Микробиологическая оценка состояния водоема в результате деятельности биологических очистных сооружений города Уфы

Актуальность проблемы. Потребность в организации экологического мониторинга, основными задачами которого являются наблюдение, оценка и прогноз состояния природной среды, определение степени загрязнения, выявление факторов и источников антропогенного воздействия на нее с учетом адаптивных возможностей биосред, обусловлена необходимостью выявления всей совокупности взаимодействия живого с агентом внешней среды и предупреждения возникновения критических ситуаций, вредных или опасных для здоровья людей [12, 38, 89, 104].

Экологическая ситуация в Республике Башкортостан, которую по географическому положению можно отнести к 2-м важнейшим промышленным регионам России: Уральской и Волжского бассейна, является проблемой регионального и общегосударственного характера и отражает общую неблагоприятную социально-экономическую обстановку в стране [27, 28, 38].

Анализ приоритетных экологических проблем РБ обращает внимание на состояние водных объектов, главным образом, реки Белой — основного водного русла республики. В водные объекты РБ в 1995 году было сброшено 667,0 млн куб. м сточных вод, из них 78,7% без очистки и недостаточно очищенных, 142,0 млн куб. м — нормативно чистых и не требующих очистки [27]. В 1996 году общий объем сбрасываемых сточных вод в поверхностные водоемы сократился на 21,0 млн куб. м, практически весь объем за счет уменьшения сброса загрязненных вод, в частности, сокращен сброс неочищенных сточных вод с городских БОС, что связано с падением выпуска продукции и остановкой многих производств [27].

Данные статистической отчетности о состоянии водных объектов и заболеваемости населения, связанной с водным фактором, по Российской Федерации [28, 89, 90] и Республике Башкортостан [27, 65] свидетельствуют об ухудшении положения с санитарной охраной водоемов, являющихся источником хозяйственно-питьевого и рекреационного водопользования населения, о напряженной санитарно-эпидемиологической обстановке, обострении положения с распространением заболеваний людей кишечными инфекциями. Отмечается, что в большинстве регионов РФ более 35% исследованных проб воды поверхностных водоемов не соответствуют гигиеническим нормативам по санитарно-химическим и более 25% [28], а в РБ более 20% [27] - по микробиологическим показателям.

Значительный сброс загрязняющих веществ в окружающую природную среду со сточными водами связан, прежде всего, с неэффективной работой очистных сооружений. Так, в 1996 году из 171 стоящих на учете очистных сооружений РБ (перед сбросом в водные объекты) лишь 2 удовлетворяли нормативным требованиям [98] и 42 работало в проектном режиме. Нагрузка на поверхностные водоемы (по сбросу загрязняющих веществ) в районе г. Уфы составляет 52−53% от общего объема по республике или 18,220,0% по массе.

Наблюдение за загрязнением водных ресурсов РБ и анализ результатов проводится преимущественно по химическим показателям, в то время как поступление в поверхностные водоемы недостаточно очищенных промышленных и хозяйственно-бытовых сточных вод приводит не только к химическому, но и бактериальному загрязнению воды, изменению ее физико-химических и биологических свойств, нарушению сложившегося равновесия в водных экосистемах. Особое значение имеет опасность сточных вод в распространении инфекционных заболеваний, обусловленных не только патогенной, но и потенциально-патогенной микрофлорой. Описаны случаи инфекционных заболеваний водной природы, вызванные клебсиеллами, протеем, групповые вспышки эшерихиозов [7, 85, 133, 137]. В последние годы увеличился уровень острых кишечных инфекций, обусловленных антибиотико-резистентными штаммами микроорганизмов [82]. К этому привело широкое использование антибиотиков не только для лечения больных людей, но и в качестве кормовых добавок для профилактики и лечения животных, консервирования пищевых продуктов и др. Со сточными водами предприятий пищевой промышленности, лечебных учреждений антибиотикорезистентная микрофлора поступает в поверхностные водоемы, которые используются в целях хозяйственно-питьевого и рекреационного водоснабжения. В связи с расширением связей и сообщений между странами, увеличением миграции населения из южных регионов, возрастает угроза завоза и в Республику Башкортостан, возникновение и распространение местных случаев заболеваний острыми кишечными инфекциями. Все это требует определения санитарной надежности очистки сточных вод на биологических очистных сооружениях (БОС) города, обеспечения оптимального контроля качества воды поверхностных водоемов, характеристики природных микробных сообществ, изучения поведения и выживаемости в воде микроорганизмов, имеющих как индикаторное, так и эпидемиологическое значение.

Цель исследований. Провести развернутый анализ состояния р. Белой в районе г. Уфы, дать микробиологическую оценку загрязнения водоема в результате деятельности биологических очистных сооружений крупного промышленного города.

Для выполнения поставленной цели представилось необходимым решить следующие задачи:

1. Оценить качественный и количественный состав и уровень микробной обсеме-ненности общегородских сточных вод до и после очистки на БОС и перед выпуском в водоем.

