Biologické metody sledování ovzduší: Přehled

Během celého života je člověk vystaven účinku nejrůznějších škodlivých chemických látek. Jejich zdrojem je potrava, znečištěná voda a ovzduší, nejrůznější spotřebitelské produkty. Ve významné míře bývá člověk vystaven účinku chemických látek („exponován“) také v pracovním prostředí. Takové působení označujeme jako profesionální expozice chemickým látkám. K ní může docházet všude, kde se chemické látky vyrábějí nebo vznikají, při jejich přepravě, zpracování nebo využívání v dalších pracovních procesech. Při všech těchto činnostech je nutné zabezpečit ochranu zdraví zúčastněných osob.

5.2.2 Biologická úprava odpadů

Biologická úprava odpadů využívá biochemických reakcí, které jsou řízeny biologickými katalyzátory - enzymy. Je nezbytné, aby mikroorganismy, které se na těchto pochodech podílejí, obsahovaly patřičné enzymy nebo jejich komplexy. To je základní podmínka pro úspěšné použití biologických metod.

Při aplikaci biologických metod je nezbytná znalost zákonitostí biologického odbourávání. Bývá jedno z nejčastějších omezení pro využívání biologických metod, pokud jsou látky toxické pro mikroorganismy nebo inhibují enzymatickou aktivitu. Pokud má odpad toxické vlastnosti nebo inhibuje enzymatickou aktivitu, není možné biologickou úpravu aplikovat.

Pro činnost mikroorganismů je důležité zajistit vhodné podmínky v odpadu. Změna teploty odpadu je snadno proveditelné a nenákladné. Zlepšení podmínek v odpadu, které mikrobiální činnost umožňují, bývá levná a jejich zapravení do odpadu nebývá technicky obtížné.

Při biologickém odbourávání směsi polutantů mohou nastávat jevy, kdy se biodegradace cílových látek snižuje či biodegradace se úplně zastaví. Účinek se projevuje jen na jeden mikroorganismus konsorcia. Často se stává, že se jedna látka stane pro mikroorganismy toxickou a další odbourávání se tak zastaví. To vede k zastavení biologických pochodů a použitá metoda úpravy je neúspěšná. Například, při odbourávání směsi ethylbenzenu a toluenu, neprobíhá rozklad benzenu nebo o-xylenu.

Čtěte také: Výhody biologických přípravků na odpad

Biologická úprava odpadů je mechanismus, který závisí na mnoha parametrech (např. akceptor elektronů, osmotický tlak, koncentrace anorganických solí apod.). Koncentrace cílových škodlivých látek je nutné upravovat tak, aby maximální a minimální koncentrace byly eliminovány. Výběr mikroorganismů zahrnující bakterie, kvasinky, plísně a nižší houby je dán výše uvedenými aspekty.

Bakterie nevytvářejí enzymy, které by vylučovaly z buňky do prostředí. Proto je limitujícím krokem biodegradace, který určuje celkovou rychlost biodegradace, přenos molekul cílových látek přes buněčnou membránu, který závisí na polaritě aktivních látek. Pro zvýšení účinnosti biodegradace se využívá aktivních látek vytvářených mikroorganismy (biosurfaktanty). Molekula biosurfaktantu se konjuguje s molekulou nepolární látky, komplex se rozpadá a substrát podléhá biochemickým změnám. Poté probíhá i samotný biologický rozklad či biologická transformace. Tímto způsobem je odstraněn nejpomalejší krok biodegradace u bakterií.

Houby naopak vytvářejí enzymy, které vylučují do prostředí z buňky, není třeba přenosu molekul cílových látek do buněk. Pro houby je typická bílá hniloba dřeva v přírodě, která odbourává lignin. Hlavní skupinou vytvářených enzymů těmito hounami jsou peroxidasy. Tyto enzymy umožňují hydroxylaci aromatického kruhu. Z tohoto důvodu je účinnost biotransformace a biodegradace PAU houbami poměrně úspěšná. Nicméně při aplikaci do pevných nebo plastických odpadů však nastává problém, protože enzymy působí jen na bezprostřední okolí buněk. Tato aplikace je pak nákladná a jen velmi málo účinná.

