NOVINKY

arr3Rozbory balených vod Shrnutí: Balené vody musí splňovat požadavky legislativy na obsah cizorodých látek Rozbory... arr3LEGIONELLA A LEGIONÁŘSKÁ NEMOCLegionářská nemoc je druh pneumonie způsobený bakterií Legionella pneumophila a příbuznými... arr3Novela vyhlášky č. 252/2004 Sb.Dne 14.5.2014 byla vydána ve Sbírce zákonů ČR pod číslem 83/2014 Sb. novela vyhlášky č. 252/2004... arr3Zapáchající teplá (ohřívaná) vodaTaké Vás trápí nepříjemný zápach teplé vody? Už jste vyzkoušeli všechny možné rady na odstranění...

KONTAKTY

Vodohospodářská správa ČR
Konšelská 1403/2
180 00 Praha 8
tel: 721 321 802
napište nám

Úvod » Informace o vodě » Nové trendy v monitorování

Informace o vodě / Nové trendy v monitorování

Uvážíme-li vývoj monitorovacích technologií a analytické instrumentace během uplynulých cca 10 let a dáme-li ho do vztahu k výrobě a kontrole pitné vody, můžeme pozorovat některé trendy, kterými se tato oblast ubírá. Zhodnocení těchto trendů bylo provedeno v rámci evropského projektu TECHNEAU11. Pochopit dobře tyto trendy ovšem nelze bez pochopení změny paradigmatu, ke kterému v oblasti zabezpečení kvality pitné vody nedávno došlo.

   WHO si již na přelomu 80. a 90. let uvědomila, že hodnocení jakosti či zdravotní nezávadnosti pitné vody založené výhradně na výsledcích laboratorního rozboru je odborně neudržitelný přístup a začala zdůrazňovat význam hygienického šetření (sanitary inspection) jako klíčového prvku zajištění kvality vody, který nutně doplňuje rozbor vody, protože poskytuje informaci o příčině a/nebo perspektivě možného rizika a umožňuje volbu nejvhodnějšího nápravného opatření. V roce 1994 navrhuje nizozemský mikrobiolog A. Havelaar12 zavést koncept HACCP (Hazard Analysis and Critical Control Points čili Analýza rizik a kritické kontrolní body), který se předtím osvědčil a byl již řadu let používán při výrobě potravin, také při výrobě pitné vody. Tento návrh se ve světě dočkal značného ohlasu a po deseti letech odborných příprav byla na mezinárodní úrovni oficiálně přijata nová strategie dodávky nezávadné pitné vody, když se – pod označením „water safety plans“ (plány pro zajištění bezpečného zásobování vodou) – stala v roce 2004 součástí nového vydání Doporučení pro kvalitu pitné vody, což je klíčový dokument WHO, který při tvorbě národní legislativy respektuje většina zemí světa. Očekává se, že nový koncept se při nadcházející revizi stane součástí evropské směrnice o pitné vodě.

   Tato strategie vychází z předpokladu, že chceme-li mít jistotu o vyhovující kvalitě pitné vody a její bezpečnosti, nelze se spoléhat, jak je dnes obvyklé, na občasnou kontrolu (rozbor) vody, která je podle množství vyráběné vody více či méně častá, ale nikdy ne nepřetržitá, a v průměru připadá 1 litr zkontrolované vody na několik set milionů litrů vyrobených a dodaných do sítě. Chceme li mít skutečně jistotu a důvěru v kvalitu vody, musíme mít pod kontrolou celý výrobní proces pitné vody; počínaje přehledem o všech rizikových aktivitách v okolí (povodí) zdroje surové vody, přes úpravu a distribuci vody, až po kohoutek spotřebitele. Každý výrobce či distributor pitné vody by si měl udělat nebo nechat udělat analýzu rizik svého systému zásobování vodou (ochranné pásmo – zdroj – úprava – distribuce) a na základě této analýzy vypracovat plán zajištění bezpečného zásobování pitnou vodou, ve kterém budou identifikována všechna riziková místa, způsoby jejich kontroly a omezování rizik, potřebná preventivní, průběžná i nápravná opatření atd. Tomuto plánu rozumějme jako zdokonalenému provoznímu řádu, který je „páteří“ všech denních aktivit vodárenské společnosti.

   Mít průběžnou kontrolu nad celým systémem zásobování znamená mít aktuální (= okamžitou) informaci o změnách kvality surové vody (především u povrchových vod), o účinnosti všech technologických kroků úpravy vody a také o případných změnách kvality v distribuční síti, která umožní provozovateli rychle reagovat na změněnou situaci (např. dočasně přerušit odběr surové vody nebo změnit dávkování chemikálií při úpravě) a tak ochránit spotřebitele před dodávkou závadné nebo nejakostní vody. K tomu je zapotřebí mít rychlé, dostatečně citlivé a spolehlivé monitorovací a analytické nástroje, které by ale zároveň měly být co nejjednodušší na obsluhu a pokud možno i levné.

