Případová studie znečištění vody: Vědecký článek

10.03.2026

Cíle udržitelného rozvoje OSN požadují mimo jiné i zlepšit kvalitu vody snížením jejího znečišťování, zamezením vyhazování odpadů do vody a minimalizací vypouštění nebezpečných chemických látek do vody. Jedním z nástrojů, který lze využít pro posouzení udržitelnosti vypouštění znečištění do vod, je vodní stopa.

Analýza šedé vodní stopy komunálních čistíren odpadních vod

V článku je popsána analýza šedé vodní stopy velkých komunálních čistíren v dílčím povodí Ohře, dolního Labe a ostatních přítoků Labe. Pro analýzu byly vybrány komunální čistírny odpadních vod uvedené státním podnikem Povodí Ohře ve zprávách vodohospodářské bilance. Byla stanovena asimilační kapacita toku pro jednotlivé znečišťující látky hlášené provozovateli čistíren odpadních vod pro účely vodohospodářské bilance, spočtena šedá vodní stopa látek vstupujících na čistírnu odpadních vod (produkované znečištění) a vypouštěných do recipientů v odpadní vodě. Posouzení udržitelnosti bylo provedeno k dlouhodobému průměrnému průtoku recipientem.

Výsledky analýzy a dopady na životní prostředí

Analýza ukázala, že asimilační kapacita vodních toků je nejvíce vytěžována vypouštěním celkového fosforu a amoniakálního dusíku.

Chemie znečištění vody

Pochopení vědeckých poznatků, které stojí za tímto naléhavým problémem životního prostředí, není určeno pouze vědcům a tvůrcům politik, ale je důležité pro každého. Chemie hraje klíčovou roli jak při vzniku, tak při řešení problému znečištění vody. Když pochopíme chemické reakce ve znečištěné vodě, můžeme lépe pochopit, jak zmírnit její škodlivé účinky.

Když mluvíme o znečištění vody, máme na mysli znečištění vodních útvarů, jako jsou řeky, jezera, oceány a podzemní vody. Podle nejnovějších statistik nemá přibližně 2,2 miliardy lidí na celém světě přístup k bezpečně spravované pitné vodě. Pochopení základů znečištění vody je prvním krokem v boji proti tomuto globálnímu problému. Odhalení chemie znečištění vody je nezbytné pro komplexní pochopení toho, jak znečišťující látky interagují s vodou na molekulární a atomární úrovni.

Čtěte také: Environmentální Filosofie: Podrobný Přehled

Okyselování a eutrofizace

Dvě základní chemické reakce, které jsou často pozorovány ve znečištěných vodách, jsou okyselování a eutrofizace. Okyselování je problém, který ovlivňuje sladkovodní a mořské ekosystémy. Tento proces se spouští především tehdy, když se ve vodě rozpouští oxid siřičitý (SO2) a oxidy dusíku (NOx) z průmyslových emisí a výfukových plynů vozidel. Tyto sloučeniny reagují s vodou za vzniku kyseliny sírové (H2SO4), resp. kyseliny dusičné (HNO3). Toto okyselení může mít vážné důsledky pro vodní organismy, včetně ryb, měkkýšů a korýšů, kteří mohou mít v kyselejších podmínkách problémy s udržením svých fyziologických procesů.

Eutrofizace je dalším významným problémem, zejména ve sladkovodních ekosystémech, jako jsou jezera a řeky. Tento proces je často iniciován splachem živin, především fosforečnanů (PO43-) a dusičnanů (NO3-), ze zemědělské půdy, odpadních vod a průmyslových odpadů do vodních útvarů. Když tyto řasy odumřou, rozkládají se a spotřebovávají kyslík ve vodě. To vede k hypoxickým podmínkám neboli "mrtvým zónám", kde je hladina kyslíku příliš nízká na to, aby podporovala většinu forem života. Řešení problému eutrofizace často zahrnuje vícestranný přístup, včetně lepších postupů nakládání s odpady a osvětových kampaní.

