Výzkum emisí nových kontaminantů vodního prostředí z komunálních odpadních vod

Mgr. Simona Krupčíková, Ph.D.

Disertační práce

Investigation of emerging aquatic contaminants emissions in municipal wastewaters

Anotace:

Kontaminanty vzbuzující obavy (CECs), včetně aromatických aminů (AAs), představují ekologická a zdravotní rizika. Přestože jejich významné emise pocházejí z lidských aktivit, jejich přítomnost v životním prostředí stále není zcela dobře pochopena. Tato disertační práce si klade za cíl řešit klíčové nedostatky ve znalostech týkajících se výskytu a osudu AAs v komunálních odpadních vodách, které jsou jejich předpokládanou cestou do vodního prostředí. Výzkum je relevantní pro revidovanou evropskou směrnici o čištění městských odpadních vod (UWWTD) (Směrnice Rady 91/271/EHS), která vyžaduje přísné monitorování výkonu čistíren odpadních vod (ČOV) a vod z nich vypouštěných a zaměřuje na zdravotní parametry nově vznikajících patogenů a CECs, které vnitrostátní orgány považují za relevantní. Studie prokázala, že pasivní vzorkování lze použít jako účinnou metodu monitorování AAs a dalších CECs v městských odpadních vodách. Optimalizovaný design vzorkovače, dosažený výběrem vhodné sorpční a difuzní vrstvy, překonal konvenční analýzu kompozitních vzorků vod. Tato metoda detekovala více sloučenin, nabízela lepší časovou integrativitu a prokázala robustnost v surových odpadních vodách i ve vyčištěném odtoku z ČOV. Pasivní odběr vzorků snižuje náklady na monitorování snížením počtu potřebných vzorků a zároveň poskytuje ekvivalentní nebo lepší informace o CECs v odpadních vodách ve srovnání s tradičními metodami. Terénní studie s nově navrženým pasivním vzorkovačem odhalily, že zatímco 97 % (hmotnostních) monitorovaných AAs bylo účinně odstraněno ČOV používajícími technologii aktivovaného kalu, ne všechny AAs byly zcela eliminovány. Na odtoku se vyskytovaly některé nové látky, které v surové odpadní vodě detekovány nebyly. Přestože tyto látky nepřekročily koncentrace, u nichž se očekává, že by mohly poškodit vodní organismy, bylo v odtoku z ČOV identifikováno 14 mutagenních AAs. Toto zjištění naznačuje, že upravená komunální odpadní voda může stále přispívat k mutagenitě povrchových vod. Tyto informace mají zásadní význam pro regulační orgány, vodohospodářské úřady a provozovatele ČOV při zavádění opatření ke snížení emisí AAs a doporučují integraci pasivního vzorkování do rámce hodnocení rizik.

Abstract:

Contaminants of emerging concern (CECs), including aromatic amines (AAs), pose ecological and human health risks. Despite their significant emissions from human activities, their environmental presence is not well understood. This dissertation aims to address critical knowledge gaps regarding the occurrence and fate of AAs in municipal wastewater (WW), a suspected release pathway into aquatic environments. The research is relevant to the revised European Urban Waste Water Treatment Directive (UWWTD) (Council Directive 91/271/EEC), which mandates strict monitoring of WW treatment plant (WWTP) performance and receiving waters, and focuses on health parameters of emerging pathogens and CECs considered relevant by national authorities. The study proved that passive sampling can be used as an effective method for monitoring AAs and other CECs in urban WWs. An optimized sampler design, achieved through the selection of appropriate sorbent and diffusive layers, outperformed conventional composite water sample analysis. This method detected more compounds, offered better temporal integrativity, and demonstrated robustness in raw sewage and treated WWTP effluent. Passive sampling reduces monitoring costs by decreasing the number of samples needed while providing equivalent or better information on CECs in WW compared to traditional methods. Field studies using the newly designed passive sampling tool revealed that while 97% (by mass) of monitored AAs were efficiently removed by WWTPs using activated sludge technology, not all AAs were completely eliminated. Some new substances that were not detected in raw sewage, appeared in the effluent. Although these substances did not exceed levels expected to harm aquatic life, 14 mutagenic AAs were identified in the WWTP effluent. This finding suggests that treated municipal WW may still contribute to mutagenicity in surface waters. This information is crucial for regulators, water authorities, and WWTP operators in implementing measures to reduce AAs emissions and recommend integration of passive sampling to the risk assessment frameworks.

Keywords

aromatické aminy, kontaminanty, odpadní vody, pasivní vzorkování, difuzní procesy, monitoring kvality vod, aromatic amines, contaminants, wastewater, passive sampling, diffusion processes, water quality monitoring

Jazyk práce: angličtina

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 24. 7. 2024

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 5. 9. 2024
• Vedoucí: doc. Ing. Branislav Vrana, PhD.
• Oponent: Prof. Gilles Guibaud, PhD, doc. RNDr. Andrea Vojs Staňová, PhD.

Masarykova univerzita

Přírodovědecká fakulta

Doktorský studijní program / obor:
Životní prostředí a zdraví / Environmentální chemie a toxikologie