Inovace tohoto předmětu je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
MOŽNOSTI ODSTRAŇOVÁNÍ
CYANOTOXINŮ VODÁRENSKÝMI
TECHNOLOIEMI
Eliška Maršálková a Blahoslav Maršálek
Centrum pro cyanobakterie a jejich toxiny,
Kamenice 3, 625 00 Brno, e-mail:
sinice@sinice.cz
Možné zdroje a vstupy cyanotoxinů do lidského
organismu
• Pitnou vodou
• Potravou (ryby z nádrží s vodním květem sinic, tzv.
zdravotní doplňky – Spirulina z nekontrolované
produkce apod.)
• Při rekreaci a sportu (plavání, windsurfing, vodní lyže
atd.)
• Respirací vodního aerosolu z městských kašen
s masovým rozvojem cyanobakterií, především
pikocyanobakterií
• Trestnou činností
Zdroje nesourodých informací o cyanotoxinech ve
vodárenských systémech
• známe velké množství různých cyanotoxinů a nelze tedy hovořit obecně
– vždy musíme uvést který toxin – jeho variantu (např. který např. z
84 microcystinů) je konkrétní technologií odstraňován (a za jakých
podmínek)
• mnoho publikací zaměřených na odstraňování cyanotoxinů byly
zpracovávány v naprosté většině případů v laboratorních podmínkách
a týkají se v naprosté většině pouze microcystinů. Některé publikace
lze označit více za firemní reklamu, než seriozní informaci o účinnosti
• a když jde o seriozní publikaci, je nutno mít stále na paměti, že sami
autoři upozorňují na rizika, která jsou spojena s přenášením
dosavadních skromných experimentálních výsledků do praktického
provozu úpraven
• reálně a odpovědně rozhodovat o alternaci a kombinacích
úpravárenských technologií lze pouze na základě konkrétních
analýz o množství cyanotoxinů v surové vodě a po jednotlivých
technologiích
Pozor na neadekvátní porovnávání účinnosti
technologií v nesrovnatelných podmínkách!!!
• Metod pro redukci cyanotoxinů bylo publikováno desítky (v 95% se
jedná o microcystiny)
• výsledky jsou platné jen pro danou technologii, protože každý
experimentátor přizná, že kdyby stejná technologie měla redukovat
cyanobakterie a jejich toxiny jiného původu (zásadní rozdíly jsou
mezi Microcystis s velkými koloniemi a Planktothrix s malými
vlákny) bude výsledek nesrovnatelný.
• Proto se tak bráníme jakémukoliv srovnávání technologií z
literárních údajů, protože tyto studie a jejich výsledky byly
realizovány většinou za zcela nesrovnatelných podmínek a
prosté srovnání % reduklce koncentrace toxinu může přinést
neadekvátní hodnocení dané technologie.
Odstraňování microcystinů ÚV
• microcystiny jsou endotoxiny – uvolní se
do vody při lyzi buněk:
• lyzována přirozenou cestou (stáří)
• působením mechanických vlivů (střižných sil,
tlaku v technologii úpravny a při dopravě vody
surové ap.)
• působením chemických vlivů (v úpravárenském
procesu)
• ŽÁDNÁ TECHNOLOGIE NEODSTRANÍ 100%
CYANOTOXINŮ!!!
MCs extracelulární a cell-bound
• Klasiké a běžně citované výsledky o tom, že
mladá intenzivně rostoucí kultura má 100% MCs
v buňce, kdežto senescentní kultura sinic má
uvnitř buněk pouze 30-40% MCs již dnes
neplatí, protože tyto poznatky pochazí z
laboratorních kultur.
• Především na počátku masového rozvoje je
mimobuněčný microcystin až na úrovni
jednotek mikrogramů v 1 litru surové vody,
což je pro vodárenskou úpravu zcela nový
poznatek.
Základ úspěchu je odstranit neporušené
buňky cyanobakterií hned v 1. st. ÚV
• Zpracovaná optimalizace pro klasické schéma
obsahující koagulaci, flokulaci, následnou sedimentaci a
filtraci
• nepoužívat předozonizaci (nebo maximálně 0,6mg/l)
• zcela vyřadit předchloraci!!!!
• Jako nejvhodnější první separační stupeň je
doporučitelná flotace rozpuštěným vzduchem (DAF –
dissolved air flotation)
• membránová filtrace jako koncovka 2.st. je zkoušena
hl. pro malé úpravny
Další technologie pro rozpuštěný MC
• Oxidace (účinnost závisí na koncentraci a době
zdržení)
• chlor, chlornany (30-85%)
• chloramin (15-18%)
• manganistan draselný (65-90%)
• ozon (70-95%)
• peroxid vodíku (15-20%)
• oxid titaničitý a UV záření (20-75%, 30min až 90%)
Další funkční principy:
• aktivní uhlí (20-95%)
• pomalá písková filtrace (tzv. „angličáky“)
• princip biodegradace,
• levné,
• účinnost 80-98%
• vhodné pro menší zdroje
• kombinace technologií - optimalizovaný
proces až 95-98%
Základní pravidla pro ÚV:
• odstranit celé kolonie a buňky v 1. stupni úpravy
• každý vodárenský zdroj je jiný!
