Vēl tīrākam ūdenim

Mums ir paveicies — Latvijā dzeramā ūdens ir daudz, arī krāna ūdens ir labi attīrīts, stāsta Rīgas Tehniskās universitātes asociētā profesore Linda Mežule. Viņas vadībā zinātnieki izstrādājuši jaunu tehnoloģiju ūdens attīrīšanai tām pasaules vietām, kuru iedzīvotājiem nav tā paveicies kā mums

Kāda laime ir atstāt vēstures grāmatām un filmām atmiņas par tiem laikiem, kad pilsētu lielākās epidemioloģiskās problēmas izraisīja netīrs dzeramais ūdens! Viduslaiku Rīgā nāve zarnu infekcijas slimības dēļ bija tikpat iespējama kā kaujas laikā. Tikai 19. gadsimtā, cīnoties ar holeras epidēmiju, cilvēki beidzot saprata saikni starp lietoto ūdeni un slimības izplatīšanos. 

Jau vairāk nekā gadsimtu viena no būtiskākajām zinātnes nozarēm ir ūdens pētniecība, un par to, cik tā ir svarīga, pirms vairāk nekā 10 gadiem atgādināja leģionāru slimības uzliesmojumi Latvijā. Infekcijas avots bija Legionella ģints baktērijas saturošs karstais ūdens, un toreiz starp pirmajiem cilvēkiem, kas pētīja šīs baktērijas, bija arī bioloģijas studente Linda Mežule. 

Tagad Linda ir Rīgas Tehniskās universitātes (RTU) Būvniecības inženierzinātņu fakultātes Ūdens inženierijas un tehnoloģijas katedras asociētā profesore, kas pēta mikrobioloģiskos procesus ūdenī un arī bioloģisko atkritumu pārstrādi. Viņas vadībā RTU zinātnieki izstrādājuši elektroķīmiskās dezinfekcijas tehnoloģiju, kas likvidē ūdenī mikrobioloģisko piesārņojumu. Viņa vada arī projektu, kurā zinātnieki pēta, kāda veida aļģes izmantojamas notekūdeņu attīrīšanā. 

Jauna tehnoloģija Ekvadorai 

Elektroķīmiskās dezinfekcijas tehnoloģijas Linda sāka pētīt doktorantūras laikā, gatavojot disertācijas darbu. Toreiz, pirms gadiem desmit, viņa kopā ar citiem Ūdens inženierijas un tehnoloģijas katedras un Vispārīgās ķīmijas tehnoloģijas institūta zinātniekiem izstrādāja pirmo elektroķīmiskās dezinfekcijas iekārtas prototipu, kas darbojas efektīvāk par citām līdzīgām iekārtām. 

Parasti šādās elektroķīmiskās dezinfekcijas iekārtās ir vai nu lēta metāla stieņi, kas ātri nolietojas, vai ļoti dārgi dimanta grafīta stieņi, tupretim RTU zinātnieki piedāvāja izmantot titāna oksīda keramikas elektrodus, kas ierosina hlora izdalīšanos no ūdenī dabīgi sastopamiem sāļiem. «Elektrodi var ūdenī esošos jonus pārveidot citos jonos. Piemēram, ja ūdenī izšķīdis sāls, tie pārveidojas par aktīvo dezinfektantu, piemēram, hloru. Pievadot ūdenim elektrību, elektrodu ietekmē sāk izdalīties skābekļa brīvie radikāļi, un oksidācijas reakcijās joni pārveidojas,» izskaidro Linda. Elektrolīzes procesā ūdeni dezinficē bez ķimikāliju pievienošanas. 

Otrs jauninājums RTU zinātnieku izstrādātajā tehnoloģijā — izmantojot viņu iekārtu, pietiek ar vienreizēju ūdens apstrādi. Tātad tehnoloģija nerada lielu enerģijas patēriņu, kas nozīmē, ka to var izmantot dzeramā ūdens attīrīšanai pat tādās nomalēs, kur nav pastāvīga elektrības pieslēguma.

