Микроорганизмы в воде

Существует несколько тысяч наименований микроорганизмов, которые обитают в воде. Это разнообразные бактерии, грибки и пр. Они являются неотъемлемой частью биологического разнообразия планеты и выполняют важные функции по разложению биологических отходов.
Если попытаться классифицировать водные микроорганизмы, то можно разделить их на группы:
1. Синезеленые водоросли или цианобактерии, которые являются неотъемлемой частью каждого водоема, они образуют 60% всех микроорганизмов; 
2. Патогенные и условно патогенные микроорганизмы: вирусы, бактерии, грибки, простейшие; 
3. Относительно безопасные организмы, которые могут присутствовать в воде и не вызывают опасных болезней.

В какой воде больше всего микробов?

Изобилие микроорганизмов в воде и их жизнедеятельность очень высоки.
Они обладают:

1. Устойчивостью к температурам. В воде Антарктиды обнаруживается до 100 клеток бактерий в 1 грамме, а в горячих источниках некоторые микроорганизмы фотосинтезируют при 75 ^оС.

2. Устойчивость к кислой и щелочной среде, а также спирту — только 70% бактерий уничтожаются алкоголями. 

3. Устойчивость к солям. В антарктическом озере Дон-Жуан содержание солей в 13 раз выше, чем в морской воде, но в этом озере живут бактерии и дрожжи.

4. К ионизирующему излучению — D. radiodurans способен выживать при дозе до 10000 грей (для человека летальная доза радиации 5 Гр, для Escherichia coli — 2000 Гр).

Попробуем расположить источники по наличию микроорганизмов в порядке возрастания:

• вода из глубоких артезианских скважин;
• размороженный лед — некоторые бактерии и особенно споры грибков выживают при замораживании;
• атмосферные осадки собирают пыль и микроорганизмы из воздуха; соленые водоемы имеют меньшее микробное изобилие, так как клеточные мембраны многих микробов повреждаются солями.
• поверхностные водоемы (реки, озера, пруды, колодцы) имеют самое большое микробное видовое разнообразие.

Современные бактерии способны разлагать не только биологические отходы, они выполняют важные функции по разрушению токсических органических стоков предприятий, а некоторые даже концентрируют токсичные тяжелые металлы. Эти функции микробов используются на станциях биологической очистки воды. 

В природных водах особенно поверхностных всегда содержаться определенные микроорганизмы. Самая большая их численность характерна для поверхностных стоячих водоемов.

Микробные показатели воды

Потребление микробиологически загрязненной воды, как в питьевых так и в технических целях ограничено. Она требует дезинфекции. Загрязнение воды микробами определяется по ряду показателей: 

1. окисляемость – характеризует количество сильных окислителей использованных на разрушение органических частиц и микроорганизмов в объеме воды. Это косвенный показатель, так как окисляются не только клетки микроорганизмов, а также органические примеси (фенолы и пр.); 

2. общее микробное число – это количество колоний, выросших на питательной среде в 1 мл воды при при повышенной температуре за определенное время (24 или 72 часа);

3. коли-титр – самый малый объем воды (в миллилитрах) содержащий одну кишечную палочку;

4. коли-индекс – количество кишечных палочек в 1 л жидкости. 

Нормативные показатели для питьевой воды можно найти тут.

Инфекции, которые распространяются через воду

Перечень инфекционных болезней, которые распространяются через воду очень широк. Согласно классификации Всемирной Организации Здравоохранения к ним относят 17 основных заболеваний. Мы попробуем вкратце рассказать от тех, которые встречаются на территории Украины.

Диарея

Диарея является одной из основных причин смертности детей до пяти лет в бедных странах (528 тысяч детей ежегодно). По данным официальной статистики в Украине каждый год регистрируется 50 - 60 тыс. случаев диарреи у детей, а погибает от нее 20 - 30 детей.

Для нее является характерным жидкий стул, который происходит более трех раз в сутки (за исключением детей раннего возраста). Ее обычно вызывают инфекции, которые могут быть вызваны вирусами, бактериями, простейшими и гельминтами. Путями распространения этих опасных микроорганизмов зачастую является питьевая зараженная вода и продукты питания, низкая санитария (в народе диарею называют “болезнь грязных рук”). Другие симптомы могут наблюдаться в зависимости от возбудителя. Самой большой опасностью диареи является то, что она сопровождается обезвоживанием, снижением поступления питательных веществ и интоксикацией организма.

