Инфографика на конкурс «био/мол/текст»: Чистая вода — основа всей жизни на Земле, и ее дефицит может стать глобальной проблемой не только для человечества, но и для окружающего нас мира. В этой инфографике мы наглядно демонстрируем то, как люди решают проблему очистки сточных вод при помощи маленьких союзников — микроорганизмов.
Эта работа опубликована в номинации «Наглядно о ненаглядном» конкурса «био/мол/текст»-2019.
Генеральный спонсор конкурса и партнер номинации «Сколтех» — Центр наук о жизни Сколтеха.
Спонсор конкурса — компания «Диаэм»: крупнейший поставщик оборудования, реагентов и расходных материалов для биологических исследований и производств.
Спонсором приза зрительских симпатий выступила компания BioVitrum.
«Книжный» спонсор конкурса — «Альпина нон-фикшн»
Для начала разберемся, что такое сточная вода. В нашем случае мы говорим о сточных водах, на которые было оказано воздействие человеком, не учитывая талые и ливневые сточные воды. По происхождению сточные воды можно поделить на хозяйственно-бытовые сточные воды и промышленные сточные воды.
Характерными загрязнителями хозяйственно-бытовых сточных вод являются органические остатки: продукты жизнедеятельности человека, остатки пищи и пр. Такие сточные воды очищаются на городских очистных сооружениях.
Спектр загрязнителей промышленных сточных вод зависит от специфики производства. К примеру, характерные загрязнители сточной воды горнодобывающих предприятий — это неорганические минеральные примеси, то есть физическое загрязнение.
В случае химической промышленности происходит изменение кислотности (рН) сточной воды, то есть химическое загрязнение.
В свою очередь, предприятия обязаны соблюдать нормативы предельно допустимых концентраций (ПДК) загрязняющих веществ при сбросе сточных вод в водные объекты, поэтому промышленные предприятия часто оснащены собственными очистными сооружениями.
Подготовка воды
Прежде чем передать воду в «заботливые руки» микроорганизмов, ее необходимо предварительно очистить от нерастворимых механических загрязнений и взвесей. Делается это с помощью:
- решеток;
- песколовок;
- фильтров;
- бассейнов-отстойников (рис. 2).
Впоследствии выловленные загрязнители либо дробятся и направляются на переработку со сброженным осадком, либо вывозятся с территории очистного сооружения как твердые бытовые отходы.
Первичная очистка
Затем вода попадает в аэротенки — специальные емкости, где вода очищается методом биологического окисления (рис. 3). Протекая по резервуару, сточная вода смешивается с микробным сообществом, называемым активным илом. Причем каждому очистному сооружению присущ свой состав активного ила, зависящий от состава сточных вод [1].
Получается взаимовыгодный процесс как для людей, так и для микроорганизмов — люди очищают сточную воду, а микроорганизмы получают питательную среду обитания.
Вторичная очистка
После вода попадает в закрытый резервуар без доступа кислорода. Здесь происходит анаэробный процесс, в котором участвуют уже другие микроорганизмы — анаэробные бактерии.
Их роль крайне важна, так как они удаляют из воды аммоний и фосфаты, которые в избытке содержатся в бытовых сточных водах. Сброс неочищенной сточной воды в водоемы вызывает активное размножение планктона, зацветание и может вызвать гибель всех живых существ в водоеме.
Поэтому на этом этапе фосфаты удаляются из воды при помощи полифосфат-накапливающих организмов, а аммоний частично разлагается микроорганизмами до нитрита.
В процессе очистки сточных вод появляется излишек активного ила, который используется для получения метана [2]. Этот излишек сбраживается без доступа кислорода в метатенках. Благодаря очистке сточных вод мы можем получать биогенное топливо для автомобилей, обогрева домов, газовых плит, водонагревателей, электростанций и др.
Получение удобрений
После сбраживания излишка активного ила остается сброженный осадок, который отделяется от жидкой фазы, высушивается, складируется и впоследствии используется в качестве удобрения для сельскохозяйственной промышленности.
Очистка жидкой фазы
После отделения сброженного осадка в жидкой фазе остается некоторое количество аммония и нитриты, которые необходимо удалить.
В таких случаях используют технологию анаммокс — анаэробное окисление аммония нитратом с получением газообразного азота, который безопасен для атмосферы [3].
Процесс анаммокса играет ключевую роль в круговороте азота в природе, его осуществляют специальные окисляющие аммоний анаэробные бактерии (анаммокс-бактерии).
Дезинфекция воды
Для того чтобы сделать возвращаемую в окружающую среду воду безопасной, то есть очистить воду от вредных возбудителей болезней и излишка микроорганизмов, применяют дезинфицирующие средства. Самые популярные методы дезинфекции:
- хлорирование;
- озонирование;
- обработка ультрафиолетом.
Очистка от микрозагрязнителей
Микрозагрязнители могут стать серьезной проблемой при очистке воды: это стойкие загрязнители окружающей среды, такие как тяжелые металлы, фармацевтические препараты, компоненты чистящих и косметических средств и др. К примеру, попадание в водоемы антибиотиков может вызвать резистентность микроорганизмов к действию этих антибиотиков.
Для очистки от микрозагрязнителей используются как бактерии, так и адсорбирующие средства. Адсорбция — процесс концентрирования загрязняющего вещества на поверхности адсорбента [4].
