Upload
lamkhanh
View
285
Download
11
Embed Size (px)
Citation preview
Monitoring-redovno praćenje fizičko-hemijskih i
bioloških parametara kvaliteta površinskih voda
Površinske vode se koriste u različite antropogene
svrhe- saobraćaj, rekreacija, industrija, poljoprivreda,
proizvodnja vode za piće.
Recipijenti delimično tretiranih i
netretiranih otpadnih voda
Visok nivo fekalnog zagađenja
Prisustvo patogenih mikroorganizama
SANITARNO ZAGAĐENJE
Koncept indikatorskih mikroorganizama:
1.Prirodno pripadaju crevnoj mikroflori toplokrvnih
životinja
2.Prisutni kada su prisutni patogeni, odsutni kada je
uzorak nezagađen
3.Prisutni u većoj količini od patogena
4.Jednako rezistentni kao patogen na stres iz
okruženja i dezinfekciju
5.Nisu sposobni da se umnožavaju u spoljašnjoj
sredini
6.Detektabilni relativno lakim, brzim i jeftinim
metodama
7.Nisu patogeni
Koliformi (Escherichia coli), crevne
enterokoke i Clostridium perfringens
KOLIFORMNE
BAKTERIJE
U spoljašnjoj sredini i crevnom traktu toplokrvnih životinja
Različiti rodovi familije Enterobacteriaceae koji fermentišu
laktozu
Totalni koliformi (TC)- fermentišu laktozu na 37°C.
Fekalni koliformi (FC)- fermentišu laktozu na 44,5°C.
E.coli- najprecizniji indikator
fekalnog zagađenja.
TOTALNI KOLIFORMI
Aerobne i fakultativno anaerobne, Gram negativne,
štapićaste bakterije.
Ne formiraju spore.
Fermentišu laktozu uz produkciju gasa i kiseline (48
h, 37°C).
Escherichia, Enterobacter, Klebsiella, Citrobacter ...
FEKALNI (TERMOTOLERANTNI)
KOLIFORMI
Podgrupa totalnih koliforma
Direktno povezani sa fekalnim zagađenjem
poreklom od homeoterma
Fermentacija laktoze uz produkciju gasa i
kiseline na povišenim temperaturama (44,5°C)
Echerichia i Klebsiella
E.coli
E.coli
IMViC metoda:
- Indol test: produkcija indola pri
korišćenju triptofana (+)
- Methyl Red test: produkcija kiseline u
medijumu-fermentacija glukoze (+)
- Voges-Proskauer test: prisustvo
acetoina (-)
- Citrat test: sposobnost korišćenja citrata
kao jedinog izvora ugljenika (-)
Najprecizniji indikator fekalnog zagađenja
Najzastupljenija od svih koliformnih bakterija u
crevnoj mikroflori toplokrvnih životinja
METODE DETEKCIJE I KVANTIFIKACIJE
KOLIFORMNIH BAKTERIJA
Široko korišćena metoda
Filteri pora veličine 0,45 µm
Inkubacija na čvrstoj,
selektivnoj podlozi
Broje se karakteristične
kolonije
Colony forming units/100 ml
MEMBRANSKA FILTRACIJA
METODA MEMBRANSKE FILTRACIJE
Eosin methylene blue (EMB)
Selektivne komponente- eosin i methylene blue
Diferncijalna komponenta- laktoza
Inkubacija: 24h, 37°C za totalne koliforme i 44,5°C za fekalne
koliforme.
Totalni koliformi Fekalni koliformi
Jedinica za filtriranje
METODA ENZIMATSKOG RAZLAGANJA
DEFINISANOG SUPSTRATA
E.coli- β-D-glukuronidaza › MUG › 4-metil-umbeliferon
„COLILERT“ metoda: mešavina hromogenog supstrata o-nitrofenil-
β-D-galaktopiranozid (ONPG) i fluorogenog supstrata 4-metil-
umbeliferil- β-D-glukuronid (MUG)
• Koliformne bakterije- β-D-galaktozidaza › ONPG › o-nitrofenol
Brže i preciznije dobijanje informacija o distribuciji i sudbini
fekalnih bakterija u akvatičnoj sredini
“COLILERT” METODA
CREVNE
ENTEROKOKE
Normalno prisutne u fekalnom materijalu ljudi i životinja
Rod Enterococcus- oko 30 vrsta , Gram pozitivne bakterije
Formiraju parove ili kratke lance
Fakultativno anaerobne
Visoka tolerancija na različite uslove sredine
Enterococcus faecalis i Enterococcus faecium
E. galinarum, E. avium, E. hirae, E. durans...
Enterococcus faecium
METODE DETEKCIJE I KVANTIFIKACIJE
ENTEROKOKA / E.faecalis
Dekstrozni teluritni agar (DTA)
Dekstroza- izvor energije za rast
bakterija
Kalijum-telurit- selektivna i
diferencijalna komponenta
Redukcija kalijum telurita- kolonije
crne boje
Inkubacija: 24h, 37°C
CFU/100 ml
MEMBRANSKA FILTRACIJA
„ENTEROLERT“ metoda:
Upotreba supstrata 4-metil-
β-D-glukozid (MUD)
β-glukozidaza
Inkubacija: 18-24h, 37°C
Produkt: 4-metil-
umbeliferon
MUD/SF- minijaturizovana MPN
metoda:
Dehidratisani supstrat MUD na
dnu bunarića
β-glukozidaza
Inkubacija 36-48 h, 44,5°C
Produkt: 4-metil-umbeliferon
METODA ENZIMATSKOG RAZLAGANJA DEFINISANOG
SUPSTRATA
MUD/SF MINIJATURIZOVANA METODA
Clostridium perfringens
G +, štapićasta bakterija, formira
endospore
Striktan anaerob-može preživeti
kratko izlaganje kiseoniku
Najvažnija je vrsta od sulfit-
redukujućih klostridija
Normalno se nalazi u ljudskom i
životinjskom fecesu (oko 0,5 %
fekalne mikroflore)
Crna boja kolonija-reakcija između
sulfida i soli gvožđa
MEMBRANSKA FILTRACIJA
Triptoza predstavlja izvor energije
za rast i razmnožavanje bakterija
Diferencijalne karakteristike se
pripisuju natrijum-metabisulfitu i
gvožđe amonijum citratu.
Cikloserin ima selektivno dejstvo
Inkubacija: 24h, 44,5°C
Broje se svetlo braon, braon i crne
kolonije (promena boje agra).
CFU/100 ml
Nakon filtriranja određenih zapremina uzorka filteri se postvljaju na površinu Triptoza sulfit cikloserin agra (TSC)
ORGANSKO ZAGAĐENJE Hemoorganotrofi- organska materija glavni izvor
energije za rast i razmnožavanje
Autohtone vrste- procena prisustva organskih materija u
vodi (22-27°C)
Alohtone vrste (37°C)
Određivanje ukupnog broja heterotrofa i oligotrofa
Spread-plate metoda na površini YEA i 1/10 YEA
FOSFATAZNA AKTIVNOST• Mikroorganizmi razlažu fosforna organska jedinjenja i
koriste fosfor zahvaljujući prisustvu fofataza
• Povećana koncentracija organske materije indukuje
produkciju ovih enzima
• Nivo fosfatazne aktivnosti oslikava stanje ukupnog
organskog opterećenja vodenih ekosistema
• Indeks Fosfatazne Aktivnosti-srednja vrednost
aktivnosti alkalnih, neutralnih i kiselih fosfataza
• Hidrolitičko cepanje fosforne grupe jedinjenja p-NPP
pod dejstvom enzima
• Nastaju ortofosfat (P) i paranitrofenol (p-NP)
Brojne mikrobiološke metode su našle primenu u rutinskom
monitoringu sanitarnog i ekološkog aspekta zagađenja.
Praćenje mikrobiološkog kvaliteta prirodnih voda neophodno
je radi preuzimanja mera za efikasnije uprvljanje prirodnim
resursima i implementaciju sistema za preradu otpadnih voda
antropogenog porekla.
