Химия воды и микробиология. Учебное пособие

71

всреде нитриты, которые являются исходным материалом для развития нитритных бактерий.

Сообщество организмов, основанное на обоюдной пользе, когда два вида создают друг другу благоприятную среду для развития, называется симбиозом. Примером могут служить взаимоотношения между клубеньковыми бактериями и бобовыми растениями. Клубеньковые бактерии получают от бобового растения безазотистые органические вещества и минеральные соли, а взамен предоставляют ему азотистые вещества, синтезированные ими из атмосферного азота.

Взаимоотношения симбиотического характера проявляются также между некоторыми формами молочнокислых бактерий, дрожжей и гнилостных бактерий (при производстве кефира).

При антибиозе, или антагонизме, наоборот, между отдельными видами микробов возникает антагонизм, продукты выделения одного из видов могут быть ядовиты для другого.

Механизм антагонистического действия у микроорганизмов может быть различным. В одних случаях идет борьба за питательные вещества и кислород,

вдругих – микробы-антагонисты образуют большое количество кислоты, создавая этим условия, в которых не могут жить другие виды микроорганизмов.

Очень часто микробы-антагонисты выделяют (в результате обмена веществ) специфические химические вещества, которые накапливаясь в окружающей среде, подавляют развитие и размножение других микроорганизмов, а иногда и убивают их. Некоторые химические соединения, выделяемые микроскопическими грибами и бактериями, получили название антибиотиков.

Антагонизм микробов играет большую роль в медицине, а также в производственной практике человека.

Сантагонизмом бактерий мы встречаемся в метантенках – установках, предназначенных для сбраживания осадка сточных вод. Рост метановых бактерий задерживается наличием масляно-кислых бактерий, выделяющих в процессе своей жизнедеятельности летучие жирные кислоты. Поэтому стараются вести процесс так, чтобы задержать обильное развитие маслянокислых бактерий.

Сообщество микроорганизмов, когда один вид живет за счет другого, называется паразитизмом. Примером такого сообщества могут служить туберкулезные палочки в тканях животного, яйца гельминтов в кишечнике человека и животных. Паразитируют также вирусы на живых клетках растительного и животного организма.

Часто совместное существование организмов основано на различии их функций. Например, бактерии, разлагающие белки с выделением сероводорода, создают благоприятные условия для развития серных бактерий (метабиоз). Так слагаются сообщества, или биоценозы, микроорганизмов.

По месту обитания в водоеме различают два биоценоза – бентос и планктон.

72

Под планктоном понимают растительные и животные организмы, находящиеся во взвешенном состоянии.

Бентосом называют совокупность организмов, заселяющих дно и подводные предметы. К ним относятся организмы, участвующие в обрастании подводных частей корабля, портовых и других сооружений.

Микроорганизмы различаются в зависимости от экологических факторов: организмы морские, пресноводные, соленых озер, болот, ручьев, рек, луж, водопадов, горячих ключей и минеральных источников.

Микроорганизмы водоема принимают деятельное участие в очистке воды. Они минерализуют органические вещества и окисляют восстановленные вещества неорганического происхождения (например, железо (II) – в железо (III), аммоний – в нитриты и в нитраты, сероводород – в соли серной кислоты и т.д.). Следовательно, органические вещества, загрязняющие воду, способствуют обильному развитию микроорганизмов, которые в процессе своей жизнедеятельности минерализируют их и этим очищают загрязненную воду.

Это диалектическое единство и борьба противоположностей лежат в основе тех сложных взаимоотношений между органическим веществом и миром организмов, которым пользуется санитарная техника для разрешения целого ряда практических задач в области водоснабжения и канализации.

Процесс самоочистки водоемов также способствуют антагонизм микроорганизмов водоема, действие прямых солнечных лучей и разбавление воды чистыми притоками.

6.8.Санитарно-техническое взаимодействие на микроорганизмы воды

Взагрязненных водах содержатся разнообразные органические вещества, находящиеся на различной стадии минерализации. При использовании микроорганизмов для уничтожения этих веществ в технике прибегают к созданию условий, благоприятствующих жизнедеятельности того комплекса организмов, который в данном случае является полезным. Воздействуя на направление биохимического процесса в желательную сторону, санитарная техника использует биологические особенности соответствующих групп организмов.

