Механизмы заражения подземных вод, их патогенная микрофлора

Реферат на тему:

Механизмы заражения подземных вод, их патогенная микрофлора

Подземные воды /грунтовые, межпластовые/ образуются путем просачивания поверхностных вод, а также выпадающих осадков через толщу земли. В поверхностных водах циркулируют как сапрофиты, так и патогенная микрофлора. Это не означает, что подземные воды сохраняют микрофлору. Известно, что подземные воды либо вообще лишены микрофлоры, либо она значительно скуднее поверхностных вод. Проходя через толщу пород, поверхностные воды подвергаются фильтрации, имеющиеся в них взвешенные частицы / в том числе микробные/ адсорбируются. В большинстве пород продвижение воды очень медленное, в них наблюдается постепенное отмирание микрофлоры. Ранее (введение) нами указывалось, что надежность подземных водоисточников не одинакова, и что лучшими считаются межпластовые воды, защищенные от поверхностных загрязнений водонепроницаемыми породами.

Случаи контаминации подземных вод патогенной микрофлорой возможны, на что указывают как лабораторные данные, так и эпидемиологические наблюдения. Факторы, приводящие к этому, могут быть естественными и, что встречается чаще, искусственными, т.е. связанными с нерациональными действиями людей. Естественным фактором загрязнением подземных вод может быть наличие, так называемых, гидрологических “окон”, т.е. участков на которых над водоносным горизонтом отсутствует водонепроницаемый пласт. Через эти “окна” поверхностные загрязнения могут достигнуть водоносного горизонта. К естественным причинам загрязнения подземных вод следует отнести также их проникновение через зону аэрации. Я.А. Могилевский (1953), считает, что водонепроницаемость тех пли иных пород понятие условное, и что даже глины в какой-то степени проницаемы.

Н.А. Плотников (1946) приводит перечень ряда причин заражения подземных вод. К ним автор относит: - изменение состава подземных вод при подсасывании из других водоносных горизонтов при наличии связи между ними; - изменение состава подземных вод; при инфильтрации речной (озерной), а иногда морской воды; - влияние уменьшения давления в водоносных горизонтах на состав подземных вод. Определенное значение в качестве подземных водоисточников могут иметь осадки. Н.П. Соколов с соавт. (1991) установили корреляционную связь (~ = 0,52) между числом нестандартных проб и количеством осадков. Корреляционная связь зарегистрирована между количеством воды и максимумом осадков, выпавших за сутки, они перенасыщают почву влагой, что приводит к подъему высокозалегающих грунтовых вод, подтоплению заглубинно расположенных устьев скважин и загрязнению водоносных горизонтов. С уменьшением осадков, уровень грунтовых вод возвращается к норме и загрязнение водоносных горизонтов через устья скважин прекращается.

Разнообразные варианты загрязнения подземных вод связанные с нерациональной деятельностью людей, дефектами в строительстве, эксплуатации водопроводных и очистных сооружений. Использование грунтовых вод и особенно верховодки с санитарно-эпидемиологической точки зрения является опасным. Но загрязнению могут подвергнуться и межпластовые воды. Это связано с рядом причин и в частности:

- при бурении скважин возникает так называемая “воронка депрессии”, через которую поверхностные инфицированные воды могут проникать в водоносный горизонт. Чем интенсивнее откачивается вода, тем вероятнее такой подсос;

- загрязнения поступают через дефекты, допущенные при бурении скважин через затрубное пространство, при повреждении труб. Это относится как к действующим, так и бездействующим скважинам (Е.А. Серобабова ,1967; Т.Н. Елфимов, 1959; Н.П. Соколов, 1967).

В последнем случае в Калининграде в одной из артезианских скважин было установлено низкое качество воды (коли-титр 11-14). Оказалось, что поверхностные воды после обильных дождей, затекали в межтрубное пространство, а затем по нему проникали в водоносный горизонт. По данным Неukelekian et al. (1963) при загрязнении почвы в районе скважин в 25% обеспечено проникновение микробов кишечных палочек в буровые скважины. Бетонные или цементные покрытия, в отличие от деревянных, в большей степени предохраняют воду от загрязнения.

