VIDES MIKROBIOLOĢIJA

III daļaŪDENS MIKROBIOLOĢIJA

Vizma Nikolajeva

LU Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra

Mikroorganismu biotopi ūdenī

Planktona vide – brīvi peldoši organismi.

Nogulsnes (dūņas).

Mikroorganismu sakopojumi (pārslas, gļotas).

Bioplēves jeb biofilmas.

Planktons (brīvi peldoši organismi): 1) fitoplanktons – fotosintezējošie organismi (aļģes, ciānbaktērijas u.c. fototrofas baktērijas), 2) bakterioplanktons – heterotrofās baktērijas, 3) zooplanktons.

Bentoss (ūdenstilpes dibenā dzīvojošie organismi)

Fitoplanktons – primārais producents.Mikroorganismu biomasa – sekundārā produkcija.

1 g dūņu satur:

105-106 sulfātreducētāju (rada H2S) baktēriju

104-105 sēra baktēriju

103 nitrificējošo baktēriju

10-102 celulozes noārdītāju baktēriju

H2 un CH4 oksidētājas baktērijas

Ūdenī līdz 97 % bezsporu baktēriju,

dūņās pārsvarā sporu veidotājas baktērijas.

Vides faktori

Temperatūras režīms

pH

Redokspotenciāls

Aerācijas pakāpe

Hidrostatiskais spiediens

Gaisma

Ūdens kustība

Sāļu sastāvs

Ūdens biotopi

Atmosfēras (nokrišņu) ūdens: lietus, sniegs, krusa, ledus.

Virszemes ūdeņi (kontinentālās ūdenstilpes):

dabīgie – ezeri, upes, purvi,

mākslīgie – HES ūdenskrātuves, dīķi, kanāli.

Okeāni un jūras (sāļais ūdens).

Pazemes ūdeņi: avoti, minerālūdeņi, gruntsūdeņi, artēziskie ūdeņi.

Barības vielu spirālveida kustība upē

Saldūdenī vidēji 0,5 ‰. Latvijas ezeros parasti 100-250 mg/l (0,10-0,25 ‰), purvu ezeros – vēl mazāk.

Jūras ūdenī vidēji 35 ‰ (t.i., 35 g/l). Baltijas jūrā apmēram 5 ‰ (0,5 %).

Iesāļš ūdens upju grīvās: 10 - 32 ‰.

Promile (‰) – izšķīdušo neorganisko vielu masa g/kg jūras ūdens pēc tam, kad viss Br¯ un J¯ aizvietots ar ekvivalentu Cl¯ daudzumu un viss HCO3¯ un CO3

2 ¯

pārvērsts par oksīdu.

Ezeru zonas

Ezeru iedalījums pēc piesārņotības (barības vielu daudzuma, g/l)

Barības vielas

Ultra-oligotrofi

(distrofi)Oligotrofi Mezotrofi Eitrofi Hipertrofi

Fosfāti (summa)

< 4 4-10 10-35 35-100 > 100

Ortofosfāti < 2 < 2 2-5 5-100 > 100

Fotosintezējošo

pigmentu

absorbcijas spektri

Ciānbaktērijas Baltijas jūrā 2015. g. (foto no NASA satelīta)

Neistons

Neistons

Mikroorganismu fizioloģiskās grupas

Amonifikatori

Denitrifikatori

Nitrifikatori

Slāpekļa saistītāji

Sēra baktērijas

Sulfātreducētāji

Dzelzs baktērijas

Ogļhidrātu noārdītāji

Ogļūdeņražu noārdītāji

Ūdens slānī oligokarbofilas baktērijas: Pseudomonas, Micrococcus, Spirillum, Cladothrix, Sphaerotilus u.c.

Oligotrofās un eitrofās tilpēs: Bacillus, mikobaktērijas.

Tipiskas sēnes: Mucor, Fusarium.

Dūņu virsējā slānī: pavedienveida S un Fe baktērijas,

metāna un ūdeņraža oksidētāji;

ap 75 % sporu veidotāju baktēriju.

Dūņās: anaeroba celulozes, pektīna, olbaltumvielu noārdīšana,

metāna veidošana,

anaeroba slāpekļa saistīšana.

