definice znečištění samočištění jakost a způsob klasifikace ochrana povodně POVRCHOVÉ VODY

povrchové vody definice dle vodního zákona: vody přirozeně se vyskytující na zemském povrchu; tento charakter neztrácejí, protékají-li přechodně zakrytými úseky, přirozenými dutinami pod zemským povrchem nebo v nadzemních vedeních stojaté a tekoucí z hlediska využití: vodárenské a ostatní vodní zdroj i recipient zároveň

Odběry povrchových vod v ČR v letech 1980 2013 Zdroj: MZe, s. p. Povodí, VÚV T.G.M., v.v.i.

Odběry podzemních vod v ČR v letech 1980 2013 Zdroj: MZe, s. p. Povodí, VÚV T.G.M., v.v.i.

Vypouštění odpadních vod v ČR v letech 1980 2013 Zdroj: MZe, s. p. Povodí, VÚV T.G.M., v.v.i.

Znečištění povrchových vod zdroje: bodové: splaškové, průmyslové, městské odpadní vody difúzní: malé rozptýlené zdroje plošné: mokré a suché depozice, urbanizované plochy, lesy, zemědělské plochy, vodní eroze největší producenti znečištění chemický průmysl výroba celulózy potravinářský průmysl

znečišťující látky působící přímo toxicky OV fenolové a z povrch. úpravy kovů OV z nemocničních zařízení a léčeben tenzidy radioaktivní OV ropné látky - rozpuštěné, nerozpuštěné, emulgované, sorbované zemědělské znečištění ovlivňující látkovou bilanci způsobující organoleptické závady inertní tepelné znečištění nejvyšší přípustná koncentrace (NPK) porušení samočisticí schopnosti

eutrofizace soubor přírodních a uměle vyvolaných pochodů zvyšujících obsah biogenních prvků ve vodě (N, P aj.) přirozená antropogenní zvýšení produkce biomasy (tzv. primární produkce)

sekundární (druhotné) znečištění zhoršení kvality vody v důsledku primárního znečištění např. kyslíkový deficit způsobený organismy přemnoženými v důsledku prim. znečištění remobilizace sedimentů apod. Sphaerotilus natans

legislativní ochrana Nařízení vlády 23/2011 Sb., kterým se mění NV 61/2003 o ukazatelích a hodnotách přípustného znečištění povrchových vod a odpadních vod, náležitostech povolení k vypouštění OV do vod povrchových a do kanalizací a o citlivých oblastech upravuje hodnoty zátěže vod emisní standardy vypouštěných OV (průmyslových, komunálních) imisní standardy přípustné zátěže toků kombinovaný přístup = emisní + imisní

Vypouštěné a zpoplatněné znečištění v letech 1990-2013

Koloběh toxických látek a živin v tekoucích vodách T - transport proudem vody, U - místní koloběh; 1 - přísun z břehů, 2 - přísun z atmosféry, 3 - přísun z podzemí, 4 - odlet, 5 - výlov ryb, 6 - sedimentace unášených látek, 7 - únik plynů do atmosféry

Samočištění souhrn přirozeně probíhajících fyzikálních, chemických, biologických a biochemických pochodů, kterými se povrchové vody v přírodě zbavují znečišťujících látek důležitým faktorem: kyslíkové poměry nejúčinnější a nejrychlejší samočištění v mělkých peřejnatých tocích pod vyššími jezy společnost narušuje samočisticí procesy a nutno zajistit i umělé čištění OV

Fyzikální faktory ředění mísení sedimentace nerozpuštěných látek rozdílná hustota částic horizontální i vertikální proudění proměna velikosti částic strhávání bakterií sorpce látek odplavování usazenin přestup kyslíku sluneční záření a tepelná stratifikace

Schéma sezónního cyklu termiky jezera mírného pásma

Schéma sezónního cyklu termiky jezera mírného pásma letní stagnace podzimní cirkulace jarní cirkulace zimní stagnace

Schéma letní teplotní stratifikace - epilimnion - metalimnion (termoklina, skočná vrstva) - hypolimnion

