Лекция

МИКРОБИОЛОГИЯ ПРИРОДНЫХ ВОДОЕМОВ И САНИТАРНО МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ВОДЫ

Основным источником поступления микроорганизмов в поверх­ностные пресные водоемы служит почва. Большое количество мик­роорганизмов попадает в водоемы со сточными водами, содержа­щими биологически разлагаемые вещества. Некоторая часть мик­роорганизмов поступает в водоемы из воздуха.

Выделяют две экологические группы микроорганизмов: автох­тонную и аллохтонную. Самостоятельная, первоначально сущест­вующая микрофлора, для которой вода является естественной сре­дой питания, называется автохтонной. Состав ее отличается ста­бильностью и является характерным для каждого водоема. Мик­роорганизмы, поступающие в воду извне, например со сточными водами, образуют аллохтонную микрофлору. Эти микроорганизмы в водоеме попадают в неблагоприятные условия, которые состоят в отсутствии или недостатке питательных веществ, изменении тем­пературы, рН, солевого состава, окислительно-восстановительного потенциала и др. Поэтому микроорганизмы аллохтонной микро­флоры спустя некоторое время после попадания в водоем отмира­ют. Среди микроорганизмов аллохтонной микрофлоры могут быть и патогенные формы. Между микроорганизмами автохтонной и ал­лохтонной группы возникают антагонистические отношения, что ускоряет отмирание несвойственных чистому водоему микроорга­низмов. Характерным является создание в водоеме новой авто­хтонной микрофлоры, если загрязнение определенными соединения­ми, например нефтью, фенолами, наблюдается постоянно в тече­ние длительного промежутка времени. Подобная же смена биоце­нозов наблюдается и при длительном поступлении сточных вод, содержащих тяжелые металлы.

К карликовому планктону (наннопланктон) относятся микроорганизмы, размер которых менее 50 мкм (бактерии, фаги, вирусы). Среди планктонных микроорга­низмов широко представлены бактерии, вызывающие биохимиче­ское окисление органических веществ, но встречаются и автотрофные организмы. Бактерии могут вместе с водорослями, простейши­ми развиваться на деструктурированных частицах органических остатков (детрите).

В зимний период наблюдается минимум развития бактериаль­ного планктона, в паводок количество бактерий значительно уве­личивается, часто достигая максимума. Затем с развитием водо­рослей численность их снижается, оставаясь постоянной в течение лета, осенью во время массового отмирания фитопланктона коли­чество бактерий резко возрастает. Причина сезонных изменений планктона заключается в колебаниях содержания питательных ве­ществ, необходимых для определенных групп планктона.

Особенно много бактерий, осуществляющих пре­вращения биогенных элементов, находится в верхнем слое донных отложений. Они могут образовывать на поверхности донных отло­жений пленку толщиной в несколько миллиметров. На больших глубинах микробентосные формы широко пред­ставлены, в основном, бак­териями-минерализаторами. Процессы разложения орга­нических веществ с наи­большей напряженностью идут именно в поверхност­ных слоях донных отложе­ний.

Классификация микро­организмов по физиологиче­ским признакам основана на их способности усваивать различные вещества из вод­ной среды в аэробных или анаэробных условиях. Микроорганизмы различных физиологичес­ких групп вступают между собой в сложные метабиотические или антагонистические отношения. Основная роль в биоценозах отво­дится группам микроорганизмов, участвующих в круговороте важ­нейших биогенных элементов — углерода, азота, серы, фосфора. В физиологическую группу микроорганизмов, участвующих в кру­говороте азота, входят протеолиты, гидролизующие сложные бел­ки до простых и аминокислот; аммонификаторы; нитрификаторы; азотфиксирующие бактерии; денитрификаторы и другие группы микроорганизмов. Среди этих многочисленных форм есть и облигатные аэробы, например нитрификаторы, и анаэробные микроорга­низмы.

Физиологическая группа микроорганизмов, участ­вующая в круговороте углерода, включает большое число как аэробных, так и анаэробных форм. Основная роль принадлежит микроорганизмам, сбраживающим (в анаэробных условиях) и окисляющим (в аэробных) углеводы, в частности целлюлозу, ко­торая образует основную часть органических остатков при отмира­нии растений. В водоемах присутствуют также микроорганизмы, окисляющие жиры, органические кислоты, углеводороды и др. Анаэробные микроорганизмы, населяющие донные отложения, вы­зывают разложение органических соединений и дальнейшее пре­вращение образующихся газообразных продуктов (Н₂, N₂, H₂S) в другие вещества. Среди них представлены возбудители метанового, водородного, маслянокислого и других видов брожения.

