По данным ВОЗ до 80 % заболеваний передаётся через водные объекты и с ростом антропогенной нагрузки на окружающую среду актуальность возведения барьера на пути их распространения возрастает. Загрязнения поступающие в водоём из внешних источников вызывают первичное загрязнение водоёмов. В то же время поступающие в водоём соединения подвергаются трансформации, видоизменяются, что сопровождается изменением их свойств и степени влияния на организмы водоёма. Микроорганизмы используемые в активном иле способны попадать в донные отложения, сохраняясь в них определённое время и при перемешивании воды могут снова вымываться из иловых отложений.
Повышение концентрации азота и фосфора в воде водоёма способно вызывать сильное развитие высших водных растений, что способствует зарастанию и засорению водохранилищ, каналов и других водоёмов. Для массового развития планктона, водорослей, вызывающих цветение, достаточно повышение концентрации фосфора в воде до нескольких миллиграммов в литре. Изменение качества сточных вод во время цветения и нарушение кислородного режима при массовом отмирании фитопланктона и водной растительности способствуют ухудшению санитарного режима сточных вод. В результате этих процессов происходит увеличение органического вещества в донных отложениях и питательных веществ в толще воды, т.е происходит эвтрофикация водоёма, что является благоприятной средой для развития и размножения патогенных организмов в сточных водах.
Цель работы – разработка мероприятий по улучшению качества очистки сточных вод г. Астаны от патогенно – гельминтологического загрязнения.
Выбраны объект и методы исследования с учетом роста числа патогенных организмов в результате использования бытовых вод. Произведена экологическая оценка загрязнения бытовых вод патогенно – гельминтологическими организмами.
К бытовым сточным водам традиционно относят обширную группу сточных вод, образуемых объектами бытового назначения, в том числе: индивидуальными жилыми домами, гостиницами, предприятиями общественного питания, домами и базами отдыха, прачечными, банями и другими объектами, связанными с жизнедеятельностью человека.
Главными источниками биологических загрязнений являются выделения из организма человека, домашних животных, смывы с тела, одежды и других бытовых предметов, а также ливневые воды особенно, с площадок для выгула домашних животных. В сточные воды они поступают в количествах составляющих триллионы организмов ежесуточно. Немало микроорганизмов попадает в сточные воды либо с отбросами пищевых продуктов, либо с туалетными стоками. Преобладающими классами микроорганизмов являются бактерии и вирусы [1].
Наиболее распространенные виды патогенных бактерий и вирусов, а также их основные характеристики приведены в табл. 2.
Фекалии – органические вещества- продукты жизнедеятельности организма. В своей основе они содержат клетчатку, а также не переработанные белки, волокна растительной и животной пищи и другие отходы обмена веществ. Химический состав фекалий по основным компонентам приведен в табл. 3 [2].
Таблица 1
Классификация загрязнённости водных объектов по гидробиологическим и микробиологическим показателям
|
Уровень загрязненности |
Гидробиологические показатели |
||
|
По фитопланктону, зоопланктону, перифитону (индекс сапробности) |
по зообентосу |
||
|
отношение общей численности олигохет к общей численности донных организмов, % |
биотический индекс по Вудивусу, в балльной системе |
||
|
Очень чистые |
< 1,0 |
1–20 |
10 |
|
Чистые |
1,0–1,5 |
21–35 |
7–9 |
|
