Gospodarka energetyczna, wodna i ściekowa IV rok studiów, studia niestacjonarne Ćwiczenie 5 I. Charakterystyka mikroorganizmów wodnych W środowisku wodnym znaleźć można prawie wszystkich przedstawicieli grup drobnoustrojów występujących w przyrodzie, między innymi bakterie, wirusy, drożdże, grzyby pleśniowe. Obok typowych form wodnych występują rodzaje i gatunki najczęściej żyjące w glebie, spotykane w powietrzu, przewodzie pokarmowym zwierząt i ludzi. Obok form autotroficznych występują formy heterotroficzne i pasożytnicze, w tym chorobotwórcze dla zwierząt i ludzi. Mikroorganizmy występujące w wodzie można podzielić na dwie zasadnicze grupy. Mikroflora autochtoniczna (naturalna) to drobnoustroje stale bytujące i rozmnażające się w środowisku wodnym. W grupie mikroorganizmów najbardziej typowych dla środowiska wodnego znajdują ruchliwe bakterie należące do rodzajów: Pseudomonas, Vibrio, Aeromonas, Spirillum oraz liczne gatunki bakterii autotroficznych, foto- i chemosyntetyzujących, takie jak bakterie nitryfikacyjne, siarkowe i żelazowe. Mikroflora allochtoniczna (obca) przedostaje się do wody zarówno z powietrza, gleby, jak i ze ściekami przemysłowymi i komunalnymi. Spotyka się ją najczęściej w wodach powierzchniowych. Są to głównie organizmy heterotroficzne saprofityczne i pasożytnicze, wśród których najliczniej reprezentowaną grupą są Gram-ujemne pałeczki jelitowe Escherichia coli, bakterie z rodzaju Proteus, Klebsiella i Enterobacter, a także pałeczki Pseudomonas aeruginosa oraz z rodzaju Arthrobacter czy Cornybacterium. Wśród bakterii występujących w środowisku wodnym najbardziej charakterystyczne są postacie cylindryczne, proste lub skręcone spiralnie, a więc pałeczki (Bacterium), lekko wygięte urzęsione pałeczki (Pseudomonas), przecinkowce (Vibrio), śrubowce (Spirillum), krętki (Spirochaeta). Formy ziarniste, takie jak ziarniaki (Coccus), pakietowce (Sarcina), w wodzie spotykane są rzadziej. Należą one zwykle do mikroflory allochtonicznej, pochodzącej z lądu, podobnie jak przetrwalnikujące laseczki (Bacillus oraz beztlenowe Clostridium). Organizmy te występują jednak z reguły w osadach dennych. Woda jest też siedliskiem bakterii nitkowatych (Chlamydobacteriae, Baggiatoae), różnokształtnych bakterii purpurowych, siarkowych. Rzadziej spotyka się w wodzie promieniowce (Actinomycetales) oraz bakterie śluzowe (Myxobacteriales). 1
Większość bakterii wodnych jest formami ruchliwymi, wyposażonymi w rzęski (najczęściej położone biegunowo) lub formami zdolnymi do poruszania się za pomocą wężykowatych ruchów całego ciała np. krętki. Beggiatoales i bakterie śluzowe poruszają się pełzając po powierzchni przedmiotów podobnie jak sinice. Dużą grupę stanowią też bakterie osiadłe, przytwierdzone do podłoża za pomocą specjalnej nóżki lub całą powierzchnią ciała i niekiedy zdolne do ruchu pełzającego. Wśród bakterii spotyka się zarówno autotrofy, jak i heterotrofy, przy czym tych ostatnich jest bez porównania więcej. Bakterie są jednak jedyną grupą organizmów, które wykształciły, obok zdolności do fotosyntezy, także zdolność do chemosyntezy. Wśród autotrofów fotosyntetyzujących znajdują się bakterie purpurowe i zielone. Bakterie chemosyntetyzujące podzielono na grupy, zależnie od typu utlenianego związku mineralnego. Najpowszechniej występują bakterie nitryfikacyjne. Stosunkowo pospolite są również bakterie siarkowe, utleniające siarkowodór, siarczki, tiosiarczany, siarkę itp. W