• nutnost opírat se o analýzy sledovaných cyanotoxinů (ne o tabulky,
a doporučení z jiných lokalit)
• klasické 1-2 stupňové ÚV cyanotoxiny neodstraní (ALE KOLONIE A
BUŇKY ANO)
• ŽÁDNÁ TECHNOLOGIE NEODSTRANÍ 100% CYANOTOXINŮ
• v případě vodních květů je realističtější (hygienicky a ekonomicky)
ZDROJ ALTERNOVAT, ODSTAVIT!
• Mít připravený systém detekce – screening a potvrzení pozitivních
nálezů
• MC-LR není jediný microcystin ani není jediný cyanotoxin!!!!
• Vhodná kombinace technologií - optimalizovaný proces až 95-
98%
• Pozor_ mnoho publikací referuje pouze o MC, pouze z laboratorních
pokusů, výsledky nereálné, reklamní!!!! KONTROLA - ANALÝZY
Originální vývoj v CCT :
on-line systém kontroly
• Microcystin LR je ve vyhlášce
ALE
– Microcystin LR NENÍ JEDINÝ, ANI NENÍ NEJTOXIČTĚJŠÍ microcystin
– Ale především : Microcystiny nejsou jediné CYANOTOXINY
• PROTO HLEDÁME ALTERNATIVY
NH
NH
O
O
CH3
NH
NH
NH
N
NH
O
O
O
OCH3
C H3 CH3
H3C
O
COOH CH3
COOH
H3C
O
H2C
CH3
CH3
NH
NH2HN
H2N
O
O
+H2N
H
OH
OH
NH2
+
NH
NHN
NH
N NH NH NH
NH
O
O
OH
HH
O3SO
H3C
H
N H
O
C H 3
Summary characteristics of MCYST concentrations in
the Microcystis dominated blooms in the
Czech Republic
1695127810301030848,4680487487M.
wesenbergii
excluded,
n=43(2)
15631232810810837,6659404404All samples,
n=449(1)
907550907550
PercentilesMedianPercentilesMedi
an
Total MCYSTMCYST-LR
Malformace indukované biomasou sinic BEZ
MC!!!(Dvorakova, Maršálek, Bláha 2003, Env. Tox)
Jaké máme alternativy pro odhad rizik spojených
s CT
• Základní idea: všechny sinice obsahují nějaké
toxiny, takže
• VŠECHNY CYANOBACTERIE JSOU ZDRAVOTNÍ
RIZIKO
• Kvantifikace biomasy cyanobacterií:
• Molecular tools (DGGE, mcyB, PCR…)
– Powerful, but not ready yet for routine laboratories
• Detekce založená na složení pigmenů
» Phycocyanin
» Chlorophyll
– Pro rutinní detekci slibné a praktické!!
Surová voda Upravená voda
„on-line“ – kontinualní
a automatické!!!
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 24 48 72
time (hours)
decline(%)
0.1 CHLA
0.2 CHLA
0.3 CHLA
0.1 PHCY
0.2 PHCY
0.3 PHCY
Effect of chlor-dioxide (0.1, 0.2 and 0.3 mg/L) on chlorophyll-a and
phycocyanin depletion in drinking water pipelines
Systém kontinuální kvantifikace sinic v
surové vodě může být zařazen a využit
obdobně jako obdobné systémy
včasného varování na ÚV
Vývoj integračních vzorkovacích technik pro detekci
cyanotoxinů v povrchové a pitné vodě
• Použitý pasivní vzorkovač byl konfigurován tak,
aby obsahoval chemicky inertní filtr a
selektivní sorbent.
• Schopnost zakoncentrovat i ultra-stopové, ale
toxikologicky významné koncentrace analytů
na detekovatelnou úroveň
• zachytit residua z episodních událostí, jež jsou
pomocí konvenčních vzorkovacích metod
prakticky nemožné.
• Patent CCT
Zařízení je schopno reagovat citlivě v závislosti na
dávce
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
C0 C1 C2
varianta
množstvímicrocystinů
(µg/vzorkovač)
MC-RR
MC-YR
MC-LR
SUMA
Závěry 1:
• Základní principy redukce MC v ÚV jsou známy
• Moderní poznatky vyvrací tradovaná data o
vázaných a volných MC!!!
• Reálné rozhodování je možné jen na základě
reálných analýz
• Tento příspěvek záměrně nekomentuje
jednotlivé vodárenské technologie a jejich
účinnost při redukci cyanotoxinů. Zájemci o tyto
informace je mohou najít na informačním
portálu Centra pro cyanobakterie a jejich toxiny
www.sinice.cz, kde lze najít také další související
informace.
Závěry 2:
• CCT realizuje vlastní vývoj metod pro
– ultracitlivou a on-line detekci cyanobakterií v
surové vodě
– Kontrolní kontinuální vzorkování toxinů v upravené
vodě – Vodárenská společnost bude moci prokázat
čistotu produkce jedinou analýzou za týden
– Tyto systémy umožňují také kontrolu produkce a
ochranu před bioterorismem (detekce i ochratoxinů,
aflatoxinů, T2, pesticidů atd).
• Prakticky orientovaný výzkum CCT je otevřen
spolupráci s praxí a přivítá typy pro aplikace
Inovace tohoto předmětu je spolufinancována
Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem
České republiky