В Украине вода из водопроводов централизованного водоснабжения в большинстве случаев является безопасной, так как хлор эффективен против всех видов микроорганизмов. Источником зараженной воды чаще всего являются родники, колодцы, неглубокие скважины и поверхностные водоемы.

Помимо воды зараженной фекалиями людей и животных, путями заражения могут быть также недостаточно обработанное мясо, грязные овощи и пр.

Холера

Ее вызывает наличие V. cholerae или холерного вибриона в воде. Это очень опасная болезнь, которая характеризуется острой водянистой диареей. Между инфицированием и развитием симптомов болезни обычно происходит от 12 часов до 5 суток. Независимо от возраста, при тяжелом течении без соответствующего лечения может приводить к смерти через несколько часов.

Несмотря на опасность болезни, у большинства людей не развиваются ее симптомы и она может проходить в легкой форме, но при этом в фекалиях присутствуют опасные бактерии, которые являются источником инфицирования людей.

Источником заражения является вода с фекальным загрязнением.

Последней острой вспышкой был случай в 2011 году в Донецкой области. Было зарегистрировано 33 случая холеры.

Тиф

Тифоидная лихорадка является бактериальной инфекцией кишечника и кровотока. Ее возбудителями являются Salmonella typhi и Salmonella paratyphi. Самым распространенным путем заражения является питьевая вода и продукты питания, а также контакт с инфицированными людьми.

Симптомами заболевания является стойко повышенная температура 39 - 40 оС и головная боль, запор или диарею, розовые пятна на грудной клетке, увеличение печени и селезенки. Они проявляются через 1-3 недели после заражения.

Мировая заболеваемость тифом оценивается примерно в 17 миллионов случаев в год. В Украине встречаются одиночные случаи, в среднем от 10 до 25 в год.

Лептоспироз

Это кишечная инфекция человека и животных. На начальном этапе этого заболевания часто проявляются такие симптомы как головная и мышечная боль, покраснение глаз, озноб, желтуха, кровоизлияния на коже и слизистых, диарею и рвоту, сыпь. Частым проявлением являются легочные кровотечения.

Лептоспироз вызывается патогенными бактериями Leptospira spp. Заражение происходит в результате непосредственного контакта с мочой инфицированных животных или с загрязненными ней объектами: поверхностными водами, почвой и растениями. Лептоспиры могут проникать в организм через повреждения кожи и слизистых оболочек глаз, носа и рта.

Поэтому путем заражения чаще всего является питьевой воды и купание в поверхностных водоемах и контакте с инфицированными животными.

Точная статистика по заболеваемости лептоспирозом не ведется, но он встречается во всем мире. Частота заболеваемости оценивается от 0,1 до 1% на 100 000 людей в умеренном климате. Повышенный риск заражения фиксируется в периоды паводков и стихийных бедствий.

Лептоспироз в Украине проявляется сезонно - весной и летом, когда люди проводят время возле водоемов. Ориентировочное число ежегодно заболевших в Украине колеблется в пределах 400 - 500 заболевших.

Кампилобактериоз

Это одна из самых распространенных причин диареи. Бактерии Campylobacter обычно имеют палочкообразную или спиралевидную форму. В настоящее время к этому роду бактерий относят 17 видов и 6 подвидов бактерий. Самые распространенные из них C.jenuni и E.coli. Последнюю у нас принято называть кишечной палочкой.

Инкубационный период в данном случае обычно длиться 2-5, реже до 1 - 10 дней с момента инфицирования.

Распространенными симптомами являются диарея (иногда фекалии содержат кровь), повышенная температура, тошнота и рвота, боли в области живота, слабость. Обычно симптомы проходят через 3-6 дней.

Обычно выздоровление происходит полностью и без осложнений, этот возбудитель критически опасен для детей раннего возраста, пожилых и имеющих иммунодефициты людей.

К осложнениям можно отнести заражение крови, гепатиты, панкреатиты, а также в редких случаях более сложные системные поражения нервной и двигательной системы.