Schéma sezónního cyklu termiky jezera mírného pásma

Schéma horizontálního a vertikálního členění vodní nádrže stratifikované teplotně a světelným klimatem v době letní stagnace

Vztah teplotní a světelné stratifikace vodní nádrže v době letní stagnace

Vliv světelných podmínek na biochemické děje

Schéma sezónního cyklu stratifikace kyslíku

Chemické faktory reakce látek v OV s látkami v recipientu oxidace, redukce, neutralizace, srážení O 2 a CO 2 určující je kyslíkový režim rozpustnost O 2 ovlivňuje teplota, tlak, salinita koncentraci O 2 ovlivňuje rovnováha na fázovém rozhraní voda-vzduch, fotosyntéza, respirace, rozklad organických látek C nejdůležitější zákl. prvek org. hmoty fotosyntéza: 6CO 2 + 6H 2 O C 6 H 12 O 6 + 6O 2 vertikální zonace O 2 opačná než CO 2

Typický průběh vertikální stratifikace rozpuštěného kyslíku, oxidu uhličitého a teploty v době letní stagnace ve vodní nádrži s vysokou produktivitou

oxidačně-redukční reakce u hladiny oxidace imobilizace u dna redukce remobilizace

srážecí reakce vylučování uhličitanů Ca 2+ + HCO 3 - CaCO 3 (s) + H + Ca 2+ + 2HCO 3 - CaCO 3 (s) + CO 2 + H + oxidace železa a manganu 4Fe 2+ + O 2 + 10H 2 O 4Fe(OH) 3 (s) + 8H + 2Mn 2+ + O 2 + 2H 2 O 2MnO 2 (s) + 4H + reakce železnatých a sulfidových iontů Fe 2+ + S 2- FeS (s) reakce trojmocného železa s fosforečnany Fe 3+ + PO 4 3- FePO 4 (s)

komplexotvorné reakce centrální atom + ligand anorg. ligandy: OH -, CO 3 2-, HCO 3-,SO 4 2-, F -, Cl -, CN -, polyfosforečnany org. ligandy: anionty huminových kys., fulvinových kys. tvorba stabilních komplexů komplex jiné vlastnosti než částice, z nichž se skládá ovlivnění migrace kovů v prostředí zabránění vzniku málo rozpustných forem kovů potlačení adsorpce kovů snížení toxicity kovů pro různé organismy

tlumivá kapacita vody umožňuje přírodním vodám vyrovnat se do určité míry s kyselými nebo zásaditými OV neutralizační kapacita vody ZNK zásadová neutralizační kapacita - neutralizace OH - H 2 CO 3 *, H 2 PO 4 -, H 2 S a mastné kyseliny uhličitanový systém: CO 2 + H 2 O HCO 3 - + H + HCO 3 - CO 3 2- + H + KNK kyselinová neutralizační kapacita - neutralizace H + HCO 3 - + H + CO 2 + H 2 O CO 3 2- + H + HCO 3 - OH - + H + H 2 O vyčerpání tlumivé kapacity = narušení samočisticích procesů

Biochemické a biologické faktory přeměna mrtvé hmoty ve výše organizovanou živou hmotu odumírání organismů - rozklad aerobní anaerobní destruenti producenti konzumenti

aerobní stupně samočištění redox potenciál nad + 50 mv konečný akceptor elektronů rozpuštěný kyslík (1 2 mg/l) postupná oxidace organických látek, mineralizace, nitrifikace mikroorganismy i makroorganismy bakterie prvoci plankton nižší a vyšší vodní rostliny bezobratlí a vyšší vodní živočichové vodní policie Tubifex a organická hmota a bakterie a prvoci a vířníci, korýši a larvy hmyzu a ryby

anaerobní stupně samočištění hnilobné procesy za nepřítomnosti kyslíku bakterie produkty: CH 4, CO 2, H 2 S, NH 3, NMK nejdůležitejší pochody CO(NH 2 ) 2 + 2 H 2 O g (NH 4 ) 2 CO 3 rozklad bílkovin a aminokyseliny a CO 2, H 2 S, NH 3, H 2 O štěpení mastných kyselin a CH 4 štěpení celulózy a sacharidů desulfatace denitrifikace

