Характеристика состава сточных вод, отобранных для микробиологического и химического исследования на территории города Гомеля и Гомельского района в период с 2013 по 2016 год

Водные объекты, располагающиеся на территории города Гомеля и Гомельского района, являются основными источниками воды для населения данного региона. На водные объекты исследуемой территории оказывается сильное антропогенное влияние, в основном за счет сточных вод, которые ежедневно впадают в реку Сож (основной во­дный объект города Гомеля и Гомельского района).

В водных экосистемах, в том числе и в сточных водах, микробиота является инте­грирующим звеном и с высокой скоростью реагирует на изменение условий окружающей среды, служит показателем качества воды и состояния экосистемы в целом.

Цель исследования: дать оценку микробиологическому и химическому составу сточ­ных вод, отобранных для исследования на территории города Гомеля и Гомельского района.

Объект исследования. Материалы и методы

Исследования проводились на базе УЗ “Гомельский областной центр гигиены, эпидемиологии и охраны здоровья”. В период с 2013 по 2016 год с целью отбора проб воды осуществлялись многократные выезды к коллекторам города Гомеля и Гомель­ского района с целью изучения их гигиенического состояния на основании наличия и количества содержащейся микробиоты, а также химического состава.

Отбор проводился со среднего горизонта с учетом требований асептики. Перед посевом пробы тщательно, без образования пены, перемешивали не менее 30 секунд и фламбировали край емкости. Исследуемые пробирки и чашки маркировали. Новые порции воды для анализа тщательно перемешивали.

Перед посевом раствор для разведения (физиологический) разливали по 9 мл в про­бирки с соблюдением правил стерильности. Затем, в первую пробирку с 9 мл раствора вносили 1 мл анализируемой воды. При этом наконечник не должен быть опущен ниже поверхности воды, чтобы избежать смывание бактерий с наружной стороны. Другой стерильной пипеткой или дозатором тщательно перемешивали содержимое пробирки, отбирали из нее 1 мл и переносили в чашку Петри, что соответствовало посеву 0,1 мл анализируемой воды. Другой стерильной пипеткой делали посев 1 мл из второй пробир­ки, что соответствовало посеву 0,01 мл анализируемой воды. В случаях высокого уровня загрязнения воды разбавление продолжали аналогично, каждый раз меняя пипетку или наконечник. Время от момента приготовления разведения и заливки питательным агаром не должно превышать 30 минут [1].

Микробиологическую чистоту воды, принятой для исследования, определяли при помощи фуксин-сульфитной среды Эндо. Пробы, которые дали положительный резуль­тат, далее исследовали при помощи лактозной питательной среды для подтверждения способности ферментировать лактозу до кислоты и газа.

Стоит отметить, что сточные воды не имеют нормированных показателей чистоты.

В ходе исследований учитывались следующие показатели: количество проведенных исследований, положительные исследования, количество проб, положительные пробы.

Количество проведенных исследований — исследования, проведенные со всеми по­ступившими образцами.

Количество проб — исследования, проведенные на подозрительных и положительных образцах, выявленных отбором из общих исследований, проведенных на всех поступив­ших образцах.

Положительные исследования — количество исследований от общего количества, давших положительную реакцию (наличие колоний на среде Эндо).

Положительные пробы — количество исследований, из числа положительных, давших положительный результат при исследовании в реакции кислота/газ.

Кроме того, был произведен расчет удельного веса (процента) положительных ис­следований и проб от общего количества, соответственно.

Полученные экспериментальные данные статистически обработаны и в статье представлены в виде цифр, таблиц и графиков.

Результаты исследований и их анализ

Изучение микробиологического и химического состава сточных вод города Гомеля и Гомельского района в период с 2013 по 2016 год

Результаты проведенного исследования по изучению микробиологического и хи­мического состава сточных вод представлены в таблицах 1-2 и на рисунках 1-2.