   Vedle těchto nástrojů, které můžeme převážně zahrnout do tzv. systémů rychlého/včasného varování, roste také zájem o analytické metody, které jsou schopné stanovit stále větší počet biologických i chemických kontaminantů.

 

Sledování chemických látek a fyzikálních vlastností

 

   U stanovení základních chemických ukazatelů jako teplota, pH, konduktivita či alkalita, ale také u rutinního stanovení klasických vodních kationtů a aniontů (Ca2+, Mg2+, Cl-, NO3-, SO42-), můžeme pozorovat trend automatizace (robotické systémy, průtokové analyzátory apod.), která zrychluje analýzu, snižuje množství lidské práce a umožňuje přímý export dat do laboratorních informačních

systémů.

   Zavedení detekčních metod na bázi hmotnostní spektrometrie vedlo k významnému pokroku ve spolehlivosti měřených dat a spojením kapalinové chromatografie a hmotnostní spektrometrie (HPLC-MS) se otevřela cesta ke stanovení stopových koncentrací mnoha nových chemických

látek, včetně těch, jejichž struktura má polární charakter a které proto – vzhledem ke své obtížné odstranitelnosti konvenční technologií úpravy vody – představují pro vodárny zvláštní riziko. Mělo by být ale posouzeno, zda pro všechny ve vodě stopově se vyskytující látky musí být rutinně používány metody s tak nízkým detekčním limitem (např. v řádu nižším než ng l-1), zejména pokud jejich toxicita leží v oblasti dávek o několik řádů výše.

   Nejmodernější verze (vysoko účinné) kapalinovéchromatografie s hmotnostní detekcí nabízejí možnost analyzovat vzorek vod bez předúpravy vzorku a tak jednak umožňují stanovení analytů, pro které dosud nejsou k dispozici techniky předkoncentrování (vzorku), a na druhou stranu umožňují detekci stále nižších koncentrací jednotlivých látek.

   I když poslední vývoj v oblasti plynové chromatografie nebyl tak ohromující jako u kapalinové chromatografie s hmotnostní detekcí, i zde můžeme pozorovat určitá zlepšení. Možnost nástřiku většího objemu vzorku vedl ke zvýšení citlivosti také u GC-MS, což bylo potřeba např. ke stanovení látek typu nitrosaminů, které jsou v poslední době asi nejvíce diskutovanými látkami ze skupiny vedlejších produktů dezinfekce vody. Nové extrakční postupy jako mikroextrakce na tuhou fázi (SPME) nebo sorpční extrakce míchadlem (SBSE) dovolují přesnější stanovení většího počtu analytů a tím, že mohou být snadno napojeny na konvenční GC-MS systémy, se analytický proces může dále automatizovat.

   Vedle monitorování surové i upravené pitné vody na přítomnost legislativou předepsaného okruhu látek je stále větší poptávka po identifikaci nových (či dosud neznámých) látek ve vodě a k tomu se opět musí zvolit příslušné nástroje: hmotnostní spektrometry s vysokým rozlišením, hmotnostní spektrometry s TOF detektorem či hmotnostní spektrometr Orbitrap. Nasazení těchto drahých zařízení se očekává především na bližší zkoumání transformačních produktů vznikajících v průběhu úpravy vody, zejména při oxidaci.

 

Sledování mikrobiologických ukazatelů

 

Klasické kultivační metody založené na průkazu indikátorů fekálního znečištění (enterokoků a E.coli) tvoří základ současného ověřování mikrobiologické nezávadnosti pitné vody. Jsou stále – již několik desetiletí – považovány za „zlatý standard“ a to i přesto, že trvá 1-2 dny, než je získán jejich výsledek, a u chlorovaných vod je jejich indikátorová vypovídací schopnost poněkud oslabena, protože některé patogenní mikroorganismy (např. cryptosporidium, giardia či některé viry) jsou vůči chloru rezistentnější než sledované indikátory.

   Protože ale také u mikrobiologické analýzy roste tlak na vyvinutí metod, které by poskytovaly výsledek mnohem rychleji, nejlépe ihned, byly v posledních letech činěny četné pokusy nahradit kultivační metody molekulárními metodami, např. založenými na polymerázové řetězové reakci (PCR). Jejich rutinní použití při monitorování pitné vody však není v nejbližší době reálné pro nízkou citlivost, detekci i mrtvých buněk (které pro průkaz nezávadnosti vody nejsou relevantní) a nízký stupeň jejich standardizace. V současné době se proto molekulární metody používají pro výzkumné účely nebo jako orientační screeningová metoda pro průkaz ukazatelů, jejichž kultivace je časově

velmi náročná (např. legionely) nebo pro detekci agens, kde kultivační metoda neexistuje (některé viry).