2. Исследовать санитарно-гигиеническое состояние р. Белой в районе выпуска очищенных хозяйственно-бытовых сточных вод г. Уфы для установления фактического уровня биологического загрязнения водоема и своевременного выявления изменений в микробиоценозе.

3. Определить зоны распространения основных групп индикаторных (санитарно-показательных) и эпидемиологически значимых (патогенных и потенциальнопатогенных) микроорганизмов, изучить процессы самоочищения водоема от бактериального загрязнения.

4. Изучить биологические свойства и спектор антибиотикорезистентности индикаторных микроорганизмов под воздействием внешних факторов водной среды.

5. Обосновать возможность использования дрожжеподобных грибов как гигиенического критерия антропогенного загрязнения водных объектов.

Научная новизна. При эколого-гигиеническом мониторинге поверхностного водоема в районе крупного промышленного города впервые определен уровень антропо-техногенной и бактериальной нагрузки на исследуемом участке реки.

Дана микробиологическая оценка состояния р. Белой в районе г. Уфы и на участке выпуска очищенных сточных вод городских БОС для установления фактического уровня биологического загрязнения водоема. Изучен качественный и количественный состав, степень микробной обсемененности и эффективность очистки хозяйственно-бытовых сточных вод г. Уфы.

Установлена дальность распространения индикаторных микроорганизмов в речной воде, выявлены способность бактериального самоочищения реки и особенности формирования микробиоценоза водоема в условиях его интенсивного антропогенного загрязнения.

Выявлена изменчивость биологических признаков индикаторных микроорганизмов, их толерантность к антибиотикам под влиянием ряда химических веществ загрязняющих водоем.

Представлена информативная значимость дрожжеподобных грибов рода Candida для биоиндикации загрязнения водной среды.

Практическая значимость. Микробиологическая оценка состояния р. Белой в результате деятельности городских БОС использована при создании системы контроля и регулирования качества водной среды, выявления факторов и источников антропогенного воздействия на водоем. Полученные в работе результаты служат основой для создания банка данных при организации системы бактериологического мониторинга р.Белой.

Материалы проведенных исследований были использованы при подготовке нормативно-методических документов:

1. Клинико-гигиенические рекомендации по развитию и размещению производительных сил в регионах нефтехимии и нефтепереработки. Методические рекомендации. Утв. 21.04.94 ГСЭН РФ № 01−19/42−17.

2. Оздоровление объектов окружающей среды и снижение заболеваемости н аселения в условиях крупных нефтехимических, нефтеперерабатывающих и микробиологических производств. Методические рекомендации. Утв. 14.02.91. МЗ РСФСР № 20−01-Д-40.

3. На основе исследований разработан способ очистки сточных вод. A.c. № 979 276 от 09.08.92.

4. Дано рацпредложение УфНИИ МТ и ЭЧ № 253/2−96 от 11.06.96.

Положения, выносимые на защиту.

1. Комплексный бактериологический контроль качества поверхностного водоемов в результате деятельности биологических очистных сооружений крупного промышленного города, включающий регламентированные и дополнительные критерии, характеризующие эпидемиологическую ситуацию и экологическое неблагополучие водоема.

2. Нарушение динамического равновесия водного микробиоциноза в результате интенсивной антропогенной нагрузки.

3. Значимость дрожжепобных грибов для оценки контаминации речной воды городскими стоками.

Апробация работы. Основные результаты исследования были доложены и обсуждены на Республиканской конференции «Молодые ученые — практическому здравоохранению» (г.Уфа, 1996 г.,), Международной конференции «Гомеостаз и инфекционный процесс» г. Саратов, 1996 г.,), Межрегиональной научно-практической конференции «Промышленные и бытовые отходы. Проблемы и решения» (г.Уфа, 1996 г.,), Международной научно-практической конференции «Экологические проблемы промышленных зон Урала» (г.Магнитогорск, 1997 г.,), региональной научно-практической конференции «Эколого-гигиенические проблемы Уральского региона» (г.Уфа, 1997 г.,). Диссертация апробирована на совместном заседании кафедр микробиологии, инфекционных болезней с курсом эпидемиологии, общей гигиены Башкирского государственного медицинского университета и сотрудниками Уфимского НПО «Иммунопрепарат» (протокол № 60 от 10.06.1998 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ в научных журналах и материалах конференций.

ВЫВОДЫ.

1. Анализ состояния р. Белой в черте г. Уфы до выпуска сточных вод городской канализации позволил оценить водоем по санитарно-гигиеническим показателям как благоприятный с допустимой степенью влияния выше расположенных по течению реки основных загрязнителей, по микробиологическим показателям как неблагоприятный с опасной степенью воздействия бактериального загрязнения. После спуска сточных вод БОС города по санитарно-гигиеническим показателям водоем характеризуется как условно благоприятный с повышенным риском по степени влияния сточных вод, а по микробиологическим — как водоем с черезвычайно высокой степенью бактериального загрязнения.

