Měření, Detekce a Monitoring Polutantů v Environmentálním Prostředí: Metody a Aplikace v České Republice

Analytické schopnosti vodohospodářských laboratoří jsou zásadní pro ochranu vodních zdrojů a zajištění kvality pitné i povrchové vody. Specializované metody organické a anorganické analýzy umožňují včasné odhalení kontaminantů, podporují environmentální monitoring a napomáhají splnění legislativních norem.

Odbor Vodohospodářských Laboratoří Povodí Ohře

Prezentace představuje Odbor vodohospodářských laboratoří (OVHL) Povodí Ohře a jeho pracoviště v Teplicích a Karlových Varech. Cílem je seznámit s historií laboratoře, její organizační strukturou, nabízenými analytickými sekcemi a příklady rutinních i specializovaných analýz.

Organizační Struktura a Klíčové Techniky

OVHL je rozdělen do šesti sekcí: organická a anorganická analýza, biologie, základní chemie, radiologie a terénní skupina. Klíčové techniky zahrnují:

• GC-MS (EI, CI), GC-MS/MS, GC-FID (C10-C40)
• On-line SPE-HPLC-MS/MS, DI-HPLC-MS/MS-LIT, HPLC-FD (PAU)
• ICP-MS, ICP-OES, AMA-254, CV-FD (Mercur Analytik Jena)
• TOC/TN (Skalar, Shimadzu), AOX, gelová permeační chromatografie
• CFA pro základní parametry vody a multiparametrické sondy pro terénní měření

Analýza Matric a Moderní Technologie

Laboratoř zajišťuje komplexní analýzu různých matric: pitné, povrchové, odpadní a koupací vody, sedimentech, kalech, biologickém materiálu i prachových filtrech. Použití moderních HPLC-MS/MS a GC-MS/MS systémů (Bruker, Shimadzu/Sciex, Agilent) umožňuje cílené stanovení stopových organických polutantů a confirmaci spektrem z knihovny NIST. Terénní pasivní vzorkování (SPMD/POCIS) doplňuje klasické odběry.

Podpora a Praktické Využití Metod

Laboratoř podporuje:

Čtěte také: Jak správně ohlásit emise kotle?

• provozní i průzkumný monitoring vodních toků
• hodnocení kvality pitné i surové vody
• ekotoxikologické studie a biologické hodnocení
• vyhodnocení dlouhodobých trendů pomocí pasivních vzorkovačů

Budoucí Trendy a Možnosti Využití

Pro další rozvoj laboratoře je plánováno:

• pořízení Q-TOF hmotnostního spektrometru pro necílenou analýzu a neznámé sloučeniny
• rozšíření kapacity HPLC-MS/MS pro cílenou stanovení reziduí i nových polutantů
• zlepšení personálního pokrytí specializovaných metod
• implementace pokročilých datových analýz a dekonvolučních algoritmů

Monitorovací Sítě a Vzorkovací Programy RECETOX

Monitorovací sítě a vzorkovací programy centra RECETOX jsou zaměřené na dlouhodobé sledování perzistentních organických polutantů (POPs) v různých složkách životního prostředí. Využívají nejmodernější odběrové zařízení a techniky založené na aktuální výzkumné činnosti i vlastním vývoji ve spolupráci se soukromým sektorem.

Observatoř Košetice

Observatoř Košetice byla založena v roce 1988 a je provozována Českým hydrometeorologickým ústavem. Primární cíl je měřit a hodnotit dlouhodobé trendy znečišťujících látek na pozaďové úrovni ČR i Evropy. Stanice slouží jako komplexní základná pro střední a východní Evropu v rámci globálního monitorovacího plánu (GMP - Global Monitoring Plan). Je součástí monitorovací programu EMEP (European Monitoring and Evaluation Programme) pod záštitou CLRTAP (Convention on Long-Range Transboundary Air Pollution) a dalších programů jako jsou ICP-IM (International Cooperative Programme on Integrated Monitoring of Air Pollution Effects on Ecosystems), ICOS-RI (Integrated Carbon Observation System Research Infrastructure ), GAW (Global Atmosphere Watch), GAPS (Global Atmosphere Passive Sampling Network) a monitorovací sítě Centra Recetox MONET.