Активированный уголь в порошковой либо гранулированной формах — самый популярный наполнитель для фильтров благодаря своей небольшой стоимости и высокой степени очистки.
Наиболее продвинутыми методами очистки от микрозагрязнителей считаются:
- озонирование с использованием активированного угля (озонсорбция);
- фильтрация с использованием ацетатцеллюлозных мембран (ультрафильтрация).
Почему эта проблема важна?
Очистка сточных вод очень важна для всего человечества: регулярная недоочистка стоков может стать серьезной проблемой, так как приводит к накоплению в водоемах загрязняющих веществ. Их негативное воздействие может обернуться гибелью живых существ водоема или к невозможности дальнейшего использования воды из этого водного объекта.
Сейчас наиболее острым вопросом в очистке сточных вод является очистка от микрозагрязнителей, поскольку не все виды этих веществ могут быть переработаны биологическим путем.
К тому же микрозагрязнители характерны как для хозяйственно-бытовых сточных вод, так и для промышленных.
Если специальные фильтры не используются или не справляются с очисткой сточных вод, такие виды загрязнений могут постепенно накапливаться в водных объектах и затем неблагоприятно отразиться на состоянии водоема и здоровье людей.
К сожалению, мембранные фильтры, способные должным образом очищать воду от микрозагрязнителей, при применении в масштабах предприятия и целого города могут быть слишком дороги, поэтому дальнейший этап совершенствования очистки сточных вод — это поиск более дешевых подходов для эффективной очистки от микрозагрязнителей.
Микрофлора питьевой воды описание и определения| Лаборатория МГУ
Термин «микрофлора воды» описывает всю совокупность микробов, находящихся в воде в определённых связях друг с другом. Если филолог решит проследить этимологию термина, то он будет несколько обескуражен, поскольку «микро» в переводе с греческого означает «маленький», а «флора» с латинского — «растение» в честь богини цветения Флоры (Древний Рим).
Термин «микрофлора» вошёл в обиход благодаря ботаникам, которые описали и зарисовали первые одноклеточные микроорганизмы, используя только что изобретённые микроскопы. У многих представителей они обнаружили зелёные пигменты, как и у растений, и потому решили, что это были маленькие растения.
Однако с развитием науки и систематики выяснилось, что большинство представителей микрофлоры имеют такое же далёкое отношение к флоре, как и человек — к бактериям. В современном научном мире чаще используется термин «микробиом», означающий совокупность всех микроорганизмов.
Что же такое микроорганизмы?
Микробы или микроорганизмы — это собирательный термин, который включает в себя совершенно различные группы организмов размером менее 0.1 мм (рис. 1).
Рисунок 1 — Представители микрофлоры воды
Указанные группы могут попадать в питьевую воду и тем или иным образом ухудшать её качество. В воде также могут находиться яйца гельминтов, и, хотя по размеру эти жизненные формы можно отнести к микроорганизмам, научное сообщество не включает их в данное понятие.
Устойчивость микрофлоры в окружающей среде
Особенностью микроорганизмов является их высокая устойчивость в окружающей среде. Это связано с появлением и совершенствованием адаптаций к факторам среды (температуре, влажности, содержанию токсичных солей и элементов, pH среды) на протяжении 2,4 млрд лет эволюции.
«Все есть везде» — девиз современной микробиологии, и это действительно так: микроорганизмы обнаруживаются в гидротермальных источниках на дне океанов («черные курильщики») и в атмосфере, под слоями тысячелетней мерзлоты (подземные озера Антарктиды) и в жерлах вулканов.
Вот некоторые границы устойчивости микроорганизмов в окружающей среде в сравнении с человеком (табл. 1).
Таблица 1 — Границы устойчивости микроорганизмов и человека к некоторым факторам окружающей среды в сравнении с человеком
Температура, oС Соленость воды, г/л Давление, Па Доза излучения, Гр| Микро-организмы | От —10 (Psychrobacter spp.) до 122 oС (Methanopyrus kandleri) | 0-200 | от 10-5 (Deinococcus radiodurans) до 5∙105 (Halomonas salaria) | 10 000 |
| Человек | 15—45 oС | 0.05—1 | от 0.3∙105 до 2∙105 | 5 |
Если кто-то спросит Вас: «Есть ли жизнь на Марсе?», можете с уверенностью говорить: «Да». В 1976 году для исследования Марса США запустили космический аппарат «Викинг».
О стерилизации его основных узлов никто не думал, так как полагали, что ни один живой организм не вынесет столь суровые условия. Однако современные расчёты показывают, что микроорганизмы не только способны не умирать, но и при благоприятных условиях возвращаются к жизни.
Таким образом, сейчас на Марсе где-нибудь в районе равнины Хриса есть готовые возродиться споры бактерий.
К счастью, большинство высокопатогенных и опасных для человека микроорганизмов не устойчивы в окружающей среде, но сам факт наличия у «близких родственников» опасных микроорганизмов чрезвычайной устойчивости должен настораживать человечество.
Питьевая вода
Питьевая вода — это безопасная для человека вода, которую можно потреблять в неограниченных количествах
Микроорганизмы воды
- Вода является естественной средой обитания многих микроорганизмов.
