Vliv jednotlivých faktorů na mikrobiální kontaminaci koupacích / povrchových vod. RNDr. Jaroslav Šašek, SZU Kvalita vod ke koupání je dána Směrnicí EP a Rady 2006/7/ES, která má být promítnuta do národních legislativ členských zemí EU do 24.3. 2011. Posuzování jakosti vod ke koupání se provádí dle limitů mikrobiologických ukazatelů (E. coli, intestinální enterokoky), jejichž hodnota pak slouží k posuzování a klasifikaci těchto vod. Následující příspěvek přináší informace k jednotlivým faktorům, ovlivňujícím mikrobiologickou kvalitu vod přísunem znečištění do nich, tedy jejich kontaminaci. Koupací a povrchové vody jsou však přírodní biotopy, jež nelze dokonale chránit, jsou příliš otevřené a tedy náchylné ke kontaminaci (znečištění) nejrůznějšího druhu, nejrůznějšími cestami. Primárním faktorem, který je zodpovědný za kontaminaci koupacích /povrchových vod a tedy ovlivňující jejich kvalitu a tím i jejich posuzování, je znečištění. To může být nejrůznějšího druhu, mikrobiální, chemické, fyzikální, radiologické, zde se budeme věnovat mikrobiologickému znečištění, na němž jsou ostatně postaveny limity ukazatelů, klasifikace a posuzování jakosti koupacích vod. Znečištění (zde mikrobiologické) má nejrůznější původ, zdroje tohoto znečištění se obvykle člení na typy jako bodové, difuzní, plošné a vnitřní, jejich dopad na kvalitu vod je různý. Znečištění musí být nějakým mechanismem vneseno do koupacích / povrchových vod a to se děje nejrůznějšími cestami, řekněme faktory vnosu či kontaminace vod. Faktory ovlivňující kontaminaci vod, tedy mikrobiální počtya tím i jejich hodnocení: Jejich výčet je značný, nepůsobí samostatně, nýbrž komplexně v souvislosti s řadou jiných, takže jejich působení je velmi provázané, těžko oddělitelné a jednotlivé podíly v účinku obtížně kvantifikovatelné. Navíc na každé lokalitě (koupací/povrchová voda) se účinek znečištění může projevit různě, což je dáno charakterem a podmínkami dané lokality. Některé faktory spíše jen zesilují či zeslabují účinek dopadu znečištění na koupací vody (kaskády nádrží, plán vzorkování, zpracování analytických dat), jiné mají jen nepřímý vliv, neovlivňují vlastní kontaminaci vod (vnos znečištění), ovlivňují však zjištěné počty mikrobů ve vodě a tím výsledné hodnocení lokality (např. volba odběrových míst, vzorkování, analýza vody). a) znečištění: Základním (primárním) faktorem, ovlivňujícím mikrobiální počty (a tedy i kvalitu vody a její hodnocení), jak již bylo řečeno je znečištění, jehož hlavní podíl přichází ze samotných koupajících se osob nebo ze splaškového znečištění z celého povodí, příspěvek dalších zdrojů je obvykle nižší. Proto hlavní tlak pro zlepšení kvality koupacích vod musí směřovat právě do oblasti snížení, minimalizace či eliminace znečištění. Hlavním mechanismem, který znečištění uvádí do systému (koupací vody) jsou srážky a koupací aktivity osob. Znečištění (mikrobiální, ale i jiného charakteru) se realizuje cestou: - znečištění z koupajících se osob - odpadní vody (komunální, velkochov hosp. zvířat, potravinářský průmysl) - znečištěním od divoce žijících zvířat včetně ptactva - splachy z plošných a difúzních zdrojů (sídliště, hospodářská a zemědělská činnost aj. zdroje)
- vnitřními zdroji znečištění z koupaliště (kromě koupajících se sociální zázemí, rekreační a lodní doprava, obchody stravování, domácí zvířata, fauna ve volné přírodě, hosp. činnost, sedimenty) Záleží na řadě dalších charakteristik konkrétní koupací oblasti, do jaké míry se výše uvedené typy znečištění uplatní (velikost nádrže či toku, její typ, velikost povodí, intenzita, charakter a sezónnost hospodářské činnosti v ní, hustota osídlení, klimatologické podmínky, hydro a geomorfologické vlastnosti v oblasti, přírodní poměry a specifity dané oblasti). Z pohledu mikrobiálního znečištění nejvíce nás pochopitelně zajímají patogenní (choroboplodná) infekční agens, jež mohou způsobit nejrůznější onemocnění a zdravotní obtíže. Jejich počty ve vodě ke koupání (hlavně v případě