Chemické hodnocení kvality vody potoka Raná

Č E S K Á Z E MĚDĚLS K Á U N I V E R Z I T A V P R A Z E Fakulta životního prostředí Katedra vodního hospodářství a environmentálního modelování Chemické hodnocení kvality vody potoka Raná Bakalářská práce Vedoucí bakalářské práce: Ing. Petra Kubínová Autor bakalářské práce: Lenka Krčilová 2009

Na místo této strany se veváže originál zadání diplomové práce do prvního (originálního) výtisku, do dalších dvou výtisků se vloží kopie.

Prohlášení Prohlašuji, že jsem tuto bakalářskou práci vypracovala samostatně pod vedením Ing. Petry Kubínové a použila jsem pouze podklady uvedené v seznamu použité literatury. V Praze dne 25. 4. 2009

Poděkování Na tomto místě bych chtěla poděkovat všem, kdo mi pomohli se vznikem této práce. Ing. Petře Kubínové za odborné a vstřícné vedení práce, předání cenných zkušeností a velkou ochotu během spolupráce. Jindře Junové a doc. Mgr. Marku Vachovi, Ph.D. za pomoc při analýzách v laboratoři. Rovněž bych velmi ráda poděkovala mé rodině za morální a materiální podporu.

Abstrakt Každý vodní tok je přírodní jedinečností. Lidé však poslední dobou toky pozměňují dle svých potřeb mění jejich koryta i kvalitu vody. Proto se v této práci zabývám chemickým složením povrchových vod, samočistícími procesy ve vodě, klasifikací a monitoringem a případnými antropogenními vlivy. Dále jsem zhodnotila stav experimentálního toku Raná, jehož povodí o velikosti 19,78 m 2 se nachází na Chrudimsku ve východních Čechách. Analyzovala jsem dusičnany, dusitany, amonné ionty, fosforečnany, železo a mangan, sledovala jsem reakci vody. Z provedeného pokusu jsem zjistila, že tok je ve stavu, kdy je ovlivňován lidskou činností, ale stále umožňuje existenci zdravého ekosystému. Největší antropogenní zátěž je promítnuta v koncentracích sledovaných ukazatelů zejména na třetím a šestém profilu. Klíčová slova: chemismus, znečištění, povrchové vody. Abstract There are no doubts, that all watercourses in the whole world are important part of the uniqueness of the nature. Over the last years, the number of human altered flows has increased, which causes rapid change of the water quality. This bachelor thesis is focused on the chemical composition of surface water, water selfcleaning processes, classification, monitoring and possible anthropogenic influences. Furthermore water quality of an experimental brook Raná has been studied. Raná catchment is situated in Chrudim region in Eastern Bohemia and covers an area of approximately 19.78 m 2. In the samples of surface water the content of nitrates, nitrites, ammonia, phosphates, iron and manganese has been analyzed and simultaneously has been measured ph value. Obtained data indicate that the brook s state is influenced by human activities, but still allows the existence of a healthy ecosystem. The biggest anthropogenic burden has been found at 3 rd and 6 th sampling profile, where has been detected highest concentration of studied chemical substances (especially in ammonia and phosphates content). Keywords: chemism, pollution, surface water

Obsah 1 ÚVOD... 7 1.1 CÍLE... 7 2 TEORETICKÁ ČÁST... 8 2.1 DRUHY VOD... 8 2.1.1 Přírodní vody... 8 2.1.2 Odpadní vody... 10 2.2 CHARAKTERISTIKA POVRCHOVÝCH VOD... 11 2.2.1 Chemické složení tekoucích vod... 12 2.2.2 Chemické složení stojatých povrchových vod... 13 2.3 CHEMISMUS... 13 2.3.1 Kovy a polokovy... 13 2.3.2 Sloučeniny síry... 17 2.3.3 Sloučeniny fosforu... 18 2.3.4 Dusíkaté sloučeniny... 19 2.3.5 ph... 22 2.3.6 Plyny ve vodách... 22 2.3.7 Organické látky... 23 2.4 TRENDY... 24 2.5 KLASIFIKACE VOD, MONITORING... 26 2.5.1 Klasifikace vod podle čistoty... 26 2.5.2 Klasifikace vod z biologického hlediska... 28 2.5.3 Monitoring... 28 2.6 ANTROPOGENNÍ VLIVY... 29 2.7 SAMOČISTÍCÍ PROCESY VE VODĚ... 32 3 POPIS SLEDOVANÉHO ÚZEMÍ... 35 4 METODIKA... 38 4.1 VÝBĚR ODBĚRNÝCH LOKALIT... 38 4.2 ODBĚR VZORKŮ... 39 4.3 ANALÝZA VZORKŮ... 39 4.4 ZPRACOVÁNÍ DAT... 41 5 VYHODNOCENÍ DAT... 42 6 DISKUSE... 44 7 ZÁVĚR... 45 8 SEZNAM LITERATURY... 48 9 PŘÍLOHY... 51

