Zřízení sítě pro dlouhodobé globální monitorování organických polutantů ve vodním prostředí

Mgr. Jaromír Sobotka, Ph.D.

Doctoral thesis

Establishment of a network for long term monitoring of organic pollutants in aquatic environment on a global scale

Abstract:

Hydrofobní a perzistentní organické sloučeniny negativně ovlivňují kvalitu vody a aquatické potravní sítě po celém světě. Jasné pochopení přítomnosti těchto sloučenin a procesů, které ovlivňují jejich distribuci, transport a osud v životním prostředí, je nezbytným předpokladem pro hodnocení a regulaci jejich rizik. Pro získání spolehlivých, reprezentativních a konzistentních informací o kontaminaci vody, srovnatelných v čase a prostoru, jsou proto zapotřebí účinné monitorovací a analytické strategie. V celosvětovém měřítku nebyl donedávna zaveden žádný udržitelný program monitorování perzistentních organických polutantů ve vodním prostředí. Tato práce si klade za cíl poskytnout technické postupy a demonstrovat proveditelnost monitorovacích činností potřebných k popisu prostorových a časových trendů perzistentních organických polutantů ve vodním prostředí. Toho bude dosaženo zřízením monitorovací sítě využívající pasivního vzorkování ve vodě. Pasivní vzorkování představuje umístění pasivního vzorkovače do vody na dobu několika dnů až měsíců a spontánní akumulaci sledovaných analytů z vody do vhodného elastomeru. Tímto lze dosáhnout velmi nízkých detekčních limitů, díky čemuž jsou tyto vzorkovače vhodné pro použití v globální síti na monitorování vodních útvarů i na vzdálených místech, kde se očekává, že koncentrace kontaminantů budou velmi nízké. Pasivní vzorkování je technika, která umožňuje odhad koncentrací volně rozpuštěných kontaminantů, které přímo souvisejí s jejich chemickou aktivitou ve vodě. Chemická aktivita zase představuje potenciál chemické látky pro spontánní distribuci uvnitř a mezi složkami životního prostředí, včetně vody, vzduchu, suspendovaných částic, sedimentů, planktonu a další vodní bioty. V této práci jsou identifikovány vhodné pasivní vzorkovače, je charakterizována a porovnána jejich využitelnost v terénních podmínkách, vybrán nejvhodnější vzorkovač a doporučen pro udržitelné použití v globálním monitorovacím programu. Získaná monitorovací data také budou zpřístupněna pro další výzkum globální distribuce a dálkového transportu perzistentních organických polutantů.

Abstract:

Hydrophobic and persistent organic compounds negatively affect water quality and aquatic food webs around the globe. A clear understanding of the presence and processes that affect these compounds’ distribution, transport, and fate in the environment is a prerequisite to their risk assessment and regulation. Therefore, effective monitoring and analytical strategies are required to obtain reliable, representative, and consistent information on water contamination, comparable in time and space. Until recently, no sustainable aquatic monitoring programme of persistent organic pollutants on a global scale was established. This work aims to provide technical means and demonstrate the feasibility of monitoring activity required to describe the spatial and temporal trends of persistent organic pollutants in the aquatic environment. It will be achieved by establishing a monitoring network using aquatic passive sampling devices. Passive sampling involves the in-situ deployment of devices in water for days to months and spontaneous accumulation by partitioning of analytes of interest from water to a suitable elastomer. Ultra-low detection limits can be obtained, making these devices suitable for use in the global aquatic monitoring network even at remote locations where contaminant concentrations are expected to be very low. Passive sampling is a technique that allows the estimation of freely dissolved contaminant concentrations that are directly related to the chemical activity of compounds in water. Chemical activity, in turn, represents the chemical’s potential for spontaneous distribution within and among environmental compartments, including water, air, suspended matter, sediment, plankton, and other aquatic biota. In the presented work, suitable passive samplers are identified, their performance is characterised and compared in field conditions, and the most suitable sampler is selected and recommended for sustainable use in the global monitoring programme. Finally, obtained monitoring data will be made available for further investigation of global distribution and long-range transport of POPs.

Keywords

Globální síť pro monitorování vodního prostředí, Pasivní vzorkování, Perzistentní organické polutanty, Povrchová voda, Global aquatic monitoring network, Passive sampling, Persistent organic compounds, Surface water

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 16. 11. 2021

Thesis defence

• Date of defence: 16. 12. 2021
• Supervisor: doc. Ing. Branislav Vrana, PhD.
• Reader: Prof. Rolland Kallenborn, Prof. Rainer Lohmann

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Environmental Health Sciences / Environmental chemistry and toxicology