Sildiarhiiv: reovesi

Energeetika,Haridus,Jäätmed,Keskkonnatehnoloogia,Mikrobioloogia,Reovesi,Värske aju

Fotobioreaktorid – “Millega värsked ajud tegelevad?” osa I

Kuna Värske Aju meeskonnal on viimasel ajal olnud väga raske leida aega siia kirjutamiseks, otsustasime teha väikese seeria postitusi, mis kirjeldavad seda, mida me igapäevaselt teeme. Selle eesmärk on anda ülevaade meist ja meie enda taustast ja ehk inspireerida ka teid tegelema keskkonna- ja loodusteadustega. Kõigepealt siis räägin mina, Ivo Krustok, sellest, mida ma teen Rootsis Mälardaleni Ülikoolis.

Meie uurimisrühm laiemalt tegeleb eneria ja keskkonna alaste küsimustega ning mina tulin siia kui tudeng, kel on varasemad kogemused mikrobioloogiaga. Oli vaja kedagi, kes töötaks mikrovetikage ja reoveega ning tegeleks samas ka ensümaatilise aktiivsusega.

Mul ei olnud varasemaid kogemusi mikrovetikatega ja olin peamiselt tegelenud bakterite ning vähesel määral ka arhedega aga pakutud projekt tundus põnev. Praegu olen aasta aega Rootsis ülikoolis doktori kraadiga tegelenud ning vaikselt hakkab teema juba kodusemaks muutuma.

Ivo reaktorid vetikatega.

Peamiselt tegelen ma hetkel fotobioreaktorite uurimisega. Fotobioreaktorid on reaktorid, mis kasvatavad mikrovetikaid – sellest siis see eesliide foto… ja bio. Meie uurimisrühma peamine eeesmärk on uurida neid reaktoreid reovee puhastamise ja biomassi tootmise seisukohalt. Reovesi on täis toitaineid ning väga hea substraat mitmesuguse elu kasvatamiseks. Need toitained on aga meile olulised. Fosfor ja lämmastik on näiteks hinnalised väetise komponendid ja praegu kasutame me neid peamiselt lineaarselt. Jäägid sattuvad kas loodusesse halbade tagajärgedega või ladustatakse kuhugi nii, et nad on kättesaamatud.

Et aru saada, kuidas vetikad meid selles osas aidata saavad pean ma kõigepealt lähemalt seletama kuidas fotobioreaktorid töötavad. Kõigepealt on meil vaja substraati – midagi, mida vetikad ja teised mikroorganismid vees kasutada toitainete saamiseks. Lisaks on meil vaja ka valgust – see annab vetikatele fotosünteesiks vajaliku energija ja moodustab fotobioreaktorite nimes selle foto osa. Kolmandaks on meil vaja vetikaid.

Enamikes fotoreaktorites lisatakse vetikad süsteemi puhta kultuurina ja kasutatakse teada-tuntuid tüvesid nagu Chlorella. Meie lähenemine on aga robustsem – kasutame looduslikke vetikate kogukondi. Segame reovee, mis on meie süsteemis substraadiks ning kohaliku järve vee ning reaktor on valmis alustamaks tööd. See tagab süsteemis tugevama kogukonna kuna vetikad ei ole vaid ühest liigist ning võivad tulla nii järve kui ka reovee seest.

Reovees on lisaks toitainetele ka palju toksilisi ühendeid ning raskmetalle. See on ka põhjus, miks on parem omada tugevamat mikroorganismide kogukonda – nad saavad raskemate kasvutingimustega paremini hakkama ja reostuse oht reaktoris on oluliselt madalam. Teisalt on meil võimalus, et mikroorganismid, kes reaktoris kasvavad võivad eemaldada meile mitte sobivaid ühendeid ja vett protsessis ka puhastada.

Minu osa kogu selles süsteemis on peamiselt mikroorganismide ja vetikate kogukonna uurimine reaktoris ning selle kujunemise, arengu ja koostise kindlaks tegemine. Lisaks olen ma huvitatud molekulaarsete meetodite arendamisest vetikate uurimisel – see on suund, milles tänapäeva keskkonnateadused liiguvad.