В загрязнении подземных вод играет важную роль попадание нечистот с поверхности почвы, или из хранилищ, врытых в почву (т.н. выгребы, поглощающие колодцы).

В.Д. Баранников (1983), при изучении состояния грунтовых вод в условиях орошения многолетних трав стоками молочного и свиноводческого комплексов, установил, что при мощности фильтрующего слоя почвы до 1,5 м, микрофлора мигрирует по геологолитологическому профилю высотой до 4,5 м и распределяется по течению грунтового потока на расстоянии до 10 м от зоны удобрительного увлажнения полива кормовых культур.

Особая опасность создается в случаях, когда вырытые в земле ямы для скопления нечистот настолько глубоки, что достигают эксплуатируемого водоносного горизонта (А.С. Белицкий, 1968). Такие случаи чрезвычайно редки и, как правило, между скоплением нечистот и водоносным горизонтом имеется определенные расстояния, которые препятствуют грунтовой циркуляции патогенных микробов, прежде чем попасть в водоносный горизонт.

В связи с этим важное значение приобретает возможность распространения бактериальных загрязнений в слоях почвы, длительность сохранения патогенных микробов в земле и подземных водах.

Известно, что скорость распространения жидкостей, в том числе сточных под землей, зависит от строения слоев земли, через которые они распространяются, поэтому подземные воды условно делятся на фильтрационные или поровые, находящиеся в зернистых породах и флюоционные (текущие) или трещинные - распространяющиеся в трещинах жестких пород (карстовые породы). Значение фильтрационных свойств грунтов иллюстрируется, например, работой Е.И.Моложавой с соавт. (1976): максимальная дальность распространения бактерий группы кишечной палочки и энтерококка составляла в мелкозернистых породах 30-40 м, в среднезернистых до 200 м, в гравийно-галечниковых и трещиноватых породах 500-1000 м. Эти исследования показывают, что в мелкозернистых породах распространение стоков (и других нечистот) происходит медленно и, как привило, на небольшое расстояние. Так, В.К. Степаненко (1957) при изучении на модели при помощи флуарисцина и кишечной палочки установил, что бактериальное заражение через грунт с мелкими гранулами распространялось со скоростью 1 м в сутки на расстояние 8-10 м. Работа Fowenella et al. (1957) при изучении циркуляции в песчанисто-гравийной почве, /индикатором распространения были краска уранин и культура Streptocoсcus сytogenes/ показала, что краска с грунтовым потоком проникала на 30,5 м от места выпуска шириной от 0,45 до 1,22 м со скоростью 0,61 м в сутки. Через 2 года 10 мес. окрашенный поток имел вид клина шириной 12-27 м. Индикаторные микробы распространялись за 70 дней на расстоянии 15,24 м. Скорость распространения была от 0,3 до 03 м в сутки. Ширина струи микробного индикатора оказалась такой же, как и краски. В течение 1 года концентрация индикаторного микроба в 1 мл снизилась с 146-158 млн. до 4900-5800.

Е.Б.Гончарук (1961) при изучении в экспериментальной работе циркуляции сточных вод в мелкозернистых песках установлено, что вниз по течению грунтовых вод, по химическим показателям, они распространялись до 60м, по бактериологическим - до 12, вверх по течению грунтовых вод на - 14 и 6 м соответственно, перпендикулярно к движению грунтового потока на - 21 и 6 м.

Исследования Farkasdi et al .(1969), в естественных условиях показали, что химические загрязнения грунтовых вод распространялись не дальше 270м. От недействующей свалки. Микрофлора грунтовых вод в районе действующей свалки состояла из микроорганизмов, восстанавливающих нитраты и сульфиты, денитрифицирущих “железных” и “серных” бактерий. По А.Г. Кокиной (1970) средняя численность бактерий в скважине находившейся в 220м от источника загрязнения составляла 77000 в 1мл, на расстоянии - 370м - 31000. У скважины, которая находилась близко от источника загрязнения (в 4м), но отдалялась от него слоем суглинка, в 1мл воды зарегистрировано 11000 колоний. По данным А.А Кирпичникова (1946, 1951) в насыщенных водой грунтах дальность распространения бактериального загрязнения достигала 22 метров, при погружении выгреба в грунтовые воды - 70 м.

