ABSTRAKT

Mikrobiologické ukazatele fekálního znečištění patří z pohledu ochrany lidského zdraví k nejvýznamnějším při sledování jakosti povrchových vod. Jejich největším zdrojem jsou – i přes zavádění nejlepších dostupných technologií – čištěné i nečištěné komunální odpadní vody. V ČR je téměř 90 % obyvatel napojeno na lokální veřejné kanalizace, jež jsou zaústěny na ČOV, kde jsou čištěny tak, aby mohly být vypouštěny do recipientů. Pomocí sledování mikro­biální kontaminace Vltavy pod Ústřední čistírnou odpadních vod (ÚČOV) Praha byla určena míra zatížení vodního toku fekálním znečištěním v 10km úseku pod ústím odpadních vod v obdobích s různým průtokem. Jako další zdroje byly sledovány menší přítoky Vltavy, které do ní přinášejí čištěné odpadní vody z lokálních čistíren odpadních vod (ČOV). Od dubna 2022 do března 2023 byly na 10 profilech monitorovány počty indikátorů fekálního znečištění: Escherichia coli, intestinální enterokoky termotolerantní (fekální) koliformní bakterie a Clostridium perfringens. Výsledky monitoringu ukázaly na poměrně významné mikrobiální znečištění Vltavy v oblasti vyústění ÚČOV a zároveň bylo poukázáno na dobrou samočisticí schopnost toku Vltavy v nadcházejícím úseku, tedy na poměrně dobrý potenciál možného využití Vltavy v Praze i pod Prahou, s výjimkou úseku bezprostředně ovlivněného ústím čištěných odpadních vod z ÚČOV Praha. Obecně by bylo vhodné zaměřit se na zvýšení informovanosti prostřednictvím této i podobných studií, aby mohla být voda lépe využívána a naopak, aby neznamenala hygienicky významné riziko (možností přítomnosti patogenních mikroorganismů, včetně nositelů antibiotické rezistence) při jejím nevhodném využívání.

ÚVOD

Vltava je významným vodním tokem, který je v celé své délce recipientem zaústění velkého objemu odpadních vod. Díky své velké vodnosti a kaskádám vodních nádrží dokáže přinášené znečištění poměrně účinně eliminovat. Největší zatížení Vltavy představuje oblast hlavního města Prahy, kde se stává recipientem nejen ÚČOV, ale i mnoha menších čistíren. Právě komunální odpadní vody jsou jedním z hlavních zdrojů znečištění povrchových toků mikrobiálním znečištěním, a to i přes povinnost používání nejlepších dostupných technologií čištění odpadních vod na ČOV. Některé hygienicky významné mikroorganismy nejsou čistírenskými procesy úplně eliminovány, a tak následně nepříznivě ovlivňují jakost vod v tocích, kde mohou představovat akutní (životaschopné mikroorganismy) nebo pasivní (např. šíření antibiotické rezistence) zdravotní riziko a snížení využitelnosti vody, např. pro rekreaci nebo závlahy. Přesto nejsou v současné době legislativou určeny mechanismy kontrolující mikrobiální znečištění odpadních vod z ČOV. Ke zvýšenému riziku navíc přispívá současné klimatické období s výskytem extrémních stavů – sucha a přívalových srážek. Oba tyto jevy jsou kritické pro udržení dobré mikrobiální kvality povrchových vod. V období nízkých průtoků dochází v důsledku malého naředění odpadních vod z ČOV a jiných komunálních zdrojů ke zvýšené koncentraci mikrobiální kontaminace v tocích. Přívalové srážky představují ve městech riziko zvýšeného zatížení vodních toků odlehčovacími kanály, jež přinášejí nečištěnou odpadní vodu, kterou kapacitně nezvládnou pojmout ČOV. Tyto skutečnosti výraznou měrou dlouhodobě přispívají ke zvýšené mikrobiální zátěži vodních toků [1, 2, 14]. Jakost vody ve Vltavě je pravidelně sledována správcem vodního toku v rámci státní sítě sledování jakosti povrchových vod pro ISVS – Evidence jakosti povrchových vod ČHMÚ. Řídká síť profilů (Vltava nad Prahou – Vrané nad Vltavou; Vltava pod Prahou – Zelčín) a omezený rozsah monitoringu však nedokáže zachytit rizika, spojená s mikrobiální kontaminací vodního toku.

