Kvalita povrchových vod

Transkript

1 Kvalita povrchových vod 4. Anorganické znečištění, těžké kovy, specifické organické látky, radioaktivita Ostatní základní chemické ukazatele Sloučeniny síry Vápník Halogeny Chlor Fluor Sloučeniny síry Ze sloučenin síry se v povrchových vodách vyskytují nejvíce sírany. Jejich přirozený výskyt je často vázán na geologické podloží Z hlediska jakosti vody ani z hlediska hygienického nemají velký význam. Sírany Agresivní reakce vůči betonu - význam pro hodnocení potenciálních rizik pro regulační objekty na toku a vodní stavby. Obdobně agresivním způsobem reagují při styku s betonem i sulfany a to od koncentrací již 1 mg/l. Sulfany působí toxicky na ryby a vodní organismy; jejich výskyt je však odhalitelný díky přítomnosti charakteristického zápachu, který se uvolňuje již při daleko nižších koncentracích. Sírany - zdroje Sírany výskyt v povrchových vodách Průmyslové odpadní vody Důlní vody Atmosférické depozice Odrážejí emise ze spalování fosilních paliv, zejména energetickým průmyslem. Jakub Langhammer,

2 Sírany zdroj depozice síry Vápník a hořčík Vápník a hořčík nejdůležitější kationty v povrchových vodách Výskyt jako Ca 2+ a Mg 2+ Zdroj vyluhování z hornin: Vápenec (CaCO 3 ) Dolomit (CaCO 3 ) Magnezit (MgCO 3 ) Sádrovec (CaSO 4. 2 H 2 O) další pramen: MŽP: Revize vymezení ekologicky narušených oblastí (1998) Vápník Vyšší obsah spojen s vysokou koncentrací rozpuštěného CO 2 Tradiční využití hodnocení tvrdosti vody Tvrdost nejčastěji součet koncentrací Ca a Mg ve vodě. Německý stupeň 1 N = 10 mg CaO / 1 l vody Problém přisouzení stejných vlastností vápníku i hořčíku Vápník zanášení potrubí, hořčík ne Hořčík agresivní na beton, vápník ne Vápník Poměr Ca : Mg V přírodních vodách zpravidla vyšší obsah vápníku V hydrogenuhličitanových vodách s konc. RL < 500 mg/l poměr 4:1-2:1 U některých minerálních vod obsah hořčíku naopak vyšší (Šaratice, Zaječická) Ohřívání vody vylučovánícao zanášenípotrubí a zařízení Vápník - výskyt Hořčík Agresivní vůči betonu koroze vodních staveb Pro člověka význam v pitné vodě Významně ovlivňuje zdraví člověka Psychika regulace stresu Regulace srdečního rytmu Antialergickéúčinky Nedostatek křeče, bolesti kloubů, bušení srdce Nadměrné dávky laxativní účinky Jakub Langhammer,

3 Halogeny Chlor Fluor Brom Jód Halogeny Přirozený zdroj halogenů ve vodách, zejména chloru a fluoru - minerální látky. Vpřírodních, antropogenně nezatížených vodách koncentrace halogenů bývají minimální Pokud se v tocích vyskytují ve větších množstvích, jedná se zpravidla o antropogenní zatížení především průmyslovými odpady. Chlor, chloridy (Cl - ) V přirozených povrchových vodách pouze ve velmi nízkých množstvích Chlor - zdroje Komunálníodpadní vody Člověk vyloučí močí přibližně 9 g chloridů za den. Vyšší koncentrace mohou být důsledkem vyplavování z oblastí těžby kamenné nebo draselné soli. Podstatná část chloridů, které nacházíme v povrchových vodách pochází z antropogenních aktivit. Zemědělství živočišná výroba Močůvka -vysoké koncentrace chloridů. Chemický průmysl Doprava Zimní chemický posyp komunikací. Chlor v pitné vodě Chlor - výskyt Prostředek pro zabezpečení bakteriální nezávadnosti pitné vody. Chlor působí jako prudké okysličovadlo a na usmrcení organismů proto stačí jeho relativně malé množství. Nutnost zabezpečit hygienickou nezávadnost vody ve všech částech vodovodní sítě aplikováno vždy vyšší množství chloru tak, aby bylo zaručeno pokrytí celého systému a aby v pitné vodě bylo vždy přítomno určité množství zbytkového chloru. Minimálnínutné koncentrace chloru u spotřebitele nejméně 0,05 mg/l nejvýše 0,3 mg/l. Jakub Langhammer,