Из других физиологических групп микроорганизмов, присутст­вующих в водоемах, следует отметить бактерии, окисляющие се­роводород до серы или сульфатов (тионовые) и восстанавливаю­щие (в анаэробных условиях) сульфаты до серы и даже до серо­водорода (сульфатредуцирующие). В чистых водоемах могут со­держаться и другие бактерии — автотрофы, например железобак­терии.

Основное значение при оценке санитарного режима водоема имеют бактерии — сапрофиты, разлагающие органическое вещество. По количеству микроорганизмов сапрофитов в поверхностных водах можно судить о санитарном состоянии водоемов (табл. 17).

Санитарно-бактериологическая оценка качества воды

Бактериологические показатели качества воды являются частью исследования свойств вод любого состава, происхождения и бакте­риальной загрязненности. Бактериологические показатели более чувствительны при определении степени загрязнения водоема бы­товыми сточными водами, чем результаты химического исследова­ния. Так, по содержанию бактерий-сапрофитов можно обнаружить загрязнение воды органическими биологическими разлагаемыми со­единениями при разбавлении в десятки и сотни тысяч раз. Высокая чувствительность микробиологических методов исследования име­ет большое значение в деле охраны водной среды от, загрязнения. Основная задача санитарно-бактериологических исследований воды заключается в получении гигиенической оценки ее качества в отношении инфекционной опасности. Определение отдельных ви­дов патогенных микроорганизмов требует специальных, зачастую сложных методов микробиологического исследования, да и полу­ченный отрицательный результат не всегда гарантирует отсутст­вие этих форм. Поэтому в практике микробиологических исследо­ваний применяют косвенные методы оценки качества воды по бак­териологическим показателям. При систематических исследованиях эпидемиологического состояния водоема в качестве санитарно-показательных микроорганизмов используются наиболее характерные представители микрофлоры кишечника человека.

Санитарно-бактериологическому исследованию подлежит вода:

а) централизованного водоснабжения и водопроводных сетей; б) колодцев, родников; в) открытых водоемов (озер, прудов, рек); г) сточная; д) плавательных бассейнов; е) минеральная.

Его производят при выборе водоисточников, при систематическом санитарно-гигиеническом наблюдении за ними и по эпидемиологическим показаниям.

Санитарно-показательные микроорганизмы, и показатели характеризующие бактериологическое загрязнение воды поверхностных водоемов и питьевой воды

В качестве санитарно-показательных организмов, применяемых для оценки вероятности содержания в воде патогенной микрофло­ры, используют микроорганизмы, для которых постоянной средой обитания является кишечник человека и животных. Количествен­ный учет микроорганизмов — индикаторов загрязнения позволяет дать более точную оценку степени бактериального загрязнения воды. Основные требования, предъявляемые к санитарно-показательным микроорганизмам: 1) они должны иметь общую естествен­ную среду обитания с патогенными микроорганизмами и выделять­ся во внешнюю среду в большом количестве; 2) во внешней среде санитарно-показательные микроорганизмы должны по возможно­сти равномерно распределяться и быть более устойчивыми, чем патогенные. Они должны дольше сохраняться в воде, практически не размножаясь, иметь большую устойчивость к воздействию раз­личных неблагоприятных факторов, у них должна возможно в меньшей степени проявляться изменчивость свойств и признаков; 3) методы определения санитарно-показательных микроорганиз­мов должны быть простыми, быстрыми и иметь достаточную сте­пень достоверности.

1. Сапрофитные микроорганизмы - мезофильные, сапрофитные аэробы и факультативные анаэробы, способные образовывать на питательном агаре данного состава колонии, видимые при увеличении в 2 раза. При текущем контроле определяют, как правило, число сапрофитных микроорганизмов, вырастающих при температуре 37°С в течение 24 ч. В порядке предупредительного санитарного надзора дополнительно определяют число сапрофитных микроорганизмов, вырастающих при температуре 20 - 22°С в течение 48 ч. Соотношение численности этих двух групп микроорганизмов позволяет судить о динамике и интенсивности процессов самоочищения. При 20°С вырастают преимущественно бактерии - представители автохтонной микрофлоры водоема, которые являются активными участниками процесса самоочищения, а при 37°С - представители аллохтонной микрофлоры, попадающие в водоем из организма человека и теплокровных животных. В местах загрязнения хозяйственно-бытовыми сточными водами числовые значения обеих групп близки. По мере прохождения процессов самоочищения число бактерий, вырастающих при 20°С, начинает превалировать над числом бактерий, вырастающих при 37°С. Эта разница наиболее выражена при завершении процессов самоочищения.

