Тема 11. Микрофлора воды.

Вода, как и почва, является естественной средой обитания для многих микроорганизмов, в которой они живут, размножаются, участвуют в процессах круговорота углерода, азота, серы, железа и других элементов. В большинстве случаев микроорганизмы попадают в воду из почвы, некоторые — из воздуха с оседающей пылью. Значительное количество микроорганизмов попадает с хозяйственно-бытовыми сточными водами, которые содержат миллионы и даже миллиарды бактерий в 1 см3. Благодаря сточным водам в водоемы поступает также большое количество органических веществ, стимулирующих размножение микроорганизмов флуоресцирующих палочек (особенно сапрофитных) — род Pseudomonas, бактерий род Aeromonas, микрококков, сарцин и др. В чистых водоемах до 80% всей аэробной сапрофитной микрофлоры приходится на кокковые формы, остальные 20% составляют палочковидные.

Кроме сапрофитных, в воде могут находиться и переживать определенные сроки различные патогенные микроорганизмы. Атмосферная, еще не сконденсированная вода практически не содержит бактерий. В момент попадания осадков (дождь, снег, град) на поверхность земли в них зачастую уже можно обнаружить бактерии, которые разрастаются при контакте осадков с частицами пыли, находящимися в воздухе. При этом содержание бактерий может быть от менее 10 до нескольких сотен в 1 см3. Осадки, попавшие с поверхности в сток, могут быть особенно обсеменены микробами на первом участке стока. Часто содержание бактерий в стоках с участков земли, используемой в сельском хозяйстве, составляет от нескольких сотен до миллиона в 1 см3.

Образующиеся потоки в зависимости от наплыва воды содержат резко отличающиеся друг от друга показатели количества бактерий. В неподвергавшихся внешнему воздействию средних и нижних слоях потоков и в бурных течениях количество бактерий снова уменьшается под влиянием многочисленных факторов: разбавление водой источников с небольшим содержанием бактерий, седиментация крупных органических частиц и гибель вегетативных форм бактерий.

Факторы самоочищения тем эффективнее, чем дольше воздействие седиментации, активности других микроорганизмов, температуры, солнечного света, токсических продуктов обмена веществ, органического запаса питательных веществ, недостатка кислорода и других возможных причин, способствующих уменьшению содержания бактерий в природных и искусственных водоемах.

Микрофлора водоема в естественных условиях вписывается в установившееся биологическое равновесие. Микроорганизмы играют важную роль в минерализации органических веществ в воде и, таким образом, являются важным звеном в круговороте веществ в природе. Количество автохтонных бактерий (самостоятельная, первоначально существующая микрофлора, для которой вода является естественной средой обитания) составляет от нескольких сотен до 1 тыс. бактерий в 1 см3 воды.

Особенно большое количество бактерий находится на поверхности ила. Различные атмосферные осадки питают подземные грунтовые воды. В результате фильтрации и адсорбции в грунте удерживаются не только проникающие бактерии, но и питательные вещества. В собственно грунтовых водах количество бактерий в 1 см3 изменяется в интервале от менее 10 до нескольких сотен. Лишь изредка встречаются грунтовые воды, полностью свободные от бактерий, в них доминируют очень медленно размножающиеся формы, которые во многих случаях обусловливают условную стерильность воды.

Вода во всех своих формах представляет вторичный биоток, в котором в естественных условиях может устанавливаться биологическое равновесие. Чуждые бактерии (аллохтонные), попадающие в воду из грунта, загнивающих растений и, в особенности, из сточных вод, в виде аллохтонных намывов приобретают решающее гигиеническое значение при использовании воды в качестве питьевой или даже в хозяйственных целях.

К постоянно живущим в воде микроорганизмам относятся: Azotobacter, Nitrobacter, Microccus roseus, Pseudomonas fluorescens, Bact. aquatalis, Proteus vulgaris, Spirillum и др. Кроме сапрофитов, в воде могут быть возбудители инфекционных болезней животных и человека.

Источником патогенной микрофлоры в воде являются больные люди и животные, с выделениями которых в воду попадают патогенные и непатогенные микроорганизмы. Через воду часто передаются водные инфекции, или болезни грязной воды,—холера, брюшной тиф, дизентерия, лептоспироз, который раньше называли водной лихорадкой, полиомиелит, эпидемический гепатит, Ку-лихорадка и другие инфекции.

Обнаружить патогенные микроорганизмы в воде крайне сложно ввиду их малой концентрации и плохого роста на искусственных питательных средах. Выявлению патогенных микроорганизмов мешают также сапрофиты, присутствующие в воде в больших количествах.

В качестве объективных показателей загрязнения воды патогенными микроорганизмами используют санитарно-показательные микроорганизмы, постоянно обитающие в организме человека и животных. По наличию и их количеству в воде косвенно судят о ее возможном инфицировании патогенными микроорганизмами.

В качестве санитарно-показательных микроорганизмов при исследовании воды предложены представители нормальной микрофлоры тела человека или животных: кишечная палочка, энтерококки, клостридии, протей и др. Чем выше их концентрация, тем вероятнее присутствие патогенных бактерий, таких как сальмонеллы, возбудители холеры, дизентерии, гепатита и т. д. Определить конкретного возбудителя сложно, поэтому санитарную оценку воды дают по наличию в ней кишечной палочки (E. coli).

Для бактериологического исследования в стерильную бутыль отбирают 400–500 мл воды. Бутыль закрывают стерильной пробкой. Из открытых водоемов пробы воды берут на глубине 10–15 см от поверхности, а из мелких — на уровне 10–15 см от дна.

Пробы из водопровода берут следующим образом: предварительно в течение 10 мин спускают воду, затем обжигают кран, после чего набирают исследуемую воду в колбу, которую доставляют в лабораторию не позднее чем через 4 ч после взятия.