- Обычная нормальная микрофлора воды – это сапрофиты, представленные псевдомонасами, микрококками, серо- и железобактериями, мицелиальными и дрожжеподобными грибами, микроскопическими водорослями, простейшими, зоопланктоном и зообетосом, фагами, актиномицетами и другими микроорганизмами.
- Важная роль микроорганизмов в процессах биологической продуктивности водоемов определяется тем, что микроорганизмы разлагают мертвое органическое вещество, превращая продукты его распада в пригодные для питания водой растительности и, кроме того, сами микроорганизмы служат пищей для водных животных.
Микробное население воды отражает состав микрофлоры почвы, с которой вода имеет непосредственный контакт. Микроорганизмы, обитающие в воде, являются распространенными обитателями почвы. В воду микробы попадают не только из почвы, но и вместе с выделениями человека, животных, бытовыми отбросами, сточными водами и пр.
Во всех водах пресных и соленых так же, как и на суше, встречаются представители разных физиологических групп микроорганизмов, которые принимают участие в круговороте азота, углерода, фосфора, железа, марганца, калия и других элементов.
Помимо этих микроорганизмов в воду могут попадать, сохраняться и даже размножаться возбудители инфекционных болезней.
Воды открытых водоемов загрязняются патогенными микробами в результате попадания в них неочищенных сточных вод инфекционных и ветеринарных лечебниц, канализационных вод.
В воде размножаются возбудители холеры и длительное время в воде могут сохраняться возбудители дизентерии, брюшного тифа, энтеровирусы, лептоспиры и др.
Интенсивность обсеменения воды микроорганизмами и состав микрофлоры зависит от многих факторов – от гидрохимических показателей, сезона года, уровня эвтрофности водоема, температуры воды, от степени загрязнения водоема сточными, хозяйственными и промышленными водами, от степени загрязнения органическими и неорганическими химическими соединениями и пр.
Вблизи населенных мест количество микроорганизмов в воде особенно велико и видовой состав микробов более разнообразен.
На количественный и качественный состав микрофлоры открытых водоемов деятельность человека оказывает большое влияние. Реки и другие открытые водоемы, расположенные в черте любого населенного пункта, подвергаются систематическому загрязнению стоками хозяйственных вод и фекальных нечистот.
Микроорганизмы являются индикаторами гидрологических явлений в моря, океанах, пресных и других водоемах.
Вода морей и океанов тоже богата микроорганизмами, но там их значительно меньше, чем в пресноводных открытых водоемах.
В поверхностном слое ила, в грунте и толще воды морей и океанов обнаружены аэробы и анаэробы, амонифицирующие и денитрифицирующие, разлагающие мочевину и клетчатку, сбраживающие декстрозу и ксилозу, фиксаторы свободного азота и многие другие виды микроорганизмов.
Относятся эти многие виды к родам vibrio, Pseudomonas, Bacillus, Flavobacterium, Micrococcus, Achromobacter, Bacterium, Serratia, Sarcina, Actinomyces, Microsporina, Spirillum, Chromatium и др.
Встречаются они на разных глубинах, в аэробных, анаэробных, сероводородных зонах.
Морская или океаническая вода – специфическая среда обитания микроорганизмов. Характерный солевой состав, низкая температура, высокое давление, малые концентрации органических веществ, разреженность флоры и фауны составляют главные экологические особенности открытых областей морей и океанов для жизнедеятельности микроорганизмов.
Благодаря своей высокой и разносторонней ферментной активности микроорганизмы, распространенные в водной толще и густо заселяющие поверхность дна, ступают как биокатализаторы реакций, составляющих основные звенья круговорота веществ.
Им принадлежит особая роль в превращении и образовании органической материи.
Разрушая мертвое органическое вещество и регенерируя из него необходимые для растительности неорганические соединения, обеспечивают тем самым воспроизводство жизни растительных организмов.
Подавляющее большинство микроорганизмов, обитающих в морях и океанах, обладают значительной биохимической активностью. Благодаря активности ферментов микробов, происходит превращение многих углеводистых веществ. Многие микроорганизмы используют связанный кислород нитратов, усваивают газообразные формы азота.
Многие из них, и прежде всего неспороносные палочки, являются денитрификаторами. Среди них есть и такие, которые вызывают разрушение хитиновых покровов водных обитателей. При разрушении хитина образуются минеральные продукты.
Наличие в водных глубинах бактерий, разрушающих органические вещества, в том числе и хитин, до простых соединений, обуславливает возможность освобождающимся азоту и углероду вновь вступать в цикл круговорота веществ.
Под влиянием жизнедеятельности десульфурирующих бактерий сульфаты морской воды превращаются в сероводород.
Тионовые бактерии, обуславливая окисление сероводорода и других соединений серы, оказывают тем самым влияние на содержании сероводорода в морской воде придонных слоев.
Тионовые бактерии обнаруживаются в шельфовой части открытых морей, во внутриконтинентальных морях, на дне Северного Ледовитого океана.
Основная масса микробного населения морей и океанов сосредоточена в прибрежных зонах, где располагаются населенные пункты, а также в районах регулярного присутствия морских судов.
В воде постоянно происходят процессы самоочищения – микроорганизмы погибают от действия солнечных лучей и химических веществ, действия метаболдитов, вырабатываемых различными видами бактерий, грибов, водорослей.