V naší studii byla – pro účel bližšího poznání mikrobiální kontaminace a její přirozené eliminace ve velkém vodním toku – vybrána Vltava v Praze a pod ní. Fekální znečištění vody v recipientu bylo hodnoceno stanovením standardních indikátorových skupin mikroorganismů Escherichia coli (E. coli), termotolerantních (fekálních) koliformních bakterií, intestinálních enterokoků a Clostridium perfringens, jehož spory jsou vysoce rezistentní k vnějším faktorům prostředí a v odpadních i povrchových vodách přežívají dlouhou dobu [3, 4].

Cílem práce bylo charakterizovat mikrobiální znečištění v podélném profilu Vltavy pod Prahou a určit míru zvýšení hygienického rizika a snížení využitelnosti vody zatížené fekálním znečištěním vlivem zaústění odpadních vod z ČOV ve sledovaném úseku a posoudit trend vývoje při porovnání s historickými daty [5].

METODIKA

Průzkum vlivu vypouštění čištěných odpadních vod z ČOV na jakost vody ve zkoumaném úseku podélného profilu Vltavy byl sledován v úseku Vltavy o délce cca 10 km od Trojské lávky po profil Vltava – Řež (obr. 1–3). Popis a lokalizace odběrových profilů jsou uvedeny v tab. 1 a na obr. 4. Do monitoringu byly vybrány profily řeky Vltavy, na nichž je možné zhodnotit ovlivnění její kvality přísunem čištěných odpadních vod z ÚČOV Praha a menších ČOV na přítocích. Charakteristika těchto ČOV je uvedena v tab. 2. Do monitoringu nebyly z technických důvodů zahrnuty profily, zachycující přísun znečištění z ČOV Praha – Bohnice, Nebušice a Roztoky. Do ostatních přítoků na sledovaném území nejsou zaústěny ČOV.

Obr. 1. Vltava v Podbabě – pod ústím odpadních vod ze stávající i nové vodní linky ÚČOV Praha
Fig. 1. Vltava in Podbaba under the waste water inflow from current and new water line WWTP Praha
Obr. 2. Ústí Klecanského potoka do Vltavy v Klecánkách
Fig. 2. Inflow of the Klecanský stream into Vltava in Klecánky
Obr. 3. Vltava v Řeži (poslední odběrový profil sledovaného úseku)
Fig. 3. Vltava in Řež (the last sample site of the monitored section)
Obr. 4. Lokalizace odběrových profilů
Fig. 4. Sampling sites locations
Tab. 1. Popis a lokalizace odběrových profilů
Tab. 1. Description and localisation of the sampling sites
Tab. 2. Základní charakteristika ČOV
Tab. 2. Basic characteristic of the WWTP

Standardními kultivačními metodami byly stanovovány počty E. coli, intestinálních enterokoků, termotolerantních (fekálních) koliformních bakterií a Clostridium perfringens. Stanovení termotolerantních (fekálních) koliformních bakterií a E. coli bylo provedeno dle normy ČSN 75 7835, intestinálních enterokoků dle normy ČSN EN ISO 7899-2 a Clostridium perfringens podle Vyhlášky 252/2004 Sb., Příloha 6. Pro kultivační stanovení byly použity metody podle standardizovaných postupů [6–8]. Odběry prostých vzorků byly prováděny od dubna 2022 do března 2023 s měsíční frekvencí na výše uvedených profilech.

Výsledky byly zatříděny do jakostních kategorií podle ČSN 75 7221 [8] a porovnány s limity NEK (normy environmentální kvality) pro povrchové vody dle Nařízení vlády č. 401/2015 Sb. [10]. Výsledky byly informativně porovnány s limity pro koupací vody podle Vyhlášky č. 238/2011 Sb. [11].

