSK5 N-NH4 NL Pedk Escherichia coli Enterokoky ■■ 10 150 40 20 40 10 - - 10-50 150 40 20 40 10 50 000 40 000 > 50 130 30 20 30 8 50 000 40 000 (©) Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí evropský sociální M|N|SJERSTVO gkol.sTvi, fond V CR EVROPSKÁ UNIE mládeže a tělovýchovy OP Vzdělávání pro konkurenceschopnost INVESTICE DO ROZVOJE VZDELÁVANÍ In Inovace tohoto předmětu je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky /^^Vv Centrum pro výzkum f^^xSJ toxických látek V^fc>^/ v prostředí