Но эти процессы нарушаются при увеличении степени загрязнения водоемов.
На активность течения микробиологических процессов и скорость самоочищения водоемов оказывают влияние видовой состав рыб, их количество, а также степень заиления дна водоема.
Наименее обсемененными микроорганизмами являются почвенные воды, попадающие на поверхность через артезианские скважины и родники.
Микрофлора воды
Вода играет большую роль в пищевой промышленности. Она является основным технологическим сырьем при приготовлении напитков, бульонов, соусов, сиропов, рассолов и др.
Кроме того, вода употребляется для мойки сырья и аппаратуры, коммуникаций и всего оборудования.
Использование загрязненной воды приводит к инфицированию продуктов микроорганизмами, затруднениям при технологической обработке, быстрой порче продуктов.
Так же, как и почва, вода является естественным местообитанием микробов. Микроорганизмы в ней не только находятся, но и размножаются. В водоемы они попадают с почвой, пылью, различными органическими остатками и отбросами. В прибрежной полосе обычно содержится больше микробов, чем вдали от берега.
Микрофлора вод носит случайный характер, однако в нее входят и некоторые постоянные виды, требующие минимальных количеств органических веществ. Обсемененность воды микроорганизмами зависит от ее происхождения.
Так, наиболее чистой является вода из артезианских колодцев и ключей. Дождевая вода загрязняется микроорганизмами, которые попадают в нее из воздуха или с частичками пыли. В выпавшем снегу после таяния обнаруживают много микроорганизмов даже в сильные морозы.
Снег на ледниках почти стерильный и содержит очень мало микроорганизмов.
Глубокие почвенные воды в микробиальном отношении чище поверхностных; фильтруясь через слои почвы, они освобождаются от взвесей и микроорганизмов. Однако при плохом уходе вода колодцев может загрязняться просачивающимися поверхностными водами. При попадании патогенных микробов в колодцы вода может служить источником заражения.
Промышленные, бытовые и сельскохозяйственные сточные воды оказывают большое влияние на водоемы, вызывая загрязнение воды. Это влияние может быть прямым или косвенным.
Прямое влияние состоит в том, что в поверхностные воды в прогрессирующих количествах попадают разнообразные химические вещества: продукты промышленной переработки; вещества, вносимые в почву для повышения плодородия или защиты растений от вредителей и др.
Такие воды богаты питательными веществами, что обеспечивает бурное развитие водорослей. В результате в природных водоемах часто наблюдается недостаток кислорода. Следствием является загрязненность вод, гибель рыбы, неприятный привкус в питьевой воде.
Биологическая структура водоемов меняется: уменьшается количество имеющихся видов, при этом некоторые совсем исчезают, а другие, более устойчивые, начинают преобладать. Обилие питательных веществ тормозит развитие одних видов, а других — стимулирует. Развиваются нечувствительные к загрязнениям виды фауны и флоры.
В настоящее время вопрос очистки сточных вод для защиты водоемов от загрязнений приобрел огромное значение. Ему уделяется много внимания как в нашей стране, так и за рубежом в ряду проблем защиты окружающей среды.
Борьба с загрязнением воды ведется давно, и основные направления в этой работе — разбавление и очистка сточных вод. Очищают сточные воды механическими и биологическими способами.
К механическим способам относятся различные виды фильтрации. Для очистки вод, загрязненных органическими веществами, обычно применяют биологические способы, при которых основную роль играют микробиологические процессы. Участвующие в них микроорганизмы вызывают усиленную минерализацию органических веществ, загрязняющих сточные воды.
Существуют различные системы биологической очистки вод. При использовании особых микроорганизмов органические вещества разлагаются в анаэробных условиях в процессе метанового брожения. В результате метанового брожения получаются безопасные конечные продукты: углекислый газ, вода и легкоудаляемый газообразный метан. Клетки микроорганизмов легко отделяются от очищенной воды.
В реках и других естественных водоемах загрязненная вода обладает способностью к самоочищению в результате оседания нерастворимых осадков, разбавления, а также биохимических процессов, вызываемых бактериями, водорослями и другими низшими растениями и животными. Количество микроорганизмов в речной воде в течение лета уменьшается также под воздействием солнечного света; в осенние месяцы оно увеличивается.
Процесс естественного самоочищения вод происходит во всех водоемах независимо от географического положения. Однако в летний период, при интенсивном солнечном освещении, скорость этого процесса мала. Повторное фекальное загрязнение почвы вокруг населенных мест поддерживает резерв патогенных микробов. Эпидемиологическая опасность такой воды велика, так как она может вызвать инфекцию.
Микроорганизмы перерабатывают в воде остатки растений и животных, даже если органические вещества находятся в разбавленном виде. Обитающие в воде микроорганизмы (водные бактерии, микроскопические водоросли) приспособились к этим условиям. Но среди микрофлоры воды встречаются и обычные почвенные бактерии, попадающие в воду из почвы.
Степень загрязненности воды различна. В озерах, вдали от берегов вода очень чистая: в 1 мл воды содержатся лишь единицы или десятки бактерий. В прибрежных загрязненных водах обнаруживают сотни тысяч микробов.
В воде много растворенного кислорода, который выделяется зелеными водорослями в процессе фотосинтеза. Поэтому в ней происходят окислительные процессы. На дне водоемов кислорода меньше и окисление органических веществ идет медленнее.
