Znečištění půdy těžkými kovy a jeho zdroje

Rámcová směrnice o vodách (2000/60/ES) ukládá členským zemím EU v pravidelných šestiletých cyklech hodnotit stav podzemních a povrchových vod. V případech nedosažení dobrého chemického a/nebo ekologického stavu je třeba určit zásadní vlivy způsobující tuto situaci a navrhnout opatření pro její zlepšení.

Z hodnocení stavu útvarů povrchových vod, které v ČR probíhá od roku 2009 podle české legislativy ve tříletých cyklech, opakovaně vychází vysoký podíl vodních útvarů nedosahujících dobrého chemického stavu v případě některých prioritních látek podle nařízení vlády č. 401/2015 Sb., a dobrého ekologického stavu v případě některých specifických nebezpečných látek.

Nedosažení dobrého stavu pro některé skupiny látek je zaznamenáno i ve vodních útvarech, kde lze většinu potenciálních antropogenních vlivů vyloučit, a u nichž je tedy možným hlavním vlivem přenos znečištění do vodního prostředí z ovzduší prostřednictvím atmosférické depozice. Projekt TA ČR SS01010231 „Dopady atmosférické depozice na vodní prostředí se zohledněním klimatických podmínek“ se touto problematikou zabývá. Projekt navazuje na metodiku, která mimo jiné na základě dostupných dat navrhuje postupy pro posouzení rizikovosti útvarů povrchových vod z hlediska atmosférické deopozice.

Tento článek prezentuje výsledky zastoupení vybraných těžkých kovů v matricích povrchová voda a srážková voda, jež byly jímány jako podkorunová (throughfall) a celková mokrá depozice (bulk). Těžké kovy kvůli svým toxickým účinkům představují významný zdroj znečištění povrchových vod.

Směrodatné pro určení nebezpečnosti kovů pro životní prostředí jsou tři vlastnosti: odolnost, bioakumulace a toxicita. Těžké kovy, které jsou odolné a zároveň bioakumulativní, jsou nebezpečnější, protože se mohou akumulovat v organismech a transportovat z jednoho prostředí do jiného. Z kovů, jež se v povrchové vodě vyskytují nejčastěji a představují riziko pro životní prostředí, lze jmenovat zejména rtuť, olovo, kadmium, nikl a arsen.

Čtěte také: znečištění půdy

Za jejich výskyt v prostředí jsou zodpovědné kromě přírodních příčin i antropogenní aktivity, zejména spalování fosilních paliv, průmyslové činnosti (metalurgie, povrchová úprava kovů a smaltování), používání barev a pigmentů a zemědělství. Emisemi se těžké kovy dostávají do atmosféry a ze vzduchu následně depozicí do vod a půd. Sloučeniny kovů se v atmosféře vyskytují ve formě částic, které se sorbují na částice aerosolu.

Množství kovů v aerosolu se mění v průběhu roku. Dalšími faktory, jež ovlivňují množství kovů v atmosféře, jsou meteorologické podmínky, umístění lokality, možnosti dálkového transportu a množství emisí. V atmosféře může probíhat kvůli vzdušným masám dálkový transport částic, proto lze nalézt vysoké hodnoty znečištění těžkými kovy i v místech bez přímého zdroje znečištění.

Z atmosféry se těžké kovy přenášejí k zemskému povrchu depozicí, která je hnána gravitační silou a může probíhat prostřednictvím dvou mechanismů: suchou a mokrou depozicí. V rámci projektu byly zkoumány a hodnoceny látky, jež způsobují nedosažení dobrého stavu vod a zároveň se u nich předpokládá významný přenos ovzduším. Tímto způsobem byly vybrány těžké kovy arsen (As), kadmium (Cd), rtuť (Hg), nikl (Ni) a olovo (Pb).

Pro řešení projektu byla vybrána modelová lesní mikropovodí, která vyhovovala monitorování všech výše uvedených matric a kde zároveň kromě vlivu vlastní atmosférické depozice nebyly přítomny další antropogenní zdroje znečištění. Modelová horní část povodí Suchého potoka ve východní části katastrálního území obce Bystřice má po bod odběru vzorků rozlohu 0,462 km2.

Modelové povodí Lesního potoka, přítoku Anenského potoka na severovýchodním okraji katastrálního území obce Košetice a nedaleké stejnojmenné meteorologické stanice, má po bod odběru rozlohu 0,292 km2. Modelové povodí Hřebového (někdy také Hřebenového) potoka, který je levostranným přítokem vodní nádrže Souš v k. ú. obcí Desná a Kořenov, má po bod odběru rozlohu 1,029 km2.

