Hydrochemik Martin Pivokonský zkoumá, jak zlepšit úpravu a čištění vody

22. 03. 2024

Už od roku 1993 slavíme 22. března Světový den vody. Vyhlásila ho Organizace spojených národů a má připomínat důležitost této životodárné tekutiny pro celou naši planetu. Uvádět, že by bez ní neexistoval život na Zemi, je sice ohrané, avšak pravdivé klišé. Martina Pivokonského z Ústavu pro hydrodynamiku AV ČR provází voda celý profesní život. Lze o ní zjistit ještě něco nového? Článek nazvaný Zapálen pro vodu vyšel v oficiálním čtvrtletníku A / Magazín.

Životodárná tekutina. Může být studená, teplá, sladká, slaná, kohoutková, pramenitá, podzemní, minerální, ale také stojatá, znečištěná, někdy až toxická. Některá z adjektiv by snad ani pro jiné slovo nešla použít. V chemii má vzorec H₂O a systematický název oxidan, ale všichni ji známe pod triviálním označením: voda. Abychom si ji mohli co nejvíce spojovat právě s pozitivními přívlastky, musíme o ni náležitě pečovat. Své o tom ví člověk z nejpovolanějších – hydrochemik Martin Pivokonský, ředitel Ústavu pro hydrodynamiku AV ČR.

Ačkoli jeho příjmení evokuje jinou tekutinu, mezi Čechy velmi oblíbenou, je to právě voda, které zasvětil svou kariéru. Jak sám říká, osobní vztah k ní nemá nijak zvlášť specifikovaný, ani příliš pozitivní: „Moje první asociace spojená s vodou je mokro a chlad. Já totiž strašně nerad moknu, ale mám pocit, že moknu pořád, třeba při cyklistice nebo na horské túře.“ Navzdory tomu ho voda provází celý život, věnoval se jí už při studiích na univerzitě a jeho profesní vztah k ní je velmi kladný.

Od monitoringu po testování
Hned v úvodu je třeba upřesnit dva pojmy, které lidé občas nerozlišují – úprava vody a čištění. Úprava je proces, kdy se z vody surové (povrchové nebo podzemní) stává voda pitná. Děje se tak v úpravnách vody. Naproti tomu čištění odpadní vody z domácností, průmyslu či zemědělství se odehrává v čistírnách odpadní vody (ČOV), lidově čističkách. Přečištěná voda následně putuje zpět do přírody, nebo ji lze znovu využít – nikoli však pro konzumaci.

S výzkumy orientovanými zejména na úpravu vody, ale nověji i na její čištění se pojí také Akademická prémie, kterou v loňském roce Martin Pivokonský získal. Se svým badatelským týmem se zaměřuje především na monitoring výskytu a popis složení znečišťujících příměsí ve zdrojích vody, jako jsou přírodní organické látky a antropogenní mikropolutanty, tedy takové, jež pocházejí z lidské činnosti. Snaží se také objasnit jejich fyzikální a fyzikálně-chemické vlastnosti, které hrají roli při jejich odstraňování z vody. Zajímají je jejich vzájemné interakce a interakce s chemickými činidly, která se používají při čištění a úpravě vody.

V roce 2022 získal Martin Pivokonský (vpravo) prestižní ocenění Praemium Academiae – Akademickou prémii.

Výzkumný rozptyl třináctičlenného týmu je široký. Zabývá se rovněž vývojem nových metod úpravy vody, jako jsou oxidační a foto-oxidační metody, elektrokoagulace nebo sekundární koagulace před membránovou filtrací. „V neposlední řadě se věnujeme i laboratornímu a poloprovoznímu testování nových metod a technologií úpravy a čištění vody. Jinými slovy – zajímá nás výskyt znečišťujících látek ve vodě, jejich vzájemné interakce a toxikologický účinek, a to vše za účelem vývoje nových efektivních způsobů jejich odstranění,“ upřesňuje laureát.

Aby se všem těmto oblastem mohli výzkumníci naplno věnovat, potřebují pro svou práci dobré podmínky. „V Česku nás netrápí ani tak nedostatek přístrojů nebo nedostatečné zázemí. Problémem je ale dlouhodobé podhodnocení finančního ohodnocení vysoce kvalifikovaných pracovníků,“ říká badatel, jehož vize, jak naložit se štědrou finanční prémií, je jasná – investovat do lidí. Plánuje vytvořit silný tým odborníků, který bude funkční i poté, co se dočerpají finanční prostředky z udělené prémie.