koloběh dusíku základní biogenní prvek antropogenní zdroje: atmosférické depozice, zemědělství, splaškové vody sloučeniny N - ve vodách málo stabilní, podléhají v závislosti na pe a ph biochemickým změnám producenti přijímají rozpuštěný anorg. N a org. hmota nitrifikace oxidace NH 3 na NO 2 - až NO 3 - nitritace: 2NH 3 + 3O 2 2NO - 2 + 2H + + 2H 2 O nitratace: 2NO - 2 + O 2 2NO - 3 denitrifikace redukce NO 2 - a NO 3 - na N 2 5CH 3 OH + 6NO 3-5CO 2 + 3N 2 + 7H 2 O + 6OH - 5C 6 H 12 O 6 + 24NO 3-30CO 2 + 12N 2 + 18H 2 O + 24OH - vertikální stratifikace

koloběh fosforu základní biogenní prvek antropog. zdroj: splaškové vody, splachy PO 4 3- + Fe 3+ a nerozpustné fosfáty železa, nerozpustný Fe(OH) 3 a hromadění na dně a v anaerobních podmínkách a vznik rozpustných forem Fe a uvolnění PO 4 3-!

Schéma koloběhu P ve vodním ekosystému v interakci s Fe a S

koloběh síry Mikrobiální přeměna sloučenin síry ve velmi produktivním jezeře

Rozhodující faktory samočištění doba zdržení vody v daném úseku intenzita kontaktu mezi vodou a aktivním povrchem koryta toku rozhodujícím činitelem: společenstva organismů

Křivky kyslíkového nasycení vody v řece po různém zatížení odpadními vodami

Schematizovaný podélný úsek samočištění

ovlivnění samočisticí kapacity opatření snižující samočisticí kapacitu vodních toků napřimování a zahlubování toků opevňování koryt zesplavňování toků zkrácení doby zdržení vody v jednotlivých úsecích koryta redukce nárostových společenstev zrychlené odvodňování krajiny, zrychlení průběhu povodní, omezení tlumivých rozlivů povodní opatření obnovující samočisticí kapacitu vodních toků revitalizace obnovení přírodního rázu koryt členitost trasy, příčného profilu, podélného profilu, drsnost povrchu koryta členitost rychlostí a hloubek proudění vody

Přírodně a technicky upravené koryto

přirozené znečišťování přirozené znečišťování přirozené obohacování živinami do přirozené úrovně nasycení umělé znečišťování překročení přirozené úrovně nasycení cílové stavy samočištění v mezích přirozené úrovně nasycení vody v daném místě toku kvantifikace samočištění obtížná vodní právo samočištění nezohledňuje

Jakost povrchových vod a způsob jejich klasifikace Vyhl. č. 98/2011 Sb., o způsobu hodnocení stavu útvarů povrchových vod, způsobu hodnocení ekologického potenciálu silně ovlivněných a umělých útvarů povrchových vod a náležitostech programů zjišťování a hodnocení stavu povrchových vod jakost povrchových vod jakostní třídy situační monitoring provozní monitoring monitoring kvantitativních charakteristik povrchových vod průzkumný monitoring stav útvarů povrchových vod chemický a ekologický stav ekologický potenciál (silně ovlivněných nebo umělých útvarů) kategorie profilů sítě zjišťování stavu vod komplexní, páteřní, běžný, doplňkový, specifický, variabilní

Klasifikace jakosti tekoucích vod ČSN 75 7221 Jakost vod Klasifikace jakosti povrchových vod atřídy jakosti I. třída - velmi čistá voda / neznečištěná voda II. třída - čistá voda / mírně znečištěná voda III. třída - znečištěná voda IV. třída - silně znečištěná voda V. třída - velmi silně znečištěná voda podle skupin ukazatelů obecné, fyzikální a chemické ukazatele specifické organické látky kovy a metaloidy mikrobiologické a biologické ukazatele radiologické ukazatele