Рrimavesi (1970) из воды р.Рур, прошедшей через береговые грунты, лишь в 4 пробах из 700 обнаружил энтеровирусы, постоянно присутствующие в этой реке. Таким образом, прохождение через грунты обеспечивает освобождение не только от бактерий, но и от вирусов. Адсорбированные в почве вирусы, могут сохраняться более 3 месяцев, и затем попадать в водоносный горизонт.

Несмотря на достаточную фильтрующую способность мелкозернистых грунтов, известны случаи просачивания загрязненных вод через эти слои, причем это сопровождалось нередко эпидемическими последствиями. Г.А. Ашмарин (1936) наблюдал в г. Раменское Московской области загрязнение одной артезианской скважины, связанное с проникновением стоков через поверхностный слой в приемник артскважины. Стоки проникли из отстойника, находившегося на расстоянии 30 м от скважины, также облицовка отстойников была повреждена. Н.И. Веденеева и Т.В. Низовцева (1954) описывают заражение вод артезианской скважины глубиной 120 м в г. Краснограде. Источником загрязнения были ямы для отбросов и стоков мясо убойного пункта. Первоначально стоки проникли в заброшенную, но не затампонированную скважину, находившуюся в 40 м от действующей.

Е.И. Гончарук (1959) указывает на возможность заражения грунтовых вод от полей подземного орошения в начальный период их эксплуатации, пока не завершился процесс их биологического созревания, длящийся от 1 до 3 лет.

Б.М. Дуганская, Г.О. Ворохницкая (1969) в Киевской области, Н.П. Соколов (1971) в Кабардино-Балкарии регистрировали проникновение загрязнений через гравийно-галечные отложения на расстоянии 250-350 метров.

Schrocder et al. (1968) наблюдали вспышку гастроэнтеритов в населенном пункте вблизи Вашингтона, связанную с просачиванием загрязнений в колодцы из септик-тенка.

Приведенные материалы позволяют считать, что распространение загрязнений по мелкозернистым грунтам происходит медленно и на ограниченное расстояние.

Иное положение создается, в случае загрязнений проникающих в трещины твердых пород (карстах), где они распространяются и в более короткие сроки. Еще И.Р. Хецров в 1927г. приводил ряд примеров заражения артезианских вод при движении загрязнений в трещиноватых породах. Скорость движения в эти условиях составляет несколько километров в день. С этими обстоятельствами автор связывает брюшнотифозную эпидемию в Гавре (Франция) в 1887-88 гг. Vogt (1961) описал вспышку инфекционного гепатита в поселке Позен (штат Мичиган, США), генез которой, по мнению автора, сводился к тому, что загрязнение воды через воронку депрессии достигли водоносного горизонта, состоящего из трещиноватых известняков, и по трещинам распространялись в ряд буровых колодцев в направлении движения грунтового потока. Всего заболело 89 человек из 400 жителей поселка.

О сохранении патогенных микроорганизмов в подземных водах имеются сообщения / Б.М. Кудрявцева, (1970), Агchambanet, (1970), С.И. Моложавая, Ю.Г. Талаева с соавт, (1976), Е.И. Моложавая, Н.В. Чугунихина, М.И. Афанасьева, (1979)/, которые показывают возможность их длительного переживания. Такие факторы как низкая температура, отсутствие солнечного света, ограниченность микробного антагонизма, по-видимому, увеличивают сроки пребывания патогенных микробов в подземных водах.