В результате образуется продукт неполного окисления органических остатков — ил, густо заселенный микроорганизмами. Они находятся в основном на поверхности ила, а на глубине 1-2 см их уже немного.
В 1 г ила содержатся тысячи и сотни тысяч микробов.
В морской воде микробов меньше, чем в пресной, и количество их уменьшается по мере удаления от берегов. На глубине 1 км в 1 мл морской воды обнаружены единичные бактерии. На глубине более 4 км гнилостных бактерий нет и гнилостные процессы не происходят. Микрофлора морской воды приспособилась к высокой концентрации солей, в ней больше солелюбивых организмов.
В морской воде, даже в арктических морях, вблизи Северного полюса на глубине более 3 тыс. м, в водах Индийского и других океанов, в Черном море, далеко от побережья, на глубине сколо 2 тыс. м в слоях воды, насыщенных сероводородом, обнаружены дрожжи.
Качество воды зависит от содержания в ней микроорганизмов.
| Оценка водоема | Количество микробов в 1 мл воды |
| Очень чистые | До 10 |
| Чистые | До 102 |
| Умеренно чистые | До 103 |
| Загрязненные | До 104 |
| Грязные | До 105 |
| Очень грязные | 106 и более |
Сапрофиты составляют небольшую часть общего количества микроорганизмов — в питьевой воде их всего 0,1-0,001 %. Численность их колеблется от внесения загрязнений, сезонных факторов, наличия органических веществ, интенсивности размножения микробов и др.
Количество сапрофитов играет определенную роль при оценке гигиенических свойств воды.
Оно является важным показателем в ряде случаев, например при оценке процессов самоочищения в воде, почве, донных отложениях, при определении степени биологической очистки воды в различных сооружениях, при обеззараживании сточных вод.
В водоемах и почве сапрофитная микрофлора является наиболее активным участником процесса уничтожения патогенных микробов в результате антагонизма, конкуренции и т. п.
Особенно велика роль сапрофитов в разложении содержащихся в воде органических веществ, которые являются для них источником питания. Сапрофитная микрофлора участвует также в разложении и обезвреживании токсических веществ в окружающей среде.
Уровень сапрофитной микрофлоры дополняет санитарную характеристику водоемов — источников водоснабжения. Так как чистая вода сравнительно бедна питательными веществами, количество сапрофитов в ней зависит от содержания легкоусвояемых органических веществ.
Наличие сапрофитов в воде является показателем качества воды. Увеличение количества питательных веществ в водоемах вызывает «цветение» воды из-за развития микроскопических растений — фитопланктона. При этом ухудшаются органолептические свойства воды, появляются привкусы, запахи, развиваются анаэробные процессы.
Все эти явления неблагоприятны в гигиеническом отношении.
В воде водоемов встречаются и патогенные микробы, вызывающие желудочно-кишечные и другие заболевания человека. Некоторые из них могут длительно сохранять жизнеспособность в воде.
Особенно богат микроорганизмами речной ил: в 1 г сухого речного ила находится до 2-3 млрд. микробных клеток, а в 1 г влажного ила озер количество микроорганизмов доходит до 400 млн. Наибольшее количество микроорганизмов наблюдается в поверхностном слое ила, где образуется своеобразная пленка из бактерий.
Она содержит много серобактерий и железобактерий и играет существенную роль в превращениях веществ в водоеме. Серобактерии окисляют образующийся в иле сероводород до серной кислоты, предотвращая таким образом проникновение его в воду.
Недостаток кислорода в грунте способствует развитию анаэробных бактерий, вызывающих брожение растительных остатков с образованием метана и водорода.
Источники водоснабжения для бытовых нужд и потребностей промышленных предприятий, особенно пищевых, необходимо предохранять от загрязнения.
При загрязнении водоемов некоторыми типами промышленных и сточных вод с ними могут попасть в воду и специфические вредители пищевых производств. При использовании воды, содержащей эти микробы, в технологические емкости вносятся дрожжи, бактерии и плесневые грибы, ухудшающие качество пищевых продуктов.
Поэтому для технологических целей можно использовать только воду, отвечающую требованиям ГОСТ 2874-82: в 1 мл неразбавленной воды не должно содержаться более 100 клеток бактерий; в 1 л воды не должно быть более 3 клеток бактерий группы кишечной палочки (коли-индекс); коли-титр должен быть не менее 300.
Исследования, проведенные еще А. Левенгуком, указывали на широкое распространение микроорганизмов в природе. Они находятся в почвах, морях, океанах, пресных водах, воздухе.
Человек, животные И высшие растения также представляют собой объекты, на которых обитают различные микроорганизмы.
Микробы могут быть в пищевых товарах, на холодильном оборудовании, прилавках магазинов, разделочных столах предприятий общественного питания, на одежде и т. д.
- Состав микрофлоры, его формирование и динамика изменений зависят от окружающей среды, а также от свойств и состояния каждого объекта.
- Для работников торговли и общественного питания наибольшее значение имеет изучение микрофлоры почвы, воды, воздуха и ознакомление с микрофлорой тела человека.
