Даже низкие концентрации серебра могут нарушить очистку сточных вод

Исследование в Университете штата Орегон пролило свет на то, как всё более распространённый компонент потребительских товаров — наночастицы серебра — может потенциально мешать очистке сточных вод.

Результаты показывают, что обычные методы тестирования на токсичность для концентраций серебра на очистных сооружениях могут давать результаты, создающие ложное чувство безопасности.

Исследование важно, потому что если серебро, обладающее широким спектром антибактериальных свойств, препятствует работе полезных бактерий на станциях, то в водоёмы попадает слишком много питательных веществ.

Это, в свою очередь, может привести к эвтрофикации: избытку питательных веществ в водоёме, что вызывает взрывной рост растительности (например, цветение водорослей) и вытеснение животной жизни из-за нехватки кислорода.

"Наночастицы серебра включаются в целый ряд продуктов, включая повязки для ран, одежду, фильтры для воды, зубную пасту и даже детские игрушки", — сказал автор-корреспондент Тайлер Радницки, доцент кафедры экологической инженерии. "Наночастицы могут попадать в сточные воды при стирке или просто обычном использовании продукта".

Работа Радницки и его коллег из инженерного колледжа была сосредоточена на наночастицах серебра, ионах серебра, которые они высвобождают, и бактерии, окисляющей аммиак, Nitrosomonas europaea.

Бактерии, окисляющие аммиак (AOB), имеют решающее значение, поскольку они преобразуют аммиак в нитрит, запуская процесс удаления одного из этих питательных веществ — азота — из сточных вод. Исследование изучало как свободноплавающие (планктонные) N. europaea, так и создаваемые ими биоплёнки.

Исследование подтвердило более ранние наблюдения, что биоплёнки лучше, чем планктонные бактерии, противостоят воздействию серебра.

"Биоплёнки показали более высокую устойчивость по нескольким причинам", — сказал Радницки. "Одна — просто большая масса клеток, и верхний слой клеток действовал как жертвенный щит, позволяя бактериям ниже не ингибироваться. Медленные темпы роста также были защитой от токсичности серебра, потому что ферменты, которые серебро не даёт работать, не работают так часто".

Что более важно, работа выявила новый нюанс: ингибирование способности AOB преобразовывать аммиак в большей степени зависит от времени воздействия серебра, чем от уровня его концентрации.

"Большинство исследований, изучающих ингибирование наночастицами биоплёнок в сточных водах, проводились в условиях краткосрочного воздействия — менее 12 часов", — отметил Радницки. "Кроме того, они использовали равное время для гидравлического удержания и удержания ила".

Проблема в том, объясняет он, что на очистной станции, использующей биоплёнки, время удержания ила (время нахождения бактерий на станции) будет намного больше, чем время гидравлического удержания (время нахождения сточных вод на станции).

"Это позволяет со временем накапливаться и концентрироваться металлическим загрязнителям, включая ионы серебра и наночастицы серебра", — сказал Радницки, чья работа включала время воздействия 48 часов. "Иммобилизованные клетки биоплёнки подвергаются воздействию гораздо большего объёма воды и массы загрязнителей, чем системы планктонных клеток. Это означает, что результаты исследований краткосрочного воздействия могут не учитывать ожидаемого накопления серебра в биоплёнке; операторы очистных сооружений могут недооценивать потенциальную токсичность ситуаций долгосрочного воздействия низких концентраций".