PROBLEMATIKA NEUSTREZNE KAKOVOSTI PITNE VODE NA KRAŠKEM OBMOČJU IN MOŽNE REŠITVE POOR QUALITY OF DRINKING WATER IN KARST AREAS AND POSSIBLE SOLUTIONS doc. dr. Darko Drev, univ. dipl. inž. kem. inž. darko.drev@izvrs.si IzVRS, Hajdrihova 28 c, 1000 Ljubljana, izr. prof. dr. Jože Panjan, univ. dipl. inž. grad. joze.panjan@fgg.uni-lj.si UL FGG, Jamova 2, 1000 Ljubljana Znanstveni članek UDK 551.44:628.1.033 Povzetek l Na kraških območjih ni ostre meje med površinskimi in podzemnimi vodami. Zato se onesnažena površinska voda hitro odrazi na kakovosti podtalnice. Če niso ustrezno upoštevana osnovna merila sanitarnega inženirstva, pogosto pride do neustrezne kakovosti vode v vodnih zajetjih. To je še posebno izraženo v času povečanih padavin, ko postane voda motna. Sestava ter velikost in porazdelitev delcev motne vode sta pokazali, da je za razrešitev tega problema najprimernejša membranska filtracija. Ključne besede: pitna voda, vodovodni sistemi, sanitarno inženirstvo Summary l One prominent feature of the Karst areas is the lack of sharp boundaries between surface water and groundwater. As a consequence, surface water contamination quickly results in a decrease in the quality of groundwater. If adequate compliance with sanitary engineering principles is not ensured, underground drinking water reservoirs may be easily contaminated. This is particularly evident during periods of significant precipitation, when water becomes cloudy. Our analysis of the composition and size distribution of particles in cloudy water showed that membrane filtration is the preferred method for the resolution of this problem. Keywords: drinking water, water systems, sanitary engineering 1*UVOD V Sloveniji se vodovodni sistemi napajajo večinoma iz podtalnice [MZ, 1998-2011]. Več kot 50 odstotkov zemljišč v Sloveniji je kraških [Gams, 2004]. Na slikah 1 in 2 sta prikazani površini tal Slovenije, pokriti z apnencem in dolomitom [GIAM, 1998]. Samo v severovzhodni Sloveniji je struktura tal drugačna. Iz kraškega ozemlja so izvzete tudi doline z debelo plastjo naplavin. Na kraškem zemljišču ni ostre meje med površinskimi in podzemnimi vodami. Zato lahko onesnažene površinske vode močno vplivajo na kakovosti podtalnice. Tudi onesnaževanje iz kmetijstva, industrije in prebivalstva se hitro odrazi na podtalnici. Zato je zelo pomembno, da so vodna zajetja ustrezno varovana z vodo-varstvenimi območji. Na vodovarstvenih območjih moramo upoštevati ustrezne ukrepe za varovanje podtalnice [RS, 2011]. Velik problem je neustrezna kmetijska raba zemljišč. To je splošna težava, ki ni povezana le s kraškimi zemljišči. Vpliv neustrezne rabe kmetijskih zemljišč na podtalnico je odvisen predvsem od debeline in vrste zemlje, ki ločuje zgornjo plast zemlje od podzemne vode. Če je relativno kratka pot vode, ki pronica skozi zemeljske plasti iz vrha do podzemne vode, je čiščenje relativno slabo. Pomembna je tudi sestava zemeljskih plasti. Na primer gline, bentoniti in zeoliti so naravni ionski izmenjevalci, ki zadržujejo različne kovinske katione in NH4+ [Coonery, 1999]. Čez takšne materiale je tudi slaba prepustnost vode, ker so delci gline zelo Slika 3 • Prikaz vodovarstvenih pasov na delu Dolenjske [ARSO, 2013) fini. Bistveno drugače pa je pri peščenih tleh. Prepustnost vode je zelo velika, vezanje nečistoč pa je relativno majhno, saj zemlja nima kakšne posebne adsorpcijske sposobnosti. Opravlja pa se lahko biološko čiščenje, podobno kot na precejalnikih in biofiltrih. Še hitrejše onesnaženje podzemne vode predstavlja onesnažena površinska voda. Ker na Krasu ni ostre meje med površinskimi in podzemnimi vodami [Gams, 2004], je lahko onesnaženje