Anaerobās barības ķēdes posmi

BIOMASA

PolisaharīdiOlbaltumvielasTauki

H2, CO2

Acetāts

PropionātsButirātsSukcinātsSpirti

H2,CO2

Acetāts

CH4

CO2

Fermen-tējošās

baktērijas

Acetogēnāsbaktērijas

Metanogēnās baktērijas

Sulfīdus oksidējoša Thiomargarita namibiensis

no Rietumāfrikas ezeru dūņām

1999. g. atklāts pagaidām lielākais pazīstamais prokariots, diametrs ~750 m

Mērenās klimata joslas ezeru stratifikācija

vasaras – ziemas periodos

Ūdens pilnīgas sajaukšanās jeb konvekcijas periods – periods, kad visos ezera dziļumos ir vienāda temperatūra.

Tas ir pavasarī un rudenī.

Baktēriju vertikālais

sadalījums ezeros

Anoksigēni fototrofās baktērijas attīstās zem temperatūras robežšķirtnes,

oksigēni fototrofās – virs temperatūras robežšķirtnes.

Oligotrofs ezers Eitrofs ezers

Mikroorganismu vertikālais sadalījums ezeros

Sēru oksidējošo hemolitotrofo baktēriju

Beggiatoa spp. kultivēšana

GRADIENTA ORGANISMI

Ciānbaktēriju sintezētie toksīni

Toksīnu grupaSvarīgākie producenti

Iedarbība

Nosaukums Struktūra

Saksitoksīni Tricikliskas molekulas

Anabaena, Aphanizomenon, Cylindrospermopsis, Oscillatoria

Neirotoksīni

Anatoksīni Alkaloīdi Anabaena, Oscillatoria, Aphanizomenon

Neirotoksīni

Mikrocistīni Cikliski heptapeptīdi

Microcystis Hepatotoksīni

Nodularīni Cikliski heptapeptīdi

Lyngbia, Schizothrix, Oscillatoria Hepatotoksīni

Cilindrosper-mopsīni

Cikliski alkaloīdi

Cylindrospermopsis, Aphanizomenon, Umezakia

Hepatotoksīni

Purvi

Metānu jeb purvu gāzi veido metānveidotājas baktērijas, galvenokārt saraudzējot etiķskābi.

Etiķskābe (acetāts) rodas celulozes noārdīšanas procesā.

Metāns (CH4) un sērūdeņradis (H2S) vairumam organismu ir toksiski.

Īpatnības:

• Liels skābums

• Zema mineralizācijas pakāpe (nav tieša kontakta ar grunti)

• Piesātinājums ar metānu

Temperatūra, skābekļa un metāna koncentrācija purvā

(Aquat. Sci., 2003, 65, 36-46)

Baktēriju kopskaits un metanogēno baktēriju daudzums purvā

(Aquat. Sci., 2003, 65, 36-46)

Jūras un okeāniĪpatnības:

• sāļums

• zemas temperatūras

• augsts hidrostatiskais spiediens

• maza organisko vielu koncentrācija

Atklātos rajonos baktērijas 103-105 / ml.

Dziļumā baktērijas 10-102 / ml.

Biogēnie elementi jūras ūdenī

Elementi g/100 g organisma sausās masas (N)

g/m3 jūras ūdens (A)

A/N

Kālijs

Ogleklis

Silīcijs

Slāpeklis

Fosfors

Sērs

Dzelzs

Vanādijs

1

30

0,5

5,0

0,6

1

1

0,003

390

28

0,5

0,3

0,03

900

0,05

0,0003

390

1

1

0,06

0,05

900

0,05

0,1

Primārās produkcijas daudzumu nosaka biogēnie elementi, galvenokārt N un P sāļi.

Barības vielu vertikālais sadalījums okeānā

Biotopi jūras ūdenī

Neistons

Pelāģiskā zona - planktona organismi; iedala:

epipelāģiskā (iespīd gaisma)

mezopelāģiskā

batipelāģiskā

abisopelāģiskā

bentopelāģiskā (pie pamata)

Epibiotiskā zona – uz dažādām virsmām

Endobiotiskā zona – iekšā dažādos organismos

Epulopiscium fishelsoni. Izdalīts 1985. gadā no jūras zivju zarnām. Blakus četri vienšūņi Paramecium.

Līdz 1999. g. zināmais lielākais prokariots, 80 x 610 m.

Dziļūdens baltie un melnie skursteņi

Baltie skursteņi: 48-94 C, 200 atm spiediens, pH 5,2-7,0, NaCl 1-5 %, minerālvielas: Ba, Ca, Si u.c.