Б.М. Кудрявцева (1970) приводит следующие данные о сохранении санитарно-показательной микрофлоры: по Е.И. Гончарук - 190-220 дней, по Я.И. Вайман (19б4) - 210 дней, по Кеllег (1957) - 90 дней, по Fowchelle - 70 долей. По данным автора Е.соli 408 на глубине 4 м в мелкозернистом слое сохранялись 90-105 дней. Распространение микробов происходило очень медленно - 1 м в месяц. Е.И. Моложавая с соавт. (1976) показывают, что в водонасыщенных грунтах санитарно-показательная и кишечная патогенная (возбудитель паратифа В), бактериальная микрофлора, а также фаг к эшерихиям сохранялись от 30 до 400 суток в зависимости от массивности заражения, вида микроорганизма, химического состава воды.

Е.И. Моложавая, Н.В. Чугунихина, М.И. Афанасьева (1979) показывают, что длительность сохранения микробов в подземных водах зависит от вида возбудителя, дозы заражения, температуры, характера пород (дольше всего микробы сохранялись в песках и ракушечниках, короче - в известняках). Возбудитель брюшного тифа при 4-8°С, при плотности заражения 102 в 1 л выживал 50-56 суток, при плотности заражения 104 - 120 дней, возбудитель паратифа В соответственно 220 - 400 дней, шигеллы Зонне и Флекснера - 174 - 300 дней.

При температуре 18-20° патогенная микрофлора сохранялась менее короткий срок, чем при 4-8°С, т.е. определялась tо зависимость.

А.Е. Орадовская предложила следующую формулу определения

расстояния, на которое распространяются микробы в некоторых почвах:

где с - относительная концентрациямикробов в воде

С - концентрация микробов в единицах на 1л вначале и конце пути фильтрации

Т - время выживания микробов в сутках

В - параметр сорбции, зависящий от скорости фильтрации и определенной сорбционной емкости грунта

- параметр сорбции, зависящий от исходной концентрации микробов

Эта формула не относится к карстовым породам и валунно-галечниковым отложениям.

С.Н. Черкинский (1965), обобщая данные о возможности контаминации подземных вод, оценивает значение характера грунта, через который пробита скважина. Если исключить карсты и трещиноватые известняки, загрязнения в грунтах распространяются на небольшие расстояния (не более 3м). Если загрязнения доходят до грунтовых вод, то дальше они могут распространяться по направлению грунтового потока. Продвижению загрязнений с грунтовыми водами способствует интенсивная откачка воды из скважины, что увеличивает воронку депрессии.

Шахтные колодцы в сельской местности остаются важным источником водоснабжения. Этот тип колодцев использует подземные воды, все варианты их заражения могут обусловить инфицирование воды в них. Поскольку шахтный колодец имеет зеркало воды, расположенное на определенной глубине от поверхности, то появляются новые факторы заражения воды, более характерные уже для открытых водоемов. При этом возможно затекание поверхностных вод при таянии снега, сильных ливнях, при условии, если колодец недостаточно высоко выведен над поверхностью земли, при затекании поверхностных вод, отсутствии глиняного замка, недостаточной прочности сруба. Специфическим вариантом заражения воды шахтных колодцев является ее инфицирование посредством ведер /или аналогичных объектов/, опускаемых для забора воды. Возможно также попадание в шахтные колодцы трупов животных, прежде всего грызунов и в отдельных случаях других инфицированных предметов.

Имеются многочисленные санитарные и эпидемиологические данные, свидетельствующие о том, что качество воды шахтных колодцев, ниже качества подземных вод полученных другими методами. Так Henkelekion et al. (1963), обследовавшие большое число (2417) копанных и буровых колодцев в штате Нью-Джерси (США) установили присутствие кишечной палочки в воде 57% копанных колодцев и каптированных родников, в воде буровых скважин с трубчатыми забивными колодцами кишечная палочка найдена в 38%. По данным Nemedi (1968) в Венгрии в воде копанных колодцев энтеропатогенная кишечная палочка найдена в 5,8%, в воде буровых скважин - в 1,7%. Geldreich (1975) указывает, что на полуострове Юкатан (Мексика) обнаружена значительная бактериальная зараженность колодезных вод, находившаяся в зависимости от особенностей почвы, количества выпадающих осадков, плотности населения.

