Эколого-микробиологический мониторинг качества питьевой воды города Саратова

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Эколого-микробиологический мониторинг качества питьевой воды города саратова

03.00.07 - микробиология

03.00.16 - экология

Логашова Наталья Борисовна

Саратов - 2009



Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный медицинский университет» Росздрава на кафедре общей гигиены и экологии

Научные руководители: доктор медицинских наук, профессор Луцевич Игорь Николаевич;

доктор биологических наук, профессор Тихомирова Елена Ивановна

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор Щербаков Анатолий Анисимович;

доктор биологических наук, профессор Мишвелов Евгений Георгиевич

Ведущая организация - ГОУ ВПО «Ульяновский государственный университет»

Защита состоится «14» мая 2009 г. в 13⁰⁰ ч. на заседании диссертационного совета Д 220.061.04 при ФГОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова» по адресу: 410005 г. Саратов, ул. Соколовая, 335; диссертационный зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ» по адресу: 410005 г. Саратов, ул. Соколовая, 335.

Автореферат диссертации разослан «13» апреля 2009 г. и размещен на сайте: www.sgau.ru

Отзыв на автореферат направлять по адресу: 410012, г. Саратов, Театральная пл., 1, ученому секретарю диссертационного совета.

Ученый секретарь

диссертационного совета Карпунина Л.В.



ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Вода открытых водоемов является естественной средой обитания разнообразных микроорганизмов, сосуществующих в виде сложных ассоциаций - микробоценозов, количественные и качественные характеристики которых могут существенно изменяться в условиях антропогенного воздействия (Нетрусов и др., 2000; 2005; Бухарин, Немцева, 2008). Эти изменения необходимо учитывать при проведении микробиологического мониторинга водных объектов.

Проблема обеспеченности населения г. Саратова качественной питьевой водой является актуальной и связана с изменением природных свойств воды Волгоградского водохранилища, основного источника водоснабжения, под действием антропогенных факторов. Основными источниками загрязнения реки Волга являются сбросы хозяйственно-бытовых, производственных и ливневых сточных вод различной степени загрязнения. Из общего объема сточных вод на долю промышленных приходится около 27%, остальные - на жилищно-коммунальный комплекс (Государственный доклад «О санитарно-эпидемиологическом благополучии в Саратовской области», 2002-2007).

Химические загрязнители, попадающие в водную среду в естественных условиях и со сточными водами, неблагоприятно влияют на функционирование ассоциаций микроорганизмов, участвующих в естественных процессах самоочищения воды, на санитарный режим водных объектов (Митчелл, 1996; Розанов и др., 2001; 2003; Елисеев и др., 2002; Луцевич, 2005; Поддубная, 2007).

В результате реагентной обработки воды на сооружениях очистки и водоподготовки, ксенобиотики и метаболиты микробных ассоциантов могут трансформироваться с образованием веществ, обладающих иными органолептическими и токсическими свойствами, биологической активностью, способностью к проявлению отдаленных эффектов (Рахманин и др., 1985; Елисеев и др., 1981, 1984, 2002; Красовский, Егорова, 1990; Мудрый, 1990; Луцевич, 2005; Haig, 1989).

В этой связи целью настоящей работы явилось эколого-микробиологическое исследование условий формирования качества питьевой воды г. Саратова и разработка рекомендаций по оптимизации водоподготовки. водный очистка бактерия санитарный

Для достижения этой цели были поставлены и решены следующие задачи:

1 - провести микробиологический мониторинг качества воды реки Волги в местах водозабора г. Саратова и оценить токсичность методами биотестирования;

2 - проанализировать качественный и количественный состав водных микробоценозов; выявить антибиотикоустойчивые штаммы выделенных гетеротрофных бактерий;

3 - оценить активность процессов самоочищения воды из мест водозабора г. Саратова по показателям интенсивности развития и отмирания водной сапрофитной микрофлоры; интенсивности биохимического потребления кислорода и процессов минерализации азотсодержащих веществ;

4 - провести лабораторно-аналитические исследования проб воды из мест городского водозабора и в процессе водоподготовки;

5 - изучить микробиологические показатели водопроводной питьевой воды г. Саратова; исследовать присутствие в воде микромицетов и способы их элиминации;

6 - провести санитарно-токсикологические исследования эффективности очистки воды по общепринятой методике и по усовершенствованной технологической схеме.

Научная новизна. Впервые проведено комплексное эколого-микробиологическое исследование качества питьевой воды г. Саратова в процессе водоподготовки. Выявлено увеличение частоты встречаемости в воде реки Волги в летний период грамотрицательных микроорганизмов, не нормируемых документами водно-санитарного законодательства, и появление антибиотикоустойчивых микроорганизмов. Показана взаимосвязь качества воды разных мест водозабора с составом микробоценозов, показателями индекса трофности и индекса чистоты проб воды, химико-аналитическими показателями. Доказана дополнительная контаминация питьевой воды микромицетами в системе городских водопроводных сетей. Установлено, что дополнительное введение в общепринятую схему водоподготовки активированных углей позволяет обеспечить более высокую экологическую эффективность очистки воды и элиминацию химической и биологической контаминации. Полученные результаты вносят существенный вклад в развитие представлений о функционировании водных микробоценозов при химическом загрязнении водных объектов.