Гепатиты

Через воду передаются два типа данного вируса А и E. Заражение происходит путем потребления воды или пищи (часто это фрукты и овощи) загрязненных фекальными стоками. Также можно заразиться при близком контакте с человеком.

Гепатит А — это острое инфекционное заболевание имеет также названия “болезнь Боткина” и “желтуха”. Инкубационный период — 2 - 6 недель, а течение болезни может длиться от 1 до 4 недель. К симптомам относят: характерный желтый оттенок кожи, повышение температура тела (в первые 3 - 5 дней), общая слабость и снижение аппетита, обесцвечивание кала, острая боль в животе, крайне редко наблюдается печеночная недостаточность.

Легче всего переносят этот тип гепатита дети, часто наблюдается бессимптомное течение, что, кстати, опасно для окружающих. Важно понимать, что чем старше человек, тем тяжелее переносится болезнь. Особенно опасна для пожилых и людей с иммунодефицитом.

Стоит отметить, что в январе 2017 года в Николаеве была зафиксирована вспышка гепатита А с числом заболевших в 93 человека. Причиной заражения явилось потребление из водопровода, которая не была достаточно обеззаражена. Распространение гепатитов А и E в Украине оценивается в несколько тысяч в год.

Гепатит E менее распространен, в цивилизованных странах редко встречаются вспышки заболевания, но не исключены одиночные случаи. Симптомы и последствия аналогичны к гепатиту А, но в данном случае крайне редко возможен переход в хроническую форму.

Лечение от вирусов гепатита на сегодня не разработано, человеческая иммунная система побеждает их сама.

В Украине встречаются редкие одиночные случаи этого вируса.

Дерматомикоз

Это название объединяет большое количество грибковых заболеваний стоп, кожи головы, тела. Симптомами являются красные пятна, зуд, сухость кожи, шелушение. Грибки распространены по всему миру. Вероятность заражения грибком есть при контакте со стоячей водой поверхностных источников, в стоячей воде общественных душей и бассейнов, при использовании общих с больным полотенец и близком контакте.

Во избежание заражения воды грибками используются эффективные реагенты для обеззараживания, преимущественно хлорсодержащие. Чтобы избавится от грибковых спор на поверхностях, требуется их тщательное просушивание.

Лечение производят в соответствии с тяжестью болезни местными или системными пероральными противогрибковыми препаратами.

Цианобактерии

Синезеленые водоросли или цианобактерии сами по себе не являются патогенами, но токсины выделяемые некоторыми видами довольно опасны. Люди могут подвергаться действию этих веществ, как при питье такой воды, так и при купании в ней.

Цианобактерии обладают одновременно свойствами бактерий и растений (водорослей), так как способны к фотосинтезу.

Течение болезней вызванных продуктами жизнедеятельности сине-зеленых водорослей зависит от преобладающего типа бактерий и пути воздействия воды на человека.

Токсическое действие определяется по виду воздействия на человека (питье воды или купание) типу токсина:

- гепатотоксины воздействую на печень — производятся некоторыми штаммами бактерий Microcystis, Anabaena, Oscillatoria, Nodularia, Nostoc, Cylindrospermopsis и Umezakia;

- нейротоксины продуцируют Aphanizomenon и Oscilatoria.

- гастро и нефротоксичные бактерии это Cylindroapermopsis raciborski.

Конечно не все виды бактерий производят опасные токсины, но одновременно нельзя утверждать, что уже известны все типы токсинов.

Бактерии в водоемах образуют на поверхности воды пленку, но если распространение их сильное (как в Днепре), то они занимают всю толщу воды преимущественно ближе к ее водному зеркалу, так как им необходимо солнце для фотосинтеза. Самой опасной для человеческого здоровья является пленка, поэтому водозабор обычно ведется с глубоких частей водоема.

Глобальным решением является снижение выбросов питательных веществ, в первую очередь фосфатов. А частными случаями является полноценное применение технологий обеззараживания и последующая очистка от продуктов обеззараживания на сорбционных фильтрах.

В водах Днепра очень распространены гепатотоксичные Microcystis и Oscillatoria, нейротоксическая Aphanizomenon и другие бактерии, поэтому купание в Днепре и питье без предварительной очистки не рекомендуется.

Как проверить воду на содержание бактерий и вирусов?