toků) lze odhadnou z jejich počtů v odpadní vodě a z následného jejich ředění. Nepřímo je lze též odhadnout (počty patogenů) z jejich poměru k indikátorovým mikrobům v odpadní vodě, je-li tento údaj obecně známý, po přepočtu na následné zředění. Patogeny se však stanovují obtížně, náklady a doba do získání výsledků jsou značné a v praxi se volí cesta sledování indikátorů, jež nepřímo signalizují případný výskyt patogenů; toto je též předmětem evropské směrnice a naší příslušné vyhlášky. Následují faktory, které přímo či nepřímo uvádějí znečištění do koupacích / povrchových vod. b) koupající se osoby: Koupací aktivity osob představují jeden z hlavních faktorů, zodpovědných za vnos znečištění a tedy kontaminaci koupacích /povrchových vod. Živé organismy (lidé, zvířata, rostlinstvo) vykazují určité, normální mikrobiální osídlení, které určitými cestami vede ke kontaminaci životního a pracovního prostředí, tj. všech jeho jednotlivých složek (voda, půda, ovzduší, předmětů, potravin, prostředí). Eliminace nebo alespoň minimalizace tohoto znečištění přispívá ke snížení kontaminace prostředí, ke zvýšení jeho kvality a tedy ke snížení případného rizika. Mikrobiální osídlení osob je značné, neboť kůže a sliznice přinášejí do vody při koupání obrovské znečištění řádově 2,5. 10 9 mikrobů [1]. Počty ale i druhové zastoupení mikrobů u jednotlivých osob kolísají ve velkých mezích. Uplatňují se zde individuální rozdíly, dané geneticky, ale i životosprávou (stravovací aj. návyky), ale i chování lidí na koupališti ( předkoupací hygiena sprchování) dané informovaností, osvětou, podmínkami (vybavenost) a požadavky provozovatele. Vliv mají i návyky lidí při koupání (potápění, délka expozice a frekvence koupání), jejich zdravotní stav (bacilonosiči, chronicky nemocní, kožní nemoci ekzémy, vyrážky, plísně či jiné krátkodobé obtíže). Normální osídlení kůže a sliznic lidí zahrnuje stafylokoky, kvasinky, mikromycety, viry, orální streptokoky, některé korynebakterie, anaeroby, klostridie, střevní bakterie, laktobacily, enterokoky, pseudomonády aj. Toto pestré spektrum mikroorganismů se uvolňuje do vody při koupání a představuje tak mikrobiální zátěž, znečištění od koupajících se. Nejzávažnější jsou patogenní mikroby z hlediska akutního ohrožení zdraví, indikátorové organismy toto ohrožení signalizují a jejich počty se projevují na klasifikaci a hodnocení dané koupací vody. Při sledování procesu kontaminace vody při koupání [2] bylo zjištěno, že většina mikrobů se uvolňuje během prvních 15 minut kontaktu těla s vodou. Procento uvolňování mikrobů z těla se v dalších koupacích cyklech snižuje, což je třeba vzít v úvahu při bilancování znečištění a návštěvnosti. Tato skutečnost též podtrhuje význam t. zv. předkoupací hygieny osprchování, čímž se odstraní z těla výrazné množství
mikrobů. Např. při řádném osprchování je vnos stafylokoků do vody jen 5 % původního množství mikrobů na těle. Pro ilustraci uveďme [3] na příkladu enterokoků (fekální indikátor) a Staphylococcus aureus (nefekální ukazatel, kožní patogen) vnos znečištění do vody v prvním a v následujících koupacích cyklech. V případě enterokoků činí vnos mikrobů 6.10 5 /osobu/prvních 15 min koupání, totéž v případě S. aureus 6. 10 6. V dalších koupacích cyklech dochází k redukci vnosu znečištění o 50 % (S.aureus) a o 40 % (enterokoky). Kvantitativní poměry znečištění vody od koupajících se ilustruje experiment, provedený v bazénu o známém objemu vod, po každém koupacím cyklu se čistil, aby bylo možno zjistit vnos na každý cyklus. Koupací aktivity 10 osob přinesly nárůst počtů enterokoků i S. aureus o 1-2 log řády. Průměrná hodnota pro enterokoky za 4 cykly koupání v délce 15 min /cyklus činí 195 KTJ/100 ml proti výchozím počtům ve vodě neznečištěné koupáním 9 KTJ/100ml; v případě stafylokoků (S. aureus) je průměr 1.954 KTJ/100 ml proti výchozí hodnotě 10 KTJ/100 ml; detailně viz následující tabulka: Kontaminace v jednotlivých koupacích 15 min cyklech (bazén 4.700 l) Enterokoky: výchozí počet (KTJ/100 ml) počet po cyklu 1.cyklus 21 400 2.cyklus 3 153 3.cyklus 7 140 4.cyklus 3 87 S. aureus: 1. cyklus 13 4.187 2. cyklus 7 2.080 3. cyklus 11 1.027 4. cyklus 9 523 Při koupání se obecně odhaduje [2], že každá osoba přinese do vody 0,14 g fekálního materiálu. Ze znalostí o počtech patogenů a indikátorů ve fekáliích lze činit příslušné závěry. Např. počty parazitických prvoků (Cryptosporidium, Giardia) ve fekáliích infekčních osob činí 10 5 10 7 /g, v případě enterických virů (enteroviry, adenoviry, rotaviry) jsou v rozpětí 10 5 10 12 /gram. Dle Rose [4] přispívá každý koupající se počty 0,047 enterovirů a 0,67 rotavirů na 100 litrů vody, v případě fekálních indikátorů fekálních koliformů (FC) počty 6. 10 3 /100ml, u dětí až 10 5 /100 ml vody. Vzhledem k tomu, že evropská směrnice i následné národní vyhlášky hodnotí kvalitu koupací vody dle mikrobiologických indikátorů, je vhodné mít představu o počtech indikátorů ve fekáliích člověka a srovnání se zvířaty (hospodářskými, domácími, divokými) i ptáky (s vazbou na vodu) viz následující tabulka: Mikrobiální flóra v animálních fekáliích (φ počty/gram) [5,6] počty /g vlhká váha exkrece v g/den FC FS C.p. F-RNA Člověk 13 mil. 3 mil. 1.580 <1 6,2 150 Kráva 230.000 1,3 mil. 200 84 23.600 Prase 3,3 mil. 84 mil. 3.980 4.136 2.700 Ovce 16 mil. 38 mil. 199.000 1,5 1.130 Kuře 1,3 mil. 3,4 mil. 250 1.867 182 Myš 330.000 7,7 mil. < 1
Králík 20 47.000 < 1 Pes 23 mil. 980 mil. 251 mil. 2,1 413 Kachny 33 mil. 54 mil. 13,1 336 Racek* <1.105 (EC) <1.106 500 až 1,9. 109 2,4.108 FC= fekální koliformní bakterie, FS = fekální streptokoky, C.p. = Clostridium perfringens, F- RNA = F- RNA kolifágy * [7] Znečištěný písek pláží může způsobit přímo infekci koupajících se, druhotně pak může kontaminovat vodu vnosem mikrobů na jejich tělech. Případný vnos mikrobiálního znečištění z kontaminovaného písku pláží na tělech osob je nízký, činí jen 2 % (enterokoky), záleží též na velikosti zrn písku; uvedená hodnota 2 % se vztahuje na průměrnou velikost zrn písku 620 µm a méně než 2 % podílem pod 30 µm velikosti zrn. Na znečištění písku pláží se podílí kromě samotných koupajících se i doprovodná domácí zvířata (psi), event. splachy z terénu. Písek slouží jako reservoár patogenů, proto je vhodné sledovat i mikrobiologickou kvalitu písku pláží. Ten může být kontaminován širokým spektrem mikroorganismů, zejména těmi rezistentními, jako jsou sporulující mikroby klostridie, mikromycety, dermatofyty, dále stafylokoky, fekálními indikátory, střevními bakteriemi, kampylobaktery, viry, parazity. V písku pláži lze detekovat [8] kampylobakter v 45%, salmonely v 6%; ve vlhkém písku jsou nálezy častější, ale i suchý písek je ze 30 % kontaminován kampylobaktery. Počty koupajících se a mikrobiální znečištění: Počty bakterií a kvasinek ve vodě i vlhkém písku korelují s počty návštěvníků[9]. Rozdíly (vyjádřeno jako medián) jsou patrné při srovnání míst méně a více navštěvovaných, v případě S. aureus činí medián 5,0/100 ml proti 6,5/100 ml; v případě koliformů 11,0/100 ml proti 21,5/100ml; u fekálních koliformů 1,5/100 ml proti 9,5/100 ml; enterokoky 4,5/100 ml proti 12,0/100ml. Podobné skutečnosti [10] lze uvést pro parazitické prvoky Cryptosporidium a Giardia počty oocyst kryptosporidií 2-42/l, cyst giardií 0-33/l o víkendu, mimo něj jen max. 7/l oocyst a max. 4/l cysty. Podobné závěry plynou i při srovnání výskytu Pseudomonas aeruginosa [11]; vyšší návštěvnost na veřejných plážích koresponduje s počty v φ 122,6/100 ml proti 0,7 /100 ml na privátních plážích, podobně i počty v sedimentech dna činí na veřejných 142,8/100 g a u privátních 0,5/100g sedimentů. Podobně i vztah počtů návštěvníků a počtů indikátorů (fekální koliformy) dokumentuje jasně vliv návštěvnosti, event. i péči o pláže a provoz zařízení. c) dešťové srážky: Představují jeden z nejvýznamnějších faktorů vnosu znečištění nejrůznějšího charakteru (biologického, mikrobiologického, chemického, fyzikálního, radiologického a j.) do