Cíle biologické úpravy

Biologické úpravy odpadů mohou sledovat několik zcela rozdílných cílů. Mohou snižovat objemu nebezpečného odpadu, popřípadě úplné zbavení nebezpečnosti. Cílem biologické úpravy je snížení koncentrace nebezpečné látky nebo biotransformovat na neškodné produkty. Jde o obdobou používaných chemických procesů. Tato úprava využívá vlastností mikroorganismů polutanty vázat. Tento proces je někdy označován jako biosolidifikace. Takto upravený odpad je využitelný pro plynné, kapalné i pevné odpady. Liší se pouze použité technologie. Následně se inertní látky přítomné v odpadu stávají pevné a nedochází k jejich rozpadu.

Pro odstranění rozpuštěné látky (zejména ionty těžkých kovů) se využívá specifického pochodu - biosorpce. Kovy (kadmium, chrom, měď) jsou absorbovány a následně oddělovány z čištěné vody. Mezi biologické úpravy odpadů lze přiřadit např. tvorbě nerozpustných sloučenin kovů a jejich vydělení z roztoku), adsorpce do exopolymerů produkovaných mikroorganismy, biologická oxidace a redukce kovů, biologická denitrifikace a pod. Na srážení různých kovů se podílí několik mechanismů a podílejí se na nich různé mikroorganismy.

Čtěte také: Soutěž BiO pro studenty

Při redukci síranů dochází k tvorbě nerozpustných sulfidů kovů. Redukce síranů je založena na činnosti bakterií, které produkují sulfan, popřípadě síru. Jako donor elektronů je použit ethanol. Bakterie, které se na těchto biotransformacích podílejí jsou například Shewanella putrefaciens, S. oneidensis, S. bemidjiensis, G. A. crotonatoxidans, A. metalliredigens, Geothrix sp., Pseudomonas sp. a Desulfosporosinus sp., Pelobacter sp.

Bakterie mají enzymatické aparáty schopné redukovat přímo kovy. Bylo například prokázáno, že bakterie z rodů Shewanella sp. a Geothrix sp. mohou redukovat kovy, i když nejsou v přímém kontaktu s buňkami. V tomto případě se elektron musí přenést elektron na kovový atom, který se oxiduje, proteinovým přenašečem elektronům. V bakteriálních membránách se vytváří proudový tok, který se dá využít pro výrobu elektrické energie. V praxi se tato technologie využívá pro eliminaci těžkých kovů a metaloidů z důlních vod.

Monitoring kvality ovzduší

Úsek ochrany čistoty ovzduší provozuje státní imisní síť na území celé České republiky. Její součástí jsou akreditovaná pracoviště Imisního monitoringu ČHMÚ a Kalibrační laboratoř imisí ČHMÚ, které jsou referenčními pracovišti MŽP ČR pro měření a hodnocení stavu znečištění ovzduší na celém území ČR. V rámci imisní sítě jsou na 85 lokalitách provozovány stanice automatizovaného imisního monitoringu (AIM) a na 57 lokalitách stanice manuálního imisního monitoringu (MIM), ze kterých jsou získávány informace o koncentracích oxidu siřičitého, oxidu dusičitého, suspendovaných částic (frakce PM10 a PM2,5), oxidu uhelnatého, benzenu, troposférického ozonu, těžkých kovů, těkavých organických látek a perzistentních organických látek. Tyto činnosti jsou prováděny v souladu s národní legislativou a směrnicemi EU. V rámci novelizace těchto směrnic a norem EU (EN) jsou měření technicky novelizována a modifikována.

Naměřené koncentrace jsou po verifikaci ukládány v Informačním systému kvality ovzduší (ISKO). Jeho úkolem je soustředit a všeobecně zpřístupnit naměřená data z monitorovacích sítí, a tak umožnit jejich efektivní využití. Další součástí systému je emisní databáze určená pro agendu Registru emisí a zdrojů znečišťování ovzduší (REZZO).

Modelové hodnocení imisní zátěže (pomocí numerických i statistických metod) je využíváno jako doplňková metoda pro hodnocení kvality ovzduší. Zatímco monitoring poskytuje poměrně přesné údaje o koncentracích znečišťujících látek v místě měřicí stanice, modely umožňují plošné vyhodnocení imisní zátěže, ovšem s nižší přesností. Úsek ochrany čistoty ovzduší vyvíjí a využívá modely pro zpracování rozptylových studií ve smyslu zákona o ovzduší 86/2002 Sb. (zejména referenční model SYMOS’97 - dle nařízení vlády 597/2006 Sb.).