Čtěte také: Zdroje znečištění těžkými kovy

V těchto lokalitách byly v blízkosti vodoteče umístěny srážkoměrné nádoby a vždy na konci daného období byl odebrán směsný vzorek srážek (zachycený za celé období jednoho, případně dvou měsíců). Pro podkorunovou expozici (throuhgfall) byl vybrán jehličnan (ve všech třech lokalitách smrk), protože jímání srážek bylo prováděno i v zimním období. Svrchní část srážkoměrů byla v období bez sněhu opatřena ochrannou síťkou, aby se spad hrubých pevných částic ani hmyz nedostaly do jímané vodní fáze.

Současně s odběrem srážek byl v blízkosti srážkoměrné stanice proveden bodový odběr povrchové vody z vodního toku. K jednotlivým kampaním byl připojen údaj o množství srážek získaný od Českého hydrometeorologického ústavu (ČHMÚ) a potvrzený vlastním měřením v daných lokalitách. Průtok ve vodním toku v době odběru vzorků byl proveden odhadem, analogií podle průtoků na nejbližších vodoměrných stanicích ČHMÚ.

Výsledky měření a limity dobrého stavu povrchových vod

Hodnoty pod mezí stanovitelnosti nebyly do průměru započítány, pro účely výpočtu látkového odnosu byl místo koncentrací pod mezí stanovitelnosti použit průměr ze skutečně naměřených hodnot v případě, že byl tento menší než mez stanovitelnosti, a mez stanovitelnosti v případě, že byl průměr ostatních hodnot vyšší. Vzhledem k rozdílným vlastnostem sledovaných látek jsou výsledky pro každý kov uvedeny samostatně.

Informativně je pro srovnání uveden limit dobrého stavu povrchových vod vycházející ze Směrnice 39/2013/EU v případě prioritních látek niklu, kadmia, olova a rtuti a z metodiky hodnocení ekologického stavu povrchových vod v případě arsenu. Hodnota NEK znamená, jak již bylo zmíněno, normu environmentální kvality, rp roční průměr a hodnota NEK npk nejvyšší přípustnou koncentraci.

Dále je uveden počet útvarů povrchových vod, u kterých byl překročen limit pro dobrý stav při vyhodnocení pro druhé, resp. třetí plány povodí. Celkový počet útvarů povrchových vod činí 1 121, resp. 1 118 v druhém a třetím plánovacím cyklu. Počet nevyhovujících útvarů vypovídá o významu látky z hlediska hodnocení stavu povrchových vod.

Čtěte také: Zdroje znečištění těžkými kovy v ČR

Významné rozdíly mezi vyhodnocením v druhém a třetím cyklu u niklu a olova jsou způsobeny mimo jiné i změnami v metodikách hodnocení, tedy využitím stanovení biodostupnosti kovů v hodnocení chemického stavu pro třetí plánovací cyklus. Metodikami a výsledky vyhodnocení stavu se zabývá podrobněji.

V tab. 2-6 jsou červenou barvou označeny hodnoty, které jsou vyšší, než jsou hodnoty norem environmentální kvality pro dobrý stav povrchových vod. Přitom je nutno zdůraznit, že normy environmentální kvality jsou v případě Ni, Cd a Hg stanoveny pro rozpuštěnou formu kovů, zatímco v rámci projektu byla sledována jejich celková koncentrace, vyznačení hodnot nad NEK je tedy pouze orientační.

Olovo (Pb)

Hlavním zdrojem olova ve vodách je nyní především průmysl a dříve i doprava, přičemž významnou cestou jeho průniku do vodního prostředí je přenos prostřednictvím ovzduší. Po zákazu používání olovnatých paliv v roce 2001 se olovo dále dostává do vod vymýváním z kontaminované půdy. Limity dobrého stavu pro povrchové vody: NEK rp = 1,2 µg.l-1, NEK npk = 14 µg.l-1.

Koncentrace olova se v dlouhodobém horizontu snižují jak v ovzduší, tak i v povrchové vodě. Koncentrace olova ve srážkách je srovnatelná s jeho koncentrací v povrchové vodě, v lokalitách zasažených průmyslem (zvláště metalurgickým zpracováním neželezných kovů) však může být i vyšší.

Nikl (Ni)

Vyskytuje se přirozeně v zemské kůře a je přítomen i v půdě. Může být emitován sopečnou činností. V průmyslu je nikl často využíván při výrobě baterií, v metalurgii a při výrobě elektroniky. V ovzduší se nikl vyskytuje hlavně v důsledku spalování fosilních paliv. Limity dobrého stavu pro povrchové vody: NEK rp= 4 µg.l-1, NEK npk= 34 µg.l-1.

Ve sledovaných lokalitách nebyly zjištěny zvýšené koncentrace niklu ve srážkách. V pilotním povodí Košetice byly odhaleny zvýšené koncentrace niklu v povrchové vodě, výrazný vnos niklu na lokalitě ze srážek se nepotvrdil.