2. Микробиологическая оценка качественного состава биологически очищенных хозяйственно-бытовых сточных вод городской канализации (частота обнаружения эн-теробактерий 98%, энтерококков — 98%, неферментирующих грамотрицательных бактерий — 72%, споровых анаэробов — 70%, дрожжеподобных грибов родаСапсШа — 43%) и высокий уровень бактериального загрязнения стоков (общебактериальная обсеменен-ность перед выпуском в водоем составляет в среднем (5,7 ± 0,8) х 105 КОЕ/мл, индекс БГКП (2,05 ± 0,5) х 105 кол/л) свидетельствуют, что проектный режим работы очистных сооружений г. Уфы не обеспечивают их эффективный очистки от показательных, патогенных и потенциально-патогенных микроорганизмов.

3. Установлена пониженоумеренная способность р. Белой к самоочищению от бактериального загрязнения в районе г. Уфы. Наиболее массивная обсеменность р. Белой индикаторными микроорганизмами наблюдается на протяжении 500−1000 метров и ниже (до 5 км) выпуска биологически очищенных канализационных стоков (БГКП 6,2 — 7,5 lg, энтерококки 4,7 — 5,6 lg, клостридии 3,3 — 3,7 lg, НГОБ 2,2 — 3,4 lg, дрожжеподобные грибы рода Candida 2,7 — 4,2 lg, сальмонеллы 2,1 — 2,3 lg), отмечается превышение нормативной величины по коли-индексу на 2−3 порядка.

4. Экспериментально выявлена зависимость увеличения времени выживания показательных и потенциально-патогенных микроорганизмов от степени биологического и химического (фенолы, нефтепродукты, СПАВы) загрязнения водоема. Действие химических веществ, входящих в состав городских сточных вод или загрязняющих водоем, вызывает изменение биологических свойств и факторов вирулентности патогенных и условно-патогенных энтеробактерий, повышает их устойчивость, что приводит к повышению численности микроорганизмов в микробиоценозе водоема.

5. Предложена рациональная схема микробиологических исследований, построенная на принципе поэтапного изучения качественного и количественного состава микрофлоры природных вод, позволяющая получить объектьивную информацию о степени бактериальной нагрузки на водоем.

6. Показана возможность использования дрожжеподобных грибов рода Candida как индикатора загрязнения поверхностного водоема бытовыми сточными водами, особенно в условиях интенсивного загрязнения рек органическими веществами, что позволяет рекомендовать их как дополнительный информативный критерий эпидемиологического благополучия водоема.

Заключение

.

Сложившаяся в настоящее время напряженная обстановка с обеспечением населения, в т. ч. г. Уфы, доброкачественной водой и возможностью безопасного рекреационного использования поверхностных водоемов связана с потреблением большого количества воды на бытовые и промышленные нужды, образованием значительных объемов недостаточно очищенных сточных вод сбрасываемых в водоем.

Так, массивный выпуск в р. Белую сточных вод Уфимских городских БОС — смеси хозяйственно-фекальных и промышленных стоков, содержащих патогенные, условно-патогенные для человека микроорганизмы и токсические вещества способствует, как свидетельствуют результаты приведенных исследований, нарушению экологического равновесия микробиоценоза, понижению самоочищающей способности водоема, и, следовательно, повышению неблагоприятного влияния водного фактора на здоровье населения.

Создание системы биологического мониторинга природной среды в интересах охраны здоровья населения, включающий в себя бактериологический мониторинг поверхностных водоемов, сбор и анализ информации об эколого-гигиеническом состоянии водоема и динамике микробиоценоза, изменении видового состава микрофлоры под влиянием антропогенного загрязнения речной воды, сточными водами коммунального хозяйства и промышленных предприятий. В связи с этим, как представлено на логической схеме (Рис. 2.1.) исследований влияния биологического загрязнения водоема на водопользование населения, материалом для исследований явились городские стоки до и после их очистки на БОС г. Уфы и вода р. Белой из створов до и после сброса сточных вод, а объектом исследований санитарно-показательные, патогенные и потенциально-патогенные микроорганизмы. Результаты исследования по оценке эффективности очистки сточных вод на городских БОС, характеристике состояния водоема, определении степени его загрязнения, выявления эпидемиологической значимости водоема для здоровья населения в районе водопользования были использованы для создания банка данных бактериологического мониторинга водоема в районе г. Уфы и разработки комплекса гигиенических мероприятий.

Осуществление мониторинга, помимо определения перечня основных показателей, предназначенных для создания банка данных, предполагает разработку схемы и выбор методов микробиологических исследований, определение частоты проведения анализов, выделения для наблюдений участков реки с различной степенью антропогенной нагрузки. Сравнительно большое число исследований биотопов, охват всех сезонов года, использование предложенной нами схемы поэтапных исследований воды с применением широкого набора сред обогащения и дифференциально-диагностических питательных сред позволили получить некоторые сведения об экологии санитарно-показательных и потенциально-патогенных микроорганизмов в р. Белой на участке реки до и после выпуска биологически очищенных сточных вод городской канализации.