1 Úvod Každý vodní tok je přírodní jedinečností, vznikající po tisíciletí. Je výsledkem působení mnoha faktorů, mezi něž patří geologické podloží, spád koryta, chemické složení a teplota vody, stejně jako biotičtí činitelé. Soubor ve vodě žijících organismů se dlouhodobě přizpůsoboval těmto podmínkám. Lidé v obydlených krajích však požadují od svého prostředí zcela jiné podmínky, než jaké jim poskytují přirozené poměry. Proto pozměňují vodní toky. Ekologická rovnováha a krása původní nedotčené přírody je běžně obětována požadavkům technického života s cílem zkvalitnit život lidí, jejich kulturu i pohodlí (Němec, Hladný, 2006). Hospodaření s vodou se na území dnešní České republiky formuje již po staletí. Nejvýznamnějším uživatelským systémem vodního hospodářství ČR je zásobování pitnou vodou veřejnými vodovody s následným odváděním odpadních vod a čištěním městských odpadních vod veřejnými kanalizacemi (Kvítek a kol., 2005). Voda již zdaleka není považována jen za surovinu, ale je chápána jako základní součást životního prostředí, na kterou je nutno pohlížet pouze v souvislosti s jeho ostatními složkami a kterou je nutno zachovat pro příští generace v co nejlepším množství a nejlepší kvalitě (Kvítek a kol., 2005). Jakost povrchových vod ovlivňují zásadním způsobem bodové zdroje znečištění (města, průmysl) a znečištění plošné (látkové odnosy infiltrací půdním profilem, erozní smyvy, atmosférické depozice, rozptýlené malé zdroje) (Kvítek a kol., 2005). 1.1 Cíle Na začátku mé práce jsem si stanovila základní cíle. Nejprve bych se chtěla seznámit s problematikou kvality vod zpracováním literatury. Zabývat bych se chtěla hlavně chemismem povrchových vod, zdroji znečištění a samočistícími procesy ve vodě. Dalším cílem je vyhodnocení kvality vody ve sledovaném toku. Ráda bych zjistila změny koncentrací jednotlivých ukazatelů za určité období roku. Z tohoto pokusu se budu snažit vysledovat případné antropogenní vlivy. Mým zájmovým tokem je potok Raná, jehož povodí o velikosti 19,78 m 2 se nachází v okrese Chrudim. Sledovanými ukazateli jsou koncentrace dusičnanů, dusitanů, amoniaku, fosforečnanů, železa a manganu a reakce vody. 7

2 Teoretická část 2.1 Druhy vod Vody lze rozlišovat podle původu (přírodní a odpadní), výskytu a použití (voda pitná, užitková, provozní a odpadní) (Pitter, 1999). 2.1.1 Přírodní vody 2.1.1.1 Atmosférické vody Pod pojmem atmosférická voda se rozumí veškerá voda v ovzduší bez ohledu na skupenství. Srážky jsou výsledkem kondenzace vodních par v ovzduší nebo na různých površích. Rozeznávají se srážky kapalné a srážky tuhé (Pitter, 1999). Hrádek a Kuřík (2008) zmiňují ještě srážky smíšené a uvádějí další dělení na srážky atmosférické a horizontální. Chemické složení srážek se formuje dvojím způsobem: dochází jednak k vymývání aerosolů a ostatních látek v oblaku a jednak k jejich vymývání pod oblakem (Pitter, 1999). Sloučeniny síry V úvahu přichází zejména SO 2. Je převážně původu antropogenního, v atmosféře je nestálý a podléhá oxidaci na SO 3, který reakcí s vodou tvoří H 2 SO 4. Po vyčerpání tlumivé kapacity atmosférické vody může být ve vzduchu přítomna i volná kyselina sírová (Pitter, 1999). Sloučeniny síry jsou spolu se sloučeninami dusíku hlavní škodlivinou způsobující acidifikaci přírodních vod (Kvítek, 2007). Sloučeniny dusíku Oxidy dusíku N 2 O, NO a NO 2 jsou typickou součástí atmosféry velkoměst a průmyslových oblastí. Oxidy dusíku se fotochemickou reakcí transformují až na kyselinu dusičnou (Fabian, 1989). Jsou po síranech druhou hlavní škodlivinou z hlediska acidifikace atmosférických a povrchových vod (Pitter, 1999). Chemické složení srážek závisí na složení a znečištění ovzduší ve spodní a střední vrstvě atmosféry. Nejvíce znečištěny jsou srážkové vody v okolí velkých průmyslových center a sídlišť a nejméně vody v horských oblastech, pokud zde není ovzduší znečištěné dálkovým přenosem. Jejich základní chemické složení odpovídá z kvalitativního hlediska základnímu složení podzemních a povrchových vod. Jsou zde však rozdíly kvantitativní. Z hlediska kationtů obvykle dominuje kation amonný a teprve na druhém místě je vápník, toto je zásadní rozdíl od složení podzemních 8