Практическая значимость работы. Установленные факты снижения индекса трофности и индекса чистоты проб воды реки Волги и изменений в ассоциации водных микроорганизмов вблизи мест водозабора г. Саратова в летний период 2002-2008 гг. свидетельствуют об ограниченной способности воды к самоочищению и необходимости применения дополнительных методов очистки. Проведенные исследования показали, что общепринятый комбинированный метод водоподготовки не позволяет получать питьевую воду удовлетворительного качества. Предложена обработка воды по усовершенствованной схеме, нормализующей ее качество соответственно требованиям стандартов. Экспериментально обоснована необходимость дополнительных методов адсорбции активированными углями для очистки питьевой воды от микромицетов. Усовершенствованы методические приемы эколого-микробиологической оценки качества воды. Результаты исследований внедрены в учебный процесс кафедры общей гигиены и экологии и кафедры гигиены медико-профилактического факультета Саратовского государственного медицинского университета, кафедры микробиологии и физиологии растений Саратовского государственного университета им. Н.Г. Чернышевского и кафедры экологии Саратовского государственного технического университета.

Основные положения, выносимые на защиту

1. При проведении микробиологического мониторинга воды в местах водозабора необходимо учитывать частоту встречаемости не только общих колиформных бактерий, но и других грамотрицательных форм бактерий, а также показатели антибиотикоустойчивости микроорганизмов.

2. Определение интегрированных показателей функциональной активности водных микробоценозов: индекса чистоты воды (К) и индекса трофности (I) наряду с общепринятыми показателями позволяет более информативно оценить способность воды к самоочищению и необходимость проведения дополнительных методов очистки воды.

3. Введение в общепринятую схему водоподготовки дополнительных методов адсорбции активированными углями позволяет исключить контаминацию микромицетами и обеспечить высокое качество питьевой воды.

Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на научных конференциях различного ранга: научно-практической конференции «Возрождение Волги и пути решения» (Саратов, 1998); 3-й научно-практической конференции «Гигиенические проблемы охраны здоровья населения регионов России в новых экономических условиях" (Саратов, 2000); Всероссийской научной конференции «Фундаментальные и прикладные аспекты функционирования водных экосистем: проблемы и перспективы гидробиологии и ихтиологии в XXI веке» (Саратов, 2001); научно-практической конференции «Экология и безопасность жизнедеятельности» (Пенза, 2002); научно-практической конференции с международным участием «Окружающая среда и здоровье» (Саратов, 2003); юбилейной научной конференции, посвященной 90-летию кафедры общей гигиены и экологии СГМУ (Саратов, 2004); YI международной научно-практической конференции «Экономика природопользования и природоохраны» (Пенза, 2005); международной научной конференции «Актуальные проблемы экологии и охраны окружающей среды» (Македония, 2006); Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы региональной экологии в условиях устойчивого развития» (Киров, 2008); международной научной конференции «Экология и жизнь» (Пенза, 2008); научных конференциях Саратовского государственного медицинского университета (Саратов, 2004, 2006).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 18 работ, из них 9 статей, одна из которых в журнале из списка ВАК РФ.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, главы материалов и методов, трех глав собственных исследований, заключения, выводов. Материал диссертации изложен на 120 страницах текста, включает 16 рисунков и 13 таблиц. Список использованных литературных источников содержит 198 наименований, в том числе 83 зарубежных.

Собственные исследования и их обсуждение

Материалы и методы

Для исследований использовали воду р. Волги в местах водозабора (рис. 1), водопроводную питьевую воду г. Саратова, воду из модельных водоемов на разных этапах водоподготовки. Проводили комплексные микробиологические, экологические, физико-химические и токсикологические исследования на лабораторной модели водоочистных сооружений в условиях, максимально приближенных к естественным, в соответствии с методическими указаниями, утвержденными Минздравом России (МУ 1997, 1999, 2004).



1 - ВК-1, 2 - ВК-2, 3 - ВК-3, 4 - ВК-4

Рис. 1. Карта-схема пунктов городского водозабора

В пробах воды из разных мест городского водозабора, а также в процессе водоподготовки определяли содержание микроорганизмов по общепринятым методикам (Кузнецов, Дубинина, 1989):

- общее микробное число (ОМЧ), включающее общее число мезофильных аэробных и факультативно анаэробных микроорганизмов, способных образовывать колонии на питательном агаре при температуре 37 °С в течение 24 ч, а также при температуре 20-22 °С в течение 72 ч для учета сапрофитных водных микроорганизмов;

- общие колиформные бактерии (ОКБ), включающие грамотрицательные оксидазоотрицательные не образующие спор палочки, способные расти на дифференциальных лактозных средах, ферментирующие лактозу до кислоты, альдегида и газа при температуре 37 °С в течение 24-48 ч.;

- термотолерантные колиформы, способные ферментировать лактозу до кислоты, альдегида и газа при температуре 44 °С в течение 24 ч.;

- индикаторную группу бактерий Esherichia coli (БГКП), включающую аэробные и факультативно анаэробные термоустойчивые колиформные бактерии, ферментирующие лактозу или маннитол при температуре 44 °С в течение 24 ч с образованием кислоты и газа, образующие индол из триптофана;

- мезофильные аэробные и факультативно-анаэробные микроорганизмы (КМАФАнМ), растущие на мясо-пептонном агаре (МПА) при температуре 30°С в течение 24-48 часов.;

- фекальные стрептококки - грамположительные каталазотрицательные полиморфные кокки, располагающиеся попарно или в цепочках, способные расти на питательных средах с азидом натрия;

- термотолерантные сульфитредуцирующие клостридии выявляли посевом 20 мл воды на железо-сульфитный агар.

Проводили оценку численности микроорганизмов различных эколого-трофических групп: эвтрофных, гетеротрофных и олиготрофных бактерий; дрожжеподобных грибов и спор сульфитредуцирующих клостридий.