Integrovaný Monitoring RECETOX

Integrovaný monitoring Centra Recetox zahrnuje více jak 30leté měření koncentrací POPs v ovzduší, atmosférické depozici, vodě, sedimentech, půdě a biotě. Provoz monitorovací sítě MONET byl zahájen v roce 2003 a v současné době program zahrnuje více jak 450 vzorkovaných míst v ČR, Evropě, Africe, Asii a Oceánii.

První síť MONET byla vytvořena v Česku a v rámci projektu MONET Region provedla rozsáhly monitoring koncentrací POPs ve volném ovzduší ve všech krajích ČR. V současné době je zejména provozována na pozaďových lokalitách a hraničních horách ČR v celkovém počtu 35 lokalit. MONET sítě pro sledování koncentrací POPs ve volném ovzduší využijí certifikovanou techniku pasivního vzorkování s diskem z polyuretanové pěny (PUF disk), která je levná a nenáročná na instalaci či obsluhu, a zároveň poskytne informaci o koncentraci sledovaných látek za dané období.

Čtěte také: Postupy měření emisí 2T

Monitorovací síť AQUA-GAPS je zaměřena na pasivní vzorkování vodního prostředí. Cílem je výzkum globální distribuce a časových trendů perzistentních organických polutantů. Získaná data jsou srovnatelná s ostatními technikami a mohou sloužit jako částečný ukazatel expozice znečištění vodních organismů.

Kontinuální Monitoring Biologické Jakosti Vod na Úpravně Vod Želivka

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.

Nový Přístup ke Sledování Biologické Jakosti

Zaváděný biologický monitoring představuje v České republice zcela nový přístup ke sledování biologické jakosti pitných vod. To je dáno typem použitých monitorovacích zařízení (DaphTox), která jsou v České republice pouze ve dvou exemplářích.

Úpravna vody Želivka, a. s., a její dceřiná společnost Želivská provozní, a. s., jsou vodárenské společnosti, které se podílejí na správě a provozování Středočeské vodárenské soustavy. Podle údajů, zveřejněných na webových stránkách akciové společnosti, byla úpravna uvedena do provozu v roce 1972. Surová voda je do úpravny dodávána z vodárenské nádrže Švihov, která má objem vody 266,5 milionů m3. Základní technologií úpravy vody je koagulační filtrace s dávkováním síranu hlinitého. Pitná voda je zdravotně zabezpečena ozonem a chlorem.

Úpravna vody Želivka je největší úpravnou vody pro hlavní město Prahu. Doprava pitné vody do Prahy je zajištěna štolovým přivaděčem o délce 51,97 km do vodojemu Jesenice I u obce Vestec. Podíl Úpravny vody Želivka na zásobování Prahy pitnou vodou se pohybuje okolo 74 % a zbytek zajišťuje dodávkami Úpravna vody Káraný, Úpravna vody Podolí slouží jako rezervní zdroj (z údajů Pražských vodovodů a kanalizací). Úpravna vody Želivka dále zásobuje pitnou vodou i oblasti Středočeského kraje a kraje Vysočina.

Čtěte také: LPG emise Zlín a Fryšták

Význam Kontinuálního Monitoringu

Nezávadné pitné vody nesmí vykazovat nežádoucí biologické účinky. Bezpečný zdroj pitné vody má strategický význam pro jakékoliv lidské sídlo. S velikostí sídla se jeho význam zvyšuje, je tedy jasné, že zajištění bezpečného zdroje pitné vody pro Prahu a okolí má nejvyšší prioritu. Protože úprava pitných vod je nepřetržitý proces, musíme pro potřeby zajištění bezpečnosti produkce disponovat okamžitými informacemi jak o kvalitě surových vod, přitékajících na úpravnu, tak o vodách, odváděných z úpravny do vodovodní sítě. Zdrojem okamžitých informací může být pouze kontinuální monitoring.

