Strategie AV21 byla přijata v roce 2014 Akademií věd České republiky s cílem realizovat špičkový výzkum zaměřený mimo jiné i na problémy a výzvy, kterým je vystavena současná společnost. Svou vědomost závazku vůči veřejnosti dokazuje AV i mottem projektu, které zní „Špičkový výzkum ve veřejném zájmu“. V současné době zahrnuje Strategie AV21 celkem osmnáct koordinovaných výzkumných programů vzájemně spolupracujících pracovišť AV ČR a dalších institucí. Výzkum se orientuje především na řešení současných problémů s důrazem na praktické využití výsledků v ekonomicky a společensky důležitých oblastech, hlavně pak v praxi.

Neméně významnou součástí projektu Strategie AV21 jsou i Aplikační laboratoře AV ČR, jejichž cílem je poskytovat kontakty a rozšiřovat spolupráci pracovišť AV ČR s aplikační sférou. Přitom je však zachována rozhodující role základního výzkumu, který podmiňuje vývoj všech vědeckých disciplín.


Téma "Voda pro život"

Zásluhou Ústavu pro hydrodynamiku AV ČR, v. v. i., bylo na počátku roku 2018 do výzkumného programu Strategie AV 21 Přírodní hrozby nově zařazeno téma Voda pro život. Zaměřuje se na komplexní a systematický výzkum a spolupráci mezi odborníky a zainteresovanými subjekty v oblasti ochrany a využití vodních zdrojů a na problematiku zásobování vodou a zachování čistoty vod. Nedílnou součástí projektu je komunikace s nejširší veřejností, přinášející všeobecnou informovanost ohledně významu a stavu vod, využití nejnovějších technologií v dané oblasti a přístupů umožňujících co možná nejšetrnější nakládání s vodními zdroji.

Z pracovišť Akademie věd se na tématu podílí Biologické centrum AV ČR, v. v. i., Mikrobiologický ústav AV ČR, v. v. i., Ústav chemických procesů AV ČR, v. v. i. a Ústav pro hydrodynamiku AV ČR, v. v. i.. Dalšími spolupracujícími partnery jsou Centrum pro otázky životního prostředí UK v Praze, České vysoké učení technické v Praze, Povodí Vltavy s. p., Přírodovědecká fakulta UK v Praze, Vodohospodářská společnost Vrchlice-Maleč a. s., Vysoká škola chemicko-technologická v Praze, Výzkumný ústav vodohospodářský T. G. Masaryka a Želivská provozní a. s..

Uvedené instituce se společně podílejí na tzv. aktivitách, jejichž náplní je uskutečňování nejrůznějších akcí, seminářů, workshopů a projektů s cílem propojit vědeckou komunitu s průmyslovou a podnikatelkou sférou i nejširší veřejností.

 


Výzkumné aktivity v roce 2019

Na rok 2019 je v rámci tématu Voda pro život plánováno 10 aktivit, které mají za cíl spojovat základní výzkum s aplikační sférou a propagovat vědeckou činnost Akademie věd ČR u široké veřejnosti.

1. Tvorba výukových materiálů pro základní a střední školy – schémata procesu úpravy vody, čištění odpadních vod, „cesta vody“ ve formě plakátů

Plakáty budou popisovat procesy úpravy vody na vodu pitnou a čištění odpadních vod, tedy „cestu“ vody od zdroje do domácnosti a poté zpět do přírodního prostředí. Schémata budou přizpůsobena znalostem cílových věkových skupin tak, aby byla dostatečně srozumitelná a zároveň přínosná. Plakáty budou samovysvětlující, ale budou vhodné i jako výukový materiál při výkladu dané problematiky. Cílem je zejména již u nejmladších generací šířit povědomí o procesech úpravy vody a čištění odpadních vod, které bývají laiky často mylně zaměňovány. Schémata budou věrně znázorňovat dané procesy, a tedy do jisté míry simulovat návštěvu skutečné úpravny nebo čistírny. Zhotovené výukové materiály tak umožní lépe pochopit, co stojí za samozřejmým luxusem dostatku kvalitní vody v našich domácnostech.