Вычисляли наиболее вероятное число (НВЧ) микроорганизмов в определенном объеме воды, полученное из сочетания положительных и отрицательных результатов в серии объемов пробы, исследованных стандартными методами с использованием жидких питательных сред.

Бактериологические посевы осуществляли общепринятыми микробиологическими методами согласно МУК № 10.05.046.03. Выделение микромицетов проводили на среде Сабуро, используя модифицированный метод (Наgeskal et. al., 2007). Идентификацию 1568 выделенных штаммов микроорганизмов осуществляли в соответствии с методическими указаниями. Определение устойчивости к антибиотикам (пенициллину, тетрациклину, стрептомицину, эритромицину, левомицетину) выделенных штаммов гетеротрофных бактерий проводили методом дисков.

Проводили оценку качества воды в местах водозабора и в процессе водоподготовки по интегральным показателям. В органолептических исследованиях изучали характер и степень изменения запаха, привкуса и пенообразования. Оценку степени токсичности воды производили в опытах на биотестобъектах - гидробионтах (Daphnia magna Straus) и люминесцентных бактериях (E. coli) по общепринятым в экологических исследованиях методикам. Токсичность исследуемых проб воды оценивали по двум показателям: гибели особей исходного поколения и изменению плодовитости выживших самок. Критерием острого токсического действия на дафний являлась гибель 50% и более особей за 96 часов. Кроме общепринятых показателей была проведена оценка куммулятивного мутагенного действия водных экотоксикантов на D. magna, содержащихся в модельных водоемах (с водой р. Волги из разных точек городского водозабора).

Санитарный режим водоемов изучали в трех основных направлениях: исследовали интенсивность развития и отмирания сапрофитной микрофлоры, процессы биохимического потребления кислорода и минерализацию азотсодержащих органических соединений. Экспериментальная оценка процессов самоочищения воды в местах водозабора г. Саратова проведена в соответствии с методическими указаниями МУ 2.1.5.720-98.

Аналитические исследования, направленные на идентификацию химических элементов в речной воде, выполнены методом масс-спектрометрии с использованием масс-спектрометра Inductivety Conpled Plasma Mass Spectrometer с системой обработки данных VG PG Уx Cell.

Изучали эффективность общепринятых методов водоподготовки: первичного хлорирования, коагуляции, отстаивания, фильтрации, вторичного хлорирования по отношению к воде из разных мест городского водозабора, а также действие окислителей: озона (в течение 30 мин и 3 ч) и перманганата калия. Производили оценку ультрафиолетового облучения как безреагентного метода обеззараживания. Коагуляцию в свободном объеме осуществляли с помощью Al₂(SO₄)₃ в камере хлопьеобразования в условиях механического перемешивания. При моделировании процесса водоподготовки использовали в качестве коагулянта сульфат алюминия (АС), дигидроксосульфат алюминия (ДГСА) и основный хлорид алюминия (ОХА), в качестве флокулянта - полидиаллилдиметиламоний хлорид (ДБ-45). Оценивали эффективность активных углей (АГ-3, АГ-М, БАУ, СКТ-7, А-щелочной), высота фильтров в соответствии с требованиями СНиП составила 500 мм, скорость фильтрации - 10-12 м/час.

Оценивали качество воды, очищенной в разных режимах водоподготовки, в хроническом санитарно-токсикологическом эксперименте длительностью шесть месяцев. В качестве экспериментальных животных использовали 84 белых крыс-самцов средней массой тела 145 г. Условия содержания и пищевой рацион животных были стандартными. Наблюдали за динамикой массы тела животных, их общим состоянием, активностью ферментных систем, гематологическими показателями, способностью ЦНС суммировать подпороговые импульсы (СПП) и ЭКГ. Показатели регистрировали через 15, 35, 45, 60 дней (МУ, 1981; 1984; 1986).

Статистическую обработку экспериментальных данных проводили по общепринятым методикам (Ашмарин и др., 1973). Расчёт результатов осуществляли с применением пакета прикладных программ Statistica 6.0 (for Windows; «Stat Soft Inc.», США), Statgraph (Version 2.6; Cоulter), Microsoft Еxcel 2003 (for Windows XP).

Эколого-микробиологический мониторинг качества воды реки Волги в местах водозабора г. Саратова

В период 2002-2007 гг. провели микробиологическое исследование 2564 проб воды реки Волга из мест водозабора г. Саратова. Показано, что ОМЧ в воде колебалось по сезонам года от 0,75±0,05 до 22,4±1,8 млн. кл./мл (рис. 2). Проводили оценку численности микроорганизмов различных эколого-трофических групп. Динамика численности сапрофитов (от 65 до 840 тыс. кл./мл) была сходной с динамикой общей численности, пики их количества совпали с максимальными величинами перманганатной окисляемости воды. Абсолютное число олиготрофов возрастало, а их доля в общем количестве сапрофитов снижалась.

Рис. 2. Годовая динамика значений общей численности микроорганизмов, средние данные за период 1998-2008 гг.

Проведенные исследования показали, что в таксономической характеристике микробоценозов р. Волги преобладали аутохтонные микроорганизмы (более 80%), преимущественно представители грамположительных бактерий. Установлено различное содержание аллохтонных микроорганизмов в разных точках водозабора; выявлены также закономерности распространения гетеротрофных микроорганизмов. Отмечена стабильная динамика увеличения количества выделяемых грамотрицательных бактерий в летний период 2002-2007 г.г. от 21,0 до 46,4% соответственно.

