UTILIZATION OF SAPROBIC INDEX FOR EVALUATION OF QUALITY OF REMEDIATION OF OIL LAGOONS

Transkript

1 UTILIZATION OF SAPROBIC INDEX FOR EVALUATION OF QUALITY OF REMEDIATION OF OIL LAGOONS VYUŽITÍ SAPROBNÍHO INDEXU PRO HODNOCENÍ KVALITY SANACE ROPNÝCH LAGUN Monka Stavělová 1), Jana Říhová Ambrožová 2) 1) AECOM CZ, s.r.o., Trojská 92, Praha 7, Czech Republc, e-mal: 2) Insttute of Chemcal Technology Prague, Techncká 5, Praha 6, Czech Republc, e-mal: Abstract: The system of saprobty was used, among other methods, to assess the success of remedaton of ol lagoons. The assessed evaluated system conssted of four seres-connected natural reservors (lagoons No. 1 No. 4) and lake. To the frst lagoon No. 1 was ntroduced outflow of waste water and sludge from ol refneres, runoff from the lake led n to the recpent. Remedaton work conssted of partal excavaton of ol sludge from the lagoons No. 1 and No. 2 and ther subsequent stmulated bodegradaton n boples. In lagoons No. 3, No. 4 and n the upper part of the lake the aeraton was nstalled wth careful dosng macronutrents. In total, four samplng campagns were carred out n two years, always n the same perod - n sprng and autumn. Durng every campagn have been evaluated 30 samples of surface water and 30 samples of dross. Montorng ponts were the same n all the campagns and were evenly dstrbuted spatally. By hydrobologcal analyss whch s based on the determnaton of ndces of saprobty, has been proved that due to remedaton work a sgnfcant mprovement of the qualty of the water ecosystem happened, and the permanent change of alphamesosaprobty degree to worse (sometmes even better) beta-mesosaprobty degree. Usage of saprobty system proved to be very senstve and helped to reveal the "not granted" one day accdental escape from the refnery wastewater outlets, drectly nto the lake (by bypass) n summer between the thrd and fourth samplng campagns. The use of ndces of saprobty can be recommended as a sutable control method for the qualty assessment of remedaton work wth mpact on the qualty of water systems (lakes and streams) not only for remedaton companes but also to controllng nsttutons of state admnstraton. Saprobc ndex s measurable, t s a legally standardzed method and theoretcal prncple s understandable even for lay people nvolved n admnstratve proceedngs. Key words: Remedaton, ol lagun, Saprobty ndex, Bology evaluaton, surface water Abstrakt: Pro hodnocení úspěšnost sanace ropných lagun byl použt, kromě jných metod, systém saprobty. Hodnocený systém se skládal ze čtyř sérově zapojených přírodních nádrží a jezera. Do první nádrže byl zaveden odtok odpadních vod a kalů z ropné rafnére, odtok z jezera je zaústěn do recpentu. Sanační práce sestávaly z částečného odtěžení ropných kalů v nádržích No. 1a No. 2 a jejch následné stmulované bodegradace v boplech. V nádržích No. 3, No. 4 a horní část jezera byla nstalována aerace s opatrným dávkováním makronutrentů. Celkem byly realzovány vzorkovací kampaně ve dvou letech, vždy ve stejném období, na jaře a na podzm. Př každé kampan bylo hodnoceno 30 vzorků povrchové vody a 30 vzorků stěrů. Montorovací body byly ve všech kampaních stejné a byly prostorově rovnoměrně rozloženy. Na základě hydrobologcké analýzy založené na stanovení ndexů saprobty bylo prokázáno, že v důsledku sanačních prací došlo k významnému zlepšení kvalty vodního ekosystému a trvalé změně saprobty z alfa-mesosaprobního stupně do horší (místy až lepší) beta-mesosaprobty. Využtí systému saprobty se ukázalo jako velm ctlvé, umožnlo odhalt nepřznaný jednodenní havarjní únk odpadních vod z rafnére zaústěný přívodním kanálem přímo do jezera v létě mez třetí a čtvrtou vzorkovací kampaní. Využtí ndexů saprobty lze doporučt jako vhodnou kontrolní metodu pro hodnocení kvalty remedačních prací s dopadem na kvaltu vodních systémů (jezera a toky) nejen pro remedační frmy, ale pro kontrolní orgány státní správy.