Mikrobiološki aspekti vode za piće
Higijenski ispravna voda za piće je ona koja odgovara upogledu mikrobioloških, fizičko-hemijskih i hemijskihosobina a kvalitet pojedinih parametara je propisanPravilnikom
Najznačjniji zagđivači vode za piće su mikroorganizmihumanog porekla: indikatori fekalnog zagađenja (E.coli idruge fekalne koliforme, S.faecalis, S.faecium, Proteussp.), sulfitoredukujuće klostridije (C.perfigens)
Voda za piće ne sme da sadrži bakterije iz rodova:Salmonella, Shigella, Vibrio cholere, Yersiniaeneterocolitica, Campilobacter jejuni; viruse –adenovirus, enterovirusi, virusi hepatitisa, Rotavirus i dr;niti crevne Protozoa, crevne Helminthes.
Količina površinske vode dostupne čoveku se nemenja, ali njen kvalitet stalno opada.
Na osnovu mikrobiološkog sastava, temperature,prisustva metala, fosfata, nitrata, sulfata unedozvoljenim količinama, zatim na osnovu mirisa,bistrine tj. zamućenosti i još mnogo drugih parametarase određuje i prati kvalitet vode, ispituje kapacitetsamoprečišćavanja tokova, mogućnost korišćenja vodeza vodosnabdevanje, navodnjavanje, rekreaciju itd.
Na osnovu svih navedenih kriterijuma, izdvajaju se četiri osnovne klase vode:
I klasa
• voda koja se koristi za piće i u prehrambenoj industriji.
II klasa
• voda koja se koristi za kupanje, rekreaciju, sportove na vodi, a može se koristiti i za vodosnabdevanje i u prehrambenoj industriji, ali uz dodatnu obradu.
III klasa
• voda koja se može koristiti za navodnjavanje i u svim ostalim granama industrije, osim u prehrambenoj.
IV klasa
• Vode koje se mogu upotrebljavati isključivo nakon posebnih obrada.
Mikrobiološki indeks za procenu kvaliteta površinskih voda : mWQI
Kvalitet površinskih voda predstavlja značajan problem za zaštitu životnesredine, naročito u pogledu vodenih resursa.
Više od 50% stanovništva na zemlji nema dovoljno vode zadovoljavajućegkvaliteta.
Procena kvaliteta vode u našoj zemlji nije regulisana zakonskimregulativama.
Uglavnom sanitarni pokazatelji kvaliteta vode.
U pitanju je jedan od predloga za kriterijum za procenu kvaliteta vode pomikrobiološkim parametrima (mWQI) na osnovu komparacije sa WQImetodom.
Poenta je da se svi rezultati dobijeni mikrobiološkim analizama većegbroja parametara zbirno vrednuju.
Tako se praćenje vode sa higijensko-epidemiološkog stanovišta proširujena praćenje kvaliteta vode sa mikrobiološki-ekološkog aspekta, što semože definisati kao mWQI ( Petrović et al. 1998.).
Na osnovu klasifikacije za procenu stanja vode baziranojna svakom biološkom parametru posebno, formiran jepredlog kriterijuma za klasifikaciju voda dat utabeli 1. (vrednost intervala parametara po klasamavode) :
Parametar I klasa II klasa III klasa IV klasa
T 0 do 3.500.000 3.500.000 do
6.000.000
6.000.000 do
10.000.000
>10.000.000
H 0 do 500 500 do 10. 000 10.000 do 100.000 >100.000
E. coli 0 do 100 100 do 5000 5.000 do 10.000 >10.000
Ifa 0,01 do 1 1 do 5 5 do 7,5 7,5 do 50
Hlorofil a 0 do 3 3 do 20 20 do 100 100 do 1000
Formirana je matrica koja definiše meru pripadnosti ispitivanog uzorka svakojod četiri klase kvaliteta vode.
Matrica je formirana na osnovu pripadnosti svakog merenog parametraintervalima koji su definisani matricom i to tako da ako se merena vrednostnalazi u intervalu definisanom za datu klasu dodeljuje joj se vrednost 1, a usuprotnom vrednost 0(nula). Ukupna vrednost dobijena na osnovu svihmerenih parametara je 5 za svaki uzorak, s’ tim da su od zavisnosti odpripadnosti svakog pojedinačno merenog parametara različitim klasama, iznjih su izvedene vrednosti izvedene u četiri klase.
Primer 1. Ako su izmerene vrednosti svih parametara takve, da sve imaju vrednosti koje odgovaraju I klasi vode , tada je mera pripadnosti jednaka 5 za I klasu, a 0 za sve ostale.