- МИКРОФЛОРА ПОЧВЫ
Почва представляет собой хорошую среду для жизни микробов в связи с наличием в ней питательных веществ и влаги. Почва хорошо защищает микробов от влияния прямого солнечного света и высушивания.
Особенно обильно населены микроорганизмами поверхностные слои почвы (глубина 1–10 см), так как они постоянно обогащаются питательными веществами 9а счет отмерших растительных и животных организмов и сточных вод.
В самом верхнем слое, до глубины 1–2 мм, микробов встречается меньше, чем в более глубоко расположенных слоях, из-за губительного воздействия прямого солнечного света, постоянных перепадов влажности и высушивания.
На глубине в несколько метров микробов значительно меньше из-за недостаточного количества органических питательных веществ и слабой аэрации. С глубиной снижается не только численность клеток, но и уменьшается число обитающих видов. Однако и на больших глубинах (в несколько метров) встречаются отдельные клетки микробов.
В грамме почвы могут находиться сотни миллионов и даже миллиарды клеток. Почвы удобряемых сельскохозяйственных участков могут содержать до 5–8 миллиардов клеток. Во влажных нейтральных или слабокислых почвах микроорганизмы находят хорошие условия для размножения, и их там обычно много. В неблагоприятных по свойствам почвах — кислых, болотистых и сухих — микробов меньше.
- Типичными для почв микроорганизмами являются нитрифицирующие, денитрифицирующие, азотофиксирующие, гнилостные бактерии, плесневые грибы, актиномицеты.
- Из сапрофитных бактерий в почвах много аэробных спорообразующих, в том числе сенная и картофельная палочки, и анаэробных — из группы маслянокислых и др.
- Кроме того, в почвах могут оказаться патогенные микробы, попадающие с трупами животных и отбросами,— возбудители желудочно-кишечных заболеваний, пищевых отравлений (ботулизм), раневых инфекций и др.
Болезнетворные бактерии, как правило, постоянно в почве не обитают, но при попадании в нее могут длительное время сохраняться. Корни растений (своими выделениями) и микробы-антагонисты оказывают губительное действие на них, вызывая постепенное отмирание.
Тем не менее, например, холерный вибрион выживает в почвах до 28 дней, а споровые формы — возбудители сибирской язвы, столбняка, ботулизма, газовой гангрены — еще более устойчивы: попав в почву, они сохраняются в ней годами и при благоприятных условиях активно размножаются.
Поэтому пищевые продукты необходимо тщательно оберегать от загрязнений почвой, так как с ней могут попасть микробы, не только вызывающие их порчу, но и опасные для здоровья человека.
Из почвы микробы с пылью, с потоками дождевой или снеговой воды попадают в реки, озера и другие природные водоемы, а также в воздух. Таким образом, почва является первоисточником микробов в природных условиях.
МИКРОФЛОРА ВОДЫ
Для ряда микроорганизмов вода является естественной средой обитания. Особенно богата микрофлорой вода открытых водоемов и рек. Наибольшее количество микроорганизмов находится в поверхностных слоях прибрежной зоны водоемов. С увеличением глубины содержание микроорганизмов уменьшается.
Количество микробов в воде зависит от времени года и метеорологических условий. Осенью, а также во время разливов рек и сильных дождей, когда в воду попадают микробы, смываемые с поверхности почвы, число их бывает наибольшим.
Попадая в моря, реки, озера, пруды с поверхности земли, из воздуха с дождем и пылью, со сточными и хозяйственно-бытовыми потоками, многие микроорганизмы находят там благоприятные условия для жизни.
В 1 мл воды может содержаться от десятков тысяч до миллиона клеток.
В соленых водах морей и океанов, в минеральных источниках также обитают приспособившиеся к высокому осмотическому давлению разнообразные микроорганизмы.
Важную роль в формировании микрофлоры природных водных источников играет микрофлора придонного ила. Численность обитающих там бактерий достигает 400 млн. на 1 г ила.
Эти микроорганизмы образуют на поверхности ила особый слой, содержащий серобактерии, нитрифицирующие и азотофиксирующие бактерии, а также анаэробные бактерии, разлагающие клетчатку, жиры и другие вещества.
Все они обеспечивают круговорот веществ в водоеме.
Однако в природных водах могут активно размножаться и обитать также некоторые из случайно попадающих микробов, способные довольствоваться минимальными количествами органических веществ.
Значительно ограничивает численность микроорганизмов в воде до глубины 1,5-3 м солнечный свет. Беднее микрофлора почвенных вод, особенно глубоколежащих водоносных слоев, куда из-за фильтрационных свойств почвы микроорганизмы почти не попадают.
Со сточными водами, выделениями больных людей и животных в воду могут попадать и различные патогенные микробы — холерный вибрион, возбудители брюшного тифа, дизентерийные микробы, сибиреязвенные бациллы и др.
Они способны сохраняться в воде в течение длительных сроков.
Например, холерный вибрион в воде может существовать до нескольких недель, дизентерийные микробы — от нескольких дней до 2-6 недель, возбудитель туберкулеза выживает в речной воде до 5 месяцев.
Вода, загрязненная патогенными микробами, может явиться причиной массовых заболеваний среди людей. Поэтому при использовании воды из того или иного источника важно знать степень ее загрязнения. Воду, сомнительную по степени чистоты, следует обязательно кипятить. Особенно опасно фекальное загрязнение воды, так как с ним в воду могут вноситься возбудители желудочно-кишечных заболеваний.