2 Index saprobty má měřtelnou hodnotu, jedná se o legslatvně standardzovanou metodu a teoretcký prncp je srozumtelný pro laky, kteří se účastní správních řízení. Klíčová slova: Sanace, ropné laguny, saprobní ndex, bologcké hodnocení, povrchová voda 1. Úvod Na žádost zahrančního zákazníka byl pro hodnocení úspěšnost sanace ropných lagun použt, kromě jných metod, systém saprobty. Hodnocený systém se skládal ze čtyř sérově zapojených přírodních nádrží No. 1, No. 2, No. 3, No. 4 a jednoho jezera, do kterého byla přváděna voda z nádrží No. 1 až No. 4 cca 500 m dlouhou vodotečí. Do první nádrže No. 1 byl zaveden odtok odpadních vod a kalů z ropné rafnére. Odtok z jezera jž byl zaústěn do recpentu. Po celou dobu remedačních prací bylo nutné dodržovat na odtoku z jezera (koncový článek systému) přísné lmty odpovídající kvaltou běžné povrchové vodě a kontrolní vzorky byly v tomto proflu odebírány každý den. Remedační práce byly rovněž specfkovány zákazníkem a sestávaly v částečném odtěžení ropných kalů v nádržích No. 1 a No. 2 a jejch následné stmulované bodegradac v boplech. V nádržích No. 3, No. 4 a horní část jezera byla nstalována aerace s opatrným dávkováním makronutrentů. Do nádrží byly umístěny dočasné přepážky usměrňující tok vody a zároveň zabraňovaly šíření případně uvolněné LNAPL (plovoucí ropné látky) dále do systému. V současné době jsou k dspozc hydrobologcká data dvouletého sledování ze všech nádrží a jezera. Realzovány byly celkem čtyř vzorkovací kampaně, vždy ve stejném období, na jaře a na podzm. Př každé kampan bylo hodnoceno přblžně 30 vzorků povrchové vody a 30 vzorků stěrů. Montorovací body byly ve všech kampaních stejné a byly prostorově rovnoměrně rozloženy po celém sledovaném systému obrázek 1. Hydrobologcká analýza byla provedena na VŠCHT Praha a obsahovala mkroskopckou analýzu a stanovení ndexů saprobty všech odebraných vzorků v souladu s platnou českou legslatvou. Obr. 1: Posuzovaný ekosystém a umístění montorovacích bodů 2. Metodka prací 2.1 Odběry vzorků Vzorky vody a stěry boflmů z dostupných míst ze smáčených povrchů byly odebrány podle pokynů uvedených v normě ČSN EN Na místě odběru byly vzorky nakonzervovány Lugolovým roztokem, čímž se zajstla stálost vzorků pro následné hydrobologcké zpracování. Vzorky byly transportovány do hydrobologcké laboratoře v chladcích boxech. Vzorky byly odebrány ve čtyřech vzorkovacích kampaních 03/2010, 09/2010, 03/2011 a počátkem 10/2011. Montorovací body všech kampaní byly praktcky totožné vz obrázek 1.