a povrchových vod. Z hlediska aniontů jsou hydrogenuhličitany na rozdíl od většiny podzemních a povrchových vod v minoritním zastoupení, případně nejsou vůbec analyticky dokazatelné (Pitter, 1999). Srážkové vody mohou být významným zdrojem nutrientů, toxických kovů a ostatních látek v povrchových vodách (Pitter, 1999). 2.1.1.2 Podzemní vody Podzemní vodou se rozumí voda přirozeně se vyskytující v horninovém prostředí, pokud není vázána kapilárními silami (Pitter, 1999). Jde o podpovrchovou vodu vyplňující průliny, pukliny a dutiny ve zvodnělých horninách. V přirozeném stavu je podzemní voda svými vlastnostmi nejblíže požadavkům na zdravotně nezávadnou a pro člověka biologicky hodnotnou vodu (Hrádek, Kuřík, 2008). Zásoby podzemní vody se dle Pittera (1999) doplňují trojím způsobem: o Infiltrací srážkových a povrchových vod. o Kondenzací vodních par v půdě. o Vznikem a kondenzací vodních par z magmatu. Chemické složení podzemních vod je výsledkem vzájemného působení srážkových a povrchových vod, podzemní atmosféry a horninového prostředí. Závisí především na složení půd a hornin, kterými při svém podzemním oběhu vody protékají. Kromě toho závisí také na složení srážkových a povrchových vod v dané oblasti (Pitter, 1999). Chemické složení podzemních vod může být velmi rozmanité. Dominujícím kationtem bývá především vápník, dále to může být sodík nebo i hořčík. Dominujícím aniontem bývají především hydrogenuhličitany, dále to mohou být sírany nebo i chloridy. Draslík, dusičnany a amoniakální dusík nejsou převládající složkou (na rozdíl od povrchových vod). Složení podzemních vod se mění během cirkulace v horninovém prostředí, přičemž dochází k vertikální a horizontální hydrochemické zonálnosti (Pitter, 1999). 2.1.1.3 Minerální vody Z prosté podzemní vody se stává minerální voda překročením limitních koncentrací vybraných složek. Z hlediska celkové mineralizace jde o hodnotu 1 000 mg l -1, resp. 20 mmol l -1. Hydrochemická klasifikace minerálních vod je obdobná jako u vod podzemních (Pitter, 1999). 9

2.1.2 Odpadní vody Odpadní vody jsou vody použité v obytných, průmyslových, zemědělských, zdravotnických a jiných stavbách, zařízeních nebo dopravních prostředcích, pokud mají po použití změněnou jakost (složení nebo teplotu), jakož i jiné vody z nich odtékající, pokud mohou ohrozit jakost povrchových nebo podzemních vod ( 38, zákona č. 254 / 2001 Sb., o vodách, v platném znění). Odpadní vody se dělí na tři hlavní skupiny: odpadní vody splaškové, městské a průmyslové (Pitter, 1999). 2.1.2.1 Splaškové odpadní vody Hlavní podíl znečišťujících látek splaškových odpadních vod připadá na moč a fekálie. Z anorganických látek dominuje sodík a chloridy. Zvlášť koncentrace chloridů je velmi vysoká. V dalším pořadí lze uvést sírany a fosforečnany (Pitter, 1999). Dalším zdrojem látek ve splaškových vodách jsou zbytky živočišné a rostlinné potravy z kuchyní. Nezanedbatelným zdrojem anorganických a organických látek jsou součásti namáčecích, pracích a čistících prostředků. Jde o různé typy tenzidů, polyfosforečnany, zeolity, boritany, aj. (Synáčková, 1996). Vychází-li se z potřeby vody asi 150 l na 1 obyvatele za 1 den, lze splaškové odpadní vody charakterizovat takto: BSK 5 400 mg.l -1, CHSK Cr 800 mg.l -1, N celk do 70 mg.l -1, P celk do 15 mg.l -1, veškeré látky 1 200 mg.l -1, rozpuštěné látky 830 mg.l -1, nerozpuštěné látky 370 mg.l -1. Poměr CHSK a BSK 5 mívá obvyklou hodnotu 2. Veškeré látky jsou tvořeny asi 50 % organickými látkami a z 50 % anorganickými látkami. Převážná část sloučenin fosforu a dusíku je přítomna v rozpuštěné formě. Splaškové odpadní vody mají zpravidla šedou nebo šedohnědou barvu a bývají silně zakalené. Čerstvé splašky nemají příliš intenzivní zápach, avšak za několik hodin, když se vyčerpá rozpuštěný kyslík a začnou probíhat anaerobní pochody, začíná odpadní voda intenzivně páchnout a tmavnout, protože reakcí vznikající sulfidické síry se sloučeninami železa se vylučuje černý FeS (Pitter, 1999). Ohrožují přírodní vody především z hygienických a epidemiologických hledisek. Významně porušují životní prostředí ryb a ostatních organismů žijících nejen ve vodě, ale i ve styku s vodou (Hartman, 2005). Reakce splaškových vod bývá slabě alkalická. Hodnota ph se pohybuje od 6,5 do 8,5. Byly však naměřeny i hodnoty vyšší, které pravděpodobně souvisejí s vypouštěním některých průmyslových odpadních vod do kanalizace (Pitter, 1999). 10