Reaktorites kasvatatud vetikad on huvitavad mitmel viisil. Meil on võimalik saadavat biomassi toota energia tootmiseks – näiteks biodiisli või biogaasi näol. Viimane on Rootsis väga populaarne ning mitmetel reoveepuhastusjaamadel on võimalus seda toota. See tähendab, et täismahus süsteemi sisse viimine ei ole üldse väga keeruline. Teiseks on huvitav uurida vetikate võimet veest eemaldada tavalise reoveepuhastusprotsessi puhul kätte saamatuid ühendeid, näiteks hormoone ja ravimite jääke. See kõik vajab aga sügavaid teadmisi kogu süsteemist ja protsessi kontrolli võimet.

Ma ei ole oma uuringutega veel väga kaugel, ent siht on seatud silmapiiri taha. Töö, mida ma teen ei ole huvitav ainult mulle vaid teaduskirjandust lugedes on näha, et see huvitab paljuid. Molekulaarsed meetodid on jõudmas ka vetikateni ja üha rohkem mõistetakse, et erinevaid reaktoreid ja süsteemi ei saa uurida viad musta kasti meetodil hinnates vaid sisendeid ja väljundeid – tähtis on tunda kogu protsessi. Just see mind huvitabki. Teaduses on selliseid teemasid palju – just teadmatus ja lootus teada saada ongi kõige suurem inspiratsioon siin maailmas.

Jäätmed,Loodus- ja keskkonnakaitse,Ökoloogia,Reovesi

Ravimijäägid veekogudes

3 kommentaari

Teadupärast läbivad kõik ravimid enne poeletile jõudmist ca 15 aasta pikkuse keeruka ja hirmkalli testimise perioodi. Väidetavalt oleks tänapäeval näiteks aspiriini turule toomine praktiliselt võimatu, kuna tema kõrvalmõjud on 21. sajandi standardite kohaselt ületamatult suured (maohaavandid). Paraku lõppeb enamike ravimite puhul nende monitooring selle hetkega, kui inimene on rohu endale tableti vm kujul sisse söönud ja ellu jäänud (olles loodetavasti omandanud ka mõne soovitud tulemuse: alandanud põletiku, inhibeerinud ovulatsiooni vmt) endast väljutanud.  Paljud meist taipavad vanu ravimeid käidelda või huvi tunda, mis saab organismi läbinud toimeainetega edasi? (vt. Ivo artiklit vananenud ravimite käitlemisest – muide, keegi ei kontrolli, mida teevad apteegid meie vanade ravimitega edasi… See on iga üksiku apteekri pühas kohus, viia vanad ravimid jäätmejaama).

Põhiliselt on veekogudest leitud antibiootikumide (kusjuures 40% USA-s tarbitavatest antibiootikumidest kasutatakse loomakasvatuses), antidepressantide, beebipillide, südamerohtude, vähiravimite, valuvaigistite, rahustite ja kolesteroolitaseme alandajate jääke. Ravimite seiret teadusuuringute tarvis alustati suuremas mahus ca 20 aastat tagasi ning selgus, et veekogudest leiti kõiki põhilisi ravimirühmasid. On lihtsameelne arvata, et kõik toimeained lagunevad, või et oma edasisel ringkäigul reoveepuhastis või looduslikes süsteemides toovad nad endaga kaasa ainult positiivseid ja prognoositavaid efekte (võiks ju eeldada, et tänu antidepressantidele ja kofeiinile, millega lääne ühiskond ookeane kostitab on kalad palju rõõmsamad ja energilisemad kui kunagi varem…). Üritan anda selle artikliga väikse ülevaate ravimite ringkäigust looduses ja võimalikest tagajärgedest.

