Сапробность

С санитарной точки зрения большой интерес представ­ляют процессы освобождения водоемов от загрязняющих их органических субстратов животного и растительного происхождения и от патогенных микроорганизмов. Этот процесс принято называть самоочищением водое­мов. Естественно, что он не происходит в чистых водах, а развивается только вслед за органическим загрязнением. При этом активируется жизнедеятельность сапрофитной водной микрофлоры, что приводит к быстрому разложе­нию органических веществ, уменьшению численности бак­терий различных видов, особенно фекального происхож­дения. Самоочищение является суммой процессов, которые приводят загрязненную воду по содержанию органических веществ и наличию микроорганизмов к исходному со­стоянию.

Способность водоема к самоочищению обусловлена присутствием в нем постоянных видов микроорганизмов, определенным биоценозом. Однако количественные и ка­чественные соотношения в биоценозах нестойки и изме­няются в зависимости от содержания органических ве­ществ, других условий, т. е. меняются по сапробности.

Термином «сапробность» (от греч. sаргоs — гни­лой) принято обозначать весь комплекс особенностей во­доема, определяемый развитием соответствующих микро­организмов в воде, содержащей органические вещества в определенных концентрациях и определенной степени ми­нерализации.

По шкале сапробности различают 3 зоны: полисапробные, мезосапробные и олигосапробные.

Полисапробные зоны (зоны сильного загряз­нения) содержат большое количество органических ве­ществ, легко разлагающихся и поэтому легкоусвояемых микроорганизмами. В полисапробных зонах почти полностью отсутствует кислород. Микробное население особенно обильно, хотя число видов ограничено и представлено преимущественно анаэробными бактериями, грибам актиномицетами, вызывающими гниение и брожение. Под влиянием этих бактерий сложные органические соединения распадаются до простых веществ с образованием аммиака, сероводорода, углекислоты, индола, скатола, метана и др. Число бактерий в 1 мл воды в этой зоне достигает миллиона и более.

Мезосапробные зоны (зоны умеренного за­грязнения) характеризуются преобладанием окислительных процессов, нитрификацией. Азотсодержащие соединения распадаются до аммиака, который окисляется до нитритов и нитратов. Общее количество микроорганизме также велико - сотни тысяч в 1 мл. Качественный состав разнообразен. В основном это нитрифицирующие бактерии — грамотрицательные палочки, кокки, являющиеся облигатными аэробами. Не менее важным является участи водных микроорганизмов — анаэробов рода С1оstridium бактерий рода Рseudomonas, Мусоbасtеrium, F1аvobасterium Streрtоmусеs, Саndida и др. в минерализации углеродсодержащих соединений — целлюлозы, клетчатки, лигнин и др.

Олигосапробные зоны (зоны чистой воды) характеризуются окончившимся процессом самоочищения небольшим количеством органических соединений и окончанием процесса минерализации. Поэтому микрофлора приближается к обычной водной флоре. Количество бактерий от 10 до 1000 в 1 мл воды. Вода отличается высокой степенью чистоты.

Таким образом, процессы самоочищения воды в водоемах происходят последовательно и непрерывно, харак­теризуясь постепенной сменой биоценозов.

Различные микроорганизмы, в том числе и патогенные попадающие в водоемы приих загрязнении, достаточно обильны в полисапробных зонах, но постепенно отмирают: в их меньше в мезосапробных, и они практически не обнаруживаются в олигосапробных зонах. Наблюдение за уменьшением числа бактерий в воде рек показывает, что уже через 24ч. их остается 50%, через 48 ч — 25-10%, через 72 ч — 10-1% и через 4 дня — десятые доли процента от первоначального количества. Однако динамика численности внесенных в воду бактерий находится в прямой зависимости от местных условий. Процесс биологического самоочищения воды подчиняется основным законам размножения бактерий в благоприятной для них среде и определяется обычной кривой размножения: сначала за­медленное, затем ускоренное нарастание числа бактерий с последующим падением количества. Однако характер кривой целиком зависит от условий, в которых протекает их размножение.

На процессы самоочищения водоемов, в том числе на процесс освобождения воды от посторонних для нее мик­роорганизмов (биологическое самоочищение), влияет це­лый ряд факторов. Одним из основных факторов является разбавление загрязняющих вод чистой водой водоема. Быстрое и интенсивное разведение ведет к падению кон­центрации органических соединений, т. е. уменьшению количества питательных веществ, что и приводит к уско­рению отмирания попавших извне бактерий (эшерихий, патогенных энтеробактерий и др.). Самоочищение проточ­ной воды в реках происходит интенсивнее, чем в стоячей (озерах, прудах и т.д.). В результате разбавления попав­ших в водоем сточных вод значительным количеством чистой воды увеличивается их прозрачность, что способст­вует более глубокому проникновению ультрафиолетовых лучей солнечного света, губительно действующих как на сапрофитов, так и на патогенных микроорганизмов.

Решающим фактором, который определяет размноже­ние бактерий в водоемах, является температура воды, поэтому естественны различия в интенсивности самоочи­щения водоемов летом и зимой, в жаркой, умеренной и холодной климатических зонах. В летнее время микроор­ганизмы начинают активно размножаться уже в стоках, а в воде водоемових количество уменьшается. Зимой процессы микробиального самоочищения замедляются: размножение бактерий происходит только вблизи стоков, скорость отмирания снижается, высокое содержание бактерий в водоеме держится дольше, чем летом. Поэтому санитарное состояние водоемов зимой хуже, к тому же понижение температуры способствует сохранению в ней энтеробактерий, возбудителей кишечных инфекций. Вод­ный путь распространения кишечных инфекций наблюда­ется чаще зимой, что обусловливается снижением интен­сивности самоочищения воды в это время года.

