Кофеин может быть полезным маркером утечек сточных вод в системах ливневой канализации

В развитых странах, таких как Япония, системы сточных вод, предназначенные для предотвращения попадания вредных загрязняющих веществ в ливневые стоки, стареют и приходят в упадок, в результате чего загрязняющие вещества попадают в местные водоемы. Найти источник утечки в системах сточных вод, которые часто находятся глубоко под землей, может быть непросто. Традиционный метод может пропустить утечки и не может обнаружить утечки, обнаруженные ниже по потоку.

Исследователи предложили использовать уровни кофеина, распространенного домашнего загрязнителя, который иначе не встречается в окружающей среде, чтобы найти вероятные источники утечек в системах сточных вод. Результаты были опубликованы в статье, опубликованной в Письма по экологической химии 5 апреля 2024 г.

«Долгое время сточные воды и ливневые стоки объединялись в канализационные системы. Проблема переливов комбинированной канализации во время ливней существует давно, поэтому около 50 лет назад систему изменили, отделив канализацию от ливневой канализации.

«Однако даже в случае новых отдельных канализационных систем возможность утечки сточных вод из-за старения трубопроводов становится проблемой, поскольку самые старые из них находятся в земле уже пять десятилетий», — сказал Нориацу Одзаки, доцент Хиросимы. Высшая школа передовых наук и техники университета в Хигасихиросиме, Япония.

С июня 2022 года по май 2023 года исследователи собирали воду из ливневой канализации в засушливые периоды в шести городских водосборных бассейнах один или два раза в месяц. В каждом пункте сбора пробы собирали от пяти до 11 раз.

Они также собрали образцы дождевой воды, воды из луж и бытовых сточных вод. Они протестировали множество распространенных бытовых химикатов, в том числе ароматические соединения, часто встречающиеся в мыле, моющих средствах и косметике, включая OTNE, HHCB, AHTN, DPMI и мускусный кетон; кофеин; и бензофенон, распространенный ингредиент солнцезащитных кремов.

«Эти соединения постоянно обнаруживаются в бытовых сточных водах Японии», — сказал Одзаки. «Кроме того, были также измерены три полициклических ароматических углеводорода (ПАУ), которые обычно используются в качестве индикаторов загрязнения воздуха и городских поверхностей».

Чтобы получить базовый уровень, исследователи измерили, как часто эти химические вещества обнаруживаются в дождевой воде и воде луж. ПАУ обнаруживались в 80% случаев, большинство ароматизаторов обнаруживались в 60–82% случаев, а бензофенон обнаруживался в 100% случаев в дождевой воде и в 90% случаев в воде из луж. Однако содержание кофеина и ароматических соединений DPMI и мускусного кетона было намного ниже. Менее чем в половине случаев их обнаруживали в дождевой воде и воде из луж.

ПАУ и бензофеноны были настолько распространены в дождевой воде и воде из луж, что трудно определить источник повышенного уровня этих химических соединений в ливневой канализации и выявить утечки. Уровень загрязнения дождевой воды, бытовых сточных вод и ливневых стоков в исследуемых районах различался всего на порядок. Для трех ароматов наблюдалась более существенная разница: два или более порядков между протестированными ливневыми стоками и бытовыми сточными водами.

Однако уровень загрязнения кофеином заметно отличался для дождевой и лужевой воды, ливневых стоков и бытовых сточных вод. Рециркуляция кофеина в дренажную систему через осадки практически отсутствует, а источником кофеина в стоках можно считать бытовые сточные воды. Кофеин также является наиболее стабильным в водной фазе среди протестированных химических веществ, и теоретически его можно легко использовать в качестве индикатора для будущих исследований.

Заглядывая в будущее, исследователи хотят больше узнать о загрязнении, вызванном этими утечками. «Мы хотим выяснить степень возможного загрязнения принимающих общественных водоемов, таких как реки, озера или прибрежные районы, утечками», — сказал Одзаки. «И, наконец, мы хотим разработать диагностическую технологию для выявления утечки на объекте, используя следы органических химикатов в качестве индикатора».