Таблица 1 — Микробиологическое состояние сточной воды города Гомеля и Гомельского района в период с 2013 по 2016 год

Показатель / Год	2013 год	2014 год	2015 год	2016 год
Количество исследований, шт.	294	418	519	418
Количество положительных исследований, шт.	79	88	81	79
Удельный вес положительных исследований, %	43,4	21,1	15,6	18,9
Количество проб, шт.	170	182	220	193
Количество положительных проб, шт.	44	54	52	49
Удельный вес положительных проб, %	25,9	29,7	23,6	25,4

 

Согласно данным, представленным в таблице 1 и на рисунке 1, количество от­бираемых проб из источников сточных вод с каждым годом возрастало в сравнении с предыдущим (в 2013 г. — 284 проведенных исследования, в 2015 г. — 519). Однако коли­чество положительных проб практически не изменялось и в среднем составило 26,15%. Данное обстоятельство вероятнее всего объясняется тем, что сточные воды ежегодно имеют одни и те же источники фекального загрязнения.

Таблица 2 — Химический состав сточных вод города Гомеля и Гомельского района в период с 2013 по 2016 год

Показатель	Средняя концентрация
Изучаемый год	2013 год	2014 год	2015 год	2016 год
Железо, мг/дм3	1,210	9,038	1,522	1,724
Марганец, мг/дм3	0,036	0,076	0,113	0,053
Алюминий, мг/дм3	0,354	0,465	0,251	0,600
БПК 5, мг О2/дм3	22,808	1,870	20,162	8,000
АПАВ, мг/дм3	0,433	0,339	0,222	0,282
Азот аммонийный, мг/дм3	10,63	0,224	7,635	6,282
Азот нитратов, мг/дм3	5,500	7,535	13,005	9,377
Азот нитритов, мг/дм3	0,073	0,009	0,082	0,006
Водородный показатель (pH)	7,648	7,767	7,729	7,628
Взвешенные вещества, мг/дм3	5,236	7,522	8,450	8,656
Кадмий, мг/дм3	0,000	–	0,000	–
Кобальт, мг/дм3	–	–	0,000	–
Медь, мг/дм3	0,001	–	0,007	0,006
Молибден, мг/дм3	–	–	0,000	–
Не фтепродукты	0,423	1,028	0,216	0,680
Никель, мг/дм3	0,000	–	0,000	–
Нитраты, мг/дм3	43,340	5,266	0,852	4,727
Нитриты, мг/дм3	0,025	–	0,424	0,393
Ортофосфаты и полифосфаты, мг/дм3	2,569	0,370	2,405	0,170
Свинец, мг/дм3	–	–	0,000	–
Сульфаты, мг/дм3	18,428	40,544	49,446	30,201
Сухой остаток, мг/дм3	354,985	267,394	417,030	266,591
Фосфор фосфатов, мг/дм3	0,133	0,041	3,730	2,379
Фториды, мг/дм3	–	–	–	0,351
ХПК, мг О2/дм3	148,667	125,784	71,034	153,905
Хлориды, мг/дм3	38,593	31,925	507,653	111,809
Хром, мг/дм3	0,000	–	0,000	–
Цинк, мг/дм3	0,336	–	0,035	0,100
Итого проведено исследований	615	480	696	714

 

Согласно данным, представленным в таблице 2, следует, что, наибольшую зна­чимость среди всех изученных химических соединений как факторов, загрязняющих сточные воды, представляют следующие: железо, биологическое потребление кислорода, “азотистая триада”, взвешенные вещества, ортофосфаты / полифосфаты, сульфаты, сухой остаток, химическое потребление кислорода и хлориды.

1. Железо

В природных водах может содержаться железо в разных формах. Чаще всего встречается двух- и трехвалентное железо. Содержание железа в воде выше 1-2 мг Fe /дм³ значительно ухудшает органолептические свойства, придавая ей неприятный вяжущий вкус, и делает воду малопригодной для использования даже в технических целях. Зна­чительные количества железа поступают с подземным стоком и со сточными водами предприятий металлургической, металлообрабатывающей, текстильной, лакокрасоч­ной промышленности и сельскохозяйственными стоками.

Повышенное содержание железа в воде создает благоприятные условия для раз­вития железобактерий. Эти микроорганизмы образуют ветвящиеся колонии, которые осложняют работу гидротехнических сооружений. Продукты жизнедеятельности же­лезобактерий являются канцерогенами. Железообрастания внутри труб — идеальная среда для развития кишечной палочки, гнилостных бактерий, различных других микро­организмов. Все это ухудшает химические и бактериологические показатели воды [2].

Согласно данным, приведенным в таблице 2, следует, что наибольшая концентра­ция железа наблюдалась в 2014 г. (9,038 мг/дм³), наименьшая — в 2013 г. (1,210 мг/дм³). Наиболее вероятно, что высокие концентрации железа в сточных водах наблюдаются по причине того, что Гомель является крупным промышленным городом Республики Беларусь.

