Experimentální odstraňování PFAS z vody
Perfluorované a polyfluorované alkylové sloučeniny (PFAS) jsou velkou skupinou široce používaných, průmyslově vyráběných chemických látek, které jsou kontinuálně uvolňovány do životního prostředí, a tedy i do vody. Z tohoto důvodu byl na Ústavu vodního hospodářství obcí FAST VUT v Brně proveden experiment s cílem odstranění těchto látek z vody odebrané z řeky Svratky a následně filtrované v laboratoři ústavu přes sorpční materiál Filtrasorb F400. V surové vodě bylo z 20 stanovených perfluorovaných látek šest nad detekčním limitem, po adsorpci se podařilo i tyto látky snížit pod limit detekce. Provedený experiment potvrdil, že sledované látky PFAS lze ze surové vody odstranit metodou adsorpce na aktivním uhlí.
Renata Biela, Filip Mečíř, Monika Císařová
PFAS are continuously released into the environment, and therefore into water. For this reason, an experiment was conducted at the Institute of Municipal Water Management of the Faculty of Civil Engineering, Brno University of Technology, with the sampling of raw water from the Svratka river and subsequent filtration of the water through the Filtrasorb F400 sorption material in the institute's laboratory. In the raw water, six of the 20 determined perfluorinated substances were above the detection limit, and after adsorption, these substances were also reduced below the detection limit. The experiment confirmed that the monitored PFAS substances can be removed from raw water by the method of adsorption on activated carbon.
aktivní uhlí, filtrace, PFAS, surová voda
Úvod
Perfluorované a polyfluorované alkylové sloučeniny (PFAS) představují širokou skupinu syntetických chemikálií, které se vyznačují jedinečnými vlastnostmi, jako je vysoká chemická a tepelná stabilita, odolnost vůči rozkladu a schopnost odpuzovat vodu a tuky. Tyto vlastnosti činí PFAS atraktivními pro široké využití v průmyslu, například při výrobě nepromokavých textilií, nepřilnavého nádobí, hasicích pěn, povrchových úprav a dalších aplikací [1]. Nicméně tyto stejné vlastnosti, které činí PFAS praktickými pro průmyslové využití, z nich také činí vysoce perzistentní látky v životním prostředí, což vede k jejich přezdívce „věčné chemikálie“ (angl. "forever chemicals") [2].
Vzhledem k tomu, že PFAS jsou odolné vůči přírodnímu rozkladu, kumulují se v životním prostředí, a to včetně vodních zdrojů, kde představují vážné riziko. PFAS jsou často detekovány v povrchových a podzemních vodách, a tím pádem i v surové vodě používané pro výrobu pitné vody. Jejich přítomnost ve vodních zdrojích vyvolává znepokojení z důvodu jejich potenciálních zdravotních rizik. Výzkumy ukazují, že dlouhodobá expozice některým druhům PFAS může být spojena s různými zdravotními problémy, včetně rakoviny, poruch imunity, narušení hormonálního systému, zvýšení hladiny cholesterolu a dalších zdravotních komplikací [3].
Zvláštní pozornost je věnována přítomnosti PFAS ve vodě určené k lidské spotřebě, tj. v pitné vodě. Na evropské úrovni byla přijata Směrnice Evropského parlamentu a Rady (EU) 2020/2184 o jakosti vody určené k lidské spotřebě, která nově zahrnuje také limity pro PFAS v pitné vodě [4]. Podle této směrnice budou členské státy Evropské unie, včetně České republiky, povinny sledovat souhrnné koncentrace vybraných PFAS v pitné vodě a zajistit, aby tyto koncentrace nepřekročily stanovené limity. Česká republika již na zmíněnou směrnici reagovala novelizací Vyhlášky 252/2004 Sb. s účinností od 4. 1. 2024, kde ukazatel PFAS suma je limitován nejvyšší mezní hodnotou 0,10 µg/l [5].
Tradiční technologie úpravy pitné vody, jako je koagulace, sedimentace nebo filtrace, nejsou dostatečně účinné pro odstranění PFAS, což vede k potřebě zavádění pokročilých technologií, jako je adsorpce na aktivním uhlí, pokročilé oxidační procesy či membránové technologie [6].
