Laboratorní práce

Vzorkování odpadů

Doc.Ing.Josef Janků,CSc., tel.: 22435 4100

Úvod:

Odběry vzorků jsou jednou z nejkritičtějších operací při analýze životního prostředí. S největšími problémy se setkáváme při odběrech nestejnorodých a nehomogenních materiálů jakými jsou zeminy, kaly, průmyslové odpady a další podobné materiály.

Při odběru vzorků se dopouštíme systematických i nahodilých chyb. Obě skupiny mají synergický charakter a je možno je vyhodnotit vhodnou statistickou metodou. Jsou však ještě další chyby, které takto vyloučit nemůžeme a přitom mohou způsobit velké odchylky, nebo dokonce úplně znehodnotit výsledky analýz. Jako příklad lze uvést: volba nesprávného způsobu odběru vzorků, nevhodné vzorkovnice nebo chybné skladování. Biologický rozklad, kontakt s atmosférou, teplotní nestabilita, radiace nebo reaktivita s jinými sledovanými látkami může také způsobit značné odchylky měření. Dalšími potenciálními zdroji chyb jsou různé manipulace v polních podmínkách (přenášení materiálu, filtrace, různá fyzikální měření, přidávání sušidel a pod.).

Při odběru vzorků je třeba si uvědomit, že nejběžnější příčiny nepřesností při vzorkování půd, kapalin a kalů jsou ztráty těkavostí, biodegradací, oxidací a redukcí.

Projekt měření

Správně vypracovaný projekt měření by měl sjednotit kvalitu údajů s cíli analýzy, protože cíle analýz životního prostředí mohou být velmi rozmanité (určení původu, vypracování specifikace pro zařazení podle katalogu, havarijní situace, rozhodování o náhradách škod, určení míry rizika pro zdraví lidí, zjištění migrace látek, ekologický audit a pod.). Na nich závisí volba metody, počet a četnost odběru vzorků i způsob prezentace výsledků.

Odběry tuhých vzorků

Problémy odběru reprezentativních vzorků

Při odběru vzorků odpadů se postupuje v souladu se standardními metodami pro odběr vzorku tuhých, sypkých a zrnitých, pastovitých a kašovitých materiálů uvedených v platných ČSN.

Při odběru vzorků se musí dbát zejména na:

a) výběr druhů potřebných zkoušek nebo metod a volbu laboratoře nebo odborného pracoviště,

b) vypracování plánu odběru vzorků, včetně zdůvodnění zvolené metody odběru vzorků,

c) důsledné a plánovité zajištění jakosti a řízení kvality procesu vzorkování,

d) technické a personální zabezpečení vzorkování s ohledem na bezpečnost práce
a ochranu životního prostředí,

e) odebrání a transport reprezentativního vzorku

f) zpracování dokumentace o odběru vzorku.

Základní principy odběru vzorků zemin

Každé znečištění horninového prostředí má svůj logický původ. Vytypování předpokládaných ohnisek znečištění musí předcházet vlastním průzkumným pracím. Ty pak jen potvrdí nebo vyvrátí naše předpoklady a prokáží rozsah a úroveň znečištění. Vytypování ohnisek znečištění, znalost geologického prostředí a směry proudění podzemních vod pak umožní ekonomické umístění hydrogeologických vrtů.

Stanovení optimálního rozsahu průzkumných prací je jedním z nejdůležitějších úkolů. Je nutné vymapovat s velkou přesností znečištění a určit jeho jednotlivé složky při optimálních finančních nákladech (posuzuje zadavatel).

Existují tři základní principy odběru vzorků: systematický (systematic), namátkový nebo také nahodilý (random) a provedený po úvaze nebo úředně nařízený (judgmental). Kromě toho se v praxi používají kombinace těchto principů.

Kontrolní vzorky

Protože existuje možnost kontaminace vzorku kdykoliv během jeho odběru, transportu, uchovávání a zpracování, odebírá se k eliminaci chyb a pro kontrolu správnosti zvolené metody analýzy řada kontrolních vzorků.