3 Saprobní valence 2.2 Hydrobologcká analýza Každý vodní organsmus má specfcké požadavky na abotcké a botcké podmínky botopu. Př znalost těchto parametrů lze vodní ekosystém na základě výskytu organsmů, jako ndkátorů podmínek prostředí, klasfkovat. Od roku 1955 se pro potřeby ekologckého hodnocení stavu botopů používá systém saprobní valence, vyjadřující číselný záps Gaussovy křvky. Saprobní valence se vyjadřuje pomocí desetbodové stupnce (hodnoty na ose y) na základě statstckého vyhodnocení výskytu určtého druhu v hodnoceném vzorku č botopu. Čím vyšší četnost výskytu daného organsmu, tím vyšší hodnota na stupnc saprobní valence. Uvedená stupnce byla doplněna ndkační váhou druhu I, která je číselnou charakterstkou od 1 do 5 udávající charakterstku ndkátoru (výborný, střední, špatný). Bolog na základě zjštěného druhu organsmu (ndkátoru) a údaj o jeho zastoupení v bocenóze určí tzv. saprobní ndex S, který charakterzuje saprobtu vodního prostředí. Saprobní ndex dosahuje hodnot dle stupně čstoty č znečštění vod od -1 do +8. Saprobta má vztah k obsahu rozpuštěného kyslíku ve vodách, jehož procentuální množství souvsí s rozkladným procesy a dfuzí z ovzduší (peřejnaté a mechancky provzdušňované toky stojaté vody). Saprobní ndex S má vztah k hodnotě BSK 5, trof vody a souvsí s některým abotckým faktory (rychlost proudění), toxctou a popř. radoaktvtou. Saprobní ndex se vypočítá podle vztahu: S n S 1 n 1 h h I I kde S = saprobní ndex celého společenstva, S = ndvduální saprobní ndex, h = hojnost dle odhadové stupnce abundance, procento č kvanttatvní údaj (počet organsmů v 1 ml č na ploše 1 cm 2 ), I = ndkační váha druhu. Obr. 2: Stupnce saprobty a saprobního ndexu: Celkový rozsah stupnce saprobty od S = -1.5 po S = 8.5: k... katarobta S = -1.5 až -0.5 se středem S = -1.0, x... xenosaprobta S = -0.5 až +0.5 se středem S = 0.0, o... olgosaprobta S = 0.51 až 1.50 se středem S = 1.0,... -mezosaprobta S = 1.51 až 2.50 se středem S = 2.0,... -mezosaprobta S = 2.51 až 3.50 se středem S = 3.0, p... polysaprobta S = 3.51 až 4.50 se středem S = 4.0,... sosaprobta S = 4.51 až 5.50 se středem S = 5.0, m... metasaprobta S = 5.51 až 6.50 se středem S = 6.0, h... hypersaprobta S = 6.51 až 7.50 se středem S = 7.0, u... ultrasaprobta S = 7.51 až 8.50 se středem S = 8.0. Tab. 1: Odhadní stupnce hojnost h Výskyt slovně Výskyt v % Odpovídající hojnost Braun-Blanquetova stupnce Ojedněle Pod 1 % 1 1 Roztroušeně 1 % 3 % 2 2 Řídce 3 % - 10 % 3 Hojně 10 % - 20 % 5 3 Velm hojně 20 % - 40 % 7 4 Hromadně Nad 40 % 9 5

4 Nejčstší vodě odpovídá katarobta (k, hodnoty saprobního ndexu -1,5 až 0,5), nejhorší vodě ultrasaprobta, jedná se toxckou odpadní vodu bez přítomnost žvých organsmů (u, hodnoty saprobního ndexu 7,5 až 8,5). Katarobta odpovídá kvaltní ptné vodě. Xenosaprobta (x) se vyskytuje v pramenných úsecích, chladných horských bystřnách a odpovídá pstruhovému pásmu. Olgosaprobní vody (o) obvykle slouží pro vodárenské a rekreační účely a odpovídají pstruhovému a lpanovému pásmu. V posuzovaném ekosystému byla ndkována betamesosaprobta a alfamesosaprobta. Beta-mezosaprobta ( ) představuje vodu mírně znečštěnou, považuje se za nejlepší stupeň, kterého voda může dosáhnout př bologckém čštění odpadních vod. Lze zde zaznamenat bohatý přísun organckých