2.1.2.2 Městské odpadní vody Jsou tvořeny směsí splašků a průmyslových odpadních vod, popř. vody dešťové a jiných vod odváděných veřejnou kanalizací (Pitter, 1999). 2.1.2.3 Průmyslové odpadní vody Průmyslové odpadní vody mají velmi rozmanitý charakter. Může dominovat jak anorganické, tak i organické znečištění. Jejich složení se posuzuje nejenom z hlediska jejich vypouštění do recipientu nebo z hlediska výpočtů poplatků za vypouštění odpadních vod, ale i z hlediska možnosti jejich chemického nebo biologického čištění. Rozmanitost anorganických a organických látek vyžaduje i posouzení acidobazických vlastností a zhodnocení toxicity a biodegradability organických komponent (Pitter, 1999) 2.2 Charakteristika povrchových vod Povrchové vody jsou všechny vody přirozeně se vyskytující na zemském povrchu. Dělí se na vody kontinentální a vodu mořskou. Kontinentální povrchové vody jsou jednak tekoucí a jednak stojaté. Podle užití tekoucích vod se rozlišují toky vodárenské a ostatní (Pitter, 1999). Složení kontinentálních povrchových vod je dle Pittra (1999) ovlivněno: 1. geologickou skladbou podloží a složením dnových sedimentů 2. hydrologicko klimatickými poměry (srážkovými a teplotními poměry, ročním obdobím, dálkovým transportem škodlivin) 3. půdně botanickými poměry (zalesněním, druhem půd) 4. antropogenní činností (průmyslem, zemědělstvím, komunálními odpady) 5. příronem podzemních vod. Základním kvalitativním složením se povrchové vody od podzemních vod příliš neliší. Rozdíly jsou v poměrném zastoupení jednotlivých složek. Chemická rozmanitost je u většiny povrchových vod menší než u vod podzemních. Převažujícím hydrochemickým typem je typ HCO 3 -Ca, popř. SO 4 -Ca, který se však vyskytuje podstatně méně často než u vod podzemních. Zatímco podzemní vody jsou často v anoxickém stavu a obsahují větší koncentrace CO 2, u povrchových vod je tomu opačně. Povrchové vody obsahují rozpuštěný kyslík a jen malé koncentrace oxidu uhličitého. Dále se liší obsahem organických látek. Podzemní vody bývají v důsledku infiltrace půdou a horninovým prostředím jen málo organicky znečištěny. 11

Naproti tomu povrchové vody nejsou před antropogenním znečištěním přirozeným způsobem chráněny (Pitter, 1999). 2.2.1 Chemické složení tekoucích vod Celková mineralizace vod bývá v rozmezí 100 mg.l -1 až 500 mg.l -1. Velmi malou mineralizaci mívají vody na horních částech toků, vody vzniklé táním sněhu nebo vody protékající oblastmi vyvřelých hornin (Pitter, 1999). Koncentrace nerozpuštěných látek se pohybuje u čistých toků obvykle v jednotkách mg.l -1, V období povodní se zvětšuje na desítky i stovky mg.l -1. Větší koncentrace se nacházejí ve vodách znečištěných městskými a průmyslovými odpady (Pitter, 1999). Koncentrace rozpuštěného kyslíku je funkcí teploty, koncentrace biologicky rozložitelných organických látek a fotosyntézy. U neznečištěných toků činí obvykle 85% až 95% nasycení (Pitter, 1999). Převládajícím tlumivým systémem tekoucích povrchových vod je uhličitanový systém. Avšak na tlumivé kapacitě se můžou podílet i heterogenní tlumivé systémy (plaveniny a dnové sedimenty obsahující hlinitokřemičitany a CaCO 3 ) (Pitter, 1999). Hydrogenuhličitany jsou zpravidla dominujícím aniontem. Pocházejí zejména z geologického podloží (Pitter, 1999). Druhým nejběžnějším aniontem jsou sírany (Davis, 2001). Mohou být až z poloviny původu z atmosférických depozic, zbytek pochází z průmyslových odpadních vod a z dalších zdrojů. Na rozdíl od podzemních vod je v povrchových vodách koncentrace železa a manganu malá, protože za oxických podmínek dochází k jejich oxidaci na Fe III a Mn III-IV, k následující hydrolýze a k vylučování velmi málo rozpustných hydratovaných oxidů (Pitter, 1999). Vápník je dominujícím kationtem. Na druhém místě se vyskytuje hořčík nebo někdy i sodík, draslík je z kationů vždy na posledním místě. U vápníku a hořčíku převažuje přírodní původ (Pitter, 1999). Organické látky v povrchových vodách jsou jednak přírodního původu (humnové látky a produkty životní činnosti vodních organismů), jednak původu antropogenního (ze splaškových a průmyslových odpadních vod a ze zemědělství). V povrchových vodách mohou být závažným problémem specifické organické látky, které nelze běžnou vodárenskou technologií zcela odstranit (Pitter, 1999). Povrchové vody jsou zdrojem pitné a užitkové vody a slouží pro rekreační účely, chov ryb, aj. Současně jsou však recipientem splaškových a průmyslových odpadních vod. Vlivem nečistot se porušuje biologická rovnováha v recipientech a jejich schopnost samočištění. Vliv odpadních vod na jakost povrchové vody 12

