Chování pesticidních látek za denitrifikačních podmínek
Loading...
Date
Authors
Pastorek Pániková, Kristína
ORCID
Advisor
Referee
Mark
P
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta stavební
Abstract
Smyvy ze zemědělsky obdělávaných ploch obsahují vysoké koncentrace látek, jako jsou pesticidy a dusičnany, které mohou mít negativní vliv na kvalitu povrchové i podzemní vody. Voda je nezbytná pro život a její kontaminace těmito látkami představuje riziko pro vodní biocenózu. Pesticidy a jiná xenobiotika by mohly být odstraňovány z vodního systému rozkladem a/nebo adsorpcí v denitrifikačních bioreaktorech, které jsou primárně určeny na odstraňování dusičnanů ze smyvů ze zemědělských ploch. V současnosti však chybí údaje z monitorování pesticidů a jiných xenobiotik při provozu bioreaktorů, stejně jako i standardizovaná laboratorní metodika pro testování pesticidních látek za denitrifikačních podmínek. Tato dizertační práce se zabývá výzkumem chování a osudu pesticidních látek za denitrifikačních podmínek, které jsou typické pro denitrifikační bioreaktory i podzemní vody a to pomocí vlastní vyvinuté metodiky testování. Práce je rozdělená na rešeršní a experimentální část. Rešeršní část tvoří základ pro vývoj a optimalizaci vlastní metodiky testování pesticidních látek za denitrifikačních podmínek. V první polovině experimentální části jsou pomocí série laboratorních testů optimalizovány jednotlivé parametry testu, jako jsou počáteční koncentrace N-NO3, frakce a hmotnost použitého organického materiálu, dávka NaHCO3 a HgCl2. Ve druhé polovině experimentální častí je navržená metodika krátkodobého a dlouhodobého testu použita pro testování pěti vybraných fungicidů a herbicidů. U testovaných látek je vyhodnocen stimulační/inhibiční účinek na proces denitrifikace při koncentraci testované látky 100 µg/l. Dále je zhodnocen biotický a abiotický úbytek testované látky v průběhu testu. U žádného z testovaných pesticidů nebyla pozorována významná inhibice procesu denitrifikace. Naopak významná stimulace byla pozorována po 21 dnech u alachloru (49 %) a po sedmi dnech u tebuconazolu (35 %). Adsorpce, která je pravděpodobně hlavním mechanizmem abiotického úbytku, probíhala u všech testovaných pesticidů pouze během prvních sedmi dní experimentů a poté se zvyšovala jen zanedbatelně. Biotická ztráta, která odpovídá biochemickému rozkladu, byla naměřena pouze v případě alachloru (4 %). Hlavní cíl dizertační práce, kterým bylo zhodnotit vliv pěti vybraných triazinových herbicidů a fungicidů na proces denitrifikace, stejně jako pochopit jejich chování za denitrifikačních podmínek, byl úspěšně naplněn. V rámci práce byla dále navržena spolehlivá, snadno aplikovatelná a reprodukovatelná metodika testování pro zkoumání pesticidních látek za denitrifikačních podmínek, která může být využita i pro studium dalších znečisťujících látek, jako jsou například veterinární léčiva. Prezentovaná metodika umožnuje získat důležité prvotní informace o chování pesticidů a jiných xenobiotik v laboratorních podmínkách a tak přispívat k vývoji technologií pro odstraňování těchto látek. Výsledky také naznačují potenciál denitrifikačních bioreaktorů pro odstranění široké škály xenobiotik, což může přispět k ochraně povrchových a podzemních vod před jejich kontaminací.