Stejně jasný jako jeho vize robustního pracovního týmu je i jeho názor na podporu vědy v Česku. Základním nedostatkem je podle něj skutečnost, že institucionální financování je velice nízké: „Dokonce tak nízké, že bez účelového financování bychom neměli ani na provoz našich institucí, natož na nějaký seriózní výzkum.“ Logicky to vede k tomu, že vědci neustále píší nějaké projekty, aby měli dostatek financí na provoz, a na vlastní vědu jim zbývá stále méně času. „Dokud se nenavýší institucionální podpora alespoň na nějakých osmdesát procent, nedojde ke stabilizaci české vědy,“ myslí si Martin Pivokonský.

Nejcennější přírodní zdroj
Ačkoli voda pokrývá až tři čtvrtiny naší planety, stává se stále vzácnější. Uvádí se, že ta sladká tvoří jen dvě a půl procenta celkového objemu. To ovšem ještě neznamená, že je pitná, případně využitelná pro průmysl, zemědělství a další odvětví lidské činnosti. Zdroje vody na celém světě jsou kontaminovány celou řadou antropogenních látek. Jsou to především nejrůznější průmyslové chemikálie, zpomalovače hoření, detergenty, léčiva, rostlinolékařské látky – pesticidy a jejich metabolity, složky produktů osobní péče a péče o domácnost, umělá sladidla, barviva, těžké kovy a organokovové sloučeniny.

Voda na celém světě je kontaminována řadou antropogenních látek. Patří sem například i léčiva.

Bohužel, obvykle představují určité toxikologické riziko: často jde o látky s chronickými zdravotními účinky, přestože se ve zdrojích vody vyskytují v koncentracích v řádu nanogramů na litr (ng/l), případně mikrogramů na litr (μg/l). Což pro představu znamená, jako kdybychom ve státním rozpočtu ČR hledali, kde se nám ztratila třeba stokoruna.

„Vezmeme-li vedle antropogenních polutantů v potaz také přirozeně se vyskytující znečišťující příměsi, například hlinitokřemičitany, huminové látky vznikající rozkladem rostlinných zbytků či látky produkované sinicemi, jsou dnes zdroje vody směsí různorodých látek s velmi komplikovanými vzájemnými interakcemi a obtížně definovatelnými podmínkami úpravy. V této souvislosti se tak velmi výstižně hovoří o takzvaném koktejlu látek,“ vysvětluje hydrochemik.

Protože se v minulosti úprava vody zaměřovala především na odstraňování běžných přírodních látek, jsou současná vědecká poznání i používané technologické postupy zacíleny právě na ně. Nynější koktejl přírodních i antropogenních znečišťujících látek však vyžaduje nový soustředěný výzkum zahrnující nejen monitoring jejich výskytu, ale také objasnění jejich hydrochemické role a vývoj nových technologických postupů pro jejich odstranění.

„Existuje nepředstavitelné množství látek, které potenciálně naše vody kontaminují, a my mnohdy ani nevíme jak hodně, protože je prostě nestanovujeme. Ba co víc, mnohdy ani nevíme, o jaké látky se jedná,“ upozorňuje Martin Pivokonský na skutečnost, že je nejvyšší čas přehodnotit, zda dnes vůbec posuzujeme kvalitu vody podle správných ukazatelů. Je totiž zřejmé, že zatímco v „tradičních“ ukazatelích vykazují vodní zdroje lepší jakost než třeba na počátku tisíciletí, z hlediska „nových“ polutantů tomu tak být nemusí, nebo dokonce není.

Kde číhá nebezpečí
Denně používáme neuvěřitelné množství chemických látek, které nakonec končí v životním prostředí. A protože je voda pro řadu látek ideálním transportním médiem, nakonec se dostanou také do vodních zdrojů, dokonce i v případě, že jejich životní cyklus nemusí s vodou přímo souviset. Typickým příkladem jsou dnes hojně diskutované perfluorované organické látky (PFAS). O co jde?

„Perfluorované a polyfluorované organické látky představují rozsáhlou skupinu několika tisíc člověkem vytvořených organických látek vyznačujících se velmi pevnou vazbou atomů fluoru s atomy uhlíku, nikoli vodíku. To jim sice dává jedinečné vlastnosti využitelné v průmyslové výrobě, ale zároveň jsou doslova neštěstím pro životní prostředí,“ vysvětluje badatel.