Slepý vzorek („blank„) slouží obecně k podchycení chyby v komplexním rámci vzorkování a analytických stanovení.

Terénní slepý vzorek je vzorek analyzovaného materiálu, u kterého je možné předpokládat, že neobsahuje stanovovanou složku, nebo ji obsahuje v neměřitelném množství. Tyto vzorky by měly být odebrány v blízkosti posuzované lokality (tzv. místní kontrolní plochy), v opačném směru, než je převládající směr větru a směr proudění podzemní plochy. Tím se docílí omezení vlivu vlastní kontaminace z lokality. Tyto vzorky by měly mít prakticky stejné charakteristiky (např. obsah organického uhlíku, jílové frakce,...) jako vzorky půdy odebírané v místě kontaminace.

Kontrolní plochy slouží k odběru vzorků matrice z identických míst se zkoumanými plochami, avšak bez přítomnosti hledaných látek. V praxi používáme dvou druhů kontrolních ploch:

- místní kontrolní plochy - jsou obvykle přilehlé nebo velmi blízké plochy k místům odběru testovacích vzorků.

- oblastní kontrolní plochy - jsou přímo v oblasti jako odběrová místa (t.j. město nebo venkov), ale nepatří do zkoumané plochy.

Terénní slepý vzorek se standardním přídavkem umožňuje posoudit výtěžnost pracovního postupu nebo identifikovat vliv matrice na analytický signál. Výtěžnost je definována jako procento výtěžku z přidané látky. Jsou-li dosahované výtěžnosti nízké, jsou výsledky analýz nepřesné. Čím je výtěžnost menší, tím větší chyba se zanáší do výsledku. Výtěžnosti pod 60% se považují za nespolehlivé. Vysoké výtěžnosti zaručují, že stejnou výtěžnost jako u přidaných standardů bude mít i látka obsažená v původním vzorku.

Kontrolní vzorek dekontaminace vzorkovačů („equipment blank„) slouží k posouzení čistoty odběrového zařízení (zejména u vzorků vod, případně půdního vzduchu).

Transportní vzorek („transport / trip blank„) slouží ke zjištění případné kontaminace vzorku během jeho dopravy do laboratoře a při jeho uchovávání.

Dělený laboratorní kontrolní vzorek („duplicate laboratory„) slouží ke kontrole přesnosti laboratorních stanovení.

Kontrolní vzorky by měly být realizovány v minimálním rozsahu 5 % všech odebraných vzorků, minimálně však 1 kontrolní vzorek na sledovanou lokalitu.

Laboratorní slepé pokusy zahrnují laboratorní prostředí, rozpouštědla, chemikálie, metodu a přístroj, na kterém měříme. Jsou to pokusy, při kterých se bez vzorku provedou všechny operace požadované pracovním postupem.

Slepé vzorky matrice jsou vzorky pevných sorbentů (Tenax, zrněné aktivní uhlí,..) které musíme skladovat v zatavených vzorkovnicích do doby, než budou analyzovány. Bez zatavení mohou sorbovat těkavé látky z okolního prostředí.

Kalibrační standardy jsou roztoky stanovovaných látek o různé měřitelné koncentraci ve vhodném rozpouštědle nebo matrici vzorku. Používají se ke zjištění závislosti signálu přístroje na koncentraci látky. Běžně se používají a lze je připravit v každé analytické laboratoři. Pomocí těchto standardů vytváříme kalibrační křivky.

Standardní referenční vzorky jsou certifikované standardy, které mají podobné složení jako analyzované vzorky a jsou dodány z nezávislých vnějších zdrojů. Přípravou těchto standardů se zabývají speciální pracoviště. Slouží k standardizaci analýz na různých pracovištích. Stanovovaná složka je ve standardech obsažena v přirozené formě.