ČSN 75 7221 [8] využívá charakteristickou hodnotu C90 a podle ní řadí tekoucí povrchové vody dle kvality do pěti tříd (tab. 3). Norma povoluje tzv. účelovou klasifikaci podle vlastního rozsahu ukazatelů, kdy je výsledná třída určena podle nejnepříznivějšího zatřídění. V našem případě byla klasifikace použita pro ukazatele termotolerantní (fekální) koliformní bakterie a intestinální enterokoky.

Nařízení vlády č. 401/2015 Sb., o ukazatelích a hodnotách přípustného znečištění povrchových vod a odpadních vod, náležitostech povolení k vypouštění odpadních vod do vod povrchových a do kanalizací a o citlivých oblastech z roku 2016 [10] udává pro mikrobiologické ukazatele hodnoty NEK jako P90 pro E. coli, intestinální enterokoky a termotolerantní (fekální) koliformní bakterie (tab. 3).

Vyhláška č. 238/2011 Sb., o stanovení hygienických požadavků na koupaliště, sauny a hygienické limity písku v pískovištích venkovních hracích ploch z roku 2011 [11] rozlišuje pro ukazatele intestinální enterokoky a E. coli na základě P90 a P95 tři stupně jakosti (tab. 3).

Tab. 3. Klasifikace mikrobiologických ukazatelů
Tab. 3. Classification of microbial parameters

VÝSLEDKY

Výsledky monitoringu mikrobiálního znečištění v období od dubna 2022 do března 2023 jsou uvedeny v grafech na obr. 6–15.

Vyhodnocení podle ČSN 75 7221 (obr. 5) ukázalo nejlepší kvalitu na kontrolním profilu Vltava – Trojská lávka, který byl klasifikován jako mírně znečištěná voda (II. třída jakosti). Ústí čištěných odpadních vod z ÚČOV posunulo jakost vody ve Vltavě – Podbabě do V. třídy jakosti (velmi silně znečištěná voda). Díky intenzivnímu naředění mikrobiálního znečištění a aktivnímu samočištění vodního toku byla na dalších sledovaných místech podélného profilu Vltavy již voda odpovídající III. třídě jakosti (znečištěná voda). K významnému zhoršení mikrobiální jakosti vody nepřispělo ani zaústění – odpadními vodami z menších ČOV – silně znečištěných přítoků, tj. Drahanského, Klecanského, Podmoráňského a Únětického potoka. Ze sledovaných potoků vykazoval nejlepší kvalitu Přemyšlenský potok, na němž je umístěna zřejmě dobře fungující ČOV z obce Zdiby-Přemyšlení.

Obr. 5. Orientační určení kvality vody podle ČSN 75 7221 pro termotolerantní (fekální) koliformní bakterie a intestinální enterokoky
Fig. 5. Sampling sites pollution rate of thermotolerant (fecal) coliform bacteria and intestinal enterococci according to Czech technical norm ČSN 75 7221