К экологическим особенностям локального характера следует отнести значительный сброс в водоем загрязняющих веществ со сточными водами БОС АО «Уфанефтехим», расположенных несколько ниже по течению реки. Многокомпонентный состав (нефтепродукты, ароматические углеводороды, неорганические кислоты, фенолы, спирты, ПАВ и др.), значительный объем сточных вод предприятий нефтехимии и недостаточная эффективность работы очистных сооружений представляют серьезную не только эколого-токсикологическую опасность для водоисточников, но и санитарно-эпидемиологическую, так как их поступление в водоем нарушает его санитарный режим, вызывает обеднение биоценозов, создает условия для торможения процессов бактериально самоочищения, существенно увеличивая длительность циркуляции в воде патогенных и условно-патогенных микроорганизмов.

Вода р. Белой при подходе к г. Уфе по данным 5 лет наблюдений (1991;1996 гг.) в разные сезоны года характеризуются нижеследующими показателями. Органолептические свойства воды были в пределах санитарных нормативов: запах — 1 балл, цветность в пределах 18−20 градусов, прозрачность — 30 см. Активная реакция, рН воды — 7,4 — 7,6, растворенный кислород зимой составляет от 6,8 до 10,6 мг/л, летом — 6,9 — 9,8 иг/я. Колебания содержания азота аммонийного зимой в пределах 1,12 — 1,56 мг/л, летом -1,29 — 1,63- хлоридов — зимой 284,0 — 476,6 мг/л, летом — 229,4 — 358,4 мг/лсульфатовзимой от 92,5 до 139,1 мг/л, летом от 106,0 до 169,4 мг/л.

В створах реки ниже г. Уфы (д.Красный Яр) отмечается превышение азота аммонийного в 2 раза по отношению к воде р. Белой выше г. Уфы (д.Чесноковка), увеличение содержания нефтепродуктов до 1,02 мг/л, увеличение окисляемости в зимнюю межень до 25 мг/л. Существенные изменения качества воды в указанном створе р. Белой отмечалось со стороны органолептических свойств воды, содержания хлоридов, сульфатов, фенолов. Это дает основание говорить о том, что к ухудшению качества воды в данном створе приводит сброс хозяйственно-бытовых и условно-чистых вод с предприятий города, а также с БОС АОЭ «Уфанефтехим». В то же время следует отметить, что в единичных случаях на поверхности воды р. Белой в летнюю межень визуально обнаруживаются отдельные нефтяные, масляные пятна и серые пленки. В данном случае не исключается то, что источником указанных загрязнений являются суда, баржи, моторные лодки и др.

Принимая во внимание, что одним из основных показателей водопользования населения, с точки зрения санитарного состояния водоема, является интенсивность самоочищения реки, проведена оценка природного потенциала самоочищения (ППС) р.Белой. Рассчитанный нами показатель ППС воды р. Белой в черте города в наблюдаемый период варьировал от 0,22 до 0,35, что с учетом существующих факторов среды свидетельствует о пониженно-умеренной способности реки очищаться от поступающего в нее загрязнения. Выпуск сточных вод городской канализации значительно ухудшает естественные процессы очищения реки от загрязнений биологической природы: коэффициент общесанитарной нагрузки на водоем стоков городских БОС составляет 1,12−1,25, коэффициент микробиологической нагрузки по показателям коли-индекса варьирует в пределах 39,8−41,01 и общего бактериального загрязнения воды 2,58−5,7, что позволило нам оценить р. Белую ниже г. Уфы, согласно существующей классификации водных объектов [41, 98], как водоем с чрезвычайно высокой степенью бактериального загрязнения.

Эксплуатация городских очистных сооружений, как правило, приводит к улучшению физико-химических и биологических свойств стоков [120, 126, 131], но в условиях г. Уфы технологический режим работы очистных сооружений значительно превышает проектную мощность (360 тыс. куб. м./сутки), что отражается на эффективности очистки стоков и, как следствие, протекании процессов самоочищения р. Белой, нарушении микробиоценоза водоема.

По техническим условиям полная биологическая очистка сточных вод городской канализации должна гарантировать безопасность в токсикологическом и в эпидемиологическом отношении, их выпуска в водоем. На примере Уфимских БОС мы наблюдаем, что эффективность двухступенчатой биологической очистки канализационных стоков по химическим показателям составляет 83,6 — 94,0%, для индикаторных микроорганизмов 83,8−97,6%, для патогенной и условно-патогенной флоры -84,6−92,6%. Анализ результатов оценки качественного и количественного состава хозяйственно-фекальных сточных вод, поступающих на очистные сооружения по химическим и микробиологическим показателям не позволил выявить специфических особенностей от подобных стоков современных промышленных городов [31, 51, 99]. Состав и частота обнаружения различных групп микроорганизмов в сточной воде до и после ее очистки, процент положительных находок патогенных и условно-патогенных энтеробактерий в сточных водах до и после их очистки не выявил какой-либо закономерности в частоте их обнаружения по сезонам года, хотя и имел тенденцию, но не достоверную (р>10) к увеличению летом и осенью.