On teadlasi, kes väidavad, et madalatel konstentratsioonidel ei avalda ravimid meile joogivees mingit mõju (homoöpaatidel läheb selle jutu peale ilmselt hari punaseks, kuid homoöpaatide kurvastuseks on selle suuna võidukäik vist lõppemas…), kuid suurem osa teadusmaailmast siiski möönab pikaajaliste ja sünergiliste mõjude olemasolu ning meie sügavat teadmatust nende mõjude suhtes. Paljud ravimid (endocrine disrupters) võivad mõjutada ka meie hormonaalsüsteemi.

Ravimid ei sattu reoveepuhastitest ja põldudelt mitte ainult looduslikesse veekogudesse vaid ka ringiga tagasi meie joogivette. Ei hirmuta siinkohal kraanivee joojat, sest enamik igasugusest pudeldatud joogist kasutab lähteainena samuti kraanivett.

Kusjuures lisahormoonid ei sattu meie sisse mitte ainult joogiveest vaid ka toidust – eriti piimast ja lihast. Madalad östrogeenidoosid suurendavad tootlikust lihafarmides (EL-s on suukaudsel manustamisel aktiivsed hormoonlisandite kasutamine küll alates 1981-ndast rahva tervise huvides piiratud, kuid teistsuguse mehhanismiga hormonaallisandid on siiski lubatud). Piim sisaldab alati pisut naissuguhormoone, sest lüpsilehmad on enamasti lüpsi ajal juba tiined, kuna suurema tootlikkuse nimel viljastatakse nad uuesti nii varakult kui võimalik. Ka rasedate inim-emaste kehas on östrogeeni tase kõrgem, imetajate värk. Rasestusvastased vahendid sisaldavad östrogeeni just sel põhjusel – tekitada kehas tunne, et ovuleerida pole vaja.

Ravimite veekogudesse sattumise võimalikud põhjused:

–> Osa ravimitest säilitab oma mõju ka pärast seedetrakti läbimist.

–> Ravimitarbija, kes ei suhtu ravimisse, kui ohtlikkusse jäätmesse ja viskab selle wc-potti, kraanikaussi või prügikasti.

–> Kohati on ravimite õige käitlemisega probleeme ka suurtarbijatel (haiglatel, vanadekodudel, …), 2002 aastal läbi viidud uuringus selgus, et 80% USA veekogudest on reostatud ravimijääkidega.

–> Väheefektiivsed reoveepuhastid, mis reovette kogunenud ravimijääke ei suuda eemaldada. Hetkeseisuga arendatakse küll tõhusamaid puhasteid, aga seni pole sellel alal läbimurret saavutatud.

–> Osa ravimeid leostub veekogudesse (sh. põhjavette) prügimägedelt.

–> Hormonaalseid lisaaineid sisaldavad ka paljud plastikud, mistõttu prügi sattumisel veekogudesse on nende liikumine toiduahelas vägagi tõenäoline. Kuna östrogeen jmt ei lahustu vees vaid on orgaanilistes solventides (eriti hästi nt rasvkoes), siis on selge, et elushõljumi pähe söödud plastikujääkide koostisosad jõuavad toiduahelat pidi ka meie söögilauale.

–> Hormonaalseid aineid lekib meie veekogudesse senisest enam ka intensiivse põllumajanduse tõttu. Mõnede allikate sõnul on see isegi olulisem faktor kui beebipillid. Samas on selge, et inimene on põhjustanud hormonaalsete ainete suuremad kontsentratsioonid nii enda joogivees (mõjutab otseselt inimest ennast) kui ka veekogudes laiemalt (mõjutab kogu vee-elustikku).

Ravimite veekogudesse sattumise võimalikud kahjulikud mõjud:

2008 aasta uuring mille kohaselt tarbib USA-s vähemalt 48 millionit inimest ravimitega reostatud joogivett. Ravimijääkide kontsentratsioonid on seni enamasti siiski nii madalad, et tõenäoliselt inimese tervist ei ohusta.

–> Haigustekitajad võivad muutuda ravimitele (antibiootikumidele) immuunseks.

–> Antidepressandid mõjutavad sperma tootmist ning kudemist paljudel veeloomadel.