4. Escherichia coli - условная группа микроорганизмов, к которой относят лактозоположительные кишечные палочки, ферментирующие лактозу при температуре 44,5°С и образующие индол. В эту группу, кроме собственно E.coli, могут входить бактерии родов Klebsiella, Citrobacter, Enterobacter, обладающие вышеперечисленными свойствами. E.coli определяют при оценке качества воды поверхностных водоемов для расшифровки характера и происхождения микробного загрязнения, превышающего нормативные значения. Для оценки полученных данных имеет значение не только абсолютное число E.coli в воде, но и соотношение ЛКП/Е-coli. (лактозоположительных кишечных палочек) Наличие в воде E.coli свыше 1000 кл./дм³ свидетельствует о недавнем поступлении фекального загрязнения и незавершенности процессов самоочищения. В этих случаях, как правило, соотношение ЛКП/E.coli бывает менее 10, что является показателем потенциальной эпидемической опасности воды изучаемого водоема.

Индол – ядовитый продукт неполного распада белков, содержащих трптофан

5. Энтерококки - физиологическая группа микроорганизмов, включающая два вида энтерококков - Е. faeсalis (биовары liquefaciens и zimogenes) и Е. faecium (биовар durans). Факультативно-анаэробные, хемоорганотрофные, грам+ бактерии. Являются одним из фоновых видов кишечника человека, млекопитающих, птиц. Энтерококки рекомендуется определять для подтверждения фекального характера загрязнения, например, при сочетании превышающего нормативные значения индекса ЛКП (лактозоположительных кишечных палочек) и низких значениях индексов E.coli или при несоответствии оценки качества воды по индексу ЛКП и реальной ситуации на водном объекте. При индексе энтерококков более 500 кл./дм предполагается поступление "свежего" фекального загрязнения и наличие опасности в эпидемическом отношении.

6. Стафилококки - определяют в воде водоемов, используемых для купания, как показатель загрязнения воды микрофлорой верхних дыхательных путей и кожных покровов человека. Индикаторное значение имеют стафилококки, обладающие лецитовителлазной и плазмокоагулазной активностью, в основном S.aureus, количество которых свыше 100 кл./дм³ имеет сигнальное значение для регламентации нагрузки на зону рекреации.

7. Фаги кишечных палочек - косвенный показатель энтеровируеного загрязнения, который определяют в воде в том случае, если невозможно или затруднено проведение исследований на содержание кишечных вирусов. Известно, что при содержании фагов кишечных палочек более 1000 БОЕ/дм³ вода изучаемого водоема представляет эпидемическую опасность в отношении кишечных вирусных инфекций.

При длительном нахождении в воде патогенные микроорганиз­мы могут изменяться под влиянием условий внешней среды, но при этом они не всегда теряют болезнетворные свойства.

В сточные воды с выделениями людей и животных попадают яйца гельминтов. Наиболее часто присутствуют в таких водах яйца аскарид, остриц. Биологические особенности развития обус­ловливают деление гельминтов на две группы: геогельминты и био­гельминты. Геогельминты развиваются во внешней среде без сме­ны хозяина. К ним относятся аскарида, власоглав, строгилоидес, анкилостома. Заражение человека происходит при попадании та­кой воды в рот или путем внедрения личинок в кожный покров. К биогельминтам относятся свиной и бычий цепни, эхинококк, лентецы и др. В водоемах они могут использовать в качестве орга­низмов-хозяев пресноводных рыб, раков. Количество яиц гельмин­тов в сточных водах может исчисляться сотнями в 1 л.

Санитарно-эпидемиологические показатели

Общие колиформные бактерии – (ОКБ) грамотрицательные, оксидазоотрицательные, не образующие спор палочки, способные расти на дифференциальных лактозных средах, ферментирующие лактозу до кислоты и газа при температуре (37 +/- 1) °C в течение 24 - 48 ч.

Термотолерантные колиформные бактерии (ТКБ) входят в число общих колиформных бактерий, обладают всеми их признаками и, кроме того, способны ферментировать лактозу до кислоты и газа при температуре (44 +/- 0,5) °C в течение 24 ч.

