Нормативы для питьевой воды по микробиологическим и паразитологическим показателям

Показатели	Единицы измерения	Нормативы
Термотолерантные колиформные бактерии	Число бактерий в 100 мл	Отсутствие
Общие колиформные бактерии	Число бактерий в 100 мл	Отсутствие
Общее микробное число	Число бактерий образующих колонии в 1 мл	Не более 50
Колифаги	Число бляшкообразующих единиц (БОЕ) в 100 мл	Отсутствие
Споры сульфатредуцирующих клостридий	Число спор в 20 мл	Отсутствие
Цисты лямблий	Число цист в 50 мл	Отсутствие

Для полной санитарно-эпидемиологической оценки сточных вод кроме микробного числа и коли-теста определяют третий показатель – содержание яиц гельминт. Содержание яиц гельминтов в сточной воде характеризует общую и видовую пораженность населения гельминтами и позволяет оценить уровень санитарного состояния населенного пункта. В сточной воде наиболее часто встречаются яйца аскарид. На их долю приходится около 92% общего числа яиц гельминтов, остальные 8% составляют яйца власоглава, остриц, широкого лентеца.

Снижение содержания яиц гельминтов в сточных водах происходит при увеличении водопотребления и повышении общей культуры населения.

12. Участие пркариотных микроорганизмов в круговороте химических элементов

В настоящее время изучены круговороты углерода, серы, азота, фосфора, кремния и других химических элементов, осуществляющихся с участием бактерий. Круговорот происходит благодаря длинной цепи последовательных, скоординированных реакций и объединяет процессы синтеза и распада органических веществ [31].

12.1. Круговорот углерода и гидрогеохимические процессы

Круговорот углерода, важнейшего элемента органической жизни, осуществляется путем весьма сложных превращений [31]. Животные в процессе дыхания выделяют углекислый газ, который используется растениями и некоторыми микробами для синтеза сложных органических веществ. Органические вещества идут на питание человека и животных. После отмирания живых существ они становятся достоянием микробов, которые разлагают их с выделением различных продуктов, в том числе углекислый газ.

Рис. 13. Круговорот углерода [31]

Микроорганизмы усваивают растворимые в воде углеродсодержащие вещества (углеводы, спирты). Но основная масса углерода сосредоточена в трудно растворимых органических соединениях: клетчатке, пектиновых веществах, крахмале, жирах, лигнине, и других. Эти вещества микробы перерабатывают в две стадии. Первая стадия заключается в гидролизе, в процессе которого под воздействием воды и особых ферментов сложные органические вещества разлагаются с образованием более простых. Так, например, клетчатка в результате гидролиза распадается и дает глюкозу и целлобиозу. При гидролизе пектина получаются кислоты (уксусная и галактуроновая), а также метиловый спирт. Жиры, гидролизуясь, дают глицерин и различные жирные кислоты.

Вторая стадия – это брожение, сущность которого заключается в дальнейшем разложении органических соединений бактериями (под воздействием соответствующих ферментов). Бактерии используют эти соединения для питания, дыхания и т.д. и, минерализуя их, выделяют СO₂, воду и различные органические вещества (в зависимости от типа брожения).

Главным звеном во всех превращениях углерода является углекислый газ. Он черпается растениями для фотосинтеза из воздуха, где его содержание более или менее постоянно и составляет 0,033%. Восполнение его в воздухе происходит за счет биохимических процессов дыхания и брожения, деятельности человека (сжигания топливных материалов для промышленных целей и пр.), извержения вулканов.