2. Биохимическое потребление кислорода (БПК 5)

БПК является одним из важнейших критериев уровня загрязнения водоема орга­ническими веществами, он определяет количество легкоокисляющихся органических загрязняющих веществ в воде.

Особенностью биохимического окисления органических веществ в воде является сопутствующий ему процесс нитрификации, искажающий характер потребления кис­лорода.

Нитрификация протекает под воздействием особых нитрифицирующих бактерий — Nitrozomonas, Nitrobacter и др. Эти бактерии обеспечивают окисление азотсодержащих соединений, которые обычно присутствуют в загрязненных природных и некоторых сточных водах, и тем самым способствуют превращению азота сначала из аммонийной в нитритную, а затем и нитратную формы.

В поверхностных водах величина БПК 5 колеблется в пределах от 0,5 до 5,0 мг/л; она подвержена сезонным и суточным изменениям, которые, в основном, зависят от изменения температуры и от физиологической и биохимической активности микроор­ганизмов. Весьма значительны изменения БПК 5 природных водоемов при загрязнении сточными водами [3], что обуславливает актуальность исследования.

Согласно данным, приведенным в таблице 2, следует, что наибольшее количество БПК 5 наблюдалось в 2013 г. (22,808 мг О₂/дм³). Наименьшее значение данного показа­теля наблюдалось в 2014 г. (1,870 мг О₂/дм³).

3. “Азотистая триада”

Важным показателем загрязнения воды является так называемая “азотистая триада” (аммиак, нитриты и нитраты). При обнаружении данных веществ (в особен­ности при большой окисляемости воды), что наблюдалось в 2013, 2015 и 2016 гг., можно точно сказать, что вода загрязнена органическими веществами животного происхождения.

Аммиак является начальным продуктом гниения, а, следовательно, его присутствие в воде говорит о свежем органическом загрязнении. Нитриты указывают на давность загрязнения водоисточника, так как для того, чтобы прошла начальная стадия минера­лизации аммиака, необходимо некоторое время. Нитраты — конечный продукт мине­рализации органических веществ, а, следовательно, их присутствие — это показатель более давнего загрязнения источника водоснабжения. Следовательно, наличие только их, без высокой БПК 5, и остальных показателей “азотистой триады” может говорить о безопасности воды.

Эти обстоятельства позволяют дифференциально подходить к оценке биологическо­го загрязнения воды. Так, если в воде был обнаружен только аммиак, а при повторном анализе его там не оказалось, то можно сделать вывод о прекратившемся загрязнении воды. Если одновременно с аммиаком обнаруживаются соли азотистой или азотной кислоты, то это указывает на явное неблагополучие водоисточника.

Следует учитывать, что аммонийные соли встречаются иногда в чистых, преимуще­ственно подземных водах как результат восстановления селитры, содержащейся в почве.

Содержание в воде солей азотной кислоты представляет самостоятельный инте­рес. Потребление воды, богатой нитратами, вызывает у детей грудного и дошкольного возраста тяжелое заболевание, выражающееся в патологических явлениях со стороны слизистых оболочек глаз, губ и кожных покровов (посинение), кишечника и иногда сердечно-сосудистой системы. Главным признаком заболевания является появление в крови метгемоглобина: нитраты под влиянием микрофлоры переходят в нитриты, ко­торые, всасываясь в кровь, ведут к образованию метгемоглобина, наличие последнего уменьшает в той или иной степени снабжение тканей кислородом [4].

Содержание таких веществ “азотистой триады”, как азот аммонийный и нитраты, со­гласно данным, приведенным в таблице 2, было максимально в 2013 г. (10,630 и 43,340 мг/л, соответственно), нитритов — в 2015 (0,424 мг/л). Это говорит о том, что в исследуемый период времени (2013-2016 гг.) данный водоисточник является неблагоприятным (одно­временное присутствие солей азотной кислоты и аммиака (азота аммонийного)).