I klasa II klasa III klasa IV klasa5 0 0 0
Primer 2. Ako su za dva parametra izmerene takve vrednosti da pripadaju I klasi, a ostala tri pripadaju II klasi po izmerenim vrednostima, onda je mera pripadnosti za I klasu 2, za II klasu 3, a za III i IV klasu 0.
I klasa II klasa III klasa IV klasa2 3 0 0
Hi = - ∑ Vik/5 * log Vik/5 56mogucih kombinacija.
Hi – vrednost entropije u okviru svake kombinacije.
i= 1...56;
k= I, II, III, IV (odgovarajuća klasa);
matrica za svaku od mogućih kombinacija dimenzija 4x1 izgleda na sledeći način :
Vi = [ Vi I Vi II Vi III Vi IV ]
Važnost pravilnog određivanja kvaliteta površinskih voda
Godišnje 8700m3 vode postanovniku Evrope;
Prema podacima ,, World WaterDevelopment Report ’’ UNESCO2006, do 2015. godine 2,5 milijardeljudi neće imati mogućnost dakoristi ispravnu vodu za piće.
Više od pet miliona ljudi godišnjeumire od problema uzrokovanihzagađenom vodom, odnosno odposledica hidričnih infekcija;
8000 ljudi dnevno umre zbognedostatka ispravne vode za piće;
Konzumacijom mikrobiološkineispravne vode za piće svakih 8sekundi umre 1 dete u svetu.
Povećana industrijskaproizvodnja poslednjihdecenija je dovela dostrahovitog povećanjazagađenja vode, a samimtim je opteretila i smanjilakapacitet raspoloživih voda,što je gotovo potpunoonemogućilo razblaživanja ikapacitetesamoprečišćavanjapovršinskih voda.
Na osnovu podataka dobijenih istraživanjem kvalitetapovršinskih voda na teritoriji republike Srbije u 2007. godinipomoću kontrolnih monitoringa, možemo zaključiti da veći deoispitivanih opština i njihove okoline nemaju zadovoljavajućikvalitet vode, odnosno da u većini dominiraju II i III klasa, dokse I klasa vode retko gde može naći.
Česte promene kopncentracije određenih mikroorganizama, kaoi hemikalija ili organskih materija kao što su fosfati, aminijak iostali, zahtevaju česte i precizne provere nivoa kvaliteta vode.
Isto tako, povećano zagađenje voda otpadnim industrijskimvodama dodatno povećava potrebu da se ispitivanja o kvalitetuvrše tako da se sve veći broj mikrobioloških i drugih parametaraistovremeno koriste, jer samo njihov sumarni rezultat nam možedati pravu sliku o kvalitetu površinskih voda.
Nafta
Na strukturno mehanička svojstva i viskozitet nafte veliki
uticaj imaju sledeći sastojci:parafini(bela kristalasta
masa,nerastvorljiva u vodi, ali rastvorljiva u benzolu );
cerazini (smeša čvrstih ugljovodonika-naftena,aromata i
izoparafina). Parafini i cerezini su dobro rastvorljivi u nafti;
nafteni i aromati; asfaltno smolaste materije (složena
jedinjenjaod C,S,H,O,N); asfalteni( čvrste amorfne materije
tamne boje);u maloj količini:S ( 0.06%-2%), H2S,naftenske
kiseline, mineralne materije, F,Na,K,Ca,Si,Fe,Mg.
Fizičke osobine nafte Gustina- zavisi od hemijskog sastava, najčešće se kreće od 800-850
kg/m3 (ispod 800kg/m3 su lake nafte), a utvrđuje se u standardnim uslovima pri temperaturi od 15 celzjusa(288.14 K) i pritisku od 1.01325 bara (101.325 kPa).
Viskozitet nafte – je otpor fluida prema tečenju koji zavisi od temperature.sa porastom temperature viskozitet nafte opada i obrnuto.
Prirodni gas predstavlja smešu uglavnom ugljovodonika (metan,etan,propan, butan, pentan, heksan). Glavnu komponentu čini metan(90%), ugljen-dioksid, sumpor- vodonik, azot i ređe helijum.
U odnosu na tip ležišta iz kojih se pridobija gas razlikujemo prirodni gas iz gasnih ležišta, iz gaskondenzatnih ležišta i iz naftnih.