Čtěte také: Názory na biologické prostředky

Informace poskytované monitoringem, databázemi a modely jsou následně využívány pro zpracování komplexních přehledů kvality ovzduší. Souhrnné přehledy imisní zátěže na území České republiky jsou prezentovány v ročenkách životního prostředí v grafické i tabelární formě.

Po roce 1990 nastal strmý pokles koncentrací hlavních znečišťujících látek (SO2, NO2, NOX a částic PM10), který trval do roku 1999. Poté nastala stagnace a v posledních letech dochází k mírnému nárůstu koncentrací. Tento nárůst je způsoben stoupající průmyslovou výrobou, zejména v Moravskoslezském kraji, kde nejvíce postiženou oblastí je Ostravsko. Velký vliv na zvyšující se imise má stále sílící automobilový provoz.

Polyaromatické uhlovodíky (PAU) se v ovzduší vyskytují v pevné i v plynné formě. Jako základ pro hodnocení rizika karcinogenity PAU je používán karcinogenní faktor benzo(a)pyrenu (BaP) a k němu se vztahují ostatní PAU. Do prostředí se dostávají jak z přírodních zdrojů (např. biosyntéza, rozklady půdy), tak i z antropogenních zdrojů. Hlavním antropogenním zdrojem jsou spalovací procesy za vysokých teplot (např. vysoké pece, hliníkárny), ale i domácí topeniště na tuhá paliva a doprava jsou významnými zdroji.

Biologické monitorování (BM)

Biologické monitorování (BM) znamená stanovení sledované chemické škodliviny nebo jejích metabolitů přímo v organismu, resp. v tzv. biologickém materiálu. Nejčastějším vyšetřovaným biologickým materiálem je moč a krev, v některých případech je výhodné i vyšetření vydechovaného vzduchu, vlasů, slin nebo stolice.

V některých případech chemická škodlivina naruší normální biochemické pochody v organismu, což se se může projevit změněnými hladinami fyziologicky se vyskytujících látek v moči nebo krvi. Tyto diagnosticky významné látky se pak nazývají biomarkery biochemického efektu. Příkladem je cholinesteráza, enzym zodpovědný za správný přenos nervových vzruchů a přítomný též v krvi. Expozice organofosfátovým insekticidům vede k inhibici a tím poklesu aktivity cholinesterázy.

Má-li být ukazatel prakticky použitelný pro posouzení velikosti expozice dané škodlivině a zároveň chránit před expozicí nadměrnou, je nutné zjistit kvantitativní vztah mezi hladinami škodliviny a příslušného ukazatele. Určitá hladina ukazatele je pak dohodou přijata jako biologický limit. Biologický limit odpovídá takové úrovni expozice, o níž se podle současných vědeckých poznatků předpokládá, že ani při dlouhodobém každodenním opakování nepoškodí zdraví exponovaných osob.

Doplňující hodnotu mají biomarkery vnímavosti (susceptibility). Je známo, že některé biologicky významné molekuly, např. enzymy, se mohou u různých osob vyskytovat v různých formách s odlišnou biologickou aktivitou. Jestliže má tato aktivita pro organismus ochrannou funkci a u daného jedince se vyskytuje forma enzymu s nízkou aktivitou, je tento jedinec citlivější (vnímavější) vůči danému ohrožení. Biomarkery vnímavosti jsou vesměs zakódovány v genetické výbavě jedince a vyšetřují se převážně metodami molekulární genetiky.

Základní výhodou biologického monitorování je skutečnost, že podchycuje celkové množství škodlivé látky vstřebané do organismu bez ohledu na cestu vstupu. BM umožňuje odhalit expozice z nečekaných zdrojů nebo záměrně skrývané. V hygieně práce je BM běžně používáno pro posouzení expozice rozpouštědlům a těžkým kovům.

Mezi nejčastěji prováděná vyšetření v ČR patří v současné době stanovení kys. hippurové, kys. methylhippurových a kys. mandlové v moči (ukazatele expozice toluenu, xylenům a styrenu). Nejčastěji monitorovanými kovy jsou olovo, kadmium a rtuť, které se stanovují v moči nebo krvi. Nalezené koncentrace tak odrážejí expozici za období týdnů až měsíců. BET lze využít k hodnocení expozice pro řadu dalších běžných i méně běžných rozpouštědel, chemických surovin (např. pro výrobu plastických hmot), toxických prvků, ale třeba i oxidu uhelnatého.