Бактерии группы кишечных палочек (БГКП) - грамотрицательные, не образующие спор палочки, сбраживающие лактозу с образованием кислоты и газа при 37 ± 0,5°С в течение 24 - 48 ч и сбраживающие глюкозу с образованием кислоты и газа при 37 ± 0,5°С в течение 24 ч. и не обладающие оксидазной активностью.

(ЛКП) Лактозоположительные кишечные палочки - грамотрицательные, не образующие спор палочки, ферментирующие лактозу до кислоты и газа при температуре 37 ± 0,5°С в течение 24 ч, с отрицательным оксидазным тестом. ЛКП являются основным микробиологическим показателем фекального загрязнения водоема. ( определяется в соотвествие с ГОСТ 2761-84 «Источники централизованного хоз-питьевого водоснабжения»)

ОКБ - основной нормируемый показатель при оценке качества воды водоемов в местах водозаборов для централизованного водоснабжения, рекреации, в черте населенных пунктов. ОКБ - интегральный показатель степени фекального загрязнения, который включает ТКБ, Е.coli и поэтому обладает индикаторной надежностью в отношении возбудителей бактериальных кишечных инфекций. ОКБ - наиболее чувствительный показатель при выявлении источников фекального загрязнения, в том числе небольших.

ТКБ рекомендуется определять одновременно в одном и том же посеве с ОКБ для подтверждения фекального происхождения загрязнения. Уровни ОКБ и ТКБ в воде водоемов, загрязняемых сточными водами, близки, различия находятся в пределах ошибки метода. По мере удаления от источника загрязнения и воздействия факторов самоочищения различия в численности этих групп индикаторов возрастают.

При высоком антропогенном, в частности, химическом загрязнении водоемов, сбросах недостаточно обеззараженных сточных вод, нарушении естественного статуса водоема (зарегулированные водоемы, каналы и т.п.) возможно снижение индикаторного значения лактозоположительных ОКБ и ТКБ в результате их более интенсивного отмирания, чем патогенные (сальмонеллы) и условно-патогенные бактерии семейства Еnterobacteriaceae. Если при этом центром госсанэпиднадзора установлено несоответствие данных анализа по ОКБ и ТКБ (менее 1000 и 100 КОЕ соответственно) и при неблагоприятной санитарно-гигиенический обстановке (нарушение режима в зонах санитарной охраны водопроводов, сброс сточных вод, урбанизации территорий водосбросов и т.п.), следует обратить внимание на рост лактозоотрицательных колоний, и определить их принадлежность к бактериям семейства Еnterobacteriaceae (по отрицательному оксидазному тесту и ферментации глюкозы до кислоты и газа) и включить их в число ОКБ при выдаче результата.

Общее число микроорганизмов (« Общее микробное число – ОМЧ »). Сущность его заключается в подсчете количества колоний микроорганизмов, вырастающих в течение 24±2 ч при температуре 37±0,5° при посеве 1 мл исследуемой воды в стандартную пита­тельную среду.

В этих условиях определяются мезофильные гете­ротрофные аэробы и факультативные анаэробы, развивающиеся на данной питательной среде. Таким образом, показатель «общее микробное число» не соответствует действительному количеству микро­организмов, присутствующих в воде. Например, в эту группу не входят микроорганизмы, развивающиеся на других питательных средах, автотрофы, облигатные анаэробы. Тем не менее этот пока­затель определяет степень бактериального загрязнения воды.

Для оценки фекального загрязнения водоемов проводят выра­щивание микроорганизмов при 37° С в течение 24 ч, а для контро­ля за ходом процесса самоочищения — при 20—22° С в течение 48 ч. Сравнительная характеристика этих определений позволяет сде­лать вывод о степени загрязнения водоема бытовыми сточными водами. В чистых водоемах преобладают микроорганизмы, вырас­тающие при 20—22° С. Общее число бактерий используется для определения эпидемиологической характеристики воды плаватель­ных бассейнов (не более 100 в 1мл) и для оценки эффективности биологической очистки и обеззараживания сточных вод.

Если нужно дать оценку микрофлоре воды в целом, используют прямой микроскопический метод подсчета микроорганизмов, до­стоинство которого заключается в более полном учете всех групп микроорганизмов. Этот метод нельзя использовать для оценки обеззараживания воды, так как при этом регистрируются не толь­ко живые, но и мертвые клетки микроорганизмов. Важное значе­ние этот метод имеет при возникновении аварийных условий в си­стеме хозяйственно-питьевого водоснабжения, при массовом бак­териальном загрязнении водоемов.

