SINICE hrozba pro pitnou vodu doc. RNDr. Martin Pivokonský, Ph.D. https://www.novinky.cz/zena/zdravi/308092-koupani-ve-vode-znecistene-sinicemi-muze-bytvelmi-nebezpecne.html 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: pivo@ih.cas.cz
Sinice celosvětový problém Missisquoi Lake (Kanada) Pigeon Lake (Kanada) Švihov (ČR) Taihu lake (China) Taihu lake (China) 1
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 http://cbs12.com/news/algae/another-massive-algae-bloom-begins-inmartin-county Qingdao http://www.huffingtonpost.com/2014/08/04/lake-erie-algae-bloom-2014-_n_5647824.html Martin Žluté County moře, Čína 2
Lake ERIE http://earthobservatory.nasa.gov/iotd/view.php?id=76127 http://archive.jsonline.com/news/wisconsin/toxic-algae-cocktail-brews-in-lake-erieb99344890z1-274542731.html 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? Pivokonský, přednáška Týden vědy a techniky 2016, 9. - 10. 11. 2016 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.noaa.gov/what-is-harmful-algal-bloom http://www.bbc.com/news/blogs-newsfrom-elsewhere-30711710 http://www.northlanddhb.org http://www.waterencyclopedia.com/a-bi/algal- Blooms-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 4 Hrozba 5 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? Pivokonský, přednáška Týden vědy a techniky 2016, 9. - 10. 11. 2016 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 Ce/Co 1,0 0,8 0,6 0,4 pokles účinnosti adsorpce ALA AOM + ALA (ph5) AOM + ALA (ph 9) AOM způsobují: poruchy adsorpce mikropolutantů (pesticidy) Granulované aktivní uhlí 0,2 ph 9 ph 5 0,0 0 20 40 60 80 100 dávka GAC (mg/l) 13
HROZBA 2 Poruchy adsorpce, kompetice s mikropolutanty Jak na to? Co nejúčinnější odstranění AOM z vody: hledání optimálních podmínek adsorpce (typ aktivního uhlí, hodnoty ph) tzv. vsádkové, kolonové adsorpční testy objasnění mechanismu adsorpce Pivokonský, přednáška Týden vědy a techniky 2016, 9. - 10. 11. 2016 O OH NH 3 + O O - + H 3 N O OH NH 3 + O OH elektrostatická interakce hydrofobní interakce O OH + NH O - 3 elektrostatická interakce HO NH 3 + O hydrofobní interakce 6 5 COM peptidy - dávka GAC 400 mg/l signál mau - 280 nm 4 3 2 1 8.3 kda 4.5 kda 4.0 kda 0 10 15 20 25 30 35 40 retenční čas (min) 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 Cl 2 + H 2 O = HClO + HCl + AOM = a = chloroform (THM) 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 LD 50 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
HROZBA 5 Toxicita sinic Microcystis aeruginosa 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: pivo@ih.cas.cz