Показано, что количество микроорганизмов в сточных водах городской канализации после проведения мероприятий по их биологической очистке уменьшилось на 1−2 порядка и составило перед выпуском в водоем для сапрофитных микроорганизмов — 5,7×105 КОЕ/мл, БГКП — 2,05×105 кол/л.

Микробиологический анализ воды р. Белой на участке реки, огибающей город, с населением более 1,1 млн. человек, с западной стороны проведенный в 1991;1992 годах при оценке загрязнения реки в районе расположения БОС и для выявления эпидемиологической опасности исследуемого объекта на основании определения комплекса са-нитарно-показательных микроорганизмов показал, что вода в р. Белой не только в створах 500 и 1000 м. ниже спуска сточных вод городской канализации, но в створе реки 500 выше городских БОС не удовлетворяет санитарно-гигиеническим требованиям и согласно эколого-санитарной классификации качества поверхностных вод суши [41], характеризуется как сильно загрязненная, что позволяет оценить ее реальную и потенциальную пригодность для различных типов водопользования проблематичной.

Настораживающий факт несоответствия гигиеническим нормативам воды р. Белой в точке отбора выше сброса стоков БОС, свидетельствующий о возможном существовании источников неорганизованного поступления стоков в водоем. Этот факт делает необходимым изучение экологии индикаторных патогенных и условно-патогенных микроорганизмов в речной воде в черте города и выше. Было увеличено количество точек наблюдения — пробы воды отбирались в 12 биотопах, характеризующихся различной степенью биологического загрязнения водоема и расширен спектр индикаторных микроорганизмов.

Результаты определения динамики изучаемых показателей по биотопам во все сезоны года выявили, что фекальное загрязнение водоема в районе г. Уфы и даже выше (д.Чесноковка) очень высокое. Отмечаются высокие индексы загрязнения реки БГКП, энтерококками, клостридиями в устье р. Сутолоки, в районе речного порта, а максимальная интенсивность загрязнения — после выпуска сточных вод городской канализации в водоем. Колебания индексов этих показателей в 500 м ниже спуска стоков БОС достигали величин для БГКП lg 6,2 — 7,5, в т. ч. для E. coli lg 5,9 — 6,5- для энтерококков lg 4,7 — 5,6, в т. ч. Str. faecalis lg 2,9 — 5,1- для клостридий lg 3,3 — 3,7.

Представители различных родов энтеробактерий, рассматриваемые нами в структуре БГКП, имели различную реакцию на меняющиеся условия водной среды (биотопы 1−10) в акватории города. Так, динамика численности, характер сезонных изменений и частота высеваемости E. coli и энтеробактерий рода Klebsiella полностью совпадали с соответствующими показателями всей группы кишечных палочек (БГКПE.coli, г =0,84 и БГКП — Klebsiella, г=0,92).

В то же время характер поведения в водоеме патогенных представителей энтеробактерий родов Salmonella и Proteus было более динамичным и менее однонаправленным. Во все сезоны года установлено значительное загрязнение речной воды сальмонеллами в биотопах с неблагоприятной санитарной обстановкой. Наиболее чистыми явились биотопы, расположенные выше черты города, в которых процент высеваемости сальмонелл составлял в среднем 15%, а индексы не превышали значений 0,8−1,1 lg. Обнаружено пиковое содержание сальмонелл в биотопах 3 и 7 с более выраженной амплитудой максимальных значений в точке после сброса стоков БОС в весенний и летний сезоны года. Осенью амплитуда колебаний индексов сальмонелл уменьшается. Но частота обнаружения сальмонелл на изучаемом участке была самой высокой летом — осенью 20 — 29% (колебания индекса от 0,2 до 2,0 lg) и несколько ниже зимой и весной — 10 — 13% (колебания индекса от 0 до 2,9).

После выпуска сточных вод на 500 и 1000 м ниже по реке (биотопы 7,8) частота высеваемости составляла в среднем летом — осенью 23 — 27%, зимой — весной 14 — 18%.

Высокое содержание в воде энтерококков, в т. ч. фекальных стрептококков, на всем протяжении изучаемого участка реки подтверждает неудовлетворительное состояние водоема не только как результат выпуска сточных вод с городских БОС, но и неконтролируемого поступления в реку фекального и нефекального загрязнения со смывами с поверхности почвы и с неблагоустроенных территорий города.

Как указывает в своих исследованиях Литвин В. Ю. 67, 68] сведения об экологии отдельных представителей патогенных и потенциально-патогенных микроорганизмов во внешней среде не многочисленны, либо не поддаются однозначной трактовке. Автор отмечает, что патогенные микроорганизмы способны длительное время обитать и, активно размножаясь, накапливаться во внешней среде, создавая резервуар инфекции и эпидемиологическую опасность.