Prirodni gas
Fizičke osobine prirodnog gasa Gustinu prirodnog gasa nazivamo masom jedinice zapremine, gde
zapremina može biti definisana u normalnim uslovima kada je temperatura 0oC ili u standardnim kada je temperatura 15oC sa pritiskom od 101,325 kPa. Sa porastom temperature viskozitet gasa raste i obrnuto.
Uticaj naftne industrije na životnu sredinu Proizvodnja i eksploatacija nafte i prirodnog gasa predstavljaju jedan
od izvora zagađenja koji se mogu sresti na naftnim poljima, rafinerijama, skladištima derivata, benzinskim stanicama. Brojne havarije na morima i okeanima koje prouzrokuju izlivanje velikih količina sirove nafte i prerađevina negativno utiču na floru i faunu mora i okeana, kao i na kopnene ekosisteme.
Prema nekim procenama u svetu se godišnje prolije ili na neki način dospe uzemljište oko 8,8 m3 nafte. Sirova nafta i njeni derivati štetno deluju na živisvet, strukturu, kompoziciju i funkcionisanje ekoloških zajednica iekosistema jer sadrže jedinjenja koja imaju mutageni i kancerogeni efekat.
Negativno dejstvo nafte ne floru ogleda se u smanjenju količine kiseonika,visokom sadržaju soli i rastvorenih ugljovodonika.
Čestice nabušenog materijala po odvajanju od isplake, nakon njenogizlaska iz bušotine sadrže 10-15% ugljovodonika nafte. Izveden je jedaneksperiment mešanja poljoprivrednog zemljišta koje pre toga nikada nijebilo zagađeno ugljo-vodonicima nafte sa česticama koje su ih sadržale.
Pokazalo se da je nakon 270 dana eksperimenta došlo do degradacije 75%ugljovodonika od strane bakterija i gljiva.
Tom prilikom je zaključeno da neorganski deo čestica nabušenog materijalanije imao uticaj na stepen i brzinu biodegradacije ugljovodonika. Danas seteži da se maksimalno smanji negativan uticaj deponovane otpadne isplakena životnu sredinu pa se isplaka čisti što bolje od nabušenog materijala,potom se zasebno sanira.
Biotehnologije Tehnike koje se primenjuju u sanaciji lokaliteta zagađenih organskim i
neorganskim zagađivačima zasnivaju se uglavnom na skupim metodama sanacije koje podrazumevaju tretmane za ekstrakciju zagađivača ili deponovanje zagađenog zemljišta u poljskim uslovima. Biotehnologije su se pokazale kao definitivno jeftinija varijanta.
Bioremedijacija Biotehnologija koja se zasniva na procesu biološke dekontaminacije, primenjuje se sa
uspehom za prečišćavanje vodenih ekosistema zagađenih ugljovodonicima nafte kao iza sanaciju zagađenog zemljišta.
Proces bioremedijacije predstavlja proces biološke razgradnje ugljovodonika pomoćumikroorganizama uz omogućavanje najboljih uslovakoji su potrebni da bi uspešnijeobavili taj proces. Može se predstaviti i kao menadžment životne sredine sa ciljempodsticanja razlaganja organskog zagađenja pomoću mikroorganizama.
Razlaganje organskih zagađujućih materija u zemljištu zavisi od aktivnostizemljišne mikroflore. Sirova nafta i njeni derivati različito deluju na različitevrste mikroorganizama. Uticaj može biti inhibitoran, smrtonosan,indiferentan dok neki mikroorganizmi mogu koristiti ugljovodonike nafte iderivata kao izvor ugljenika i energije za svoj rast i razvoj.
Ti mikroorganizmi pripadaju rodovima bakterija:Pseudomonas Nocardia
Acinetobacter Aeromonas
Mycobacter Sphingomonas
Rhodococus Arthrobacter
Baccilus Bacterium
Agrobacterium radiobacter Flavobacterium
Mycrococcus
Neke vrste ovih rodova su halotolerantne pa imajuadaptabilnu prednost u zemljištima koja su poredugljovodoničnog zagađenja opterećena i povećanomkoncentracijom soli.
Bioremedijacija omogućava trajno uklanjanje zagađujućih materija izživotne sredine.