Jakost vody na sledovaných odběrových profilech byla porovnána s NEK pro mikrobiologické ukazatele, vyjadřující stav povrchových vod (tab. 3). Výsledky pro všechny sledované ukazatele jsou uvedeny na obr. 6–13 a v tab. 4. Z grafů i tabulky jsou patrné významné rozdíly mezi jednotlivými odběrovými profily nejen ve Vltavě, ale i na jejích přítocích pod Prahou. Ukazatele termotolerantní (fekální) koliformní bakterie a E. coli byly ve Vltavě překročeny na 60 % profilů, na přítocích v 80 %, ukazatel intestinální enterokoky byl ve Vltavě překročen pouze na 20 % profilů, na přítocích však také v 80 %. Kontrolní profil Vltavy nad ÚČOV a profil Vltava – Klecany požadavky Nařízení vlády č. 401/2015 Sb., splňovaly pro všechny tři ukazatele. Výsledky ukázaly, že Vltava v Troji vykazuje – i přes přísun znečištění z mnoha zdrojů při průtoku Prahou (mj. jsou to výrazně znečištěné potoky Botič a Rokytka) – neočekávaně dobrou kvalitu vody. Podle původních předpokladů dochází v dalším úseku, kdy jsou do ní zaústěny odpadní vody čištěné na dvou vodních linkách ÚČOV Praha, k významnému zvýšení počtu mikrobiálních ukazatelů. A to i přes to, že ÚČOV je vybavena moderní čistírenskou technologií odpovídající požadavkům na nejlepší dostupné technologie čištění odpadních vod a aktivně provádí další kroky ke zlepšení jakosti vypouštěných vod, např. pomocí technologie dezinfekce vyčištěných odpadních vod UV zářením, která byla uvedena do zkušebního provozu v říjnu 2021. Jak ukazují grafy na obr. 6–14, dochází ve velmi vodné Vltavě k intenzivnímu naředění a samočištění, díky němuž je v úseku vodního toku od Sedlce, tj. cca 2 km pod ÚČOV, již řádově nižší fekální znečištění.

Překvapivé rozdíly byly zjištěny u mikrobiální kvality vody přítoků, do nichž jsou zaústěny odpadní vody z menších ČOV, Vltavy pod Prahou (obr. 6–14, tab. 4). Kritické znečištění bylo přinášeno Klecanským a Podmoráňským potokem, na něž jsou napojeny ČOV Klecany a Velké Přílepy, tj. cca 6 000 napojených obyvatel. Naopak nejnižší znečištění po celou dobu sledování vykazoval Přemyšlenský potok (ČOV Zdiby; 3 000 napojených obyvatel). Díky poměrně malé vodnosti znečištěných přítoků není ovlivnění Vltavy pod jejich zaústěním výrazné (obr. 14). Podle ČSN 75 7143 je vltavská voda na většině profilů „podmíněně vhodná“ pro závlahu, tj. počty termotolerantních (fekálních) koliformních bakterií a enterokoků se pohybují mezi 1 000 a 10 000 KTJ/100 ml [15].

Tab. 4. Výsledky klasifikace mikrobiologických ukazatelů
Tab. 4. Classification of microbiological parameters

Výsledky byly dále hodnoceny podle Vyhlášky č. 238/2011 Sb., jež posuzuje jakost vody po ukončení koupacích sezon (ideálně 4) na základě jejího určení podle ukazatelů uvedených v tab. 3. Voda je klasifikována jako „nevyhovující“ ke koupání, jsou-li hodnoty některého z ukazatelů vyšší než hodnoty pro „přijatelnou“ jakost. Podle uvedeného hodnocení nebylo ve sledovaném období na žádném odběrovém profilu Vltavy dosaženo jakosti přijatelné ke koupání. Nicméně na profilu Vltava – Trojská lávka byly v období vhodném pro rekreaci, tj. od května do září, zjištěny počty KTJ v obou ukazatelích ve 100 % odpovídající limitům pro „přijatelnou“ jakost. Profil je umístěn nedaleko slalomového kanálu Troja, kde dochází k častému kontaktu kanoistů s vodou. V dalším úseku vodního toku pod zaústěním ÚČOV se hodnoty pod limitem pro nepřijatelnou jakost objevovaly jen sporadicky. Lepší situace byla u intestinálních enterokoků. Na profilu Vltava – Řež vzdáleném cca 10 km od ÚČOV byly v období vhodném pro rekreaci, tj. od května do září, zjištěny počty KTJ v obou ukazatelích již v 70 % odpovídající limitům pro „přijatelnou“ jakost. Některé odběry byly prováděny po silných deštích, které negativně ovlivnily kvalitu vody (obr. 15).