Mezné hodnoty tříd jakosti vody (ČSN 75 7221) třída ukazatel jednotka 1 2 3 4 5 obecné, fyzikální a chemické ukazatele rozpuštěný kyslík mg.l -1 >7,5 >6,5 >5 >3 3 biochemická spotřeba kyslíku mg.l -1 <2 <4 <8 <15 15 chemická spotřeba kyslíku - Mn mg.l -1 <6 <9 <14 <20 20 chemická spotřeba kyslíku - Cr mg.l -1 <15 <25 <45 <60 60 celkový organický uhlík mg.l -1 <7 <10 <16 <20 20 elektrolytická konduktivita ms.m -1 <40 <70 <110 <160 160 rozpuštěné látky mg.l -1 <300 <500 <800 <1 200 1 200 nerozpuštěné látky mg.l -1 <20 <40 <60 <100 100 amoniakální dusík (a) mg.l -1 <0,3 <0,7 <2 <4 4 dusičnanový dusík (c) mg.l -1 <3 <6 <10 <13 13 celkový fosfor mg.l -1 <0,05 <0,15 <0,4 <1,0 1,0 železo mg.l -1 <0,5 <1 <2 <3 3 saprobní index makrozoobentosu <1,5 <2,2 <3,0 <3,5 3,5

charakteristická hodnota ukazatele jakosti vody charakterizuje celý soubor naměřených hodnot hodnota s 90% nepřekročením (u O 2 překročením) pro 11 15 hodnot hodnota předposlední pro 16 23 hodnot hodnota 3. odzadu pro 24 a více hodnot - empirická pravděpodobnost nepřekročení: P m = (m-0,3)/(n+0,4) P m empirická hodnota m-té hodnoty v řadě, m pořadové číslo prvku ve vzestupné (pro O 2 sestupné) řadě, n počet prvků řady

výsledky klasifikace hodnocené období aritm. průměr průtoku při odběrech vzorků pro každý ukazatel jakosti vody: celkový počet stanovení, počet hodnot pod mezí stanovitelnosti, aritm. průměr hodnot, medián, charakteristická hodnota, třída jakosti vody základní klasifikace jakosti vody vybrané ukazatele: SI zoobentosu, BSK 5, CHSK Cr, N-NO 3-, N-NH 4+, P c výsledná třída podle nejnepříznivějšího zatřídění amapa jakosti vody: I. II. III. IV. V. tř.

Hlavní vodní toky v ČR

Jakost vody v tocích ČR v letech 1991-1992

Klasifikace z hlediska biologického trofický limnologický systém systém saprobií

trofický limnologický systém pomocí složení živé org. hmoty hodnotí úživnost povrchových vod skutečná organická produkce potenciální produktivita růstová odezva zelené řasy Scenedesmus quadricauda Mp [mg/l] - trofický potenciál a trofická pásma Scenedesmus quadricauda

stupeň trofie trofický potenciál Mp [mg/l] 1 ultraoligotrofní < 5 2 oligotrofní 5 50 3 mezotrofní 50 200 4 eutrofní 200 500 5 polytrofní 500 1000 6 hypertrofní > 1000

Odhad trofie v nádržích stupeň trofie P c [mg/m 3 ] průhlednost [m] chlorofyl a [mg/m 3 ] ultraoligotrofní 4 12 1 oligotrofní 10 6 2,5 mezotrofní 10 30 3 6 2,5 8 eutrofní 35 100 1,5 3 8 25 hypertrofní 100 1,5 25 zdroj: OECD

Schéma pravděpodobnosti výskytu jednotlivých stupňů trofické stupnice ve vztahu ke koncentraci celkového fosforu ve vodních ekosystémech

Srovnání oligotrofních a eutrofních jezer

systém saprobií sapros hniloba, znečištění prostředí saprobita charakteristický stav vody vyvolaný znečištěním rozložitelnými organickými látkami, který vyvolá charakteristické změny v kvalitativním a kvantitativním složení vodní biocenózy biologický obraz znečištění vody (dnes i jiné ukazatele např. BSK) fyz. a chem. kritéria okamžitý kvalitativní stav saprobita integrální stav