С практической точки зрения микроорганизмы расцениваются как полезные или вредные.

К группе полезных микроорганизмов относят большое количество сапрофитов и их спутников, в аэробных условиях, разлагающих органические вещества до конечных продуктов, - двуокиси углерода и воды, а в анаэробных – до более простых органических соединений – спиртов, летучих жирных кислот, метана и двуокиси углерода.

73

К группе вредных относятся патогенные микроорганизмы и избыток полезных микробов, которые оказывают вредное действие на технологический процесс очистки воды; при этих условиях их можно назвать технически вредными.

Санитарно-техническое воздействие на развитие полезных микробов и интенсификацию вызываемого ими биологического процесса сводится к следующему:

Регулирование температуры. Установлено, что при нагревании на 10 0 скорость биологического процесса увеличивается в 2 – 3 раза. Снижение температуры вызывает обратный процесс. При работе метантенков осадок искусственного подогревается до 35 – 55 0 С .

Снабжение кислородом. В аэротенках количеством подаваемого воздуха (а следовательно, и кислорода) регулируется напряженность процесса. В сооружениях, рассчитанных на анаэробные процессы (септиктенк, метантерк, двухъярусный отстойник), наоборот, особыми приемами предупреждают появление кислорода.

Снабжение необходимыми элементами питания. Все микроорганизмы требуют для своей жизнедеятельности присутствия в среде веществ, содержащих органогены (C, H, N, P, S).

Если в данной воде какой-нибудь из этих элементов отсутствует, то искусственно добавляют его. Богаты этими веществами бытовые сточные воды, поэтому их часто добавляют, например, к воде красильно-отбельных фабрик.

Поддержание оптимальной активной реакции среды (рН). Многие микроорганизмы очень чувствительны к концентрации водородных ионов, поэтому при закислении процесса прибегают к нейтрализации жидкости введением сточных вод щелочного состава или подщелачиванием известью.

Устранение вредно действующих веществ. Содержание ядовитых,

отравляющих, дезинфицирующих веществ требуется снижать до концентрации, не опасных для микроорганизмов. Нельзя допускать воду на очистные сооружения, если она содержит мышьяк, ртуть, медь, а также щелочные и кислые воды. Особенно вредны хлориды следующих металлов: Hg, Pb, Cu, Fe и Zn. Замечено, что малые концентрации сулемы (0,000005%) стимулируют развитие микробов, а концентрация 0,00% приводит к их мгновенной гибели.

Известно, что возбудители многих инфекционных заболеваний передаются человеку и животным через воду, в которой могут находиться возбудители брюшного тифа, паратифов А и В, дизентерии, холеры, инфекционной желтухи, чумы, яйца гельминтов и т.д.

Эти микроорганизмы могут длительное время сохраняться в воде, а попав в живой организм, адаптироваться (приспосабливаться к окружающей среде) и вызывать соответствующее заболевание.

74

Втехнике водоснабжения устраиваются искусственные водохранилища, искусственные озера, в которых возникает обилие флоры, заселяющих всю толщу воды. В процессе жизнедеятельности эти организмы истощают питательные вещества, а вследствие антагонистических отношений происходит частичное уничтожение микрофлоры водной фауной, и с помощью бактериофагов завершается борьба с вредными бактериями.

Вборьбе против распространения инфекционных заболеваний современная эпидемиология широко использует санитарно-технические приемы обеззараживания воды. Эти методы основаны на применении химических и физических способов стерилизации и дезинфекции, а также на создании неблагоприятных условий для размножения патогенных микробов.

76

Микробиологические обрастания в трубах на очистных сооружениях.

Микроорганизмы, разрастаясь внутри водопроводных труб, вызывают резкое сужение их внутреннего диаметра, разъедают каучук, дерево, материал тру и т.д.

Этот процесс осуществляется бактериями и водорослями. Общим для всех этих организмов является то, что почти все они аэробы.

Нитчатые серобактерии окисляют По внешнему виду они

напоминают пучки волос и, попадая в трубы, забивают их.

Некоторые актиномицеты (микроорганизмы, образующие очень тонкую ветвящуюся грибницу) и плесневые грибы поселяются на резине и используют углерод естественного или искусственного каучука для построения своего организма, поэтому они быстро разрушают его.