4 Fluor Koncentrace fluoridů v povrchových vodách bývá obvykle malá -na úrovni desetin mg/l a méně. Fluor Z hygienického hlediska mohou být fluoridy, přítomné v pitné vodě příčinou zdravotních obtíží. Pozaďová zátěž-vyluhování z minerálů Při nedostatku - nadměrná kazivost zubů Antropogenní zdroje Chemický průmysl Atmosférická depozice. Fluor ve srážkové vodě přítomen díky emisím ze spalování fosilních paliv, zejména energetickým průmyslem. V případě nadměrných koncentrací -chronické onemocnění fluoróza, projevující se skvrnami na zubech, v kritických případech i změnami v kostech. Fluor - výskyt Anorganické látky výskyt v povrchových vodách Mediány Kvantily (v potocích) Složka Det. Jednotka limit Potoky Řeky Nádrže 25% 75% 85% 99% ph Vodiv ost us/cm NO3- mg/l SO42- mg/l Cl- mg/l F- mg/l Ca mg/l Počet vzorků Ukazatele znečištění E. Těžké kovy Těžké kovy Jako těžké kovy označujeme skupinu kovů, jejichž hustota je vyšší než 5 t/m3. Většina z nich je jako stopové prvky, tj. ve velmi malém množství, potřebná pro životní pochody organismů, ve vyšších dávkách však na organismy působí toxicky. Prakticky vždy se vyskytují v různých sloučeninách, jako prvky je nacházíme velmi zřídka. Jakub Langhammer,

5 Těžké kovy - výskyt V povrchových vodách se kovy obecně vyskytují prakticky vždy, díky vazbě na geologické podloží. K vlastnímu obohacení vody dochází při jejím styku shorninou. V místech rudných nalezišť tak mohou koncentrace jednotlivých kovů dosahovat i značných hodnot. Nadměrným výskytem TK v povrchových vodách - vždy zapříčiněný antropogenními zdroji. Hlavním zdroje - průmysl těžby a zpracování rud, úpravy kovů, chemický průmysl, spalování fosilních paliv, doprava, atmosférický spad. Těžké kovy - toxicita Nebezpečí pro člověka Přímá toxicita Akumulace v biomase organismů Schopnost akumulace v sedimentech Sedimenty představují tvoří jedno z nejdůležitějších úložišť pro TK, vypouštěné do vodních toků. Více než polovina těžkých kovů, vypouštěných do toků se z vodní fáze alespoň přechodně usadív sedimentu. Kumulace škodlivin v sedimentech je nesrovnatelně vyšší než ve vodní fázi. (Př.: PovodíLabe: koncentrace rtuti na sledovaných profilech byla více než tisíckrát vyššínež ve vodě, u kadmia dokonce až desettisíckrát.) Těžké kovy - toxicita Nebezpečí kontaminace sedimentů -za určitých podmínek může dojít k remobilizaci kovů a sedimenty se tak stávají zdrojem silného znečištění. Obsah těžkých kovů v povrchových vodách v České republice v období po roce 1990 postupně klesá. Mezi roky 1992 a 1994 tak například koncentrace rtuti v sedimentech Labe poklesly o necelých 40%, u kadmia o 28%, u chromu a zinku o více než 30% (Výsledky výzkumu Labe , 1997). Přesto však existujíúseky toků, kde zůstávajíkritické koncentrace TK. V českém povodílabe - Bílinu (Hg, Zn), Litavka a Rakovnický potok (Pb, Zn), Úhlava (, Hg). Těžké kovy Olovo Rtuť Kadmium Beryllium Ostatní těžké kovy Zinek Měď Železo Olovo (Pb) V přírodě je jeho přirozený výskyt omezený, může být vázán na důlní vody, ale z hlediska jakosti vody nemá praktický význam. Pro výskyt v povrchové vodě jsou rozhodující zdroje antropogenního znečištění. Olovo účinky na člověka Chronická otrava Akutní otrava prakticky vyloučena Poškození mozku, změny psychiky Zbrdění vnímání, nízké IQ postižených dětí Max přípustné koncentrace: Pitná voda 0,05 mg/l Vodárenské toky 0,05 mg/l Ostatní toky 0,5 mg/l Jakub Langhammer,