Nedostatky Stávajících Metod

Rutinně prováděný kontinuální monitoring povrchových vod v České republice zahrnuje sledování vybraných fyzikálně-chemických parametrů (pH, obsah rozpuštěného kyslíku, vodivost, teplota, UV absorbance při vlnové délce 254 nm). Ostatní, vysoce specializované chemické analýzy potřebám systému včasného varovaní rovněž nevyhovují. Nelze je totiž provádět v kontinuálním režimu a existuje tedy reálné riziko nezachycení vlny kontaminace vod. Navíc jsou tyto analýzy prováděny cíleně, velice přesně stanovujeme koncentraci určité látky ve vodě, avšak charakter a chemické složení náhodné kontaminace není známo, tím je detekční schopnost stanovení významně snížena. V neposlední řadě si také musíme uvědomit, že i velice přesná data o složení kontaminujících látek nic nevypovídají o jejich konečném biologickém účinku. Musíme si totiž uvědomit, že výsledný účinek je dán fyziologickou dostupností těchto látek a je také zásadně ovlivněn vzájemnou interakcí všech látek ve vodě obsažených.

Kontinuální Biologický Monitoring

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. Z výše uvedených důvodů většina vodárenských firem v České republice zavedla kontinuální biologický monitoring pomocí sledování reakce pstruhů duhových na kvalitu surových vod, protékajících nádržemi, v nichž jsou umístěni.

Systém Včasného Varování na Úpravně Vody Želivka

Také na Úpravně vody Želivka je provozován kontinuální monitoring pro potřeby systému včasného varování. Na této úpravně jsou pstruzi umístěni ve dvou skleněných nádržích, kterými protéká surová voda přiváděná na úpravnu. Ryby jsou nepřetržitě monitorovány pomocí kamery a jejich reakce vyhodnocují určení zaměstnanci úpravny.

Současný systém sledování kvality vod, přitékajících na úpravu vody Želivka tyto požadavky nesplňuje. Vykazuje nedostatky, které významně ovlivňují jeho vypovídací schopnost a tím i celkovou úroveň kontroly biologických vlastností povrchových vod určených pro výrobu pitné vody především pro Prahu.

Nová Metoda Sledování Biologických Vlastností Vod

Cílem aktivity bylo zavedení nové kontinuální metody sledování biologických vlastností vod, které výrazně zvýší efektivitu, citlivost a operativnost celého monitorovacího systému úpravny oproti v současnosti používané metodě. Současně má být tento kontinuální monitoring schopný zachytit případné negativní vlivy technologie úpravy vod na její biologické vlastnosti.

Automatické Biologické Senzory

Základní myšlenka využívání automatických biologických senzorů ke sledování kvality vody byla poprvé vyslovena na počátku sedmdesátých let. Od té doby došlo k výraznému rozvoji v této oblasti. Tyto přístroje jsou využívány nejen k monitoringu jakosti vod v povodích, ale účelově také na úpravnách vod. Jako příklad uvádíme Úpravnu vod Stakčín na Slovensku. Na této úpravně jsou na přívodu surové vody osazeny dva druhy přístrojů, FISH monitor firmy Kerren (SRN), využívající jako monitorovací organismus pstruha duhového a MOSSEL monitor firmy Delta Consult (Nizozemsko), který využívá jako monitorovací organismus měkkýše druhu Unio pictorum a Unio tumidus. Obě zařízení fungují kontinuálně s automatickým vyhodnocováním biologického stavu monitorovaných vod a spuštěním alarmu v případě překročení limitních hodnot.

DaphTox na Úpravně Vody Želivka

V případě Úpravny vody Želivka jsme zvolili nasazení přístrojů 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. Pro případ sledování jakosti vody z nádrže je také významná vysoká citlivost perlooček na vliv toxinů, produkovaných sinicemi. Nebezpečí kontaminace vod těmito látkami je velmi vysoké v letním období. Řada autorů považuje tyto organismy za nejvhodnější pro zkoušky toxicity toxinů sinic pro jejich vysokou citlivost na dané látky. Naopak pstruzi a ryby obecně vykazují k těmto toxinům velice nízkou citlivost.