Schéma jakosti vody z biologického hlediska (podle Sládečka) K - katarobita L - limnosaprobita E - eusaprobita T - transsaprobita x - xenosaprobita o - oligosaprobita b - beta-mezosaprobita a - alfa-mezosaprobita p - polysaprobita i - izosaprobita m - metasaprobita h - hypersaprobita u - ultrasaprobita a - antisaprobita r - radiosaprobita c - kryptosaprobita přirozené znečištění - až b antropog. znečištění - až u samočištění - až b

saprobní index SI = Ʃ(A i.s i.g i )/Ʃ(A i.g i ) A i - abundance zjištěného organismu, s i - individuální saprobní index organismu, g i - indikační váha organismu

Ochrana povrchových vod ochrana zdrojů podzemních i povrchových vod výstavba ČOV změny technologií průmyslových výrob rozumné hospodaření v zemědělství opatření rušení zastaralých, zavádění bezodpadových technologií dodržování agrotechnických opatření provozní kázeň při manipulaci s ropnými aj. látkami intenzifikace stávajících ČOV zvýšení úplat za vypouštění OV zlepšení kontroly

Povodně přechodné výrazné zvýšení hladiny vodních toků nebo jiných povrchových vod, při kterém voda zaplavuje území mimo koryto vodního toku a může způsobit škody přirozené deště, tropické bouře, tání sněhu zvláštní havárie vodního díla stupně povodňové aktivity 1. bdělosti (nevyhlašuje se) 2. pohotovosti vyhlašuje vodoprávní úřad (zák. č. 180/2008 Sb.) 3. stav ohrožení povodňové plány TNV 75 2931 povodňové orgány záplavová území

policie jej uzavřela protipovodňová ochrana komplexní řešení péče o odtok srážek ochrana území snaha o příznivý odtok v závěrném profilu priority 1. ochrana zastavěných území obcí 2. ochrana nezastavěných, zemědělsky využívaných ploch snaha o soulad opatření technických a přírodních podpora vsakování a zadržení srážkových vod zpomalování koncentrace a postupu povodňových vln obnova potočních a říčních pásem vytváření ochranných koryt poldry suché nádrže

PPO jednotlivce před povodní vytipujte si bezpečné místo kontaktujte přítele mimo záplavovou oblast připravte: pytle s pískem potraviny a vodu na 2-3 dny automobil k použití evakuaci zvířat evakuační zavazadlo (tvanlivé potraviny, pitná voda, předměty denní potřeby, osobní doklady, peníze, pojistné smlouvy, cennosti, přenosné rádio + baterie, hyg. potřeby, léky, svítilna, náhr. oděv, obuv, pláštěnka, spacák nebo deka, nůž, zápalky, zvuková signalizace) upevněte věci, které by mohla voda odnést při povodni opusťte ohrožený prostor dodržujte zásady pro opuštění bytu / domu přesuňte se na vytipované místo po povodni zkontrolujte stav obydlí zlikvidujte uhynulé zvířectvo, potraviny, plodiny informujte se o místech human. pomoci kontaktujte pojišťovnu

rekapitulace eutrofizace chemické, fyzikální a biologické faktory samočištění vertikální stratifikace koloběh N a P ve vodním ekosystému klasifikace jakosti povrchových vod třídy jakosti trofický stupeň, saprobní index protipovodňová opatření, revitalizace

http://step.vscht.cz/infografiky/odpadni-vody/

Tyto materiály jsou určeny především pro studenty Vysoké školy chemicko-technologické v Praze. Některá data v nich obsažená jsou z veřejných zdrojů a z důvodu přehlednosti nejsou uvedeny všechny citace tak, jak bývá v odborné literatuře zvykem. S případnými výhradami se, prosím, obracejte na autory. Pavla Šmejkalová, Aleš Pícha