Из живых организмов в механической закупорке труб принимают участие железобактерии, моллюски и некоторые водоросли (рис. 7.1 и 7.2). Жизнедеятельность моллюсков ведет к выпадению из воды CaCO3 .

Водопроводная сеть обрастает микробами и при отмирании их вода приобретает неприятный привкус и запах.

Для борьбы с обрастаниями необходимо проведение следующих мероприятий:

1.Охрана водоемов и водотоков от попадания в них бытовых и производственных сточных вод.

2.Удаление из воды H2S, Ca 2+ , Fe2+ и других элементов, которые

благоприятствуют развитию микроорганизмов, обусловливающих обрастание. 3. механическая очистка дна и берегов водоема от водной растительности. При очистке сточных вод с помощью микроорганизмов, как правило

,отделяют твердую фазу от жидкой; затем обрабатывают их в аэробных или анаэробных условиях. При аэробных процессах создается активный ил, активная пленка, а при анаэробных – септический или сброженный осадок. В обоих случаях скорость процесса минерализации зависит от массы или, точнее, от поверхности участвующих микробов, от их контакта с загрязняющим воду веществом.

На всех очистных сооружениях, работающих в аэробных и анаэробных условиях, механизм очистки сточных вод сводится к двум процессам.

1)адсорбция загрязняющего воду вещества на активном компоненте (активном иле, биологической пленке или на септическом иле и т.д.);

2)минерализация загрязнений микроорганизмами.

Первый процесс протекает быстро (за 10 – 15 мин), а второй затягивается на длительное время. Продолжительность десорбции зависит от условий работы сооружения, температуры, интенсивности перемешивания «свежего» материала с агентами-минерализаторами, подачи и многих других факторов.

77

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Представление о процессах жизнедеятельности организмов: бактерий, простейших (Protoza), ракообразных и рыб – необходимо для понимания санитарной технологии. Естественная водная пищевая цепочка, охватывающая в природных водных источниках все перечисленные организмы, может быть нарушена при загрязнении воды. Бактерии и простейшие составляют основные группы микроорганизмов в «живой» системе, используемой при биологической очистке сточных вод.

При изучении дисциплины «Химия воды и микробиология» студент приобретает знания о микробиологии питьевой и сточной воды, микробиологических характеристиках микроорганизмов, основах физиологии микроорганизмов и сточных вод с помощью микроорганизмов.

Все процессы очистки воды связаны с физико-химическими и микробиологическими превращениями.

Студент обучающийся по специальности «Водоснабжение и водоотведение» должен в совершенстве знать их и применять при осуществлении мер борьбы с загрязнениями окружающей среды

78

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.СаНПиН 2.1.4.1074-01. Питьевая вода. Гигиеническаие требования к качеству воды к централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. – М.: Минздрав, 2002.

2.Карюхина Т.А., Чурбанова И.Н. Химия воды и микробиология. – М.: Стройиздат, 1995. – 208 с.

3.Алексеев Л.С. Контроль качества воды. – М.: ИНФРА-М, 2004. – 159 с

4.Возная Н.Ф. Химия воды и микробиология. – М.: Высшая школа, 1079. –

342с.

5.Гусев М.В., Минеева Л.А. Микробиология. – М.: Изд-во МГУ, 1985. – 376

с.

6.Иванов А.В., Полянский А.И., Стрелков А.А. Большой практикум по экологии беспозвоночных. – М.: Высшая школа, 1981. – 504 с

7.Константинов А.С. Общая гидробиология. – М.: Высшая школа, 1979. –

480с.

8.Самоочищение воды и миграция загрязнений по трофической цепи / Под ред. М.М. Телитченко. – М.: Наука, 1984. – 184 с.

9.Таубе П.Р., Баранова А.Г. Химия и микробиология воды. – М: Высшая школа. 1983. – 280 с.

10.Унифицированные методы исследования качества вод. Часть III. Методы биологического анализа вод. Атлас сапробных организмов. – М.: Секретариат СЭВ, 1977. – 228 с.

11.Унифицированные методы исследования качества вод. Часть III. Методы биологического анализа вод. Индикаторы сапробности. – М.: Секретариат СЭВ,

1977. – 91 с.

12. Фауна аэротенков: Атлас/Под. ред. Л.А. Кутиковой. – Л.: Наука, 1984. – 263с.