Vyhodnocení Reakce Perlooček

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. Pro tyto potřeby firma BBE Moldaenke vyvinula specializovaný software. Chování organismů je vyhodnocováno na základě řady vypočtených parametrů, které zohledňují například průměrnou rychlost pohybu organismů, jejich polohu v komůrce a také jejich úhyn. Z řady dat je stanoven tzv. index toxicity 0 až 10. Na základě jeho hodnoty je pak spouštěno varování či alarm. Hraniční hodnoty pro varování a alarm jsou různé v závislosti na volbě citlivosti monitoringu. Obecně platí nepřímá závislost hodnoty toxického indexu na výši zvolené citlivosti. K zařízení se lze za pomocí specializovaného programu připojit on-line v síti internet z kteréhokoliv počítače, který je daným softwarem vybaven.

Oba přístroje DaphTox, které jsme osadili na Úpravně vod Želivka, byly dlouhodobě otestovány ve zkušebním provozu na říčních monitorovacích stanicích v povodí řeky Odry. Za dobu použití se plně osvědčily a jasně prokázaly svou užitečnost pro výrazné zlepšení systému včasného varování.

Měření Kvality Ovzduší v Muzejních a Galerijních Prostorech

V souvislosti s interním projektem jsme se zaměřili na realizaci mnoha podprojektů, jejichž společným tématem je kvalita ovzduší v muzejních a galerijních prostorách. Pozornost je zaměřena jak na hodnocení chemických vlivů prostředí, které zatěžují sbírky obecně, tak i na specifické úkoly.

Základem celého projektu byla v roce 2010 rozsáhlá studie Stanovení kvality vnitřního prostředí v TMB, která zahrnovala výzkum, monitorování, hodnocení a vymezení strategie v souvislosti s chemickou zátěží v expozicích a depozitářích. V rámci studií bylo provedeno komplexní hodnocení kvality ovzduší pro ochranu stávajících technických sbírek. Cílem hodnocení kvality ovzduší a jeho vlivu na sbírkové předměty bylo vyřešení akutních i dlouhodobých problémů zatížení prostředí polutanty za pomocí využití jak moderních sofistikovaných metod, tak i metod ekonomicky a uživatelsky nenáročných.

Samostatným dlouhodobým úkolem byla i studie Zatížení prostředí škodlivými polutanty s důrazem na specifika textilních sbírek, v rámci níž byl během let 2011 - 2014 proveden celkový rozbor problematiky zatížení sbírkových předmětů polutanty přenášenými vzduchem, polutanty přenášenými kontaktem a vnitřními polutanty. Byla hodnocena specifika chemického zatížení prostředí pro ukládání textilních sbírek, měřených lokalit. Dále byly vybrány vhodné analytické metody a přístroje pro detekci polutantů, hodnocení celkové zátěže prostředí, monitoring a evaluace výsledků koncentrací škodlivých polutantů pro jednotlivé typové i konkrétní lokality.

Projekty Zaměřené na Měření Kvality Ovzduší

Nečistoty v ovzduší patří k základním ekologickým problémům, které viditelně ovlivňují zdraví a životy lidí. Znečištění ovzduší dosáhlo svého nejhoršího stavu v období průmyslové revoluce. Látky, jejichž zvýšená přítomnost v ovzduší může ovlivňovat životní prostředí a životy lidí, jsou především chlorovodíky, oxidy síry a dusíku, fluór, chlór a další, například neviditelné a o to nebezpečnější radioaktivní částice. Hrozbu představují i freony, které poškozují ozónovou vrstvu.

První příležitostí pro výzkum a využití senzorového měření v oblasti kvality ovzduší představoval pro společné vědecké týmy z výzkumných center IET, CENET a IT4I projekt IIS - inteligentní identifikační systém zdrojů znečišťování ovzduší. Prostřednictvím měřicí techniky došlo k plošnému nasazení většího počtu senzorů a k účelovému měření vlivu vybraných zdrojů. Další, navazující projekt CLAIRO přinesl vědcům svým dlouhodobým charakterem zásadní informace o stabilitě senzorů v čase a vlivu počasí a upřesnil technické podmínky měření.