2. Vybavení Laboratoře úpravy vody na Úpravně vody Svatá Trojice (Vodohospodářská společnost Vrchlice-Maleč, a. s.)

V roce 2018 byla Ústavem pro hydrodynamiku AV ČR, v. v. i., částečně v rámci Strategie AV21 vybudována společná Laboratoř úpravy vody na Úpravně vody Svatá Trojice (Vodohospodářská společnost Vrchlice-Maleč, a. s.)., která umožňuje přímé propojení laboratorního výzkumu v oblasti úpravy pitné vody s jeho praktickým využitím na úpravně. Z financí poskytnutých na tento projekt v minulém roce byly zrekonstruovány prostory laboratoře a zároveň byla místnost vybavena nábytkem. Pro fungování laboratoře je však nutné ji dovybavit základními laboratorními přístroji, laboratorním sklem a drobným spotřebním materiálem. V rámci projektu budou zakoupeny pH metry, spektrofotometr SPEKOL, filtrační aparatura, peristaltické čerpadlo, potřebné laboratorní nádobí, pipety, membránové filtry a případně další drobný spotřební materiál. Výzkumná laboratoř situovaná přímo v areálu úpravny vody umožní přímou komunikaci vědeckých pracovníků s provozovatelem úpravny, a poskytne tak propojení základního výzkumu s praxí v provozu. Díky tomu bude možné poznatky z výzkumu zavést přímo do praxe a zefektivnit a zjednodušit tak technologii úpravy pitné vody.

3. Poloprovozní model pro jednostupňovou úpravu vody s přímou filtrací – ÚV Svatá Trojice (Kutná Hora)

Podmínky optimalizace koagulace při procesu úpravy pitné vody zjištěné na základě experimentů v laboratorním měřítku nemusejí být vždy zcela optimální pro přímý provoz na úpravně, kde se proces děje v několikanásobně větším měřítku, hlavně objemu vody, a v nezjednodušených podmínkách laboratoře. Proto je velice důležitým krokem mezi laboratorními experimenty a přímým provozem poloprovozní modelování. Společná laboratoř Ústavu pro hydrodynamiku AV ČR, v. v. i., a Úpravny vody Svatá Trojice (VHS Vrchlice-Maleč, a. s.) vybudovaná v roce 2018 v rámci Strategie AV21 bude proto dovybavena poloprovozním modelem jednostupňové úpravy vody s přímou filtrací, který bude sloužit pro optimalizaci procesu úpravy vody na ÚV Svatá Trojice a poskytne mezikrok mezi laboratorní optimalizací a jejím použitím v přímém provozu na úpravně. Díky tomu bude možné ověřovat výsledky laboratorního výzkumu ještě před jejich aplikací v přímém provozu a zároveň bude možné testovat např. nová koagulační činidla, nová pomocná agregační činidla, dávkování kyseliny či vápenné vody, různé režimy míchání atd. 

4. Poloprovozní model pro dvoustupňovou úpravu vody s čiřičem – ÚV Svatá Trojice (Kutná Hora)

Společná laboratoř Ústavu pro hydrodynamiku AV ČR, v. v. i., a Úpravny vody Svatá Trojice (VHS Vrchlice-Maleč, a. s.) vybudovaná v roce 2018 v rámci Strategie AV21 bude dovybavena poloprovozním modelem dvoustupňové úpravy vody s čiřičem, který bude sloužit pro optimalizaci procesu úpravy vody na ÚV Svatá Trojice a poskytne mezikrok mezi laboratorní optimalizací a jejím použitím v přímém provozu na úpravně. Model bude technologicky shodný se stupni úpravy na dané úpravně a poskytne tak testování optimálních podmínek pro dvoustupňovou úpravu pitné vody přímo i s vodou, která je pro danou úpravnu zdrojem surové vody. Zároveň bude možné model použít k testování různých alternativních postupů, které se na úpravně zatím nepoužívají, např. nová koagulační činidla, nová pomocná agregační činidla, dávkování kyseliny či vápenné vody, různé režimy míchání atd.

5. Odborný seminář pro pracovníky z oboru nebo úpravy pitné vody (Seminář pro státní správu, odbornou i laickou veřejnost k otázkám v oblasti úpravy pitné vody)

Skupina úpravy vody na Ústavu pro hydrodynamiku AV ČR, v. v. i., se této problematice věnuje již řadu let a dosáhla v této oblasti již několika významných objevů. Nicméně samotný výzkum pro zajištění pitné vody nestačí. Je potřeba jeho výsledky převést do praxe. V tomto ohledu je nezbytná spolupráce vědecké obce s aplikační sférou, tedy s provozovateli úpraven vody. Jedině tak bude možné zajistit pitnou vodu i v budoucnosti. Právě k účelu zavedení nových poznatků výzkumu získaných v oblasti úpravy vody do praxe poslouží odborný seminář hlavně pro pracovníky z oboru, ale i pro další zájemce o danou problematiku. Seminář shrne nejnovější poznatky v oboru technologie úpravy pitné vody a nabídne řešení problémů, se kterými se úpravny vod v posledních letech potýkají (zvýšený výskyt organických látek produkovaných sinicemi a řasami a nežádoucích antropogenních polutantů (např. pesticidy)).

