Ученые Сколтеха и их российские и норвежские коллеги исследовали воздействие озона на растворенные в воде органические вещества в рыбном хозяйстве с замкнутым водообменом. Работа помогает оценить сильные и слабые стороны озонирования как метода водоочистки и закладывает основу для исследований в области научно обоснованного подбора методов очистки, адаптированных под условия конкретного рыбного хозяйства.
«Хотя озонирование широко применяется в рыбных хозяйствах для очистки воды от нежелательных органических веществ, в нашей работе впервые детально исследовано влияние этого метода на качество воды и концентрации широкого спектра органических молекул, — рассказывает один из авторов научной статьи, старший научный сотрудник Сколтеха Александр Жеребкер. — При помощи масс-спектрометрии сверхвысокого разрешения нам удалось уточнить, какие вещества успешно разлагаются озоном и какие в результате этого получаются продукты. На основе этой информации владельцы рыбных хозяйств могут сделать выводы, подходит ли озонирование конкретно для их воды. А ученые могут аналогичным образом исследовать другие методы очистки. Конечная цель — принятие эффективных, научно обоснованных решений при выборе и сочетании методов водоочистки».
Органические вещества, уровни которых замеряли исследователи, попадают в бак с рыбой из естественного водоема, откуда в систему поступает вода. Многократно забирая пробы воды, ученые отслеживали, как состав этих соединений и концентрация каждого из них менялись со временем, в частности в момент после озонирования.
«Мы регистрируем, какая органика поступает в систему извне. Хотя дальше она смешивается с остатками корма и продуктами жизнедеятельности рыб, анализ отчетливо показывает, что на входе мы имеем сравнительно высокое содержание гуминоподобных и ненасыщенных CHO-соединений, которые связывают с цветением воды, изменениями в переносе микроэлементов и активности микроорганизмов — всё это вредно для рыбы. После озонирования уровни этих соединений падают, зато появляются новые насыщенные и фульвоподобные вещества — продукты разложения. Они более инертны и, соответственно, благоприятны для роста рыбы», — объясняет Жеребкер.
Некоторые соединения оказались устойчивы к озону. Возможно, они бы подверглись его воздействию при более высокой дозе, но если использовать слишком много озона, нарушается естественная концентрация кислорода в воде, что тоже пагубно отражается на здоровье рыб.
Столь подробный анализ растворенных органических веществ стал возможен благодаря применению продвинутого метода под названием масс-спектрометрия ионного циклотронного резонанса с Фурье-преобразованием. При помощи него можно детектировать присутствие в образце и сравнивать концентрации большого количества веществ, причем не зная наперед, какие соединения там есть — это называется нетаргетным анализом. За проведение масс-спектрометрии и работу с полученными данными были ответственны ученые из Сколтеха; эту часть исследования профинансировал РНФ (грант № 21-47-04405). Российско-норвежское сотрудничество проходило по программе «Транснациональный доступ» в рамках программы грантов Европейской комиссии Horizon Europe.
«Наш алгоритм можно использовать и при применении других методов очистки воды, а также в других системах, что позволит оценить эффективность методов очистки и выбирать их оптимальный набор для нужд конкретного хозяйства», — добавил соавтор исследования профессор Сколтеха Евгений Николаев, заведующий Лабораторией масс-спектрометрии, в которой проводилось исследование.