Гидрогеохимическое значение биогенного круговорота углерода связано с углекислым газом, обусловливающим карбонатное равновесие – одно из важнейших и весьма сложных гетерогенных равновесий природных вод. В нем непосредственно участвуют СО₂ биогенного, метаморфического и атмосферного генезиса и СO₂, растворенный в воде. Осуществляются следующие реакции:

СO₂ + Н₂O = Н₂СO₃, (4)

Н₂СO₃ = Н⁺ + НСО_з^- =2Н⁺ + СO₃^2- (5)

СаСО_з (тверд.) + СO₂ + Н₂O = Са(НСО₃)₂ = Са²⁺ + 2НСО_з^- (6)

СаМg(СО₃)₂ (тверд.) + 2СО₂ + 2Н₂О = Са(НСО₃)₂ + Мg(НСО₃)₂ =

= Са²⁺ + Мg²⁺ + 4НСО_з^- (7)

В обобщенном виде равновесие может быть выражено следующей схемой:

СО₂ (газ) = СО₂ (раств.) = Н₂СО₃ = Н⁺ + НСОз =2Н⁺ + СO₃^2- =

= СO₃^2- + Са²⁺+ Мg²⁺ =СаСО₃ (тверд.) + СаМg(СО₃)₂ (тверд.). (8)

Каждое из отдельных равновесий с количественной стороны характеризуется соответствующей константой, определяющей соотношение между концентрациями компонентов при данных условиях. Изменение в одной из частей общего равновесия вызывает изменение во всей цепи. Например, увеличение количества СО₂ (за счет биохимических процессов и пр.) понижает рН раствора, вода становится ненасыщенной по СаСО₃, вследствие чего при наличии карбонатных пород вода из твердой фазы переводит их в раствор. Наоборот, при уменьшении количества СО₂ (за счет фотосинтеза и пр.) повышается рН раствора, создается пересыщение воды карбонатом кальция и он выпадает в осадок.

Из приведенных равенств следует, что с карбонатным равновесием, центральным звеном в котором является СО₂, связано поведение в природных водах ионов НСО_з^-, СO₃^2-, Са²⁺ и Мg²⁺. Список может быть продолжен, поскольку карбонатное равновесие определяет поведение в водном растворе еще очень многих компонентов, образующих карбонатные соли разной степени подвижности (Fе, Sг, U, Сu, Рb, Zn и др.) в зависимости от содержания СО₂. Кроме прямого влияния карбонатное равновесие, в котором участвуют ионы водорода, косвенно воздействует практически на весь комплекс растворенных в природных водах веществ, миграция которых, так или иначе, зависит от величины рН.

Однако гидрогеохимическая роль процессов биогенного превращения углерода не ограничивается карбонатным равновесием. Микроорганизмы, разрушающие органическое вещество, переводят в раствор ряд органических кислот (гуминовую, фульвокислоту и др.), которые понижают рН раствора и, кроме того, обусловливают образование органно-минеральных комплексов – хелатов многих поливалентных металлов (Fе, А1, Сu, Zn, Рb и др.); последние приобретают подвижность в водном растворе, поскольку хелаты имеют сравнительно хорошую растворимость.

В настоящее время установлено, что активными комплексообразователями – хелатизаторами являются не только указанные выше кислоты, но еще и щавелевая, лимонная, винная, яблочная, сахарная, глюконовая, глютаминовая и другие окси- и аминокислоты, выделяющиеся корневыми системами растений, под воздействием микроорганизмов и их ферментов [31]. Учитывая обилие продуктов жизнедеятельности микробов и растений, обладающих хелатизирующей способностью, высокую устойчивость соединений хелатного типа и широкий интервал значений рН, в котором образуются и существуют эти соединения, хелатизацию можно считать одним из важнейших гидрогеохимических факторов.

Необходимо подчеркнуть, что устойчивость и подвижность хелатов в водных растворах далеко выходят за пределы возможности существования ионных и коллоидных растворов поливалентных металлов, а образовываться они могут на минеральной среде при очень небольшом количестве органических соединений. Энергичное комплексообразование наблюдается даже в системах порода + вода + мертвая бактериальная масса. Полиметаллы, входящие в состав хелатов, обнаруживаются методами обычного химического анализа только после разрушения комплексов, а разрушаются они с большим трудом. Известно, что многие из них остаются в виде хелатов и при таких аналитических операциях, как кипячение, сильное подкисление раствора и т.д. В связи с этим необходимы особые аналитические приемы. Например, при определении железа используется метод электрофореза на бумаге.

