SINICE hrozba pro pitnou vodu

SINICE „hrozba pro pitnou vodu“

https://www.novinky.cz/zena/zdravi/308092-koupani-ve-vode-znecistene-sinicemi-muze-bytvelmi-nebezpecne.html

doc. RNDr. Martin Pivokonský, Ph.D.

Týden vědy a techniky 2016 – 9. - 10. 11. 2016, 14h

Ústav pro hydrodynamiku AV ČR, v. v. i. Pod Paťankou 30/5, 166 12 Praha 6 Tel.: 233 109 068 e-mail: [email protected]

Pivokonský, přednáška Týden vědy a techniky 2016, 9. - 10. 11. 2016

Sinice – celosvětový problém Missisquoi Lake (Kanada)

Pigeon Lake (Kanada)

Taihu lake (China)

Švihov (ČR)

Taihu lake (China)

1

Pivokonský, přednáška Týden vědy a techniky 2016, 9. - 10. 11. 2016 http://www.wiscontext.org/cyanobacteria-stalemate-wisconsins-lakes

Qingdao

Lake Winnebago Qingdao, východní Čína, 3. červenec 2008

http://www.nytimes.com/2013/07/06/world/asia/huge-algae-bloomafflicts-qingdao-china.html

Qingdao

http://cbs12.com/news/algae/another-massive-algae-bloom-begins-inmartin-county

http://www.huffingtonpost.com/2014/08/04/lake-erie-algae-bloom-2014-_n_5647824.html

Martin ŽlutéCounty moře, Čína

2

Pivokonský, přednáška Týden vědy a techniky 2016, 9. - 10. 11. 2016 http://archive.jsonline.com/news/wisconsin/toxic-algae-cocktail-brews-in-lake-erieb99344890z1-274542731.html

http://earthobservatory.nasa.gov/IOTD/view.php?id=76127

Lake ERIE http://www.circleofblue.org/2014/world/big-toxic-algal-bloom-forecastlake-erie/

http://www.ijc.org/en_/blog/2014/02/28/science_action_ needed_clean_lake_erie/

3


Co jsou sinice?

https://cz.pinterest.com/steveheinem ann5/microcystis/

Sinice (Cyanobacteria)  jednobuněčné nebo vláknité http://ccala.butbn.cas.cz/cs/node/13235 prokaryotické organismy  vyskytují se ve vodním prostředí, ale i v půdě a extrémních podmínkách (polární oblasti, pouště, termální prameny)

http://www.prf.jcu.cz/veda/nase-objevy/jakse-zije-sinicim-na-spicberkach.html

http://freethoughtblogs.com/pharyng ula/2012/09/29/cyanobacteria-thedesert-soil-and-you/

http://thebotanicgardensatkonakai.blogspo t.cz/2014/02/classification-of-life.html

 jedny z nejstarších organismů na Zemi (cca 3,5 mld. let)  až do počátku kambria (před 600 mil. lety) dominantní organismy na Zemi „věk sinic“ zásadní vliv na zvyšování kyslíku v atmosféře

http://www.wikiwand.com/en/Cyanobacteria

4


 schopné fotosyntézy – barviva chlorofyl (zelený), allofykocyanin, fykocyanin (modrý), fykoerythrin (červený)

http://www.bbc.com/news/blogs-newsfrom-elsewhere-30711710 http://www.noaa.gov/what-is-harmful-algal-bloom

http://www.northlanddhb.org

http://www.waterencyclopedia.com/A-Bi/AlgalBlooms-Harmful.html

 schopné fixovat vzdušný dusík – významně ovlivňují koloběh dusíku  hospodářsky významné - výroba vitamínových tablet, netoxická barviva, do budoucna výroba protirakovinných a protizánětlivých léků, antibiotik a antivirotik, strava kosmonautů, výroba biopaliv 5


I. Eutrofizace proces obohacování vod o živiny (dusík a fosfor) ▫ přirozená – uvolňování živin z půdy a sedimentů a rozklad mrtvých organismů ▫ nepřirozená - lidská činnost (zemědělství, odpadní voda) PŘEMNOŽENÍ FYTOPLANKTONU (VODNÍ KVĚT) http://aa.ecn.cz

http://www.stranypotapecske.cz/teori e/sinice.asp?str=200408091150070

6


II. Klimatická změna Zvyšování teploty povrchových vod ▫ nárůst koncentrace fytoplanktonu ▫ změna druhového složení fytoplanktonu Microcystis aeruginosa