6. Ukázkový model tvorby odtoku vody z krajiny

Povědomí veřejnosti o hydrologickém cyklu a zejména o mechanismech tvorby odtoku z krajiny není vždy dostatečné a existuje řada nepřesností, které jsou mezi veřejností rozšířeny. V současné době se aktuálně řeší různé formy zadržování vody v krajině, a tudíž porozumění veřejnosti těmto procesům by umožnilo lepší orientaci v této problematice. Model tvorby odtoku umožní jednoduchou a přístupnou formou poskytnout informace o tom, jakým způsobem je voda z povodí odváděna. Navíc umožní veřejnosti vyzkoušet si ve zmenšeném měřítku, jak je možné odtok regulovat a jaký je vliv jednotlivých opatření.

7. Monitoring endokrinně disruptivních aktivit v pitných a vyčištěných vodách (MBÚ AV ČR)

Jedná se o monitoring endokrinně disruptivních aktivit v surové a pitné vodě v ČR, kdy budou zejména sledovány agonistické a antagonistické signály vůči estrogennímu a androgennímu receptoru. Postup sledování bude spočívat v extrakčních a koncentračních preparativních krocích, které umožní zapojení rekombinantních testů využívajících kvasinky, nebo lidské tkáňové linie. Data budou získána z reálných vzorků vod a budou rovněž srovnávána v souvislosti s použitou úpravárenskou, nebo čistírenskou technologií. Výsledky budou verifikovány a porovnávány s výsledky stopových analýz známých xenoestrogenů a xenoandrogenů za použití nejmodernějších analytických metod využívající hmotnostní spektrometrii.

8. Společná výzkumná a školící laboratoř pro hydrodynamiku disperzních soustav (ÚCHP AV ČR)

Cílem je posílit synergii a omezit duplicitu ve výzkumu proudění disperzních systémů vyskytujících se v environmentálních aplikacích, jejichž některé aspekty se studují na ÚCHP i na ÚH. Založením společného pracoviště dojde ke spojení sil, zefektivnění práce, zintenzivnění spolupráce a výměny zkušeností a možnosti společných projektů. Jako základ bude vypracována společná rámcová smlouva, která stanoví základní pravidla hry pro sdílení prostor, lidí, přístrojů, zodpovědnosti a výsledků. Laboratoř bude sloužit pro formy studia, které obvykle nejsou pokryty standardními badatelskými granty (GAČR, TAČR, apod.) a také jako 'otevřená dílna' pro zájemce mimo AV, pokud budou mít námět na provedení nějakých zajímavých experimentů ze své praxe. Získané výsledky a výstupy budou sloužit pro popularizační a osvětové účely podněcující zájem veřejnosti o tématiku vody jako cenné suroviny a životadárného agens, jejího znečišťování i vlivu znečištění na lidské zdraví. Výsledky budou dále sloužit jako podklady pro expertní studie a pro konzultace s odborníky v oblastech environmentálních technologií (vodárny, čistírny, aj.) a zaměstnanci veřejné správy.

9. Vývoj a výuka separačních metod pro mikroplasty kontaminující vodu (ÚCHP AV ČR)

Cílem je v úzké spolupráci ÚCHP a ÚH navrhnout a ověřit funkční metody pro eliminaci mikroplastů z vody. Dnes široce bující mikroplastová kontaminace dělá z vody hrozbu pro naše zdraví a stává se tématem s velkým společenským impaktem (např. Crawford and Quinn: Microplastic Pollutants, 2017). Aktuálním a otevřeným tématem je absence metod pro odstraňování malých částic plastů z vody. Naším záměrem je vyzkoušet jisté možnosti jejich separace/eliminace a převést je do formy praktické metodiky. Některé výsledky bude vhodné nabídnout dalším zájemcům z řad širší veřejnosti v rámci jejich popularizace formou výukových kurzů a seminářů (týká se např. studentů a učitelů, pracovníků v oblasti environmentálních technologií, kontroly vody a monitorování její kvality, ve zdravotnictví a veřejné správě). Zvažujeme např. tyto možnosti separace: flotace částic pomocí probublávaného systému, membránová filtrace kontaminované vody, proces chemické oxidace materiálu plastů na netoxické produkty. K naplnění aktivity bude využita společná laboratoř ÚCHP+ÚH (viz výše). 

