Sinice – skrytá hrozba

Přemnožení sinic na přírodních koupalištích je jev, s kterým se jistě setkal každý z nás. V posledních letech to však není nic neobvyklého ani v nádržích sloužících jako zdroje pitné vody, což způsobuje řadu problémů úpravnám vody. Zdrojem problémů však obvykle nejsou sinice samotné, ale především látky, které produkují, ať již za svého života, nebo ty, které vznikají při jejich odumření. Tyto látky označujeme jako AOM z anglického Algal Organic Matter. AOM jsou tvořené převážně sacharidy, resp. polysacharidy a heteropolysacharidy; dusíkatými látkami ve formě aminokyselin, oligopeptidů a proteinů; organickými kyselinami, kde převažuje kyselina glykolová; tuky a mastnými kyselinami; fenolový sloučeninami; látkami obsahujícími fosfor (organické fosfáty) a dále také těkavými aldehydy a ketony. Zvláštní skupinu pak tvoří toxiny, které jsou charakteristické především pro sinice, tzv. cyanotoxiny. Protože se jedná o velmi různorodou směs látek, je také jejich dopad na procesy úpravy vody velmi různorodý. Pojďme se podívat na jednotlivé hrozby, které přítomnost sinic, respektive AOM, ve zdrojích vody představuje.

HROZBA 1.: Inhibice koagulace (procesu úpravy vody)

AOM způsobují, díky svému charakteru, řadu poruch procesu koagulace. Nejen že účinnost jejich odstranění je obvykle velmi nízká, ale způsobují také pokles účinnosti odstranění ostatních ve vodě se vyskytujících znečišťujících příměsí. Jsou známy i případy, kdy masivní rozvoj vodního květu vedl až k totálnímu kolapsu celé technologie úpravy vody a tím i přerušení dodávek pitné vody. Mechanismů, kterými AOM inhibují proces koagulace, je několik. Zde zmiňme alespoň jeden z nich – tvorbu povrchových ligandových komplexů s kationty hliníku či železa, které se používají jako koagulační činidla. Pomocí těchto sloučenin jsou koagulační činidla vázána v rozpuštěné formě a nemohou se tak zúčastnit koagulačních procesů. Tento jev mnohdy vede nejen k výraznému zvýšení dávek činidel potřebných pro koagulaci, ale způsobuje také nárůst zbytkového obsahu AOM v upravené vodě, zanášení pískových rychlofiltrů, snižování účinnosti adsorpce na granulovaném aktivním uhlí atd. Řešením tohoto stavu je obvykle radikální změna reakčních podmínek koagulace změnou pH do kyselé oblasti (4,5-5,5), kde je tvorba povrchových komplexů AOM s kovy minimální. Pokud z nějakého důvodu (provozní důvody) není možné reakční pH snížit, lze eliminovat poruchy koagulace AOM jejich preoxidací např. pomocí manganistanu draselného. Nicméně je třeba zdůraznit, že ani změna reakčních podmínek nemusí nutně za všech okolností znamenat odstranění všech problematických AOM.

HROZBA 2.: Poruchy adsorpce, kompetice s mikropolutanty

AOM způsobují poruchy adsorpce mikropolutantů na aktivním uhlí. Vzhledem ke svému charakteru mohou AOM znesnadňovat či dokonce znemožňovat adsorpci nízkomolekulárních přírodních i antropogenních látek, které není možné odstranit koagulací. Závažným problémem je např. snížení účinnosti odstranění pesticidů, kdy mezi AOM a pesticidy dochází k tzv. kompetitivní adsorpci. AOM mohou s pesticidy kompetitovat přímým i nepřímým způsobem V případě nepřímé kompetice obalují AOM svými molekulovými řetězci povrch aktivního uhlí, a znemožňují tak prostup pesticidů do vnitřní struktury uhlí a jejich následnou adsorpci. Při přímé kompetici pak dochází k soupeření AOM s pesticidy o vazebná místa na povrchu i ve vnitřní struktuře aktivního uhlí. Důsledkem poruch adsorpce způsobených AOM jsou pak nežádoucí zvýšené koncentrace mikropolutantů v upravené vodě. Řešení tohoto problému nebývá snadné a často jedinou možností je co nejúčinnější odstranění AOM už při vhodně nastavené koagulaci. Tím dojde k minimalizaci koncentrace AOM ve vodě a pravděpodobnost projevu nepřímé či přímé kompetitivní adsorpce se významně sníží.

 

HROZBA 3.: Ovlivňování organoleptických vlastností vody

Produkty sinic a řas negativně ovlivňují organoleptické (senzorické) vlastnosti vody. Často nás může překvapit nevábný zápach vody po dřevitosti či rybině nebo její zemitá chuť. Látky, které způsobují tyto negativní senzorické vlastnosti vody, jsou často označovány anglickým výrazem taste & odour compounds a patří mezi ně např. geosmin, dimethyl trisulfid, 2-methylisoborneol, β-cyclocitral a další. Jedná se především o látky nízkomolekulární, které se konvenční úpravou vody – koagulací z vody neodstraní. Ačkoli nejsou tyto látky nijak zdraví škodlivé, jistě by se nikdo s takovouto vodou nechtěl setkat ve své koupelně, či ji dokonce pít. Účinnou metodou pro jejich eliminaci je již zmiňovaná adsorpce na aktivním uhlí, kdy vhodně zvoleným typem aktivního uhlí a za optimalizovaných podmínek lze dosáhnout velmi vysoké míry odstranění těchto látek, a eliminovat tak zhoršení organoleptických vlastností upravené vody.