В работе были использованы методы биологического тестирования и индикации, позволяющие оценить синергическое действие различных экотоксикантов в речной воде и их биологические эффекты в сверхмалых концентрациях. В период 2007-2008 г.г. в разные сезоны проведено исследование 198 проб воды р. Волги в местах водозабора г. Саратова (ВК-1, 2, 3, 4).

При биотестировании воды на бактериях обнаружена острая токсичность проб из точки ВК-1 в летний период. При исследовании проб воды из других точек водозабора острая токсичность не была выявлена. При биотестировании всех исследуемых проб воды на дафниях не отмечено острого токсического действия. Однако установлена достоверно большая смертность особей D. magna в пробах из точки ВК-1 по сравнению с их жизнеспособностью в пробах воды из других точек водозабора. Полученные результаты свидетельствуют о разной степени качества воды в зависимости от места водозабора. Параллельно было проведено определение хронической токсичность проб воды по оригинальной методике выявления нарушений репродуктивной функции дафний исходного поколения и особенностей постэмбрионального развития особей первого поколения. Установленная хроническая токсичность воды вблизи ВК-1 может быть объяснена частичной контаминацией городскими сточными водами, содержащими значительные количества экотоксикантов по данным лабораторно-аналитических исследований.

Оценку активности процессов самоочищения воды из мест водозабора г. Саратова осуществляли также в условиях модельных водоемов. Контроль санитарного режима проводили по показателям активной реакции воды (рН), растворенного кислорода, концентрации азота аммиака, нитритов и нитратов. Показатели фиксировали через 1, 3, 5, 7, 10, 15, 20, 25 и 30 суток. Отмечены более интенсивные процессы нитрификации и аммонификации в воде из точки ВК-1 в ранние сроки наблюдения за модельным водоемом (рис. 3). Достоверных различий для других показателей выявлено не было. Параллельное определение динамики развития сапрофитной микрофлоры в модельных водоемах выявило закономерности изменения численности и значительное превышение показателей для воды из точки ВК-1 (рис. 4).

Проведенные исследования позволили рассчитать интегрированные показатели функциональной активности водных микробоценозов: индекс чистоты воды (К), отражающий отношение общего числа бактерий к числу сапрофитов, и индекс трофности (I), отражающий отношение числа олигокарбофилов к числу сапрофитов.

«-»- ВК-1, «- - -» - ВК-2 «^……» - ВК-4

Рис. 3. Процессы нитрификации (А) и аммонификации (Б) азотсодержащих органических веществ в модельных водоемах



Рассчитанный К указывал на относительно равную степень чистоты воды всех исследованных точек в весенний период (К=148-164) и принадлежность зоны водозабора к мезосапробной категории. По мере увеличения прогревания воды этот показатель снижался в 1,5 - 2 раза, а для точки ВК-1 - в 4 раза, что может указывать на переход зоны в категорию полисапробных. Индекс трофности, позволяющий оценить экологическое состояние водоемов, уменьшался по мере увеличения в воде количества сапрофитов, достигая минимальных показателей (0,64) в августе.

«-»- ВК-1, «- - -» - ВК-2 «^……» - ВК-4

Рис. 4. Динамика развития сапрофитной микрофлоры в модельных водоемах

Факт снижения индекса трофности свидетельствует об ограниченной способности воды к самоочищению и необходимости проведения дополнительных методов очистки воды.

Анализ качественного и количественного состава водных микробоценозов в местах водозабора г. Саратова

Установлено, что микробные сообщества реки Волга в местах городского водозабора представлены бактериями многих таксономических групп. Несмотря на доминирование грамположительных бактерий в целом, другая, меньшая часть микробоценозов, была довольно широко представлена факультативными грамотрицательными микроорганизмами. При этом доминировали энтеробактерии, среди которых около половины составили штаммы Е.соli. Довольно широко также были распространены штаммы рода Епterobacter, представленные микроорганизмами четырех видов - Е. сloасае, Е. аgg1отеrапs, Е. аеrоgепеs и Е. gergоviae, среди которых типовой вид (Е. сloасае) встречался наиболее часто. Среди энтеробактерий следует отметить выделение микроорганизмов родов Рroteus, Serratia и Klebsiella. Неферментирующие грамотрицательные бактерии в микробоценозах р. Волги были менее значимы; среди них идентифицированы бактерии семейства Рsеиdотопаdaceae.

Таблица 1. Состав грамотрицательных микроорганизмов, выделенных из микробоценозов реки Волги в местах водозабора г. Саратова

Таксономическое положение	Частота встречаемости, %	Таксономическое положение	Частота встречаемости, %
Сем. Enterobacteriaceae	78,3	Сем. Рsеиdотопа-daceae	3,4
р. Еscherihia E.соli	40,8	р. Рsеиdотопаs Р.аеrиgiтоsа Р. fluоrеsсепs	2,7 1,5 0,8
р. Епterobacter Е. сloасае, Е. аgg1отеrапs, Е. аеrоgепеs Е. gergоviae	24,0 9,8 6,6 5,4 2,0	р. Асinetobacter Асinetobacter sp	6,3
р. Рroteus Р. mirabilis Р. vulgaris	5,7 3,5 2,2	Сем. Vibrioпасеае	9,7
р. Serratia S. таrсеscens	3,8	р. Аеrотопаs А. hydrophila	5,4
р. Klebsiella Klebsiella sp.	4,0	Non sp.	2,3

Более высокой оказалась частота встречаемости штаммов Асinetobacter. На долю вибрионов пришлось 9,7% всех штаммов, среди них отмечены коккобациллы рода Аеrотопаs, представленные штаммами Аеrотопаs hydrophila (табл. 1).