przydennych warstwach wody, gdzie może obecny być gazowy wodór, spotyka się bakterie wodorowe, utleniające cząsteczkowy wodór. W wodach o podwyższonej zawartości soli żelaza (II) i soli manganu (II) mogą masowo rozwinąć się bakterie żelazowe. Liczebność bakterii w wodzie zależy głównie od zawartości materii organicznej. W wodach czystych występują one w niewielkiej ilości, a wodach zanieczyszczonych spotyka się nawet kilka milionów komórek w 1 ml wody. Grzyby w wodach reprezentowane są przez różne grupy, rodzaje i gatunki. Nie można przeprowadzić wyraźnej granicy między grzybami wodnymi a lądowymi. W środowisku wodnym występują w postaci wegetatywnej plechy, w postaci zarodników lub form przetrwanych. Stosunkowo najliczniej w środowisku wodnym reprezentowane są grzyby pleśniowe należące do lęgniowców (Oomycetes) oraz sprzężniaków (Zygomycetes) z rodzaju Mucor czy Rhizopus. Dość często pojawiają się w wodach powierzchniowych grzyby zaliczane do workowców (Ascomycetes) i to zarówno drożdże, jak i pleśnie (np. z rodzaju Aspergillus i Penicillium), a także do klasy grzybów niedoskonałych (Deuteromycetes). Prawie wszystkie grzyby są heterotrofami. Biorą udział w rozkładzie kwasów organicznych i pektyn (Aspergillus, Penicillium, Fusarium), hemiceloluz (Alternaria, Fusarium, Trichoderma), błonnika (Chaetonium), lignin (Alternaria, Fusarium). Niektóre amonifikują białka i produkty ich rozkładu (Aspergillus niger), a także uczestniczą w hydrolizie tłuszczów (Penicillum, Aspergillus, Mucor, Geotrichum). 2
Grzyby nie występują na ogół w czystych wodach. Rozwijają się za to masowo na dnie zbiorników zawierających ścieki. Grzyb ściekowy Leptomitus lacteus (należący do lęgniowców) w wodach zanieczyszczonych związkami organicznymi tworzy białą lub brudnobiałą masę pokrywającą denne przedmioty, zwłaszcza jesienią. Grzybnia tego grzyba składa się z jednokomórkowych, rozgałęzionych nici, na których znajduje się szereg dość głębokich zwężeń, nadających nici wygląd wielokomórkowej. Drożdże i grzyby drożdżopodobne spotykane w wodach należą głównie do rodzaju Candida, Cryptoccocus, Pichia, Prototheca, Rhodotorula, Saccharomyces, Torulopsis, Trichosporon, Hansenula, Cephalosporium. Ich działalność związana jest z rozkładem węglowodanów. We wszystkich typach wód występują one na ogół w niewielkich ilościach często rzędu 1-2 komórek (do kilkuset komórek) w 1 ml wody. Grzyby pasożytnicze są często wprowadzane do naturalnych zbiorników wodnych wraz ze ściekami bytowo-gospodarczymi. Mogą atakować rośliny (także glony), zwierzęta, a także stanowią zagrożenie dla człowieka. Sinice (Cyanobacteria, Schizophyta) to gromada mikroorganizmów dawniej uważanych za glony. Obecnie zaliczane są one do królestwa Procaryota. Wśród sinic spotykane są zarówno formy jednokomórkowe, jak i kolonijne (luźne komórki połączone wspólną śluzową otoczką) oraz mające postać nici. Jako organizmy prokariotyczne zamiast wyodrębnionego jądra posiadają nukleoid. W odróżnieniu od bakterii zdolne są do przeprowadzania tlenowej fotosyntezy. Zawierają chlorofil a i niekiedy barwniki fikobilinowe (fikocyjaninę i allofikocyjaninę) oraz fikoerytrynę. Charakterystyczne niebieskie zabarwienie sinic wynika z połączenia barw chlorofilu i fikocyjaniny. Sinice rozmnażają się wegetatywnie przez podział. Cechą charakterystyczną wielu z nich jest posiadanie wakuoli gazowych umożliwiających im przemieszczanie się w toni wodnej do miejsc