Очищению водоемов способствует оседание микробов на дно, когда они остаются в комочках кала или адсорби­рованы на более крупных частицах органического или неорганического происхождения. Подавление жизнедеятельности микроорганизмов происходит при неблагопри­ятном рН воды в водоеме, а также при наличии разнооб­разных химических веществ, оказывающих токсическое воздействие на микробов.

Естественные процессы самоочищения существенно изменяются под влиянием спуска в водоемы сточных вод современной индустрии. Промышленные воды, содержа­щие вредные химические соединения, подавляют размно­жение сапрофитной флоры, угнетают биоценозы, принима­ющие активное участие в процессах микробного самоочи­щения. Подавляется жизнедеятельность и некоторых видов водорослей. Все это приводит к удлинению циркуля­ции патогенных бактерий в водоемах. Попадание со сточ­ными водами наиболее распространенных химических загрязнителей — ПАВ (поверхностно-активные вещества) и нефтепродуктов (от двигателей кораблей) в концентра­циях, превышающих ПДК (предельно допустимые кон­центрации) в 10 раз и более, способствует размножению энтеробактерий, удлиняет сроки их выживания, что повы­шает эпидемическую опасность водоема. Некоторые орга­нические вещества, в особенности продукты расщепления белков, способствуют сохранению сапрофитных и патоген­ных бактерий в воде.

На темпы самоочищения водоемов оказывают влияние конкурентные взаимоотношения, которые складываются между разными группами микроорганизмов в борьбе за кислород и питательные вещества. Преобладающими являются метабиотические и антагонистические взаимо­отношения.

Сущность антагонистических взаимоотношений со­стоит в выделении микробами-антагонистами токсиче­ских веществ и соединений типа антибиотиков. Опреде­ленные, чаще антагонистические, отношения складываются и между другими гидробионтами водоемов (зеленые водоросли, водные растения, простейшие и т. д.) и бактериями, что связано с конкуренцией за питательные вещества и действием выделяемыхими биологически активных соединений. Нитчатые и планктонные водоросли, погибая и насыщают воду продуктами своего аутолиза — органическими соединениями, которые являются питательными веществами для микроорганизмов. Таким образом, в водоемах устанавливаются определенные соотношения между количеством бактерий и планктоном.

Большую роль в самоочищении водоемов играют простейшие. Они удаляют коллоиды, тонкие взвеси, уничтожают большое количество бактерий, в том числе и патоген­ных. Одна инфузория в один час поглощает 30 000 бакте­рий. Установлено, что величина отмирания группы кишеч­ных бактерий пропорциональна величине суммарного объема всей биомассы простейших.

Вода некоторых рек и озер как бы сама обладает бактерицидными свойствами. Морская вода также губи­тельно действует на сапрофиты, попадающие в море. По-видимому, в воде содержатся различные антибиотические вещества, ионы тяжелых металлов, которые играют значи­тельную роль в процессах биологического самоочищения водоемов. Об этом свидетельствует и то, что в сырой воде размножение сапрофитных бактерий идет менее интенсив­но, чем в кипяченой.

Биологическое самоочищение водоемов также связано с литическим действием фагов, которые в изобилии попа­дают в водоемы вместе с самими бактериями. Вблизи населенных пунктов обнаруживается повышение концен­трации фагов эшерихий, сальмонелл, шигелл и др. Однако следует помнить, что для проявления деятельности фагов необходима относительно высокая температура.

Одним из показателей биологического самоочищения водоемов является обнаружение своеобразных паразитов бактерий — Вdеllovibrio bасtеriоvоrus. Бделловибрионы — грамотрицательные слегка изогнутые палочки до 1-1,2 мкм длиной, имеют один жгутик, очень подвижны. Бделлови­брионы проникают в периплазму бактериальной клетки, размножаются в ней, вызывая гибель. Они явля­ются паразитами многих видов бактерий, но наиболее распространены бделловибрионы, поражающие бактерии семейства Еnterоbасtеriасеае, Рsеudоmоnаdасеае, Vibrionaсеае. Бделловибрионы не обладают узкой специфичностью, однако различаются по числу видов бактерий-хозяев. Основным местом жизнедеятельности их являются вода, загрязненная сточными водами, ил, почва. Количество их зависит от степени загрязнения воды. Так, в сильно за­грязненном открытом водоеме концентрация бделловибрионов достигает 1000 в 1 мл. Снижение микробной загряз­ненности ведет к уменьшению числа паразитов. В чистых водоемах бделловибрионы не обнаруживаются. Выделить бделловибрионы можно посевом воды, почвы, ила в чашки Петри на плотные питательные среды двухслойным мето­дом. Присутствие их регистрируется по количеству нега­тивных колоний — зон отсутствия роста на газоне бакте­рии-хозяина после инкубации при 37°С в течение 48 ч.

Более тщательное изучение биологических свойств бделловибрвонов,их распростра­нения, выживаемости, актив­ности, спектра действия на микроорганизмы, особенно в отношении патогенных энтеробактерий, решит оконча­тельно вопрос обих санитарно-показательном значении.

Таким образом, совокуп­ность всех перечисленных факторов приводит к тому, что даже в очень загрязнен­ных водоемах по мере удаления от источника загрязнения и с течением времени вода становится более чистой и гигиенические качества ее улучшаются.