В воде водозабора ВК-1, где р. Волга характеризуется существенным антропогенным прессингом, в микробных сообществах доля грамотрицательных бактерий составила в 2007 г. около половины всех штаммов. При этом наблюдалось увеличение частоты встречаемости не только индикаторных микроорганизмов, входящих в большую гетерогенную группу ОКБ (Е.соli, Klebsiella sр., Еnterobacter sр., Serratia sр. и т.д.), но и других грамотрицательных микроорганизмов, не нормируемых документами водно-санитарного законодательства, но представляющих потенциальную эпидемическую опасность для человека. Термотолерантные сульфитредуцирующие клостридии выявлялись в незначительном числе случаев. Количественные и качественные показатели гетеротрофов в точке ВК-1 позволили достаточно четко связать их присутствие с влиянием сточных вод.

Известно, что одной из информативных характеристик микробных сообществ водных объектов является антибиотикорезистентность составляющих их микроорганизмов. В этой связи нами было проведено в 2006-2007 г.г. определение устойчивости выделенных штаммов гетеротрофных бактерий к широко используемым антибиотикам: пенициллину, тетрациклину, стрептомицину, эритромицину, левомицетину. Установлено, что в воде основных мест городского водозабора (ВК-2, ВК-3) резистентностью к двум-трем антимикробным препаратам обладали 10,4% штаммов бактерий; 4,5% штаммов оказались устойчивыми ко всем использованным препаратам. В воде водозабора ВК-1 показатель полиантибиотикоустойчивости штаммов бактерий был достоверно выше.

Полученные данные свидетельствуют о том, что при проведении микробиологического мониторинга воды в местах водозабора необходимо учитывать частоту встречаемости не только общих колиформных бактерий, но и других грамотрицательных форм бактерий, а также показатели антибиотикоустойчивости микроорганизмов.

Лабораторно-аналитические исследования проб воды из мест городского водозабора и в процессе водоподготовки

Был проведен сравнительный анализ лабораторных исследований качества воды из разных водозаборов г. Саратова по химическим показателям за период наблюдения с 1998 по 2008 гг. Сравнивали обобщенные показатели: водородный показатель рН, щелочность общую, жесткость общую, минерализацию общую, нефтепродукты (суммарно), анионо-активные поверхностно-активные вещества (ПАВ), фенолы, перманганатную окисляемость (табл. 2), а также показатели содержания 35 неорганических и 13 органических веществ (табл. 3). Санитарно-химические показатели колебались в пределах 30-32%; показатели мутности и цветности имели минимальное значение в период весеннего паводка: до 5,0 мг/л по мутности и до 30⁰ по цветности. Биохимическая потребность кислорода (БПК₅) изменялась от 2,0 до 5,0 мг/дм³, максимальные значения отмечены весной и осенью.

Таблица 2. Результаты лабораторно-аналитических исследований качества воды водоисточника ВК-2 г. Саратова (р. Волга)

№№ п/п	Наименование показателя	Единица измерения	НТД на методы определения	Макс.	Мин.	Средн.
1	2	3	4	5	6	7
Органолептические показатели
1	Мутность	Мг/л	ГОСТ 3351-74	3,02	2,2	2,52
2	Цветность	Градус	ГОСТ 3351-74	30,3	24,8	27,1
3	Запах	Балл	ГОСТ 3351-74	1	1	1
Обобщенные показатели
4	Температура	Градус С	Указания ГОСТ 2761 -84 №4055	12,8	8,3	10,4
5	Водородный показатель рН	Единицы рН	ПНДФ 14.1-2:3-4 121-97	8,16	7,81	8,04
6	Щелочность общая	Ммоль/дм'	ЦВ 1.0 1.1 1-98 «А»	2,24	2,05	2,15
7	Жесткость общая	Ж	ГОСТ Р 52407-2005	3,90	2,60	3,26
8	Общая минерализация	Мг/л	ГОСТ 181 64-72	318	234	279
9	Нефтепродукты (суммарно)	Мг/л	ПНДФ 14.1:2:4.128-98	0,025	<0,01	<0,01
10	ПАВ, анионо-активные	Мг/л	ПНДФ 14.1:2:4.158-2000	<0,025	<0,025	<0,025
11	Фенолы	Мг/л	ПНДФ 14.1:2:4.182-02	0,041	<0,0005	0,012
12	Окисляемость перманганатная	МгО/л	ПНДФ 14.1:2:4.154-99	7,02	6,24	6,61

В целом показатели санитарного режима свидетельствовали о торможении окислительных процессов, особенно в летний период, с накоплением в воде недоокисленных соединений, что в свою очередь тормозило нитрификацию. Полного завершения процессов самоочищения при этом не наблюдалось. Среднее значение нитритов составляло 0,1 мг/дм³, нитратов - 4,0-6,0 мг/дм³. Превышений предельно-допустимых значений за исследуемый период не отмечено.