V České republice byl v roce 2021 zahájen monitoring výskytu PFAS v pitných vodách Státním zdravotním ústavem ve spolupráci s VŠCHT Praha. Ve srovnání se zahraničními průzkumy jsou hodnoty nalézané v ČR v pitné vodě nižší. V žádném ze sledovaných vzorků nebyla překročena hodnota dle Směrnice EU pro pitnou vodu [7].
Vzhledem k tomu, že pitná voda je nezbytná pro každodenní život a zdraví obyvatel, je zajištění její bezpečnosti včetně odstranění PFAS klíčové. Legislativa České republiky se proto postupně přizpůsobuje evropským normám, které požadují sledování a kontrolu těchto nebezpečných látek ve vodě. Výzkum v oblasti účinných metod odstraňování PFAS je tedy nezbytný nejen pro ochranu veřejného zdraví, ale i pro splnění legislativních požadavků a zajištění dlouhodobě udržitelné kvality vodních zdrojů v České republice.
Průběh experimentu
Pro pokus s odstraňováním PFAS byla odebrána surová voda z řeky Svratky, která protéká městem Brnem. Konkrétní odběr byl proveden z mola na řece v městské části Brno – Jundrov, a to v ranních hodinách dne v měsíci listopadu. Odběru vzorku nepředcházely žádné zvýšené průtoky v korytě. Přímo na místě byly měřeny parametry surové vody, a to teplota, pH, oxidačně-redukční potenciál (ORP) a konduktivita. Následně byla surová voda v barelech převezena do laboratoře Ústavu vodního hospodářství obcí Fakulty stavební VUT v Brně, kde probíhal experiment.
V laboratoři bylo odstraňování PFAS z vody prováděno na koloně naplněné aktivním uhlím Filtrasorb F400 (Obr. 1). Toto granulované aktivní uhlí se používá pro odstraňování rozpuštěných organických sloučenin z vody a odpadních vod. Vyrábí se z vybraných druhů bituminózního uhlí procesem známým jako reaglomerace za účelem výroby vysoce aktivního, trvanlivého granulovaného produktu schopného odolat otěru spojenému s opakovaným zpětným promýváním, hydraulickým transportem a reaktivací pro opětovné použití [8]. Parametry aktivního uhlí Filtrasorb F400 jsou uvedeny v Tab. 1.
Obr. 1 Aktivní uhlí Filtrasorb F400
Tab. 1 Parametry aktivního uhlí Filtrasorb F400 [9]
Celá filtrační sestava (Obr. 2) se skládala z barelu se surovou vodou, čerpadla, průtokoměru, filtrační kolony, potrubí s uzávěry a nádoby na přefiltrovanou vodu. Filtrační kolona byla skleněná o vnitřním průměru 4,4 cm. Aby nedošlo ke ztrátě sypkého filtračního materiálu z kolony, byla v její spodní části vytvořena drenážní vrstva z kamínků o velikosti 1 až 2 cm, nad ní vrstva skleněných kuliček o velikosti 4 mm, a nakonec vrstva skleněných kuliček o velikosti 2 mm. Výška filtrační náplně byla volena 80 cm, jelikož doporučená minimální sypná výška aktivního uhlí Filtrasorb je 75 cm [10].
Obr. 2 Schéma filtrační sestavy
V laboratoři byly před začátkem experimentu stanoveny parametry surové vody v barelu, ze kterého se voda čerpala do kolony, a to teplota, pH, ORP a konduktivita. Jednalo se o stejné parametry jako v surové vodě řeky Svratky. Teplota vody byla měřena digitálním teploměrem, hodnoty pH, ORP a konduktivity byly měřeny paralelním analyzátorem typu SL 1000 od firmy HACH. Rovněž byl odebrán vzorek surové vody pro stanovení perfluorovaných látek. Tyto látky byly stanoveny akreditovanou laboratoří ALS Czech Republic, neboť laboratoř Ústavu vodního hospodářství obcí nedisponuje vybavením pro stanovení těchto látek.
Před začátkem pokusu došlo ke smáčení filtrační náplně a poté byla proprána vodovodní vodou opačným směrem, než probíhala samotná filtrace. Proprání trvalo několik minut, dokud z kolony nevytékala čistá voda. Poté bylo provedeno zafiltrování, následně samotná filtrace. Filtrační rychlost a doba zdržení byly navrženy v souladu s podklady výrobce granulovaného aktivního uhlí a jsou uvedeny v Tab. 2.