Санитарные свойства воды оценивают физическими, химическими и биологическими методами. Мутные, окрашенные, пахнущие различными веществами воды, особенно аммиаком, или воды, содержащие много органических веществ, не должны использоваться без специальной обработки.
Однако и прозрачная вода, безупречная по внешнему виду, может быть богата опасной микрофлорой.
Примеси в воде различных химически активных веществ, например аммиака, сероводорода, солей азотной и азотистой кислот, хлоридов и солей фосфорной кислоты, свидетельствуют о загрязнении ее промышленными стоками.
Неудовлетворительная по санитарным показателям вода может явиться не только источником различных инфекций, но и средством их распространения. Такая вода предварительно перед использованием очищается отстаиванием, фильтрованием, хлорированием, озонированием, обработкой УФЛ (ультрафиолетовыми лучами) и другими способами.
Загрязнение промышленными стоками и бытовыми водами естественных водоемов может привести их в такое состояние, когда их дальнейшее хозяйственное использование невозможно из-за того, что они сами становятся источником опасности — отравлений и инфекций.
В большинстве случаев при умеренном загрязнении водоемов чистота воды через некоторое время восстанавливается в результате естественно протекающего процесса самоочищения. Этот процесс является комплексом физико-химических и биохимических превращений веществ: оседания частиц, включения их в состав ила, окисления и др.
Сточные воды, попав в водоемы, оказываются значительно разбавленными. В этих условиях внесенная со стоками микрофлора, а также естественная микрофлора водоема получают возможность бурно развиваться. При этом она утилизирует (использует полностью) все внесенные загрязнения.
Развившаяся масса микроорганизмов становится пищевым объектом для инфузорий, простейших организмов, уничтожается бактериофагами, микробами-антагонистами. В свою очередь и эта группа микроорганизмов потребляется личинками насекомых, мальками рыб и др.
Таким образом, постепенно восстанавливается естественное состояние водоема. Однако такой процесс протекает с достаточной интенсивностью лишь в том случае, когда в водоемы попадают не слишком большие дозы загрязнений.
Сильно загрязненные органическими и другими веществами сточные воды перед сливом в водоемы должны проходить предварительную очистку.
ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД
Одним из методов биологической очистки сточных вод является их фильтрация через почву на специальных земельных участках, называемых полями фильтрации. Поступающая на поля фильтрации вода просачивается сквозь почву и отводится с помощью дренажных труб в близлежащий водоем.
Накапливающиеся в верхних слоях фильтрационного поля органические вещества под действием различных бактерий — постоянных обитателей этого слоя — подвергаются аммонификации с образованием аммонийных солей. Последние окисляются в соли азотной кислоты.
Большая часть микробов, попавших в фильтрационный слой из сточных вод, задерживается им и скоро погибает.
Более рациональным способом очистки сточных вод является их обработка на полях орошения.
Поля орошения обычно состоят из двух участков, на одном из которых идет очистка вод (фильтрация), а второй используется для выращивания сельскохозяйственных культур.
Через некоторое время функции участков меняются: первое поле используется для выращивания каких-либо культур, а второе — для фильтрации. Почвы таких полей богаты удобрениями и дают хорошие урожаи.
Очистка с помощью биологических фильтров заключается в фильтрации сточных вод через резервуары, заполненные пористыми материалами.
На большой поверхности этих материалов в виде пленки развиваются разнообразные микроорганизмы, быстро перерабатывающие органические и другие загрязняющие вещества.
На первом этапе происходят процессы окисления и аммонификация этих веществ, а затем окисление образовавшихся аммиачных соединений в соли азотной кислоты.
Описанные способы очистки хотя и надежны, но требуют использования больших земельных площадей и времени.
Быстрее очистка осуществляется в аэротэнках — проточных бассейнах, в которые вводится так называемый активный ил, состоящий в основном из микроорганизмов.
С помощью активного ила адсорбируются и перерабатываются органические загрязнения. Вдуваемый снизу воздух способствует поддержанию частиц ила во взвешенном состоянии и очень быстрому окислению и переработке веществ.
Остатки, получаемые при отстаивании сточных вод, могут перерабатываться в метантанках. В результате процессов брожения и гниения осадки, содержащие клетчатку, жиры, белки и другие вещества, превращаются в простые соединения, в том числе горючие газы, используемые в промышленных целях.
Предварительно очищенные указанными способами сточные воды выпускаются в природные водоемы или после, дополнительной очистки вновь используются в тех же производствах (замкнутый цикл). В связи с нехваткой пресной воды на ряде промышленных предприятий в процессах, не связанных непосредственно с выпуском пищевых товаров, допускается повторное использование очищенной воды.
ОЧИСТКА ПИТЬЕВЫХ ВОД
Одним из методов очистки питьевой воды является отстаивание ее в бассейнах-отстойниках. При этом оседают взвешенные частицы, а вместе с ними и большинство бактерий.
Более полное осветление воды достигается применением коагуляции ее сернокислым алюминием. Образующиеся хлопья, оседая, увлекают взвешенные частицы и микроорганизмы. Затем воду фильтруют через песочные фильтры.
На фильтрах задерживается до 98–99% имеющихся в воде микробов. Однако и после фильтрации все еще остается некоторое их количество и среди них возможны болезнетворные формы.