10. Studie „Retence vody v krajině“ (BC AV ČR)

Voda je zásadní pro fungování lidské společnosti. Retence vody v krajině je klíčová pro naši úspěšnou adaptaci na klimatickou změnu a také pro minimalizaci některých jejich dopadů a je klíčem k udržitelnému užívání krajiny. Přitom nejde jen o vodu ve vodních tocích a nádržích ale významná je také voda v půdách a dalších komponentech krajiny. V rámci tohoto projektu se chceme zabývat klíčovými dopady lidské činnosti na pohyb vody v krajině. V roce 2019 se budeme v návaznosti na předchozí výzkum zabývat odvodněním krajiny člověkem. V minulosti došlo u nás k odvodnění asi 27 % zemědělské půdy podzemní trubkovou drenáží, toto opatření zvýšilo odtok vody z povodí a mělo též na následek snížení retenční schopnosti půdy, která souvisí se ztrátou půdní organické hmoty. V 90. letech minulého století byl v okolí obce Senotín proveden unikátní experiment, jehož cílem bylo obnovit retenční schopnost krajiny. Díky badatelské činnosti předchozích let byla soustředěna data z doby založení tohoto experimentu sledující pedologické, hydrologické a biologické aspekty dotčených ploch, zároveň byl obnoven sběr analogických data sledujících jejich vývoj 20 let po provedení předmětného zásahu. Studie bude zaměřena na analýzu těchto dat abychom mohli posoudit dlouhodobý vývoj vodního režimu půd. Zároveň počítáme se založením manipulačních pokusů jejichž cílem je nalezení podmínek umožňujících obnovu retenční schopnosti půdy zejména tvorbou rašelinných horizontů a akumulací organické hmoty. Výstupem bude seminář o problematice pro širokou veřejnost a krátké informativní populárně naučné video na téma "Retenční schopnost krajiny aneb Sucho a povodně - ochrání nás půda nebo přehrady?".


Výzkumné aktivity v roce 2018

V roce 2018 bylo v rámci tématu Voda pro život plněno 9 aktivit, které měly za cíl spojovat základní výzkum s aplikační sférou a propagovat vědeckou činnost Akademie věd ČR u široké veřejnosti.

1. Vybudování společné laboratoře úpravy vody Ústavu pro hydrodynamiku AV ČR, v. v. i., a Vodohospodářské společnosti Vrchlice-Maleč, a. s., na Úpravně vody Svatá Trojice v Kutné Hoře.

Tato laboratoř v budoucnu umožní spolupráci mezi ÚH AV ČR a ÚV Svatá Trojice a vytvoří tak přímé spojení laboratorního výzkumu v oblasti úpravy pitné vody s jeho praktickým využitím na úpravně. Hlavní činností laboratoře bude optimalizace procesu úpravy vody s následným testováním v poloprovozu a přímém provozu. 

2. Konstrukce přenosného modelu úpravny vody

Model bude sloužit k poučení veřejnosti o technologii úpravy pitné vody a při ní se uplatňujících procesech např. na Dnech otevřených dveří v rámci Týdne vědy a techniky, Veletrhu vědy či dalších akcích pořádaných pro veřejnost Ústavem pro hydrodynamiku AV ČR, v. v. i., nebo při odborných přednáškách pořádaných pro žáky a studenty v různém stupni vzdělávání. Model byl poprvé použit na Veletrhu vědy 2018 v PVA EXPO Praha a sklidil velký ohlas. Umožnil názorný popis a vysvětlení technologií úpravy vody a usnadnil zájemcům jejich pochopení a zatraktivnil stánek ÚH AV ČR.

Přenosný model úpravny vody

3. Prezentace tématu "Voda pro život" na konferenci Pitná voda 2018

Ústav pro hydrodynamiku AV ČR byl také jedním z pořadatelů konference PITNÁ VODA 2018, která byla již 14. pokračováním konferencí Pitná voda z údolních nádrží. Tato konference je největší a nejvýznamnější konferencí týkající se pitné vody v České republice a setkávají se zde odborníci, technologové a provozovatelé vodáren a diskutují o nových poznatcích a problémech týkajících se dané oblasti. Zde byl prezentován vznik nového tématu „Voda pro život“ výzkumného programu Strategie AV21 Přírodní hrozby. Účastníci konference byli seznámeni jak s novým tématem, tak s projektem Strategie AV21 jako celkem. 