nádrží a toků, využívaných pro rekreaci. Zvýšené průtoky přinášejí znečištění v důsledků splachů z celého terénu daného povodí (sídliště, lesy, pole, louky aj.), event. i přímý vtok splašků vedle resuspendace sedimentů. Vliv srážek se však projeví u každé lokality různě, zaleží na: - klimatických podmínkách koupací oblasti (suché & vlhké oblasti) - velikosti povodí dané oblasti - zdrojích znečištění (dáno velikostí osídlení, hospodářskou činností) - reliéf povrchu (s návazností na erozní poměry oblasti, topografie bezprostředního okolí vlastní nádrže, toku) - vegetace okolí nádrže (les, pouky, pole, zahrádky)
- velikost dané nádrže, toku - charakter nádrže (kaskády nádrží, přírodní & akumulace přehrady) - půdní typ (v povodí a bezprostředním okolí) Z těchto důvodů mohou být pro některou oblast (nádrž, tok) srážky na úrovni jednotek mm/den významné, jinde jsou významné až desítky mm/den srážek. To je nutno pro každou oblast zjistit, neb výše uvedené faktory poskytují v kombinaci nejrůznější kvantitativní možnosti. Vliv srážek se projevuje ve vztahu k přenosu infekcí z vody, ke kvalitě vody (růst hodnot mikrobiologických, chemických, fyzikálních ukazatelů), má vliv na vzorkování vod (následné různé hodnoty vzorků, odebraných v určitých časových odstupech po dešťových srážkách). S dešti jsou asociovány ukazatelé TC (celkové počty koliformů), FC (fekální koliformy), FS (fekální streptokoky), turbidita, ph, nitráty [12]. Příklad zvýšení počtů indikátorových bakterií ve vodě po srážkách: Vliv deště na počty mikrobů při odběru den před srážkami [13]: TC = růst z 650 na 4.400 / 100 ml FC = růst z 250 na 1.400 / 100 ml FS = růst z 59 na 130 / 100 ml Hodnocení vlivu srážek při stanovení prahové úrovně vodních srážek < 5 mm proti 5 mm vypadají údaje následovně: TC = růst z 1300 na 3.300 / 100 ml FC = růst z 470 na 1.100 / 100 ml FS = růst z 73 na 270 / 100 ml Příklady vzrůstu patogenů ve vodě po deštích [12]: Při průměrném průtoku 459,54 m/s jsou počty cyst Giardií 1,31/100 l; po zvýšení průtoku (9.10.) z okamžité hodnoty < 100 l /s na hodnotu přes 700 l/s dochází k řádovému nárůstu počtů cyst na 15,8 / 100 l po 14 hodinách od vzrůstu průtoku. Při jiném datu (11.2.) za průměrného průtoku 290,78 l/s jsou počty oocyst Cryptosporidií 2,65/100 l; po řádovém nárůstu průtoku na cca 2.600 l/s po 9 hodinách činí počty 65,6 oocyst /100 l. S růstem průtoku na tocích roste i procento výskytu patogenů (salmonel, virů) a tím i riziko případné infekce. Berg [5] uvádí, že při počtech fekálních koliformů (FC) 200 FC / 100 ml je frekvence výskytu salmonel = 6,5-31%, při 1.000 / 100 ml činí 2 x více (60% a více). Výskyt salmonel je však možný při jakýchkoliv počtech FC. Rekreační jezera a toky = kde jsou počty FC 1 200 KTJ/100ml, je výskyt salmonel ve volné vodě 28%, v sedimentech dna 19%. Při počtech FC = 1.000/100 ml je 96 % výskyt salmonel, při FC = >2.000/100 ml činí 98% a včetně možného průkazu polioviru 2,3 a echoviru 7, 33. Enteroviry lze v sedimentech jezer prokázat i při tak nízkých počtech FC ve vodě nad sedimenty, jako je 10/100 ml. Dokumenty WHO [14] uvádějí riziko z onemocnění při počtech celkových koliformů (TC) (medián) 10.000 / 100 ml jedná se o tyf, paratyf a poliomyelitidu (infekční agens S. typhi, S. paratyphi, poliomyelitis virus v pořadí). Pozn: převodní faktor pro kalkulace je TC = 0,2. FC a FC = 0,5 FS. Vliv dešťových srážek na počty mikrobů ve vodě je obrovský, uvádí se, že 20-h perioda srážek přinese znečištění řádu 10 15, tatáž perioda za suchého počasí (jen průtoky) 10 13, tedy 100 x nižší. Ekvivalent 1 dne silných dešťů je tedy 100 dní suché periody [15]. d) odpadní vody - jedná se o významný zdroj znečištění [16], ovlivňující dlouhodobou kvalitu koupacích vod. Pochází z ČOV, velkochovů hospodářských zvířat, skládek
(kaly), vypouštění z průmyslu s vysokou mikrobiální zátěží (potravinářský, zpracovatelský). Ze znalosti počtů patogenů a indikátorových mikrobů v odpadní vodě a odhadu její produkce v dané oblasti a následném ředění v tocích lze odhadnout znečištění z tohoto typu zdroje. Počty patogenů a indikátorů v odpadních vodách: [14] druh: onemocnění počty / l Campylobacter GI* 37.000 Salmonella GI 20 80.000 Shigella dyzentérie 10 10.000 E. coli indikátor 107 108 C. perfringens indikátor 6 8. 105 Poliovirus indikátor 1.800 5,000.000 Rotavirus GI 4.000 850.000 Cryptosporidium (oocysts) GI 1-390 Giardia lamblia (cysts) GI 125 200.000 Helminti: Ascaris 5 110 Ancylostoma 6 190 Trichuris 10 40 GI- gastrointestinální (střevní) onemocnění Průměrné počty fekálních indikátorů na gram vlhké váhy fekálií a jejich denní množství u různých zvířat, ptáků a lidí dává představu o rozdílech mezi animální a humánní kontaminací. Mikrobiální indikátory (počty na gram vlhké váhy) ve fekáliích různých teplokrevných: [6] skupina: termotolerantní enterokoky C. perfringens F-RNA exkrece koliformy kolifágy (g/den) člověk 13,000.000 3,000.000 1.580* <1 6,25 150 (77,0) kuře 1,300.000 3,400.000 250 1.867 182 (71,6) kráva 230.000 1,300.000 200 84 23.600 (83,3) vepř 3,300.000 84,000.000 3.980 4.136 2.700 (66,7) ovce 16,000.000 38,000.000 199.000 1,5 1.130 (74,4) kachny 33,000.000 54,000.000-13,1 336 (61) pes 23,000.000 980,000.000 251,000.000 2,1 413 racek ** <1.105 (E. coli) <1.106 500 až 1,9. 109 až 2,4.108 Pozn: */ výskyt jen u 1,3 35% lidí; hodnoty v závorce udávají obsah vody **/ Fogarthy [7] Mikrobiální znečištění (povrchové, podzemní vody) je snižováno působením mechanismů, jako je ředění, sedimentace, devitalizace (abiotickými i biotickými faktory), predace (žír prvoky a nižšími metazoi). Sledování kvality povrchové vody (řeky, jezera, přehrady) ukázalo, jaké jsou kvantitativní poměry s ohledem na indikátorové ( fekální) mikroby a patogeny. Finská šetření [17] řek a jezer ukázala, že v 41 % vzorků se vyskytuje alespoň 1 patogen; Campylobacter v 17,3% (C. jejuni 45,9 %, C. lari 25 %, C. coli- 4,2 %, neidentifikované kampylobaktery z 25 %), Giardia z 13,7 %, Cryptosporidium z 10,1 %, Noroviry z 9,4 % (genogroup I 23 %, genoproup II 44 %), C. perfringens z 31,3 %, F-RNA kolifágy z 33,8 %. Významné
zjištění práce ukázala, že procento patogenů je nulové jen při nulových počtech indikátorových E. coli (vyjádřeno jako MPN/100 ml), jinak je podobná při řádových rozdílech v počtech E. coli, viz tabulka níže. Výskyt patogenů v povrchové vodě tedy zde nekoreluje s tradičními fekálními indikátory E. coli, termotolerantní koliformní mikroby, ale i turbiditou vody. Podobně se ukázalo, že přítomnost či absenci indikátorů (C. perfringens, F-RNA kolifágy) nelze vždy spojovat s výskytem patogenů ani E. coli, v jejich případě dochází k nespolehlivé indikaci patogenů, tedy absence indikátorů a současný výskyt patogenů. Jen v případě E. coli jejich přítomnost či absence je v korelaci s výskytem patogenů, nikoliv jeich počty. Počty indikátorových mikroorganismů a procento výskytu patogenů (Campylobacter, Giardia, Cryptosporidium, Noroviry) v povrchové vodě (řeky, jezera) [17]. E. coli (MPN/100 ml) C.p.(%) F-RNA (%) % pozitivních enteropatogenů <1 0 23,1 0 1-10 18,2 23,6 47,3 10-100 35,7 38,1 47,6 100-1000 58,3 54,2 33,3 > 1000 100,0 40,0 60,0 e) znečištění od divoce žijících zvířat včetně ptactva tento přísun znečištění je většínou zahrnut pod bodem c) srážky, může přicházet i přímo vnosem kontaminace do nádrží a toků, např. leptospiry z hlodavců, kampylobaktery od hnízdícího ptactva. V každém povodí se vyskytuje dle jeho velikosti a dle charakteru přírodních biotopů určitý potenciál znečištění v důsledku divoce žijících zvířat (lesní a polní zvěř) a zejména vodní ptactvo. Ten se pak projevuje většinou jako plošné znečištění, které se sčítá s ostatními zdroji plošného znečištění a je možné je identifikovat od ostatních dle specifických indikátorů kampylobactery v případě ptactva [18]. Druhové určení kampylobakterů umožní rozlišit původ kontaminace; splaškové vody z humánních zdrojů indikují C. jejuni a C. coli, zatímco kontaminace od ptáků zahrnuje