o lepszym naświetleniu, sprzyjającym fotosyntezie. Niektóre np. z rodzaju Anabaena zdolne są do wiązania azotu atmosferycznego. Sinice dzięki oporności na ekstremalne warunki środowiskowe są wszechobecne. Mogą być przyczyną zakwitów występujących w jeziorach i innych środowiskach wodnych. Sinice zmieniają barwę wody oraz psują jej cechy organoleptyczne. Niektóre wydzielają toksyczne metabolity. Poza niekorzystnym działaniem (zakwity, toksyny sinicowe) sinice mają również wpływ pozytywny. Wykorzystuje się je do wzbogacenia gleby w związki azotowe, np. wprowadzone do uprawy ryżu zwiększają plon o ok. 20 %. 3
Rys. 1 Sinice z rodzaju Oscillatoria Rys. 2 Sinice z rodzaju Anabaena Glony (Algae) to najprostsze, samożywne organizmy roślinne. Występują w wodach słodkich i morskich, rzadziej na lądzie. Są ważnymi producentami materii organicznej. Występują w postaci pojedynczych komórek, częściej jednak tworzą różnego kształtu plechy (nici, kule, płytki lub nieregularne, wielowarstwowe skupiska). Skład jakościowy i ilościowy glonów zmienia się bardzo istotnie w zależności od zawartości soli mineralnych oraz charakteru substancji stanowiących główne zanieczyszczenie zbiornika wodnego. Glony dzielimy na następujące gromady: Chlorophyta zielenice (rys. 3, 4). Zawierają chlorofil a i b, celulozową ścianę komórkową, produkują skrobię jako materiał zapasowy. Mają zróżnicowaną budowę. Obok form jednokomórkowych istnieją również wielokomórkowe, najczęściej nitkowate. Komórki mogą być ruchliwe (wówczas zaopatrzone są w wici) lub nieruchliwe. Posiadają chromatofory różnego kształtu, zabarwione na zielono. Obok chlorofili zawierają karoten i kilka różnych ksantofili. Rys. 3. Chlorella vulgaris Rys.4. Netrium digitus Chrysophyta, złotowiciowce, obejmuje m.in. okrzemki (rys. 5). Glony te występują w wodach słonych i słodkich, osadach dennych i glebie. Zawierają chlorofil a i c, karotenoidy, głównie fukoksantynę dzięki której mają złotobrunatną barwę. Ich ściana komórkowa zbudowana jest z pektyny wysycanej uwodnioną krzemionką. Klasyfikacja okrzemek (Bacillariophyceae) opiera się na kształcie i ornamentacji krzemionkowych 4
skorupek. W związku z tym okrzemki dzielimy na dwie podklasy Pennatae i Centricae. U Pennatae ornamentacja jest pierzasta, a u Centricae zwykle promienista lub nieregularna. Okrzemki stanowią bardzo liczną grupę glonów. Są wskaźnikami wód czystych. Rys. 5. Okrzemki z rodzaju Navicula i Diatoma Euglenophyta eugleniny (rys. 6). Mają zazwyczaj kształt wydłużony, owalny, wrzecionowaty lub spiralny. Ich komórki zaopatrzone są w wici umożliwiające poruszanie się w wodzie (ruch postępowy połączony jest zwykle z rotacją komórki wokół osi podłużnej) lub poruszają się pełzając po podłożu. Komórki otoczone są miękką osłonką, zwaną peryplastem lub też grubą ścianą. Chromatofory (najczęściej barwy zielonej) zawierają chlorofil oraz karoteny i ksantofile. W komórce występuje dobrze widoczne jądro komórkowe oraz plamka oczna tzw. stigma, która jest czuła na bodźce świetlne. Komórki euglenin tworzą cysty, czyli formy przetrwalne, umożliwiające im przetrwanie niekorzystnych warunków. Eugleniny rozwijają się głównie w wodach słodkich, szczególnie tych o dużej zawartości związków organicznych. Rys. 6. Euglena viridis Pyrrophyta tobołki. Występują przeważnie pojedynczo. Komórki otacza celulozowa ściana komórkowa, niektóre są jednak jej pozbawione. Przeważnie mają dwie wici, za pomocą których poruszają się. W protoplazmie występuje duże wyraźnie wyosobnione jądro komórkowe i żółtozielone lub żółtobrunatne chromatofory. Glony należące do tej gromady żyją w wodach słodkich, słonawych i morskich. Przedstawicielem form 5
