Мікроорганізми у воді

У воді проживає розмаїття мікроорганізмів, яке нараховує кілька тисяч видів, таких як різноманітні бактерії, грибки та інші. Ці організми становлять неот'ємну складову біологічного різноманіття планети та виконують ключові функції. При класифікації водних мікроорганізмів можна виділити кілька груп:

1. Синьо-зелені водорості, або ціанобактерії, є невід'ємною частиною будь-якого водного середовища, складаючи до 60% всіх мікроорганізмів.
2. До групи патогенних та умовно патогенних мікроорганізмів відносяться віруси, бактерії, грибки та найпростіші. 
3. Існують також відносно безпечні мікроорганізми у воді і не становлять небезпеки для здоров'я, не викликаючи серйозних захворювань.

У якій воді найбільше мікробів?

Різноманіття мікроорганізмів у воді і їх життєдіяльність вражають своєю широкою спектральністю. Вони проявляють:

1. Велику стійкість до температур - у воді Антарктиди можна виявити до 100 клітин бактерій на 1 грам, а в гарячих джерелах деякі мікроорганізми фотосинтезують при температурі 75 °C.
2. Витривалість до кислот і лугів, а також до спирту - лише 70% бактерій знищуються алкоголями.
3. Стійкість до солей - в антарктичному озері Дон-Жуан вміст солей в 13 разів вище, ніж у морській воді, проте бактерії та дріжджі виживають в цьому середовищі.
4. Відпор до іонізуючого випромінювання - D. radiodurans може виживати при дозі до 10000 Гр (порівняно з летальною дозою радіації для людини - 5 Гр, для Escherichia coli - 2000 Гр).

На поверхневих водах річок і озер підтримуються гнильні мікроорганізми, такі як B. fluorescens, B. aquatile, B. violaceum, P. vulgaris, плісняві гриби та інші.

• розморожений лід — деякі бактерії та особливо спори грибків виживають при заморожуванні;
• атмосферні опади збирають пил і мікроорганізми з повітря;
• солоні водойми мають меншу мікробну різноманітність, оскільки клітинні мембрани багатьох мікробів пошкоджуються солями;
• поверхневі водойми (ріки, озера, ставки, колодязі) мають найбільше мікробне видове різноманіття.

Сучасні бактерії виявляють здатність розкладати не лише біологічні відходи, але й виконувати важливі функції з руйнування токсичних органічних стоків підприємств. Деякі з них навіть концентрують токсичні важкі метали. Ці корисні функції мікробів активно використовуються на станціях біологічного очищення води. У природних водах, зокрема поверхневих, завжди присутні певні мікроорганізми, з найбільшою їх кількістю в поверхневих стоячих водоймах.

Мікробні показники води

Використання води, яка має мікробіологічне забруднення, обмежене як для питних, так і для технічних потреб. Щоб її можна було використовувати, необхідно провести дезінфекцію. Рівень мікробного забруднення води визначається за допомогою ряду показників:

• окиснюваність — характеризує кількість сильних окиснювачів використаних на руйнування органічних частинок і мікроорганізмів в об'ємі води. Це непрямий показник, оскільки окислюються не дише клітини мікроорганізмів, а також органічні домішки (феноли та ін.);
• загальне мікробне число води, норма якого визначає кількість колоній, що виросли на поживному середовищі в 1 мл води при підвищеній температурі за певний час (24 або 72 години);
• колі-титр — найменший об'єм води (в мілілітрах), що містить одну кишкову паличку;
• колі-індекс — кількість кишкових паличок в 1 л рідини.

Інфекційні хвороби людини, що поширюються через воду

Широкий спектр інфекційних хвороб, що передаються через воду, охоплює різноманітні захворювання. Згідно з класифікацією Всесвітньої організації охорони здоров'я, цей перелік включає 17 основних захворювань. Давайте коротко розглянемо ті, які є актуальними на території України.

Діарея

Діарея становить одну з головних причин смертності серед дітей до п'яти років у бідних країнах, призводячи до втрати життя 528 тисяч дітей щорічно. На території України щороку реєструється від 50 до 60 тисяч випадків діареї у дітей, і внаслідок цього втрачає життя від 20 до 30 дітей за рік.