Умеренно загрязненные |
1,5–2,5 |
36–50 |
5–6 |
|
Загрязненные |
2,5–3,5 |
51–65 |
4 |
|
Грязные |
3,5–4,0 |
66–85 |
2–3 |
|
Очень грязные |
> 4 |
86–100 или отсутствие микробентоса |
0–1 |
|
Уровень загрязненности |
Микробиологические показатели |
||
|
Общее количество бактерий, млн.кл/см3 |
Количество сапрофитных бактерий, тыс.кл/см3 |
Отношение общего количества бактерий к количеству сапрофитных бактерий |
|
|
Очень чистые |
< 0,5 |
< 0,5 |
103 |
|
Чистые |
0,5 |
0,5–5,0 |
< 103 |
|
Умеренно загрязненные |
1,1–3,0 |
5,1–10,0 |
102–103 |
|
Загрязненные |
3,1–5,0 |
10,1–50,0 |
< 100 |
|
Грязные |
5,1–10,0 |
50,1–100,0 |
< 100 |
|
Очень грязные |
> 10,0 |
> 100,0 |
< 100 |
Таблица 2
Характеристика основных патогенных бактерий населяющих бытовые воды и отходы продуктов питания
|
Бактерии Семейство/род |
Описание |
Профилактические меры |
|
Enterobacteriaceae (энтеробактерии) – палочки размером 1–3×0,5–0,6 мкм, не образуют споры и капсулы. На уровне рода отличаются ферментативной активностью и подвижностью. |
||
|
Salmonella Сальмонеллы |
Грамположительные палочки длиной 2–3 мкм и шириной до 0,6 мкм. Топт. = 37 °С*. Размножаются при 5–45 °С. Вызывают брюшной тиф, гастроэнтерит |
Гибнут при 75 °С через 5 мин и мгновенно при кипячении. |
|
Eschericha coli Эшерихии |
Имеются патогенные штаммы кишечной палочки с размерами 1,1–1,5×2,0–6,0 мкм. Существуют подвижные и лишенные жгутиков организмы. Топт. = 37 °С. Вызывают заболевания желудка. |
Приспособились к существованию в организме человека. Погибают при кипячении. |
|
Shigella Шигеллы |
Возбудители дизентерии. |
Переносят замораживание до месяца. В сточных водах живут до недели. |
|
Proteus Протеи – полиморфные, нитевидные палочки с размерами 0,3–3 мкм у молодых и до 20 мкм у старых клеток. |
||
|
(Pr. mirasilis, Pr. vulgaris)**P. mirabilis, P. rettgeriи P. morganii. |
Топт. = 25–37 °С. Вырабатывают эндотоксин. |
Выдерживают нагревание до 65 °С при рН 3,5–12. |
Примечание. * Топт – оптимальная температура существования, **в скобках приведены наиболее распространенные патогенные подвиды.
Таблица 3
Химический состав фекалий в расчете на человека в сутки
|
Показатель |
Мин |
Макс. |
Среднее |
|
Объем, л |
0,4 |
1.7 |
1,25 |
|
Масса, г |
400 |
1700 |
1250 |
|
Твердые вещества, г |
80 |
130 |
109 |
|
С органический, г |
19 |
45 |
30 |
|
БПК5, г |
12 |
40 |
30 |
|
ХПК, г |
32 |
86 |
57 |
|
Общий азот, г |
5,9 |
18 |
– |
|
РОБЩ, г |
0,6 |
4,2 |
1,9 |
|
Калий, г |
1,5 |
6,1 |
2,8 |
|
Кальций, г |
3,0 |
4,5 |
3,7 |
|
Магний, mM |
0,12 |
0,18 |
0,15 |
|
C:N |
5 |
11,3 |
8,2 |
Таблица 4
Валовые составы мочи и стока компостирующего туалета
|
Показатель |
Моча (по данным) |
Сток компостирующего туалета |
|||
|
свежая 123] |
[124] |
Porto |
Porto |
||
|
БПК5, г/л |
– |
– |
6,25 (1,5–11,33) |
– |
– |
|
ХПК, г/л |
– |
– |
12,58 (4,5–25) |
0,646–0,731 |
|
|
Взвесь, г/л |
– |
0,055–0,214 |
|||
|
Растворенные твердые вещества, г/л |
– |
40 (36–47)* |
|||
|
NОБЩ, г/л |
7,2–8,5 |
11,4 (9,1–21) |
8,67 (3–13,33) |
0,035–0,113 |
|
|
NH4, мг/л |
0,6 (0,2–1,1) |
||||
|
СОБЩ, г/л |
5,5 (1,5–10,0) |
0,128–0,151 |
|||
|
РОБЩ, г/л |
0,94–0,98 |
– |
0,92 (0,42–2,1) |
0,084–0,086 |
|
|
Мочевина, mM N |
– |
687(467–1149) |
|||
|
Калий, mM |
– |
70 (40–100) |
|||
|
Кальций, mM |
– |
5.9 (<–10) |
|||
|
Магний, mM |
– |
5,4 (2,5–8,3) |
|||
|
Общий азот, mM N |
– |
819 (650–1500) |
|||
|
Фосфаты, mM |
– |
20 |
|||
|
Коли формы на 100 мл |
– |
– |
- |
2600–35000 |
|
Примечание. * В скобках приведены минимальное и максимальное значения.