se posuzuje podle chemických, biologických a estetických změn vod, kterými jsou poškozeny veřejné zájmy. Nejnápadnějším jevem je úhyn ryb (Pitter, 1999). 2.2.2 Chemické složení stojatých povrchových vod Tvorba chemického složení stojatých vod závisí na stejných faktorech jako u vod tekoucích. V některých případech hrají klimatické podmínky větší roli než u vod tekoucích. Chemické složení stojatých vod se mění zejména ve směru vertikálním a do určité míry i horizontálním v závislosti průtoku vody v nádrži. Mění se nejen během roku, ale i během dne. Změny závisí především na hodnotách oxidačně-redukčního potenciálu a na acidobazických rovnováhách. Charakteristickým obrazem je teplota a kyslíkový režim. Dále je také důležitá vertikální stratifikace sloučenin fosforu, železa a manganu, rovněž dochází ke stratifikaci sloučenin dusíku a organických látek (Pitter, 1999). 2.3 Chemismus Voda vyskytující se v přírodě není chemicky čistá. Vždy obsahuje rozpuštěné plyny a rozpuštěné a nerozpuštěné anorganické a organické látky. Některé látky již přijímá v atmosféře, ale k jejímu hlavnímu obohacování rozpuštěnými látkami dochází při infiltraci půdou a horninami. Antropogenním zdrojem anorganických a organických látek v přírodních vodách jsou průmyslové a splaškové odpadní vody a nečistoty z ovzduší (Novotny, 2003). Mezi iontově rozpuštěné látky patří z kationů zejména vápník, hořčík, sodík a draslík a z anionů zejména hydrogenuhličitany, sírany, chloridy a dusičnany. Všechny tyto látky patří do základního složení přírodních a užitkových vod a musí se s nimi počítat při všech hmotnostních a látkových bilancích. Mezi převážně neiontově rozpuštěné látky patří zejména sloučeniny křemíku dále rozpuštěné plyny, z nichž nejvýznamnější je kyslík a oxid uhličitý. Přírodní vody obsahují jen malé množství organických látek. Z dalších složek, které se v přírodních vodách stanovují, ale jsou přítomné v malých koncentracích, přicházejí v úvahu formy amoniakálního dusíku, některé kovy, dusitany, fosforečnany, fluoridy a případně formy sulfidické síry (Pitter, 1999). 2.3.1 Kovy a polokovy Obsah kovů ve vodách je ovlivněn nejenom chemickými, ale jak se zdá, především fyzikálně-chemickými procesy (adsorpcí). Proto jejich koncentrace ve vodách závisí jednak na chemické a jednak na adsorpční rovnováze. Změny 13

v koncentraci kovů ve vodě závisí na tzv. imobilizačních a remobilizačních procesech (tab. 1), kterými se kovy buď vážou do tuhých fází (sedimentů), nebo se z nich naopak uvolňují. Tabulka 1. Přehled procesů ovlivňujících koncentraci kovů ve vodě. imobilizační procesy remobilizační procesy alkalizace vody oxidace adsorpce na tuhých fázích inkorporace do biomasy acidifikace vody redukce komplexace desorpce uvolňování z odumřelé biomasy S výjimkou alkalických kovů a do určité míry i vápníku a hořčíku nelze udržet ve vodách vysoké koncentrace kovů, protože podléhají hydrolýze za vzniku málo rozpustných hydratovaných oxidů a mohou se dále podle celkového složení vody vylučovat jako málo rozpustné uhličitany, fosforečnany a sulfidy. Kovy se nacházejí ve vodách obvykle v koncentracích pod 1 mg.l -1 a počítají se mezi mikrokomponenty. Většina kovů má komplexotvorné vlastnosti (Pitter, 1999). Z hlediska vodních organismů je důležitý výskyt stopových koncentrací kovů, které se na jejich metabolismu podílejí převážně jako biokatalyzátory. Větší koncentrace těchto kovů však mohou působit toxicky (Pošta a kol., 2005). Mezi toxické kovy vyskytující se ve vodách patří zejména Hg, Cd, Pb, As, Se, Cr, Ni aj. Z hlediska toxicity má prioritní význam rtuť, kadmium, olovo a arsen. Inhibují růst organismů a činnost enzymů a nepříznivě tak ovlivňují samočistící pochody v přírodních vodách (Pitter, 1999). Pitter (1999) rozděluje kovy a polokovy podle hygienické závadnosti následujícím způsobem: toxické: Hg, Cd, Pb, As, Se, Be, V, Ni, Ba, Ag, Zn s karcinogenním nebo teratogenním účinkem: As, Cd, CrVI, Ni, Be vykazující chronickou toxicitu: Hg, Cd, Pb, As ovlivňující organoleptické vlastnosti vody: Mn, Fe, Cu, Zn. Toxicita kovů závisí na teplotě, hodnotě ph a celkovém složení vody, které ovlivňují jejich speciaci. Toxicky většinou působí především jednoduché iontové formy. Anorganické a organické komplexy jsou většinou méně toxické. U směsí 14