Результаты количественного распределения патогенных и условно-патогенных микроорганизмов в биотопах разной степени биологического загрязнения, их взаимосвязь между собой показали, что они встречаются не только в месте спуска городских стоков, но и ниже и выше по течению, что свидетельствует о неорганизованном поступлении биологического загрязнения в водоем. Высокие индексы санитарно-показатель-ных микроорганизмов в речной воде в черте города подтверждают значительный уровень бактериального загрязнения р. Белой, и свидетельствуют о сохранении их индикаторного значения. Но в исследованиях ряда авторов [31, 47] отмечено, что, например, эшерихии, энтерококки в результате длительного пребывания в водоеме могут утрачивать признаки определяющие из фекальное происхождение, и следовательно, терять свое индикаторное значение. С их точки зрения более надежными показателями свежего биологического загрязнения водоема являются Е. соН, Б^ГаесаНз, что подтверждается результатами наших исследований: обнаружения высоких индексов этих микроорганизмов в биотопе 3 (место впадения р. Сутолоки в р. Белую) и биотопах ниже выпуска сточных вод городских БОС.

Таким образом, результаты исследования подтверждают, что в условиях высокого фонового бактериального загрязнения реки сброс недостаточно очищенных сточных вод городской канализации приводит к значительному повышению микробиологической нагрузки на водоем, понижению, и без того слабо протекающего процесса, бактериального самоочищения реки.

Обнаружение в значительном количестве — (3,8+1,9) х 102 кол/л в городских сточных водах дрожжеподобных грибов, в т. ч. рода Candida, определило наши поиски их в речной воде. Выявлены значительные индексы содержания дрожжеподобных грибов по биотопам, а высокий процент положительных находок оправдывает интерес к этой группе микроорганизмов с точки зрения возможности их индикаторного значения. Тем более интересен факт обнаружения дрожжеподобных грибов рода Candida, в том числе патогенных C. albicans в водоеме после сброса городских сточных вод — lg 0,4 — 2,2 в биотопах 7 и 8, а так же ниже по реке после поступления в водоем стоков НПЗ — lg 0,2 — 1,4 в биотопе 10. Полученные данные согласуются с результатами исследований зарубежных авторов [168, 183, 192], установивших, что в районах загрязненных фекальными кишечными палочками и фекальным стрептококком в больших количествах выделяются дрожжеподобные грибы poflaCandida (C.albicans). Как отмечает в своих исследованиях Кашкин П. Н. [54] находки дрожжеподобных грибов в естественных водоемах не закономерны: преимущественно их выделяют из водоемов, загрязненных отбросами и нечистотами. В связи с этим, заслуживают внимание случаи обнаружения (33% положительных проб) C. albicans в биотопе 3, особенно в осенний период, что можно объяснить или особой интенсивностью загрязнения р. Сутолоки в это время года или наличием неучтенных источников загрязнения реки, возможно имеет значение тот факт, что дрожжеподобные грибы, наряду с другими углеводородусваивающими микроорганизмами (например, р. Pseudomonas) являются деструкторами нефти [31, 77], а в р. Сутолоке обнаруживаются высокие концентрации нефтепродуктов [28].

Критерием эпидемиологического неблагополучия и степени нарушения экологического равновесия водной среды следует считать количественные соотношения между различными микробиологическими показателями.

Так, для экологической характеристики водоема, отражения степени и динамики самоочищающей способности санитарно-показательное значение имеет соотношение автохтонной и аллохтонной микрофлоры. Преобладание общего числа бактерий, развивающихся в аэробных условиях при температуре 37 °C (24 часа) над количеством сапрофитных микроорганизмов, определяемых при температуре 20 °C (48 час) мы наблюдали в месте впадения в р. Белую речки Сутолоки, в районе речного порта, после городских БОС свидетельствует об организованном и неорганизованном поступлении загрязнений. в т. ч. фекальных, в водоем из внешней среды. Сопоставление этого показателя на наблюдаемом участке реки со значениями санитарно-химических показателей (количество взвешенных и растворенных органических веществ, ХПК, БПК) указывает на нарушение процесса бактериального самоочищения реки и ослабление защитных сил водоема.

Использование широко применяемого в санитарной практике оценки состояния водоема по соотношению индексов лактозоположительных кишечных палочек (ЛКП) и бактерий группы кишечной палочки (БГКП) [19, 31, 85, 86] показало, что река выше черты города имеет этот показатель более 10, а в 2-х биотопах (3 и 5) в черте города и ниже сброса стоков городских БОС менее 10, что также свидетельствует о бактериальном загрязнении водоема и о формировании стойкого фекального загрязнения реки в результате спуска сточных вод городских очистных сооружений.

Результаты наших исследований свидетельствуют, что несмотря на сильное фекальное загрязнение реки, обусловленное как неорганизованным поступлением стоков (биотоп 3−6) так и организованным выпуском биологически очищенных сточных вод города (биотоп 7) высокие индексы сапрофитной микрофлоры, выросшей при 37 °C и при 20 °C, обнаружение дрожжеподобных грибов рода Candida и т. д. водоем еще не утратил вяло протекающей способности сопротивляться. Поэтому необходимо экстренно принять все меры для предотвращения наступления необратимых изменений в микробиоценозе водоема, которые могут привести к обострению санитарно-эпидемиологической обстановки в регионе.

