Aktuální problematika pitných vod v ČR: Mikroplasty, residuální biologicky aktivní látky a metody jejich odstraňování

Vojtěch Nováček

Bachelor's thesis

Current Drinking Water Issues in the Czech Republic: Microplastics, Residual Biologically Active Substances and their Removal Options

Anotácia:

Tato bakalářská práce se věnovala problematice znečištění pitných vod ČR vybranými kontaminanty – mikroplasty, residui léčiv a hormonální antikoncepce, pesticidy a residui hnojiv. S využitím vědeckých zdrojů byly zmapovány vstupy těchto polutantů do vodních zdrojů, popsána zdravotní rizika s nimi spojená a navrhnuty způsoby dekontaminace vod. Pozornost byla rovněž věnována legislativě pitných vod ČR a jednotlivých kontaminantů v ní obsažených. Residua léčiv, hormonální antikoncepce a mikroplasty vstupují do vodních zdrojů mimo jiné, odpadní vodou, pesticidy a hnojiva pak vsakováním a povrchovým odtokem ze zemědělských oblastí. Zdravotní rizika pro lidskou populaci zapříčiněná konzumací kontaminované vody nelze přehlížet. Hormonální a pesticidní látky jsou endokrinními disruptory – narušují funkci hormonálního systému. Pesticidy mohou přispět k rozvoji Parkinsonovi choroby, snížení inteligence a u dětí k ADHD. Nitrosaminy – látky vznikající z dusičnanů jsou karcinogeny a teratogeny. Zdravotní riziko plynoucí z kontaminace pitné vody hnojivy představuje dále karcinogenní kadmium. Mikroplasty jsou spojovány s narůstajících výskytem imunitních a neurodegenerativních onemocnění či narušením homeostázy a metabolismu. Tyto látky způsobují mnohé další zdravotní problémy, ať už akutní nebo chronické. Tato práce se dále věnuje způsobům dekontaminace vody od vybraných polutantů. Přestože běžné procesy čištění odpadních vod jsou schopné odstranit mikroplasty v relativně velké míře, do prostředí se jich i tak dostává nezanedbatelné množství. V budoucnu by měla být pozornost věnována především způsobům čištění vod od mikroplastů o rozměrech v jednotkách mikrometrů a níže. Potenciál v této oblasti vykázala adsorpce na nanomateriály. Léčiv a pesticidních látek se ve vodách nachází široké spektrum a neexistuje jeden konkrétní proces k jejich úplné dekontaminaci. Různé čistící mechanismy vykazují rozlišné stupně efektivity na jednotlivé látky. K odstranění širšího spektra těchto kontaminantů je třeba využít kombinaci několika procesů jako např. adsorpci na aktivní uhlí a na různé nanomateriály, procesy membránové filtrace či pokročilé oxidační procesy. K odstranění kontaminantů z hnojiv se kromě běžně užívaných procesů nitrifikace/denitrifikace pro dusík a chemického srážení/užití poly-P bakterií pro fosfor osvědčily procesy reverzní osmózy, výměny iontů a adsorpce na nanomateriály. K dekontaminaci vod od těžkých kovů bývá rovněž využito adsorpce na nanomateriály, a především jejich různé kompozity vykazují vysokou efektivitu.

Abstract:

This bachelor thesis addressed the issues of the contamination of drinking water in the Czech Republic considering pollutants such as microplastics, residues of hormonal contraceptives and drugs, pesticides, and the residues of fertilizers. With the use of scientific sources, we describe the pathways through which these contaminants reach the water sources and their related health risks, and we propose methods of decontamination. We also address the drinking water legislation in the Czech Republic and the legislation regarding the pollutants contained in drinking water. The primary routes through which these pollutants enter water sources include wastewater, carrying residues of drugs and hormonal contraceptives, as well as microplastics. Additionally, agricultural areas contribute through seepage and surface runoff, which carry pesticides and fertilizers. The health risks that the consumption of contaminated water poses to the human population cannot be overlooked. The residues of hormonal contraceptives and pesticides are endocrine disruptors – they disrupt the function of the hormonal system. Pesticides can contribute to the development of Parkinson's disease, cognitive impairment and to ADHD in children. Nitrosamines – substances derived from nitrates are carcinogens and teratogens. Another health risk associated with the contamination of drinking water with fertilizers is posed by cadmium which is carcinogenic. Microplastics are associated with the increasing occurrence of immune and neurodegenerative diseases or the disruption of homeostasis and metabolism. These substances cause many other health problems, both acute and chronic. This paper also addressed the methods of decontamination of water from selected pollutants. Although the common wastewater treatment processes remove microplastics fairly efficiently, a considerable amount is, nevertheless, released into the environment. In the future, the focus should be on the water treatment processes which are capable of removing microplastics of the order of micrometers or lower. Adsorption on nanomaterials has shown potential in this area. There is a wide range of drugs and pesticides in water and there is no single treatment process capable of their complete decontamination. Various water treatment processes exhibit varying degrees of effectiveness for individual substances. To remove a wider spectrum of these contaminants, a combination of several processes must be used, such as adsorption on activated carbon or various nanomaterials, membrane filtration processes or advanced oxidation processes. In addition to the commonly used processes of nitrification/denitrification for nitrogen removal and chemical precipitation/use of poly-P bacteria for phosphorus removal, processes such as reverse osmosis, ion exchange and adsorption on nanomaterials have been proven to remove contaminants from fertilizers effectively. Adsorption on nanomaterials is also used to decontaminate water from heavy metals, and especially their composites show high efficiency.

Kľúčové slová

pitná voda, endokrinní disruptory, mikroplasty, léčiva, pesticidy, hnojiva, procesy čištění vod

Keywords

drinking water, endocrine disruptors, microplastics, pharmaceuticals, pesticides, fertilizers, water treatment processes

Jazyk práce: Czech

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 26. 4. 2024

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 30. 5. 2024
• Vedúci: doc. Ing. Petr Kačer, Ph.D.
• Oponent: Tereza Kačerová, Ing., externi

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Bachelor programme:
Landscape Conservation and Use of Natural Resources