podzemne vode neposredno. Za izpuste iz industrije in komunalnih čistilnih naprav v vodotoke na Krasu ne obstajajo ostrejši kriteriji. Odpadna voda iz male komunalne čistilne naprave ima na iztoku v okolje predpisane samo vrednosti za KPK 150 mg O2/L in BPK5 30 mg O2/L, vsi preostali parametri, vključno z mikrobiološkimi onesnaževali, pa niso predpisani. Tudi pri tehnoloških odpadnih vodah, ki odtekajo v okolje, niso predpisani mikrobiološki parametri. Zato se lahko odrazi odpadna voda iz čistilne naprave, ki nima ustrezne stopnje za mikrobiološko čiščenje, kot jo ima mikrobiološka onesnaženost vode v vodnem zajetju. Podobno velja za izpuste tehnoloških odpadnih voda ([RS, 2009b], [RS, 2010a], [RS, 2010b]). Vodna zajetja so praviloma izbrana tako, da je vpliv onesnaževanja čim manjši [RS, 2011]. To pomeni, da na kakovost podzemne vode ne vplivajo industrijski onesnaževalci in izpusti iz komunalnih čistilnih naprav. Vodna zajetja morajo biti v čim večji meri zavarovana tudi pred vplivi iz kmetijstva. Žal to v praksi pogosto ne drži. Kot kaže slika 3, na kateri so prikazana vodo-varstvena območja na območju Trebnja in Novega mesta, lahko ugotovimo, da nekatera vodna zajetja sploh nimajo ustreznih vodo-varstvenih pasov. Podobna situacija je tudi v drugih delih Slovenije [ARSO, 2013]. Pri pregledu stanja kakovosti pitnih voda v slovenskih javnih vodovodnih sistemih ugotavljamo, da obstajajo velike razlike v odstotkih neskladnih vzorcev med majhnimi, srednjimi in velikimi vodovodnimi sistemi [MZ, 1998-2011]. To se odraža bistveno bolj pri mikrobioloških parametrih kot pa pri fizikalno-kemijskih. 2'METODOLOGIJA Pridobili in obdelali smo različne baze podatkov o vodovodnih sistemih v Sloveniji, letnih poročil o kontroli kakovosti pitne vode v Sloveniji za obdobje 1998-2011 [MZ, 1998- 2011], stanje tehnike priprave pitne vode, predpise s področja pitnih voda itd. Na dveh vodnih zajetjih, na katerih se pojavlja motnost v času povečanih padavin, smo analizirali velikost, porazdelitev delcev in njihovo sestavo. Fizikalno-kemijske analize smo opravljali po predpisanih metodah [RS, 2009a]. Velikost in porazdelitev delcev smo določali z aparaturo Frisch. Merili smo velikosti delcev od 0,08 do 42,30 pm. V nadaljevanju besedila je velikost javnih vodovodov podana glede na število prebivalcev, ki se oskrbujejo s pitno vodo iz vodovoda: - 50 do 1000 prebivalcev - mali vodovodni sistem, - 1001 do 10000 prebivalcev - srednji vodovodni sistem, - nad 10.000 prebivalcev - veliki vodovodni sistem. 3*RAZISKAVA Pri pregledu stanja kakovosti pitnih voda v slovenskih javnih vodovodnih sistemih ugotavljamo, da obstajajo velike razlike v odstotku neskladnih vzorcev med majhnimi, srednjimi in velikimi vodovodnimi sistemi. To se odraža bistveno bolj pri mikrobioloških parametrih kot pa pri fizikalno-kemijskih (sliki 4 in 5). Na slikah 4, 5 in 6 so upoštevani rezultati moni-toringov kakovosti voda na mestih uporabe. Te monitoringe opravljajo regionalni zavodi za zdravstveno varstvo. Izpeljani so strokovno in predstavljajo dokaj realno stanje kakovosti pitne vode na posameznem vodovodu. Kon- trola kakovosti vode na vodnih zajetjih pa ni predmet predpisanega državnega monitoringa, temveč je definirana v HACCP-elaboratih za posamezne vodovode. Ti interni monitoringi so zato večinoma slabi tako kot tudi HACCP-elaborati. Njihova glavna pomanjkljivost je v tem, da se preiskave pogosto ne opravljajo ali pa se takrat, ko je stanje dobro. Glavni razlog za neustrezno kakovost pitne vode na malih vodovodnih sistemih je neustrezna priprava pitne vode [MZ, 1998-2011]. Z relativno enostavnimi postopki čiščenja je mogoče v večini primerov