CC BY
8
УДК 614.777:628.394.4
Е. И. Моложавая, Н. В. Чугунихина, М. И. Афанасьева ПРОГНОЗИРОВАНИЕ МИКРОБНОГО САМООЧИЩЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
Институт общей и коммунальной гигиены им. А. Н. Сыснна АМН СССР, Москва
Прогнозирование дальности распространения микроорганизмов в подземных водах имеет важное значение при обосновании границ зон санитар-нон охраны водоисточников, выборе места для водозаборных скважин в береговых водозаборах и системах искусственного пополнения подземных вод, а также при обосновании мероприятий по защите подземных вод от микробного загрязнения. Вместе с тем данные о выживаемости патогенных энтеробактерий в водонасыщенных грунтах крайне ограничены, а о вирулентности вообще отсутствуют.
С целью обоснования методики прогнозирования микробного самоочищения подземных вод изучена выживаемость и адсорбция в водонасыщенных грунтах санитарно-показательных бактерий (кишечной палочки, энтерококка, споровых форм бактерий), патогенных энтеробактерий (возбудителей брюшного тифа, паратифа, дизентерии), фага кишечной палочки и вируса полиомиелита. Исследования проводили с использованием артезианской, дехлорированной водопроводной, речной воды и ее фильтрата при различной температуре воды (4—8 и 18—20°С) и разной плотности исходного заражения (от 102 до 108). Водой заполняли породы различного состава: пески, ракушечник, галечники и известняки. В процессе вегети-рования изучали морфологические, биохимические, серологические свойства и вирулентность сальмонелл и шигелл по сравнению с исходными показателями.
Дальность распространения микроорганизмов определяли в различных гидрогеологических условиях залегания подземных вод, приуроченных к песчаным, гравийно-галечниковым и трещиноватым породам. Исследования показали, что наиболее благоприятные условия для выживания микроорганизмов имеются в водонасыщенных песках и ракушечнике — от 30 до 400 сут в зависимости от вида микроорганизма, плотности заражения, химического состава и температуры воды.
При низких температурах (4—8°С) выживаемость сальмонелл брюшного тифа при плотности заражения 102 микробных тел в 1 л составляла 50—56 сут, в то время как при плотности заражения 104 микробных тел — 120 сут. Отмирание сальмонелл паратифа В в этих условиях происходило медленнее: при плотности заражения воды 102 микробных тел в 1 л выживаемость его равнялась до 220 сут, а при 104 микробных тел — от 74 до 400 сут в зависимости от штаммовой принадлежности и состава воды. При температуре воды 18—20°С сальмонеллы паратифа В сохранялись от 34 до 140 сут. Установлено, что максимальное время выживания культур шигелл Зонне и Флекснера приблизительно одинаково и составляет при плотности заражения воды 102 микробных тел в 1 л 174 дня, а при 104 микробных тел около 300 сут. Условия для выживания микроорганизмов в известняках были менее благоприятны, чем в песках и ракушечнике: сальмонеллы паратифа В сохранялись от 40 до 85 сут при плотности заражения 102 и 104 микробных тел в 1 л соответственно. Это объясняется, видимо, тем, что в адсорбированном состоянии в песчаных грунтах энтеробактерий более длительное время жизнеспособны, чем в поровой воде.
При изучении морфологических, серологических и биохимических свойств сальмонелл брюшного тифа оказалось, что в последних высевах из водонасыщенных грунтов выделялись штаммы, биохимически инертные и не дававшие агглютинации; после троекратных пассажей через 10% желчный бульон эти свойства не восстанавливались. Изменение свойств сальмонелл паратифа В наблюдалось значительно позже и было менее выражено. При длительном вегетировании в водонасыщенных грунтах сальмонеллы брюш-
ного тифа и паратифа В сохраняли вирулентность для белых мышей, возбудители дизентерии в течение 2 мес вегетирования полностью утрачивали способность вызывать кератоконъюнктивит у морских свинок. Исследования показали, что вирус полиомиелита выживает в водонасьиценных грунтах до 166 суг, а фаг Е. coli — около 400 сут при исходном заражении воды 103 БОЕ/мл. Что касается санитарно-показательных бактерий кишечной палочки и энтерококка, время сохранения их жизнеспособности составляло от 100 до 400 сут при плотности заражения от 104 до 108 микробных клеток в 1 л.
На основании исследований для прогнозирования микробного самоочищения подземных вод при определении границ II пояса зон санитарной охраны подземных источников водоснабжения рекомендуется использовать установленное максимальное время выживания патогенных и санитарно-показательных микроорганизмов 200—400 сут в зависимости от массивности источника загрязнения и температуры воды.