Merismopedia tenuissima

Vodní nádrž Josefův důl Jizerské hory

http://protist.i.hosei.ac.jp/pdb/images/Prokaryotes/Chroococcaceae /Merismopedia/tenuissima_1.html

http://www.jizerske-hory.cz/cs/poznej-jizerky_leto-vjizerkach_vodni-plochy/prehrada-josefuv-dul

7


Proč nám produkty sinic a řas (AOM) vadí? •

široce rozšířené - ve vegetačním období dominantní složka NOM

•

obtížně odstranitelné – inhibice koagulace, nárůst spotřeby koagulačních činidel, zanášení MF, poruchy adsorpce

•

znesnadňují odstraňování mikropolutantů - kompetice (např. pesticidů)

•

negativně ovlivňují organoleptické vlastnosti vody – především barvu, chuť a zápach

•

tvorba DBPs – THM (chloroform, dibromchlormetan, bromdichlormetan) a HAA (např. kyseliny dichloroctová, trichloroctová, fluoroctová)

•

toxicita – cyanotoxiny (microcystin LR, nodularin, anatoxin-A)

http://theviewspaper.net/the-menace-of-eutrophication/ http://blog.dhec.co.za/wp-content/uploads/2012/02/101_0195.jpg

8


Technologie úpravy vody

!

cílem úpravy vody = odstranění nežádoucích příměsí z vody a její hygienické zabezpečení Základní schéma technologie úpravy vody z povrchových zdrojů

Hrozba 5

Hrozba 4

Hrozba 1

Hrozba 1

adsorpce, membránové procesy

Hrozba 2,3

9


HROZBA 1 Inhibice procesu úpravy vody - koagulace

Fepeptidové/proteinové komplexy

AOM způsobují:  poruchy koagulace ostatních znečišťujících příměsí  tvorbu rozpustných komplexů s koagulačním činidlem – navyšují jeho spotřebu 10


HROZBA 1 Inhibice koagulace… Jak na to?

odstranění Fe i peptidů/proteinů

Fe ani peptidy/proteiny se neodstraňují Fepeptidové/proteinové komplexy

Co nejúčinnější odstranění AOM z vody:  hledání optimálních podmínek koagulace (dávka koagulačního, činidla, hodnoty pH) – tzv. sklenicová zkouška  objasnění mechanismu koagulace

pH = 4 - 6

čas (min)

11

HROZBA 1 Inhibice koagulace… Jak na to?

Odstranění Al/Fe-AOM komplexů

Co nejúčinnější odstranění AOM z vody:  preoxidace

Odstranění microcystinu

12


HROZBA 2 Poruchy adsorpce, kompetice s mikropolutanty Granulované aktivní uhlí 1,0 ALA AOM + ALA (pH5) AOM + ALA (pH 9)

0,8

AOM způsobují:  poruchy adsorpce mikropolutantů (pesticidy)

pokles účinnosti adsorpce

Ce/Co

0,6

0,4

pH 5

0,2

pH 9 0,0 0

20

40

60

80

100

dávka GAC (mg/l)

13


HROZBA 2 Poruchy adsorpce, kompetice s mikropolutanty… Jak na to? O +

H3N

hydrofobní interakce

OH O O

+

NH3

+ NH3 -

O

OH

O O

OH

+

NH3 O

elektrostatická interakce

elektrostatická interakce +

NH3 O

6 COM peptidy - dávka GAC 400 mg/l 5 4

2

4.5 kDa 4.0 kDa

3

8.3 kDa

HO

hydrofobní interakce

signál mAU - 280 nm

Co nejúčinnější odstranění AOM z vody:  hledání optimálních podmínek adsorpce (typ aktivního uhlí, hodnoty pH) – tzv. vsádkové, kolonové adsorpční testy  objasnění mechanismu adsorpce

OH

1 0 10

15

20

25

30

retenční čas (min)

35

40

14


HROZBA 3 Ovlivňování organoleptických vlastností vody Produkty sinic a řas negativně ovlivňují organoleptické vlastnosti vody, především barvu, chuť (zemitost) a zápach („dřevitost, rybina“) – taste & odor compounds

dimethyl trisulfid

2-methylisoborneol

β-cyclocitral

15


HROZBA 3 Ovlivňování organoleptických vlastností vody… Jak na to? Co nejúčinnější odstranění AOM z vody:  primárním odstraněním neporušených buněk fytoplanktonu  maximálním odstraněním AOM koagulací  zbytkové koncentrace AOM po koagulaci odstranit pomocí adsorpce na AU

16


HROZBA 4 Tvorba karcinogenních DBPs Produkty sinic a řas jsou prekursory vzniku toxických a karcinogenních sloučenin při hygienickém zabezpečení vody (DBPs) – THM a HAA. Dodnes identifikováno na 700 sloučenin označených jako DBPs.