kovů se mohou jejich toxické účinky sčítat, zesilovat i zeslabovat. Toxičtěji se projevují jednotlivé složky například ve směsích Cd+Zn, Ni+Zn nebo Hg+Cu. Hg, Pb, Se, Cu, Zn a další kovy mají významnou bioakumulační schopnost, což znamená, že se snadno hromadí v sedimentech a ve vodní flóře a fauně. Buňky se o tyto kovy obohacují tzv. aktivním přestupem (proti koncentračnímu gradientu), který je nevratný (Pitter, 1999). 2.3.1.1 Geneze a výskyt jednotlivých kovů v povrchových vodách Hliník V přírodě je hliník rozšířen ve formě hlinitokřemičitanů. Antropogenním zdrojem hliníku jsou odpadní vody z povrchové úpravy hliníku a jeho slitin, z výroby papíru, kůže, barviv aj. Do vody přechází při její úpravě koagulací síranem hlinitým. Vlivem kyselých dešťů se zvětšuje migrace hliníku v půdě, což je také jedna z příčin vzrůstu koncentrace hliníku v podzemních vodách. U hliníku byla prokázána fytotoxicita, a proto je jeho koncentrace ve vodách pro závlahy limitována. Pro pitnou vodu je mezná hodnota obsahu hliníku 0,2 mg.l -1 (Synáčková, 1996). Železo Pouhým vyluhováním z železných rud (pyrit, magnetovec, hněděl, siderit) se vody obohacují železem jen málo. Antropogenním zdrojem železa mohou být některé průmyslové odpadní vody. Železo se vyskytuje ve vodách ve dvojmocné nebo trojmocné formě. V malých koncentracích je železo běžnou součástí vod. V povrchových vodách se vyskytuje obvykle v setinách až desetinách mg/l. Více železa je ve vodách z rašelinišť. Koncentrace železa vyskytující se v povrchových a prostých podzemních vodách, je hygienicky nevýznamná. Ovlivňuje však organoleptické vlastnosti vody a to barvu, chuť i zákal. I malé koncentrace železa ve vodě mohou být příčinou nadměrného rozvoje železitých bakterií, které při nadměrném rozvoji způsobují ucpávání potrubí a při jejichž odumírání voda zapáchá. Ve vodárenských tocích nemá koncentrace železa přestoupit 0,5 mg.l -1 a v ostatních tocích 2 mg.l -1. Pro pitnou vodu je mezná hodnota obsahu železa 0,3 mg.l -1 (Synáčková, 1996). Mangan Mangan doprovází železné rudy. Do vod se dostává i z půd, sedimentů a z některých odumřelých částí rostlin. Antropogenními zdroji manganu mohou být některé průmyslové odpadní vody. Manganu bývá méně než železa, ale existují i podzemní vody s obráceným poměrem. Mangan je nezbytný pro rostliny i živočichy. V koncentracích, vyskytujících se v přírodních vodách, je nezávadný, ale významně ovlivňuje organoleptické vlastnosti vody (Pitter, 1999). 15

Měď V přírodě se měď nejčastěji vyskytuje ve formě sulfidů, ze kterých se může dostávat do podzemních vod v důsledku rozkladu sulfidických rud. Antropogenním zdrojem mědi v povrchových vodách mohou být odpadní vody z povrchové úpravy kovů a aplikace algicidních preparátů. Měď patří mezi esenciální prvky pro lidský organismus, pro vodní organismy je však značně toxická a to už od koncentrace 0,05 mg.l -1 (Synáčková, 1996). Zinek Zinek je běžnou součástí hornin, půd a sedimentů. Antropogenním zdrojem zinku v přírodních vodách je zejména atmosferický spad. Dalším zdrojem jsou nádoby ze zinku nebo nádoby pozinkované, se kterými voda přichází do styku. Zinek patří mezi esenciální stopové prvky pro lidi, zvířata i rostliny. Jeho nedostatek může být příčinou řady zdravotních problémů, proto je jeho přítomnost ve vodách z hygienického hlediska málo závadná. Ve větších koncentracích (nad 5 mg.l -1 ) ovšem ovlivňuje chuť vody. Zinek je značně toxický pro ryby a jiné vodní organismy a to už od koncentrací řádově desetin mg.l -1. Míra toxicity závisí na formách výskytu ve vodě a přípustná koncentrace pro jednotlivé organismy se může značně lišit v závislosti na celkovém složení vody (Pitter, 1999). Kadmium Kadmium doprovází zinek ve vodách, avšak v podstatně menších koncentracích. Významným antropogenním zdrojem jsou fosforečnanová hnojiva, aplikace čistírenských kalů a odpadní vody z galvanického pokovování a z výroby baterií (Pitter, 1999). Kadmium patří mezi velmi nebezpečné jedy, značně se kumuluje v biomase (ukládá se do nadledvinek), zesiluje toxické účinky jiných kovů. Ve vodních tocích se připouští max. 15 µg.l -1 (Synáčková, 1996). Rtuť Hlavní rudou je rumělka, v okolí jejich nalezišť se může rtuť dostat do okolních vod. Sloučeniny rtuti jsou obsaženy v odpadních vodách z elektrolýzy, organických syntéz, rudných úpraven a ze zemědělských hnojiv. Rtuť má jeden z nejvyšších kumulačních koeficientů. Mimořádně silně se kumuluje v sedimentech a ve vodní floře a fauně. Ve vodních tocích se připouští malá koncentrace (vodárenské toky 0,5 µg.l -1, ostatní 1 µg.l -1 ) (Synáčková, 1996). Olovo Olovo se pouze nepatrně hromadí v důlních vodách, protože nepodléhá chemické a biochemické oxidaci. Stále významnějším zdrojem olova jsou výfukové plyny motorových vozidel, usiluje se proto o náhradu tetraethylolova jiným přípravkem. V této době se stále hromadí na vegetaci v okolí komunikací a dostává 16