Характеризується діарея рідким стільцем, який зазвичай відбувається більше трьох разів на добу (за винятком дітей раннього віку). Причинами її часто стають інфекції, викликані вірусами, бактеріями, найпростішими та гельмінтами. Зараження цими шкідливими мікроорганізмами часто відбувається через вживання забрудненої води та продуктів харчування, низьку санітарію (в народі також відому як "хвороба брудних рук"). Інші симптоми можуть виникати в залежності від збудника. Основною небезпекою діареї є розвиток зневоднення, недостатній прихід поживних речовин та інтоксикація організму.

У більшості випадків в Україні вода з централізованого водопостачання є безпечною, оскільки хлор ефективно бореться з усіма видами мікроорганізмів у воді. Проте джерелами зараженої води часто є джерела, колодязі, неглибокі свердловини та поверхневі водойми.

Окрім води, зараженої фекаліями людей та тварин, шляхами передачі можуть бути також недостатньо оброблене м'ясо, забруднені овочі та інші продукти.

Холера

Хворобу спричинює присутність V. cholerae або холерного вібріона в воді. Ця хвороба є вкрай небезпечною і проявляється гострою водянистою діареєю. Від моменту інфікування до виникнення симптомів зазвичай пройшло від 12 годин до 5 діб. У разі важкого перебігу і відсутності належного лікування може призвести до смерті впродовж кількох годин, незалежно від віку.

Незважаючи на серйозність хвороби, у більшості випадків у людей не виникає її симптомів, і вона може протікати у легкій формі, хоча при цьому в фекаліях містяться небезпечні бактерії, які можуть служити джерелом зараження для інших людей.

Джерелом зараження є вода, яка містить фекальне забруднення.

Останнім випадком гострого спалаху було зафіксовано у 2011 році в Донецькій області, де було виявлено 33 випадки холери.

Тиф

Тифоїдна лихоманка представляє собою бактеріальну інфекцію, що впливає на кишечник та кровообіг. Викликана Salmonella typhi та Salmonella paratyphi. Основними шляхами зараження є вживання забрудненої питної води, харчових продуктів та контакт з інфікованими особами.

Симптоми захворювання включають стійке підвищення температури до 39-40 °C, головний біль, закрепи або діарея, рожеві плями на грудній клітці, а також збільшення печінки та селезінки. Ці симптоми з'являються протягом 1-3 тижнів після зараження.

Світовий обсяг захворюваності на тифоїдну лихоманку оцінюється приблизно в 17 мільйонів випадків щорічно. Україна стикається з відомими випадками, зазвичай від 10 до 25 на рік.

Лептоспіроз

Це кишкова інфекція людини та тварин. На початковому етапі цього захворювання часто проявляються такі симптоми як головний і м'язовий біль, почервоніння очей, озноб, жовтяниця, крововиливи на шкірі та слизових, діарею і блювоту, висип. Частим проявом є легеневі кровотечі.

Лептоспіроз викликається патогенними бактеріями Leptospira spp. Зараження відбувається в результаті безпосереднього контакту з сечею інфікованих тварин або з забрудненими нею об'єктами: поверхневими водами, грунтом і рослинами. Лептоспіри можуть проникати в організм через пошкодження шкіри та слизових оболонок очей, носа і рота.

Тому шляхом зараження найчастіше є питна вода та купання в поверхневих водоймах, контакті з інфікованими тваринами.

Точна статистика по захворюваності на лептоспіроз не ведеться, але він зустрічається у всьому світі. Частота захворюваності оцінюється від 0,1 до 1% на 100 000 людей в помірному кліматі. Підвищений ризик зараження фіксується в періоди паводків та стихійних лих.

Лептоспіроз в Україні проявляється сезонно — навесні та влітку, коли люди проводять час біля водойм. Орієнтовна кількість хворих на рік в Україні коливається в межах 400 - 500 осіб.