Některé metody BM využitelné v hygieně práce mají větší význam pro hodnocení expozic z životního prostředí. Např. stanovení 1-hydroxypyrenu v moči, metabolitu hojně zastoupeného polycyklického aromatického uhlovodíku (PAU) pyrenu, lze využít pro hodnocení expozice PAU ve vybraných průmyslových provozech (koksovny, práce s dehtem), ale i celkového příjmu PAU ze znečištěného životního prostředí. Podobně metody BM pro různé pesticidy lze využít jak pro posouzení expozice na pracovištích (při jejich aplikaci v zemědělství nebo ve sklenících), tak v obecné populaci pro posouzení příjmu residuí pesticidů v potravinách.

Biologický materiál se před vlastním měřením obvykle zpracovává různými postupy vhodnými pro jednotlivé ukazatele. Vzorky pro analýzu kovů se před měřením obvykle mineralizují. S rozvojem a zlepšující se dostupností analytické instrumentace se postupně mění i výběr metod používaných pro účely BM. V analýze organických ukazatelů v současné době převládají metody chromatografické. Výběr metod pro stanovení ukazatelů BM není v ČR vázán předpisy. Používají se ověřené postupy podle jejich dostupnosti pro danou laboratoř.

Použití BM pro posouzení expozice chemickým látkám v pracovním prostředí v ČR je upraveno Vyhláškou MZd č. 432/2003 Sb., kterou se stanoví podmínky pro zařazování prací do kategorií, limitní hodnoty ukazatelů biologických expozičních testů, podmínky odběru biologického materiálu pro provádění biologických expozičních testů a náležitostí hlášení prací s azbestem a biologickými činiteli.

Výzkumné Aktivity a Projekty

V rámci Programu aplikovaného výzkumu, experimentálního vývoje a inovací v oblasti životního prostředí - Prostředí pro život, který je financován Technologickou agenturou ČR (TA ČR), vznikl unikátní projekt ARAMIS („Integrovaný systém výzkumu, hodnocení a kontroly kvality ovzduší“ / „Air quality Research, Assessment and Monitoring Integrated System“). Tento projekt sdružuje klíčové experty z rezortních organizací Ministerstva životního prostředí, vysokých škol a Akademie věd ČR a disponuje špičkovým vybavením a infrastrukturou mateřských institucí.

Cílem projektu je vývoj metod kontroly kvality ovzduší, identifikace zdrojů znečišťování ovzduší a jejich podílů na koncentracích znečišťujících látek se zaměřením na hlavní stávající problémy kvality ovzduší a obtížně kvantifikovatelné druhy znečištění.

Od roku 2019 je vývoj těchto specializovaných metodik podpořen v projektu TK02010056 Rozvoj metodik pro reporting emisí a propadů skleníkových plynů a jejich projekcí, včetně projekcí emisí tradičních polutantů.

Výzkumné aktivity v této oblasti jsou zaměřeny na vývoj emisních inventur jak „klasických“ znečišťujících látek, tak skleníkových plynů.

Hlavním cílem řešení bude doplnění a zkvalitnění emisních faktorů pro fugitivní emise zdrojů prachových částic v rozsahu od specifických vyjmenovaných zdrojů (recyklační linky stavebních hmot), přes již částečně do emisní inventury a modelových podkladů zahrnutých zdrojů (těžba nerostných surovin a především jejich další zpracování a nakládání s nimi, chovy zvířat, polní práce vč. používání hnojiv) až po doposud nezahrnuté zdroje, ke kterým patří zejména proces větrné eroze půdy.

Souběžně bude probíhat šetření relevantních stížností týkajících se především obtěžování emisemi prachu, popř. korozivními nebo zdraví ohrožujícími látkami přítomnými ve venkovním ovzduší.

Pro emisní projekce je ve světě běžnou praxí stavět predikce na kombinaci makro modelů, které daný systém optimalizují.

Cílem výzkumu je navrhnout a v praxi ověřit co nejpřesnější, nejvěrohodnější a nejefektivnější způsob určování podílu zdrojů znečišťování ovzduší na imisních koncentracích problémových látek.