Скорость самоочищения водоема в условиях нарастающей антропогенной нагрузки значительно снижается, что проявляется, согласно литературным данным, в увеличении сроков выживания в воде патогенных микроорганизмов. Так, присутствие в воде сточных вод предприятий нефтехимии увеличивает длительность выживания в воде кишечной палочки и способствует накоплению патогенных энтеробактерий [2], по другим данным [36, 47, 51] высокая чувствительность E. coli к химическому загрязнению снижает ее индикаторное значение.

Экспериментальное выявление влияния сточных вод городских биологических очистных сооружений на процессы микробиологического самоочищения водоема проводились в условиях максимально приближенных к натурным условиям: в модельные водоемы с водопроводной и речной водой вносились среднесуточные пробы биологически очищенных сточных вод с городских очистных сооружений и очищенные сточные воды нефтеперерабатывающего завода в разведениях 1:10 и 1:100 в различных вариантах. В течении двух месяцев проводили наблюдение за выживаемостью микробных популяций бытовых сточных вод в условиях естественного микробиоценоза водоема при отсутствии и наличии химического загрязнения. Динамика отмирания патогенных и потенциально-патогенных микроорганизмов в опытных водоемах имело однонаправленный характер, но более выраженный в водоемах с речной водой: некоторое повышение содержания микроорганизмов к 5−7 дню наблюдений, затем медленное уменьшение к 21 суткам и исчезновение Сальмонелл к 30 дню в сосудах с речной водой, к 45 дню — с водопроводнойа потенциально-патогенных микроорганизмов к концу 2 месячного срока. Установлено, что к 7 дню эксперимента содержание всех компонентов микробиоценоза было более высоким в водоемах с содержанием сточных вод НПЗ по сравнению с контрольным водоемом. Наблюдали изменение количественных соотношений между компонентами микробиоценоза: количество кишечной палочки сохранялось примерно на одном уровне на протяжении одного месяца и несколько снижалось после 45 дней наблюденийпосле 47 дней значительно снижается индекс энтерококков, в т. ч. Str. faecalis (до lg 1,1), начинает преобладать микроорганизмы родов клебсиелла, цитробактер, протей, НГОБ. Содержание бактерий рода псевдомонас в т. ч. Ps. aeruginosa, значительно не изменялось на протяжении всего срока наблюдения, в то время как в контроле они постепенно исчезали после 3 недельного срока. Полученные результаты, в основном, согласуются с данными многих исследователей о характере поведения и сроках выживаемости микроорганизмов в природных и модельных водоемах [4, 5, 6, 16, 17, 18, 29, 31, 45, 46, 51].

Изучена закономерность поведения ассоциации тест микроорганизмов в модельном водоеме с химической нагрузкой в виде суммарного загрязнения фенолом, нефтепродуктами, СПАВами с целью возможного прогноза поведения микроорганизмов во внешней среде.

Выбор указанных химических веществ для изучения их влияния на тест-культуры микроорганизмов был определен тем, что основным ингредиентом хозяйственно-бытовых сточных вод являются ПАВы [29, 31, 44], а нефтепродукты, фенолы согласно официальных источников [27, 28, 65] являются самыми характерными загрязнителями вод поверхностных водоемов. Так, в районе г. Уфы (1990;1995), отмечалось значительное колебание концентрация нефтепродуктов от 3 до 18 ПДК в воде р. Белой, а фенола 1−3 ПДК (в 1996 году ниже г. Уфы зафиксировано экстремально высокое содержание фенола — до 54 ПДК), а в р. Сутолоке во время весеннего половодья содержание нефтепродуктов достигало 48 ПДК.

Анализ полученных результатов позволяет предположить, что собственная сапрофитная микрофлора водоема не вступает в конкретные взаимоотношения с представителями фекального загрязнения воды и не подавляется комплексом химических веществ, использованных в эксперименте, а наоборот, происходит взаимодействие, ведущая к размножению, увеличению сроков выживаемости, то есть происходит повышение адаптационных возможностей биоценоза, но этого нельзя сказать о фекальном стрептококке, который в результате дополнительной нагрузки (конкурентные взаимоотношения, ингибиторное действие химических веществ) погибает в опытных водоемах к концу первой недели наблюдений, что также отмечается в исследованиях других авторов [1, 2, 9, 31, 53, 57, 60, 120, 121, 122].

Изучение биологического загрязнения р. Белой сточными водами городской канализации показало, что деятельность БОС нарушает не только ход микробиологических процессов, протекающих в водоеме, но изменяет свойства и состав микрофлоры, приводит к повышению их устойчивости к факторам внешней среды. Экологические взаимоотношения энтеробактерий с окружающей средой складываются таким образом, что они могут длительно сохраняться и размножаться в поверхностном водоеме в зависимости от определенной концентрации органических веществ и минеральных солей в воде в месте поступления канализационных стоков.