Dlouhodobé vystavení znečištěné vodě může vést k chronickým zdravotním potížím, jako je rakovina, hormonální nerovnováha a gastrointestinální problémy. Pochopení těchto účinků není jen akademickou záležitostí, ale i záležitostí veřejného zdraví.

Případové studie

Vodní krize ve Flintu je zářným příkladem toho, jak může kontaminace olovem způsobit v komunitě spoušť. Zásobování vodou bylo změněno na korozivnější zdroj, což způsobilo vyluhování olova ze stárnoucího potrubí do vody. Jedna z celosvětově nejvíce znečištěných řek, Ganga, je kontaminována průmyslovými odpadními vodami, včetně těžkých kovů, jako je chrom a rtuť. Řeka trpí také biologickým znečištěním v důsledku nečištěných odpadních vod. Jezero Tai je třetím největším sladkovodním jezerem v Číně, které bylo vážně postiženo eutrofizací. Nadměrné množství fosfátů a dusičnanů vedlo k masivnímu rozkvětu řas, což narušilo místní ekosystémy.

Řešení a zmírňující strategie

Chemie znečištění vody nám nejen pomáhá pochopit problém, ale také nás vybavuje nástroji pro hledání řešení. Chemické úpravy často zahrnují použití koagulantů, flokulantů a dezinfekčních prostředků k odstranění nebo neutralizaci znečišťujících látek. Pro účinné zmírnění dopadů je často nutný zásah vlády. Pochopení a realizace těchto zmírňujících strategií vyžaduje multidisciplinární přístup.

Čtěte také: Greenhouse Gas Reduction Strategies in the Czech Republic - IDEA Study

Analýza rizik při produkci opětovně využitelné vody

V současné době je vše směřováno k cirkulární ekonomice a v tomto duchu je snaha i opětovně využívat vodu. K opětovnému využívání vody je nejprve potřeba odpadní vodu v místě znečištění umět přečistit. Kvalita opětovně využitelné vody může být tedy proměnná. Záleží, k jakým účelům bude voda využita.

Při tomto environmentálně zodpovědném kroku, však nelze nepomyslet nad druhou stranou věci, a to co se děje se znečištěním, které bylo z odpadní vody separováno. Nad nakládáním se separovaným znečištěním je potřeb se vždy zamýšlet a je vhodné k procesu produkce opětovně využitelné vody zpracovat vždy i analýzu rizik spojenou s produkcí opětovně využitelné vody.

Analýza rizik a řízení rizik

Analýzu rizik lze definovat jako proces založený na identifikaci nebezpečí, hodnocení a řízení rizik a komunikaci o rizicích. Pojem riziko lze definovat jako vliv nejistoty na cíle nebo odchylky od očekávaného cíle. Riziko může být jak pozitivní, tak negativní, případně kombinace obou (spekulativní riziko). Výsledkem rizika mohou být hrozby a příležitosti s určitou nejistotou (pravděpodobností výskytu). Zmíněná nejistota je způsobena nedostatkem informací.

Analýzu rizik a související systém řízení rizik standardizuje norma ISO 31000:2018. Tato norma stanoví postupy pro řízení rizik, které lze použít pro jakoukoli činnost a jakýkoli typ rizika. Prochází procesem vzájemného hodnocení. Představuje celkový proces definování hrozeb, pravděpodobnosti jejich výskytu a jejich dopadů na aktiva. Jinými slovy stanovení rizik a jejich závažnosti.