 

HROZBA 4.: Toxicita sinic

Zvláštní skupinu AOM tvoří toxiny, které jsou charakteristické především pro sinice. Jedná se o tzv. cyanotoxiny, kam patří například známé microcystiny nebo nodularin. Toxicita cyanotoxinů je poměrně značná. Uvádí se, že např. microcystiny (toxiny sinic rodu Microcystis) jsou cca 10krát toxičtější než kurare (toxin liány Chondrodendron tomentosum) a 40krát toxičtější než strychnin (toxin ze stromu kulčiba dávivá - Strychnos nux-vomica). Z pohledu spotřebitele vody je však třeba zdůraznit, že např. tetan (toxin produkovaný bakterií Clostridium tetani) je cca 100 000krát toxičtější než nejnebezpečnější cyanotoxiny. To nicméně neznamená, že sinicové toxiny nemohou způsobit vážné zdravotní komplikace, jako jsou nejrůznější dermatitidy, průjmová onemocnění, žaludeční potíže, respirační problémy, v ojedinělých případech pak i smrt. Nejznámější v tomto ohledu je asi případ z Brazilského Caruarua, kde 131 pacientů hemodialyzační kliniky bylo kontaminováno při dialyzačním zákroku fyziologickým roztokem, který obsahoval toxiny microcystin-ZR, -LR, - AR (cyklické heptapeptidy) a cylindrospermopsinem (hepatoxický alkaloid) pocházejících z kontaminované vody. Následkem toho zemřelo 52 pacientů. Účinnost odstranění cyanotoxinů konvenční úpravou vody koagulací je velmi nízká, z tohoto důvodu se dnes používá téměř výhradně adsorpce na aktivním uhlí.

HROZBA 5.: Tvorba karcinogenních DBPs

Vedle skutečnosti, že některé produkty sinicového vodního květu jsou toxické, mohou především polysacharidové a peptidové (proteinové) složky AOM tvořit vedlejší produkty desinfekce vody (Disinfection by-products - DBPs) prováděné na konci úpravy vody před přiváděním pitné vody ke spotřebiteli (a často i v jeho průběhu). Při desinfekci vody činidly jako jsou chlór, ozón, oxid chloričitý nebo chloraminy, dochází k tvorbě halogenovaných organických sloučenin, především trihalogenmetanů – THM (např. chloroform, dibromchlormetan, bromdichlormetan) a halogenderivátů kyseliny octové – HAA (např. kyseliny dichloroctová, trichloroctová, fluoroctová). Do současné doby bylo detekováno více jak 700 takových sloučenin vyskytujících se v pitné vodě zpravidla v koncentracích v řádech μg/L, z nichž některé jsou toxické nebo karcinogenní. Vzniku těchto sekundárních kontaminantů lze účinně předcházet maximálně účinným odstraňováním AOM koagulací. Pokud je tento proces málo účinný, je třeba do technologie zařadit další stupeň úpravy vody, nejčastěji adsorpci, případně membránovou filtraci a až následně provádět hygienické zabezpečení vody.

Výzkum na Ústavu pro hydrodynamiku

Protože sinice, respektive látky jimi produkované, mají na úpravu vody značný vliv a zajistit odpovídající kvalitu vody v době jejich výskytu je obtížné, je v současné době pozornost výzkumníků v oblasti úpravy vody zaměřena právě na tuto problematiku. Na tomto výzkumu se v posledních letech také významně podílí Ústav pro hydrodynamiku AV ČR, v. v. i.. Výzkum se zde zaměřuje především na objasnění mechanismů interakcí AOM s koagulačními činidly a s ostatními znečišťujícími příměsemi obsaženými ve vodě. Zkoumá se toxicita a eliminace vedlejších produktů desinfekce vznikajících při hygienickém zabezpečení vody se zbytkovým obsahem AOM. Výzkum je také zaměřen na procesy adsorpce, především pak na odstranění nízkomolekulárních složek AOM a jejich kompetici s mikropolutanty (pesticidy a jejich metabolity). Náš výzkum má také řadu praktických výstupů, které byly realizovány v praxi, např. na úpravnách vody v Kutné Hoře, Světlé nad Sázavou, Jincích a jinde. 

Publikace:

Barešová, M., Pivokonský, M., Novotná, K., Načeradská, J., Brányik, T., (2017). An application of cellular organic matter to coagulation of cyanobacterial cells (Merismopedia tenuissima). Water Research 122, 70-77.

Čermáková, L., Kopecká, I., Pivokonský, M., Pivokonská, L., Janda, V., (2017). Removal of cyanobacterial amino acids in water treatment by activated carbon adsorption. Separation And Purification Technology 173(1), 330-338.

Načeradská, J., Pivokonský, M., Pivokonská, L., Barešová, M., Henderson, R. K., Zamyadi, A., Janda, V., (2017). The impact of pre-oxidation with potassium permanganate on cyanobacterial organic matter removal by coagulation. Water Research 114, 42-49.

Pivokonský, M., Načeradská, J., Kopecká, I., Barešová, M., Jefferson, B., Li, X., Henderson, R. K., (2016). The impact of algogenic organic matter on water treatment plant operation and water quality: a review. Critical Reviews In Environmental Science And Technology 46(4), 291-335.

Kategorie Dlaždice.