Příspěvek ke studiu snižování koncentrace nutrietů v povrchových vodách

Účelem příspěvku je podělit se o zkušenosti z monitoringu fosforu v oblasti nádrže Lipno a zamyslet se nad některými aspekty získaných výsledků, ale také nastínit některé pohledy na možná alespoň parciální východiska, která s minimálními náklady mohou vést k dílčímu ozdravění povrchových vod.
Účelem příspěvku je podělit se o zkušenosti z  monitoringu fosforu v oblasti nádrže Lipno a zamyslet se nad některými aspekty získaných výsledků, ale také nastínit některé pohledy na možná alespoň parciální východiska, která s minimálními náklady mohou vést k dílčímu ozdravění povrchových vod. 

Problematika přísunu nutrietů do lipenské nádrže je stále aktuální. Naše pozorování byla zaměřena na koncentraci fosforu v přítocích do nádrže. Cílem bylo seznámit se s touto problematikou v závislosti na  zatížení regionu v průběhu turistické sezony.V prvém přiblížení byla zjišťována koncentrace fosforu ve většině významnějších  přítoků do nádrže a určení případných bodových znečišťovatelů. Významné koncentrace byly  zjištěny především ve Volařském potoce, dále ve Vltavě u přístaviště lodí v Pěkné.Dále byly odebírány vzorky z jezera a to u mostu v Peci a pod rekreačním zařízení sv. Anežka na Jeníšově. Na tyto zdroje a místa byla soustředěna pozornost po celou dobu sezony. Nejzajímavější výsledky jsou shrnuty v tabulce:

Místo odběru

14. 6. 05

22. 7. 05

6. 8. 05

16. 9. 05

14.10. 05

Pěkná

180

970

38

17

22

Volarský potok

1020

1641

42

16

18

Pec u mostu

532

671

58

16

34

Jeníšov

34

28

18

14

17

 Koncentrace fosforu v tabulce jsou hodnoty celkového fosforu v µg/litr , který byl stanoven kolorimetricky jako orthofosforečnan po kyselé oxidační hydrolýze ve vzorcích vody převedením na fosfor molybdenanovou modř.

Výsledky ukazují velké výkyvy. Je trochu škoda, že měření nebyla zahájena dříve, což v tomto roce bude napraveno. Vysvětlení tak velkého rozptylu je velmi obtížné.      
Uvedené výsledky se opírají o analytickou analytické metodu, kterou  nelze rozlišit ani jednotlivém typy  sloučenin fosforu, které jsou ve vodě obsaženy.  Fosfor se  ve vodě vyskytuje ve velmi široké paletě sloučenin, které mohou být i komplexní povahy. Z tohoto důvodu je velmi problematické uvažovat o zdrojích, které vedou ke zjištěným hodnotám.

Náš zájem o přísun nutrietů a jiných škodlivin vychází především z pohledu znečišťovatelů, které představují prádelny.

Přestože novela Vyhl. 221/2004 zakazuje používání prostředků na praní textilu s koncentrací fosforu vyšší než 0,5%, stále významným zdrojem fosforu zůstávají čistící nebo změkčující prostředky požívané do praček a nebo do myček nádobí, kde obsah polyfosfátů je  často  vyšší než 30%. V těchto přípravcích  se vyskytují synthetické polyfosfáty.

Svým molekulárním uspořádáním mohou být makromolekuly v principu představovány  lineární nebo  rozvětvené rozvětvenými řetězci. Popsány jsou rovněž cyklická uspořádání. Obecně lze makromolekulu polyfosfátu  odvodit jako produkt dehydratace kyseliny fosforečné. Uspořádání makromolekuly je však velmi důležitým faktorem určujícím její zpětný rozklad. Kinetické studie hydrolýzy synthetických polyfosfátů pochází již z padesátých let minulého století. V literatuře nechybí zprávy o tom, že určité typy konformerů se pro svoji stabilitu dostaly do potravního řetězce, tak vysoko, že se dotýkají až lidské populace. 