Vazba mezi uhlíkem a fluorem se v přírodě přirozeně nevyskytuje a neexistují tak přirozené mechanismy, jak tyto látky z životního prostředí odbourat. Jedná se tedy o látky perzistentní (odolné vůči rozkladu) a bioakumulativní (kumulují se v živých organismech). Navíc se považují za lidské karcinogeny. Pravděpodobně způsobují rakovinu ledvin, vaječníků, varlat a prostaty. Jsou rovněž značně reprotoxické (snižují plodnost u žen), zvyšují riziko vysokého krevního tlaku v těhotenství, způsobují preeklampsii (onemocnění placenty) nebo nižší porodní váhu novorozenců.

Protože se PFAS vyrábějí zhruba od padesátých let 20. století, nalezneme je dnes všude na světě a prakticky ve všech složkách životního prostředí, tedy i ve vodě a potravinách. „Jejich výskyt i v malém množství je dle mého soudu alarmující. Budeme-li uvažovat, že koncentrace PFAS ve vodě je třeba jen dvacet nanogramů na litr a denně vypijete a přijmete v potravě přibližně čtyři litry vody, tak je denní příjem osmdesát nanogramů. Jde o nezanedbatelné množství, a to jsme počítali pouze příjem z pitné vody,“ upozorňuje Martin Pivokonský.

Pozor na kosmetiku
Pokud je životní cyklus používaných chemikálií na rozdíl od PFAS přímo závislý na vodě, kontaminace vodních zdrojů mohou být značné, aniž bychom to tušili. Martin Pivokonský uvádí příklad: „Nedávno vyšla studie, která analyzuje množství látek uvolněných z tablet do myček na nádobí. Zjistilo se, že z jedné tablety se uvolní více než tři a půl tisíce různorodých chemických látek.“ Ty se pak dostávají do odpadní vody a následně do vodních recipientů, tedy míst, kam ústí povrchové, ale i odpadní vody, jako jsou rybníky, nádrže, jezera a vodní toky.

Podle jedné z nedávných studií se z tablet do myček nádobí uvolní více než tři a půl tisíce různorodých chemických látek.

Zdaleka to však nejsou jen tablety do myčky, kterých bychom se měli obávat. Léčiva a hormony se sice relativně dobře odbourávají přirozenými pochody, nacházíme je však v důsledku vysoké každodenní spotřeby prakticky v každém zdroji vody. Podle mínění Martina Pivokonského se také někdy v diskuzi poněkud opomíjejí takzvané produkty osobní péče.

Typickým zástupcem této skupiny látek je například triklosan, který má antibakteriální a fungicidní účinky. Přidává se do mýdel, deodorantů, zubních past, holicích krémů, ústních vod a čisticích prostředků. Najdeme jej ale také v kuchyňských nástrojích, hračkách, ložním prádle či odpadkových pytlích. O jeho dopadech na lidské zdraví se diskutuje, nicméně ukazuje se, že jde o látku s vlivem na endokrinní systém, konkrétně štítnou žlázu.

Martin Pivokonský zdůrazňuje, že problémem nejsou ani tak koncentrace jednotlivých látek, ale jejich celkový mix a synergické působení na živé organismy: „Občas mě opravdu nazvedne ze židle otřepaný argument některých technokratů, že všechny látky, které dnes analyzujeme ve vodě nebo i jiných složkách životního prostředí, zde byly vždycky a my jsme to nevěděli, protože jsme neměli odpovídající analytické možnosti. To je naprostý omyl! Antropogenní látky se ve vodě mohou vyskytovat pouze od té doby, co jsme je začali vyrábět.“

Dalším nebezpečným omylem je podle jeho názoru tvrzení, že voda je těchto látek prostá nebo že jejich koncentrace jsou tak nízké, že nemá cenu jim věnovat pozornost. Dnes vyrábíme obrovské množství chemikálií a používáme je tak masivně, že jsou zkrátka všude, tedy i ve vodě. Dostávají se do ní stovky, možná tisíce nebo desetitisíce chemických sloučenin: „Kolik jich však reálně stanovujeme? Desítky reálně, občas v nějaké studii stovky. To však může být zlomek skutečného stavu.“ Látek znečišťujících vodu je nepřeberné množství. Pokud bychom je měli zmínit všechny, vydaly by na obsáhlou publikaci.