Runoff from agricultural areas contains high concentrations of substances such as pesticides and nitrates, which can have a negative effect on the quality of surface and groundwater. Water is essential for life and its contamination by these substances poses a risk to the aquatic biocenosis. Pesticides and other xenobiotics could be removed from the water system by decomposition and/or adsorption in denitrification bioreactors, which are primarily designed to remove nitrates from agricultural runoff. Currently, however, there is a lack of data from the monitoring of pesticides and other xenobiotics during the operation of bioreactors, as well as a standardized laboratory methodology for testing pesticide substances under denitrification conditions. This doctoral thesis deals with the behaviour and fate of pesticide substances under denitrification conditions, which are typical for denitrification bioreactors and groundwater, using a self-developed testing methodology. The thesis is divided into a theoretical and an experimental part. The theoretical part forms the basis for the development and optimization of the own methodology for testing pesticide substances under denitrification conditions. In the first half of the experimental part, individual parameters of the test, such as initial concentrations of N-NO3, fractions and mass of organic material used, dose of NaHCO3 and HgCl2, are optimized using a series of laboratory tests. In the second half of the experimental part, the proposed short-term and long-term test methodology is used for testing five selected fungicides and herbicides. For each of the tested substances, the stimulatory/inhibitory effect on the denitrification process is evaluated at a concentration of the tested substance of 100 µg/l. Furthermore, the biotic and abiotic loss of the tested substance during the test is evaluated. No significant inhibition of the denitrification process was observed for any of the tested pesticides. Conversely, significant stimulation was observed after 21 days for alachlor (49%) and after seven days for tebuconazole (35%). Adsorption, which is probably the main mechanism of abiotic loss, occurred for all tested pesticides only during the first seven days of the experiments and then increased only negligibly. A biotic loss, corresponding to biochemical degradation, was measured only in the case of alachlor (4%). The main objective of the doctoral thesis, which was to evaluate the effect of five selected triazine herbicides and fungicides on the denitrification process, as well as to understand their behaviour under denitrification conditions, was successfully fulfilled. As part of the thesis, a reliable, easily applicable and reproducible testing methodology for the investigation of pesticide substances under denitrification conditions was proposed, which can also be used for the study of other pollutants, such as veterinary drugs. The presented methodology makes it possible to obtain important initial information about the behaviour of pesticides and other xenobiotics in laboratory conditions and thus contribute to the development of technologies for the removal of these substances. The results also indicate the potential of denitrification bioreactors for the removal of a wide range of xenobiotics, which may contribute to the protection of surface and groundwater from contamination.
Runoff from agricultural areas contains high concentrations of substances such as pesticides and nitrates, which can have a negative effect on the quality of surface and groundwater. Water is essential for life and its contamination by these substances poses a risk to the aquatic biocenosis. Pesticides and other xenobiotics could be removed from the water system by decomposition and/or adsorption in denitrification bioreactors, which are primarily designed to remove nitrates from agricultural runoff. Currently, however, there is a lack of data from the monitoring of pesticides and other xenobiotics during the operation of bioreactors, as well as a standardized laboratory methodology for testing pesticide substances under denitrification conditions. This doctoral thesis deals with the behaviour and fate of pesticide substances under denitrification conditions, which are typical for denitrification bioreactors and groundwater, using a self-developed testing methodology. The thesis is divided into a theoretical and an experimental part. The theoretical part forms the basis for the development and optimization of the own methodology for testing pesticide substances under denitrification conditions. In the first half of the experimental part, individual parameters of the test, such as initial concentrations of N-NO3, fractions and mass of organic material used, dose of NaHCO3 and HgCl2, are optimized using a series of laboratory tests. In the second half of the experimental part, the proposed short-term and long-term test methodology is used for testing five selected fungicides and herbicides. For each of the tested substances, the stimulatory/inhibitory effect on the denitrification process is evaluated at a concentration of the tested substance of 100 µg/l. Furthermore, the biotic and abiotic loss of the tested substance during the test is evaluated. No significant inhibition of the denitrification process was observed for any of the tested pesticides. Conversely, significant stimulation was observed after 21 days for alachlor (49%) and after seven days for tebuconazole (35%). Adsorption, which is probably the main mechanism of abiotic loss, occurred for all tested pesticides only during the first seven days of the experiments and then increased only negligibly. A biotic loss, corresponding to biochemical degradation, was measured only in the case of alachlor (4%). The main objective of the doctoral thesis, which was to evaluate the effect of five selected triazine herbicides and fungicides on the denitrification process, as well as to understand their behaviour under denitrification conditions, was successfully fulfilled. As part of the thesis, a reliable, easily applicable and reproducible testing methodology for the investigation of pesticide substances under denitrification conditions was proposed, which can also be used for the study of other pollutants, such as veterinary drugs. The presented methodology makes it possible to obtain important initial information about the behaviour of pesticides and other xenobiotics in laboratory conditions and thus contribute to the development of technologies for the removal of these substances. The results also indicate the potential of denitrification bioreactors for the removal of a wide range of xenobiotics, which may contribute to the protection of surface and groundwater from contamination.
Description
Citation
PASTOREK PÁNIKOVÁ, K. Chování pesticidních látek za denitrifikačních podmínek [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta stavební. 2024.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
Vodní hospodářství a vodní stavby
Comittee
Date of acceptance
2024-10-25
Defence
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení