Detekce znečištění vody: Moderní metody a postupy

Čistá voda je základem zdraví, ale co když váš zdánlivě čirý pramen skrývá neviditelné nebezpečí? Bakteriální kontaminace vody představuje jedno z nejčastějších rizik pro majitele vlastních studní i provozovatele menších objektů. Spolehlivou informaci o bakteriální kontaminaci získáte pouze laboratorním rozborem vody. Indikují fekální znečištění a přítomnost potenciálně nebezpečných mikroorganismů.

Vědci Technické univerzity v Liberci vyvinuli metodu, která dokáže rychle odhalit zdraví nebezpečné patogeny ve vodě. Dosud se na výsledky rozboru vody muselo čekat i několik dní, s novou metodou jsou k dispozici do pěti hodin. Moderní qPCR analýza přináší výsledky výrazně rychleji a přesněji.

Nová metoda umí zjistit a určit DNA patogenních mikroorganismů. Díky tomu už není nutné bakterie v laboratoři složitě kultivovat v živných roztocích a čekat, až jejich kolonie během několika dnů narostou. „Výsledky jsme schopni získat už během několika hodin od přivezení vzorku.

Rychlost detekce je klíčová zejména u patogenů, které mohou představovat významné zdravotní riziko, například u bakterií jako je Legionella pneumophila, původce nebezpečné legionářské nemoci, nebo Escherichia coli, která signalizuje fekální znečištění vody. Tyto mikroorganismy se mohou nenápadně šířit třeba potrubím a zasáhnout desítky lidí dřív, než si kdokoli všimne problému.

Liberečtí vědci metodiku nejen vyvinuli a ověřili, ale také ji úspěšně dovedli do fáze oficiální akreditace. Jako jediná laboratoř v České republice nyní dokážou analyzovat kompletní sadu mikrobiologických organismů z pitných, rekreačních i teplých vod. Rychlý rozbor založený na qPCR analýze nyní nabízejí i široké veřejnosti. „Zájemci si u nás mohou nechat provést jak běžné laboratorní analýzy vody, tak i moderní qPCR analýzu zaměřenou na rychlou detekci patogenů ve vodě nebo v biofilmu," uvedla Lenka Lacinová z Analytické laboratoře CXI.

Čtěte také: Monitoring znečištění životního prostředí

Význam molekulárně-genetických metod podle vědců spočívá také v tom, že nejsou omezeny pouze na mikroorganismy, které lze běžně kultivovat v laboratoři. qPCR analýza dokáže odhalit i patogeny přítomné v biofilmech nebo ve formách, které tradiční metody často přehlédnou.

Podle odborníků z Liberce mají tyto postupy potenciál stát se běžnou součástí monitoringu kvality vody. „Vývoj metodiky se od počátku zaměřil nejen na vědecký výzkum, ale především na praktické využití. Cílem bylo dovést technologii až do fáze oficiální akreditace, která je nutnou podmínkou pro její použití v laboratorní praxi. A to se podařilo. Technologie z TUL je nyní k dispozici vodohospodářům, hygienickým stanicím i široké veřejnosti.

Běžné kontaminanty a indikátory znečištění vody

Nejznámější je Escherichia coli (E. coli), jejíž přítomnost značí fekální znečištění a představuje zdravotní riziko. Další indikátor fekálního znečištění, který je odolnější vůči dezinfekčním prostředkům než E. coli.

Když otočíte kohoutkem, možná v něm číhá mikroskopický nepřítel - lamblie střevní. Tento nenápadný parazit patří mezi zákeřné kontaminanty, které dokážou přežít i v zdánlivě čisté vodě. Lamblie jsou prvoci s pozoruhodnou schopností adaptace - jejich odolná cystická forma přežívá i v nepříznivých podmínkách. Alarmující je skutečnost, že podle odhadů Světové zdravotnické organizace může být tímto parazitem nakaženo až 20 % světové populace! Lamblie si oblíbily lidská i zvířecí střeva, odkud jsou vyloučeny a následně kontaminují vodní zdroje v okolí.

Tiší vetřelci vašeho vodovodního systému - tak by se daly označit bakterie rodu Pseudomonas. Tyto nenápadné, ale potenciálně nebezpečné mikroorganismy se vyskytují běžně v našem okolním prostředí - v půdě, vodních zdrojích i na rostlinách. Limit pro bakterie z rodu Pseudomonas pro pitnou vodu je 0 KTJ/250 ml, což znamená naprostou nulovou toleranci v pitné vodě. Pseudomonas aeruginosa, nejznámější zástupce této skupiny, dokáže vyvolat infekce dýchacích cest, močových cest nebo ran - zejména u lidí, jejichž obranné mechanismy jsou již oslabeny jiným onemocněním.

Čtěte také: Moderní technologie pro detekci prasklin odpadu

Způsobuje legionářskou nemoc a pontiackou horečku. Šíří se především vdechnutím aerosolu kontaminované vody. Limit Legionell pro zdravotnická pracoviště s pacienty se sníženou imunitou je 0 KTJ (Legionell) / 100 ml.

Řešení kontaminace vody

Řešení kontaminace bakteriemi závisí na rozsahu problému a typu vašeho vodního zdroje.

1. UV záření představuje špičkovou technologii v boji proti mikrobiálnímu znečištění vody.
2. Reverzní osmóza představuje nejvyšší stupeň filtrace, který spolehlivě odstraní nejen bakterie, ale prakticky všechny nežádoucí látky z vody. Moderní systémy reverzní osmózy pro domácnosti jsou kompaktní, snadno instalovatelné pod kuchyňský dřez a završeny samostatným kohoutkem pro odběr dokonale čisté vody.

Kvalitní pitná voda je základem zdravého života. Bakteriální kontaminace představuje riziko, které je třeba brát vážně, zvláště pokud využíváte vlastní zdroj vody.

Alternativní metody detekce mikrobiální kontaminace

V současné době jsou standardně používány kultivační techniky založené na detekci indikátorových organismů fekálního znečištění a stanovení celkového počtu mikroorganismů. Tyto metody jsou však limitovány pouze na kultivovatelné organismy, kterých je v prostředí pouze nízké procento, a jsou celkem časově náročné. Z tohoto důvodu se výzkumníci již desítky let snaží najít alternativní metody, které by v určitých situacích zastoupily metody kultivační.

• Měření ATP (adenosintrifosfát): Pro měření úrovně ATP lze použít například přístroj lumitester PD-10 (Kikkoman Corp.) a stěrky LuciPacW. U ATP je zaznamenávána jeho rychlá přeměna, v systému je poměrně nestabilní.
• Metoda H2S strip test: Metoda H2S strip test představuje velmi jednoduchý screeningový test na zjištění přítomnosti fekálního znečištění vody, který je založený na detekci sulfanu produkovaného bakteriemi.
• LIVE/DEAD® BacLightTM Bacterial Viability Kit: LIVE/DEAD® BacLightTM Bacterial Viability Kit (Molecular Probes, L-7012) je možné použít pro zjištění přítomnosti bakterií ve vzorku (do jisté míry, po zkoncentrování biomasy) a současně pro odlišení živých buněk od mrtvých.
• Průtoková cytometrie (FCM): Metodou průtokové cytometrie je možné ve vodě kvantifikovat nejen množství bakterií, ale i jejich fyziologický stav, a to ve velmi krátkém čase. Limitujícím faktorem je nemožnost detekce a kvantifikace konkrétních skupin mikroorganismů.
• Polymerázová řetězcová reakce (PCR): Polymerázová řetězcová reakce (PCR) je citlivá metoda pro zjištění bakteriální kontaminace pitných vod, ale její provádění je směrováno na opravdu erudované pracoviště, nikoliv běžné provozní laboratoře. PCR slouží k detekci a jako mezistupeň při identifikaci mikroorganismů.

Biosenzory pro detekci znečištění

S ohledem na výše zmíněnou problematiku obtížné rychlé detekce mikrobiální kontaminace, ve smyslu hygienické závadnosti pitné vody, se vědecko-výzkumný zájem orientuje na vývoj vysoce citlivých biosenzorů, které jsou schopny poskytnout požadovanou informaci s vysokou detekční citlivostí rychle a v reálném čase.

Čtěte také: Spolupráce v systému včasné detekce ohrožených dětí

V podstatě se jedná o přístrojový systém složený ze dvou základních komponent, a to z rozpoznávajícího biologického elementu se specifickou vazebnou afinitou k cílovému analytu a z transduktoru, který převádí specifickou vazebnou událost ve fyzikálně měřitelnou veličinu. Rozpoznávací element mohou tvořit na povrchu transduktoru ukotvené senzorové biomolekuly, jako jsou protilátky, peptidy, sacharidy a DNA oligonukleotidy.

Kontinuální biologický monitoring

Reakcí na zmíněné havárie a případy epidemií z pitné vody byla spolupráce laboratoře VŠCHT ÚTVP Praha s laboratoří PVK, a.s. Příspěvek podává informaci o zavádění nové metody kontinuálního monitoringu biologické jakosti surových a upravených vod na Úpravně vod Želivka. Jedná se o největší úpravnu vody pro hlavní město Prahu. Kromě toho úpravna zásobuje pitnou vodou i oblasti Středočeského kraje a kraje Vysočina. Zaváděný biologický monitoring představuje v České republice zcela nový přístup ke sledování biologické jakosti pitných vod.

Protože náhlé zhoršení kvality vody pro úpravu má charakter náhodného jevu, je nutné na úpravnách vybudovat systém včasného varování, který by dostatečně rychle, s potřebnou citlivostí a hlavně spolehlivě detekoval změny kvality surových vod pro úpravu. Z těchto skutečností vyplývá, že potřeby systému včasného varování nejlépe naplňuje kontinuální biologický monitoring, kdy jsou vybrané monitorovací organismy nepřetržitě vystaveny působení sledovaných vod a posouzení biologických vlastností těchto vod vychází z vyhodnocení reakce těchto organismů na celkové složení těchto vod.