Кампілобактеріоз

Це одна з найпоширеніших причин діареї. Бактерії Campylobacter зазвичай мають паличковидну або спиралевидну форму. В даний час до цього роду бактерій відносять 17 видів і 6 підвидів бактерій. Найпоширеніші з них C.jenuni та E.coli. Останню у нас заведено називати кишковою паличкою.

Інкубаційний період в даному випадку зазвичай може тривати 2-5, рідше до 1 - 10 днів з моменту інфікування.

Поширеними симптомами є діарея (іноді фекалії містять кров), підвищена температура, нудота і блювота, болі в області живота, слабкість. Зазвичай симптоми проходять через 3-6 днів.

Зазвичай одужання відбувається повністю і без ускладнень, цей збудник критично небезпечний для дітей раннього віку, літніх людей, та тих хворіє на імунодефіцитні стани.

До ускладнень можна віднести зараження крові, гепатити, панкреатити, а також в окремих випадках складніші системні ураження нервової та опорно-рухової системи.

Гепатити

Через воду передаються два типи цього вірусу А та E. Зараження відбувається шляхом споживання води або їжі (часто це фрукти та овочі) забруднених фекальними стоками. Також можна заразитися при близькому контакті з людиною.

Гепатит A — це гостре інфекційне захворювання, яке має також назви "хвороба Боткіна" і "жовтяниця". Інкубаційний період — 2 - 6 тижнів, а перебіг хвороби може тривати від 1 до 4 тижнів. До симптомів відносять: характерний жовтий відтінок шкіри, підвищення температура тіла (у перші 3 - 5 днів), загальна слабкість і зниження апетиту, знебарвлення калу, гострий біль у животі, вкрай рідко спостерігається печінкова недостатність.

Найлегше переносять цей тип гепатиту діти, часто спостерігається безсимптомний перебіг, що, до речі, небезпечно для оточуючих. Важливо розуміти, що чим старша людина, тим важче переноситься хвороба. Особливо небезпечна для літніх і людей з імунодефіцитом.

Варто зазначити, що в січні 2017 року Миколаєві було зафіксовано спалах гепатиту A з числом хворих в 93 людини. Причиною зараження стало споживання з водопроводу, яка не була достатньо знезаражена. Поширення гепатитів A та E в Україні оцінюється в кілька випадків тисяч на рік.

Гепатит E менш поширений, в цивілізованих країнах рідко зустрічаються спалахи захворювання, але не виключені поодинокі випадки. Симптоми та наслідки аналогічні до гепатиту A, але в даному випадку вкрай рідко можливий перехід в хронічну форму.

В Україні зустрічаються рідкісні поодинокі випадки цього вірусу.

Лікування від вірусів гепатиту на сьогодні не розроблено, людська імунна система перемагає їх сама.

Дерматомікоз

Ця категорія включає в себе численні грибкові захворювання, що впливають на шкіру стоп, голови та тіла. Серед симптомів можна виділити червоні плями, свербіж, сухість та лущення шкіри. Грибки є поширеними по всьому світі, і імовірність зараження ними існує при контакті зі стоячою водою в поверхневих джерелах, в громадських душах та басейнах, а також при використанні спільних рушників і близькому контакті.

Для запобігання зараженню грибками води використовуються ефективні дезінфікуючі засоби, які часто містять хлор. Щоб позбавитися від грибкових спор на поверхнях, важливо їх ретельно висушувати.

Лікування проводиться в залежності від важкості захворювання, використовуючи місцеві або системні протигрибкові препарати, що приймаються перорально.

Ціанобактерії

Синьо-зелені водорості або ціанобактерії самі по собі не є патогенами, але токсини, що виділяються деякими видами досить небезпечні. Люди можуть зазнати впливу цих речовин, як при питті такої води, так і при купанні в ній.

1. гепатотоксини, що впливають на печінку — виробляються деякими штамами бактерій Microcystis, Anabaena, Oscillatoria, Nodularia, Nostoc, Cylindrospermopsis и Umezakia;
2. нейротоксини продукують Aphanizomenon и Oscilatoria;
3. гастро і нефротоксичні бактерії це Cylindroapermopsis raciborski.

Як перевірити воду на вміст бактерій та вірусів?