látek ve formě mnerálních žvn vznklých rozkladem. V povrchových vrstvách vody nastává za příhodného osvětlení nadměrná fotosyntetcká asmlace fytoplanktonu, projevující se mkrobublnkam vzduchu. Tento fakt vede k posunutí uhlčtanovápennaté rovnováhy (nkrustace, zvýšení ph na hodnotu 9 až 11). V letním období se zde tvoří vegetační zabarvení (zákal) vody a vodní květ, pomnožuje se zde fyto- zooplankton. Alfamezosaprobta (a) se projevuje makroskopcky slným znečštěním, které je důsledkem vysokého přísunu organckých anorganckých látek. To vede k nadměrné produkc organsmů a následně k defctu kyslíku ve vodách. Polysaprobta (p) charakterzuje vody slně znečštěné, vysoký obsah organckých látek vede př jejch odbourávání často k vyčerpání kyslíku a krátkodobé anox. Odebrané vzorky volné vody a stěrů byly podrobeny hydrobologcké analýze. To znamená, že byl vyhodnocen mkroskopcký obraz, na jehož základě byly určeny druhy přítomných organsmů a četnost jejch výskytu. Ze získaných nformací byl vypočítán saprobní ndex každého vzorku vody a stěru, vše v souladu s Rámcovou směrncí 2000/60/ES, která je závazná. Vzorky stěrů (nárosty a sedmenty) obsahovaly významný podíl bosestonu, zjm. vlákna snc a zelených řas, bentcké druhy rozsvek. Proto byla kvantfkace výskytu organsmů ve stěrech a provedena na základě stupnce hojnost (abundance), která je pro případ klasckého nárostu vhodnější a zcela odpovídá požadavkům v návaznost na EU standardy (Rámcová směrnce 2000/60/ES). 3. Výsledky Z každého montorovacího bodu byl odebrán k hydrobologcké analýze vzorek vody a vzorek stěru. Bylo zjštěno, že v celém systému je poměrně bohaté druhové zastoupení. Celkem bylo dentfkováno 151 druhů ze 13 taxonomckých skupn: snce (12 pc.), skrytěnky (2 pc.), obrněnky (1 pc.), různobrvky (1 pc.), zlatvky (1 pc.), rozsvky (33 pc.), zelené řasy (52 pc.), krásnoočka (24 pc.), baktere (4 pc.), mkromycety (1 pc.), prvoc (12 pc.), mnohobuněčné organsmy (7 pc.), makrofyta (1 pc.). Z každého vzorku vody stěru byl vyhodnocen mkroskopcký obraz a vypočítán saprobní ndex, příklad výstupu mkroskopcké analýzy z jednoho montorovacího bodu vz tabulky 2 a 3. Pro každý montorovací bod byl vypočítán průměrný saprobní ndex S ze saprobního ndexu vody a saprobního ndexu stěru. Pro každou vodní nádrž byl vypočten průměrný saprobní ndex ze všech montorovacích bodů umístěných v posuzované nádrž. Příklady vyhodnocení dat z nádrže No. 4 a jezera jsou uvedeny na obrázcích 3. a 4.

5 Tab. 2: Příklad výstupu hydrobologcké analýzy vody (montorovací bod D3-C v blízkost aerace) Lokalta: nádrž No. 3 Místo odběru: D3-C Datum odběru: Datum rozboru: až Typ vzorku: volná voda Úprava a vyhodnocení vzorku: centrfugace 10 ml promíchaného vzorku, stanovení mkroskopckého obrazu dle ČSN a 13, stanovení saprobního ndexu S dle ČSN Taxon/skupna Snce (Chroococcus lmnetcus, Pseudanabaena lmnetca, Mersmopeda glauca, Phormdum tenue) Rozsvky (Gomphonema olvaceum, Coccones pedculus, Navcula pupula, Navcula gregara, Navcula cuspdata, Navcula cryptocephala, Ntzscha paleacea, Ntzscha acculars, Ntzscha actnastrodes) Zelené řasy (Monoraphdum arcuatum, Monoraphdum grffth, Coelastrum mcroporum, Closterum acerosum, Chlamydomonas smplex, Schroedera setgera, Pandorna morum, Eudorna llosenss, Oocysts lacustrs, Scenedesmus