Arsen (As)

Přirozeně se vyskytuje v zemské kůře, může být též přítomen v rudných ložiscích uhlí. Do vody se může dostávat z důlních vod, do ovzduší pak spalováním některých druhů uhlí.

Hodnoty ve srážkách v lokalitách ovlivněných těžbou a spalováním uhlí jsou vyšší, avšak hluboko pod hodnotou NEK pro povrchové vody.

Kadmium (Cd)

Kadmium je v přírodě poměrně málo běžným prvkem. Do ovzduší se může dostat vulkanickou činností, při požárech nebo s prachovými částicemi při větrné erozi či spalováním fosilních paliv. V průmyslu se v omezené míře využívá při výrobě baterií, keramiky, elektroniky a textilních výrobků.

Nejnižší koncentrace ve srážkách i v povrchové vodě byly podle očekávání naměřeny v málo zatíženém povodí Košetice, jež sloužilo jako referenční lokalita ke zbývajícím dvěma. Vyšší koncentrace ve srážkách byly naměřeny v Bystřici a Desné, tedy lokalitách ovlivněných průmyslem a spalováním uhlí. Tyto zjištěné koncentrace jsou vyšší než hodnoty NEK pro povrchovou vodu, pokud neuvažujeme limitní hodnoty určené pro nejvyšší třídu tvrdosti a platnost hodnot NEK pro rozpuštěnou formu kadmia.

Rtuť (Hg)

Vyskytuje se přirozeně v horninách a půdách. Zvýšená koncentrace rtuti v přírodních vodách bývá důsledkem antropogenního znečištění. Rtuť má vysoký kumulační potenciál, a to především v sedimentech a ve vodní flóře a fauně.

Rtuť se na modelových územích v povrchové vodě vyskytla pouze jednou (Desná) v koncentraci těsně pod limitem NEK. Ve srážkách můžeme sledovat dvě epizody, kdy byla rtuť měřitelná, dokonce na více lokalitách zároveň.

Pro velikosti koncentrací jednotlivých látek v relativním atmosférickém spadu platí pořadí Pb > Ni > As > Cd s výjimkou Košetic, kde na prvním místě figuruje nikl (Ni > Pb > As > Cd). Provedená měření potvrzují, že znečištění srážek je v případě některých kovů srovnatelné se znečištěním povrchových vod.

Vypočtený atmosférický spad je porovnatelný s vypočteným látkovým odnosem v daném povodí, přestože oba výpočty jsou zatíženy značnou mírou nejistoty. Vyšší látkový odnos než spad byl podle očekávání zaznamenán na lokalitě Desná, kde se předpokládá vyšší zatížení vybranými kovy v minulosti.

Zatímco v lokalitě Bystřice byl zachycen nejvyšší spad, ale nižší látkový odnos, v Desné byl látkový odnos Hřebovým potokem naopak vyšší.

Doplňující informace o těžkých kovech

Těžké kovy jsou označovány kovy o specifické hmotnosti vyšší než 5 g/cm3 (např. V, Zn). Stopové kovy jsou přítomné v organismu nebo v životním prostředí ve velmi nízkých koncentracích v jednotkách ppm (v lidském organismu např.

Olovo

Vstřebané olovo je transportováno krví, kde je z 96-98 % vázáno na erytrocytech. Postižení krvetvorného systému (anémie způsobená inhibicí syntézy hemu), nervového systému a to jak centrálního (encefalopatie), tak i periferního, trávicího ústrojí a ledvin. Akutní otrava je dnes vzácná. Oxidy olova, olovnaté a olovičité soli jsou toxické se smrtelnými dávkami pro člověka 10 g. Intoxikace se projevuje bolestmi hlavy, nechutenstvím, insomniíí. Postižený se rychle unaví, dostaví se vegetativní poruchy→ zpomalení srdeční činnosti (bradykardie), pokles tělesné teploty. Zdrojem olova v životním prostředí jsou emise benzínových motorů, metalurgie, energetika.

Arsen

Arsen patří mezi nejtoxičtější kovy. Nejznámějším jedem je oxid arsenitý, As2O3, arsenik neboli otruščík. Patří již od starověku mezi obávané travičské prostředky. Akutní otrava po požití se projevuje kovovou chutí v ústech, škrábáním a pálením v hltanu. Následuje úporné zvracení a prudké bolesti v břiše, později se dostaví průjem spojený s dehydratací jako u cholery. Později se dostaví křeče, anurie, tachykardie, paralýza a smrt. Tyto příznaky jsou důsledkem primárního působení na nervový systém. Podobné účinky mají arsenitany. Vysoké obsahy As se často vyskytují v uhlí. V podmínkách suchého klimatu jsou sloučeniny arsenu prakticky nepohyblivé. Hladina As v rostlinách 0,01-1 mg·kg-1 se považuje za normální a obsahy 3-10 g·kg-1 za fytotoxické.