Tab. 2 Filtrační rychlost a doba zdržení při daném průtoku
Po filtraci byl odebrán vzorek přefiltrované vody ke stanovení základních parametrů vody (teplota, pH, ORP a konduktivita) v laboratoři Ústavu vodního hospodářství obcí FAST VUT v Brně. Rovněž byl odebrán vzorek vody pro stanovení koncentrací PFAS, a to v akreditované laboratoři ALS Czech Republic.
Výsledky experimentu a diskuze
Cílem experimentálního měření bylo ověření schopnosti zvoleného adsorbentu vázat na sebe PFAS za standardních podmínek – doby zdržení a filtrační rychlosti běžně používané na úpravnách vod. Rozbor vody na látky PFAS provedený v akreditované laboratoři ukázal, že z 20 stanovených perfluorovaných sloučenin bylo v surové vodě nad detekční limit jen šest, a to kyseliny: perfluoropentanová, perfluorohexanová, perfluoroheptanová, perfluoroktanová, perfluorobutansulfonová a perfluoroktansulfonová. Dalších 14 sledovaných perfluorovaných sloučenin bylo již v surové vodě v koncentracích pod detekčním limitem. Z Tab. 3 a grafu na Obr. 3 lze vypozorovat, že při navržené filtrační rychlosti a době zdržení bylo dosaženo odstranění sledovaných perfluorovaných látek pod mez stanovitelnosti, která byla pro jednotlivé PFAS 0,3 ng/l a pro sumu 20 PFAS 9,1 ng/l. V ukazateli PFAS suma je splněn limit podle poslední novelizace Vyhlášky 252/2004 Sb., kde nejvyšší mezní hodnota tohoto ukazatele je 0,10 µg/l.
Tab. 3 PFAS nalezené ve vodě
Obr. 3 PFAS nalezené ve vodě
V přefiltrované vodě byly rovněž stanoveny základní parametry vody stejně jako v surové vodě řeky Svratky a v barelu v laboratoři (Tab. 4).
Tab. 4 Parametry surové vody v řece Svratce, v barelu a vody přefiltrované
Po srovnání teploty vody v řece Svratce a po převezení do laboratoře je patrné, že teplota vody se v laboratoři před pokusem mírně zvýšila, a to z 12 o C na 12,7 o C, což bylo způsobeno vlivem vnitřního prostředí laboratoře. Po provedeném experimentu pak vzrostla teplota vody v přefiltrovaném vzorku vody až na 17,6 o C, což bylo způsobeno nejen teplotou v laboratoři, ale i zahříváním vody při spuštění čerpadla.
Hodnota pH surové vody v řece Svratce byla 7,29 a po měření v laboratoři před pokusem vzrostla na 7,72. Následně po provedení pokusu se pH zvýšilo na 7,99. Zvýšení pH může být způsobeno vlivem styku s materiály (barel, aktivní uhlí apod.). Celkově je voda mírně alkalická, pH přefiltrované vody splňuje dokonce normu pro pitnou vodu, kde je limitní rozmezí 6,5-9,5.
Oxidačně-redukční potenciál byl měřen především pro posouzení kyslíkových poměrů v řece. Podle literatury [11] je obvyklý rozsah ORP ve vodách -500 mV až +500 mV, přičemž záporné hodnoty a hodnoty do 150 mV odpovídají anaerobním podmínkám, kladné hodnoty od 150 mV do 250 mV odpovídají anoxickým podmínkám a hodnoty nad 250 mV podmínkám aerobním. Hodnoty ORP naměřené v řece Svratce i v laboratoři signalizují aerobní podmínky.
Orientačně byla v řece Svratce i v laboratoři stanovena elektrolytická konduktivita vody, která patří k základním fyzikálním vlastnostem vody. Povrchové vody mívají obvykle konduktivitu v rozmezí 5 až 50 mS/m [11], hodnota konduktivity 32,6 mS/m naměřená v řece Svratce spadá do tohoto rozmezí. Konduktivita závisí na koncentraci iontů, jejich nábojovém čísle, pohyblivosti a teplotě. Vzrůst teploty způsobuje změnu konduktivity [11]. Vzhledem k tomu, že teplota vody v barelu a následně po filtraci vzrostla, zvýšila se i hodnota konduktivity. Průměrná hodnota konduktivity v pitné vodě v ČR je 40 mS/m [12], konduktivita vody po filtraci přes aktivní uhlí se již přibližuje této hodnotě.