Naznačené vlastnosti polyfosfátů ukazují na to, že pokud je hovořeno o fosforu jako nutrietu je třeba se také zamýšlet nad otázkou biologické dostupnosti tohoto prvku pro daný organismus. 

Biologická dostupnost nutrientu je určována výslednicí vzájemného spolupůsobení  vlastností  daných chemickou podstatou sloučeniny, ve které je nutrient vázán, dále formou výskytu této sloučeniny a prostředím potenciální asimilace. 

Chemickou podstatu sloučeniny určuje elementární složení a strukturální uspořádání atomů v molekule. Forma výsky vychází z fyzikálních vlastností molekuly v daném prostředí. Sloučenina může tvořit např. roztok, adsorbovat se na pevné fázi nebo být dispergována v prostření. Možností existuje celá řada a v obecné rovině jsou ovlivňovány vzájemnou interakcí mezi sloučeninou a prostředím, jeho vlastnostmi a chemismem. Ke zkoumání naznačených jevů v prostředí za účelem popásání obecných souvislostí je nutné splnit velmi důležitou podmínku. Touto podmínkou je prostorové vymezení prostředí, ve kterém jsou jevy zkoumány. Tato podmínka u výsledků uvedených v tabulce splněna nebyla, proto je vypovídací schopnost velmi problematická.

Prostorovým vymezením prostředí je totiž určena soustava, která se tímto vymezením stává konečnou a ohraničenou. Její vlastnosti potom lze definovat např. stavovými veličinami, chemickým složením,  popsáním její termodynamické charakteristiky, určením koncentrační a teplotních polí, okolnostmi a příčinami jejich vzniku,  zkoumat chemické potenciály jednotlivých složek, určit mikroorganismy podle¨druhů, jejich počet atd. 

Z uvedeného vyplývá, že míra biologické dostupnosti je vlastností soustavy, kterou
lze kvantifikovat vůči prvku nebo prvkům této soustavy, kterou mohou představovat  i předem určené organismy. 

Z termodynamického pohledu je biologická dostupnost určována mírou energie, 
kterou vyvine složka soustavy v souvislosti s přenesením atomu nutrientu k místu zabudování do vlastní struktury. Biologická dostupnost, tak není vždy  dána koncentrací. prvku, byť nutrietu, v daném prostředí. 

K přiblížení této problematiky lze uvést jeden velmi výmluvný příklad.  Stačí pohlédnout do historie, třeba na banální srážecí reakci mezi fosforečnanem sodným a rozpustnou vápenatou solí, kterou bylo připravováno hnojivo na bázi fosforečnanu vápenatého. Fosforečnan vápenatý nelze za laboratorní teploty  připravit z čistých vápenatých solí srážením fosforečnanem sodným. Tato reakce vede ke vzniku hydroxyapatitu  / Ca5(PO4)3OH /. Jak uvedli v letech 1954 a1958 Trautz a Hayek lze fosforečnan vápenatý za stejných podmínek však připravit velmi snadno, jsou-li v roztoku přítomny ionty Mg2+. Celá pointa však  spočívá v tom, že fosforečnan vápenatý je na rozdíl od hydroxyapatitu rozpustný některými organickými kyselinami a tudíž i prokazatelně asimilovatelný rostlinami, zatímco hydroxyapatit nikoliv. 

Tímto byly  vysvětleny rozdíly ve výnosech polí v závislosti na dodavatelích hnojiv. 
Ve světle výše uvedených poznatků je  zcela zřejmé, že naše analytika a také pojetí problematiky nemůže směřovat ke konečný závěrům a tím méně k návrhům jednoznačného řešení. Přesto však lze zcela jednoznačně vycházet z toho, že snížení   koncentrace fosforu ve vodě vede k jejímu ozdravění. 