Selen

V organismu se Se vyskytuje vázaný většinou v selenoproteinech nebo aminokyselinách, kde nahrazuje síru, např. Se je mikrobiální prvek, v živých organismech působí již v nepatrných koncentracích jako antioxidant. Akutní otravy jsou u člověka neobvyklé. Účinkem připomínají sloučeniny arsenu. Oxid seleničitý je silně dráždivý, působí na imunitní systém (senzibilizující účinek). Mezi nejtoxičtější sloučeniny selenu patří selan (selenovodík, H2Se). V nedávné době byl zjištěn také významný vliv Se na metabolismus jódu.

Měď

Měď je biogenní prvek. V párách při sváření a ve větších koncentracích je toxická. Smrtelná dávka mědi (rozpustných měďnatých solí) je 10 g. Soubor zdravotních problémů souvisejících s chronickou akumulací Cu v játrech, ledvinách, mozku a oční rohovce je označován jako Wilsonova nemoc.

Zinek

Zn je součástí více než 200 enzymů či enzymových systémů (např. Zinečnaté ionty mají adstringentní a dezinfekční účinek. Zdrojem zinku v životním prostředí je hutnictví, městské aglomerace, kaly z čistíren odpadních vod.

Kadmium

Kadmium je vysoce toxický kov. Pro toxicitu Cd (jak v kovové formě, tak kademnatých solí) je rozhodující cesta vstupu. Cd i Cd2+ ion má silný emetický účinek. Po požití akutně toxických dávek se značná část vyzvrací. Nebezpečnější je inhalace prachu a dýmů. Smrtelná koncentrace pro člověka je 40-50 mg/m3. Příznaky jsou dráždění dýchacích cest, svíravý pocit v hrdle, kovová chuť v ústech, kašel, příznaky podobné chřipce, lapání po dechu, píchání pod žebry, edém plic a smrt zástavou dechu. U přeživších obětí zůstává dlouhodobé poškození jater, ledvin a reprodukčních orgánů. Z chronických účinků jsou nejdůležitější karcinogenita (plíce, prostata), poškození reprodukčních orgánů - neplodnost, poškození jater, plic a kostí.

Rtuť

Rtuť a její sloučeniny patří mezi známé jedy. Jediný kov za normální teploty tekutý. Je-li atmosféra nasycena kovovou rtutí za teploty 20 °C, obsahuje asi 19 mg/m3 Hg. Je to koncentrace akutně netoxická, ale rtuť má schopnost významně se kumulovat v těle, proto při inhalaci par rtuti dochází k chronické otravě. Rozpustné soli jsou silně toxické. Mezi nejtoxičtější patří chlorid rtuťnatý, sublimát, jehož smrtelná dávka je 0,1-0,5 g. Akutní otrava rtuťnatými solemi se projevuje kovovou chutí v ústech, temným lemem sirníku rtuťnatého kolem zubů, krvácivostí a hnisáním dásní, nevolností, zvracením, později průjmem, někdy zánětem ledvin, třesem, poruchami řeči a chůze. Na kůži a na sliznici žaludku a dvanáctníku se tvoří vředy. Zdrojem rtuti v životním prostředí je hutnictví, energetika (spalování fosilních paliv), kaly z čistíren odpadních vod.

Chrom

Chrom je v kovové formě málo toxický, toxicita sloučenin je závislá na oxidačním stupni. Nejvíce toxické jsou sloučeniny chromové, oxid chromový, chromany a dichromany. Jsou to významné karcinogeny, vedou k rakovině plic, některé mají mutagenní účinky, poškozují játra a ledviny a způsobují vnitřní krvácení. Inhalační chronická intoxikace chromových sloučenin vyvolává podráždění nosní sliznice, kýchání a krvácení z nosu. Větší dávky vyvolávají proděravění nosní přepážky. Některé rostliny (včetně průmyslových, např.

Nikl

Nikl je toxický prvek. Znečištění půd niklem je oproti vodám významnější.

Tabulka 1: Přehled limitů dobrého stavu povrchových vod pro vybrané těžké kovy

tags: #znecisteni #tezkymi #kovy #v #půdě #zdroje

Oblíbené příspěvky:

• Zkušenosti s školou v přírodě
• Tipy na ubytování pro dospělé a dítě
• Pedagogika a výzkum na Katedře geoenvironmentálních věd UPOL
• Vzdělávání v přírodě
• Tipy pro aktivní dovolenou