Ochrana vodních zdrojů, ochrana ovzduší, ochrana zemědělské půdy, ochrana moří a oceánů, ochrana biodiverzity… Chráníme už celou planetu, přesto se naše životní prostředí neustále zhoršuje. Jak je to možné, diví se Martin Pivokonský a rovnou si i odpovídá: „Nejspíš to bude tím, že papír snese všechno a ve skutečnosti vlastně nic moc nechráníme. Měli bychom se přestat schovávat za ochranu všeho a přiznat si, že nám ve skutečnosti jde o ochranu nás samotných a naší vlastní existence tady a teď. Pak bychom snad mohli konečně začít rozumně žít a hospodařit, a tím vlastně chránit vše výše uvedené.“

Martin Pivokonský s manželkou Lenkou Pivokonskou – oba pracují v Ústavu pro hydrodynamiku AV ČR. (CC)

VZTAH, KTERÝ NESTOJÍ NA VODĚ

Sám je držitelem několika prestižních cen a jako ředitel pracoviště má možnost navrhnout na ocenění i někoho ze svých kolegů, podřízených. Podle jakých kritérií vybírá? „Jednoznačně podle dosažených výsledků a přístupu k práci. Musím se ale také přiznat, že mě hodně oslovuje loajalita a sepětí s ústavem. V každém případě obdobné nominace obvykle podléhají také schválení radou pracoviště, která samozřejmě s mým návrhem nemusí nutně souhlasit.“ Když už jsme zmínili kolegy a podřízené, neměli bychom vynechat jedno velmi důležité jméno – Lenka Pivokonská. Jak už napovídá její příjmení, je manželkou Martina Pivokonského. Také na počátku jejich vztahu sehrála roli voda. „Po dokončení doktorského studia jsem začal přednášet na Přírodovědecké fakultě Univerzity Karlovy předmět úprava vody, který Lenka navštěvovala. Jednou se mi svěřila, že má velký problém s diplomovou prací, protože se jí školitelka dostatečně nevěnuje. Nabídl jsem jí, samozřejmě zcela nezištně, že se po domluvě se stávající školitelkou vedení její diplomové práce ujmu,“ vypráví Martin Pivokonský. Postupně se tak vídali stále častěji, začali jezdit do úpraven vody, trávili společně stále více času: „Až jsme jednoho dne zjistili, že spolu chceme trávit čas všechen...“

NA ZDRAVÍ

Přestože ho jako zapáleného cyklistu vodní sporty příliš neoslovují a dovolenou na pláži u moře si na rozdíl od své manželky a dětí zrovna neužívá, je jeho (minimálně ten profesní) život s vodou pevně spjat. Příjmení Pivokonský však pravděpodobně původně označovalo člověka, který choval či se staral o pivovarské koně. A co má vlastně raději – vodu, nebo pivo? „Piju oboje a oboje mám rád. Vodu denně, pivo příležitostně. Ostatně nepít pivo s příjmením, jaké mám, by bylo asi poněkud pokrytecké. Nehledě na to, že na základní i střední škole mi nikdo neřekl jinak než Pivo, můj e-mail je pivo@..., a PIVO je přece také zkratka pro pitnou vodu,“ dodává Martin Pivokonský s úsměvem.

Martin Pivokonský (CC)

doc. RNDr. MARTIN PIVOKONSKÝ, Ph.D.
ÚSTAV PRO HYDRODYNAMIKU AV ČR

Od roku 2017 je ředitelem pracoviště. Vystudoval ochranu životního prostředí na Přírodovědecké fakultě UK v Praze a následně obor aplikovaná a krajinná ekologie. Jako pedagog přednáší o hydrochemii, znečišťování a ochraně vod a úpravě podzemních a povrchových vod. Je autorem několika užitných vzorů či patentů, více než šesti desítek publikací v impaktovaných časopisech a spoluautorem několika knih, například Koagulace při úpravě vody či Jar Tests for Water Treatment Optimisation: How to Perform Jar Tests – a handbook. Jako výzkumník se věnuje zejména hydrochemii, úpravě a čištění vod, ochraně vody a dalším environmentálním tématům spojeným s jejím znečištěním. V roce 2021 získal Cenu předsedy Grantové agentury ČR, o rok později obdržel od Akademie věd ČR prestižní Praemium Academiae.

Článek vyšel v časopise A / Magazín 3/2023

3/2023 (verze k listování)
3/2023 (verze ke stažení)