Поэтому после фильтрации воду подвергают дезинфекции путем хлорирования.
Хлорирование — доступный способ обеззараживания воды, позволяющий уничтожать многие, в том числе паратифозные, бруцеллезные и другие бесспоровые патогенные микроорганизмы.
При этом действие обработки на микробы сказывается в течение всего времени нахождения в ней остаточных количеств хлора. Для хлорирования применяется хлорная известь.
Использование ее основано на том, что активный хлор, обладая окисляющими свойствами, губительно действует на бактерии при достаточном его содержании. В этих же целях может употребляться и газообразный хлор.
Перспективной является обработка воды ультрафиолетовыми лучами (УФЛ). В отличие от хлора они не придают воде неприятного привкуса, более губительны для спор бактерий. Недостаток этого метода, препятствующий, повсеместному его использованию, — слабая эффективность УФЛ при обработке вод с пониженной прозрачностью.
Питьевая вода должна соответствовать ряду требований. В миллилитре водопроводной воды должна быть не более 100 микробов, в колодезной и речной питьевой — не более 1 000. Коли-титр должен быть соответственно не менее 300 и 100 мл.
В питьевой воде не должно быть патогенных бактерий. Нормируется содержание органических примесей. Вода открытых водоемов перед использованием в пищевых целях должна быть очищена и обеззаражена.
Допускается использование без обработки только артезианской воды.
Такие же требовании по микробиологическим показателям предъявляют и к пищевому искусственному и естественному льду.
МИКРОФЛОРА ВОЗДУХА
Воздух является неблагоприятной средой для жизни микроорганизмов. В нем они не находят пищи, подвергаются высушиванию и губительному действию прямых солнечных лучей.
Однако микробы постоянно находятся в воздухе, попадая в него с почвенной, промышленной и водной пылью. Поэтому качественный и количественный состав микрофлоры воздуха является случайным. Он целиком определяется составом микрофлоры почвы и воды, наличием промышленных предприятий и другими факторами.
Большинство микробов сравнительно быстро погибает в воздухе. Однако споровые палочки, кокковые формы бактерий и споры плесневых грибов обладают большей выживаемостью.
Воздух зимой чище, чем летом. Над океанами и морями он чище, чем над распаханной территорией.
Особенно много микробов в воздухе над крупными городами. В 1 м3 такого воздуха могут находиться десятки тысяч микробов. Много микробов бывает в воздухе производственных помещений.
Воздух является своеобразной транспортной магистралью, с помощью которой микробы могут разноситься на далекие расстояния, попадать на пищевые продукты, в организм людей.
Это опасно, так как среди микробов, находящихся в воздухе, встречаются и болезнетворные, например возбудители туберкулеза, вирусы и др.
В связи с этим оздоровление воздуха природной среды и очистка воздуха рабочих помещений является важной, повседневной задачей.
Очистку воздуха в помещениях осуществляют путем систематической влажной уборки, вентиляции. В холодильных камерах используют бактерицидные лампы (облучение УФЛ).
МИКРОФЛОРА ТЕЛА ЧЕЛОВЕКА
Каждый человек, постоянно находясь в окружении естественных природных источников микрофлоры, общаясь с другими людьми и вступая с ними в разнообразные отношения, в результате прямых и косвенных контактов «обменивается» с ними микрофлорой. Постоянно в организм человека поступают микроорганизмы с водой, пищей, попадают с различных предметов.
Чрезвычайно разнообразна микрофлора полости рта. Благоприятная температура, щелочная реакция слюны и остатки пищи являются хорошими условиями для развития самых различных микроорганизмов.
Практически у всех людей в ротовой полости обитают микрококки, стрептококки, стафилококки, споровые и неспоровые палочки, вибрионы, спирохеты, спириллы, ацидофильная палочка, дрожжи, актиномицеты и др.
Особенно богаты микробами зубной налет, отложения в кариозных зубах и складки миндалин.
С удивлением отмечая многообразие и многочисленность микробов в окружающей среде и на своем теле, А. Левенгук писал: «…В моем рту их больше, чем людей в Соединенном Королевстве».
У больных людей и бактерионосителей в ротовой полости могут встречаться гемолитические стрептококки, дифтерийная палочка, менингококки, туберкулезная палочка и др.
Органы дыхания здорового человека не имеют постоянной микрофлоры. Состав микрофлоры целиком зависит от содержания микробов во вдыхаемом воздухе.
Очень обильна микрофлора желудочно-кишечного тракта, особенно отделов толстого кишечника. Взрослый человек ежедневно выделяет из кишечника многие сотни миллиардов микроорганизмов. В кишечнике постоянно обитают бактерии коли, некоторые кокки, столбнячная бацилла и др.
Масса разнообразных микроорганизмов находится на руках, куда они попадают со всех других частей тела и из внешней среды. Обнаружение на руках типичных обитателей желудочно-кишечного тракта, в частности кишечной палочки, свидетельствует о неудовлетворительном санитарно-гигиеническом режиме труда, быта, о низком уровне личной гигиены.
Чистота рук, тела и поддержание нормального состояния здоровья являются совершенно необходимыми для работников, постоянно соприкасающихся с пищевыми товарами.
Загрузка...