Případová studie: Opakované využití odpadní vody v průmyslovém podniku

Průmyslový podnik se rozhodl začít opětovně využívat svoji odpadní vodu. Z odpadní vody bylo nejprve odebráno přebytečné teplo aby mohla být odpadní voda aplikována na membránovou technologii. Technologie na produkci opětovné využitelné vody byla složena z dávkovače koagulantu, flotační jednotky, diskového filtru, ultrafiltrační jednotky, filtru obsahující granulované aktivní uhlí, UV lampy, svíčkového filtru a na závěr reverzně osmotické membrány. Tato technologie dokáže produkovat opětovně využitelnou vody z odpadní vody, která by jinak odtékala do kanalizace, což je ekologicky i ekonomicky nevýhodná situace jak z hlediska ceny vody, tak z hlediska nákladů na energii potřebnou k jejímu ohřevu, protože voda vypouštěná do kanalizace je již ohřátá, zatímco voda z kohoutku je studená.

Čtěte také: Česká studie o klimatu

Další podstatnou charakterizací je, že při všech výše zmíněných použitých procesech úpravy vody dochází k produkci odpadní vody, která je více znečištěná než přitékající odpadní průmyslová voda. Jinými slovy znečištění se zakoncentrovává. V rámci práce byl sledován proud koncentrátu z reverzní osmózy. Vzorky byly odebírány v časovém rozmezí 28.04.2022-18.01.2023 a následně byly analyzovány pomocí běžného laboratorního vybavení a dále pomocí přístroje ICP-MS dle platných norem. Bylo sledováno celkem 34 ukazatelů, přičemž se jednalo o základní fyzikálně chemické ukazatele, CHSK, BSK, NL, RL, RAS, různé formy dusíku a kovy.

Identifikace rizik byla provedena prověřením naměřených dat a z nich byl vytvořen katalog rizik. Bylo identifikováno celkem 23 rizik a každému riziku bylo přiřazeno identifikační číslo rizika (ID), aby byla zajištěna přehlednost katalogu i matice rizik. Katalog rizik zahrnuje kategorie: identifikace rizika, posouzení rizika (pravděpodobnost výskytu - P, intenzita dopadu a celková hodnota rizika - „skóre“) a plán řešení.

Celková významnost rizika byla určena jako parametr „skóre“. Výsledné skóre rizika bylo stanoveno výpočtem podle rovnice (1). Významnost rizika pro technologii a podnik samotný byla určena porovnáním s hodnotou tolerance rizika a rizikové kapacity.

Význam analýzy rizik

Ze zpracovaných dat lze zhodnotit, že provádění analýzy rizik může předcházet jak environmentálním, tak ekonomickým ztrátám. Díky analýze rizik si lze všimnout již na počátku testování poloprovozní jednotky na možné budou či současné potíže. V případové studii je vyhodnoceno jako významné riziko ucpání sacího čerpadlo odpadní vody, nevhodná dávka koagulantu, porušení membrány, porucha čerpadla dávkovače antiskalantu a zvýšené zatížení poloprovozní jednotky s následným odtokem koncentrátu do kanalizace a překročením povolených limitu kanalizačního řádu. Rovněž je nutné brát zřetel na subjektivní pohled při analýze rizik.

Vliv vnějších tepelně izolačních kompozitních systémů (ETICS) na životní prostředí

Vnější tepelně izolační kompozitní systém (ETICS) zvyšuje energetickou účinnost budov a v současné době je tato metoda nejoblíbenějším způsobem zateplování budov v mnoha zemích Evropské unie (EU). Článek představuje dopad výroby ETICS z pěnového polystyrenu (EPS) nebo minerální vlny (MW) na životní prostředí pomocí metody hodnocení životního cyklu (LCA). Údaje použité ve výpočtech, vztahující se k reálné výrobě v roce 2017, byly získány z externě ověřené inventarizace z pěti výrobních závodů umístěných v různých regionech Polska. LCA zkoumaných výrobků zahrnovala moduly od A1 do A3 (cradle-to-gate) podle normy EN 15804. Studie určuje a analyzuje hodnoty základních ukazatelů týkajících se dopadů na životní prostředí a environmentálních aspektů využívání zdrojů. Zahrnuje ukazatele vypočtené pro 1m2 ETICS pro pět tlouštěk uvedených tepelněizolačních materiálů.