Dziļūdens “melnie skursteņi”

Pirmoreiz aprakstīti 1977. g.

104-106 baktērijas/ml, visvairāk 1 m attālumā

no krātera atveres

Metāna oksidēšana anaerobos apstākļos

sulfātreducētāji + metanotrofie arheji

CH4+SO42-→HCO3

-+HS-+H2O

Hidrostatiskais spiediens

Primāro produktivitāti nodrošinošo prokariotu grupasdziļūdens “melno skursteņu” rajonos

Prokarioti Elektronu donori

Elektronu akceptori

Sulfātoksidētājas baktērijas

Nitrificējošās baktērijas

Sulfātreducētājas baktērijas

Metanogēnās arhebaktērijas

Ūdeņradi oksidējošās baktērijas

Fe un Mn oksidējošās baktērijas

Metilotrofās baktērijas

HS- , S0, S2O32-

NH4+, NO2

-

H2

H2

H2

Fe2+, Mn2+

CH4, CO

O2, NO3-

O2

S0, SO42-

CO2

O2, NO3-

O2

O2

Velteniskie tārpi Riftia pachytila

ar hemolitotrofām baktērijām –

endosimbiontiem

Hemolitotrofās sēra oksidētājas baktērijas (diametrs 3-5 m)

tārpu trofosomas audos.

Mikroorganismu pārslas karstā avotā

Fosilās pārslas – stromatolīti (vecākie – 3,5 miljr. gadu veci).

Pārslas

Kriosfēra – biosfēras daļa

• >70 % saldūdens – ledus. ~20 % augsnes ekosistēmas – mūžīgais sasalums.

• Ledus – prokariotu slēptuve leduslaikmetos?

• Starp ledus kristāliem ir šauras spraugas ar šķidru ūdeni un sakoncentrētām vielām – mikrovide mikroorganismiem.

• Dominē Crenarchaeta – arhebaktērijas.

• Polārais ledus – modelis dzīvībai uz Marsa?

Pazemes ūdeņi un to horizonti Pazemes ūdeņi – Zemes

hidrosfēras daļa, kas piedalās kopējā ūdens aprites ciklā.

Gruntsūdeņi – pazemes ūdeņu augšējais slānis virs pirmā ūdeni aizturošā iežu horizonta, atrodas tuvāk zemes virskārtai.

Artēziskie jeb spiedienūdeņi – ūdeņi, kas veidojas starp diviem ūdeni aizturošiem iežu horizontiem, atrodas dziļāk nekā gruntsūdeņi.

Mikroorganismi nepiesārņotos pazemes ūdeņos

Artēziskie spiedienūdeņi Dabiskā kvalitāte:

praktiski mikrobioloģiski tīri līdz sterili; baktēriju sastopamība nejauša (ūdensgūtnē 0-4 kvv/

100 ml; dati par Latviju)

Mikrobioloģiskā piesārņojuma potenciālā riska faktori: spēcīgi punktveida piesārņojuma avoti (ķīmiskās un

jauktu atkritumu izgāztuves); sulfātu joni – sulfātreducējošās baktērijas – sērūdeņradis

Mikroorganismi gruntsūdeņos

Heterotrofie mikroorganismi sastopami reti un to skaits mazs (daži);

Augsnes hemolitotrofās baktērijas (dažas), atkarībā no oglekļa un enerģijas avota (CO2, organiskās skābes, sulfāti, amonija joni, dzelzs, magnijs, ūdeņraža joni); Nitrobacteriaceae, Thiobacillus, Methanobacterium, Desulfovibrio, Sphaerotilus, Leptothrix, Gallionella, Hydrogenomonas;

Micēlijsēnes – nav zināmi piemēri; Vienšūņi – praktiski visi atfiltrējas, nenokļūstot līdz

pazemes ūdeņu horizontiem; Tehnogēno organisko savienojumu (fenols, benzols,

toluols) mikrobioloģiskā degradācija.

Indikatororganismu un patogēno baktēriju dzīvotspējas saglabāšanās augsnē un pazemes

ūdenī

Organisms Ūdens/ augsne Izdzīvotība

Escherichia coli Pazemes ūdens 3-3,5 mēn.