Приоритетными загрязнителями являлись нефтепродукты, СПАВ, тяжелые металлы. Тяжелые металлы в воде р. Волги в период 2002-2008 гг. обнаружены в концентрациях выше предельно-допустимых в среднем в 12,9% проб, что можно, отчасти, объяснить увеличением объемов исследования. По результатам проведенного анализа методом масс-спетрометрии среди тяжелых металлов наиболее распространенными в исследуемых пробах воды были свинец, ртуть, кадмий (рис. 5). Содержание нефтепродуктов в среднем более чем в 50% проб превышало предельно-допустимое количество, максимальные концентрации достигали

Таблица 3. Содержание неорганических веществ в пробах воды водоисточника ВК-2 г. Саратова

№№ п/п	Наименование показателя	Единица измерения	НТД на методы определения	Макс.	Мин.	Средн.
Неорганические вещества
1	Аммиак и ионы аммония (суммарно	Мг/л	ГОСТ 4192-82	0,35	0,07	0,21
2	Нитраты	Мг/л	ГОСТ 18826-73	4,8	1,28	2,87
3	Нитриты	Мг/л	ГОСТ 4192-82	0,120	0,010	0,046
4	Хлориды	Мг/л	ГОСТ 4245-72	32,5	24,0	26,4
5	Железо общее	Мг/л	ГОСТ 401 1-72	0,29	0,22	0,27
6	Алюминий	Мг/л	ГОСТ Р 5 1309-99	0,065	0,036	0,047
7	Барий	Мг/л	ГОСТ Р 5 1309-99	0,049	0,034	0,044
8	Бериллий	Мг/л	ГОСТ Р 5 1309-99	0,00015	<0,0001	<0,0001
9	Бор	Мг/л	ПНДФ14.1:2:4.36-95	<0,05	<0,05	<0,05
10	Кадмий	Мг/л	ГОСТ Р 5 1309-99	<0,0001	<0,0001	<0,0001
11	Кобальт	Мг/л	ГОСТ Р 5 1309-99	0,004	0,001	0,0025
12	Марганец	Мг/л	ГОСТ Р 5 1309-99	0,014	0,0055	0,009
13	Медь	Мг/л	ГОСТ Р 5 1309-99	0,0035	0,003	0,0031
14	Молибден	Мг/л	ГОСТ Р 5 1309-99	0,003	0,003	0,003
15	Мышьяк	Мг/л	ГОСТ Р 5 1309-99	0,008	0,005	0,007
16	Никель	Мг/л	ГОСТ Р 51309-99	0,018	0,0035	0,008
17	Ртуть	Мг/л	ГОСТ Р 51212-98	0,00005	0,00004	0,00004
18	Свинец	Мг/л	ГОСТ Р 5 1309-99	0,003	0,001	0,002
19	Селен	Мг/л	ГОСТ Р 5 1309-99	0,0045	<0,002	0,0026
20	Серебро	Мг/л	ГОСТ 18293-72	0,0065	0,0021	0,0035
21	Сурьма	Мг/л	ГОСТ Р 5 1309-99	< 0,005	< 0,005	< 0,005
22	Стронций	Мг/л	ГОСТ 23950-88	3,9	2,2	3,4
23	Сульфаты	Мг/л	ГОСТ 4389-72	69,0	47,0	56,3
24	Фториды	Мг/л	ГОСТ 4386-89	0,13	0,11	0,12
25	Хром (VI)	Мг/л	ГОСТ Р 5 1309-99	0,004	0,001	0,002
26	Цинк	Мг/л	ГОСТ Р 51309-99	0,0185	0,0145	0,017
27	Растворенный кислород	Мг/л	ПНДФ 4.1:2:3:4.123-97	13,76	8,42	11,13
28	БПК полное	МгО2/л	ПНДФ 4.1:2:3:4.123-97	3,15	2,12	2,62
29	БПК5	МгО2/л	ПНДФ 14.1:2:3:4.123-97	1,96	1,44	1,73

1,05 мг/дм³ (для ВК-4). СПАВ выявлены практически во всех исследованных пробах, однако их концентрации были ниже предельно допустимых и составляли от 0,06 мг/л до 0,23 мг/л.

Содержание фенола во всех исследованных пробах не превышало ПДК и обнаруживалось в среднем в концентрациях 0,003-0,005 мг/л.

На следующем этапе работы была изучена эффективность использования общепринятых методов водоподготовки и дополнительное применение окислителей озона и перманганата калия по отношению к воде из разных мест городского водозабора. Установлено, что степень очистки воды зависит от концентрации и окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) используемых реагентов.

Микробиологические и санитарно-токсикологические исследования эффективности очистки воды по общепринятой методике и по усовершенствованной технологической схеме

Одной из основных причин ухудшения качества питьевой воды и увеличения среди населения заболеваний, передающихся водным путем, является наличие почвенных микромицетов в воде водохранилищ, которая используется для водоснабжения населенных пунктов. При выборе методов очистки воды от микромицетов было использовано их природное свойство, сорбироваться на различных поверхностях. Был проведён комплекс исследований по выделению микроскопических грибов из водопроводной воды и их удалению с помощью методов коагуляции и флокуляции. Определение доз реагентов проводили на дрожжеподобном грибе Саndida albicans, повсеместно встречающемся в водопроводной воде. Показано, что эффективным коагулянтом при очистке воды от С. albicans является ДГСА. При одинаковой концентрации коагулянтов 6 мг/дм³ и исходном загрязнении воды 1,7х10⁵ КОЕ/см³, использование ДГСА позволяет снизить на три порядка численность С. albicans, в то время как ОХА обеспечивает очистку на два порядка, а СА только на полтора. Использование флокулянтов в концентрации 0,1 мг/дм³ позволяет на порядок снизить выделение микромицетов из воды. При совместном использовании ДГСА с флокулянтом получена более полная элиминация С. albicans (рис. 6-А). Изучали также эффективность различных марок активированных углей, применяющихся в практике очистки воды (АГ-3, АГ-М, БАУ, СКТ-7, А-щелочной). Установлено, что использование этих сорбентов обеспечивает полное (до 100%) удаление микромицетов из воды (рис. 6-Б). Ранее было показано, что активированные угли обладают высокой эффективностью в отношении химических загрязнителей, в том числе и синтетических поверхностно-активных веществ (Луцевич, 2004).