Detekční limit metody (MDL) je definován jako minimální koncentrace sledované látky, kterou jsme schopni změřit a zapsat s 99% spolehlivosti.

Pravidla pro odběry vzorků

Níže uvedená pravidla byla vypracována na základě dlouhodobých zkušeností velkého počtu pracovníků a je nezbytné je striktně dodržovat.

Pro odběry sypkého materiálu se nejčastěji používá trubkového odběrového zařízení. Tyto primární velké vzorky se odeberou z několika míst a jejich spojením se vytvoří tzv. spojený primární vzorek. Ten se redukuje na sekundární vzorek. Redukce vzorků se obvykle provádí prostým dělením, kvartováním[1], střídavým házením lopatou nebo za pomoci žlábkového děliče. Je nutné si uvědomit, že při těchto operacích dochází ke značnému odvětrávání těkavých kontaminantů s povrchu redukovaného vzorku. Z takto redukovaného sekundárního vzorku se odebere laboratorní vzorek. Ten se odesílá do laboratoře k analýze. V laboratoři se upravuje (mletím, drcením, proséváním, dělením, ..) na testovací vzorek, ze kterého se odebírají testovací porce pro jednotlivé analytické operace.

Získání reprezentativních vzorků chemických odpadů, které jsou dodávány
ve vagónech, je v mnoha případech nesnadný úkol. Některé odpady se jeví velmi homogenní (odpady vodné), ale mnohé jsou nehomogenní. Mnohdy jsou nebezpečné látky smíšeny s velkým množstvím inertního materiálu (kamení, cihly apod.). Skutečně významné látky z hlediska toxicity mohou být přítomny jako malé částice rozptýlené homogenně, nebo jako velké nehomogenní hroudy nebo plásty, vážící někdy i několik set kilogramů. Techniky odběru vzorků vyvinuté pro použití u komerčně vyráběných materiálů v těchto případech nelze použít, protože odebírání vzorků z různých kontejnerů a nádob je značně problematické. Jednoduše lze provést pouze odebírání vzorků s povrchu kapalin. Takového analýzy však vedou k velkým nepřesnostem. Jakékoliv rozpouštědlo může být s povrchu selektivně odpařeno vzduchem během dopravy. Za deštivého počasí může dojít k reakcím nebo vymývání kontaminantů. Také je možno se setkat s problémovými odpady, které byly úmyslně schovány uvnitř nákladu a jsou analýzou nedetekovatelné. I když se takovéto problémy neobjeví, nedostatek času při analýze obsahu vagónů vede často
k nereálným výsledkům.

Odebrání reálného vzorku ze značně nehomogenních odpadů je možné pouze po vysušení, rozdrcení a homogenizaci celé dodávky. Přitom je značné riziko úniku těkavých látek, včetně požáru. V praxi je to prakticky neproveditelné. Tyto odpady se musí ukládat na skládky nebezpečných odpadů.

Doporučená literatura:

J.Janů: Analytika odpadů učební texty, třetí vydání, Praha 2001

normy ISO 9 000 (ČSN-ISO 9 000)

normy EN 45 000 (ČSN-EN 45 000)

správná laboratorní praxe SLP (ISO 14 000)

ČSN 01 5110 Vzorkování materiálů. Základní ustanovení.

ČSN 01 5111 Vzorkování sypkých a zrnitých materiálů

ČSN 01 5112 Vzorkování kapalin

ČSN 42 1331 Odpad neželezných kovů a jejich slitin

ČSN 44 1304 Tuhá paliva. Metody odběru a úpravy vzorků pro laboratorní zkoumání

ČSN 46 5331 Ochrana přírody. Půdy. Všeobecné požadavky na odběr vzorků

ČSN 65 0511 Vzorkování zrnitých hmot

ČSN 65 0512 Vzorkování kapalin

ČSN 83 0550 Fyzikálně chemický rozbor kalů, odběr vzorků