se do atmosférických vod a následně i do vod povrchových. Olovo patří mezi látky toxické a ve vodách je velmi nebezpečné. Akutní otravy vodou s obsahem olova nejsou známy, způsobuje však otravy chronické, protože se hromadí v některých organismech. Ve vodárenských tocích se koncentrace olova limituje hodnotou 0,05 mg.l -1, v ostatních tocích 0,1 mg.l -1 (Synáčková, 1996). Sodík a draslík Kationty těchto kovů jsou přítomny ve všech přírodních vodách, patří mezi čtyři základní kationty přírodních a užitkových vod. Koncentrace sodíku je ve vodách až na výjimky větší než koncentrace draslíku. Sodík a draslík nejsou hygienicky významné a jejich koncentrace není limitována. Sodík a draslík mají významnou úlohu při klasifikaci chemického složení vod (Pitter, 1999). Vápník a hořčík Vápník a hořčík jsou v přírodě dosti rozšířeny. Hořčík je ve vodách obvykle méně zastoupen než vápník. Dostávají se do vody rozkladem hlinitokřemičitanů vápenatých a hořečnatých a rozpouštěním vápence a jiných minerálů. Antropogenním zdrojem mohou být průmyslové odpadní vody z provozů, ve kterých se kyseliny neutralizují vápnem, vápencem, magnezitem nebo dolomitem. Z hygienického hlediska jsou vápník a hořčík méně významné. U vodárenských toků by neměly být překročeny koncentrace Ca 200 mg.l -1 a Mg 100 mg.l -1, u ostatních povrchových vod Ca 300 mg.l -1 a Mg 200 mg.l -1 (Pitter, 1999). 2.3.2 Sloučeniny síry Ve vodách se vyskytuje síra anorganicky a organicky vázaná. Anorganické sloučeniny síry mohou být přítomné v oxidačním stupni II, 0, II, IV a VI. Jde o sulfan, a jeho iontové formy, thiokyanatany, elementární síru, thiosírany, siřičitany a sírany. Z organických sloučenin síry přicházejí v úvahu některé bílkoviny, aminokyseliny, trioly a sulfosloučeniny (Pitter, 1999). Koloběh sloučenin síry v přírodě, tedy i ve vodách, je založen především na jejich biochemických přeměnách. Redukce síranů ve vodách je převážně biochemický proces, naopak oxidace sulfidické síry může být jak biochemická, tak i chemická. Ve vodách se redukují dusičnany na elementární dusík dříve než sírany na sulfidy, protože sírany se redukují teprve v anaerobním prostředí při značně záporných hodnotách oxidačně-redukčního potenciálu. Konečným produktem oxidace sloučenin síry ve vodách jsou sírany a konečným produktem redukce je sulfan a jeho iontové formy (Pitter, 1999). 17

Sírany převážně biochemická redukce S -II S 0 S 2 II O 3 2- S IV O 3 2- S VI O 4 2- biochemická nebo i chemická oxidace Sírany se vyskytují ve velkých koncentracích v důlních vodách. Sírany v koncentracích, vyskytujících se v povrchových a prostých podzemních vodách, nemají hygienický význam (Synáčková, 1996). Siřičitany V přírodních vodách se siřičitany téměř nevyskytují. Přirozeného původu jsou ve vulkanických exhalacích a ve vodách sopečných jezer. Do atmosférických vod se dostávají z městských a průmyslových exhalací, zejména při spalování fosilních paliv. Jsou závadné tím, že vyčerpávají z povrchových vod rozpuštěný kyslík a působí toxicky na vodní faunu a floru (Synáčková, 1996). Sulfany Sulfan a jeho iontové formy mohou být ve vodách anorganického (vzniká rozkladem sulfidických rud, biologickou redukcí síranů a vulkanické exhalace), tak i organického původu (biologický rozklad organických sirných látek v anaerobním prostředí). Antropogenním zdrojem mohou být průmyslové odpadní vody. V povrchových vodách se sulfan a jeho iontové formy vyskytují jen zřídka a v malých koncentracích, protože jsou oxidovány rozpuštěným kyslíkem. Sulfan ovlivňuje pach vody, pro ryby je jedovatý (Synáčková, 1996). 2.3.3 Sloučeniny fosforu Přírodním zdrojem fosforu ve vodách je rozpouštění a vyluhování některých minerálů a zvětralých hornin. Fosfor organického původu se vyskytuje v živočišném odpadu nebo v rozkládající se vodní floře a fauně (Pitter, 1999). Celkový fosfor (P celk ) ve vodách se dělí na rozpuštěný (P rozp ) a nerozpuštěný (P neropz ), který se dále dělí na anorganicky (P anorg ) a organicky (P org ) vázaný (Pitter, 1999). Vzhledem k tvorbě málo rozpustných fosforečnanů s Ca, Mg, Fe, Al apod. a vzhledem k jejich významné chemisorpci na tuhých fázích se fosforečnany vyskytují ve vodách jen ve velmi malých koncentracích (Pitter, 1999). V povrchových vodách se pohybují v desetinách mg.l -1 18 (Synáčková, 1996). Podstatně větší koncentrace fosforu se nacházejí ve splaškových odpadních vodách, kde fosfor pochází jednak z fekálií a jednak z pracích prostředků. Dalším antropogenním zdrojem je využívání fosforečných hnojiv v zemědělství (Pitter, 1999). Organického původu je fosfor, obsažený v živočišných odpadech (např. člověk vylučuje denně