Таким образом, применение активированных углей является одним из наиболее эффективных методов очистки воды как от химической, так и биологической контаминации. Разработанные режимы исследовали на микроскопическом грибе Clodosporidium cladosporioides.



Рис. 6. Эффективность использования коагулянтов (А) и активных углей (Б) при очистке воды от микромицетов

Полученные результаты соответствовали таковым для С. albicans, из чего следует, что при помощи активных углей можно проводить очистку воды от различных микромицетов, а С. albicans использовать как санитарно-показательный микроорганизм для оценки сорбционных методов по обеззараживанию воды от микромицетов.

Далее были проведены исследования качества воды, очищенной по стандартной методике водоподготовки и усовершенствованной схеме (Луцевич, 2004), в хроническом санитарно-токсикологическом эксперименте. Экспериментальные животные были разделены на 7 групп: 1-я группа контрольная (крысы получали артезианскую воду); 2-я, 3-я и 4-я опытные группы (крысы получали воду из ВК-1, ВК-2 и ВК-3, очищенную по стандартной технологии водоподготовки); 5-я, 6-я и 7-я опытные группы (крысы получали воду из тех же водозаборов, очищенную по усовершенствованной технологии).

Проводили двойной контроль: данные сопоставляли с показателями фона и контрольной группы. Показано, что количество эритроцитов в крови животных всех групп на протяжении опыта колебалось незначительно, содержание гемоглобина в течение эксперимента достоверно не отличалось от контроля. Установлено значительное уменьшение уровня витамина С в организме экспериментальных животных 2, 3 и 4 групп, особенно в надпочечниках (рис. 7).

Рис. 7. Содержание витамина С в надпочечниках экспериментальных животных

Отмечены изменения относительной массы внутренних органов у крыс 2 группы. Показано угнетение активности некоторых ферментных систем. Так, статистически значимое снижение активности холинэстеразы наблюдали во 2-й опытной группе в течение всего эксперимента. Снижение активности каталазы свидетельствовало об угнетении окислительных процессов в организме подопытных животных 2, 3 и 4 групп. Следовательно, продукты трансформации ксенобиотиков, образующиеся в процессе традиционной водоподготовки, небезразличны для организма животных и оказывают влияние на функционирование ряда жизненно-важных систем.

Показано, что крысы 5, 6 и 7 групп, по своему внешнему виду, поведению, показателям физиологического состояния систем и органов, не отличались от контрольных. По окончании наблюдений были проведены патоморфологические, гистологические и гистохимические исследования внутренних органов животных, в которых также не были выявлены достоверные отличия. Представленные данные подтверждают, что вода, обработанная по усовершенствованной технологической схеме, не содержит примесей вредных веществ, оказывающих неблагоприятное влияние на системы и функции организма.

Таким образом, проведенные исследования выявили, что общепринятые приемы очистки воды на современных водопроводных очистных сооружениях в экологическом отношении недостаточно эффективны, а барьерная роль водоочистных систем ограничена. Установлено, что дополнительное введение в общепринятую схему активных углей позволяет обеспечить более высокую экологическую эффективность очистки воды.

Полученные результаты вносят существенный вклад в развитие представлений о функционировании водных микробоценозов и свидетельствуют о взаимосвязи качества воды реки Волга в разных местах водозабора с химико-аналитическими показателями, составом бактерий и показателями индекса трофности и индекса чистоты проб воды. Проведение комплексного эколого-микробиологического исследования позволило выявить увеличение частоты встречаемости в воде реки Волги в летний период грамотрицательных микроорганизмов, не нормируемых документами водно-санитарного законодательства, и появление антибиотикоустойчивых микроорганизмов. Предложена обработка воды по усовершенствованной схеме, нормализующей ее органолептические свойства соответственно требованиям стандартов. Экспериментально обоснована необходимость дополнительных методов очистки питьевой воды от микромицетов.



ВЫВОДЫ

1. В составе микробиоценозов воды реки Волги из разных мест водозабора города Саратова преобладают аутохтонные микроорганизмы - более 80%, преимущественно представители грамположительных бактерий; содержание аллохтонных микроорганизмов различно.

2. Количество грамотрицательных условно-патогенных штаммов бактерий в пробах воды ВК-1 увеличилось в летний период 2002-2007 гг. от 21,0 до 46,4%. Отмечено доминирование энтеробактерий (78,3%), увеличение частоты встречаемости Е.соli (40,8%), Еnterobacter sр. (24,0%), а также появление бактерий Асinetobacter sр. (6,3%) и Аеrотопаs sр. (5,4%).

3. Среди энтеробактерий, выделяемых из воды в местах городского водозабора, 10,4% штаммов обладали резистентностью к двум-трем антибиотикам; а 4,5% штаммов - к пяти использованным препаратам (пенициллину, тетрациклину, стрептомицину, эритромицину, левомицетину).

4. Снижение в летний период 2006-2008 гг. значений индекса трофности (до 0,7 и 0,64) и индекса чистоты (до 84 и 48) для проб воды реки Волги в местах водозабора г. Саратова (ВК-2,3 и ВК-1 соответственно) свидетельствует об ограниченной способности воды к самоочищению и необходимости применения дополнительных методов очистки воды.

5. Для оценки сорбционных методов по обеззараживанию воды от микромицетов рекомендовано использовать С. albicans как санитарно-показательный микроорганизм.

6. Дополнительное введение в общепринятую схему водоподготовки активных углей позволяет обеспечить более эффективную очистку воды от микробиологической контаминации и обеспечивает высокое качество питьевой воды.



Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Логашова, Н.Б. Экологические проблемы Волгоградского водохранилища и здоровье населения /Н.Б. Логашова //Социально-экономическое развитие России. - Саратов: Изд. центр СГЭА. - 1998. - С. 28-32.

2. Логашова, Н.Б. Научные основы мониторинга гидроэкосистемы (Волжской солнечно-бассейновой единицы) /О.П. Половцев, Н.Б. Логашова //Труды Саратовского научного центра ЖКА. - Саратов, 1998. - С. 21-23.

3. Логашова, Н.Б. Характеристика и прогностическая оценка экологического состояния Волгоградского водохранилища / О.П. Половцев, Логашова Н.Б. //Труды Саратовского научного центра ЖКА. - Саратов, 1998. - С. 23-25.

4. Логашова, Н.Б. Экологические проблемы водоемов Саратовской области и здоровье населения /Н.Б. Логашова //Материалы юбилейной науч. конф. молодых ученых и студентов Саратовского государственного медицинского университета». - Саратов: изд-во СГМУ, 1999. - С. 56-58.

5. Логашова, Н.Б. Малые реки и экологические проблемы АПК Поволжья /О.П. Половцев, Б.Ю. Ламихов, Н.Б. Логашова //Актуальные вопросы научных исследований: межвузовский сборник. - Саратов: изд-во Саратовского пед. ин-та, 1999. - С. 36-40.

6. Логашова, Н.Б. Экологическое законодательство и здоровье населения /А.Н. Клинов, А.Г. Гермашев, Н.Б. Логашова //Актуальные вопросы научных исследований: межвузовский сборник. - Саратов: изд-во Саратовского пед. ин-та, 1999. - С. 67-71.

7. Логашова, Н.Б. Эколого-прогностическая оценка состояния Волгоградского водохранилища и динамика развития основных показателей водопотребления /О.П. Половцев, Н.Б. Логашова //Возрождение Волги и пути решения: материалы науч.-практ. конф. - Саратов, 1998. - С. 52-56.

8. Логашова, Н.Б. Перспективы рационального использования водных ресурсов Волгоградского водохранилища /О.П. Половцев, Н.Б. Логашова //Гигиена окружающей среды и экология человека: материалы юбилейной научной конф. - Саратов: изд-во СГМУ, 1999.-С.12-13.

9. Логашова, Н.Б. Эколого-гигиенические проблемы водоемов Саратовской области / Н.Б. Логашова //Гигиена окружающей среды и экология человека: материалы юбилейной научной конф. - Саратов: изд-во СГМУ, 1999. - С. 42-43.

10. Логашова, Н.Б. Эколого-гигиенические аспекты водоснабжения Саратовской области / А.Д. Добло, Н.Б. Логашова //Гигиенические проблемы охраны здоровья населения регионов России в новых экономических условиях: труды 3-й науч.-практ. конф. - Саратов, 2000. - С. 48-52.

11. Логашова, Н.Б. Эколого-гигиенический мониторинг за санитарным состоянием Волгоградского водохранилища /Н.Б. Логашова, Ю.Ю. Елисеев //Фундаментальные и прикладные аспекты функционирования водных экосистем: проблемы и перспективы гидробиологии и ихтиологии в XXI веке. - Саратов, 2001. - С. 28-32.

12. Логашова, Н.Б. Современное состояние загрязнений вод и организация водохозяйственного экологического мониторинга /О.П. Половцев, А.А. Карасев, Н.Б. Логашова //Экология и безопасность жизнедеятельности: материалы науч.-практ. конф. - Пенза, 2002. - С. 48-50.

13. Логашова, Н.Б. Гигиеническая характеристика загрязнения водоемов и обеззараживания питьевой воды на городской станции водоподготовки /Ю.Ю. Елисеев, И.Н. Луцевич, Н.Б. Логашова, Д.А. Зубков //Саратовский научно-медицинский вестник. - 2003. - № 2. - С. 12-16.

14. Логашова, Н.Б. Применение усовершенствованной технологической схемы реагентной обработки воды, содержащей бисчетвертичные аммониевые соли и продукты их трансформации /И.В. Поддубная, И.Н. Луцевич, Н.Б. Логашова, Е.И. Тихомирова //Современные проблемы науки и образования. - 2007. - № 6 (ч. 3). - С. 126-127.

15. Логашова, Н.Б. Влияние бисчетвертичных аммониевых солей на санитарный режим водоемов /И.В. Поддубная, И.Н. Луцевич, Н.Б. Логашова, Е.И. Тихомирова //Фундаментальные исследования. - 2007. -№ 12(ч. 2). - С. 262.

16. Логашова, Н.Б. Санитарно-токсикологическая оценка качества питьевой воды города Саратова и обоснование оптимизации водоподготовки /Н.Б. Логашова, И.Н. Луцевич, Т.В. Водянова, Е.И. Тихомирова //Естественные и технические науки. - 2008. - № 6. - С. 86-92.

17. Логашова, Н.Б. Исследование качества воды реки Волга в местах водозабора города Саратова методами биомониторинга /Н.Б. Логашова //Экология и жизнь: материалы науч.-практ. конф.» - Пенза. - 2008. - С. 54-58.

18. Логашова, Н.Б. Микробиологическая оценка качества воды реки Волга в местах водозабора города Саратова /Н.Б. Логашова, Е.И. Тихомирова //Проблемы региональной экологии в условиях устойчивого развития: материалы науч.-практ. конф. - Киров. - 2008. - С. 78-82.

Размещено на Allbest.ru

...