Щоб провести аналіз води на наявність бактерій і вірусів, існують різні методи тестування.

Тест-смужки для визначення мікробіологічного забруднення можуть вказати кількість бактерій у воді. Доступні для використання вдома, вони надають інформацію про можливу наявність бактерій. Також можна зібрати пробу води та відправити її в лабораторію для більш точного аналізу, який включає визначення кількості конкретних бактерій або вірусів у воді.

Використання тест-систем для виявлення конкретних патогенів призначене для визначення бактерій чи вірусів, таких як коліформні бактерії, E. coli і інші. Портативні електронні тестери можуть швидко оцінити рівень забруднення води за різними параметрами, включаючи мікробіологічні забруднення.

Важливо відзначити, що правильний вибір методу та тесту залежить від того, яку детальну інформацію ви хочете отримати та які конкретні патогени ви хочете перевірити.

Дезінфекція води

1. Дезінфекція хлоровмісними препаратами. На сьогодні більш ефективного реагенту для знезараження води не існує. Хлор ефективний проти 99,9% мікроорганізмів. Цей метод ідеально підходить для застосування в системах централізованого водопостачання, води в басейнах і ін. Головною його перевагою є тривалий пролонгований ефект.
2. Озон — цей метод досить поширений сьогодні. Він також має високу ефективність, але не має пролонгованого ефекту, також утворює токсичні продукти взаємодії. Застосовується в промисловості та абсолютно не підходить для систем централізованого водопостачання, басейнів та ін.
3. Ультрафіолет — перевагою даного методу є відсутність реагентів і, відповідно, вторинного забруднення води. Але, на жаль, цей метод має відносно невисоку ефективність (90 - 95%) і при його застосуванні пред'являються високі вимоги до вихідної воді (прозорість, низька кольоровість та ін.). Тому УФ-лампи зазвичай використовуються, як додатковий елемент в будь-якій схемі водопідготовки.
4. Зворотний осмос — завдяки дрібним порам затримує 100% бактерій і вірусів, тому на виході ви отримуєте стерильну рідину. Цей метод оптимально підходить для питної води, як в промисловості, так і в побутових умовах. Для запобігання вторинному забрудненню рекомендується встановлення УФ-лампи після фільтра.
5. Іони важких металів ушкоджують деякі мікроорганізми. Їх додавання в розчини здатне уповільнювати обростання тари. Для цього часто додають розчини солей срібла.

Обростання техніки та деталей фільтрів через мікроорганізми

Важливо усвідомлювати, що в дефекованій водопровідній воді майже немає таких мікроорганізмів, і свердловинна вода зазвичай також їх не містить, за умови, що вона не заражена під час транспортування по трубопроводу. Щодо поверхневої води, включаючи воду з колодязів, вона часто має підвищений рівень забруднення.

Певні бактерії можуть призводити до руйнування навіть легованої сталі, не згадуючи про залізні деталі. Це явище спостерігається у системах централізованого водопостачання, де труби можуть бути вкриті залізобактеріями та іншими. Таке явище пояснюється тим, що великі міста України часто не отримують достатньо активного хлору для забезпечення безпечності води для споживачів, і, як наслідок, проби води часто містять завищені рівні токсичних хлорорганічних сполук.

Ступінь заростання пластикових і керамічних поверхонь визначається, перш за все, їх гладкістю — чим менше нерівностей, на яких можуть закріпитися мікроорганізми, тим менше заростань буде помітно.

Як запобігати обростанням?

Для запобігання утворенню обростань використовується комбінування процесів знезараження з іншими операціями:

• попереднє та поточне знезараження води;
• механічне очищення;
• регулярна дезінфекція ємностей.

Ресурси:

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 Олександрівна. "Проблема знезаражування природної води." (2012).

4. БОЛГОВА, ОЛЕНА СЕРГІЇВНА. "ВИЯВЛЕННЯ ТА ВИДАЛЕННЯ ЖИТТЄЗДАТНИХ НЕКУЛЬТУРАБЕЛЬНИХ МІКРООРГАНІЗМІВ З ПИТНОЇ ВОДИ." (2018).