   Slibnějším nástrojem pro rutinní monitorování se zdá být průtoková cytometrie, která je rychlá a kvantitativní (přímo stanovuje celkový počet buněk) a umožňuje i zjišťování specifických vlastností jako životaschopnost (viability) buněk nebo kvantitativní stanovení jen vybraných buněk (určitých patogenů) pomocí jejich barvení fluorescenčními protilátkami nebo oligonukleotidy. Na podobném principu pracuje i nedávno vyvinutá metoda FISH (fluorescence in situ hybridization), která umožňuje

rychlou detekci vybraných mikroorganismů ve vodě i v biofilmech.

   Předpokládá se však, že i po zavedení těchto nových metod do vodárenské praxe budou tyto nadále vedle sebe existovat s metodami kultivačními.

 

Sledování účinků

 

Moderní sofistikované analytické postupy umožňují stanovení stále většího okruhu látek, což však ještě nutně neznamená zaručení bezpečnosti. I kdybychom ve vodě stanovili tisíc jednotlivých látek a nalezené koncentrace porovnali s přípustnými limity (kdyby existovaly), nemohli bychom zcela vyloučit, že nebude mít nepříznivé účinky na zdraví. Důvodem není jen možná přítomnost ještě jiné, nestanovené látky, ale především nejasná otázka působení případné směsi látek (byť jsou jednotlivé látky, hodnotíme-li je samostatně bez ohledu na přítomnost ostatních, přítomny v přijatelném množství).

   V případě, že existuje podezření na přítomnost neidentifikovaných látek nebo přítomnost více látek, jejichž vzájemný účinek se může potencovat či vést ke vzniku nových rizikových látek, je na místě použít metodu zjišťující účinek čili biologický test, pomocí kterého můžeme odhalit např. buněčnou toxicitu, genotoxicitu či hormonální aktivitu vodního vzorku. Takové testy – tzv. „bioassays“ – mohou detegovat přítomnost biologicky aktivních látek, aniž bychom znali jejich složení, a jsou tak vhodnou doplňkovou metodou k chemické analýze složek životního prostředí, které často obsahují komplexní směsi látek. Je to vhodná screeningová metoda, i když její spolehlivost a robustnost u environmentálních vzorků je dosud předmětem diskuse a upravená pitná voda skrývá další úskalí ve formě nízkého obsahu nutrientů pro některé testovací organismy. Tyto biologické systémy zahrnují buňky (i bakterie), buněčné kultury nebo organismy (řasy, dafnie, měkkýši či ryby).

   Vyšetřování mutagenní aktivity vody bylo zahájeno již před více než čtvrtstoletím14, ale do běžné praxe si cestu nenašlo a použití se omezuje na některé speciální případy jako např. posouzení nezávadnosti nových technologií úpravy vody, při kterých mohou vznikat neidentifikované látky, nebo komplexní posouzení nového zdroje vody. Mnohem širší použití může mít nedávno zahájené vyšetřování hormonální (endokrinní) aktivity vzorků vody, např. systémem CALUX, a to zejména díky mediální publicitě několika málo nálezů, která v mnoha spotřebitelích vyvolává obavy z bezpečnosti pitné vody. Zatímco donedávna se zájem soustřeďoval v podstatě jen na mužské a ženské

pohlavní hormony, androgeny a estrogeny, jejichž receptory mohou být aktivovány nebo naopak inaktivovány řadou léků a průmyslově vyráběných látek, v poslední době se pozornost obrací i k dalším steroidním hormonům, které mají důležitou roli v regulaci různých fyziologických procesů:

progestiny, glukokortikoidy a thyroidní hormony. Přehled dostupných biotestů k detekci těchto účinků pro různé typy vod publikovali nedávno Van der Linden a spol. či Sagner a spol.

   Byla vyvinuta řada biologických systémů časného varování, schopných reagovat na náhlé změny kvality vody v důsledku havárie a úmyslné či přírodou způsobené kontaminace. Při testech jsou organismy vystaveny kontinuálnímu průtoku monitorované vody a její případné účinky na tyto organismy jsou neustále sledovány a vyhodnocovány senzory, CCD kamerami apod. Měřená data jsou okamžitě počítačově vyhodnocována a při významných změnách sledovaných parametrů (např. spotřeba kyslíku, produkce CO2, bioluminiscence nebo chování) je obsluha úpravny vody alarmem informována. V zahraničí se na vodárnách asi nejvíce uplatňuje komerčně dostupný systém Daphnia Toximeter, založený na automatickém monitorování pohybu dafnií. Současné biotesty mají detekční

limity na úrovni µg l až mg l.