Escherichia coli Smilšmāls, bagāts organiskām vielām

3,3 dienas (90 % samazināšanās )

Salmonella spp. Ūdens, filtrēts caur smilšu kolonu

44 dienas

Salmonella spp. Augsnes virskārta 40 dienas

Avoti: dominē fotosintezējošās baktērijas un aļģes, 102-108 / ml; heterotrofi 10-106 / ml.

Minerālūdens: nitrificētājas baktērijas rada HNO2 un HNO3;

sulfātreducētāji veic desulfatāciju – H2S veidošanu.

H2S tuvumā – S oksidētājas baktērijas, H2SO4 un sēra nogulsnes (piem., CaSO4); Fe baktērijas (gļotainos sakopojumos).

Ultratīrā ūdenī – Caulobacter spp., Pseudomonas fluorescens.

Zušu sēravots

Latvijas sēravoti

Linde E., Kalēja E. Ķemeru un Baldones sērūdeņu mikroflora un tās bioloģiskās īpašības. LPSR ZA izdevniecība, Rīga, 1960., 83 lpp.

• Sulfātu-hidrokarbonātu ūdeņi.• Aukstie minerālavoti (<20 °C); Baldonē vid. 7,1 °C.• Samērā zema H2S koncentrācija: - Ķemeros 18-26 mg/l; - Baldonē 5-10 mg/l.

Krāna ūdens kontaminanti: Sāļi Organiskās vielas Daļiņas / koloīdi Mikroorganismi Izšķīdušas gāzes (O2, N2, CO2)

Dzeramā ūdens kvalitāte

Dzeramā ūdens kvalitāte

Escherichia coli – zarnu nūjiņa

Ģintis:EscherichiaEnterobacter

KlebsiellaCitrobacter

Īpašības:Gramnegatīvas

Neveido endosporasNūjiņas

Fakultatīvi anaerobasFermentē laktozi

Veido skābi un gāzi 48 h 35 C

IndikatororganismiKoliformas jeb

zarnu nūjiņas grupas baktērijas

Fekālās koliformas

Inkubē 44,5 0,2 vai 45,0 0,2 oC 24 h selektīvā buljonā ar laktozi. Veidojas skābe un gāze.

Escherichia, Klebsiella spp.

Fekālie streptokoki

Enterococcus faecalis

Enterococcus faecium

Q grupas streptokoki

Streptococcus bovis

Streptococcus equinus

Streptococcus mitis

Streptococcus salivariusD

gru

pas

stre

ptok

oki

ente

roko

kivi

rida

ns

Fekālie enterokoki (streptokoki) – Lancefielda D grupas streptokoki

Fekālo koliformu (FC) un fekālo streptokoku (FS) daudzuma attiecība

FC/FS Piesārņojuma avoti

> 4,0

2,0 – 4,0

0,7 – 2,0

< 0,7

Cilvēka izcelsmes piesārņojums

Dominē cilvēka izcelsmes piesārņojums

Dominē dzīvnieku izcelsmes piesārņojums

Dzīvnieku izcelsmes piesārņojums

Ideāla indikatororganisma kritēriji

1. Organismam jābūt piemērotam visiem ūdens tipiem.

2. Organismam jābūt atrodamam tad, ja ir enteropatogēni.

3. Organismam jāizdzīvo ilgāk nekā visizturīgākajam enteropatogēnam.

4. Organisms nedrīkst vairoties ūdenī.

5. Analītiskai metodei jābūt vienkāršai.

6. Organisma koncentrācijai jābūt tiešā saistībā ar fekālā piesārņojuma pakāpi.

7. Organismam jābūt siltasiņu dzīvnieku zarnu mikrofloras sastāvā.

E. coli bioplēvēs 2400 reizes rezistentāka pret hloru nekā brīvā ūdenī.

Patogēnie enterovīrusi un protozoji izdzīvo ilgāk un ir rezistentāki nekā koliformas.

Koliformu noteikšanas metodes:

1) robežatšķaidījumu jeb visiespējamākā skaita metode (MPN);

2) membrānu filtru metode;

3) klātesamības analīze (P-A Test); nav kvantitatīva.

Baktērijas uz membrānu filtra

Koliformu baktēriju kolonijasKoliformu baktēriju kolonijas uz membrānu filtra un EMB uz membrānu filtra un EMB

(eozīna-metilēnzilā) agara (eozīna-metilēnzilā) agara

Koliformu klātesamības analīze

Inkubācija: laurilsulfāta – triptozes – laktozes barotnē (MPN)

Colilert sistēma

Koliformas sintezē -galaktozidāzi, kas hidrolizē

o-nitrofenil--D-galaktopiranozīdu (ONPG).