4.-5. Sestrojení Jar test kolony pro optimalizaci úpravy vody a Couette-Taylorova reaktoru pro agregační pokusy

Přístroje budou sloužit pro optimalizaci koagulace při úpravě pitné vody. Zároveň bude možné jejich prostřednictvím poskytnout velice jednoduchou a přístupnou formou informace o technologii úpravy pitné vody nejen širší veřejnosti z řad návštěvníků akcí jako jsou dny otevřených dveří v rámci Týdne vědy a techniky nebo Veletrh vědy, ale také např. studentům příbuzných oborů při exkurzích a odborných přednáškách.

6. Studie Retence vody a její vývoj v horské části Šumavy

V průběhu letošního roku byla zpracována dílčí studie týkající se vlivu krajinného pokryvu na retenci vody v krajině na příkladu několika lokalit v horské části Šumavy. Došlo k výběru čidel, která jsou v rámci monitorovací sítě třeba obměnit a v průběhu podzimu budou nahrazeny nově zakoupenými senzory. Následně dojde k vyhodnocení výsledků dlouhodobých měření, které umožní stanovit trendy v režimu půdní vody v přírodně odlišných lokalitách.

7.-8. Vývoj a optimalizace metodiky pro stanovení perfluorovaných sloučenin a Studium využití nanomateriálů pro dekontaminaci farmaceutických přípravků (MBÚ AV ČR)

Byla vyvinuta a optimalizována chromatografická metoda separace PFC a detekce pomocí hmotnostní spektrometrie. Předběžně byly detekovány tyto látky v odpadní vodě a čistírenském kalu z ČR, nicméně ve zbývajícím období dojde k validaci i extrakční metody a bude proveden namátkový monitoring vzorků z ČR. V souvislosti s druhou aktivitou MBÚ Studium využití nanomateriálů pro dekontaminaci farmaceutických přípravků jsou momentálně v procesu experimenty používající železné nanomateriály pro transformaci několika organických polutantů z reálných kontaminovaných lokalit. Materiály jsou testovány se zaměřením na zbytkové farmaceutické kontaminanty ve vyčištění vodě. V následujícím období budou experimenty dokončeny a vyhodnoceny.

9. Studie „Retence vody v krajině“ (Biologické centrum AV ČR)

Během roku 2018 bylo v okolí obce Senotín obnoveno měření hydrologických a hydropedologických parametrů.  Na těchto lokalitách byl v 90. letech minulého století proveden unikátní experiment, jehož cílem bylo obnovit retenční schopnost krajiny, poškozené podzemní trubkovou drenáží. Během experimentu došlo k překopání drenáže a jejímu znepropustnění několika jílovými vložkami. Během tohoto roku se podařilo soustředit historická data z doby založení tohoto experimentu popisující pedologické, hydrologické a biologické aspekty dotčených ploch. Zároveň bylo obnoveno měření srážkoodtokových poměrů povrchových teplot půdy a dalších pedologických, hydrologických a biologických parametrů umožňujících posouzení dlouhodobého vlivu odvodnění na krajinu a možností revitalizace tohoto zásahu. Kromě toho byly založeny terénní a manipulační experimenty sledující vliv klíčových environmentálních parametrů na primární produkci biomasy a dekomposici s cílem posouzení možnosti obnovy rašelinných horizontů. Výstupem projektu je obnovení instrumentace unikátních výzkumných ploch v okolí Senotína, získání dat o vegetaci, půdní fauně, půdním chemismu, fyzikálních vlastnostech půd, srážko odtokových poměrech, radiační bilanci, teplotě povrchu a dalších pedologických, hydrologických a biologických parametrů umožňujících posouzení dlouhodobého vlivu odvodnění na krajinu a možností revitalizace tohoto zásahu. Kromě toho byly založeny terénní a manipulační experimenty s cílem posouzení možnosti obnovy rašelinných horizontů. Do práce se široce zapojili dobrovolníci z řad studentů Univerzity Karlovy, výsledky budou součástí nejméně jedné diplomové a jedné disertační práce.

Lokalita Senotín