Olmereovee saastatust saab mõõta sada korda kiiremini

Varasema seitsme päeva asemel kulub nüüd kõigest üks tund.

Tartu Ülikoolis kaitstud doktoritöös uuris Siiri Velling uudset meetodit, millega saab määrata orgaaniliste ühendite sisaldust olmereovees tavapärase seitsme päeva asemel vähem kui ühe tunniga, et vältida saastatud vee sattumist loodusesse.

Uudseks seadmeks, millega saab määrata biokeemiliselt lagunevate orgaaniliste ühendite summaarset kontsentratsiooni (BHT) vees, on BHT biosensor. Kui seni veepuhastites laialdaselt kasutatav BHT7 analüüs võtab aega seitse päeva, siis biosensor teeb sama töö ära tõepoolest vähem kui ühe tunniga. Kiirus on oluline, kuna reoveepuhastite opereerimisel ja/või eriolukordade puhul võib standardse analüüsi puhul saastunud vesi jõuda loodusesse juba enne analüüsitulemuste selgumist.

Kuigi BHT biosensor ei ole selles valdkonnas iseenesest midagi uut, ei ole seda siiani laiemalt kasutusele võetud. Velling tõestas aga oma doktoritöös meetodi usaldusväärsust ning töötas koos kolleegidega biosensori signaali tõlgendamiseks välja spetsiaalse matemaatilise mudeli. Doktoritöös kasutas Velling Tartu, Jõgeva, Kääriku ja Tallinna reoveepuhastite veeproove.

 Kompaktne ja lihtne

Peale kiiruse on biosensori eelis traditsioonilise seitsmepäevase meetodi ees ka selle kompaktsus, kaasaskantavus ning kasutamise lihtsus: biosensorit saab kasutada nii laboris kui ka kohandatult reoveepuhastis kohapeal.

Erinevate vesikeskkondade saastatust hinnatakse hapnikutarbega, mida saab lugeda biolagunemisprotsessides proportsionaalseks vees sisalduvate biolagunevate ainete sisaldusega. Siit ka nimetus BHT, mis tähendab biokeemilist hapnikutarvet. BHT7 on standardiseeritud meetod, kus veeproove hoitakse BHT-pudelis koos lahustunud hapnikuga 20 kraadi juures inkubatsioonikapis seitse päeva. Selle aja jooksul lagundavad mikroorganismid orgaanilisi aineid ja tarbivad hapnikku. Kindlasti ei tohi katsepudelit avada enne, kui nädala pärast, kui proovis mõõdetakse lahustunud hapniku lõpp-kontsentratsiooni.

Ka biosensor mõõdab vees BHT-d, ent teistmoodi. Biosensori jaoks on tarvis hapnikuandurit, mille otsa pannakse mikroorganismidega membraan. Kui hapnikuandur suunata otsapidi uuritavasse veeproovi, hakkavad mikroorganismid kohe vees olevaid neile sobivaid aineid «sööma» ja hapnikku tarbima. Selle tulemusel hapniku sisaldus vees väheneb ning proovis registreeritakse vähem hapnikku. Seda registreeringut ehk väljundsignaali aitab tõlgendada spetsiaalne matemaatiline mudel, mis aitab määrata biolagunevaid orgaanilisi ühendeid ning hinnata biosensori väljundsignaali ajalist stabiilsust.

Seega biosensor tuvastab, edastab ja salvestab informatsiooni biokeemiliste muutuste kohta.

 Matemaatiline mudel

«Minu töö üks oluline tulemus on see, et me oskame biosensori kohta öelda, et see on stabiilne 35 päeva ning sobib olmereovee BHT määramiseks,» märkis Velling. 35 päeva on lühike aeg, ent hapnikuanduri otsa käivaid membraane on lihtne valmistada ja vahetada.

«Teine oluline tulemus on see matemaatiline mudel. Õppisime signaali väga hästi tundma ja oskame sellest välja lugeda hapniku kontsentratsiooni ja stabiilsuse iga mõõtmise järel.» Velling lisab, et matemaatika oli tema muidu keskkonnatehnoloogia valdkonna doktoritöös vältimatu ning ta avaldab lisaks juhendajale, professor Toomas Tennole, tunnustust ka oma töörühma  kuulunud  matemaatikule ja insenerile Aleksei Maširinile.

Kuna BHT7 on standardne meetod, tuli Vellingul biosensori mõõtmistulemusi selle meetodiga saadud tulemustega võrrelda. «BHT7 on põhiline alustala, millest tuleb lähtuda,» täpsustas ta. Biosensor ei anna täpselt samaväärseid tulemusi BHT7 tulemustega, mistõttu tuleb biosensori tulemused alati teatud koefitsiendiga läbi korrutada. Vellingu tööst selgub, et BHT biosensori tulemused erinesid keskmiselt 10 veaprotsendi piires, standardmeetodi järgi lubatud veaprotsent on 15.

 Timmitud olmereovee peale

Kui biosensor on nii mitmel moel senisest meetodist parem, siis miks ei ole see leidnud reoveepuhastites rakendust? «Ma arvan, et üks probleem on see, et biosensor ei ole pikaajaliselt stabiilne, sest membraane tuleb sageli vahetada,» ütles Velling.

Teine põhjus võib peituda asjaolus, et uuritud BHT biosensor töötab vaid olmereovee saastatuse määramiseks. «Meie biosensor on olmereovee peale timmitud. Sellest väga erineva koostisega saastatud vee analüüsimisel ei saa enam usaldusväärset tulemust, seetõttu ei pruugi see meetod olla laboritele huvitav,» selgitas Velling, ent lisas, et tema esialgne mõte oligi välja töötada uudne meetod, mida saaks kasutada konkreetses reoveepuhastis.

Vellingu hinnangul saaks ka biosensorit timmida teistsuguste vete, näiteks tööstusliku reovee saastatuse määramiseks. «Tuleb leida õige mikroorganismide kooslus.» Niisamuti usub ta, et ka väljatöötatud matemaatilist mudelit õnnestub rakendada eri tüüpi biosensorite ja veeproovide uurimisel.

Vellingu sõnutsi on reoveepuhastite juhid siiski huvitatud võimalusest määrata vee saastatust senisest kiiremini. «Kaugemale mõtlevad juhid on hakanud uurima võimalusi, kuidas BHT-d lihtsamini ja igapäevaselt uurida, et oleks kindlam tunne, et kõik puhastustankid korralikult töötavad.»

Artikkel ilmus ajakirjas Universitas Tartuensis.

• Tweet