No koliformām tikai E. coli sintezē -glikuronidāzi, kas hidrolizē

4- metilumbelliferona glikuronīdu (MUG).

Heterotrofās baktērijas: Pseudomonas, Aeromonas, Flavobacterium, Serratia, Acinetobacter, Proteus, Alcaligenes, Moraxella, Stenotrophomonas u.c.

Dezinfektantu bojātas baktērijas – inkubē barotnē R2A.

Kolonijas veidojošo vienību noteikšana (kvv/ml).

“Dzeramā ūdens obligātās nekaitīguma un kvalitātes prasības, monitoringa un kontroles kārtība”

Ūdensvada ūdens

Maksimāli pieļaujamā norma:

1) Escherichia coli – 0/100 ml;

2) enterokoki – 0/100 ml.

Kontrolrādītāji monitoringam un korektīvai rīcībai:

1) koliformas baktērijas – 0/100 ml;

2) mikroorganismu koloniju skaits 22 °C – 1000/ml;

2) Clostridium perfringens – 0/100 ml (jāmērī, ja ūdens izcelsmes vietu iespaido virszemes ūdeņi).

“Dzeramā ūdens obligātās nekaitīguma un kvalitātes prasības, monitoringa un kontroles kārtība”

Ūdens, kas pildīts tirgošanai pudelēs vai citos traukosMaksimāli pieļaujamā norma: 1) mikroorganismu koloniju skaits 22 °C – 100/ml; 2) mikroorganismu koloniju skaits 37 °C – 20/ml; 3) Pseudomonas aeruginosa – 0/250 ml; 4) Escherichia coli – 0/250 ml; 5) enterokoki – 0/250 ml.

Kontrolrādītāji monitoringam un korektīvai rīcībai: 1) koliformas baktērijas – 0/250 ml; 2) mikroorganismu koloniju skaits 22 °C – 1000/ml; 2) Clostridium perfringens – 0/100 ml (jāmērī, ja ūdens izcelsmes vietu iespaido virszemes ūdeņi).

Dominē gramnegatīvās nūjiņas: Pseudomonas, Flavobacterium, Moraxella – Acinetobacter grupa.

Pseudomonas aeruginosa

Dabīgais minerālūdens un avota ūdens

Normas ieguves vietā:1) mikroorganismu koloniju skaits 20-22 °C, 72 h – 20/ml;2) mikroorganismu koloniju skaits 37 °C, 24 h – 5/ml.

Normas fasētā ūdenī (analīzi sāk 12 h laikā pēc fasēšanas, paraugus uzglabā 4±1 C):

1) mikroorganismu koloniju skaits 20-22 °C, 72 h – 100/ml;2) mikroorganismu koloniju skaits 37 °C, 24 h – 20/ml.

Ne ieguves vietā, ne izplatot tirdzniecībā nav pieļaujams:

1) parazīti un patogēnie mikroorganismi;

2) Escherichia coli un citas koliformas – 0/250 ml;

3) fekālie streptokoki – 0/250 ml;

3) sulfītreducējošie anaerobi (Clostridium) – 0/50 ml;

4) Pseudomonas aeruginosa – 0/250 ml.

Dabīgais minerālūdens un avota ūdens

Dzeramā ūdens apstrāde

1) Koagulēšana un flokulēšana (Al vai Fe sulfāti – adsorbējas organiskās vielas)

2) Izgulsnēšana

3) Filtrēšana (lēnā, ātrā).

Lēnā filtrēšana – 0,1-0,2 m/h caur upes smilti ar 0,25-0,35 mm diametra daļiņām.

Ātrā filrēšana 5-10 m/h, daļiņu diametrs 0,5-2,0 mm.

4) Dezinfekcija – apstrāde ar stipriem oksidētājiem (hlors, ozons)

Rīgas dzeramā ūdens apgādes plāns, patērētāji, kas saņem ŪAS „Daugava” ražotu dzeramo ūdeni

Ūdens attīrīšanas stacijas “Daugava” darbības tehniskā shēma

Ūdens apgādes avotu salīdzinājums

Kontaminanti Virszemes ūdeņi Gruntsūdeņi

Biogēnie materiāli daudz maz

Daļiņas daudz maz

Izšķīduši joni maz daudz

Ūdens apgāde

Gruntsūdeņi (akas) – bieži pietiek tikai ar dezinfekciju.