zagotoviti zdravstveno neoporečno pitno vodo ([EPA, 2005], [EPA, 2011]). Če vodna zajetja niso ustrezno varovana, povrhu vsega pa nimajo niti dezinfekcije, ni čudno, da regionalni zavodi za zdravstvo ugotavljajo tako slabo stanje. V nadaljevanju obravnavamo dva velika vodovoda, pri katerih se zelo hitro opazi vpliv meteornih voda na kakovost vode na vodnem zajetju (Dolenjska, Gorenjska). V prvem primeru navajamo le rezultate meritev motnosti v času padavin in sušnem obdobju. Rezultatov fizikalno-kemijskih preiskav v času padavin pa ni na razpolago, ker pri internem monitoringu izbirajo izključno čas, ko je neoporečna kakovost pitne vode. Zato teh rezultatov ne navajamo. Slika 4 • Mikrobiološka neskladnost kakovosti pitne vode v javnih vodovodnih sistemih Slovenije v desetletnem obdobju 1998-2007 [IVZ, 1998-2007] M srednji A veliki 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 leto Slika 5 • Fizikalno-kemijska neskladnost kakovosti pitne vode v javnih vodovodnih sistemih Slovenije v desetletnem obdobju 1998-2007 [IVZ, 1998-2007] Slika 6* Delež neskladnih vzorcev pitne vode vodovodnih sistemov, ki oskrbujejo od 50 do 1000 prebivalcev v letu 2011 [MZ, 2012] Slika 7 • Delež izvajanja dezinfekcije na vodovodnih sistemih v Sloveniji leta 2010 (100 odstotkov je število vseh vodovodnih sistemov) [MZ, 2010] Slika 8* Meritev motnosti na vodnem zajetju na Dolenjskem v času deževja leta 2012 Slika 9* Meritev motnosti na vodnem zajetju na Dolenjskem v času suše leta 2012 Pri vodovodu na Gorenjskem je bila opravljena preiskava vode iz dveh vodnih zajetij v času povečanih padavin (november 2012), torej takrat, ko je bila motna. To je prikaz možne onesnaženosti pitne vode, ki se na koncu odraža na mestih uporabe kot zdravstveno oporečna pitna voda. Iz porazdelitvenih krivulj sestave delcev, ki so podani na slikah 8 in 9, je razvidno, da so v obeh primeri delci velikosti med 0,1 in 15 pm. To je območje mikrofiltracije. Sestava delcev v preglednicah 2 in 3 kaže na to, da so delci v relativno velikem deležu organ- Parameter Enota Zajetje 1 Zajetje 2 Povprečni premer delcev pm 6,5 7,6 Neraztopljene snovi mg/L 82 63 Delež neraztopljenih snovi % 63 41 Delež raztopljenih snovi % 27 59 Delež mineralnih snovi % 65 55 Delež organskih snovi % 35 45 Preglednica 1 • Preiskava vode iz zajetja 1 in 2 na Gorenjskem v času povečane motnosti Slika 10 • Porazdelitvena krivulja velikosti delcev v podtalnici iz vodnega zajetja 1 na Gorenjskem v času povečane motnosti Slika 11 • Porazdelitvena krivulja velikosti delcev v podtalnici iz vodnega zajetja 2 na Gorenjskem v času povečane motnosti skega izvora. Taka sestava je zelo neugodna z vidika sanitarnega inženirstva. Organski delci namreč omogočajo dobro podlago za razvoj mikroorganizmov. Če bi se odločili za membransko filtracijo, bi zadostoval mikrofiltracijski modul. Poleg tega bi z mikrofiltracijsko membrano odstranili vse bakterije. Te so namreč večje od 0,2 pm, kar je razvidno s slike 10. Virusi so v velikostnem redu med 0,01 in 0,1 pm. Na meji ultrafiltracije in mikrofiltracije so oljne emulzije. Endotoksini pa so v celoti na območju ultrafiltracije. V zadnjem času se pogosto odločajo projektanti vodovodov za ultrafiltracijske membrane. Takšne membrane odstranijo poleg Slika 12* Vrste membranske filtracije glede na velikost delcev [DOW, 2010) Parameter Rezultat Enota Mejna vrednost Amonij 0,03 mg/L < 0,50 Barva 0,6 m-1 - Celotni organski ogljik - TOC 3,5 Elektroprevodnost (20 °C) 183 |jS/cm < 2500 Železo 406 Mg/L < 200 Mangan 14 jg/L < 50 Motnost 33,2 NTU - Oksidativnost 2,3 mg O2/L < 5,0 pH-vrednost 7,91 6,5-9,5 Raztopljeni organski ogljik - DOC 3,5 Preglednica 2 • Fizikalno-kemijska preiskava vode iz zajetja 1 I na Gorenjskem v času padavin (november 2012) Parameter Rezultat Enota Mejna vrednost Amonij 0,02 mg/L < 0,50 Barva 0,5 m-1 - Celotni organski ogljik - TOC 3,1 Elektroprevodnost (20 °C) 196 jS/cm < 2500 Železo 148 jg/L < 200 Mangan 8,9 jg/L < 50 Motnost 22,1 NTU - Oksidativnost 2 mg O2/L < 5,0 pH-vrednost 8,06 6,5-9,5 Raztopljeni organski ogljik - DOC 3,1 Preglednica 3 • Fizikalno-kemijske preiskave vode iz zajetja 2 I na Gorenjskem v času padavin (november 2012) bakterij in virusov tudi oljne emulzije, koloidne delce, endotoksine, encime itd. [EPA, 2005]. V konkretnem primeru takšnih onesnaževal ne pričakujemo, zato bi mikrofiltracijska membrana z velikostjo por 0,1 pm povsem zadostovala. Na vodnem zajetju 1 so vsi fizikalno-kemijski parametri v dovoljenih mejah, na vodnem zajetju pa je prisotnega dvakrat več železa, kot je dovoljeno. Z UV-dezinfekcijo se dovolj učinkovito odstrani mikrobiološko onesnaženje. To kažejo rezultati preiskav v preglednicah 4 in 5. Vendar pa to velja za le vodno zajetje in ne za celotno vodovodno omrežje. Če se izpusti v vodovodno omrežje motna voda, se lahko v omrežju kmalu razvijejo mikroorganizmi. To kažejo rezultati monitoringa kakovosti pitne vode na mestih uporabe, ki ga izvaja regionalni zavod za zdravstveno varstvo [MZ, 1998-2012]. Rezultatov teh preiskav ne podajamo, ker gre za veliko število analiz. Iz rezultatov je očitna povezava med motno vodo na vodnih zajetjih in zdravstveno ustreznostjo vode iz pip. Na kakovost vode iz pip imajo velik vpliv tudi interna vodovodna omrežja v posameznih stavbah. Posamezni uporabniki lahko vodo dodatno očistijo, pri nekaterih pa se kontaminira zaradi neustreznega internega omrežja. Kadar je voda motna, se zaradi preventivne zdravstvene zaščite prebivalstva praviloma priporoča prekuhavanje vode pred uporabo. Iz preglednice 6 je razvidno, da je voda na vodnem zajetju 1 v normalnih razmerah čista in ne potrebuje dodatnega čiščenja. Podobno velja tudi za vodno zajetje 2. Parameter Vrednost Enota Mejna vrednost Parameter Pred UV Za UV Enota Koliformne bakterije v 100 ml 73,8 MPN/100 MPN 0 Escherichia coli v 100 ml pitne vode 2 0 MPN/100 MPN Escherichia coli v 100 ml 3,1 MPN/100 MPN 0 Clostridium perfringens v 100 ml < 4 CFU/100 CFU Število kolonij pri 22 °C v 1 ml > 300 CFU/ml 100 Koliformne bakterije v 100 ml 200,5 0 MPN/100 MPN Število kolonij pri 37 °C v 1 ml 35 CFU/ml 20 Število kolonij (CFU) pri 37 °C v 1 ml 23 0 CFU/ml Clostridium perfringens v 100 ml < 4 CFU/100 CFU 0 Število kolonij (CFU) pri 22 °C v 1 ml > 300 12 CFU/ml Enterokokoki v 100 ml 4 CFU/100 CFU 0 Enterokoki v 100 ml 11 CFU/100 CFU Preglednica 4 • Mikrobiološke preiskave vode iz zajetja 1 na Gorenjskem Preglednica 5 • Mikrobiološke preiskave vode iz zajetja 2 na Gorenjskem I pred UV-dezinfekcijo v času padavin (november I pred UV-dezinfekcijo in za njo v času padavin I (november 2012) Preglednica 6»Fizikalno-kemijske preiskave vode na vodnem zajetju 1 I v času normalnega obratovanja (februar 2012) Parameter Rezultat Enota Mejna vrednost Amonij < 0,02 mg/l < 0,50 Motnost 0,22 NTU - Barva < 0,1 m-1 - Elektroprevodnost (20 °C) 223 pS/cm < 2500 Oksidativnost 0,4 mg Oj/l < 5,0 pH-vrednost 8,02 6,5-9,5 4*SKLEPI Letna poročila o kakovosti pitnih voda na javnih vodovodih v Sloveniji izkazujejo, da veliko malih vodovodnih sistemov ne zagotavlja zdravstveno neoporečne pitne vode [MZ, 1998-2011]. Stanje kakovosti pitne vode za srednje in velike vodovodne sisteme je boljše, vendar pa so kljub temu nekateri vzorci neustrezni. Ko analiziramo razloge, ugotovimo, da mnoga vodna zajetja za male vodovode nimajo ustreznih vodovarstvenih