 

Kontinuální sledování kvality

 

K ověření, zda je pitná voda nezávadná, může být za určitých podmínek potřeba rozšířené (mikro)analýzy vody a v takových případech jsou potřeba např. dříve zmíněné chromatografické metody. Tyto metody, poskytující výsledek se značnou časovou prodlevou (hodiny, ale spíše dny),

však nejsou vhodné pro průběžnou kontrolu procesu výroby vody, kde je zapotřebí mít pohotově k dispozici aktuální, nejlépe průběžné informace, které poskytují zařízení na principu on-line monitorování.

   Některé již byly zmíněny u biologických testů, ale v praxi se dosud využívá především sledování několika fyzikálně-chemických ukazatelů schopných detekovat náhlé změny v kvalitě surové vody nebo selhání klíčových technologických kroků úpravy vody. K tradičně používaným ukazatelům patří sledování pH, zákalu (často na výstupu z jednotlivých filtrů) a volného chloru. V poslední době se začíná využívat počítání částic, které je mnohem citlivější než zákal, dále konduktivita a absorbance (u kterých se sleduje především nečekaná změna hodnot), nověji i ozon a asimilovatelný organický uhlík (pomocí UV/Vis spektrofotometru). Trendem jsou multifunkční zařízení – např. v systému zásobování vodou města Vídně je od zdrojů až po koncové části sítě instalováno více než dvacet automatických monitorovacích zařízení poskytujících online výsledky v rozsahu 5 až 10 ukazatelů (zákal, dusičnany,

ozon, DOC ad.) na bázi UV/Vis spektrofotometrie.

   I když poptávka po on-line monitorování organických mikropolutantů je dosud nízká, k dispozici již je automatické zařízení na sledování několika desítek organických látek na úrovni ng l. Příkladem je zařízení vyvinuté v rámci projektu AWACSS (Automated Water Analyser Computer Supported System), které pracuje na bázi „imunitní reakce“ (látka – protilátka), bylo validováno pro více než 70 látek a je co do přesnosti, opakovatelnosti a reprodukovatelnosti plně srovnatelné s moderními chromatografickými metodami. Jedno měření trvá necelých 18 min.

 

Sledování organoleptických vlastností

 

Barva a zákal, které však lze testovat i pomocí objektivních zkoušek, ale především pach a chuť patří z hlediska spotřebitelů k nejdůležitějším charakteristikám kvality pitné vody. Subjektivní senzorické hodnocení má proto své nezastupitelné místo v rámci monitorování kvality pitné vody. I v této oblasti lze pozorovat dva nové trendy:

 

a)Stanovení pachu a chuti již méně provádějí vzorkaři, kterým bylo vštěpováno, že chlorový pach je nedílnou součástí a známkou dobré pitné vody. Stále více ho provádějí při odběru na místě vzorkaři, kteří absolvovali alespoň kurz v orientační senzorické analýze. Samozřejmě stanovení pachu a chuti v laboratoři, např. podle ČSN EN 1622, provádí panel expertů – posuzovatelů v senzorické analýze.

 

b)Automatizace zasahuje i do této, na první pohled ryze lidské oblasti. Pro potravinářský průmysl bylo již dříve vyvinuto automatické zařízení nazývané „elektronický nos a jazyk“, které pracuje na principu

senzorů a umělé inteligence a bylo nedávno také uzpůsobeno k použití na pitnou vodu. Umí detegovat široké spektrum pachů a chutí s mezí detekce nižší než 1 ng. Při porovnání jeho schopností detegovat pachy ve vodě způsobené výluhem pryžových materiálů byla konstatována střední až dobrá korelace s hodnocením výluhu provedeným panelem zkušených posuzovatelů. Podobné zařízení kombinující senzor s chromatografií (SPME-GCMS) umí, na rozdíl od posuzovatelů hodnotících organoleptický vjem sumárně a kvalitativně, stanovit konkrétní látky zodpovědné

za pachové či chuťové problémy i kvantitativně. I když široké nasazení tohoto zařízení do vodárenské praxe zatím asi nejde očekávat, lze si představit jeho využití např. v laboratořích, které posuzují nezávadnost výrobků pro styk s pitnou vodou, kde je posouzení pachu a chuti výluhu nedílnou součástí zkušebních testů.