1,5 g fosforu), který přechází do odpadních vod (Synáčková, 1996). Koncentrace celkového fosforu se v těchto pohybují obvykle v jednotkách mg.l -1, avšak při nízké specifické produkci odpadních vod mohou překročit i hodnotu 10 mg.l -1. (Pitter, 1999). V podzemních vodách mají fosforečnany indikační význam. Pokud jejich koncentrace v těchto vodách náhle vzroste, svědčí to o možnosti fekálního znečištění (pokud lze vyloučit znečištění způsobené fosforečnanovými hnojivy). Protože se snadno zadržují v půdě chemickými procesy a adsorpcí, má vzrůst jejich koncentrace značnou indikační hodnotu (Pitter, 1999). Sloučeniny fosforu mají významnou úlohu v přírodním koloběhu látek. Jsou nezbytné pro pro nižší i vyšší organismy, které je přeměňují na organicky vázaný fosfor. Po uhynutí a rozkladu se uvolňují zpět do prostředí. Zvlášť významně se fosforečnany uplatňují při růstu zelených organismů ve vodě. Proto bývá v zimním období jejich obsah v povrchových vodách největší a v letním období, probíhá-li intenzivní fotosyntetická asimilace, nejmenší. Na syntézu 100 mg biomasy se spotřebuje asi 1 mg fosforu (Synáčková, 1996). Ve srovnání s jinými biogenními prvky má fosfor mimořádný význam jako prvek často limitující produkční procesy ve vodních ekosystémech. Je to mimo jiné dáno rozdílem mezi jeho poměrným zastoupením v živých organismech a jeho zdroji v prostředí. V organismech je podíl fosforu vyšší a stálý, v prostředí nižší a proměnlivý, což způsobuje jeho sedimentární cyklus a proměnná intenzita využití rostlinami (Lellák, Kubíček, 1991). 2.3.4 Dusíkaté sloučeniny Dusík spolu s fosforem patří mezi nejdůležitější makrobiogenní prvky. Patří do tzv. skupiny nutrietů, které jsou nezbytné pro rozvoj mikroorganismů. Uplatňuje se při všech biologických procesech probíhajících ve vodách a při biologických procesech čištění a úpravy vody (Pitter, 1999). Dusík se vyskytuje ve vodách v různých oxidačních stupních ( III, -I, 0, +I, +III a +V). Sloučeniny dusíku jsou ve vodách málo stabilní a podléhají ve vodách četným biochemickým přeměnám, z nichž nejdůležitější je biologická oxidace a redukce (nitrifikace a denitrifikace) (Pitter, 1999). Koloběh dusíku ve vodách lze znázornit schématem na obr. 1. Schopnost redukovat trojnou vazbu vzdušného dusíku mají jen některé bakterie a sinice. Anorganický dusík, přijímaný producenty ve formě dusičnanů, je přeměňován na organickou formu v bílkovinách a nukleových kyselinách. Biomasou živočichů se část dusíku vrací zpět do prostředí ve formě exkrečních produktů a rozkladem tkání uhynulých živočichů. Organicky 19

vázaný dusík je mineralizován během procesu amonifikace. Amoniak může být využit jako zdroj dusíku, nebo dochází k jeho oxidaci činností nitrifikačních bakterií na dusitany, dále na dusičnany. Během denitrifikace probíhá proces opačný bakterie redukují dusičnany částečně na amoniak a částečně na plynný dusík (Lellák, Kubíček, 1991). Obr. 1. Cyklus dusíku v životním prostředí (Chudoba a kol., 1991) Splaškové vody jsou jedním ze zdrojů organického dusíku. Člověk denně vylučuje asi 12 g dusíku. Organického původu jsou i sloučeniny dusíku v odpadech ze zemědělských výrob. Dalším zdrojem je rozkládající se biomasa odumřelých organismů. Anorganickým zdrojem jsou plachy ze zemědělsky obdělávané půdy, hnojené minerálními dusíkatými hnojivy, atmosférické vody a některé průmyslové odpadní vody (Synáčková, 1996). 2.3.4.1 Amoniakální dusík Amoniakální dusík se vyskytuje téměř ve všech typech vod. Stanovení patří mezi ta nejběžnější. Poměr disociovaného iontu NH + 4 a nedisociovaného NH 3 (ve skutečnosti hydrátu amoniaku NH 3.H 2 O) ve vodě závisí na hodnotě ph. Při teplotě 20 C se v neutrálním a kyselém prostředí vyskytuje pouze amonný kation, při ph vyšším než 10,5 převažuje nedisociovaný hydrát. Běžně prováděnými analytickými postupy nelze obě formy rozlišit (Pošta a kol., 2005). Amoniakální dusík je z hygienického hlediska velmi významný, protože je jedním z primárních produktů rozkladu organických dusíkatých látek. Je proto důležitým chemickým indikátorem znečištění podzemních vod živočišnými odpady. Toxický vliv amoniakálního dusíku na ryby je značný a závisí na ph vody. 20