Kalad (Pimephales promelas) võivad muutuda sigimisel ja järglaste kaitsmisel palju loiumaks kui on kokku puutunud teatud antibiootikumide jääkidega (triclosan ja triclocarban, mida kasutatakse antibakteriaalsete seepide kui ka mänguasjade valmistamisel).

–> Östrogeen deformeerib kalade suguelundkonda ja sigimist (isaste kalade vereplasmast, kes elavad reoveepuhastite väljalaske lähistel, on leitud valke, millest moodustub emaste kalade mari, st. isased kalad on hakanud muutuma pisut emaseks ning nende viljakus on katsetes langenud kuni 50%). Selliseid muutuseid on täheldatud nt  konnadel, saarmatel ja kõiksugustel kalaliikidel..)

–> Eriti tundlikud on kuivad ja kuumad alad, sest eriti kuivadel kuudel sõltuvad nad tugevasti sinna juhitavast heitveest. Kusjuures nn arenenud maaimas on olukord eriti hull, sest meil on rohkem vanureid, kes tarbivad rohkem ravimeid.

–> “Ainuüksi fakt, et osade kui mitte kõigi suguorganitega seotud vähkkasvajate arv on kasvanud samaaegselt kui inimese poolt keskkonda lastavate hormonaalsete omadustega kemikaalide hulk on kokkulangevus, mis oleks kindlasti andnud Sherlock Holmesile põhjust asja üle mõtiskleda.” (Toppari et al. 1996)

Uuringus selgus, et progesteroon põhjustab emastel konnadel munasarjade väärarenguid ja täiskasvanud konnade viljatust. Seega isegi kui enamik veeloomade emasteks muutuvad, ei tähenda, et nad sugu suudavad jätkata.

–> Paljudes riikides pole ravimitega seotu endiselt piisavalt hästi reguleeritud, kuid hea uudis on see, et järjest enam on hakatud välja mõtlema kestlikke lahendusi vanade ravimite kokkukogumiseks ja kahjustutamiseks.

–> Põllumajandusega seotud ravimijääkide leostumise oht pinna- ja põhjavette on teadlaste poolt küll selgesti välja toodud, kuid üldrahvalikus arusaamas veel vähelevinud tarkus. Eriti kriitiline lugu on suurfarmidega, kus ravimeid ei kasutata ravimiseks vaid loomade kasvu kiirendamiseks, nõnda jõuab osa ravimeid meieni toidu kaudu, sõnnikut kasutatakse aga traditsiooniliselt edasi väetisena, kust ta otse veekogudesse imbub.

–> Mõnes mõttes on põhiline probleem antud teema juures see, et ravimite sünergilised mõjud, mõju madalatel kontsentratsioonidel ja muu asjasse puutuv on lihtsalt väga alauuritud teema. Me ei tea täpselt, mis veekogudes toimub ja veelgi enam – toimuma hakkab.

Lahendused? Mis puutub reoveesse, siis on selge vajadus tõhustada seniseid süsteeme silmas pidades ka madalates kontsentratsioonides esinevaid ravimeid. Põllumajanduse koha pealt on asi aga keerulisem. Elame ülerahvastatud maailmas, kus suur osa toidust toodetakse väga intensiivses põllumajanduses, kuid nagu numbrid näitavad, siis tekitab see põllumajandus ka suure osa ravimreostust. Vähem liha? Vähem soja?  Kasvuhormoonide asemel GMO? Rohkem värsket õhku ja füüsilist aktiivsust, et vähendada vajadust ravimite järele? Kondoom pillide asemel? Vähem raiskamist igal tasandil…? Palju vastuolusid, rohkem küsimusi kui vastuseid! Kindel on see, et antud valdkond vajab lähiajal suuremat süvenemist ka teadlaste poolt.

Allikad on leitavad teksti seest linkidena.

Autor: Helene

Jäätmed,Keskkonnatehnoloogia,Põllumajandus,Reovesi

Uriini eraldamine – Kas inimuriin sobib väetiseks?