C. lari a UPTC (ureása pozitivní termofilní kampylobaktery). V určitém případě se znečištění od vodního ptactva může projevovat jako bodový zdroj a v tom případě interferovat s kvalitou koupací vody na stanovených odběrových místech (mola znečištění od racků a může event. interferovat se vzorkováním). f) hospodářská činnost, sídliště, drobné a sezónní osídlení znečištění z těchto zdrojů se promítají v bodech c) srážky, d) odpadní vody, g) vegetační kryt povrchu povodí. Záleží na intenzitě činnosti, hustotě osídlení, sezóně, charakteru prováděných činností (např. způsob obdělávání půdy, aplikace hnojiv atd.). Hodnocení dopadu těchtofaktorů viz příklad pod bodem f). g) vegetační kryt krajiny - tím je myšlen podíl lesů, luk, pastvin, polí na celkové velikosti povodí koupaliště či toku. Tento podíl vychází jednak z hospodářské činnosti, jednak z přírodních prvků (klima, půdní profil, geomorfologie krajiny). Různé rostlinné formace různě rychle zadržují vodu, ovlivňují rychlost odtoku z území, mají vliv na erozi a splachy za děšťů. Vyjádřit jejich konkrétní vliv číselně na počty mikrobiálního znečištění není jednoduché ani možné, neb všechny faktory působí současně, provázaně. Pro ilustraci uvádím konkrétní šetření ze SRN, kde je demonstrován současný vliv srážek, vzorkovacího plánu (systém odebírání vzorků vody), různého charakteru lokalit s ohledem na jejich velikost, procenta zalesnění, osídlení, intenzity zemědělské činnosti, vlivu drenážování pozemků na odtok vody z území, stupně
odkanalizování usedlostí, erozní ohroženosti povrchu, různého přírodního charakteru (klimatické, geomorfologické, půdní poměry). Práce [12] ukazuje na příkladu 3 odlišných oblastí (přítoků vodárenských nádrží)v SRN, jak se liší fyzikálně-chemické a mikrobiologické ukazatele kvality při vzorkovacím programu pravidelném a za extrémních srážkových podmínek a mezi lokalitami různého charakteru. Lokalita 1 (plocha 3,27 km 2, zalesnění 98%, řídké osídlení i hospodářská činnost, hustota lesní zvěře 15 ks./ km 2 )- tj. malá oblast, přírodního charakteru. Lokalita 2 plocha 19,7 km 2, kopcovitá s vřesovišti, slatinami, mokřady, jež formují charakter oblasti z hlediska klimatického, geologického, půdního, morfologického. Krajina má rozsáhlé drenážované oblasti, urychlující odtok vody z ní. Zemědělské využití pastviny, louky z 53,6 %, jen 19 % zalesněno s nízkou denzitou zvěře (5 ks./ km 2 ); 3.500 obyvatel v povodí. Lokalita 3 zahrnuje plochu 45 km 2, intenzivně zemědělsky obdělávaná (63%), ve sprašové oblasti s velkými erozními problémy, zalesnění 21%, 16.000 obyvatel v povodí žijících v malých usedlostech, ne plně kanalizováno. Data z RS a ES vzorků v 1997-98 mikrobiologické ukazatele; medián (v závorce maximum): (Kistemann, 2002) Loka lita: Typ vzorků E. coli (KTJ/100ml) Koliformní bakterie (KTJ/100ml) Fekální streptokoky (KTJ/100 ml) Clostridium perfringens (KTJ/100 ml) 1 RS 22 (148) 1.110 (15.000) 1 ES 190 (650) 12.200 (42.000) 2 RS 133 (11000) 1.880 (400.000) 2 ES 1300 (3800) 19.800 (63.000) 3 RS 490 (5100) 3.800 (74.000) 3 ES 13.700 88.000 13.600 (34.500) (1,188.000) (77.000) RS pravidelné vzorkování (dle harmonogramu) ES vzorkování, cíleně prováděné za extrémních (srážkových) podmínek Giardia (cysty/100 l) Cryptospori dium oocysty/100 l 7,5 (400) 1,5 (31) 0 (1,10) 2,40 (52,2) 130 (620) 82 (155) 0 (0) 11,40 (35,50) 54 (11.000) 22,5 (198) 0,95 2,65 (10,30) (11,10) 540 (4.600) 250 (900) 0 (21) 14,30 (65,60) 130 (2.200) 130 (900) 1,10 (9,10) 1,30 (23,10) 430 (2.500) 12,40 (21,60) 17,05 (147,10) Ze srovnání RS a ES vzorků plyne, že hodnoty parametrů jsou vyšší o 1-2 řády (kromě nitrátů) v druhém případě (ES). Tedy vnos celkového znečištění je za extrémních případů řádově vyšší než by plynuje při jeho kalkulaci z dat z pravidelně odebíraných vzorků. Rozdíly jsou i mezi lokalitami, neb se zásadně liší svým charakterem. Lokalita 1 představuje malou, zalesněnou přírodní oblast s minimálním osídlením i hospodářskou činností; vnos znečištění