Требования к эпидемиологической безопасности поверхностных водоемов включают показатели: ТКБ, ОКБ, колифаги,, а также жизнеспособные яйца гельминтов, и цисты патогенных кишечных простейших. (СанПиН 2.1.5.980-00)

№	Показатель	1 категория водоема	2 категория водоема
1.	(ТКБ)термотолерантные колиформные бактерии	Не более100 КОЕ/100 мл	Не более100 КОЕ/100 мл
2.	(ОКБ) общие колифрмные бактерии	Не более 1000 КОЕ/100 мл	Не более 500 КОЕ/100 мл
3.	Колифаги	Не более 10 БОЕ/100 мл	Не более 10 БОЕ/100 мл

Определения безопасности питьевой воды из централизованных источников

проводится по показателям : ТКБ, ОКБ, ОМЧ, Колифаги, споры сульфитредуцироующих клостридий, цисты лямблий. (СанПиН 2.1.4.1074-01)

Показатель	Ед. измерения	Норматив
(ТКБ)термотолерантные колиформные бактерии***	Число бактерий в 100 мл	Отсутствие
(ОКБ) общие колифрмные бактерии***	Число бактерий в 100 мл	Отсутствие
Колифаги	Число бляшкообразующих единиц ( БОЕ )/100 мл	Отсутствие
ОМЧ Общее микробное число****	Число образующих колонии бактерий (КОЕ)/1 мл	Не более 50
Споры сульфитредуцирующих клостридий*	Число спор в 20 мл	Отсутствие
Цисты лямблий**	Число цист в 50 л	Отсутствие

• Определение проводится для оценке эффективности технологии обработки воды

• ** Определение проводится только в системах водоснабжения из поверхностных источников перед подачей воды в распределительную сеть

• ***При определении проводится трехкратное исследование по 100 мл отобранной пробы воды

**** Превышение норматива не допускается в 95% проб, отбираемых в точках водоразбора наружной и внутренней водопроводной сети в течении 12 мес. При кол-ве проб не менее 100 за год

Требования к качеству питьевой воды нецентрализованного водоснабжения проводится по следующим микробиологическим показателям: ОМЧ, ОКБ, ТКБ, колифаги. ( СанПиН 2.1.4.1175-02 Гигиенические требования к качеству воды нецентрализованных источников водоснабжения)

Общие колиформные бактерии*	число бактерий в 100 мл	отсутствие
Общее микробное число	число образующих колонии микробов в 1 мл	100
Термотолерантные колиформные бактерии**	число бактерий в 100 мл	отсутствие
Колифаги**	число бляшкообразующих единиц в 100 мл	отсутствие
* - при отсутствии общих колиформных бактерий проводится определение глюкозоположительных колиформных бактерий (БГКП) с постановкой оксидазного теста; ** - дополнительные показатели в соответствии с п. 4.2

Оксидазный тест используется для идентификации бактерий семейства Enterobacteriaceae (энтеробактерии), которые входят БГКП, неокрашивающиеся по Граму, и вырастающие на стандарт­ной питательной среде водные сапрофиты, не имеющие санитарно-показательного значения. Эти группы бактерий-сапрофитов отли­чаются от БГКП тем, что обладают ферментом — оксидазой. По­этому при контакте колоний микроорганизмов, вырастающих при посеве питьевой воды на стандартной питательной среде, с раство­ром фенилендиаминовых соединений ( реактив Кодака) колонии микроорганизмов, проявляющих оксидазную активность, окрашиваются в синий или фиолетовый цвет. Подавляющее большинство колоний, не изменивших цвета, образо­вано БГКП, но среди них могут быть кокки, спорообразующие и грамотрицательные палочки, не имеющие санитарно-показательного значения. Они исключаются из общего количества после пря­мого микроскопирования и при отсутствии образования газа при сбраживании глюкозы при 37° С.

Таким образом, основным крите­рием отнесения микроорганизмов к санитарно-показательным БГКП является оксидазный тест ( результат отрицательный) и способность сбраживать глюко­зу с образованием газа при 37° С. Если необходимо уточнить дан­ные о происхождении, характере и давности фекального загрязне­ния, то используют в качестве санитарно-показательного микроор­ганизма бактерии рода Escherichia (эшерихия), наличие которых в воде указывает на свежее загрязнение воды и увеличивает эпи­демиологическую опасность.