Более 20 процентов мирового населения страдает от некачественной питьевой воды. Проблема связана не только с присутствием в воде загрязняющих веществ, но и с наличием неприятных запахов. Наиболее часто они появляются в период «цветения» водоема — весной и в конце лета. Ученые с кафедры охраны окружающей среды Пермского Политеха рассказали, что такое цианобактерии, как они влияют на свойства воды, чем это опасно для здоровья человека и что делать, чтобы очистить ее в домашних условиях и масштабах городских водохранилищ.
Ученые Пермского Политеха рассказали, почему питьевая вода пахнет капустой или плесенью / © Дмитрий Буханцов, Unsplash
Качество питьевой воды зависит от состояния источников водоснабжения, на которые влияют природные и антропогенные факторы. Возникновение неприятных запахов в водохранилищах чаще всего связано с периодами массового развития цианобактерий – сине-зеленых водорослей. Это одни из древнейших организмов на планете, способные выделять кислород.
«Цианобактерии легко увидеть невооруженным глазом в период цветения воды – весной и в конце лета. Из-за их массового размножения вода становится сине-зеленой и приобретает специфический запах, который зависит от вида бактерии, выделяющего его. Так, часто в питьевой воде проявляются запахи земли и плесени, характерные для таких веществ, как геосмин и 2-метилизоборнеол – продуктов жизнедеятельности цианобактерий и многих видов водорослей.
Встречаются запахи капусты, сероводорода, чеснока, гнили, затхлости и даже фруктов и цитрусов», – поделилась научный сотрудник Лаборатории рационального природопользования и природоподобных технологий, доцент кафедры «Охрана окружающей среды» ПНИПУ Елена Калинина.
Некоторые виды сине-зеленых, зеленых и жгутиковых водорослей могут выделять опасные токсины, вредные для человека и животных. Они попадают в организм в результате употребления загрязненной воды или морепродуктов, а также при использовании «цветущих» природных водоемов в качестве рекреационных зон (купание, отдых) и приводят к отравлениям разной степени. Симптомы могут быть очень разнообразны и проявляются в виде гастроэнтеритов, спазмов, поражений печени и почек, воспаления горла, аллергии, сыпи, судорог, паралича и удушья.
Применение традиционных схем водоподготовки, таких как осаждение, фильтрация и обеззараживание, не позволяет полностью удалить одоранты (вещества с характерными запахами) из питьевой воды.
В связи с глобальными изменениями климата Земли, можно ожидать большее распространение цианобактерий в водных объектах. На это влияет повышение температуры воды водоема, увеличение содержания биогенных веществ (соединения азота и фосфора), понижение уровня воды в засушливые периоды.
«В нормальных условиях роста цианобактерии выделяют незначительное количество веществ с характерными запахами, не представляющего проблемы. Но в случае воздействия стрессовых факторов – отклонения от оптимальных условий, например, степени освещенности, температуры, кислотности среды, скорости течения и содержания биогенных элементов, интенсивность продуцируемого запаха повышается из-за массовой гибели бактерий», – рассказывает доктор технических наук, заведующая кафедрой «Охрана окружающей среды» ПНИПУ Лариса Рудакова.
Ученые ПНИПУ отмечают, что вода также начинает пахнуть, если происходит резкая смена доминирующих видов водорослей. Совместное их присутствие в водоеме не вызывает значительных изменений, но массовое развитие одного конкретного вида приводит к «цветению» воды и появлению запаха.
Эта проблема должна решаться комплексно. Важно следить за численностью цианобактерий и токсинов как в водохранилищах, так и в питьевой воде. В большинстве стран не установлены требования по контролю за цианобактериями и содержанием цианотоксинов в источниках питьевого водоснабжения. Глобальная коалиция центров по изучению водных ресурсов разработала принципы мониторинга, которые включают в себя визуальную оценку состояния воды, отбор проб для изучения видового состава цианобактерий, определения их численности и содержания токсинов.
«В случаях, когда содержание бактерий превышает 65000 клеток бактерий на 1 мл воды, необходимо информировать о ситуации надзорные органы, проводить оценку токсичности водоема и питьевой воды и при угрозе здоровью населения использовать альтернативные источники питьевого водоснабжения», – объясняет Лариса Рудакова.
Чтобы снизить количество цианобактерий в водоемах, применяют физические методы – перемешивание, очистку дна для удаления водорослей и обработку ультразвуком для замедления их роста. Химические и биологические методы с использованием химических реагентов, вирусов (бактериофагов) и бактерий.
На первом этапе очистки воды рекомендуется удалять бактерии вместе с содержащимися в них цианотоксинами и устранять запахи методами предварительного окисления, коагуляции, фильтрации, седиментации и флотации. При фильтрации лучше использовать металлические или тканевые фильтры с разным размером пор. Коагуляция (объединение мелких диспергированных частиц в бо́льшие по размеру агрегаты) и седиментация (осаждение частиц) позволяют предотвратить разрушение клеток и поступление «пахучих» веществ в воду, так извлекается 80-98 процентов цианобактерий.
«Для снижения интенсивности запахов в питьевой воде недостаточно удалить только клетки цианобактерий, необходимо очистить ее от токсинов. Для этого наиболее эффективно и доступно применение сорбентов, в частности, активированных углей. Порошкообразные используют в начале очистки совместно с коагулянтами или после них. Гранулированные – на заключительных этапах. Их большая адсорбирующая поверхность позволяет извлекать из воды широкий спектр органических веществ», – рассказывает Елена Калинина.
Для очистки питьевой воды также применяют электроактивные полимеры. Например, наночастицы оксида железа в пленке полипиррола эффективно извлекают из воды цианотоксины. По сравнению с традиционными сорбентами, у них более высокая площадь поглощения, малое время контакта (8–15 минут) и есть возможность многоразового использования.
«Другие способы очистки, такие как реагентное окисление, озонирование и обработка воды ультрафиолетом, могут сопровождаться образованием токсичных побочных продуктов, например, тригалометанов, и отличаются высокой стоимостью реализации. Если говорить в целом, использование активированных углей для удаления цианотоксинов из воды более целесообразно и результативно», – рассуждает Елена Калинина.
Существует заблуждение, что кипячение воды обеззараживает ее от вредных веществ. Но на самом деле, токсины все равно сохраняются в нефильтрованной воде, а запах при нагревании только усиливается. Очистить ее в домашних условиях позволят фильтры-кувшины с активированным углем или проточные, встроенные в водопроводную систему. В таком случае вода под давлением проходит через уголь, очищаясь от вредных веществ.
Повышенная антропогенная нагрузка и изменение климата Земли способствуют развитию цианобактерий в водоемах, что приводит к частому появлению запахов в питьевой воде. Чтобы избежать этого, важно проводить регулярный мониторинг водохранилищ и использовать эффективные способы очистки от токсинов. Внимание к этой проблеме позволит обезопасить здоровье человека и животных.
