Научная статья на тему 'ПРОГНОЗИРОВАНИЕ МИКРОБНОГО САМООЧИЩЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД'

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ МИКРОБНОГО САМООЧИЩЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

CC BY
0
0
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Гигиена и санитария
Scopus
ВАК
CAS
RSCI
PubMed
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по экологическим биотехнологиям , автор научной работы — Е.И. Моложавая, Н.В. Чугунихина, М.И. Афанасьева

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

PREDICTION OF MICROBIAL SELF-PURIFICATION OF GROUND WATER

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.

Текст научной работы на тему «ПРОГНОЗИРОВАНИЕ МИКРОБНОГО САМООЧИЩЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД»

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

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

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.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.