Из всех продуктов жизнедеятельности человека фекалии являются наиболее токсичными веществами. Встречающиеся в фекалиях патогенные организмы, можно разделить на четыре группы, в том числе: вирусы, бактерии, простейшие и черви (гельминты).
Моча – биологическая жидкость, которую вырабатывают почки. С мочой удаляются ненужные организму человека конечные продукты обмена и инородные вещества. Плотность мочи здорового человека оставляет 1,002–1,024. Валовой состав мочи определяют: вода (до 98 %), неорганические и органические вещества, а также соединения биологического происхождения. Всего известно более 150 компонентов Валовые составы мочи и стока из компостирующего туалета показаны в табл. 4.
Из таблицы видно, что до 80 % общего азота в моче содержится в составе мочевины [CO(NH2)2]. Органические вещества представлены главным образом азотистыми соединениями – продуктами разложения белков. В свежей моче здорового человека может содержаться несколько видов бактерий в общем количестве до 1000 организмов на см3.
Если человек болен, то численность бактерий, вызвавших болезнь, превышает 100 000 организмов на см3. Часто в моче инфицированных людей могут находиться бактерии: Salmonella typhi, Salmonella paratyphi, Leptospira, Yersinia и даже черви Schistosoma haematobium [3].
Анализ литературных данных показал, что бытовые воды являются основным источником биологического загрязнения и распространения гельминтозов, инфекционных и бактериальных болезней. Проанализирован состав бытовых вод в том числе химический состав фекалий и мочи в расчёте на 1 жителя в сутки.
Рассмотрено влияние патогенных организмов на гидросферу, биоту и здоровье человека. Бытовые воды, способны ухудшать качество сточных вод, также они являются источником вторичного загрязнения, которые способны нарушать нормальное функционирование растений и живых организмов.
На очистных сооружениях существующие методы очистки сточных вод не позволяют достичь нужной степени эффективности удаления патогенных организмов до 100 %. Значительная доля организмов, не удаляются в полной мере очистными установками. В связи с этим существует необходимость внедрения УФ систем обеззараживания сточных вод [4].
Выводы
1. Проведен анализ патогенно – гельминтологического загрязнения бытовых вод.
Бытовые воды, сопровождаются выделением в окружающую среду патогенных организмов, среди которых известны: бактерии, вирусы, бактериофаги, яйца гельминтов, дрожжи, плесневые грибы, микроскопические водоросли, простейшие. Наиболее часто заболевания передаются через воду, что связанно с повышенной концентрацией возбудителей и их массовым выведением в водную среду и относительной устойчивостью в воде.
Выявлено, что на отечественных очистных сооружениях существует проблема в малоэффективной системе очистки сточных вод от патогенных организмов, которая составляет всего 85 %, без учёта способности бактерий, вирусов и гельминтов к высокому процессу размножения и относительной устойчивостью к водной среде.
2. Для повышения степени очистки сточных вод от патогенно – гельминтологического загрязнения необходимо внедрить УФ систему обеззараживания сточных вод, которая позволить достичь значительных результатов, а именно:
● УФ облучение летально для большинства водный бактерий, вирусов, спор. Оно уничтожает возбудителей, таких инфекционных болезней, как тиф, холера, дизентерия, вирусный гепатит, полиомиелит и др. Применение ультрафиолета позволяет добиться более эффективного обеззараживания, чем хлорирование, особенно в отношении вирусов;
● обеззараживание ультрафиолетом происходит за счет фотохимических реакций внутри микроорганизмов, поэтому на его эффективность изменение характеристик воды оказывает намного меньшее влияние, чем при обеззараживании химическими реагентами. В частности, на воздействие ультрафиолетового излучения на микроорганизмы не влияют рН и температура воды;
● в обработанной ультрафиолетовым излучением воде не обнаруживаются токсичные и мутагенные соединения, оказывающие негативное влияние на биоценоз водоемов;
● в отличие от окислительных технологий в случае передозировки отсутствуют отрицательные эффекты. Это позволяет значительно упростить контроль за процессом обеззараживания и не проводить анализы на определние содержания в воде остаточной концентрации дезинфектанта;
● время обеззараживания при УФ облучении составляет 1–10 секунд в проточном режиме;
● для обеззараживания ультрафиолетовым излучением характерны низкие эксплуатационные расходы.