Общее микробное число или количество МАФАнМ определяют по количеству микроорганизмов, обнаруженных в 1 мл воды. Водопроводная вода считается пригодной для питья, если общее число микробов в 1 мл не более 100, загрязненной — 500 микробов и более. В воде колодцев и открытых водоемов в 1 мл не должно быть более 1000 микробов.

Степень биологического загрязнения оценивают по коли-титру и коли-индексу. Коли-титром называется наименьший объем воды в мл или сухого вещества в г, в котором обнаруживается хотя бы одна кишечная палочка.

Бродильный титр — наименьший объем воды, при посеве которого в глюкозную среду обнаруживается газообразование. Он может соответствовать коли-титру в том случае, если сбраживание глюкозы вызывает E. coli, а не другие микроорганизмы.

Коли-индексом называется число кишечных палочек, обнаруженных в 1 л воды. По существующим нормативам вода считается качественной, если ее коли-индекс не более 3, а коли-титр не менее 300 мл. Вода шахтных колодцев должна иметь коли-индекс не более 10, а коли-титр не менее 100. Для перевода коли-титра в коли-индекс 1000 делят на показатель коли-титра, а для перевода коли-индекса в коли-титр 1000 делят на число, выражающее коли-индекс.

В естественных условиях даже в сильно загрязненных водоемах количество микроорганизмов в воде резко снижается, т. е. происходит самоочищение воды, под действием следующих факторов: оседание микроорганизмов и органических веществ; течение, способствующее уменьшению концентрации органических веществ в воде, что отрицательно влияет на размножение микроорганизмов; бактерицидное действие ультрафиолетовых лучей на микрофлору воды, проникающих на глубину до 3 м; развитие бактериофага; бактерицидное действие бактерийантагонистов, а также растений, выделяющих во внешнюю среду антибиотические вещества, задерживающие развитие сапрофитных микроорганизмов. Степень загрязнения водоема характеризуют сапробностью водоема.

Условно различают следующие зоны сапробности:

-полисапробная зона — вода сильно загрязнена, богата органическими веществами, бедна кислородом, количество микроорганизмов в 1 см3 достигает десятков миллионов, в

воде активно идут процессы гниения и брожения;

-мезосапробная зона — характеризуется интенсивной минерализацией органических веществ, преобладают процессы окисления и нитрификации, количество микроорганизмов достигает нескольких сот тысяч в 1 см3 воды;

-олигосапробная зона — зона относительно чистой воды, содержит мало органических веществ, количество бактерий составляет десятки тысяч в 1 см3 воды, минерализация органических веществ закончена.

Сточные воды предприятий пищевой промышленности, в том числе молочной, образуются из воды, используемой для мойки технологического оборудования, трубопроводов, тары, мытья полов, панелей производственных помещений; воды, используемой для охлаждения продуктов, работы технологических установок, а также для хозяйственно-бытовых нужд.

Количество сточных вод предприятия в среднем составляет 80–85% расхода потребляемой свежей воды. Биологическую очистку сточных вод молочных заводов и других пищевых предприятий осуществляют на собственных или общих очистных сооружениях совместно с бытовыми стоками населенных пунктов.

Для биологической очистки сточных вод применяют активный ил, в состав которого входят бактерии, мелкие и крупные инфузории, брюхоресничные, коловратки, нитчатые, молочно кислые и другие организмы, обусловливающие распад различных веществ, входящих в сточные воды.

Очистное сооружение представляет собой проточный водоем, в котором при участии грибов и бактерий (аэробных и анаэробных) происходит разложение органических веществ.

Цель очистки сточных вод — освобождение их от твердых, жидких минеральных и органических веществ, перед их попаданием в ручьи и реки. Содержание органических веществ, разлагаемых микробами, оценивают по так называемому биологическому потреблению кислорода (БПК) — количеству кислорода, необходимого микроорганизмам для окисления органического материала в процессе дыхания. Например, БПК_5 — это количество кислорода, которое будет потреблено микроорганизмами в процессе разложения органических веществ за 5 дней. Химическое потребление кислорода (ХПК) — количество кислорода, необходимое для полного химического окисления органических веществ до СО2 и Н2О.

Для очистки сточных вод в очистных системах используют различные технические приемы, осуществление которых происходит на одних и тех же основных этапах:

-удаление относительно легко осаждаемых твердых частиц в пескоуловителе и в первичном отстойнике;

-микробиологическое окисление растворенных органических веществ с применением активного ила либо с использованием биофильтра;

-инкубация осадка, удаленного из первичного и вторичного отстойников в анаэробных условиях в метантенке, где в результате образуется метан и выпадает осадок. После обезвоживания из этого осадка можно получать компост и использовать его в качестве удобрения.

После прохождения данных этапов очищенная осветлена вода сбрасывается в реки непосредственно или через водоприемник. Такая вода содержит продукты минерализации — ионы фосфата, нитрата, аммония и др. Ее можно использовать для орошения полей и удобрения лесных почв, либо добавить еще один этап к обычной процедуре очистки и путем денитрификации освободить сточные воды от связанного азота. Дополнительно их можно очищать путем химического осветления, а именно осаждением ионов фосфата с помощью солей железа. Возможно проведение и других мероприятий по очистке сточных вод.

Для уничтожения возможных болезнетворных микроорганизмов сточные воды перед выпуском в водоем необходимо обеззараживать. С этой целью применяют хлорирование хлорной известью, газообразным хлором или гипохлоритом. Вода, используемая на предприятиях пищевой промышленности, по микробиологическим показателям должна соответствовать требованиям Санитарных правил и норм (СанПиН 2.1.4.559_96).