Virszemes ūdeņi (upes, ezeri, rezervuāri ) – koagulē, izgulsnē, filtrē, dezinficē.

Fe2+ un Mn2+ oksidē pirms izgulsnēšanas (ar permanganātu).

Filtrē caur granti un smalku smilšu slāni.

Rekontaminācijas novēršana – pēc dezinfekcijas ūdenī jāpaliek brīvam hloram.

Hlorēšanas trūkums: veidojas trihalometāna savienojumi.

Atdzelžošana

Ieplūdē 0,25-4 mg/l, izplūdē <0,06 mg/l. Izmantotie oksidētāji: gaiss (O2), Cl2, ClO2, KMnO4, O3.

Oksidēšana un filtrēšana.Max pieļaujamā Fe norma 0,2 mg/l.

(Juhna T., 2007)

Bioloģiskā atdzelžošana

(Juhna T., 2007)

Ūdenī ievada gaisu un tūlīt pēc tam filtrē caur smilts filtru; seko papildus aerācija (lai nesāktos anaerobi procesi).

Līdzīgi – Mn un amonija atdalīšana (demanganizācija un nitrifikācija).

Bioplēvju attīstību ūdens apgādes sistēmās ietekmē:

- temperatūra,

- ūdens cietība,

- pH,

- redokspotenciāls,

- biodegradējamo organisko vielu koncentrācija

TOC – kopējais organiskais ogleklis

AOC – asimilējamais organiskais ogleklis

Parasti AOC sastāda 0,1-9 % no TOC

- dezinfektanta atlikums,

- cauruļu materiāls,

- ūdens atrašanās laiks ūdens sadales sistēmā.

Salmonella spp. – ūdenī pusdzīves periods līdz 20 stundām.

Escherichia coli, Shigella spp. – ūdenī pusdzīves periods līdz 27 stundām.

Campylobacter jejuni – nehlorētā ūdenī 4 °C dzīvo 4 mēnešus.

Yersinia spp.

Vibrio spp.

Helicobacter pylori – saldūdenī izdzīvo vairākus mēnešus.

Legionella pneumophila – krāna un destilētā ūdenī izdzīvo vairākus mēnešus; aug 42 °C.

Patogēnās baktērijas ūdenī

Nosacīti patogēnās baktērijas

Mycobacterium avium komplekss (rezistentas pret hloru)

Pseudomonas aeruginosa

Acinetobacter spp.

Stenotrophomonas maltophilia

Aeromonas hydrophila

Legionella un Mycobacterium spp. – nosacīti intracelulāri amēbu parazīti.

Vienšūņi - parazīti

Giardia lamblia

Cryptosporidium parvum (kopš 1993. gada)

Entamoeba histolytica

Cyclospora cayetanesis (kopš 1996. gada)

Tricuris trichiura

Encephalitozoon spp. (mikrosporīdiji)

Protozoja

Giardia lamblia

attīstības cikls

Protozoja

Cryptosporidium

parvum

attīstības cikls

Oocistas 4-6 m.

Infekciozā deva 10-1000 šūnas.

Notekūdeņu attīrīšana

TOC (total organic carbon) – organiskā oglekļa daudzums.

BSP (BOD – biochemical oxygen demand) – bioloģiskais (bioķīmiskais) skābekļa patēriņš. Nosaka, piemēram, BSP5.

ĶSP (COD – chemical oxygen demand) – ķīmiskais skābekļa patēriņš. Skābekļa daudzums (mg/l), kas nepieciešams, lai pilnībā oksidētu visus organiskos oglekļa savienojumus un amoniju.

Notekūdeņiem normāli BOD/COD 0,5.

BOD/COD <0,3, ja paraugs satur daudz grūti noārdāmu organisko vielu.

Upes ūdens piesārņošana

Notekūdeņu attīrīšana

Dabiskos apstākļos: augsnes filtri, dīķi un lagūnas.

BSP samazinās par 90 %, fosfors un slāpeklis – par 25-80 %.

