Pracovníci Ústavu pro hydrodynamiku ve spolupráci s australskou univerzitou UNSW (University of New South Wales) v Sydney popsali, jak ovlivňují buňky sinic a řas a jejich AOM (Algal Organic Matter) vlastnosti vloček vznikajících při úpravě vody. Článek "The impact of cell morphology and algal organic matter on algal floc properties" byl publikován v prestižním časopisu Water Research.
Vlivem eutrofizace (obohacování vod o živiny – především o dusík a fosfor ze zemědělské činnosti, odpadních vod apod.) dochází každoročně v nádržích využívaných jako zdroj pitné vody ke zvýšenému nárůstu sinic a řas. Kromě buněk sinic a řas však voda obsahuje i organické látky, které zmíněné mikroorganismy vylučují během života nebo které jsou do vody uvolněny z buněk po jejich odumření. Souhrnně se tyto látky označují termínem Algal Organic Matter (AOM). Jedná se o poměrně složitou směs látek (proteiny, peptidy, sacharidy, organické kyseliny atd.), která zahrnuje molekuly s velmi odlišnou velikostí i dalšími vlastnostmi.
Koagulace – základní technologie úpravy vody
Principem technologie nejčastěji využívané při úpravě vody – tzv. koagulace – je vytvoření suspenze (nerozpuštěných částic) z nežádoucích látek, které jsou ve vodě obvykle přítomny v rozpuštěné, případně koloidní formě. Do vody je dávkováno koagulační činidlo (hlinitá nebo železitá sůl), které ve vodě hydrolyzuje (reaguje s vodou). Prostřednictvím míchání se produkty hydrolýzy činidla a částice nežádoucích látek setkávají, interagují spolu a dochází k tvorbě tzv. vloček – tedy suspenze, kterou je následně možné odstranit sedimentací, nebo flotací, a filtrací přes pískové filtry. O tom, jak budou tyto separační procesy účinné, rozhodují vlastnosti tvořených vloček (velikost, struktura/hustota).
Co a jak ovlivňuje vlastnosti vloček?
Velikost vloček je v první řadě ovlivněna intenzitou míchání vyjadřovanou zpravidla tzv. rychlostním gradientem G. Aplikací vysokých intenzit míchání jsou tvořeny malé husté vločky a naopak. Míra poklesu velikosti vloček se zvyšující se intenzitou míchání je nicméně různá pro vločky tvořené různými složkami, tedy nečistotami i činidly. Konkrétně to znamená, že vločky vytvořené železitým činidlem (ze stejné surové vody při stejné intenzitě míchání) budou mít jiné vlastnosti než vločky vytvořené s použitím činidla hlinitého. Rovněž vločky vytvořené z různých typů vod (např. huminových, obsahujících řasy/sinice a jejich produkty, nebo obsahujících jílové minerály) budou mít různou velikost i hustotu, přestože k jejich tvorbě použijeme stejné činidlo i intenzitu míchání.
Sestavení přístrojů FlocCAMTM a Mastersizer pro měření velikosti vloček. (a) Vločka C. vulgaris při pH 7 pod světelným mikroskopem, (b) FlocCAMTM a (c) Mastersizer 3000 (přístroj využívající laserové difrakce).
Vlastnosti vloček jsou ovlivněny druhem sinic a řas a složením jejich AOM
Publikovaná studie popisuje, jak morfologie buněk sinic a řas, hustota náboje na jejich povrchu a složení AOM ovlivňují fyzikální vlastnosti tvořených vloček. Bylo zkoumáno 5 druhů sinic a řas, které se běžně vyskytují ve vodárenských nádržích, ale liší se svou velikostí tvarem a složením AOM. Testovány byly dvě různé dávky koagulačního činidla (síranu hlinitého) a dvě rozdílné hodnoty pH. Bylo zjištěno, že vlastnosti vloček jsou ovlivněny především druhem mikroorganismu a složením jeho AOM spíše než dávkou koagulantu a koagulačním pH. Největší a nejpevnější vločky byly tvořeny vláknitými druhy sinic. Zajímavým zjištěním bylo, že dva různé kmeny téže sinice (Microcystis aeruginosa) vytvářely vločky s naprosto rozdílnými vlastnostmi, ačkoli jde o stejný druh s podobnou morfologií. Tento jev byl přisouzen různému složení AOM. Dále bylo prokázáno, že biopolymery (tj. AOM s vysokou molekulovou hmotností) jsou odstraňovány s nejvyšší účinností, tedy jsou v nejvyšší míře zabudovávány do vloček.