acumnatus, Sc. alternans, Sc. dmorphus, Sc. quadrcauda, Sc. opolenss, Sc. oblquus, Stchococcus mnutus, Pteromonas angulosa) Krásnoočka (Euglena sprogyra, Lepocncls texta, Lepocncls ovum, Phacus orbculars, Phacus pyrum, Trachelomonas hspda, Trachelomonas planctonca, Trachelomonas volvocna) Počet org./ml Abundance skupny Bčíkovc (Desmarella monlforms) Organsmy celkem: org./ml Saprobní ndex: 2,19 Tab. 3: Příklad výstupu hydrobologcké analýzy stěru (montorovací bod D3-C v blízkost aerace) Lokalta: nádrž No.3 Místo odběru: D3-C Datum odběru: Datum rozboru: až Typ vzorku: nárosty a stěry Úprava a vyhodnocení vzorku: stanovení mkroskopckého obrazu dle ČSN , stanovení saprobního ndexu S dle ČSN Taxon/skupna Abundance skupny Snce (Oscllatora lmosa, Phormdum breve, Pseudanabaena catenata) 2 Rozsvky (Gomphonema olvaceum, Navcula pupula, Navcula captata, Navcula cuspdata, Navcula cryptocephala, Ntzscha paleacea, Ntzscha acculars, Ntzscha actnastrodes) Zelené řasy (Monoraphdum arcuatum, Mo. grffth, Coelastrum mcroporum, Chlamydomonas smplex, Schroedera setgera, Pandorna morum, Eudorna llosenss, Oocysts lacustrs, Scenedesmus acumnatus, Sc. alternans, Sc. dmorphus, Sc. quadrcauda, Sc. opolenss, Sc. oblquus, Stchococcus mnutus, Pteromonas angulosa, Sprogyra) Nálevníc (Carchesum polypnum, Vortcella convallara) 5 Poznámky k rozboru: Ve vzorku přítomna Lemna mnor. Saprobní ndex: 2,29 7 3

6 Obr. 3: Vývoj saprobních ndexů u nádrže No. 4 Z uvedených dat pro nádrž No. 4 je patrné, že směrem od přítoku (D4-n) k odtoku (D4-out) se zlepšuje kvalta vody (modré sloupce) stěrů (hnědé sloupce), zároveň jsou hodnoty saprobních ndexů větší na počátku vegetační sezóny (etapy I. a III.) než na jejím konc (etapy II. a IV). Nejhorší stav byl zaznamenán v etapě I (jaro 2010), nejlepší v etapě IV (podzm 2011)- vz graf průměrných saprobních ndexů S (voda + stěr pro dané montorovací body). Lze tedy konstatovat, že realzované sanační práce, měly poztvní efekt a došlo ke zlepšení kvalty posuzovaného ekosystému nádrže No. 4. Vývoj hodnot saprobních ndexů vody stěrů z jezera (obrázek 4) vykazuje poztvní trend a zřejmé zlepšení v porovnání s etapou I. Avšak ve srovnání s etapam II a III byly, během posledního montorngu (etapa IV), nalezeny horší hodnoty saprobních ndexů. U některých vzorků byl zaznamenán zápach po ropných produktech. Toto zjštění je v logckém rozporu s výrazným zlepšením v systému nádrží No. 1 - No. 4, který je zdrojovým bodem pro jezero. Následně bylo zjštěno, že dne došlo k havarjní stuac v rafnér a kontamnovaná voda s fází na hladně byla přívodním kanálem zaústěna přímo do jezera (mmo systém nádrží No. 1-No. 4). Fáze ulpěla na stvolech rostln a př poklesu hladny v jezeře se kontamnace negatvně projevla nejvíce v bodě S-D, kde je mírný sklon břehu a ropné látky tak pokryly největší plochu. Obr. 4: Vývoj saprobních ndexů vodní nádrže Jezero Vývoj průměrných hodnot saprobních ndexů za jednotlvé nádrže od etapy I. po etapu IV. je přehledně zpracován v tabulce 4. První část tabulky je věnována vodě, druhá stěrům a třetí celkové průměrné hodnotě saprobního ndexu z vody a stěrů. Data z poslední část tabulky jsou podkladem pro obr. 5, podle kterého byly vyvozeny souhrnné závěry hydrobologcké analýzy posuzovaného vodního ekosystému.