Mākslīgos apstākļos:

1) fizikālā (mehāniskā) attīrīšana – atdala cieto fāzi;

2) bioloģiskā oksidācija – biofiltru (aerofiltru) bioplēve;

– aerotenki ar homogēni suspendētām šūnām;

– anaerobi metāntenki, septiktenki, nostādinātāji.

BAS “DAUGAVGRĪVA”

Notekūdeņu attīrīšanas etapi

Komunālajiem ūdeņiem 1. etapā BSP samazinās par 30-40 %, 2. etapā – par 70-80 %.

Rotējošie biodiski

Bioplēvēm 2 slāņi: ārējais, aerobais, baltais (Beggiatoa),

iekšējais, anaerobais, melnais – FeS nogulsnes (Desulfovibrio).

(Man, Po-Keung, 2013)

Strūklas filtrs – bioloģiskās

attīrīšanas etaps

Izsmidzināšanas filtru bioplēve un

trofiskie līmeņi

Notekūdeņu attīrīšana. Notekūdeņu attīrīšana.

Aerobais process – Aerobais process – aktīvās dūņasaktīvās dūņas..

Dūņu izgulsnēšanās

Jaunievadītā notekūdenī dominē suspendētas baktērijas, vēlāk vairākums pārslās jeb agregātos.

Pārslas atdala izgulsnējot.

Pavedienveida baktēriju (Sphaerotilus, Beggiatoa, Thiothrix, Bacillus) un micēlijsēņu (Geotrichum, Cephalosporium, Cladosporium, Penicillium) savairošanās pasliktina dūņu izgulsnēšanos.

Vīrusi adsorbējas uz dūņu pārslām.

Protozoji (skropstaiņi) barojas ar suspendētāmbaktērijām. Aktīvās dūņās dominē skropstaiņi, mazaktīvās – vicaiņi.

Aktīvo dūņu biocenoze Baktērijas Vienšūņi

Vicaiņi Rāpojoši Stiebraini Brīvi peldoši

Amēbas Skropstaiņi

Virpotāji Nematodes Gauskāji Sēnes Aļģes

Dūņu indikatorsugas Baktērijas, aļģes un sīkie vicaiņi; Kailamēbas un čaulamēbas (sarkodīnu klase); Brīvi peldošie un piestiprinātie skropstaiņi; Infuzorijas; Virpotāji; Makrobionti (nematodes).

Čaulamēba Gromia neglecta – strauja savairošanās norāda uz toksiskumu 10-15 dienas pirms notekūdeņu attīrīšanās pasliktināšanās;

Brīvi peldošo un piestiprināto infuzoriju vienāds skaits – norāda uz dūņu cirkulācijas pasliktināšanos;

Virpotāju skaits – norāda uz nitrifikācijas procesa intensitāti: ja nenotiek nitrifikācija – virpotāju dūņās nav, jo aktīvāk norit nitrifikācija, jo virpotāju skaits lielāks.

Anaerobais noārdītājs jeb metāntenks

Izdalās gāzes CH4, CO2.

Biogāze.

Nesadalītā cietā fāze – raudzētās nogulsnes jeb septiskās dūņas.

Dūņās – bioloģiski nedegradējamas atliekas.

Anaerobā noārdīšana

ogļhidrāti olbaltumvielastauki

cukuri, taukskābes,

aminoskābes

organiskās skābes

etiķskābe

metāns, H2S

etiķskābeH2CO2

hidrolīzes fāze

skābšanas fāze

acetoģenēzes fāze

metanoģenēzes fāze

Fosfora atdalīšana no notekūdeņiem –

oksigēnu / anoksigēnu procesu maiņa.

Anaerobā zonā P izdalās no šūnām,

aerobā zonā izšķīdušo P uzņem baktērijas (uzkrāj polifosfātos).

Ja P >10 g/l, ūdenī var savairoties aļģes.

Slāpekļa atdalīšana no notekūdeņiem – papildus C avota (spirta) pievienošana, denitrifikācija anaerobos apstākļos.Piedalās 3 hemolitoautotrofo baktēriju grupas: 1) aerobās amonija oksidētājas (nitrifikācijas 1. fāze); 2) aerobās nitrītu oksidētājas (nitrifikācijas 2. fāze);

3) anaerobās amonija oksidētājas jeb anammox baktērijas (anaerobic ammonia oxidation).