Mikroorganizmi, prvenstveno bakterije i gljive imaju prirodni potencijal darazlažu ugljovodonike jer je ugljenik poreklom iz organske materije, bitanizvor energije koja je osnova mnogih ekoloških procesa u prirodi.
Osnovni mikrobiološki proces razgradnje organskih jedinjenja u aerobnimuslovima-biodegradacija može se predstaviti jednačinom:
MOOrganska materija CO2+H2O+još MO
Kiseonik
Ugljovodonici nafte se veoma razlikuju po pristupačnosti za mikrobiološku degradaciju.
Najpodložniji su n-alkani, ciklični alkani, aromatična jedinjenja, porfirini, asfalteni i rezini i na kraju polarna aromatična jedinjenja. Alkil grupe ovih jedinjenja povećavaju otpornost ovih jedinjenja na dejstvo mikroorganizama.
Posebno opasna komponenta nafte su policikličnana aromatična jedinjenja koja seoznačavaju kao – PAH-ovi.
Pojedina jedinjenja ove grupe mogu imati mutageni ,kancerogeni i toksični efekatkako na živi svet ,tako i na čoveka.
Njihovo razlaganje u prirodi traje i po nekoliko godina, uzrok njihove otpornosti nadejstvo mikroorganizama je stvaranje čvrste veze sa česticama zemljišta.
Površinski aktivne materije –biosurfaktanti omogućavaju rastvaranje i emulziju PAH-ova i njihovu asimilaciju od strane mikroorganizama.
Pravci korišćenja prirodnog potencijala mikroorganizama
Postoje 3 pravca korišćenja prirodnog potencijala mikroorganizama u životnoj sredini:
Prvi je osnovna bioremedijacija – zasniva se na monitoringu zagađene sredine, drugi je biostimulacija prirodnih procesa biodegradacije tako što se stimulišu autohtone populacije mikrorganizama.
Biostimulacija se primenjuje kada u sredini postoji populacija mikroorganizama sposobna za razlaganje određenog tipa zagađenja, ali uslovi sredine nisu dovoljni da bi mikroorganizmi postigli odgovarajuću brzinu degradacije.
Treći pravac je biopovećanje. To podrazumeva dodavanje specijalno adaptiranih mikroorganizama u zagađenu sredinu. Biopovećanje se primenjuje u slučajevima kada usled velike toksičnosti u ekosistemu autohtoni mikroorganizmi nisu u stanju da razlažu organske materije ili u ekosistemima sa niskom temperaturom .
KRITIČNI LIMITIRAJUĆI FAKTORI KOJI UTIČU NA BIODEGRADACIJU Prekomerna količina zagađujućih materija ili prisustvo toksičnih
supstanci ( teških metala)
Nedostatak kiseonika
Neadekvatna pH vrednost
Nedostatak hranljivih materija
Nedostatak vlage
Neodgovarajuća temperatura
Mehanizam degradacije nafte je oksidativnog karaktera,tako da su aerobni uslovi neophodni za odvijanje degradacije. U sredinama gde su prisutni ugljovodonici nafte mikroorganizmi nemaju nedostatak elektron donora, već elektron akceptora kao što su kiseonik, nitrati itd.
Za nesmetan rast i razvoj mikroo zahtevaju i elemente kao što su azot i fosfor.
Rast bakterija normalno se odvija na dodirnoj površini vode i ugljovodonika, zato je veoma vazan balans količine vode u zemljištu.pri malom sadržaju vode rast će biti inhibiran, a pri velikom dostupnost kiseonika i hranljivih materija biće limitirana.
Temperatura je ključan faktor za biodegradaciju.porast temperatureubrzava metabolizam mikroorganizama što utiče povoljno nabiodegradaciju.Pri aerobnim uslovima optimalna temperatura je od 15-do 40 stepeni.
pH vrednost u zemljištu je varijabilna, sklona ekstremnimvrednostima što može negativno uticati na mikroorganizme.Optimalne vrednosti za biodegradaciju su od 6.5-7.5.
Bioremedijacija je danas široko primenjivana u svetu kaoekonomičan i uspešan metod u saniranju organskog zagađenja uživotnoj sredini, dok je praktično nemoćna u slučajevima zagađenjateškim metalima.