Výsledky ukazují, že u všech environmentálních ukazatelů se MW systémy vyznačují negativnějším dopadem na životní prostředí než ekvivalentní systémy s EPS. Cílem studie je zdůraznit poznatky o udržitelnosti ETICS. Údaje uvedené v práci jsou zásadní pro posouzení z hlediska udržitelného rozvoje ETICS.

Ochrana, zachování a zlepšení přírodního kapitálu, stejně jako ochrana zdraví a blahobytu občanů před hrozbami a nepříznivými účinky souvisejícími se zhoršováním životního prostředí, je jedním z nejkritičtějších úkolů současnosti. Nedávno Evropská komise, která si uvědomila, že je třeba zintenzivnit úsilí o odborné potírání negativního vlivu člověka na životní prostředí, formulovala novou strategii: European Green Deal [1]. Jejím cílem je dosáhnout v Evropské unii (EU) v roce 2050 nulových čistých emisí skleníkových plynů.

Energetická náročnost stavebnictví

Výstavba, užívání a renovace budov vyžaduje značné množství energie a nerostných surovin. Stavebnictví v EU je největším spotřebitelem energie, neboť se na celkové spotřebě energie podílí 40 %. V důsledku energetické náročnosti stavebnictví vzniká v Evropské unii 36 % celkových emisí oxidu uhličitého (CO2 ). V EU je 75 % budov energeticky neefektivních. V členských státech se dnes roční míra renovace budov pohybuje mezi 0,4 % a 1,2 % [1]. Bez zdvojnásobení tohoto ukazatele není šance dosáhnout cíle stanoveného v evropské zelené dohodě v roce 2050. Je tedy nutné začít s renovací budov, a to jak veřejných, tak soukromých, v masivnějším měřítku. Odvětví stavebnictví, které představuje 9 % evropského HDP a 18 milionů přímých pracovních míst, je ze všech odvětví hospodářství zodpovědné za největší škody na životním prostředí. Rozsah jeho negativního dopadu byl potvrzen i na celosvětové úrovni.

Environmentální prohlášení o výrobku (EPD)

Pro určení vlivu stavebního výrobku na životní prostředí může jeho výrobce vypracovat environmentální prohlášení o výrobku (EPD). EPD je nezávisle kontrolovaný a registrovaný dokument, který poskytuje transparentní a srovnatelné informace o dopadu výrobků na životní prostředí během jejich životního cyklu. EPD je mezinárodně uznávaný a akceptovaný dokument definující kvalitu výrobku. EPD, známé také jako environmentální prohlášení typu III, je založeno na hodnocení životního cyklu (LCA) a je v souladu s normou ISO 14025. Vzhledem k tomu, že EPD nejsou vyžadovány zákonem a jedná se pouze o dobrovolný dokument, nejsou široce využívány.

ETICS a jejich vliv na energetickou účinnost budov

Jak bylo uvedeno výše, aplikace ETICS zvyšuje energetickou účinnost nových i stávajících budov. Polský trh s ETICS, jehož roční objem se odhaduje na přibližně 40 milionů m2 , je jedním z nejvyšších v Evropě [19]. Výrobci ETICS každoročně zlepšují funkčnost svých řešení tím, že se je snaží přizpůsobit očekáváním zákazníků. V Polsku, stejně jako v ostatních zemích EU, se jako izolační materiál v ETICS běžně používají desky z pěnového polystyrenu (EPS) nebo minerální vlny (MW). Ve střední Evropě činí podíl ETICS s EPS přibližně 84 %, zatímco přibližně 12 % ETICS instalovaných na stěnách jako tepelněizolační materiál tvoří MW. V ostatních regionech Evropy se podíl EPS pohybuje od 60 % do 88 % a MW od 9 % do 25 %.