Taču, kad zinātnieki bija pabeiguši darbu pie prototipa, lielas intereses par to neesot bijis. Eiropā dzeramā ūdens ir pietiekami daudz. Līdzīgas iekārtas komerciāli izmanto dezinfektantu ražošanai un baseinu attīrīšanai, taču RTU zinātnieki savu iekārtu radīja tieši dzeramā ūdens ieguvei. «Pētījums apstājās,» atceras Linda. «Tomēr mēs meklējām, kur un kā varētu izmantot šo tehnoloģiju, lai tā vienkārši nepazūd.» 

Iespēja turpināt darbu radās 2017. gadā. Eiropas Komisija ierosināja veselības jomas zinātnē Eiropas Savienības zinātniekiem sadarboties ar kolēģiem Latīņamerikas valstīs. «Mums paveicās iepazīties ar Amazones Universitātes, Ekvadorā dibinātas augstskolas, zinātniekiem,» atceras Linda. 

RTU zinātnieki sadarbībā ar kolēģiem Vācijā un Ekvadorā izstrādāja projektu Efektīvas un pieejamas ūdens attīrīšanas tehnoloģijas mikrobioloģiskā piesārņojuma samazināšanai, ieguva tam finansējumu un varēja turpināt attīstīt tehnoloģiju. Dienvidamerikā tādas ir vajadzīgas, jo daudzviet ikdienas lietošanai paredzēto ūdeni uzglabā tvertnēs, kurās augstās temperatūras dēļ attīstās patogēnie mikroorganismi. 

Projekta laikā uzlaboti titāna oksīdu saturošie elektrodi, izstrādātas membrānas ar speciālu pārklājumu un jaunas, hibrīdas ultravioleto staru mikrofiltrācijas sistēmas. Tika pārbaudīta arī tehnoloģiju efektivitāte baktēriju, vīrusu un patogēno vienšūņu piesārņojuma likvidēšanā un rasts tai pielietojums lauku apvidos Dienvidamerikā. 

RTU zinātnieki uzbūvēja divas viegli transportējamas elektroķīmiskās dezinfekcijas iekārtas, kas būtu darbināmas gan ar saules bateriju jaudu, gan ar maziem, vienkāršiem elektrības ģeneratoriem. 2020. gadā tās bija paredzēts vest uz Ekvadoru, lai iepazīstinātu ar tām nelielo komūnu iedzīvotājus. «Mums nepaveicās. Covid-19 dēļ mēs tā arī netikām parādīt mūsu tehnoloģiju,» ar nožēlu saka Linda. Eiropas Komisija pētniecības programmu uz pusgadu pagarināja, bet, tā kā pandēmija nebeidzās, to slēdza. Abas jaunās iekārtas palika RTU. 

Projekta mērķi tomēr izdevās sasniegt, jo sadarbības partneri no Amazones Universitātes Ekvadorā arī paši strādāja pie līdzīgu ūdens attīrīšanas tehnoloģiju izveides un demonstrēja lauku apvidu iedzīvotājiem. Lai gan RTU jaunās iekārtas izmantos laboratorijas darbos un studiju darbā, «nepabeigtības sajūta ir», atzīst Linda. Katra zinātnieka sapnis ir redzēt savu izgudrojumu izmantotu, padarām cilvēku dzīvi vieglāku vai labāku. Taču Ūdens pētniecības un vides biotehnoloģiju laboratorijā turpinās citi pētījumi, katrs no tiem ir iedzīvināms ar vienu nolūku — padarīt ūdeni tīrāku un drošāku. 

«Mums jābūt laimīgiem»

Interese par ūdens attīrīšanu Lindai radās bakalaura studiju laikā, kad viņa Latvijas Universitātē studēja bioloģiju. «Latvijā vēl neviens nebija inficējies un saslimis ar leģionāru slimību, kad mēs jau pētījām, kā ūdenī noteikt baktērijas Legionella klātbūtni. Atļaušos apgalvot, ka Latvijā bijām vieni no pirmajiem, kas šīs baktērijas sāka meklēt ūdenī,» Linda atceras 2005. gadu. Tikai pēc tam tika izstrādāti profilaktiski pasākumi slimības ierobežošanai. Tā kā Legionella baktērijas vislabprātāk vairojas ūdenī, kura temperatūra ir no 20 līdz 45 grādiem, tagad tiek ieteikts gādāt, lai karstā ūdens temperatūra pārsniegtu 50 grādus. 

