Водные объекты, покрытые зелёной плёнкой, ассоциируются у большинства людей с запущенными водоемами, за которыми никто не следит. Но не всё так просто.
Дело в том, что водоросли в воде могут быть как врагом, нарушающим процесс очистки и ухудшающим вкус питьевой воды, так и союзником, если речь заходит об очистке сточных вод.
Разобраться, где микроводоросли помогают, а где мешают, важно для проектирования и эксплуатации систем водоочистки.
Почему вода зеленеет?
Микроводоросли нуждаются в свете, углекислоте и питательных веществах. Если источник воды богат азотом и фосфором (например, из‑за сброса удобрений), а температура повышена, начинается быстрый рост.
Водоочистные сооружения также предоставляют поверхности (песок, стены фильтра), где водоросли могут закрепиться, а естественное освещение или прозрачно‑облицовочные материалы ускоряют фотосинтез.
Поэтому «зелёные» фильтры – часто следствие плохо контролируемых условий и недостаточной защиты от света.
Чем полезны микроводоросли?
1. Удаление питательных веществ и тяжёлых металлов
После традиционной биологической очистки сточные воды часто содержат избыточные азот и фосфор. Микроводоросли используют эти элементы для того, чтобы быстрее расти, и способны снизить их концентрацию без образования вторичных загрязнений.
Кроме того, водоросли довольно эффективно накапливают тяжелые металлы, что также способствует улучшению качества очистки стоков.
В обзоре издания Frontiers отмечается, что микроводоросли, в частности Chlorella, Scenedesmus и Spirulina, способны накапливать ртуть, кадмий и свинец до 15 мг/г сухой биомассы. Это сопоставимо с работой традиционных сорбентов.
2. Детоксикация и разложение загрязнений
Клеточная стенка микроводорослей содержит функциональные группы (карбоксильные, гидроксильные, амино), которые связывают металлы адсорбцией и хемосорбцией.
Некоторые виды восстанавливают шестивалентный хром до менее токсичного трёхвалентного, удаляют никель и цинк почти полностью за считанные минуты, а также трансформируют ядовитые соединения мышьяка в более безвредные формы.
Микроводоросли удаляют и органические загрязнители — пестициды и фармацевтические препараты — за счёт биосорбции и биодеградации.
3. Борьба с патогенами
В системах, где микроводоросли используются вместе с бактериями (симбиотические реакторы), они повышают pH и количество кислорода. Это подавляет рост вредоносных бактерий, например E. coli, и приводит к инактивации патогенных микроорганизмов.
Отдельные виды водорослей продуцируют природные токсины (микроцистин‑LR, длинноцепочечные жирные кислоты), которые убивают патогены или препятствуют их развитию. Такие системы позволяют одновременно удалять питательные вещества для опасных микроорганизмов и снижать микробиологические риски.
Чем опасна «зелёная» вода?
1. Вкус, запах и эстетика питьевой воды
В открытых водоисточниках и даже на водоочистных станциях микроводоросли постоянно разрастаются, что приводит к выделению соединений геосмина и метилизоборноола (MIB). Эти природные молекулы вызывают характерный землянистый или затхлый вкус и запах воды, серьезно ухудшая её органолептические характеристики.
Именно поэтому в жаркое время года водопроводная вода иногда пахнет болотом.
2. Нарушение работы фильтров и трубопроводов
Во время цветения водорослей колонии и биоплёнки забивают песчаные фильтры и трубы, ухудшая пропускную способность системы. Биомасса увеличивает расход химических реагентов (коагулянтов, флокулянтов), сокращает срок службы фильтрующих элементов и повышает энергопотребление.
3. Токсины и биологические риски
Не все микроводоросли безобидны. В благоприятных условиях (избыток питательных веществ, высокая температура) цианобактерии продуцируют цианотоксины.
Агентство по охране окружающей среды США предупреждает, что при интенсивных цветениях обычные методы (флотация, фильтрация, хлорирование) не всегда обеспечивают полное удаление клеток и их токсинов, поэтому необходимы дополнительные меры и планы реагирования.
Токсины вызывают кожное раздражение, поражение печени, а иногда и серьёзные отравления у людей и животных.
Как бороться с «зеленеющей» водой и использовать микроводоросли с пользой
1. Контроль нагрузки питательных веществ
Главный способ предотвратить цветение — снизить концентрацию азота и фосфора в исходной воде. Это достигается установкой более эффективных биологических и химических ступеней очистки сточных вод, контролем сбросов удобрений и организованным управлением стоками.
В резервуарах помогает удаление осадков и отложений, которые накапливают питательные вещества.
2. Свет и гидродинамика
Микроводоросли зависят от света. Поэтому важно избегать попадания солнечных лучей на открытые резервуары и фильтры: использовать защитные крышки, затемнение или специальные покрытия. В водохранилищах циркуляция и аэрация помогают разрушать температурную стратификацию и препятствуют накоплению водорослей.
Некоторые системы применяют ультразвуковые устройства, которые предотвращают образование биоплёнок без химикатов.
3. Мониторинг и прогнозирование
Прежде чем вода станет зелёной, необходимо следить за следующими показателями:
· содержание хлорофилла‑a и фикоцианина (показатели биомассы);
· температура;
· растворённый кислород;
· pH;
· мутность;
· редокс-потенциал.
Отслеживание этих данных на постоянной основе помогает прогнозировать цветение и оптимизировать дозирование реагентов. Раннее реагирование (подключение ультразвуковых систем, увеличение подачи активированного угля) предотвращает крупные кризисы вкуса и запаха.
4. Флокуляция и фильтрация
Чтобы удалить массово размножившиеся водоросли, применяют коагуляцию и флокуляцию, а затем осветление и фильтрацию. Очень важна правильная дозировка реагентов и скорость смешивания.
Использование порошкового активированного угля, озона и продвинутых окислителей (пероксид водорода с УФ‑излучением) помогает разрушить органические молекулы геосмина и MIB, а при появлении цианотоксинов необходимо обеспечить полное удаление клеток (ультрафильтрация, мембранные технологии), чтобы не допустить высвобождения токсинов.
Интегрированные микроводорослевые системы
Чтобы использовать преимущества микроводорослей, но избежать цветений, их интегрируют в биореакторы с контролируемым светом и питанием.
Например, фотобиореакторы для третьей ступени очистки сточных вод позволяют рекуперировать питательные вещества, удалять тяжёлые металлы, очищать органические загрязнения и получать биомассу для биоудобрений или биоэнергетики.
Такие установки отделены от питьевой воды, что предотвращает риски.
«Зелёная» вода — это симптом: либо система насыщена питательными веществами и плохо защищена от света, либо микроводоросли намеренно выращиваются в неправильных условиях.
С одной стороны, микроводоросли являются ценным инструментом: они удаляют азот, фосфор, тяжёлые металлы, органические загрязнители и патогены, превращая их в полезную биомассу.
С другой стороны, бесконтрольное цветение ухудшает вкус, запах и безопасность воды, забивает фильтры и создаёт угрозу для здоровья.
Ключ к решению — баланс и контроль. Для корректной работы систем с использованием микроводорослей нужно снижать нагрузку питательными веществами, защищать системы от света, применять мониторинг и управляемую флотацию, использовать активированный уголь и продвинутые окислители, а там, где это выгодно, внедрять фотобиореакторы.
Тогда вода останется прозрачной и безопасной, а микроводоросли будут нашими помощниками, а не врагами.