4 kommentaari

Taimed, nagu ka kõik teised elusorganismid, vajavad kasvamiseks toitaineid. Toitainete küsimus kerkib eriti teravalt esile kultuurtaimede puhul, arvestades tänapäeva kasvava rahvastiku üha suurenevat nõudlust toidu suhtes. Kultuurtaimede toitainetega varustamise protsess aga ei ole sugugi lihtne, eriti olukorras, kus mure keskkonnasaastatuse pärast kasvab iga aastaga ning soov piirata kasvuhoonegaaside tootmist on saamas üheks prioriteetidest pea igas tootmisvaldkonnas.

Peamiseks meetodiks söögiks kasvatatavatele taimedele toitaineid toota, on mineraalide kaevandamine ja siis nende väetiseks töötlemine. Seejärel väetatakse selle väetisega põllukultuure ning lõpptulemusena jõuab see inimese toidulauale. Läbinud inimese seedesüsteemi, jõuab nii mõnigi taimede toitumise seisukohalt oluline toitaine reoveepuhastisse ning ladestub sealses mudas. Suure toitaine sisaldusega muda ladestatakse kuskil või leitakse talle mõni muu kasutus. Väetama sellega ei kiputa.

Mis on selles pildis valesti? Esiteks maailmas, kus üheks võtmekontseptsiooniks on saamas jätkusuutlikkus, on selline lineaarne ja raiskav protsess risti vastu meie loodavate plaanidega. Me võime rääkida sadadest aastatest, mis kuluvad fosfori ja lämmastiku varude otsa saamiseni, aga ka see aeg on tulemas ja kaevandamine muutub ainult kallimaks. Samuti on probleemiks kaevandamisel emiteeruvad kasvuhoonegaasid.

Joonis 1. Lämmastikuringe.

Kui me püüaks nüüd seda olukorda parandada, on meil eelnevalt tarvis lahendada mitu suurt probleemi. Selleks, et teha lineaarsest ressursikasutusest jätkusuutlik ressursikasutus,  on meil vaja  lõpp-produkt kuidagi protsessi algusesse tagasi viia. Sedasi ringlevad looduses kõik toitained. Selle illustreerimiseks on paslik vaadata lämmastiku ringet, mis on kujutatud joonisel 1. Antud juhul on lõpp-produktiks aga reoveepuhasti muda, mis sisaldab lisaks toitainetele veel üsna suurel hulgal mitmeid teisi, inimese tervise seisukohalt ebasobivaid “asju”, mille põllule sattumine ei ole kõige parem lahendus. Üheks suurimaks probleemiks sealjuures on raskmetallid (Hg, Pb, Cd jt) ja olenevalt kohast võib neid reovee mudas olla üsna palju. Teine suur häda on patogeenid, mida reovees üsna palju leidub. Lisaks eelnevale on inimestel ka sisemine konflikt: paljud  lihtsalt ei taha osta toitu, mida on kasvatatud, kasutades reovee muda.

Joonis 2. Lämmastiku, fosfori ja kaaliumi osakaal erinevates reovee osades.

Üks võimalik lahendus (vähemalt esialgne) oleks ehitada süsteem, kus eraldatakse uriini enne, kui see ülejäänud reoveega kokku saab. Kuna uriinis on väga palju nii lämmastikku kui ka fosforit (joonis 2), siis selle eraldamine võib olla kasulik. Uriin ise on tavaolukordades steriilne ent puutudes kokku fekaalidega (ja seda võib WC potis juhtuda) omab siiski ohtu. Õnneks tagab uriini kõrge pH piisavalt pikal hoiustamisel (olenevalt temperatuurist ja steriilsuse vajadusest 1-6 kuud) steriliseerimise.  Uriinis ei esine ka raskmetalle. Samas on toitainete kontsentratsioon kõrge ja põllule on sellist väetist lihtne kanda (joonis 3).

