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

kotel1 Úpravna pitné vody prof-2

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
Paragraf microcystin
N
H
N
H
O
O
C
H
3
N
H
N
H
N
H
N
N
H
O
O
O
O
C
H
3
C
H
3
C
H
3
H
3
C
O
C
O
O
H
C
H
3
C
O
O
H
H
3
C
O
H
2
C
C
H
3
C
H
3
N
H
N
H
2
H
N
H
2
N
O
O
+
H
2
N
H
O
H
O
H
N
H
2
+
N
H
N
H
N
N
H
N
N
H
N
H
N
H
N
H
O
O
O
H
H
H
O
3
S
O
H
3
C
H
N
H
O
C
H
3




Malformace indukované  biomasou sinic  BEZ MC!!!(Dvorakova, Maršálek, Bláha 2003, Env. Tox)
Fig2A Fig2B Fig2C


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!!

Excitation and emission spectrum of Chlorophyll a Excitation and emission spectrum of Phycocyanine
Excitation and emission spectrum of Phycoerythrine fluorocubesm 5000m
Surová voda
Upravená voda

„on-line“ – kontinualní
 a automatické!!!

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
ZELIVKA9_99

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
•


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