występujących w jeziorach jest bruzdnica Ceratium hirundinella (rys. 7), masowo pojawiająca się w niektórych okresach roku. Rys. 7.Ceratium hirundinella Charakterystyczne dla wód morskich są pozostałe dwie gromady glonów: Rhodophyta krasnorosty Phaeophyta brunatnice Pierwotniaki żyją we wszystkich rodzajach wód począwszy od małych deszczowych kałuż, a kończąc na wodach śródlądowych, a nawet morskich. Odżywiają się heterotroficznie pobierając związki organiczne rozpuszczone w wodzie w postaci stałej, a także pożerają komórki bakterii. Najliczniej występują w wodach zanieczyszczonych, wchodzą również w skład osadu czynnego. Gdy stopień zanieczyszczenia jest bardzo wysoki, w wodach dominują bezbarwne wiciowce. Natomiast, gdy stopień zanieczyszczenia jest niezbyt duży znaczną przewagę zdobywają orzęski, i to zarówno wolno pływające (np. pantofelek), jak i osiadłe (np. Vorticella, czyli wirczyk). Pierwotniaki dzielimy na cztery gromady: Flagellata wiciowce. Poruszają się za pomocą długich wici. Odżywiają heterotroficznie i występują w wodach zanieczyszczonych lub w źle pracującym osadzie czynnym. Wiciowce żyją pojedynczo lub w koloniach. Są wśród nich formy pasożytnicze. Przykładem może być pasożyt człowieka Giardia lamblia oraz Trypansoma gambiense wiciowiec przenoszony na człowieka przez muchę Tse-tse, wywołujący śpiączkę afrykańską. Rhizopoda korzenionóżki (ameby). Poruszają się za pomocą plazmatycznych wyrostków tzw. nibynóżek, które służą także do pobierania pokarmu. Część korzenionóżek ma nieustalony, zmienny kształt ciała, inne natomiast mają kształt stały, ponieważ posiadają wewnętrzny szkielet lub też otoczone są zewnętrzną skorupką (np. promienice). Niektóre ameby prowadzą pasożytniczy tryb życia (np. Entamoeba histolytica). Choroby wywołane przez ameby ameboza (Entamoeba histolytica), pełzakowate zapalenie opon mózgowych i mózgu (Acanthamoeba castellani, Naegleria gruberi). 6
Ciliata orzęski (rys. 8). Większość przedstawicieli prowadzi wolny, ruchliwy tryb życia, inne rodzaje są pełzające lub osiadłe przyczepione do podłoża. Żywią się bakteriami i glonami oraz związkami organicznymi. Niektóre są pasożytami zwierząt i człowieka, jak np. Balantidium coli wywołujący czerwonkę balantydiową. Sporozoa sporowce. Do tej gromady należą wyłącznie formy pasożytnicze, których przedstawicielem jest zarodziec malarii Plasmodium malariae. Pasożyty atakują czerwone ciałka krwi. Przenosicielem zarodźca jest komar widliszek. Rys. 8. Pierwotniaki orzęsek z rodzaju Paramecium Eutrofizacja proces wzbogacania zbiorników wodnych w substancje pokarmowe, głównie w związki azotu i fosforu. Zachodzi naturalnie lub pod wpływem czynników antropogenicznych (spływ ścieków i nawozów mineralnych). Biocenoza to zespół organizmów zamieszkujących określone środowisko. Biocenozę rozwijającą się w masie wody i unoszącą się w niej w postaci żywej zawiesiny nazywamy planktonem. Plankton dzielimy na fitoplankton (plankton roślinny), zooplankton (plankton zwierzęcy) i bakterioplankton (plankton bakteryjny). Rozmieszczenie planktonu w wodach bieżących jest mniej więcej równomierne. Natomiast w jeziorach stwierdza się pionowe rozmieszczenie, zwłaszcza fitoplanktonu. Plankton zwierzęcy, odżywiający się głównie 7