pasov [ARSO, 2013]. Poleg tega področna zakonodaja premalo upošteva naravne danosti glede zaledja vodnega vira, tj., ali gre za kraško ali drugo zaledje. Zato lahko slabo očiščene odpadne vode iz malih komunalnih čistilnih naprav in iz tehnoloških virov onesnaževanja na kraškem ozemlju zelo hitro onesnažijo podzemne vode. Obravnavana primera motnosti vode na vodnih zajetjih na Dolenjskem in Gorenjskem kažeta na to, da se padavine hitro odrazijo pri povečanju motnosti in poslabšanju tudi drugih parametrov. V času brez povečanih padavin pa je voda čista. Porazdelitveni krivulji velikosti delcev v vodah vodnih zajetij 1 in 2 v času velike motnosti kažejo, da so delci velikosti med 0,3 pm in 15 pm. Povprečni premer delca je približno 7 pm. Za odstranjevanje takšnih delcov je primerna mikrofiltracijska membrana. Če želimo iz vode odstranjevati še viruse in ostanke večjih organskih molekul (mineralna olja, mehčala, ostanki pesticidov itd.), je bolje, da izberemo ultrafiltracijsko membrano. Vendar pa teh onesnaževal v obravnavanih vod- nih zajetjih ne pričakujemo. Z UV-dezinfekcijo se dovolj učinkovito uniči vse bakterije [EPA, 2011]. To kažejo tudi rezultati mikrobioloških preiskav pred UV- in za UV-dezinfekcijo na vodnem zajetju 2. S tem pa ne zagotovimo zdravstveno neoporečne pitne vode na mestih uporabe. Motna voda, ki pride v vodovodni sistem, kmalu postane ustrezno gojišče za razvoj mikroorganizmov. V obravnavanih primerih sestavljajo motnost v velikem deležu (35 do 45 odstotkov) tudi organske snovi. Mikrobiološka kontaminacija vode je mogoča na več mestih vodovodnega sistema in na internih vodovodnih omrežjih posameznih stavb. Zato je prav, da na vodnem zajetju odstranimo vse delce, ne glede na to, ali so anorganskega ali organskega izvora. Zaradi mikrobiološke varnosti je smiselno na koncu priprave vode tudi minimalno kloriranje (0,1 -0,2 mg/L). 5*LITERATURA ARSO - Agencija Republike Slovenije za okolje, Atlas okolja, www.arso.gov.si, 2013. Coonery, E., Booker, N., Ammonia Removal from Wastewaters Using Natural Australian Zeolite, II Pilot - Scale Study Using Continuous Packed Column Process, Separation Science and Technology, 34(14), 1999. Dow, Dow Chemical Company, Water & Process Solution, FilmetcTM Reverse Osmosis Membrans, Technical Manual, 2010. EPA-United States Environmental Protect Agency, Membrane filtration guidance manual, EPA 815-R-06-009, 2005. EPA-United States Environmental Protect Agency, Water Treatment Manuals: Disinfection, 2011. Gams, I., Kras v Sloveniji, 2. Pregledna izdaja, Založba ZRC, 2004. GIAM ZRC SAZU, 1998, Geografski atlas Slovenije, Univerza v Ljubljani, Filozofska fakulteta, Oddelek za geografijo, 2008. MZ - Ministrstvo za zdravje Republike Slovenije, in IVZ, Inštitut za varovanje zdravja Republike Slovenije, Letna poročila o monitoringu pitne vode v Sloveniji za leta: 1998, 1999, 2000, 2001, 2002, 2003, 2004, 2005, 2006, 2007, 2008, 2009, 2010, 2011, 2012. RS, Republika Slovenija, NUV, Uredba o načrtu upravljanja voda za vodni območji Donave in Jadranskega morja, Ur. l. RS, št. 61/2011. RS, Republika Slovenija, Pravilnik o pitni vodi, Uradni list RS, št. 19/2004, 35/2004, 26/2006, 92/2006, 25/2009a. RS, Republika Slovenija, Uredba o emisiji snovi in toplote pri odvajanju odpadnih vod v vode in javno kanalizacijo, Uradni list RS, št. 47/2005, 45/2007, 79/2009b. RS, Republika Slovenija, Uredba emisiji snovi pri odvajanju odpadne vode iz malih komunalnih čistilnih naprav, Uradni list RS, št. 97/2007, 30/2010a. RS, Republika Slovenija, Uredba o emisiji snovi pri odvajanju odpadne vode iz komunalnih čistilnih naprav, Uradni list RS, št. 45/2007, 63/2009, 105/2010b.