Srovnání EPS a MW

Mezi EPS a MW však existují významné rozdíly, které mohou rozhodnout o výběru konkrétního izolačního materiálu, a tím i celého zateplovacího systému. Součinitel tepelné vodivosti pro fasádní EPS se pravděpodobně pohybuje v rozmezí od 0,029 a 0,041 W m-1 K-1 [21], přičemž minimální hodnota je určena pro grafitový polystyren. V závislosti na typu je fasádní minerální vlna pětkrát až devětkrát těžší než EPS. Kromě toho je spotřeba lepidel používaných k jejímu upevnění a vložení sklovláknité síťoviny asi o 15 % vyšší. Propustnost pro vodní páru je u EPS výrazně nižší vzhledem k jeho struktuře a vysokému podílu těsně uzavřených pórů. Podle klasifikace tepelněizolačních materiálů podle normy EN 13501-1 [25] je MW (evropské třídy reakce na oheň: Euroclasses A1 a A2) v porovnání s EPS (evropské třídy reakce na oheň: Euroclasses F a E) ve výsadním postavení.

Hodnocení vlivu ETICS na životní prostředí

Jak již bylo uvedeno, při posuzování systému a pokládání výrobku na trh se nezohledňuje dopad ETICS na životní prostředí. Rovněž se běžně nezjišťuje při výběru ETICS investorem, architektem nebo konečným spotřebitelem. Výjimkou jsou případy, kdy je budova je hodnocena v některém z dobrovolných systémů environmentálního hodnocení. Navzdory významu environmentálních otázek a širokému využití ETICS, jakož i rozsáhlé vědecké literatuře v oblasti LCA a EPD, je počet vědeckých publikací o environmentálních dopadech ETICS stále omezený [27-32].

ETICS se skládá z prefabrikovaného izolačního výrobku, který se lepí na stěnu nebo se mechanicky upevňuje pomocí kotev, případně kombinací lepidla a mechanického upevnění. V Polsku mohou být stavební výrobky uváděny na trh s označením CE nebo v systému na národní úrovni se stavební značkou B. Na evropské úrovni jsou požadavky na ETICS stanoveny v ETAG 004 [33]. V Polsku mohou výrobci ETICS získat evropské technické posouzení na základě ETAG 004 a po podrobení svého řešení posouzení shody uvést na trh s označením CE.

Analýza vlivu ETICS s EPS a MW na životní prostředí

Pro studii prezentovanou v tomto článku byly analyzovány minerální omítkové systémy vybrané z různých možných variant popsaných v ITB AT-15-9090/2016 (EPS) a ITB AT-15-2930 (MW) [36,37]. Vliv na životní prostředí byl posuzován metodou LCA pro komplexní zateplovací systém popsaný v národním technickém schválení AT-15-9090/2016 (EPS) a AT-15-2930/2016 (MW). Údaje použité ve výpočtech se vztahují k roku 2017 (EPD vydané v březnu 2019) pro pět výrobních závodů v různých regionech Polska: Bydgoszcz, Da˛browa Górnicza, Piotrków Trybunalski, Suwałki a Zgierz [38,39]. Environmentální prohlášení typu III (EPD) byla vypracována podle normy EN 15804 [13] a jejich obsah byl ověřen per podle normy ISO 14025 [11] odborníky z Výzkumného ústavu stavebního (ITB). Životní cyklus, který byl předmětem analýzy, zahrnoval moduly A1 až A3 (tj. od těžby surovin po hotový výrobek dodaný na bránu závodu), kde A1 je těžba a zpracování surovin, zpracování druhotných surovin včetně recyklačních procesů, A2 je doprava k výrobci a A3 je výroba.