6 Olovo zdroje Olověné trubky na pitnou vodu chronické otravy olovem v Teplicích-Šanově a Lipsku ve 30. letech. Automobilová doprava Pb používáno jako antidetonační příměs do automobilových benzinů. Z emisí výfukových plynů se olovo usazuje v těsné blízkosti silnic, odkud je následně vyplachováno při srážkách do vodních toků. Extrém Londýn (1966) při srážkách koncentrace Pb v dešťové vodě až0,46 mg/l Olovo zdroje Průmysl Chemický průmysl Hutníprůmysl Elektrotechnický průmysl Polygrafie Vyluhování z olověné rudy oblasti těžby Příbramsko Krušné hory Aktivace TK při povodních 2002 Olovo - výskyt Kadmium () Kadmium - silně toxické pro živé organismy. Kumulace v biomase, zesiluje toxické účinky jiných kovů. V přírodních vodách se vyskytuje v koncentracích na úrovni jednotek až desítek mikrogramů na litr. Ve vyšších koncentracích se vyskytuje v okolí rudných ložisek, doprovází výskyt zinku. V kyselých podzemních vodách v okolí Kutné Hory byly zjištěny koncentrace kadmia dokonce až 80 mg/l. Kadmium - zdroje V převážné většině případů je výskyt kadmia v povrchových i podzemních vodách spojen s antropogenním znečištěním. Hlavnízdroje - chemický průmysl, průmysl polygrafický, úpravny kovů. Kadmium se může rovněž vyluhovat z plastů, použitých na rozvodné potrubí. Podstatný díl zátěže kadmiem připadá i na atmosférické depozice. Kadmium se do atmosféry uvolňuje při spalování fosilních paliv, zejména nekvalitního uhlí, olejů, plastů či odpadů. Kadmium působení na člověka V lidském organismu působí kadmium dlouhodobě a způsobuje těžké zdravotní poruchy Neplodnost Anémie Nesnesitelné bolesti svalů Odvápněníkostía jejich zkracovánía vysoká lámavost (zkráceníkostry až o 30 cm) Karcinogenníúčinky Onemocnění na základě intoxikace kadmiem bylo poprvé popsáno v 60. letech v Japonsku označováno itai-itai. Jakub Langhammer,

7 Kadmium - výskyt Kadmium - výskyt Litavka mg/l Rtuť (Hg) Rtuť patří k látkám se silně toxickými účinky na živé organismy. V přírodních, antropogenně neznečištěných povrchových a podzemních vodách se vyskytuje ve velmi malých množstvích Výjimku může tvořit vyplavování do podzemních vod v oblastech nalezišť rumělky. Výskyt rtuti v povrchových vodách je tak zpravidla spojen s antropogenní činností. Rtuť -výskyt Hodnoty ve vodách Přírodní neznečištěné vody setiny ug/l Vltava, Želivka 0,01 0,03 ug/l Splaškové odpadní vody jednotky ug/l Odpadní vody chem. průmyslaž mg/l Pitnávoda 0,001 ug/l Vodárenskétoky 0,0001 ug/l Ostatnítoky 0,005 mg/l Ve většině případů data pod mezístanovitelnosti 0,1 ug/l Rtuť -zdroje Chemický průmysl Synthesia Semtín 1995 podíl na celkových emisích rtuti do celého toku Labe včetně jeho německé části 19,2%, spolu se SpolchemiíÚstínad Labem pak dokonce 73,3% Kovozpracující průmysl, elektrolýza Zemědělství Využitína pesticidy a fungicidy Vypouštění nefiltrovaných odpadních vod ze zubních laboratoří, kde se rtuť využívá při přípravě amalgamu. (Tůma 1998 Svratka pod Brnem) Rtuť účinky na člověka Prudce toxické Paralýza končetin, ztížená řeč, snížená viditelnost, otrava často končísmrtí Vysoká schopnost akumulace v biomase Velmi pomalu se vylučuje z lidského organismu Kumulace v tkáních živočichů Případ otravy rtutí z rybího masa Japonsko, 50. léta Minamata, Niigata Ukládání v sedimentech Možnost reaktivace sedimentů povodně aj. Jakub Langhammer,