Anammox: NH4+ + NO2

- N2 + 2H2OProcesu veic planktomicētu grupas baktērijas, t.sk., `Candidatus Brocadia anammoxidans`, `Candidatus Kuenenia stuttgartiensis`.

Schmidt I., Sliekers O. et al. (2003) New concepts of microbial treatment processes for the nitrogen removal in wastewater. FEMS Microbiol. Rev., 27: 481-492.

Bioloģiski nedegradējamā organiskā piesārņojuma un minerālo barības vielu atdalīšana

Atdala potenciāli toksiskās vielas (hlorfenolus, bifenilus u.c.).

Izmanto aktīvās ogles filtrus.

Fosfātus atdala, tos precipitējot Ca vai Fe fosfātu formā.

N atdala, hlorējot ar hipohlorskābi (izdalās N2) vai izgaisinot kā NH3 gāzi augstā pH.

Smagie metāli dūņās – problēma.

Dezinfekcija – ūdens attīrīšanas pēdējais etaps

Enteropatogēnās baktērijas un vīrusus iznīcina hlorējot.

Hlora gāze (Cl2) vai hipohlorīts [Ca(OCl2) vai NaOCl].

Cl2 + H2O HOCl + HCl hipohlorskābe

NaOCl + H2O HOCl + NaOHCl2 pievieno dzeramajam ūdenim 0,3 mg/l, notekūdenim 10-20 mg/l.

Organiskais hlora savienojums hloramīns. CH3- -SO2-N

Dezinfektants – hipohlorskābe vai hipohlorīta jons ClO¯.

Hlorēšanas trūkums – veidojas trihalometāna savienojumi (THM) (CHCl3 trihlormetāns jeb hloroforms).

Na

Cl

Tehnoloģiskā shēma lokālām attīrīšanas iekārtām

Krāna ūdens kontaminanti

Sāļi Organiskās vielas Daļiņas / koloīdi Mikroorganismi Izšķīdušas gāzes (O2, N2, CO2)

Jonu kontamināciju mērī +20 °C pēc vadītspējas (μS/cm) un/ vai pretestības (MΩ.cm).

Vadītspēja = 1 / pretestība.Teorētiski tīram ūdenim 0,055 μS/cm un 18,2 MΩ.cm.Dzeramajam ūdenim max 2500 μS/cm.

Speciāli attīrīta ūdens kvalitātes tipiRādītāji I tips II tips III tips

Pretestība, MΩ.cm (+25 °C)

>18,0 >1,0 >0,05

TOC, ppb <10 (100) <50 <200

Na, ppb <1 <5 <10

Cl, ppb <1 <5 <10

Baktērijas, kvv/ml

<10 <100 (1000) <10000 (1000)

Endotoksīni, U/ml

<0,03 <0,25 Nav jānosaka

ppb – part per billion

Laboratorijas ūdens attīrīšanas metodes

1. Destilācija

2. Dejonizācija

3. Reversā (apgriestā) osmoze

4. Ultrafiltrācija

5. Membrānu filtrācija

6. Aktīvā ogle

7. UV tehnoloģijas

Laboratorijas ūdens attīrīšanas metodesKontami-nanti

Destilā-cija

Dejoni-zācija

Reversā osmoze

Ultrafil-trācija

Membrā-nu filtrā-cija

Aktīvā ogle

Joni

Organiskās vielas

Daļiņas

Baktērijas, vīrusi

Gāzes

Palikušie kontaminanti

“FANEX” seminārs “Pure Water in the Laboratory”, Rīga, 2004)

Mikroorganismu veicināta korozija – biokorozija 1. Metālu korozija.

Anaerobas sulfātreducētājas baktērijas noārda organiskās vielas, kā elektronu akceptoru izmantojot sulfātus. Uz metālu virsmas veidojas bioplēves, kurās ir anaerobi mikrobiotopi.

2. Tērauda (metālu sakausējumu) korozija. Mikroorganismi izdala skābus metabolītus, pret kuriem

jutīgas tērauda saistvielas.

3. Betona (cementa izstrādājumu)

korozija

Sulfātreducējošās un sēru oksidējošās

baktērijas

Biokorozijas apkarošana:

1) virsmu pārklāšana ar baktericīdām vielām (ceturtējie amonija, fenola savienojumi, Cu u.c.);

2) bioplēvju noārdīšana (dezinfektanti, katjonu surfaktanti, mehāniska atdalīšana).