NaClO Cl2 + H2O = HClO + HCl + AOM =

chloroform (THM)

a

=

kys. trichloroctová (HAA)

Jak na to?  primárním odstraněním neporušených buněk fytoplanktonu  maximálním odstraněním AOM koagulací  zbytkové koncentrace AOM po koagulaci odstranit pomocí adsorpce na AU

17


HROZBA 5 Toxicita sinic toxin

organismus

skupina

LD50 µg/kg

botulin

Clostridium botulinum

bakterie

0,00003

tetan

Clostridium tetani

bakterie

0,0001

aphanotoxin

Aphanizomenon flos-aquae

sinice

10

anatoxin-A

Anabaena flos-aquae

sinice

20

microcystin LR

Microcystis aeruginosa

sinice

43

nodularin

Nodularia spumigena

sinice

50

kurare

Chondrodendron tomentosum

rostlina

500

strychnin

Strychnos nux-vomica

rostlina

2 000

18


HROZBA 5 Toxicita sinic AOM obsahují řadu toxických látek, tzv. sinicové toxiny (např. mikrocystin, nodularin)

Nodularia spumigena

Microcystis sp.

http://protist.i.hosei.ac.jp/PDB3/PCD4088/html s/29.html

Symptomy spojené s expozicí toxickým sinicím Respirační příznaky

Kožní onemocnění

Ostatní

bolest v krku

svědění

bolesti hlavy

zahlenění

začervení pokožky

bolesti břicha

kašel

vyrážka

průjem

sípání

kopřivka

zvracení

těžký dech

puchýře

podráždění očí

19

Pivokonský, přednáška Týden vědy a techniky 2016, 9. - 10. 11. 2016 Microcystis aeruginosa

HROZBA 5 Toxicita sinic

http://www.plingfactory.de

„Human intoxication by microcystins during renal dialysis treatment in Caruaru – Brazil“

20


HROZBA 5 Toxicita sinic… Jak na to?

Co nejúčinnější odstranění AOM z vody:  primárním odstraněním neporušených buněk fytoplanktonu  maximálním odstraněním AOM koagulací  zbytkové koncentrace AOM po koagulaci odstranit pomocí adsorpce na AU  poslední výzkum – preoxidace surové vody manganistanem draselným

21

Shrnutí Produkty sinic a řas:  způsobují při úpravě pitné vody mnoho technologických problému (poruchy koagulace, adsorpce)  jsou v pitné vodě nežádoucí (T&O sloučeniny, prekursory DBPs, toxické) Řešení: Co nejúčinnější odstranění AOM z vody  primárním odstraněním neporušených buněk fytoplanktonu  maximálním odstraněním AOM koagulací  zbytkové koncentrace AOM po koagulaci odstranit pomocí adsorpce na AU

22

Shrnutí Co pro to děláme my? 1. hledáme optimální podmínky procesu úpravy vody 2. objasňujeme mechanismy uplatňující se při procesech úpravy vody 3. navrhujeme nové řešení technologií úpravy vody Jak se nám to daří? 1. objasnění mechanismů inhibice koagulace tvorbou Al/Fe-AOM rozpuštěných komplexů a objev jejich eliminace použitím preoxidace AOM manganistanem draselným 2. objasnění interakcí AOM s ostatními znečišťujícími příměsemi ve vodě (jílovité částice, huminové látky) a zvýšení účinnosti jejich odstranění změnou reakčních podmínek 3. objasnění vlivu AOM na proces tvorby agregátů a popis způsobu jejich separace 4. objasnění kompetitivní adsorpce mezi AOM a mikropoutanty

23

Děkuji za pozornost! doc. RNDr. Martin Pivokonský, Ph.D.

Týden vědy a techniky 2016 – 9. - 10. 11. 2016, 14h

Ústav pro hydrodynamiku AV ČR, v. v. i. Pod Paťankou 30/5, 166 12 Praha 6 Tel.: 233 109 068 e-mail: [email protected]

SINICE hrozba pro pitnou vodu

Recommend Documents