8 Rtuť emise v povodí Labe Vývoj emisí Hg z hlavních průmyslových zdrojů Rtuť a kadmium v našich řekách Labe-Děčín roční odnos Hg a t/r Hg Pramen: MKOL Hg Zdroje Rtuti a kadmia v našich řekách Beryllium (Be) Vysoce toxické Karcinogenní Vleklá otrava -berylióza, postiženy plíce, 10% úmrtnost Původ průmysl Jaderné reaktory moderátor Výroba raketových paliv Metalurgie Zdroj: MŽP Nejdynamičtější nárůst spotřeby mezi TK 7-10 x rychlejší růst spotřeby v průmyslu než u ostatních toxických TK Ostatní těžké kovy Zinek Měď Železo Zinek (Zn) Pro člověka prakticky nezávadný, ani vyšší koncentrace nezpůsobuje onemocnění, naopak pravidelné užívání posiluje imunitu, působí pozitivně na hojení zranění. Toxický pro ryby a vodní organismy přísnější limity na povrchové vody než na vodu pitnou Při koncentracích mg/l způsobuje svíravou chuť vody Jakub Langhammer,

9 Zinek hodnoty Zinek - výskyt V přírodních vodách koncentrace mg/l Kyselé vody z rudných dolů až g/l Limity Pitnávoda 5 mg/l Vodárenskétoky 0,05 mg/l Ostatnítoky 0,1 mg/l Měď (Cu) Přírodní výskyt oxidace sulfidických rud Antropogenní zdroje odpadní vody z povrchové úpravy kovů Pro člověka nezbytný prvek doporučená spotřeba 2-5 mg /den Toxicita při vyšších dávkách omezená Nekumuluje se v organismu tak snadno jako Hg, Pb a. Měď Měď toxická pro vodní organismy Toxicita na řasy algicidní preparáty Při použitínebezpečísouběžné otravy ryb, které jsou citlivější Hodnoty ve vodách Přírodní povrchové vody jednotky ug/l Důlnívody až desítky mg/l Pitnávoda limit 0,1 mg/l Vodárenskétoky 0,05 mg/l Ostatnítoky 0,1 mg/l Měď -výskyt Železo (Fe) Z hygienického hlediska nevýznamné Přítomnost v povrchové a pitné vodě způsobuje technické a estetické závady, neovlivňuje však kvalitu vody a její poživatelnost. Chuťové závady od koncentrací 0,5-1,5 mg/l. Fe II -možný rozvoj železitých bakterií, které mohou ucpat potrubí a při jejichž odumírání voda zapáchá Jakub Langhammer,

10 Železo - zdroje Přírodní zdroje Oxidace pyritu nutná přítomnost CO2, humusových kyselina a kyseliny sírové Pouhé vyluhování minimální Antropogennízdroje Kovozpracující průmysl Koroze ve vodovodním potrubí TK ve vodě a sedimentech TK ve vodě hodnocení podle koncentrací porovnání s limitními hodnotami TK v sedimentech hodnocení podle Indexu geoakumulace I geo Igeo: Müller, 1979 porovnání koncentrací se zátěží pozadí v jílovitých horninách uvedené v tabulkách I geo = ln (C n /1,5 x B n ) TK v sedimentech Index geoakumulace I GEO Těžké kovy v sedimentech -index Igeo Index geoakumulace I geo Müller, 1979 Prvek Pozaďová hodnota Třída porovnání koncentrací se zátěží pozadí v jílovitých horninách uvedené v tabulkách As 13 mg/kg 0,30 mg/kg 19,5 0, ,6 78 1, , ,4 >624 >14,4 Cu 45 mg/kg 67, >2160 I geo = ln 2 (c p. (1,5. B n ) -1 ) Ni Pb 68 mg/kg 20 mg/kg >3264 >960 c p koncentrace těžkého kovu v sedimentu B n pozaďová hodnota jílového materiálu Zn Hg 95 mg/kg 0,4 mg/kg 142 0, , , , , ,2 >4560 >19,2 Těžké kovy analýza příklad: povodí Berounky Hodnocení zátěže povodí Berounky specifickým znečištěním a analýza procesu kontaminace vodní složky přírodního prostředí. zjištění celkového stavu a vývoje zátěže vhodnoceném povodí detailní průzkum a hodnocení procesu kontaminace vodní a partikulárnísložky ve vybraných povodích výsledná integrace poznatků zdílčích sledovaných složek Řešení v rámci projektu GAUK 211/2001/B/GEO Kontaminace vodních toků specifickým znečištěním v povodí Berounky Zatížení sedimentů na hlavním toku Berounky 2profily Povodí Vltavy plavenina, sediment kilometers vlastních profilů odběry vody, sedimentu jaro 2003, podzim 2004 Plzeñ pod Srbsko Jakub Langhammer,