V tomto článku byly analyzovány celkové hodnoty modulů A1, A2 a A3 pro studované ETICS. Pro lepší pochopení stojí za zmínku, že podíl modulu A1 na celkových hodnotách A1 + A2 + A3 se v případě ETICS s EPS pohyboval od 94,14 % (pro tloušťku EPS 10 cm) do 96,82 % (tloušťka 25 cm). V případě ETICS s MW činil podíl modulu A1 od 98,11 % (10 cm EPS) do 99,14 % (25 cm EPS). Podíl dopravy pro ETICS s EPS (modul A2) se pohyboval od 1,44 % do 0,80 % pro tloušťku EPS 10 cm, resp. 25 cm. U ETICS s MW se podíl modulu A2 pohyboval od 0,38 % do 0,17 % pro EPS o tloušťce 10 a 25 cm. Podíl modulu A3 (výroba) se pohyboval od 4,42 % do 2,38 % pro ETICS s EPS pro tloušťku 10 a 25 cm. U ETICS s MW byl podíl modulu A3 nižší než u ETICS s EPS.

Posouzení vlivu na životní prostředí se vztahuje na jednotku výrobku, kterou je 1 m2 izolace vyrobené s použitím komplexní izolační systém popsaný v národních technických schváleních AT-15-9090/2016 (EPS) a AT-15-2930/2016 (MW). Dopady a spotřeba surovin pro jednotlivé výrobní závody a celou výrobu byly přiřazeny reprezentativním výrobkům pomocí pravidel pro přiřazení hmotnosti (tj. vážený průměr hmotnosti daných výrobků).

Stejným způsobem jsou ETICS definovány také v polských vnitrostátních stavebních předpisech. Posuzování a ověřování stálosti vlastností ETICS se provádí pro celý systém, nikoli pro jednotlivé komponenty. Z tohoto důvodu je v této práci uvedeno srovnání vlivu 1 m2 ETICS s EPS na životní prostředí s 1 m2 ETICS s MW.

Výsledky a srovnání systémů ETICS

Oba tepelněizolační materiály (EPS a MW) mají významný vliv na hodnotu zkoumaných environmentálních ukazatelů. Stopa EPS byla zodpovědná za více než polovinu GWP, POCP, ADP-fosilní paliva a PENTR. U ukazatelů jako AP, EP a PERT byl příspěvek EPS rovněž významný. Vliv EPS na dva environmentální ukazatele (ODP a ADP-prvky) byl zanedbatelný. MW stopa byla zodpovědná za téměř nebo více než 90 % GWP, AP, POCP, ADP-prvků, ADP-fosilních paliv a PENRT. U všech ukazatelů analyzovaných v tomto článku byla zátěž životního prostředí spojená s výrobou 1m2 ETICS s MW vyšší než u 1m2 ETICS s EPS.

ETICS s MW na 1m2 ETICS s EPS, přičemž první z nich je spojen s téměř třikrát vyššími ekvivalentními emisemi CO2 pro 10 cm tlustý izolační materiál a téměř čtyřikrát vyššími pro 25 cm tlustý materiál. Potenciál globálního oteplování při výrobě ETICS (moduly A1-A3) vypočtený pro 40 milionů m2 zateplených vnějších stěn ročně pomocí ETICS s MW (10 a 25 cm) a s EPS (10 a 25 cm) na základě údajů získaných z dat shromážděných v tomto článku.

Při analýze výše uvedených údajů je třeba zmínit takové ukazatele, jako jsou emise oxidu uhličitého vznikající při vytápění/chlazení domácností, celkové emise CO2 a celkové emise skleníkových plynů (GHG). Celkové emise CO2 a celkové emise skleníkových plynů v Polsku se v roce 2017 rovnaly hodnotě 319,0 milionů tun CO2 [41], resp. 35,7 milionu tun [40].

Potenciál poškození stratosférické ozonové vrstvy (ODP), který určuje kvantitativní dopad ETICS na poškození ozonové vrstvy, je pro ETICS s MW téměř dvakrát vyšší než pro systém s EPS. Nezávisí na tloušťce tepelně izolačního materiálu (EPS nebo MW).