DC 2.2 - Emisní projekce znečišťujících látek a skleníkových plynů do roku 2050 s důrazem na scénáře vedoucí ke klimatické neutralitě, vyhodnocení potenciálu snížení emisí a imisí, emisní a imisní scénáře vývoje, vč.

V rámci přípravy emisních projekcí dojde ke koordinaci aktivit se sektorovými experty, bude upravena metodika především pro projekce ze sektoru energetiky. Pro vybrané zdroje bude vytvořena kalkulačka umožňující výpočet předpokládaných emisí na základě vývoje volitelných parametrů.

DC 2.4 - Vyhodnocení technického a ekonomicky dostupného potenciálu politik a opatření ke snížení emisí znečišťujících látek (vč. látek způsobujících zápach) a skleníkových plynů a dalších opatření ke zlepšení kvality ovzduší. Bude provedena analýza klíčových politik a opatření zaměřená na dodržování požadavků ke snížení emisí (emisní stropy), zlepšení kvality ovzduší a plnění cílů vztahujících se k oblasti změny klimatu.

Cílem bude návrh nástroje, který umožní hodnocenı́ dopadu plánovaných zdrojů na kvalitu ovzduší a jeho porovnaní s výchozím stavem.

Operativní výzkum: Výzkum příčin a souvislostí u stížností na hrubou (viditelnou) frakci prachu, subjektivního vnímání této frakce a vzdálenosti jejího působení.

Cílem výzkumu je systematický vývoj makro strukturního modelového nástroje. Pro kvantifikaci makro ekonomických dopadů aplikujeme model obecné rovnováhy (CGE) a makro-ekonometrický model, sociální dopady budou analyzovány pomocí mikro-simulačního modelu.

Chemické transportní modely (CTM) jsou důležitým nástrojem nejen při poskytování informací o aktuální kvalitě ovzduší a predikci jejího vývoje, ale i pro hodnocení dopadů různých scénářů vývoje emisí.

V rámci projektu budou do praxe zapojeny nové měřící přístroje a techniky (např.

DC 4.1 Komplexní rozvoj modelování znečištění ovzduší pro potřeby (i) strategického plánování na celorepublikové úrovni (pokročilé chemicko-transportní modely a nástroje pro přípravu emisních vstupů pro tyto modely vč.

Chemické transportní modely (CTM) představují v současnosti nepostradatelný nástroj při hodnocení dopadu plánovaných nebo již realizovaných opatření ke snížení emisí na kvalitu ovzduší na celorepublikové úrovni.

V oblasti přípravy vstupních dat probíhá vývoj emisního procesoru FUME: snížení výpočetní náročnosti, doplnění chybějících funkcionalit (územní rozpočet emisí na základě surogátů, zohlednění emisních scénářů, vertikální rozpočet emisí, rozšíření výstupních for...

Hodnocení stavu útvarů povrchových vod

Hodnocení stavu útvarů povrchových vod se provádí hodnocením chemického a ekologického stavu nebo ekologického potenciálu v případě silně ovlivněných a umělých útvarů povrchových vod.

Níže uvedené metodiky popisují způsob vyhodnocení všeobecných podmínek a specifických syntetických a nesyntetických znečišťujících látek, které dohromady tvoří fyzikálně-chemické složky hodnocení ekologického stavu. Metodiky svými postupy vychází z přílohy č. 12 k vyhlášce 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.

Hodnocení chemického stavu útvarů povrchových vod zahrnuje hodnocení vybrané skupiny látek, které byly označeny směrnicí 2008/105/ES jako látky relevantní pro celou EU. Jsou zde zahrnuty především látky tzv. prioritní, jejichž seznam je dán přílohou č. 10 směrnice 2000/60/ES a také dalších 8 vybraných znečišťujících látek, pro které jsou vyžadována opatření na úrovni celé EU dříve schválenými směrnicemi jako je např. směrnice 76/464/EHS.

Metodika specifikuje postup stanovení možných negativních biologických účinků celkového znečištění vod pomocí specializovaných metod, detekujících dlouhodobé (chronické) účinky znečištění, jako je chronická toxicita, herbicidní účinky, genotoxicita a estrogenita.

tags: #biologicke #metody #sledovani #ovzdusi #prehled

Oblíbené příspěvky:

• Znečištění ovzduší a cementy
• Katalog odpadů a keramika
• Cíle environmentální výchovy
• Ekologické mytí nádobí
• Vliv chiptuningu na životní prostředí