Таким образом, роль микроорганизмов (и вообще живого вещества), обусловливающих круговорот углерода, в поведении самых различных компонентов природных вод исключительно велика, но исследованность этой проблемы пока недостаточна. Многие вопросы остаются неясными: о масштабах и механизме воздействия конкретных видов микроорганизмов в рассмотренных процессах; о влиянии и свойствах минерального субстрата, участвующего в процессах, и причинах образования различных продуктов, переходящих в раствор на одном и том же субстрате; о роли хелатизации в поведении ряда элементов, степени устойчивости возникающих комплексов и способах их разрушения и т.д.

Геологическая роль биогенного круговорота углерода, тесно связанная с гидрогеохимическими процессами, проявляется при формировании и разрушении месторождений торфа, бурого и каменного угля, нефти и газа.

Исследования показывают, что исходным материалом для образования торфа служат мхи, болотная и древесная растительность; бурых углей – крупные деревья, произрастающие в сырых лесах; каменных углей – различные папоротникообразные растения. Торф формируется в современную эпоху, бурые и каменные угли являются ископаемыми [31].

Считается, что каустобиолиты (торф, бурые и каменные угли) возникают в две фазы. Первая – это период сравнительно быстрого биогенного (под влиянием микроорганизмов) разложения нестойких веществ растительных остатков в аэробных условиях и накопления устойчивых соединений типа лигнина, кутина, суберина и др.. Вторая фаза – период медленного разложения устойчивых соединений в еще более стойкие продукты (например, гуминовые кислоты преобразуются в гуминовые вещества каменных углей и т.д.). Процессы протекают в анаэробных условиях и являются биогенными для торфа и бурых углей и абиогенными для каменных углей [20].

Роль микроорганизмов в формировании месторождений нефти и газа исследована недостаточно. Значительно лучше изучены процессы разрушения этих месторождений.

Известно, что в анаэробных условиях микробы определяют биогенный распад отдельных составных частей нефти с образованием горючих газов. Так, в пластовых водах многих нефтяных месторождений обнаружены бактерии, способные образовывать метан за счет разложения жирных кислот, а также из водорода и углекислоты. Найдены бактерии, продуцирующие биогенный азот в результате распада азотсодержащих веществ нефти. Наконец, в нефтяных месторождениях широко распространены особые группы сульфатредуцирующих микроорганизмов, разлагающих нефть с выделением газообразных продуктов (СО₂, Н₂S и пр.); по данным Л.Е. Крамаренко (1956), эти микроорганизмы способны развиваться, лишь используя высшие жидкие углеводороды, в связи с чем они могут применяться в качестве поискового показателя на нефть [19].

В аэробных условиях происходит процесс разрушения нефти и горючих газов, связанный с их окислением. Окисление становится возможным при миграции нефти по трещинам горных пород к дневной поверхности. В зависимости от характера нефти из нее в окислительных условиях выпадают твердые продукты: парафин, озокерит или битумы типа гудрона. Исследования показывают, что в окислении нефти участвует большое число различных видов микробов, специализирующихся на переработке отдельных компонентов нефти. Горючие газы проникают к поверхности не только по трещинам в горных породах, но и путем диффузии через плохо проницаемые отложения. В поверхностных условиях идет их микробиологическое окисление. Известны метан-, этан- и пропанокисляющие бактерии, что свидетельствует об избирательности ввязанных с ними процессов. Горючие газы окисляются до СO₂ и воды. Установлено, что распространение бактерий довольно строго приурочено к контурам залежей газа, вследствие чего бактерии могут служить поисковыми показателями на горючий газ [24].