По A.A. Adesiym еt аl. (1983) в Нигерии показали зараженность колодцев фекальными колиподобными бактериями и не холерными вибрионами. Колодцы располагались на расстоянии 18-165 м (в среднем 657 м) от уборных, по установкам ВОЗ это расстояние должно быть не менее 30 м.

Свидетельством о низком качестве колодезного водоснабжения, имеются в сообщении Н.П. Машаринова (1964) в г. Термезе в 1958-59 гг. В районах колодезного водоснабжения, заболеваемость брюшным тифом была в 13-62, а дизентерией в 16-25 раз выше, чем в районах с хорошо налаженным водопроводным водоснабжением. В г. Ташкенте в 1954-56 гг., в районах колодезного водоснабжения заболеваемость кишечными инфекциями была в 5 раз выше, чем в районах, где имелся водопровод. Zamfir (1962) в Румынии в 1951-1955 гг. установил, что смертность от брюшного тифа населения, пользующегося колодезным водоснабжением, была в 2 раза выше, чем среди населения обеспеченного водопроводом.

По данным Gorman а. Wolman (1939) и Еliassen а. Сumminges (1948) в США причинами эпидемических вспышек кишечных инфекций, связанных с колодцами, были следующие:

Таблица №6

Причины колодезных вспышек кишечных инфекций в США в 1920-1945 гг.

Описание вспышек в результате инфицирования колодцев как кишечными, так и зоонозными инфекциями бесчисленны и их эпидемиологическая характеристика однозначна. Вгеwstег et al. (1960) в Баллириге (Великобритания) в июле-августе 1959 г. наблюдали заболевание брюшным тифом 29 человек. Источником инфекции явился хронический носитель. Сильные дожди в период с 11 по 18 июля смыли нечистоты в колодцы, из которых население брало воду для питья. В Аспене (штат Колорадо США) зимой 1965-1966 гг. возникла эпидемия лямблиоза среди лыжников, (она охватила 11,3% из 1094 спортсменов). Люди заражались при употреблении колодезной воды, в которую попали сточные воды (Маоге, 1969).

Подземные воды, как правило, свободны от микроорганизмов, тем не менее, известны случаи, когда из проб выделяются микроорганизмы. В каждом конкретном случае трудно с уверенностью говорить о том, пребывали ли обнаруженные микроорганизмы в самих подземных водах, или попали в отобранные пробы из различных водоподъемных устройств.

По Ritter et al. (1961) из систематически отбиравшихся проб воды 9 буровых, 3 копанных и 1 абиссинского колодцев (в штате Канзас США) в течение года выделили 1732 штамма кишечных палочек (19,2% Е.соli, 47,7% - Е.freundu, 31.9 - A.aeragenes) и 644 штаммов кокков, 48,5% из которых оказались фекальными стрептококками. Наибольшее число микроорганизмов выделялось в теплое время года. Shalicky (1964) в Чехословакии при исследовании 11336 проб питьевой воды из подземных источников находили E.сoli чаще всего в летнее время, особенно после сильных дождей. В ряде случаев находили Сitobacter и Аerobacter Е.Н.Миляева (1969) указывает, что в 2.4% проб воды трубчатых колодцев и скважин обнаруживались брюшнотифозные и дизентерийные фаги. Наконец, Walter et al. (1977) в Германии из 62 отобранных проб грунтовых вод в 8 (13%) были найдены энтеровирусы, однако концентрация вируса была очень небольшой. Таким образом, эпидемиологическим фактором могут являться подземные воды, зараженные патогенной микрофлорой.

Литература:

ХОТЬКО Николай Иванович, проф., доктор мед. наук, академик РАЕ, Зав. кафедрой микробиологии, эпидемиологии и инфекционных болезней ПГУ

ДМИТРИЕВ Александр Павлович, канд. мед. наук, проф. РАЕ, Зав. кафедрой гигиены и экологии ПГУ