je řádově nižší, což je patrné hlavně na mikrobiologických ukazatelích. Nejvyšší znečištění z hlediska chemických i mikrobiologických ukazatelů přináší lokalita 3 s největší plochou, počtem obyvatel, největší zemědělskou činností i nejméně vhodnými přírodními podmínkami s ohledem na vnos znečištění /typ půdy, vegetační kryt a tedy nejvyšší erozní ohrožení krajiny). h) erozní poměry jsou výsledkem současného působení geomorfologických (reliéf krajiny), klimatických, půdních, vegetačních a antropogenních činitelů. Výrazným erozním činitelem je množství srážek (ne celkové roční množství, ale spíše srážková intenzita a opakování velkých srážkových intenzit). Erozně jsou srážky nejúčinnější
před a po vegetační sezoně. Z topografických (tvar a charakter povrchu krajiny) činitelů erozi ovlivňují nejvíce sklon a délka svahů a jejich expozice vůči erozi. Vliv erozních poměrů je zahrnut ve faktoru c) srážky, g) vegetační kryt, f) hospodářská činnost a osídlení, ve vzájemném působení těchto faktorů (viz. příklad pod bodem f). i) vítr představuje faktor, který může způsobit mikrobiální kontaminaci především vlivem na míchání vody v nádržích, způsobuje vlnění, které vede v mělké vodě k resuspendace sedimentů dna, vymývání písku pláží a vnosu mikroorganismů, zákalu či chemických nox do volné vody. V menší míře přináší vítr znečištění z okolí v důsledku větrné eroze povrchu. Promíchávání vody též může ovlivnit vzorkování a tím i získanou informaci o kvalitě vody. Působení větru je spojeno s klimatickými podmínkami oblasti, aktuálním stavem počasí, velikostí, topografií (tvar, zátoky) nádrže koupaliště a expozici převládajícím větrům, reliéfu krajiny v bezprostředním okolí. j) sluneční svit představuje hlavní biocidní faktor, působící na redukci mikroorganismů ve vodě a tedy jejich přežívání ve spojení s teplotou vody. Ne jeho účinnost má vliv průhlednost (ovlivněná barvou a zákalem) vody. Sluneční svit je obecně ovlivněn vlivem klimatu oblasti, aktuálním stavem počasí (oblačnost), měnící se v průběhu dne i sezóny (z astronomických důvodů). Následující tabulku ilustruje vliv počasí na inaktivaci (doby přežívání indíkátorových mikroorganismů) za oblačného a slunečného počasí. T 90 (hodiny) - doba redukce 90% počtů mikrobů při teplotě 20 C a (5 C) dle typu počasí pro mořské vody: Slunečno oblačno (vliv UV záření) E. coli 5 (50) 35 Intestinální enterokoky 15 (100) 70 (300) pro sladké vody: malé řeky velké řeky (teplota 15 20 C) (nižší zákal, menší hloubka) (vyšší zákal i hloubka) E. coli 5 15 20-50 k) vnitřní zdroje znečištění koupací/povrchové vody: Vedle kontaminace z koupajících se osob, probraných v oddíle b) se zde uplatňují především případné vlivy hospodaření na nádrži (chov ryb, vodní drůbeže), kolonie vodního ptactva, sedimenty v nádrži, písek pláží, režimy manipulace s vodní nádrží (změny doby zdržení, úrovně vodní hladiny), sociální zázemí (toalety,sprchy), občerstvení, domácí zvířata, lodní a rekreační doprava, kolonie ptactva, zárosty makrovegetace, vedle dalších možných, často specifických zdrojů. Znečištěný písek pláží problematika viz bod b) koupající se osoby. Sedimenty mohou též sloužit jako reservoár patogenů, event. indikátorových mikroorganismů. Tyto mohou být resuspendovány různými turbulentními mechanismy, jako je lodní a rekreační plavba, bagrování dna toků, přívalové srážky, zvýšené průtoky (odpouštění vody z nádrží), [19]. Prostředí ve vlhkém písku i sedimentech umožňuje jejich persistenci v důsledku příznivých nutričních podmínek, ochraně před slunečním zářením, žírem prvoky a lytickou činností fágů. Sedimenty mohou být resuspendovány za přívalových dešťů, rekreační plavbou (vlnění, kotvení), za větrného počasí vlněním vody, ale i koupajícími se osobami jejich aktivitami v zóně dosahu vln i dnových sedimentů. Přežívání E. coli v jezerních sedimentech (20) prokázalo jen redukci za 5 dní o 1 log řád, z čehož plyne, že E. coli neindikuje jen nové, čerstvé ale i relativně nedávnou fekální kontaminaci.