Obr. 6–13. Mikrobiální kvalita vody na sledovaných profilech Vltavy a přítocích
Fig. 6–13. Microbial water quality of monitored sites of the Vltava and its tributaries
Obr. 14. Sezonní průběh počtů vybraných mikrobiologických ukazatelů ve Vltavě; šedou barvou jsou vyznačeny sloupce s hodnotami přesahujícími limit koupací vody E. coli (tmavě šedá) a limit koupací vody u intestinálních enterokoků (světle šedá)
Fig. 14. Seasonal progress of selected microbial indicators in the Vltava; columns with values exceeding the bathing water limits are represented in gray color – dark gray for E. coli, light gray for enterococci
Obr. 15. Součet sledovaných mikrobiálních indikátorů v průběhu monitoringu v porovnání s průtoky Vltavy
Fig. 15. Sum of selected microbial indicators during the monitoring in comparison of Vltava’s flow rate

DISKUZE

Provedená studie měla za cíl zmonitorovat aktuální stav jakosti vody ve Vltavě od Trojské lávky po pěší lávku v Řeži, spolu s několika významnějšími přítoky, do nichž jsou zaústěny menší ČOV. Kvalita vody v této části Vltavy není systematicky sledována a nabízí předpoklad velmi silného znečištění jak z mnoha zdrojů po průtoku Prahou, tak zaústěním čištěných odpadních vod z ÚČOV Praha na Císařském ostrově. Roční monitoring této oblasti byl cílen na zjištění omezení využitelnosti vltavské vody pro její další užívání, např. pro rekreaci a závlahy. Výsledky ukázaly, že Vltava má obrovskou kapacitu příjmu znečištění a jeho eliminace. Nicméně využitelnost vody pro rekreaci je v relativně krátkém úseku pod ústím ÚČOV zcela omezena. Po několika kilometrech však dochází z pohledu mikrobiální kontaminace k regeneraci vodního toku, pravděpodobně díky silnému naředění, sedimentaci a aktivním samočisticím procesům. Přestože studie nebyla zaměřena na sledování změn vlivem klimatických epizod, bylo zjištěno, že oba extrémní stavy – sucho s nízkými průtoky a silné přívalové deště – mají negativní vliv na aktuální jakost vody. Nízké průtoky omezí možnost naředění přinášeného znečištění, které bylo patrné již na kontrolním profilu v Troji, naopak přívalové deště zhoršují kvalitu vody ve Vltavě i v přítocích vlivem splachů plošného znečištění a zaústěním dešťových odlehčovačů přímo do recipientů.

Mikrobiální jakost vody ve Vltavě pod Prahou nebyla v uplynulých letech systematicky sledována nebo data nebyla publikována. Profily sledované v rámci programu monitoringu povrchových vod jsou v úseku Vltavy pod Prahou poměrně málo husté z důvodu větší velikosti vodních útvarů. Vltava je pravidelně monitorována v reprezentativních profilech Vrané nad Vltavou a Zelčín. Na území Prahy je podrobně sledována jakost vody na profilu Vltava – Podolí a základní fyzikálně-chemické a mikrobiologické ukazatele jsou sledovány na profilu Praha – Troja. Na profilu Praha – Podolí provádějí monitoring také Pražské vodárny a kanalizace, a. s.

První, zcela unikátní bakteriologická studie Vltavy byla provedena roku 1931 Kredbou a Dvořákem [5, 12]. V rámci této studie došlo k jednorázovému sledování přítomnosti mikroorganismů. Odběry byly provedeny v krátkém časovém intervalu (3 dny) v dubnu, aby byly co nejméně ovlivněny klimatickými a jinými faktory. Ve vytčeném úseku, který začínal nad Prahou zbraslavským mostem a končil pod Prahou pod jezem v Roztokách, byly odebrány vzorky z obou břehů. Odběrová místa byla volena tak, aby bylo možné zachytit každý zdroj znečištění. V souladu s tehdejšími metodami byly stanoveny „počty bact. coli v 1 l“ (modifikovaná Ficker-Partišova metoda na Endo agaru) a „počty zárodků v 1 ml“. Předpokládáme, že metoda stanovení bact. coli by mohla být srovnatelná s dnešní metodou stanovení koliformních bakterií na Endo agaru [4]. Porovnání historických a současných dat je uvedeno v tab. 5.