bakteriami, skupia się niezależnie od światła wszędzie tam, gdzie występuje dużo komórek bakterii. Bakterioplankton, w skład którego wchodzą przede wszystkim heterotrofy zasiedla te strefy, które bogate są w związki organiczne. Poza planktonem, w środowisku wodnym występują innego rodzaju zgrupowania żyjące na powierzchni wody, w warstwie graniczącej z powietrzem. Jest to neuston. W strefie przybrzeżnej, mikroorganizmy tworzą charakterystyczny zespół poroślowy zwany perfitonem. Na perfiton składają się przede wszystkim glony osadzające się w postaci delikatnej błony na podwodnych roślinach i przedmiotach martwych. Strefa denna zamieszkana jest przez zespół zwany bentosem. Jest on pozbawiony roślin, które z powodu braku światła nie znajdują w tej strefie warunków do życia. Strefa ta charakteryzuje się bogactwem związków organicznych, to z kolei sprzyja rozwojowi bakterii i innych heterotrofów. Samooczyszczanie wód płynących Znaczenie tlenu w procesie samooczyszczania wód Mineralizacja materii organicznej jest procesem tlenowym. Tlen spełnia rolę akceptora wodoru podczas utleniania substratów organicznych, zredukowanych form azotu, siarki itp. Mineralizację można podzielić na dwie fazy. W pierwszej następuje hydrolityczny rozkład związków wielkocząsteczkowych oraz ich utlenienie z wydzieleniem dwutlenku węgla i wody. W przypadku białek powstaje również amoniak. Faza ta określana jest mianem właściwego rozkładu związków organicznych. Drugi etap obejmuje utlenianie mineralnych produktów biodegradacji, np. utlenianie amoniaku do azotanów (III) i dalej do azotanów (V). Wyznaczony doświadczalnie czas potrzebny do realizacji obu faz mineralizacji wynosi średnio 20 dni. Największa ilość tlenu pobrana jest w ciągu pierwszych pięciu dni, ponieważ większość substratów podatnych na biodegradację zostaje w tym czasie utleniona. Następnie szybkość wykorzystania tlenu maleje. Ilość tlenu, która w określonym czasie zostaje zużyta przez drobnoustroje na mineralizację, nosi nazwę biochemicznego zapotrzebowania tlenu (BZT) i wyrażona jest w mg O 2 /l. Około 50 % zanieczyszczeń utlenianych jest przez mikroorganizmy ciągu trzech pierwszych dób. Przyjmuje się czas pięciu dób jako reprezentatywny do wyznaczenia charakterystyki biochemicznego zapotrzebowania tlenu (BZT 5 ). Poza stężeniem związków organicznych, wpływ na wartość BZT ma rodzaj i aktywność drobnoustrojów. Jeśli np. badana woda jest sterylna lub liczba bakterii niewielka, wówczas 8
procesy biochemicznego rozkładu mimo wystarczającej ilości wolnego tlenu i bogactwa substratów nie będą zachodziły lub ich intensywność będzie bardzo niewielka. Takie skutki w warunkach naturalnych wywołane są najczęściej obecnością związków toksycznych, które działają niekorzystnie na aktywność enzymatyczną bakterii. W takich warunkach, zmieniona wartość BZT nie odzwierciedla rzeczywistego stopnia zanieczyszczenia wody. Wobec wpływu także innych czynników (np. rodzaju i stanu skupienia materii organicznej, obecności odpowiednich źródeł azotu i fosforu dla bakterii) na szybkość reakcji utleniania, należy BZT uważać za ważny, lecz nie jedyny wskaźnik zanieczyszczenia. Strefy saprobowe Strefy saprobowe to strefy o różnym stopniu zanieczyszczenia organicznego. W poszczególnych strefach skład biocenoz jest inny i dopasowany do istniejących warunków. Spotyka się w nich wskaźnikowe gatunki drobnoustrojów, które