4. Взвешенные вещества

Сточные воды являются сложной неоднородной системой, содержащей загрязне­ния различного характера. Вещества представлены в растворимом и нерастворимом, органическом и неорганическом виде. Концентрация соединений бывает различной, в частности, органические загрязнения в бытовых стоках представлены в виде белков, углеводов, жиров и продуктов биологической переработки. Кроме того, стоки содержат довольно крупные примеси — отходы растительного происхождения, такие как бумага, тряпки, волосы и синтетические вещества. Неорганические соединения представлены ионами фосфатов, в состав которых может входить азот, кальций, магний, калий, сера и другие соединения.

Содержание взвешенных веществ в сточных водах, согласно данным, приведенным в таблице 2, увеличивается с каждым годом и достигает максимума в 2016 г. (8,656 мг/л).

5. Ортофосфаты / полифосфаты

Главным источником полифосфатов являются современные моющие средства, по­тому концентрация фосфатов увеличивается с ростом употребления данных средств. Но благодаря работе бактерий, полифосфаты превращаются в годные для потребления ортофосфаты.

Согласно литературным источникам органический фосфор в основном связан с твер­дыми частицами, а полифосфаты и ортофосфаты присутствуют в растворенном виде [5].

Концентрация ортофосфатов и полифосфатов достигала максимума в 2013 г. (2,569 мг/л), минимума — в 2016 г. (0,170 мг/л) (таблица 2).

6. Сульфаты

Сульфаты присутствуют практически во всех водах. Главным естественным источни­ком сульфатов являются процессы химического выветривания и растворения серосодер­жащих минералов, в основном гипса, а также окисления сульфидов и серы. Значительные количества сульфатов поступают в водоемы в процессе отмирания живых организмов, окисления наземных и водных веществ растительного и животного происхождения.

Сульфаты участвуют в круговороте серы. При отсутствии кислорода под действием бактерий они восстанавливаются до сероводорода и сульфидов, которые при появле­нии в природной воде кислорода снова окисляются до сульфатов. Растения и бактерии извлекают растворенные в воде сульфаты для построения белкового вещества. После отмирания живых клеток в процессе разложения сера протеинов выделяется в виде сероводорода, легко окисляемого до сульфатов в присутствии кислорода.

Повышенные содержания сульфатов ухудшают органолептические свойства воды и оказывают физиологическое воздействие на организм человека — они обладают сла­бительными свойствами.

Главным источником сероводорода и сульфидов в поверхностных водах являются восстановительные процессы, протекающие при бактериальном разложении и биохи­мическом окислении органических веществ естественного происхождения и веществ, поступающих в водоем со сточными водами (хозяйственно-бытовыми, предприятий пищевой, металлургической, химической промышленности, производства сульфатной целлюлозы.

Согласно проведенному исследованию (таблица 2) следует, что наибольшая концен­трация сульфатов наблюдалась в 2016 г. (30,201 мг/л), наименьшая — в 2013 г. (18,428 мг/л).

7. Химическое потребление кислорода (ХПК)

ХПК — показатель содержания органических веществ в воде, выражается в милли¬граммах кислорода (или другого окислителя в пересчете на кислород), пошедшего на окисление органических веществ, содержащихся в литре (1 дм³) воды. Является одним из основных показателей степени загрязнения питьевых, природных и сточных вод органическими соединениями [6].

Согласно данным, приведенным в таблице 2, следует, что наибольшее количество ХПК наблюдалось в 2016 г. (153,905 мг О₂/дм³). Наименьшее значение данного показа­теля наблюдалось в 2015 г. (71,034 мг О₂/дм³).

8. Сухой остаток

Одним из основных показателей качества питьевой воды является сухой остаток, то есть степень минерализации воды.

Сухой остаток характеризует общую загрязненность сточных вод органическими и минеральными примесями в различных агрегативных состояниях (в мг/л). Опреде­ляется этот показатель после выпаривания и дальнейшего высушивания при t = 105°С пробы сточной воды. После прокаливания (при t = 600°C) определяется зольность сухого остатка. По этим двум показателям можно судить о соотношении органической и минеральной частей загрязнений в сухом остатке [7].

Данные, приведенные в таблице 2, свидетельствуют о том, что наибольшее ко­личество сухого остатка наблюдалось в 2015 г. (417,030 мг/л), наименьшее — в 2016 г. (266,591 мг/л).