Závěr
V surové vodě řeky Svratky bylo nalezeno 6 perfluorovaných sloučenin z 20 stanovovaných nad limit detekce, tedy nad hodnotu 0,3 ng/l. V rámci experimentálního měření bylo sledováno odstranění těchto sloučenin filtrací přes aktivní uhlí Filtrasorb F400. Na základě provedeného experimentu lze konstatovat, že sledované látky PFAS lze ze surové vody odstranit „běžnou“ metodou adsorpce na aktivním uhlí, a že k ověřování lze využít navržené kolony a vybavení. V dalším zkoumání by bylo vhodné se zaměřit na sorpční kapacitu granulovaného aktivního uhlí při adsorpci těchto látek.
Literatura
Brzezina, J., Perfluorované a polyfluorované látky (PFAS). Infoviz, 2022.
Crone B., Speth T., Wahman D., Smith S., Abulikemu G., et al., Occurrence of per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS) in source water and their treatment in drinking water, Critical Reviews. Environmental Science and Technology, roč. 49, č. 24, s. 2359-2362, 2019. ISSN 1547-6537.
Halešová T., Stanovení perfluorovaných látek (PFCS) ve složkách životního prostředí, ALS CZECH REPUBLIC, 2017.
Směrnice Evropského parlamentu a Rady (EU) 2020/2184 , Evropský parlament, Rada Evropské unie, 2020.Vyhláška č. 371/2023 Sb., kterou se mění vyhláška č. 252/2004 Sb., Ministerstvo zdravotnictví ČR, 2023.Dvorakova D., Jurikova M., Parizek O., Kozisek, F. Kotal F., Complex monitoring of perfluoroalkyl substances (PFAS) from tap drinking water in the Czech republic. Water Research , roč. 247, č. 120764, s. 1-10, 2023. ISSN 0043-1354.
Hušková R., Vojtěchovská Šrámková M., Per- a polyfluorované alkylové sloučeniny (PFAS) v pitné vodě. SOVAK , roč. 31, č. 1, s. 15-16, 2022. ISSN 1210-3039.
Filtrasorb 400 [online], Calgon Carbon Corporation, 2024.[cit. 2025-02-21]. Dostupné z: http://www.calgoncarbon.com/app/uploads/F400-Final.pdf Aktivní uhlí Filtrasorb 400 [online], Jako, s. r. o. [ 2025-03-03]. Dostupné z: http://nove.jako.cz/wp-content/uploads/2011/01/F400.pdf Filtrační hmoty a chemikálie pro úpravu vody, Aktivní uhlí Filtrasorb [online], KOWA spol. s r.o., 2011. [ 2025-02-24]. Dostupné z: http://www.kowa.cz/komponenty-pro-upravu-vody/filtracni-hmoty-a-chemikalie/aktivni-uhli Pitter P., Hydrochemie . 4. vydání, VŠCHT Praha, 568 s., 2009. ISBN 978-80-7080-701-9.
Císařová M., Odstraňování mikropolutantů při úpravě pitné vody . Brno, 2024. 89 s, 3 s. příl. Diplomová práce. Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Ústav vodního hospodářství obcí.
Autoř/Author
Ing. Renata Biela, Ph.D., Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Ústav vodního hospodářství obcí, Žižkova 17, 602 00 Brno, e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.
Ing. Filip Měčíř, VHS Olomouc, a. s., Tovární 1059/41, 772 11 Olomouc
Ing. Monika Císařová, Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Ústav vodního hospodářství obcí, Žižkova 17, 602 00 Brno
Poděkování/Acknowledgements
Příspěvek byl zpracován v rámci řešení projektu specifického vysokoškolského výzkumu na VUT v Brně s názvem „URBAN WATERCARE 2025: Komplexní přístup k udržitelnému vodnímu hospodářství měst a obcí (FAST-S-25-8737).
Bibliografická citace/Citation
Biela R., Mečíř F., Císařová M., Experimentální odstraňování PFAS z vody. Vodovod.info - vodárenský informační portál [online]. 12.5.2025, 05/2025, [cit. 2025-05-12]. Dostupný z WWW: http://vodovod.info. ISSN 1804-7157.