zaadoptowały się do istniejących warunków i wyraźnie dominują nad innymi gatunkami. Zgodnie z systemem Kolokwitza i Marssona wyróżnia się następujące strefy saprobowe: polisaprobową α-mezosaprobową β-mezosaprobową oligosaprobową Strefa polisaoprobowa to strefa największego zanieczyszczenia. Woda jest mętna, o barwie brudnoszarej i o nieprzyjemnym zapachu. Bardzo duże stężenie związków organicznych zapewnia rozwój mikroflorze heterotroficznej. Na cele biodegradacji pobierany jest bardzo intensywnie tlen. Wysokie zapotrzebowanie tlenu powoduje ostry deficyt tlenowy, a czasem nawet całkowite wyczerpanie tego gazu z wody. W warunkach beztlenowych tworzą się gazy: siarkowodór, amoniak, wolny azot i inne. W biocenozie dominuje bakteria Zooglea ramigera oraz nitkowata bakteria Sphaerotilus natans. Jeśli obecny jest siarkowodór, wówczas występują liczne bakterie siarkowe, zwłaszcza z rodzaju Beggiatoa, Thiothrix. Liczne są również gatunki pierwotniaków z rodzaju Colpidium, Lionotusm, Metopus. Ogólna liczba bakterii heterotroficznych jest olbrzymia i wynosi od miliona do kilku milionów komórek w 1 ml wody. Strefa α-mezosaprobowa to miejsce rzeki, w którym następuje dalszy, bardzo intensywny rozkład związków organicznych, czego dowodem jest m.in. wysokie BZT 5. Tlenu 9
jest jednak wystarczająco dużo na pokrycie pełnego zapotrzebowania. Biologicznymi wskaźnikami strefy α-mezosaprobowej jest w dalszym ciągu Sphaerotilus natans, Beggiatoa alba, Zooglea ramigera. Oprócz tego występuje często masowo grzyb ściekowy Leptomitus lacteus. W strefie występują niektóre gatunki sinic jak np.: Anabaena affinis czy Oscillatoria limosa. Mogą występować nieliczne okrzemki. W niektórych rodzajach wód występują glony należące do Euglenophyta. Wśród nich szczególnie często i masowo występuje gatunek Euglena viridis. Pojawiają się sporadycznie niektóre zielenice. Licznie reprezentowane są również pierwotniaki. Wiele gatunków ma dla tej strefy charakter wskaźników np.: Anthophysa vegetans, Carchesium polypinum, Stentor coerulens. W biocenozie zwraca uwagę większe zróżnicowanie gatunków niż miało to miejsce w strefie polisaprobowej. Ogólna liczba bakterii heterotroficznych jest nadal wysoka i wynosi setki tysięcy komórek/ml. Strefa β-mezosaprobowa. Woda jest przezroczysta, o normalnej barwie lub też intensywnie zielona od bujnie rozwijających się glonów. Jest to strefa kończącej się mineralizacji związków organicznych. Zachodzą w niej procesy nitryfikacji. BZT 5 ulega wyraźnemu obniżeniu. Warunki tlenowe są dobre, gdyż ilości pobieranego tlenu na mineralizację wydatnie się zmniejsza w stosunku do dwóch pierwszych stref. W składzie biocenozy wzrasta udział autotrofów. Brak masowych skupień Sphaerotilus natans i Leptomitus lacteus. Z sinic występują takie gatunki jak: Anabaena flos aquae, Aphanizonmenon flos aquae. Bardzo licznie występują różne gatunki okrzemek i zielenic. Zmniejsza się udział pierwotniaków. Ogólna liczba bakterii heterotroficznych jest rzędu dziesiątek tysięcy komórek/ml. Strefa oligosaoprobowa to odcinek rzeki, w którym kończy się wpływ wprowadzanego zanieczyszczenia. Woda jest przezroczysta, pozbawiona zapachu i bardzo dobrze natleniona, BZT 5 -niskie. Strefa jest zasiedlona przez bakterie chemosyntetyzujące, głównie bakterie nitryfikacyjne oraz żelaziste. W biocenozie występują nieliczne sinice, natomiast dominują różnorodne gatunki okrzemek i zielenic. Pierwotniaki występują sporadycznie. Ogólna liczba bakterii heterotroficznych jest mała i wynosi około 10-100 komórek na 1 ml wody. 10