Legionella vairojas arī cauruļvados ar nelielu ūdens padevi, un Linda ūdens pētījumos pievērsās apaugumiem caurulēs — viņa pētīja, vai glumajā un nepatīkamajā pārklājumā nevar savairoties bīstamas baktērijas vai infekcijas. «Secinājums — kaut vai tā pati zarnu nūjiņa tur ļoti labi var izdzīvot,» saka Linda. Tātad apaugumiem nevar nepievērst uzmanību, ik pa laikam no tiem ir jāatbrīvojas. 

Linda kopā ar kolēģiem secinājusi, ka pašlaik Latvijā var droši lietot ūdeni, kas uz mūsu mājokļiem tiek piegādāts pa ūdensvadu sistēmām. «Mums jābūt laimīgiem, ka pie mums ar ūdeni viss ir kārtībā,» viņa saka. «Ūdens visā Latvijā tiek ņemts no pazemes, tikai Rīga daļu ūdens ņem arī no Daugavas ūdens baseina un Baltezera. Ūdens stacijās ir ļoti daudz laba izdarīts gan ar ūdens attīrīšanas, gan modernām atdzelžošanas iekārtām.» 

Ūdens pētniecībā populāri kļuvis pētīt antropogēno jeb cilvēka radīto piesārņojumu: mikroplastmasa, ķīmiskie savienojumi, kas nonāk ūdenī, to vidū arī farmācijas produktu atkritumvielas. Bet Lindu ūdens pētniecībā vairāk interesējot mikroorganismu izdzīvošanas procesi. Piemēram, kādas baktērijas un cik ilgi dzīvo uz membrānām, kas tiek izmantotas ūdens filtrācijas sistēmās? Vai pēc ūdens attīrīšanas un dezinfekcijas tomēr kādi no mikroorganismiem var izdzīvot? 

RTU šobrīd ir izveidojusies laba sadarbība ar Leibnicas Polimēru institūtu Vācijā, kurā zinātnieki izstrādā jaunas membrānas, bet RTU Ūdens pētniecības un vides biotehnoloģiju laboratorijā tās testē. Esot izdevies radīt membrānas ar speciālu pārklājumu, uz kura baktērijas neaug. Pašlaik tiekot izstrādāts pārklājums, uz kura baktērijas arī iet bojā. «Šobrīd daudzi zinātnieki meklē antimikrobiālus pārklājumus un virsmas. Mūsu laboratorijā varam novērtēt, vai antimikrobiālie līdzekļi ir efektīvi vai nav,» saka Linda.  

Vai aļģes palīdz attīrīt?

Vēl viens interesants pētnieciskais projekts, ko vada Linda, ir saistīts ar aļģu izmantošanu notekūdeņu attīrīšanā.  

«Viens no mūsu doktorantiem Aigars Lavrinovičs pēta aļģu izmantošanu notekūdeņu attīrīšanai, bet mans pienesums ir izpētīt, kur potenciāli varētu likt izveidojušos aļģu biomasu,» stāsta Linda. Tā kā visos augu izcelsmes materiālos ir ogļhidrāti, no tiem var saražot cukuru. Tas savukārt var kalpot par barību mikroorganismiem, kas, ēdot cukuru, ražo spirtu vai citas ķīmiskas vielas. Tātad tehnoloģiski var attīstīt procesu līdz biodegvielas ražošanai. Lindas uzdevums ir noskaidrot, vai no aļģēm, kas izmantotas notekūdeņu attīrīšanai, varētu saražot biodegvielu. 