11 1800,0 1600,0 1400,0 Zatížení Berounky těžkými kovy - Pb, Zn, 9,0 8,0 7,0 Povodí Litavky koncentrace (mg/kg) 1200,0 1000,0 800,0 600,0 400,0 200,0 0,0 B e 1 D o l a n y B e 2 N a d r y b y B e 6 Ro z to ky n a d profil 3 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 Pb Zn Data Povodí Vltavy, s.p. vyšší míra zatížení plavenin a sedimentu, Pb, Zn, Mn plaveniny -trend snižování koncentrací období Odběr Profil Cu Mn Ni Fe Cr Pb Zn As Be 1 Dolany Be 2 Nadryby Be 3 Čivice Be 4 Liblín Be 5 Zvíkovec Be 6 Roztoky nad Be 7 Hýskov Be 8 Beroun - nádraží Be 9 Karlštejn Be 10 Černošice Be 1 Dolany Be 2 Nadryby Be 3 Čivice Be 4 Liblín Be 5 Zvíkovec Be 6 Roztoky nad Be 7 Hýskov Be 8 Beroun - nádraží Be 9 Karlštejn Be 10 Černošice Vlastní analýzy sedimentů vysoké Pb, Zna v profilech Beroun, dále Karlštejn a Černošice pravostranný přítok ústí v Berouně plocha 630 km 2 délka toku 54 km Kovohutě Příbram VODA velmi silné znečištění, Zn, Pb situace kritická, nelepší se Povodí Klabavy zatížení již na horním toku Kovohutě Příbram a Příbramský p. Legenda Chrást Profil Cu Ni Zn Cr Pb Hranice povodí Bohutín I. II. I. II. II. IV. Trhové Dušníky II. V. II. V. I. V. Čeňkov II. V. II. V. I. V. Libomyšl II. V. II. V. I. V. Bod Sídlo Emise BSK-5 tis. t. /rok ŠKODA Ejpovice BRAVOS Radnice Osek ČOV Medový Újezd Beroun II. IV. II. V. I. IV Rokycany pod Parametr Bohutín Trhové Dušníky Čenkov Libomyšl Beroun Kadmium lom Ejpovice pod Rokycany HP Kovosvit Holoubkov REVOS, s. r. o. H oloubkov Č OV VOSS Sokolov H rádek u Rok. Č OV Hrádek Strašice pod Strašice ČOV Vojsko P S 0325 Strašice SEDIMENT mimořádně vysoké zatížení Pb, Zn a negativní vliv podniku Kovohutě Příbram nejvyšší hodnoty po soutoku s Příbramským potokem lepší situace na horním toku Kadmium Chróm Chróm Olovo Olovo Nikl Nikl Zinek Zinek Rtuť Rtuť Měď Měď VOSS Sokolov Rokycany ČOV Kovohutě Rokycany Železárny Hrádek M ěsto Mirošov VK Obec Dobřív VK Léčebna TRN Janov Strašice nad Domov důchodc ů Mirošov Povodí Klabavy Nejzatíženější úsek povodí mezi městy Hrádek a Rokycany Maximum koncentrací pod Rokycany Organické a anorg. znečištění IV. třída jakosti Specifické znečištění voda i sediment kadmium zinek původci znečištění těžkými kovy Železárny Hrádek,Kovohutě Rokycany Povodí Střely VodaK Karl.Vary Bochov ČOV VodaK Karl.Vary Toužim ČOV VodaK Karl.Vary Žlutice ČOV Vodárna Plzeň Žihle ČOV Vodárna Plzeň Kralovice ČOV Profil Pb Cu Cr Ni Zn Hg As Strašice nad II I I I II II I III Strašice pod II II I I II III I III Rokycany nad V III III II III IV I II Rokycany pod ČOV V III III II II IV II II Chrást II I II I II III I II Zatížení povrch. vod těžkými kovy 2001/02 data PovodíVltavy km Vodárna Plzeň Plasy ČOV AKTIVA Kaznějov Vodárna Plzeň Kaznějov ČOV Keramika HOB Kaolin Kaznějov 13 vlastních odběrových profilů Jakub Langhammer,