II. Mikrobiologiczne kryteria oceny sanitarnej wody Podczas analizy mikrobiologicznej wody niemożliwe jest badanie wszystkich organizmów chorobotwórczych, dużo łatwiej jest analizować mikroorganizmy wskaźnikowe. Badania mikroflory jelitowej ustaliły stałe występowanie trzech rodzajów bakterii wskaźnikowych, świadczących o kontakcie wody z fekaliami lub ściekami. Są to: pałeczki okrężnicy (Escherichia coli), paciorkowce kałowe z typowym gatunkiem Enterococcus faecalis, beztlenowce przetrwalnikujące Clostridium perfringens Escherichia coli jest najbardziej wiarygodnym wskaźnikiem, ponieważ jej obecność wskazuje na świeże zanieczyszczenie i możliwość wystąpienia towarzyszących jej bakterii chorobotwórczych pochodzenia jelitowego. Escherichia coli należy do bakterii tzw. grupy coli. W jej skład wchodzą drobnoustroje z rodzaju Escherichia, Enterobacter, Citrobacter i Klebsiella. Wykrywa się je na podłożach z laktozą po inkubacji w temperaturze 37 C. Bakterie grupy coli typu kałowego (termotolerancyjne) to głównie szczepy Escherichia coli i tylko nieliczne szczepy z rodzajów Enterobacter, Citrobacter i Klebsiella, które mają zdolność do fermentacji laktozy w temperaturze 44 C. Paciorkowce kałowe (enterokoki) żyją w środowisku wodnym dłużej w stosunku do Escherichia, są bardziej odporne na działanie chloru, zdają egzamin jako wskaźniki czystości kąpielisk. Obecność Clostridium perfringens, z uwagi na przetrwalnikowanie tych bakterii jest wskazówką, że zanieczyszczenie fekaliami miało miejsce pewien czas wcześniej. Uważa się, że gatunek ten może być dobrym wskaźnikiem zanieczyszczenia wód pierwotniakami Giardia i Cryptosporidium. Bakterie wskaźnikowe spełniają rolę ostrzegawczą przed zakażeniami, ponieważ występuje istotna zależność pomiędzy ich liczebnością w wodzie a ilością mikroorganizmów chorobotwórczych. Bakterie pełniące rolę wskaźników sanitarnych powinny spełniać następujące warunki: muszą być stale obecne w przewodzie pokarmowym człowieka, co zawsze pozwala wykrywać zanieczyszczenia wody, liczebność bakterii wskaźnikowych w jelicie człowieka musi być duża, do grupy organizmów wskaźnikowych powinny należeć formy nieprzetrwalnikujące, co umożliwia wykrycie świeżego fekalnego zanieczyszczenia wody, ich identyfikacja musi być możliwa przy użyciu łatwo dostępnych metod, 11
długość życia bakterii wskaźnikowych w środowisku zewnętrznym musi być większa niż długość życia gatunków chorobotwórczych, nie powinny się one rozmnażać w środowisku wodnym Podstawowe wymagania mikrobiologiczne A. Wymagania mikrobiologiczne, jakim powinna odpowiadać woda Lp. Parametr Najwyższa dopuszczalna wartość Liczba Objętość próbki [ml] mikroorganizmów [jtk] 1 Escherichia coli 0 100 2 Enterokoki 0 100 B. Wymagania mikrobiologiczne, jakim powinna odpowiadać woda wprowadzana do jednostkowych opakowań Lp. Parametr Najwyższa dopuszczalna wartość Liczba Objętość próbki [ml] mikroorganizmów [jtk] 1 Escherichia coli 0 250 2 Enterokoki 0 250 3 Pseudomonas aeruginosa 0 250 4 Ogólna liczba mikroorganizmów w (36±2) C po 48h 20 1 5 Ogólna liczba mikroorganizmów w (22±2) C po 72h 100 1 Dodatkowe wymagania mikrobiologiczne, jakim powinna odpowiadać woda Lp. Parametr Najwyższa dopuszczalna wartość w próbce wody Liczba Objętość próbki [ml] mikroorganizmów [jtk] 1 Bakterie grupy coli 0 100 2 Ogólna liczba mikroorganizmów w 50 1 (36±2) C po 48h 3 Ogólna liczba mikroorganizmów w 100 1 (22±2) C po 72h 4 Clostridium perfringens 0 100 Jakość bakteriologiczna wody do picia oceniana jest w Polsce na podstawie liczebności czterech grup wskaźnikowych: bakterii grupy coli, bakterii grupy coli typu fekalnego, paciorkowców kałowych oraz clostridiów redukujących siarczyny (w przypadku wody 12
