В большинстве западных стран питьевая вода имеет отличное качество, однако нет полного основания для спокойствия. Дело в том, что список новых нежелательных компонентов, загрязняющих грунтовые воды, реки и озера, постоянно пополняется. Климатические изменения приводят к изменению температуры и состава микроорганизмов в водоемах. В большинстве развивающихся стран источниками питьевой воды часто служат грунтовые воды, в которых оказываются органические загрязнения.

В промышленно развитых странах вода также используется для обработки материалов на производстве, после чего вода требует специальной очистки. Швейцарский водный исследовательский институт Eawag занимается исследованием проблем водного сектора и определяет направления по обеспечению высококачественной питьевой водой, доступной в будущем.

Вопрос об изменениях климата

Различные исследовательские модели предсказывают увеличение концентрации в атмосфере газов, усиливающих парниковый эффект, в условиях которого не только повышается температура воздуха, но также повышается температура воды и изменяется состав ее обитателей. Предсказания уже подтверждаются наблюдениями: с 1945 года, к примеру, вода Цюрихского Озера на глубине 5 метров нагрелась на 1°C зимой и на 2°C летом. Те же тенденции наблюдаются и в реках. Для начала ученые составили долговременные измерения температуры подземных вод.

Рис.1. Кривые температуры и содержания кислорода в грунтовых водах Rheinau (Switzerland, Canton Zurich)

Пример измерений в грунтовых водах Ренау в Швейцарии показал, что зимняя температура воды повысилась на 3 градуса с 1950 года. В то же время, содержание кислорода в воде падает. В 2003 году в результате перегрева вода вообще не содержала кислорода в долинах Thur и Glatt. В отсутствие кислорода вещества, включающие железо и марганец, разлагаются только у поверхности воды. Такие вещества должны быть удалены из воды перед ее употреблением.

В озерах повышение температуры также означает негативный эффект: увеличивается населенность цианобактериями (или сине-зелеными водорослями). Это усугубляется тем, что эти организмы накапливают токсины, а также вещества, имеющие неприятные вкус и запах. Микроорганизмы гораздо быстрее размножаются в теплой воде. В будущем необходимо более тщательно не только очищать воду, но и выбирать места для ее забора для питьевых целей.

Быстрая тревога

Безопасность используемой воды во многом зависит от постоянного мониторинга ее качества. Однако, традиционные методы микробиологического анализа, основанные на посеве и визуализации колоний бактерий на питательной среде, являются слишком длительными. Институт Eawag разработал метод микробиологического контроля, основанный на проточной цитометрии.

Этот процессе, где клетки проходят сквозь лазерный детектор, широко используется в медицине для контроля клеточного состава крови. В институте Eawag процесс был адаптирован для контроля качества воды, позволяя вычислить содержание в ней бактерий. Теперь результаты доступны не через 18–24 часа, а в течение 15 минут. В тесном сотрудничестве с Швейцарской организацией Zurich Waterworks (WVZ) ученые продемонстрировали более высокое качество полученных результатов в сравнении с традиционными методами. В то же время ученые видят истинную картину загрязненности, не прибегая к искусственному размножению бактерий на питательной среде, что может сопровождаться смертью бактерий или изменением их активности в искусственных условиях.

То, что делает этот метод действительно привлекательным – это возможность мониторинга микробиологической безопасности воды в развивающихся странах. Используя специфические антитела в условиях метода можно проскринировать образцы воды на наличие патогенной микрофлоры, включая кишечные инфекции, легионеллез (грамотрицательная бактерия Legionella) и бактерии холеры. Такой скрининг важен для быстрого ответа в случае возможности контаминации.

Новые методы очистки

В Швейцарии 43% питьевой воды забирается из природных источников, 40% – из подземных вод, и 17% – из озер. Очистка в основном требуется для воды из озер и из источников. При содействии ученых из WVZ в институте Eawag были разработаны методы и комбинации подходов по использованию воды в условиях будущих изменений ее природного состава. Главный упор был сделан на обновление водоснабжения и увеличение продолжительности работы оборудования до 30–50 лет.

Первым объектом стало озеро Lengg lake, где фильтры из мелкого песка были заменены на ультрафильтрующие мембраны с порами в 10 нанометров (1 нанометр – миллионная доля миллиметра). Такие мембранные фильтры кроме фильтрующих свойств песка обеспечивают абсолютный барьер для микроорганизмов. Комбинирование методов ультрафильтрации, фильтрации через активированный уголь и озонирования, каждый из которых используется как самостоятельный метод, гарантирует получение микробиологически безопасной воды без применения хлорирования – процесса, непопулярного у потребителей. Любые следовые загрязнения в таких условиях эффективно удаляются.

Предосторожности и риски

Эксперты соглашаются, что наиболее желательный тип охраны питьевой воды – это не ее очистка, а контроль за источниками воды. Необходимо всестороннее предотвращение возможного загрязнения воды. Поскольку большинство лунок для забора грунтовых вод расположены неподалеку от рек, ученые рассмотрели проблему изменения русла рек. Используя специально разработанный метод, оказалось возможным рассчитать вероятность попадания недостаточно чистой речной воды в насосную станцию. В зависимости от рисков загрязнения, в каждом конкретном случае необходимо выполнять рекомендации сохранить или изменить русло реки.

Идентификация рисков в различных ситуациях является основной темой работы «Качество водных ресурсов (WRO)» специального исследовательского проекта. Во всем мире миллионы людей сталкиваются в проблемой загрязнения грунтовых вод опасными арсенидами и фторидами природного (геогенного) происхождения. С помощью анализа геогенных факторов и компьютерного моделирования исследователям из Eawag удалось построить карты мира с указаниями областей повышенного риска встречаемости грунтовых вод с примесями соединений мышьяка и фтора. Эта методика, с успехом примененная в региональном масштабе, может служить прекрасным инструментом для властей, спасательных организаций и поставщиков воды. Проект WRO также нацелен произвести попытки тестирования простых недорогих методов очистки воды, особенно необходимых в развивающихся странах.

Мария Костюкова