Показателем завершения процесса микробного самоочищения подземных вод может быть вся группа кишечных палочек и дополнительно энтерококк, длительно сохраняющийся в подземных водах при низких температурах вод. Фаг Е. coli может быть надежным индикатором самоочищения подземных вод от энтеровирусов. В подземных водах, залегающих в песчаных грунтах, помимо отмирания микроорганизмов, существенным фактором самоочищения является адсорбция (адгезия). Степень адсорбции различных микроорганизмов колеблется от 20 до 90%.
Дальность распространения различных микроорганизмов в песчаных грунтах неодинакова: при скорости движения воды от 0,5 до 2 м/сут в мелко- и среднезернистых песках вирус полиомиелита полностью задерживается на пути фильтрации 30—50 см, а фаг Tj Е. coli — на пути от 2 до 25 м в зависимости от степени заражения воды. Различная дальность распространения микроорганизмов объясняется их количественным соотношением, адсорбционными свойствами и неодинаковым временем выживания.
Изучение кинетики и параметров адсорбции микроорганизмов в фильтрационном потоке на фоне несорбируемого компонента хлоридов показало, что скорость продвижения микробных тел значительно меньше скорости движения воды, при этом в каждом сечении потока концентрация микроорганизмов во времени постепенно увеличивается, вплоть до насыщения сорбционной емкости грунта. Полученные данные свидетельствуют о том, что для прогнозирования дальности распространения микроорганизмов при фильтрации воды в песчаных грунтах возможно использование уравнения нелинейной кинетики сорбции, учитывающего влияние основных действующих факторов: состава грунтов, степени заражения воды, времени выживания и параметров сорбции микроорганизмов с таким расчетом, чтобы время движения загрязненного потока превышало время выживания патогенных микроорганизмов:
где С — относительная концентрация микроорганизмов в воде С= —;
Свх и С—концентрация микроорганизмов в единицах на 1 л в начале и конце пути фильтрации; t — время выживания микроорганизмов (в сут); ß — параметр сорбции, зависящей от скорости фильтрации и предельной сорбционной емкости грунта; а — параметр сорбции, зависящей от исходной концентрации микроорганизмов.
e__L.to(&fi=5LV р—L,„f,+^«V
'*-<х V Сх (\-Сг) ) ' К дс \ С )'
1 Уравнение предложено и расчеты по нему выполнены А. Е. Орадовской (Все-
союзный научно-исследовательский институт ВОДГЕО).
Результаты изучения сорбции микроорганизмов в фильтрационном потоке
Гранулометрический состав породы </Эф . мм Скорость фильтрации, м/сут Активная пористость, усл. ед. Толщина фильтрационного слоя, см Исходное заражение воды Свх, микробных тел в 1 л Параметры адсорбции микроорганизмов
а, сут1 ß. м> N,
0,2 0,2 0,2 0,5—1 1 1 1 ,78 1,78 0,195 0,195 0,215 0,254 20; 40; 60 20; 40; 60 24; 46; 77; 90 29; 51; 75; 90 Е. coli (1,84-2,8) 10* Фаг. Е. coli 103 БОЭ/мл Е. coli (1,64-9,3) 106 Е. coli (24-9) 10а 0,085 0,062 0,263 0,205 4,26 20,4 8,7 8,5 1-10« 3-10' 4 ■ I07
где Сх и Со — концентрации микроорганизмов в начале и конце пути фильтрации; х — расстояние от начала фильтрации ко времени /2 и ¿1-
Параметры аир следует определять в эксперименте или по данным натурных исследований качества воды в наблюдательных скважинах.
Сорбционные параметры аир, полученные в экспериментах по изучению кинетики сорбции Е. coli и фага Е. coli, представлены в таблице. Для опыта № 1
Свх а 0,085 N0 ~ 4,261
где N0 — предельная сорбционная емкость грунта, выраженная в микробных телах на 1 л.
Следовательно, поступающее с водой количество бактерий в 50 раз меньше предельной емкости поглощения грунта.
Расчет по первому уравнению показывает, что для данного примера на время t, равное 400 сут, фильтрующая порода на протяжении 6 м от начала фильтрации будет полностью насыщена Е. coli, далее концентрация бактерий снижается и на расстоянии х, равном 10,53 м, будет составлять 0,0001 исходной, т. е. снизится на 4 порядка. Таким образом, через 400 сут фильтрации Е. coli распространиться в грунтах на расстояние 11 м, а чистая вода за это же время пройдет значительно большее расстояние. Поскольку время выживания Е. coli и патогенных энтеробактерий и вирусов не более 400 сут, распространение жизнеспособных микроорганизмов на расстояние, превышающее 11 м, в данном случае при скорости фильтрации 1 м/сут не представляется возможным. При скорости фильтрации меньшей, чем в опытах, длина зоны бактериального загрязнения будет также меньше.