Na Úpravně vody Želivka byly zvoleny přístroje DaphTox firmy BBE Moldaenke (SRN) na vstupu a výstupu vod z úpravny. Citlivost zařízení je dána použitím testovacího organismu a způsobem vyhodnocení jeho reakcí. V případě přístroje DaphTox jsou jako monitorovací organismy použity perloočky Daphnia magna. Tyto organismy vykazují vysokou citlivost na širokou škálu polutantů.

Vyhodnocení reakce perlooček, použitých k monitoringu v přístrojích DaphTox, zahrnuje už změny chování, tedy možné neletální negativní účinky znečištění vod. Pohyb organismů v měřicí cele kontinuálně snímá CCD kamera. Změny chování jsou průběžně vyhodnocovány integrovaným počítačem.

Nastavením připojení přes internetovou síť bylo rovněž zahájeno on-line sledování reakce monitorovacích organismů.

Projekt je zaměřen na pravidelný monitoring znečištění ve vybraných vodních tocích, detekci zdrojů znečištění a hledání možností, jak zabránit dalšímu znečišťování. Kromě monitoringu a zveřejňování co nejaktuálnějších dat o znečištění vodních toků se snažíme přibližovat tento problém široké veřejnosti a zvyšovat povědomí o jeho závažnosti. Naším cílem je motivovat jednotlivce a komunity, aby se aktivně zapojili do ochrany vodních zdrojů a přispěli k našemu společnému úsilí.

Legislativa a normy

Mikrobiologická kvalita pitné vody je dána vyhláškou č. 252/2004 Sb. (v platném znění) a limity sledovaných ukazatelů zajišťují její zdravotní nezávadnost pro spotřebitele. V souvislosti s revizí zákona č. 258/2000 Sb. a jeho prováděcí vyhlášky č. 252/2004 Sb. se pozornost provozovatelů distribučních sítí kritičtěji zaměřuje na rizikové body, které byly opomíjeny.

Pro detekci indikátorových organismů, konkrétně pro stanovení E. coli a koliformních bakterií, v pitných vodách je používáno více metod. Tradiční metody detekce zahrnují membránovou filtraci s následnou kultivací na různých specifických médiích s různými podmínkami kultivace a navazujícími konfirmačními testy.

Postup stanovení koliformních bakterií a E. coli se řídí požadavky normy ČSN EN ISO 9308-1 Kvalita vod - Stanovení Escherichia coli a koliformních bakterií - Část 1: Metoda membránových filtrů pro vody s nízkým obsahem doprovodné mikroflóry. Metoda specifikuje postup stanovení koliformních bakterií a E. coli ve vodě, nicméně díky nízké selektivitě kultivačního média může růst doprovodné mikroflóry rušit spolehlivé stanovení indikátorových organismů, např. v povrchových vodách anebo vodách z mělkých studní.

Validovaná metoda určená pro pitné vody je specifikována normou ČSN EN ISO 9308-2 Kvalita vod - Stanovení Escherichia coli a koliformních bakterií - Část 2: Metoda nejpravděpodobnějšího počtu (IDEEX stanovení metodou definovaného substrátu, kdy je možné výsledek získat již po 18 h).

Ukazatele znečištění a analytické metody pro stanovení koncentrace znečištění pro účely poplatku za vypouštění odpadních vod do vod povrchových závazné pro oprávněné a kontrolní laboratoře [§ 89n odst. 5 písm. b) vodního zákona] jsou uvedeny v příloze č. 2 k vyhlášce č. 416/2010 Sb.

Technické požadavky na odběr vzorků a jejich úpravu před chemickou analýzou jsou uvedeny v příloze č. 1 k vyhlášce č. 416/2010 Sb.

Způsob úpravy vzorku je určen v ČSN 75 7315 Úprava vzorků odpadních vod před chemickou analýzou.

Příklady monitorovaných parametrů

V rámci monitoringu povrchových vod se sledují různé fyzikálně-chemické parametry, jako jsou pH, obsah rozpuštěného kyslíku, vodivost, teplota a UV absorbance při vlnové délce 254 nm.

Mezi sledované ukazatele znečištění patří například:

• BSK5 (biologická spotřeba kyslíku)
• CHSKCr (chemická spotřeba kyslíku)
• NL (nerozpuštěné látky)
• Pcelk (celkový fosfor)
• Ncelk (celkový dusík)

Minimální četnost odběrů vzorků u podzemních vod je 4 prosté vzorky v kalendářním roce a u povrchových vod 12 prostých vzorků v kalendářním roce.

Tabulka: Ukazatele znečištění a četnost odběrů vzorků

tags: #detekce #znečištění #vody #metody

Oblíbené příspěvky:

• Originální tipy pro myslivce
• Iniciativy na ochranu ohrožených lidoopů
• Jak podat roční hlášení o odpadech
• Co se děje v ekologické produkci?
• Obnova Komunikace a Životní Prostředí