Vědci z Ústavu pro hydrodynamiku AV ČR odhalili, že příčinou špatné odstranitelnosti produktů sinic a řas (tzv. AOM = Algal Organic Matter) vyskytujících se v posledních letech ve zvýšené míře ve vodárenských nádržích jsou nízkomolekulární látky především neproteinového charakteru. Výsledky výzkumu byly publikovány v prestižním časopisu Journal of Environmental Sciences.
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 a které se do vody uvolní z buněk po jejich odumření. Všechny tyto látky se souhrnně 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.
Vodárenská koagulace – základní technologie pro odstranění AOM
Principem technologie nejčastěji využívané při úpravě vody – tzv. koagulace – je vytvoření suspenze (nerozpuštěných částic) z nežádoucích látek, v tomto případě AOM, které jsou ve vodě obvykle přítomny v rozpuštěné, případně koloidní formě. Do vody je dávkováno koagulační činidlo (hlinitá nebo železitá sůl), které interaguje s AOM, a prostřednictvím míchání dochází k tvorbě tzv. vloček – tedy suspenze, kterou je následně možné odstranit sedimentací a filtrací přes pískové filtry. Důležitými parametry jsou v tomto procesu dávka zmíněného koagulačního činidla a především hodnota pH, která ovlivňuje náboj i formu činidla i AOM, a tedy jejich interakce, a ve výsledku účinnost koagulace.
Nejproblematičtější je nízkomolekulární neproteinová část AOM
Vzhledem k tomu, že AOM je složitá směs látek, nelze ji charakterizovat jako celek, ale je nejprve nutné ji rozdělit pomocí různých technik, např. na proteinovou a neproteinovou část, nebo na skupiny látek s různými molekulovými hmotnostmi.
Po provedení koagulačních testů při optimální dávce a hodnotě pH bylo zjištěno, že „neproteiny“ (z řasy Chlorella vulgaris) vyžadují vyšší dávky koagulačního činidla a zároveň vykazují značně nižší účinnost – pouze 25% – než proteinová část AOM, kterou lze odstranit s 60-85% účinností. Proteiny a „neproteiny“ se navíc odstraňují pří rozdílné hodnotě pH. Při použití hlinitého koagulačního činidla je optimální pH pro odstranění proteinů cca 5-6,5 (slabě kyselá oblast), ale pro „neproteiny“ je to 6,5-8 (neutrální až slabě zásaditá oblast).
Molekulová hmotnost (MH) AOM také značně ovlivňuje účinnost koagulace. Bylo prokázáno, že vysokomolekulární neproteinové látky (MH > 100 kDa) s nízkým nábojem byly koagulací zcela odstraněny, zatímco nízkomolekulární (MH < 3 kDa) zůstaly ve vodě.
Existuje řešení?
Je zjevné, že různé složky AOM se odstraňují různými mechanismy (při různém pH) a s různou účinností. Je tudíž nutné pečlivě zvážit technologii jejich odstranění. Jedním z možných řešení je přistupovat ke koagulaci AOM jako ke dvoustupňovému procesu. Prvním stupněm by byla koagulace při kyselém pH pro odstranění nabité proteinové části AOM a druhým stupněm neutrální/alkalická koagulace pro odstranění neutrálních neproteinových AOM. Tento dvoustupňový proces ovšem vyžaduje další výzkum, stejně jako ekonomickou rozvahu při jeho zavedení. Nízkomolekulární část AOM (proteinová i „neproteinová“), která se koagulací neodstraní, ovšem vyžaduje aplikaci dalších separačních technologií jako je membránová filtrace, adsorpce na aktivním uhlí, případně rozklad oxidací.
Vodní květ na vodárenské nádrži
Odběr a příprava vzorků pro experimenty
Koagulační testy