Joonis 3. Uriini eraldamise süsteemi illustreeritud ülevaade

Loomade uriini on põllul väetisena kasutatud juba väga pikka aega ja seetõttu on ka inimuriini kasutamisele võtmine lihtsam. Masinad, oskused ja kogemused on põlluharijatel juba olemas. Inimuriini eraldamine ülejäänud reoveest võib vähendada oluliselt ka meie reoveepuhastitest väljavoolava vee ravimite ja hormoonide sisaldust. Uuringud näitavad, et suur osa ravimitest ja hormoonidest satub reovette just uriinist ja reovee puhastites on nende ainete eemaldamine raske. Nii satuvadki nad veesüsteemidesse ja teevad seal palju kahju. Uriini väetisena kasutades aga viime me need ravimid maapinda, kus risk ökosüsteemile kahju teha on oluliselt väiksem kui veekeskkonas. Maapind on rohkem “harjunud” suguhormoonidega (suured loomad on maha urineerinud juba miljoneid aastaid). Lisaks on ravimite ja hormoonide jäägid mullas pikemat aega ja selle aja peale nad lagundatakse ära. Ka taime juured ei taha mullast väga suuri molekule vastu võtta. Üldiselt on uuringud seni näidanud, et need ained on tõenäoliselt ohutumad meie tervisele kui taime, putuka ja seenemürgid, mida laialdaselt kasutatakse.

Suured probleemid on aga taristus ja inimeste arvamuste muutmises. Selleks, et uriini eraldamine töötaks, tuleb ehitada korralik süsteem, kus kodudes on spetsiaalsed WC-potid, mis nõuavad ka teatavat hooldust. Lisaks on vaja ka korralikke ja üsna kalleid torustikke ja hoiustamistsisterne. Selle vajalikkust on inimestele raske seletada ja raske on panna inimesi üldse mõtlema oma väljaheidetest kui toitainest. Probleemiks olevat ka see, et mehed tahavad urineerida seistes ja see teeb eraldussüsteemi loomise keerulisemaks. Potid tehakse tavaliselt kahe väljavooluga, nii et uriini kogutakse eespool. See sobib ennekõike istudes urineerimiseks. Keskkonnatehnoloogia üks peamisi eesmärke on jääda aga tavakasutajale mugavaks ja lihtsaks alternatiiviks. Kui keskkonnatehnoloogia kodudesse viia, ei tohi see inimestele valmistada rohkem probleeme kui eelnenud tehnoloogia, muidu seda lihtsalt ei kasutata.

Praegu ei ole veel päris kindel, kuidas saaks korrigeerida toitainete ringi nii, et oleks võimalik viia põllult korjatud kultuurtaimedes sisalduvad toitained põllule tagasi. Samas on lootust, et lähitulevikus siiski leitakse eelnevalt kirjeldatud probleemidele lahendus ning mainitud metoodika leiab laiemat rakendust. Eestis tehakse reovee mudast väetist küll (nt Keilas ja Tartus), aga seda ei kasutata seal, kus seda kõige rohkem vaja oleks – põldudel, kus kasvatatakse kultuurtaimi toiduks. Hetkel on aga sageli probleeme ka sellisele mudale seatud kvaliteedinõuete täitmisega, mistõttu võib öelda, et arenguruumi selle metoodika rakendamisel ning ka kasutamisel veel on, kuid usutavasti lahenevad need probleemid lähitulevikus.

Allikad:

Johansson M. Final Report on the R&D Project “Source-Separated Human Urine – A Future Source of Fertilizer for Agriculture in the Stockholm Region?”

Nitrogen cycle. (2011). In Encyclopædia Britannica. Vaadatud aadressilt http://www.britannica.com/EBchecked/topic/416271/nitrogen-cycle

Winker M., 2009. Pharmaceutical residues in urine and potential risks related to usage as fertiliser in agriculture. PhD thesis, Institute of Wastewater Management and Water Protection, Hamburg University of Technology, Hamburg, Germany. Vaadatud aadressilt http://www.susana.org/docs_ccbk/susana_download/2-1007-en-pharmaceutical-residues-2009.pdf