Opakována měření koncentrace fosforu v tekoucích vodách ukázala např.překvapivě vysokou samočisticí schopnost. V rámci projektu Vodní nádrž Pozlovice bylo opakovanými měřeními koncentrace fosforu v napájecím potoce nádrže zjištěno, že po opuštění venkovské aglomerace klesá obsah fosforu ve vodě po 1,5 km proudu v meandrech až na polovinu.
Měření byla prováděna tak, že byl odebrán vzorek vody a na hladinu vnese kousek polystyrenu, alespoň k orientačnímu označení. Stejným způsobem byla sledována samočisticí schopnost potoka v místech s regulací. V tomto případě se však prakticky neprojevila. 

Toto zjištění vedlo k myšlence posílit samočisticí schopnost vodoteče degradovanou celulosou. Byla provedena literární a následně také laboratorní studie  využití různých typů degradantů  k separaci fosforu. 

V této oblasti je velmi široká a inspirativně bohaté především patentová literatura. Velmi zajímavé se ukazovalo využití rašeliny. K laboratorním zkouškám byly zvoleny vzorky rašeliny třeboňské a úpské. Výsledky laboratorních testů přinesly velmi cenný a zajímavý poznatek. Uvedené vzorky rašeliny velmi ochotně vytváří nerozpustné sloučeniny s orthofosforečnany. Netvoří však sloučeniny s polyfosfáty. Dále bylo zjištěno, že úbytek vyšších sloučenin fosforu  je určován rychlostí jejich hydrolýzy. Uvedené poznatky vysvětlovaly validace publikovaných výsledků v patentové literatuře.

Podobné vlastnosti byly zjištěny také u importovaných lignohumátů, kompostů nebo uměle 
degradovaných vzorků celulosy zvláště z některých druhů obilovin, ale také produktů pyrolýzy monosacharidů. 

Na základě laboratorních výsledků byla určena k praktické zkoušce  požární nádrž v Heřmaň. Tato nádrž má objem vody cca 550 m3, jsou v ní vysazovány ryby. Nádrž slouží dětem také jako koupaliště. Analýzou odebrané vody byly zjištěny následující hodnoty vybraných ukazatelů:


hodnota pH 8,3
vodivost 0,25 mS/m
křemičitany 11 μg/litr
fosfor celkový 28 μg/litr
tenzidy 80 mg/l


Voda svými organoleptickými vlastnostmi a hodnotami ukazatelů znečištění připomínala odpadní vodu z prádelny. Po dohodě s místní samosprávou, rybáři a hasiči bylo do nádrže vneseno cca 50 kg rašeliny, to rozhozením po ploše. Přítoky do nádrže byly v oblasti mokřadů pod obytnými budovami byly rovněž ošetřeny rašelinou. Před aplikací rašeliny byl odebrán vzorek vody z nádrže.
Změny ve složení vody ukazuje následující tabulka:


 

13. 08. 05

16. 08. 05

30. 8. 05

28. 10. 05

únor 2006

hodnota pH

8,35

6,5

6,6

6,6

6,7

vodivost

0,25 mS/m

0,25 mS/m

0,23 mS/m

0,22 mS/m

0,23 mS/m

křemičitany

10 µg/litr

6 µg/litr

>3 µg/litr

>3 µg/litr

>3 µg/litr

fosfor celk.

30 µg/litr

14 µg/litr

>10 µg/litr

>10 µg/litr

>10 µg/litr

tenzidy

48 mg/litr

19 mg/litr

2 mg/litr

0,3 mg

0,03 mg


Z tabulky vyplývá, že složení vody v nádrži se ozdravělo a ozdravění se stabilizovalo. Na stabilizaci neměla vliv pouze rašelina, ale i zájem místních občanů. V každém případě se ozdravění nádrže projevilo i na zlepšeném zdravotním stavu rybí osádky.

Naše zkušenosti tak ukazují, že rašelina .je nadějnou přírodní látkou k řešení podobných problémů. Další velmi důležitá zkušenost je ta, že lze probudit zájem širší veřejnosti k ochraně vlastního životního prostředí.

Doporučujeme