Многие исследователи предполагают, что токсическое действие химических веществ на микроорганизмы может вызвать гибель (как мы это наблюдали на примере З^^аесаНэ) или изменение свойств микроорганизмов, приводящее к сохранению их как вида и даже усилению их факторов патогенности, что позволяет поддерживать высокий уровень численности в микробиоценозе. Не изучая специально вопрос о факторах вирулентности у патогенных и потенциально-патогенных микроорганизмов, выделенных из речной и сточных вод, нами было отмечено в том и другом случаи увеличение роста на питательных средах слизистых колоний за счет увеличения количества бактерий, образующих капсулу.

Изучение и сравнение биохимических свойств энтеробактерий на примере эше-рихии, сальмонелл и клебсиелл, выделенных из организма людей, сточной воды и водоема позволило выявить их вариабельность по ряду признаков. Наибольшей изменчивостью признаков, особенно по тестам ферментации углеводов, индолобразованию характеризовались эшерихии, выделенные из различных экониш. Большей стабильностью биохимических свойств отличались сальмонеллы и клебсиеллы, в особенности сальмонеллы, выделенные из речной воды после выпуска сточных вод, и клебсиеллы, выделенные из водоема до БОС.

Сравнение полученных результатов о влиянии факторов внешней Среды на изменчивость микроорганизмов с литературными данными [2, 10, 18, 20] ограничивается, в основном, показателями индолобразования и ферментации глюкозы и лактозы с образованием кислоты и газов, хотя факт влияния химических веществ на изменение свойств индикаторных и патогенных энтеробактерий отмечается большинством авторов.

Следствием изменчивости свойств энтеробактерий, адаптации их к неблагоприятным условиям жизнедеятельности в воде является увеличение процента выделения лактозоотрицательных, цитратположительных штаммов, что может привести к ложно-положительным результатам, искажению данных и затруднению интерпретации результатов микробиологического анализа водоема. Экспериментальное изучение вариабельности биохимических признаков энтеробактерий в модельном водоеме с внесением различных концентраций химических загрязнителей (нефтепродукты, фенолы, СПАВы) также выявило наибольшую изменчивость в ферментации лактозы с образованием кислоты и газа при 37 °C, цитратположительного признака, в ферментации других углеводов.

Поступление в водоем патогенных и условно-патогенных микроорганизмов в составе городских сточных вод, способность их длительно сохраняться и накапливаться во внешней среде, приспосабливаться к меняющимся условиям окружающей среды, адаптироваться в условиях химического загрязнения способствует их длительной циркуляции в воде, создавая резервуар инфекции и представляет эпидемиологическую опасность. В этих условиях информативную значимость приобретают дополнительные показатели санитарного состояния водоема. Целесообразным, на наш взгляд, является определение дрожжеподобных грибов, в том числе рода кандида, поступающих в водоем с хозяйственно-бытовыми сточными водами и принимающие участие в окислении органических соединений и утилизации нефтепродуктов.

Для оценки истинной эпидемиологической безопасности водоема представляет интерес распространение в нем антибиотикоустойчивых штаммов патогенных и потенциально-патогенных микроорганизмов. Собственные исследования данного вопроса мы проводили на примере энтеробактерий родов Salmonella и Klebsiella. Выбор этих микроорганизмов обусловлен тем, что они представляют или могут представлять потенциальную опасность для здоровья человека и имеют достаточно высокую частоту выделения сальмонеллы в среднем 5,7% и 24,9%, клебсиеллы 20,9% и 31,3% в сточной и речной воде, соответственно, и относительно высокий индекс в lg: сальмонеллы 2,1 и 1,7- клебсиеллы 5,7 и 4,6, соответственно.

Выбор антибиотиков для установления лекарственной устойчивости определялся наличием их в арсенале лаборатории на момент исследований: пенициллин, ампициллин, эритромицин, канамицин, тетрациклин, гентамицин, цефалотин, карбенициллин, хлорамфеникол, нитрофурантоин, кислота оксолиновая, кефзол.

Нами было выявлено, что частота встречаемости (в процентах) резистентных к антибиотикам штаммов сальмонелл в сточной воде составила 86,7%, в речной воде 75%, полирезистентных (устойчивых к 3 и более антибиотикам) — соответственно, 71,2% и 67,2%. Резистентные к антибиотикам штаммы клебсиелл (по частоте выделения) из биологически очищенных стоков составили 96,5%, из речной воды 90,8%, полирезистентные штаммы клебсиелл в сточной воде были выделены в 42,6% случаев, в пробах речной воды до и после спуска городских стоков 38,1 и 42,9%, соответственно.

Полученные нами результаты о наличии резистентных и полирезистентных штаммов энтеробактерий в сточных водах и речной воде, подвергнутой влиянию хозяйственно-бытовых стоков, позволяет говорить о широкой циркуляции их в объектах окружающей среды, что отмечается и другими исследователями [29, 80, 82, 164, 169].

Как следует из выше изложенного, использование комплексных показателей повышает надежность и результативность бактериологических исследований, обеспечивает их информативную значимость как индикаторов эпидемиологической безопасности водоема, позволяют определить степень нарушения экологического равновесия водной среды под влиянием выпуска недостаточно биологически очищенных сточных вод городских БОС.