pochodzącej z ujęć powierzchniowych). Według stosowanych w Polsce kryteriów w 100 ml wody podawanej do sieci wodociągowej nie może być ani jednej komórki bakterii uznanych za wskaźnikowe. Podobne normy jakości wody obowiązują w Unii Europejskiej. Drugim ważnym kryterium jakości wody przeznaczonej do spożycia jest ogólna liczba bakterii psychrofilnych i mezofilnych w 1ml wody. Według stosowanych w Polsce kryteriów w wodzie do picia liczebność bakterii psychrofilnych nie powinna przekraczać 100 komórek w 1 ml, natomiast bakterii mezofilnych 50 komórek w 1 ml wody. W przypadku psychrofili hodowle inkubuje się w temperaturze 22 C przez 72 h, a mezofili w 36 C przez 48 h. W niższej temperaturze rosną przede wszystkim niechorobotwórcze bakterie wodne. Gramujemne bakterie wodne wytwarzają jednak lipopolisacharydy ściany komórkowej, które mogą działać toksycznie, tak jak enterotoksyny bakterii chorobotwórczych. Z tego powodu ich liczba powinna być również monitorowana. Ze względów zdrowotnych, bardziej niebezpieczna jest ponad normatywna liczba bakterii rosnących w 36 C, ponieważ mogą być wśród nich również bakterie chorobotwórcze. Duża ich liczba w badanej próbce wody może świadczyć o źle przebiegających procesach uzdatniania. Drobnoustroje chorobotwórcze przenoszone drogą wodną Bakterie Bezwzględnie chorobotwórcze: Gram-ujemne pałeczki z rodzaju Salmonella np. pałeczka duru brzusznego Salmonella typhi, duru rzekomego Salmonella paratyphi Gram-ujemne pałeczki z rodzaju Shigella, wywołujące czerwonkę bakteryjną Przecinkowiec cholery Vibrio cholerae (Vibrio comma) Prątki gruźlicy Mycobacterium tuberculosis Krętki z rodzaju Leptospira wywołujące żółtaczkę bakteryjną Oportunistyczne (względnie chorobotwórcze): Z rodzaju Pseudomonas, Aeromonas, Klebsiella, Flavobacterium, Enterobacter, Proteus Pałeczki te wchodzą w skład normalnej flory jelitowej i nie są w zasadzie chorobotwórcze, o ile bytują w przewodzie pokarmowym ludzi i zwierząt. W pewnych przypadkach jednak bakterie te przedostają się z przewodu pokarmowego do innych narządów i wówczas mogą 13
się stać przyczyną wielu chorób, np. zapalenia układu moczowego, zapalenia dróg oddechowych, a także posocznicy. Wirusy Np. wirus polio wywołujący porażenie dziecięce, enterowirusy wywołujące schorzenia jelit. Pierwotniaki Np. Giardia lamblia wywołuje chorobę giardiozę, Entamoeba histolytica wywołuje amebozę itd. Większość pasożytniczych pierwotniaków produkuje cysty, które nie są w stanie przetrwać poza organizmem gospodarza w niekorzystnych warunkach środowiskowych. Gdy warunki te ulegają poprawie z cyst rozwijają się tzw. trofozoity, postacie wegetatywne występujące u człowieka. Robaki pasożytnicze Np. glista ludzka, tasiemce, przywry. Pasożyty ludzkie w zasadzie nie wchodzą w zakres badań mikrobiologicznych, jednakże z innymi patogenami stanowią poważne zagrożenie zdrowia człowieka. Infekcyjną postacią robaków pasożytniczych są jaja. Są one bardzo odporne na działanie czynników zewnętrznych oraz trudno je wyeliminować ze ścieków przez chlorowanie. 14