7 Tab. 4: Vývoj průměrných saprobních ndexů jednotlvých nádrží pro vodu, stěr a celkem VODA - Průměrný saprobní ndex I.-IV. etapa Vzorkování 11.III IX III.11 4.X.11 No.1 2,58 2,21 2,24 2,09 No.2 2,62 2,11 2,25 2,15 No.3 2,40 1,97 2,22 2,14 No.4 2,45 1,99 2,25 2,03 Jezero 2,32 2,04 2,25 2,25 STĚR - Průměrný saprobní ndex I.-IV. etapa Vzorkování 11.III IX III.11 4.X.11 No.1 2,51 2,27 2,38 2,26 No.2 2,58 2,30 2,29 2,23 No.3 2,43 2,17 2,28 2,21 No.4 2,38 2,34 2,31 2,06 Jezero 2,43 2,30 2,22 2,27 SOUHRN - Průměrný saprobní ndex I.-IV. etapa Vzorkování 11.III IX III.11 4.X.11 No.1 2,55 2,24 2,31 2,18 No.2 2,60 2,20 2,27 2,20 No.3 2,41 2,07 2,24 2,18 No.4 2,42 2,16 2,28 2,05 Jezero 2,38 2,17 2,24 2,26 Z grafu Vývoje průměrných hodnot saprobních ndexů je jednoznačně patrný poztvní trend a významné zlepšení kvalty celého ekosystému za hodnocené období III/2010 až X/2011. Zároveň je patrný negatvní vlv haváre v květnu 2011 v jezeře na vývoj kvalty tohoto subsystému. To dokazuje vysokou ctlvost použté hodnotící metody. Podkladem tohoto grafu jsou data ze třetí část tabulky 4. Obr. 5: Vývoj celkových saprobních ndexů pro jednotlvé nádrže 4. Závěr Z výsledných dat je zřejmé, že v důsledku remedačních prací došlo k významnému zlepšení kvalty vodního ekosystému a trvalé změně saprobty z alfa-mesosaprobního stupně do horší a místy až lepší beta-mesosaprobty. Využtí systému saprobty se ukázalo jako velm ctlvé, umožnlo odhalt nepřznaný jednodenní havarjní únk odpadních vod z rafnére zaústěný přímo do jezera v létě mez třetí a čtvrtou vzorkovací kampaní. Využtí ndexů saprobty lze doporučt jako vhodnou kontrolní metodu pro hodnocení kvalty remedačních prací s dopadem na kvaltu vodních systémů (jezera a toky) nejen pro remedační frmy, ale pro kontrolní orgány státní správy. Index saprobty má měřtelnou hodnotu, jedná se o legslatvně standardzovanou metodu a teoretcký prncp je srozumtelný pro laky, kteří se účastní správních řízení.

8 Lteratura: Směrnce 2000/60/ES Evropského parlamentu a rady z ustavující rámec pro čnnost Společenství v oblast vodní poltky: 41 pp. ČSN EN Jakost vod. Odběr vzorků. Část 2: Pokyny pro způsob odběru vzorků.- ČNI Praha (1995). ČSN EN Jakost vod. Odběr vzorků. Část 3: Pokyny pro konzervac vzorků a manpulac s nm.- ČNI Praha (1996).ČSN ISO Jakost vod. Odběr vzorků. Část 12: Pokyny pro odběr vzorků dnových sedmentů.- ČNI Praha (1997). ČSN Jakost vod. Bologcký rozbor. Stanovení bosestonu.- ČNI Praha (2002). ČSN Jakost vod. Bologcký rozbor. Stanovení abosestonu.- ČNI Praha (1998). ČSN Jakost vod. Bologcký rozbor. Stanovení nárostů.- ČNI Praha (1998). ČSN Jakost vod. Bologcký rozbor. Stanovení saprobního ndexu.- ČNI Praha, Ambrožová J. (2001): Aplkovaná a techncká hydrobologe.- Skrptum VŠCHT Praha: 226 pp. ISBN vydání, AA 22,77. Ambrožová J. (2003): Aplkovaná a techncká hydrobologe.- Skrptum VŠCHT Praha: 226 pp. ISBN vydání, AA 21,70. Hndák F., Komárek J., Marvan P. & Růžčka J. (1973): Kľúč na určovane výtrusných rastlín. I. Del: Rasy.- SPN Bratslava: 396 pp. Sládeček V. & Sládečková A. (1996): Atlas vodních organsmů se zřetelem na vodárenství, povrchové vody a čstírny odpadních vod. 1. díl: Destruent a producent.- ČVTVS Praha: 351 pp. Sládeček V. & Sládečková A (1997): Atlas vodních organsmů se zřetelem na vodárenství, povrchové vody a čstírny odpadních vod. 2. díl: Konzument.- ČVTVS Praha: 358 pp.