9. Хлориды

Количество хлоридов в сточных водах не имеет существенного значения ни для физико-химических процессов очистки воды, ни для биохимических. Можно говорить лишь о верхнем пределе концентрации хлоридов, которым определяется возможность существования бактерий. По данным разных исследователей, порог существования микроорганизмов определен в 5000-20000 мг/л хлоридов. Такие вы¬сокие концентрации хлоридов в сточных водах города практически не встречаются и наблюдаются лишь в отдельных видах производственных стоков, в частности в стоках нефтехимических производств. В городских стоках концентрация хлоридов находится на уровне 150-300 мг/л.

Согласно данным, приведенным в таблице 2, следует, что наибольшие концентрации данный показатель достигал в 2015 г. (507,653 мг/л), наименьшей — в 2014 г. (31,925 мг/л).

Заключение

• Количество отбираемых проб из коллекторов г. Гомеля и Гомельского района в период с 2013 по 2016 год увеличивалось, однако удельный вес положительных проб оставался практически неизменным, что, вероятно, связано с одним и тем же источни­ком загрязнения.
• По данным химического исследования сточных вод города Гомеля и Гомельского района установлено, что в 2013-2016 гг. наблюдалась наибольшая концентрация следу­ющих химических веществ:

— железо (наибольшая концентрация — в 2014 г., наименьшая — в 2013 г.);

— биологическое потребление кислорода (наибольшее потребление — в 2013 г., наименьшее — в 2014 г.);

— “азотистая триада” (концентрация азота аммонийного и нитратов была максималь­ной в 2013 г., нитритов — в 2015 г. Минимальные концентрации приведенных веществ наблюдались: для нитритов — в 2014 г., для нитратов — в 2015 г., для нитритов — в 2013 г.);

— взвешенные вещества (концентрация была максимальна в 2016 г., минимальна — в 2013 г.);

— ортофосфаты / полифосфаты (концентрация ортофосфатов и полифосфатов до­стигала максимума в 2013 г., минимума — в 2016 г.);

— сульфаты (наибольшая концентрация сульфатов наблюдалась в 2016 г., наименьшая — в 2013 г.);

— сухой остаток (наибольшее количество сухого остатка наблюдалось в 2015 г., наи­меньшее — в 2016 г.);

— химическое потребление кислорода (наибольшее количество ХПК наблюдалось в 2016 г., наименьшее значение данного показателя — в 2015 г.);

— хлориды (наибольшей концентрации данный показатель достиг в 2015 г., наи­меньшей — в 2014 г.).

Употребление данной воды для любых целей является небезопасным.

Список использованных источников

1. Сероокая, Т. и. Санитарно-бактериологический, санитарно-вирусологический и сани­тарно-паразитологический анализ воды поверхностных водных объектов: инструкция по применению / Т И. Сероокая [и др.] ; Респ. центр гигиены, эпидемиологии и общ. здоровья [и др.]. — Минск, 2009. — 51 с.
2. Национальный Интернет-портал Республики Беларусь [Электронный ресурс] / ГУ “Мин­ский областной центр гигиены, эпидемиологии и общественного здоровья”. — Минск. — Режим доступа: http://gigiena.mmsk-region.by/ru/obraz/statyi?id=1064. — Дата доступа: 09.01.2018.
3. Муравьев, А. Г. Руководство по определению показателей качества воды полевыми мето­дами / А. Г. Муравьев. — 3-е изд., перераб. и доп. — СПб. : Крисмас+, 2004. — 248 с.
4. Азевич, з. Ф. Руководство к практическим занятиям по определению по методам са­нитарно-гигиенических исследований : учеб. пособие / З. Ф. Азевич, А. И. Громов, А. А. Галич [и др.] ; под ред. Л. Г Плодуновой. — Москва : Медицина, 1990. — 304 с. : ил.
5. Клименко, а. и. Удаление фосфора и процессы энергосбережения при химико-биологи­ческой очистке сточных вод / А. И. Клименко. — С. 114-118.
6. Яурье, ю. ю. Аналитическая химия промышленных сточных вод. — Москва : Химия, 1984. — С. 73-81.
7. Комиссаров, А в. Методические указания по выполнению лабораторных работ (часть 2) / А. В. Комиссаров. — Орел : ОрелГТУ, 1996.

Авторы: Е.И. Дегтярева, Е.М. Науменко, В.В. Сотникова, В.С. Волчек
Источник: Веснік Магілёўскага дзяржаўнага ўніверсітэта імя А.А. Куляшова. серыя B. прыродазнаўчыя навукі: матэматыка, фізіка, біялогія. Номер: 1 (53). Год: 2019