Linda gan piebilst — laboratorijas apstākļos aļģes labi kalpo notekūdeņu attīrīšanai, bet notekūdens stacijās to īstā vieta vēl pagaidām tiek meklēta. «Nē, nav tik vienkārši!» viņa emocionāli skaidro, ka aļģes taču ir dzīvs, cimperlīgs organisms, kas neaug netīros notekūdeņos. Tāpēc, pirms likt pie darba aļģes, lielākais piesārņojums jāattīra tradicionālā veidā. Tikai tad ūdens attīrīšanas iekārtās var likt aļģes, kuras ūdenī samazina slāpekli un fosforu līdz tik ļoti zemai koncentrācijai, ka ūdeni var palaist virszemes avotos, nebaidoties, ka slāpekļa un fosfora savienojumi tajā varētu izraisīt  eitrofikāciju jeb augu barības vielu koncentrācijas pieaugumu ūdenī. Tā savukārt veicina citu aļģu attīstību, organisko vielu uzkrāšanos un kopumā noved pie ūdens kvalitātes pasliktināšanās. 

«Jāzina arī, kuras sugas aļģes var izmantot darbam notekūdeņu attīrīšanas sistēmās,» Linda turpina skaidrot, kādi ir zinātnieku izaicinājumi šajā pētījumā. Esot pāris labas kandidātes attīrīšanas darbiem, bet nosaukt tās vārdā Linda vēl atturas. «Jāņem arī vērā, ka ne visas aļģes pēc tam ir izmantojamas. Jūs domājat, ka no visām aļģēm dīzeli var saražot? Ir aļģes, kas saražo ķīmiskās vielas, kuras biodegvielai neder, un nekāds dīzelis nesanāk. Pasaulē ir pilotprojekti, kuros izdevies no notekūdeņos augošām aļģēm saražot dīzeļdegvielu, bet nezināmā vēl ir ļoti daudz. Negribu sagraut ilūzijas un negribu teikt, ka šī tehnoloģija nestrādā, bet jābūt ļoti uzmanīgiem un jāsaprot, kā to darīt pareizi.»

Lindas piesardzība ir saistīta ar pieredzi — viņa ir iesaistīta vairākos zinātniskos pētījumos, kuros pēta bioloģisko atkritumu pārstrādi. Lauksaimniecības atkritumu jeb zaļās masas pārstrāde ir iespējama, tupretim pārtikas produktu atkritumi ir tik daudzveidīgi, ka skaidrs — ar vienu metodi tos visus nevar pārstrādāt. Bet kurš no bioloģiskajiem atkritumiem lasīs ārā, piemēram, tikai banānu mizas?  

Runājot gan par RTU izstrādāto elektroķīmiskās dezinfekcijas tehnoloģiju, gan citiem pētījumiem, Linda piemin to pašu problēmu, par kuru zinātnieki Latvijā runā gadiem ilgi, — pārāk mazs zinātnes bāzes finansējums, kura dēļ neviens zinātnieks nevar ilgstoši nodoties vienai pētījumu tēmai. Zinātnieki dzīvo no projekta uz projektu, no viena piešķīruma līdz otram, un katrs no tiem ir ar konkrētu uzdevumu. «Piemēram, ja Eiropas Komisiju interesē zaļās tehnoloģijas piesārņojuma mazināšanai, tad zinātniekiem ir jāpielāgo savas intereses šim Eiropas zaļajam kursam, citādi nav iespējams tikt pie finansējuma,» saka Linda. «No vienas puses, protams, labi, jo zinātnieks nevar visu mūžu darīt to, kas nevienam nav svarīgi. No otras puses, mums nemitīgi ir jāspēj mainīt zinātniskās tēmas, arī es vienlaikus strādāju ar dažādām zinātniskajām tēmām, kurām vienojošais ir bioloģija un mikroorganismi. Taču es varu darīt to, kas man patīk. Ja jūtu, ka kāda tēma sāk apnikt, vienmēr ir iespējas kaut ko pamainīt. Es daru darbu, kas sagādā prieku un nav vienveidīgs.»

Īpaši interesanti esot tad, ja laboratorijā atklājas kaut kas pavisam negaidīts. Zinātniekam tā esot fantastiska iespēja izdomāt, vai šis neplānotais rezultāts, ko sākotnēji var uztvert kā kļūdu, nevar aizvest pie jauniem pētījumiem un jauniem atklājumiem.

Publikācija sagatavota ar Accenture finansiālu atbalstu