Dalším zdrojem starších dat byla studie Baudišové [13, 14], jež se v roce 1997 věnovala mikrobiální jakosti vody v Labi a dolní Vltavě. Studie byla zaměřena na jakost vody před ústím Vltavy do Labe a byly v ní sledovány koliformní bakterie a termotolerantní (fekální) koliformní bakterie. Zjištěné hodnoty na profilech Podolí, Troja, Roztoky a Zelčín jsou uvedeny v tab. 5. Porovnání hodnot koliformních bakterií v 1 l vody z uvedených tří období ukázalo na řádový pokles mikrobiální kontaminace od roku 1931 na profilech Podbaba a Roztoky. Ve všech třech obdobích je patrné zvýšení mikrobiální kontaminace pod zaústěním ÚČOV, přičemž současný stav je díky pokročilým čistírenským technologiím nejpříznivější.

Tab. 5. Porovnání současného stavu s historickými údaji o fekálním znečištění Vltavy
Tab. 5. Comparison of present fecal pollution situation with historical data
Obr. 16. Množství bact. coli ve Vltavě v roce 1931
Fig. 16. Amount of bact. coli in the Vltava river in 1931

ZÁVĚRY

Aktualizace historických dat popisujících mikrobiální kontaminaci vody ve Vltavě pod Prahou ukázala na příznivý trend vývoje, který je důsledkem zlepšujících se technologických postupů čištění odpadních vod.

Bylo zjištěno, že fekální kontaminace kontrolního profilu Vltava – Troja je neočekávaně nízká, přestože získává znečištění z mnoha zdrojů na území hlavního města Prahy. Voda na tomto profilu vykazovala v období, kdy by mohla být rekreačně využívána, „přijatelnou“ jakost podle Vyhlášky č. 238/2011 Sb.

Jakost vody na ostatních profilech byla silně ovlivněna vypouštěnými čištěnými odpadními vodami z obou vodních linek ÚČOV a v oblasti poblíž odběrového profilu byla silně snížena její další využitelnost, zejména pro rekreaci.

V dalším úseku vodního toku Vltavy však došlo díky naředění, sedimentaci a čistícím procesům k rychlému zlepšení stavu a jakost vody na vzdálenějších profilech již při některých odběrech v období možné letní rekreace vykazovala „přijatelnou jakost“.

Přestože studie nebyla zaměřena na sledování změn vlivem klimatických epizod, bylo zjištěno, že oba extrémní stavy – sucho s nízkými průtoky a silné přívalové deště – mají negativní vliv na aktuální jakost vody. Nízké průtoky omezí možnost naředění přinášeného znečištění, které bylo patrné již na kontrolním profilu v Troji, naopak přívalové deště zhoršují kvalitu vody ve Vltavě i v přítocích vlivem splachů plošného znečištění a zaústěním dešťových odlehčovačů přímo do recipientů.

Studie ukázala poměrně dobrý potenciál možného využití Vltavy v Praze i pod Prahou, s výjimkou úseku silně ovlivněného ústím čištěných odpadních vod z ÚČOV Praha. Obecně by bylo vhodné zaměřit se na zvýšení informovanosti prostřednictvím této i podobných studií, aby mohla být voda lépe využívána a naopak, aby neznamenala hygienicky významné riziko (možnost přítomnosti patogenních mikroorganismů, včetně nositelů antibiotické rezistence) při jejím nevhodném využívání.

S ohledem na rostoucí požadavky na ochranu zdraví lidské populace a zlepšování jakosti vody v tocích na úroveň standardů evropských směrnic je nezbytné zaměřit více pozornosti na monitoring mikrobiologických ukazatelů jakosti vody, než zabezpečuje současný rutinní systém sledování.

Poděkování

Příspěvek vznikl za podpory Institucionálních prostředků na rozvoj výzkumné organizace VÚV TGM v rámci interního grantu č. 3600.52.24/2022 a projektu SS02030008 „Centrum environmentálního výzkumu: Odpadové a oběhové hospodářství a environmentální bezpečnost“ (CEVOOH).