Вывод об увеличении дальности распространения микроорганизмов при возрастании скорости фильтрации подтверждается как экспериментами, так и натурными наблюдениями. Приведенные выше параметры сорбции относятся только к изученным породам и микроорганизмам, сам же метод оценки сорбции и прогноза микробного самоочищения подземных вод приемлем и для других условий.
Данный метод расчета может быть использован при выборе места расположения водозаборных скважин береговых водозаборов и системах искусственного пополнения подземных вод, залегающих в песчаных грунтах, когда водозаборные скважины находятся близко от источника пополнения.
Адсорбция микроорганизмов в песчаных грунтах — процесс обратимый, при изменении режима работы водозаборов возможна их десорбция. В связи с этим установление расстояний между водозабором и источником пополнения подземных вод с учетом процессов сорбции возможно только при условии постоянного обеззараживания воды перед подачей в водопроводную сеть.
Для подземных вод, залегающих в трещиноватых породах (известняках, песчаниках, гранитах и др.), а также сильно проницаемых валунно-галечниковых отложений дальность распространения микроорганизмов
должна определяться временем выживания их без учета процессов на основе гидрогеологических и гидродинамических параметров водоносного пласта.
Поступила I3/VII 1978 г.
PREDICTION OF MICROBIAL SELF-PURIFICATION OF GROUND WATER E. I. Molozhavaya, N. V. Chugunikhina, and M. I. Afanasieva
A mathematical model for prediction of microbial self-purification of ground water is proposed. The model takes into account the survival and sorption of microorganisms and the hydrogeologic parameters of filtration.
УДК 613.34:628.165
Кандидаты мед. наук Ю. А. Рахманин и А. И. Мельникова, Ю. Н. Никитина, канд. мед. наук С. Б. Селиванов
САНИТАРНО-МИКРОБИОЛО ГИ ЧЕСК АЯ ОЦЕНКА ОБРАТНООСМОТИЧЕСКОГО МЕТОДА ОПРЕСНЕНИЯ ВОДЫ
Институт общей и коммунальной гигиены им. А. Н. Сысина АМН СССР, Москва
В настоящее время для получения пресной воды из морских и солоноватых вод широко используются методы дистилляции и электродиализа, однако в ближайшем будущем для этих целей не меньшее значение приобретет метод обратного осмоса (И. Э. Апельцин и Е. А. Клячко, и др.). В США, Англии, Италии уже выпускаются обратноосмотические установки производительностью от 20 до 600 м3 сут (Leither). В СССР разработаны, теоретически обоснованы и конструктивно решены в основном фильтр-прес-совые системы (Ю. И. Дытнерский и соавт., и др.). Для успешного внедрения обратноосмотических установок в народнохозяйственную практику важна их санитарно-микробиологическая оценка.
Санитарно-микробиологические исследования мы проводили в экспериментальных и натурных условиях, определяя общее количество бактерий, коли-индекс, содержание Е. coli (штамма В), фага Т1, полиовируса (атте-нуированного штамма LSc2ab), НАГ — вибриона 1-й группы Хейбедга и модельного штамма бактерий М71.
С целью изучения зависимости качества опресненной воды от селективности (степени проницаемости) полупроницаемых мембран исследования выполняли на экспериментальной установке, разработанной Всесоюзным научно-исследовательским институтом ВОДГЕО Госстроя СССР и Научно-исследовательским институтом коммунального водоснабжения и очистки воды, состоявшей из 27 фильтрующих элементов с самостоятельными отводными коллекторами. В результате предварительного определения гомогенности мембран методом дефектоскопии и эффективности опреснения воды каждой из них все фильтрующие элементы были распределены на 6 групп на основании их солезадерживающей способности. Имитат подземных вод с солесодержанием 4 и 8 г/л искусственно заражали на уровне 2 логарифмов в 1 мл Е. coli (штамм В), фагом Т1 и полиовирусом LSc2ab.
Установлено, что все исследуемые микроорганизмы независимо от исходного уровня минерализации воды полностью задерживались фильтрующими элементами, солезадерживающая способность которых превышала 87%. Опресненная вода, полученная от фильтрующих элементов, солеза-держивающий эффект которых был в пределах 79—85%, по количеству общепринятых санитарно-показательных микроорганизмов отвечала требованиям, предъявляемым к питьевой воде, однако в ней обнаруживались вирусы. При солезадержании ниже 73% в фильтре в значительных количествах содержались как полиовирусы, так и Е. coli; фаг Т1 не обнаружен.