Дезинфекция воды

Для уничтожения как патогенных, так и безопасных микроорганизмов, которые вызывают пленку на поверхностях контактирующих с водой используются разные технологии обеззараживания:

1. Дезинфекция хлорсодержащими препаратами. На сегодня более эффективного реагента для обеззараживания воды не существует. Хлор эффективен против 99,9% микроорганизмов. Этот метод идеально подходит для применения в системах централизованного водоснабжения, воды в бассейнах и пр. Главным его преимуществом является длительный пролонгированный эффект.

2. Озон — этот метод довольно распространен сегодня. Он также имеет высокую эффективность, но не имеет пролонгированного эффекта и также образует токсичные продукты взаимодействия. Применяется в промышленности и совершенно не подходит для систем централизованного водоснабжения, бассейнов и пр.

3. Ультрафиолет — преимуществом данного метода является отсутствие реагентов и, соответственно вторичного загрязнения воды. Но, к сожалению, данный метод имеет относительно невысокую эффективность (90 - 95%) и при его применении предъявляются высокие требования и исходной воде(прозрачность, низкая цветность и пр.). Поэтому УФ-лампы обычно используются, как дополнительный элемент в любой схеме водоподготовки.

4. Обратный осмос — благодаря мельчайшим порам задерживает 100% бактерий и вирусов, поэтому на выходе вы получаете стерильную жидкость. Этот метод оптимально подходит для питьевой воды, как в промышленности, так и в бытовых условиях. Для предупреждения вторичного загрязнения рекомендуется установка УФ-лампы после фильтра.

5. Ионы тяжелых металлов повреждают некоторые микроорганизмы. Их добавление в растворы способно замедлять обрастания тары. Для этого часто добавляют растворы солей серебра.

Обрастание техники и деталей фильтров из-за микроорганизмов

Важно понимать, что в обеззараженной водопроводной воде, количество таких микроорганизмов практически нет, скважинная обычно тоже не содержит их, но может быть заражена при движении по трубопроводу. Что касается поверхностной воды, в том числе воды из колодцев, она обычно представляет собой высокий риск.

Бактерии в водопроводной воде могут разрушать даже легированные стали, не говоря уже о железных частях. Это наблюдается в водопроводах централизованного водоснабжения, которые покрыты железобактериями и пр. Это объясняет как раз то, что в больших городах Украины активный хлор не доходит до потребителей, но практически во всех пробах воды присутствуют завышенные показатели более токсичных хлорорганических веществ.

Интенсивность обрастания пластиковых и керамических поверхностей в первую очередь характеризуется их гладкостью — чем меньше существует шероховатостей на которых можно закрепиться, тем меньше обрастаний будет наблюдаться.

Как предупредить обрастания?

Для предупреждения образования обрастаний используется комбинирование процессов обеззараживания с другими операциями:

• предварительное и текущее обеззараживание воды;
• механическая очистка;
• регулярная дезинфекция емкостей.

В зависимости от целей эти методы обычно комбинируются в разной последовательности.

К примеру в производстве бутилированной воды используется обеззараженная вода, которая наливается в одноразовую стерильную емкость и герметично закрывается.

В производствах с доставкой используется технология разлива преимущественно осмотической воды в обработанную дезинфектантом и вымытую тару.

Для решения проблемы обрастания бассейна используются в основном хлорные дезинфектанты, механическая очистка стенок бассейна и фильтрация воды на механических фильтрах.

Мы попытались рассказать то, что знали о микробиологическом водном разнообразии. Если у вас остались вопросы, пишите их в комментариях.

Ресурсы:

1. Hallsworth, John E. "Water is a preservative of microbes." Microbial Biotechnology 15.1 (2022): 191-214.

2. Egli, Thomas, Wolfgang Köster, and Leo Meile. "Pathogenic microbes in water and food: changes and challenges." FEMS microbiology reviews 26.2 (2002): 111-112.

3. Хижняк, Ольга Александровна. "Проблема обеззараживания природной воды." (2012).

4. БОЛГОВАЯ, ЕЛЕНА СЕРГИЕВНАЯ. "ВЫЯВЛЕНИЕ И УДАЛЕНИЕ ЖИЗНОСТНЫХ НЕКУЛЬТУРАБЕЛЬНЫХ МИКРООРГАНИЗМОВ ИЗ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ." (2018).