Vnitřní zdroje znečištění kromě vlastního koupání osob (přínos znečištění z těla člověka a resuspendace sedimentů v mělké části nádrže či toku) obvykle nepřinášejí podstatné mikrobiální znečištění, je nutno však prověřit i tyto možnosti v dané lokalitě. Závěr: Výčet faktorů, výše uvedených, přináší přehled hlavních zdrojů mikrobiálního znečištění a mechanismů jejich vnosu do koupací/povrchové vody. Kvantifikace jednotlivých faktorů přínosu znečištění jak již bylo řečena je omezená z důvodů jejich množství a komplexního působení. Tam, kde byla dostupná data k dispozici, byly tyto údaje pro názornost uvedeny. V praxi je nutno využít pro danou lokalitu všech dostupných údajů (mapy erozní ohroženosti, geologické, pedologické údaje, přehledy podílu lesů, polí, osídlení, hospodaření, meliorací, vypouštění odpadních vod a podobné informace). Především je však nutno pro danou lokalitu zjistit vliv hlavních faktorů znečištění a mechanismů jejich vnosu do vody. U těch z nich, které je obtížné kvantifikovat, je třeba ověřit jejich dopad na kvalitu vody experimentálně (šetření na dané lokalitě), např. vliv srážek či jiných faktorů. Odkazy: [1] Jeligová et al: Zdravotní a hygienická rizika z bazénových vod a prostředí bazénů. Hygiena, roč. 53, 3, 2008 [2] Gerba, CH.P. (2000): Assessment of EntericPathogen Shedding by bathers during Recreational Activity and its Impact on Water Quality. Quantitative Microbiology 2, 55-68. [3] Elmir, S.M. et al (2007): Quantitative evaluation of bacteria released by bathers in a marinewater. Water Research, 41:3-110. [4] Rose, J.B. et al. (1987): Occurrence of rotaviruses and enteroviruses in recreational waters of Oak Creek, Arizona, Water research 21, 1375-1381. [5] Berg, G. (1978): Indicators of viruses in water and food. Ann Arbor Science Publisher, Inc. Michigan, USA, pp. 424. [6] Fewtrell, L, Bartram, J. (2001): Water Quality: Guidelines, Standards and Health. IWA Publishing, London, pp. 427. [7] Fogarthy, L.R. et al.( 2003): Numbers os E. coli, enterococci in gull faecal samples. Journal of Applied Microbiology, 94, 865-878. [8] Bolton, F.J. et al. (1999): Presence of campylobacter and salmonella in sand from bathing beaches. Epidemiol. Infect. 122, 7-13. [9] Papadakis, J.A. et al. (1997): Bather-related microbial and yeast populations in sand and seewater. Wat. Res. Vol. 31, No. 4, pp. 799-804. [10] Sunderland, D. et al. (2007): Impact of bathers on levels of Cryptosporidium parvum oocysts and Giardia lamblia cysts in recreational beach waters. Water research 41, 3483-3489. [11] Seyfried, P.L., Cook, R.J. (1984): Otitis externa infections related to Pseudomonas aeruginosa level in five Ontario lakes. Canadian Journal of Public Health, Vol. 75, January/February, 83-91. [12] Kistemann, T. et al (2002): Microbial Load of Drinking Water reservoir Tributaries during Extreme Rainfall and Runoff. Applied and Environmental Microbiology, p. 2188-2197, Vol. 68, No. 5. [13] Crowther, J. et al. (2001): Relationships between microbial water quality and environmental conditions in coastal recreational waters: the Fylde coast, UK. Wat. Res. Vol. 35, No.17, pp. 4029-4038 [14] WHO (2001): Bathing Water Quality and Human Health. Protection of the Human Environment Water, Sanitation and Health, Geneva, pp.58. [15] Krometis L.A. et al. (2007): Intra-storm variability in microbial partitioning and microbial loading rates. Water research 41, 506-516.
[16] Ferguson, Ch. Et al: Relationships between indicators, pathogens and water quality in an estuarine system. Wat. Res. Vol. 30, No. 9, pp. 2045-2054, 1996 [17] Hőrman, A. et al. (2004): Campylobacter spp., Giardia spp., Noroviruses, and Indicator Organisms in Surface Water in Southwestern Finland, 200-2001. Applied and Environmental Microbiology, p. 87-95, Vol. 70, No.1, 2004 [18] Obiri-Danso, K, Jones, K. (1999): The effect of a new sewage treatment plant of faecal indicator numbers, campylobacters and bathing water compliance in Morecambe bay. Journal of Applied Microbiology, 86, 603-614. [19] LaBelle, R. L. et al.: Relationship between environmental factors, bacterial indicators, and the occurence of enteric viruses in estuarine sediments. Aplied and Environmental Microbiology, 1980, p. 588-596, Vol. 39, No. 3. [20] LaLiberte, P., Grimes, D.J.: Survival of Escherichia coli in Lake Bottom Sediments. Aplied and Environmental Microbiology, 1982, p. 623-628, Vol. 43, No. 3. Adresa autora: RNDr. Jaroslav Šašek Státní zdravotní ústav Praha 10, Šrobárova 48 100 42 tel.: 267082465; e-mail: sasek@szu.cz