Исследователи Санкт-Петербургского Федерального исследовательского центра РАН (СПб ФИЦ РАН) создали прототип ультразвуковой установки, позволяющей предотвратить развитие цианобактерий (синезеленых водорослей), продуктами жизнедеятельности которых являются опасные токсины, создающие угрозы здоровью человека и водных обитателей. Разработка имеет ряд преимуществ по сравнению с импортными аналогами и может использоваться для очистки водоемов от цианобактерий в городах России.
«Цветение» цианобактерий является актуальной проблемой для многих водоемов в России и в других странах мира. Массовое «цветение» этих водорослей сильно загрязняет и отравляет водоем, в том числе токсинами, которые выделяют цианобактерии. Цианотоксины способны оказывать серьезное негативное влияние на здоровье человека (заболевания кожи, печени и других органов, вплоть до смертельных исходов), если он купается или потребляет воду из такой акватории. Последние исследования медиков показали, что длительное употребление воды содержащей даже минимальное количество цианотоксинов может служить толчком для развития болезней Паркинсона и Альцгеймера.
Сдерживать распространение цианобактерий достаточно трудно, особенно если водоем сильно загрязнен продуктами, поступающими со сточными водами промышленных, сельскохозяйственных, коммунально-бытовых и иных предприятий, и в нем присутствует избыточное количество биогенных элементов, прежде всего фосфора и азота. Даже при ликвидации хозяйственной деятельности вблизи акватории потребуется длительный период для восстановления водоема. Кроме того, использование химических средств, которые могут убивать цианобактерии, опасно для человека и обитателей водоемов. Поэтому задача по поиску эффективных и экологичных способов борьбы с опасными микроорганизмами стоит перед научными группами по всему миру.
“Мы разработали несколько типов установок, которые с помощью ультразвуковых волн малой интенсивности могут препятствовать развитию в водоемах токсичных цианобактерий. Эксперименты по их использованию на городских прудах Санкт-Петербурга показали почти 10-кратное снижение массы цианобактерий в водоемах”, - рассказывает руководитель Лаборатории комплексных проблем лимнологии СПб ФИЦ РАН Владимир Рыбакин.
Как поясняют ученые, ультразвук (звуковые волны на частотах выше тех, что воспринимаются ухом человека) является стрессовым фактором для токсичных цианобактерий. В ответ у них запускаются защитные механизмы - происходит утолщение окружающей их слизистой оболочки и клеточных стенок. Это приводит к тому, что бактерии не могут взаимодействовать с окружающей средой и у них нарушаются обменные процессы. Результатом становится массовое отмирание цианобактерий.
Сама по себе идея использования ультразвука в качестве средства борьбы с микроорганизмами, отравляющими водоемы, не нова: первые ультразвуковые устройства для защиты от цианобактериального «цветения» водоемов, начали разрабатываться в Бельгии, позднее в Южной Корее, США и теперь успешно применяются во многих странах. Однако российский аналог по целому ряду показателей, методики применения и технологическим решениям имеет определенные преимущества.
“Импортные аналоги устанавливаются у берега водоема, и их могут отключить или повредить проходящие мимо люди. Особенностью иностранных устройств является то, что ультразвук распространяется только в одном направлении относительно источника. Нашу автономную ультразвуковую установку нужно размещать в центре водоема, на небольшой глубине. Она может работать около месяца за счет аккумуляторов и солнечных батарей. Кроме того, такая система создает ультразвуковые волны во всех направлениях, что позволяет увеличить площадь ее эффективной работы. Также стоимость отечественной установки будет ниже, чем импортного аналога”, - поясняет Владимир Рыбакин.
Первое отечественное устройство – автономная станция, была собрана в ОАО «Концерн «Океанприбор» в Санкт-Петербурге. В основу этой разработки легли многолетние лабораторные и натурные исследования, выполненные в ИНОЗ РАН под руководством академика РАН В.А. Румянцева. Диапазон рабочих частот устройства изменялся от 20 до 250 кГц. Питание осуществлялось от аккумулятора и солнечной батареи.
Испытания разработки проводились на двух прудах в Московском парке Победы в Санкт-Петербурге в течение нескольких месяцев. Из-за относительно слабой интенсивности излучаемого ультразвукового сигнала (чтобы он был безопасен для рыб, птиц и других обитателей водоема) автономная станция имела ограничения по площади применения, однако для больших прудов, можно использовать сразу несколько таких устройств.
Сейчас исследователи работают над новым проектом стационарной ультразвуковой установки, которая ставится в центре водоема и питается током от источника напряжением 12 вольт по кабелю, проложенному по дну водоема. Несколько макетов этого устройства прошли успешные испытания. В дальнейшем ученые также планируют выяснить эффективность действия ультразвука и на другие типы цианобактерий.
Технологиями ученых заинтересовались в Невско-Ладожском бассейновом водном управлении (входит в Федеральное агентство водных ресурсов России). Специалисты государственного ведомства выразили заинтересованность во внедрении методов борьбы с “цветением” водоемов, разработанных в СПб ФИЦ РАН, на территории Северо-Запада России и, в частности, в Санкт-Петербурге.