12 Povodí Střely Těžké kovy výskyt v povrchových vodách Značně asymetrické rozložení zátěže vrámci povodí Horní část toku zátěž organickými látkami i těžkými kovy Největší intenzita zátěže vod i sedimentů oblast Kaznějova V. třída jakosti vody, Pb,Cu,Cr, zbylé TK ve IV. třídě sedimenty, Pb, 3-4. třída Igeo parametr Toužim nad Toužim pod Útvina Kojšovice Žlutice pod Čichořice Mladotice Plasy nad Plasy pod Nebřeziny Borek BSK-5 IV. IV. III. III. II. II. II. II. II. IV. IV. CHSK-Cr III. III. III. III. II. II. III. II. II. III. IV. N-NH4 I. V. III. II. I. I. I. II. II. V. V. N-NO3 II. II. II. II. II. II. II. II. II. II. III. Pcelk. III. IV. III. III. II. II. III. III. III. IV. IV. Složka Pb Zn Cu Fe As Be Počet vzorků Jednotka ug/l ug/l ug/l ug/l mg/l ug/l ug/l Det. limit Mediány Potoky Řeky < < < Nádrže 0.6 < 0.04 < Kvantily (v potocích) 25% 75% 85% < < < < < % Kvalita vody v podélném profilustřely data PovodíVltavy Obsah TK v sedimentech -příčný profil korytem Labe Valy Pb Cu Zn Obsah TK v Labi louka slepé rameno sediment 1 sediment 2 břeh pole Zn Cu Pb Data: JL Data: JL Obsah TK v Labi Změna zátěže povodí Labe emisemi TK Obsah TK v Labi Německá část toku Labe porovnání koncentrací TK s mezními hodnotami Rtuť (Hg) Zinek (Zn) Chrom (Cr) Nikl (Ni) 2,19 t/r 125,4 t/r 13,2 t/r 7,2 t/r pokles o 92 % pokles o 60 % pokles o 84 % pokles o 89,6 % Data: MKOL Data: JL Data: JL Jakub Langhammer,

13 Těžké kovy zdroje v průmyslu zdroj znečištění Těžba a zpracování rud Hutní průmysl Těžba uhlí Strojírenství, úprava kovů Chemický průmysl Barvy, laky, pigmenty Papírenský průmysl Polygrafický průmysl Elektrotechnika Spalování uhlí Pesticidy Průmyslová hnojiva Automobilová doprava výskyt sloučenin prvků Fe, Zn, Hg, As, Se, Mn, Cu Al, Cr, Mo, Ni, Pb,V Fe, Al, Mn, Ni, Cu, Zn Cr, Cu, Ni, Zn,, Fe, Al Fe, Al, W, Mo, Zn, Pb, Cu, Hg, Ht, Cr, Pb, Zn, Ti, Al, Ba, Sr, Mn, As, Se Ti, Zn, Al, Ba, Sr, Cr, S, Cu, Hg Zn, Cr, Ni,, Cu, Pb Ag, Se, Ge, Mn, Ni, Pb, Cu, Hg As, Ti, Al, Ge, Se, Hg, Be, Zn, Mo, Ni, Pb, Sb Hg, As, Cu, Zn, Ba, Mn, As Pb Jakub Langhammer,