Senzorová Technika a Inovace

Generace senzorů z roku 2018 byla právě díky podpoře z OPŽP nahrazena generací novou, jejíž senzory jsou menší, spolehlivější a lépe připojitelné. Jejich velkou výhodou je možnost propojení senzorových měření s akreditovanou zkušební laboratoří a unikátní infrastrukturou CEET. Projekt IIS, realizovaný v roce 2020, reagoval na nové trendy v měření ovzduší. Využívání inovativní senzorové techniky začalo být atraktivní, ale přinášelo také mnoho otázek. „Prostřednictvím tohoto projektu jsme se snažili především pochopit, jak taková technika pracuje, jakým způsobem je při práci s ní nutné provádět nastavení a kontrolu, a dozvědět se, jak probíhá přenos dat a jaké jsou limity online měření,“ vysvětluje profesor Jiří Bílek z Institutu environmentálních technologií na Vysoké škole báňské Technické univerzity v Ostravě, na jejíž půdě se projekt uskutečnil.

Prvotní myšlenka projektu se zrodila před několika lety v centru ENET, Centru energetických a environmentálních technologií Technické univerzity v Ostravě, které se zabývá výzkumem a vývojem v oblasti transformace vstupních surovin, zejména z odpadů a alternativních paliv, na využitelné formy energie a jejich následné efektivní využívání.

Spolupráce a Systém Floreon+

Na zdejších pracovištích IET a ENET vznikl tým, který měl za cíl vytvořit nový originální systém měření a zobrazování dat. Odborný tým tvořili pracovníci ENETu a IT4Innovations, národního superpočítačového centra, kteří se podíleli na vývoji softwaru a propojení s existující platformou Floreon, jež se věnuje vytváření integrační a provozní platformy pro monitorování, modelování, predikci a podporu řešení krizových situací, a to především se zaměřením na oblast Moravskoslezského kraje. Systém vyvíjený v rámci projektu výzkumu a vývoje, umožňuje díky své modularitě a otevřenosti snadnou integraci různých tematických oblastí, regionů i dat. Jeho využití je především na úrovni podpory procesů krizového řízení, a to jak v rámci operativy, tak z pohledu simulací. Hlavním a nosným tématem je hydrologie, ale mimo tuto oblast se projekt zaměřuje i na další oblasti, které úzce souvisejí s problematikou krizového řízení a jeho podpory. Aktuálně se výzkumné týmy kromě jiného zaměřují právě na modelování znečištění životního prostředí.

Jako hlavní uživatelské rozhraní pro veřejnost byl použit stávající systém Floreon+, vyvinutý společností IT4Innovations. Systém Floreon+ integruje data, modely a simulace z několika tematických oblastí, jako je doprava, hydrologie, mobilita obyvatelstva a nově také znečištění ovzduší.

Nová Generace Senzorů EnviDust a EnviSENS

„První generace senzorů je již hlubokou minulostí,“ vypráví Jiří Bílek. „Dnes existují senzory EnviDust a EnviSENS, které zohledňují vše, co se v původním projektu IIS zjistilo. Tato inovovaná technika je nasazena například v deseti projektech Norských fondů a jejím prostřednictvím se proměřuje vliv lokálních topenišť na kvalitu ovzduší.

Spolupráce a Dekarbonizace Regionu

Svými slovy hodnotí spolupráci špičkových institucí i Stanislav Mišák, ředitel vysokoškolského ústavu CEET: „Systém IIS, vytvořený díky efektivní spolupráci IT4Innovations, CEET a ENVItech, je součástí komplexní strategie takzvané dekarbonizace regionu Moravskoslezského kraje, to znamená nalezení nových metod a technologií pro novou energetiku bez závislosti na fosilních palivech s maximálním posílením energetické nezávislosti a surovinové soběstačnosti.

Budoucnost Senzorových Sítí

Systém zavedený v projektu IIS se podle slov Jiřího Bílka stále zdokonaluje, ale obecně vždy obsahuje test ekvivalence, to znamená souměření senzorů s etalonem pomocí gravimetrie a optického prachoměru. Po šesti letech monitoringu máme databázi s desítkami milionů hodnot a v ní je velký potenciál dalšího rozvoje. Nabízí se interpretace, kalibrace, validace a další postupy se zapojením umělé inteligence.

tags: #měření #detekce #monitoring #polutantů #environmentální #prostředí

Oblíbené příspěvky:

• Bezdotykové koše s pojistkou – recenze
• Využití ekologických materiálů
• Průvodce výběrem odpadkového koše
• Vinohradnictví jižní Moravy
• Environmentální inženýrství - detailní popis