W artykule przedstawiono mikroorganizmy autochtoniczne i allochtoniczne, które mogą występować w wodach. W zależności od tego, z jakiego ujęcia będzie pobierana woda do produkcji wody pitnej (z ujęć powierzchniowych, podziemnych lub infiltracyjnych), rodzaj zanieczyszczeń, liczebność i skład organizmów oraz parametry fizykochemiczne wody są bardzo zróżnicowane. Najbardziej zanieczyszczone są wody powierzchniowe, w których występuje największe zróżnicowanie organizmów i mikroorganizmów, które muszą zostać wyeliminowane na dalszych etapach produkcji wody pitnej. Z tego powodu zdecydowana większość zakładów wodociągowych wykorzystuje wody podziemne, mniej zanieczyszczone, do produkcji wody pitnej. Niezależnie od rodzaju ujmowanej wody, kolejne etapy przebiegające na stacji uzdatniania wody (SUW) polegają głównie na wyeliminowaniu drobnoustrojów lub pożywienia dla nich, aby zabezpieczyć sieć wodociągową przed tworzeniem biofilmu i obrostów. W tym celu przeprowadza się m.in. odżelazianie, odmanganianie, filtrację i dezynfekcję, aby jakość wody odpowiadała przepisom zawartym w Rozporządzeniu Ministra Zdrowia (Dz. U. 2017 poz. 2294). Zdarza się jednak, że woda dobrej jakości wypływająca ze SUW dopływa do odbiorcy zanieczyszczona chemicznie i mikrobiologicznie. Powodem tego mogą być wtórne skażenia wody, które zachodzą w sieci wodociągowej.
1. Wprowadzenie
Zgodnie z obowiązującymi przepisami (Dz. U. 2017 poz. 2294) woda jest bezpieczna dla zdrowia ludzkiego, jeżeli jest wolna od mikroorganizmów chorobotwórczych i pasożytów w liczbie stanowiącej potencjalne zagrożenie dla zdrowia ludzkiego, wszelkich substancji w stężeniach stanowiących potencjalne zagrożenie dla zdrowia ludzkiego oraz nie wskazuje agresywnych właściwości korozyjnych i spełnia wymagania mikrobiologiczne i chemiczne określone w załącznikach podanych do rozporządzenia.
Często mamy wątpliwość, czy jakość wody jest dobrej jakości. Bezpieczeństwo i dobra jakość wody do picia u bezpośredniego odbiorcy (klienta) zależą od wielu czynników. Należy je rozpatrywać od ujęcia wody, aż do ostatecznego odbiorcy (rys. 1).
W wodach występują naturalne mikroorganizmy (autochtoniczne) oraz obce (allochtoniczne). Mikroflora autochtoniczna jest inna w wodach powierzchniowych a inna w wodach podziemnych. Mikroflora allochtoniczna powoduje wtórne zanieczyszczenie wody. Najczęściej są to bakterie chorobotwórcze pochodzenia kałowego i ściekowego, grzyby, glony, protisty (pierwotniaki) oraz robaki pasożytnicze, które do wody przedostają się z obcego środowiska (od ludzi, zwierząt, ze ścieków, skażonych wód powierzchniowych, z terenów rolniczych itp.).
W zależności od tego, z jakiego zbiornika woda będzie ujmowana, ujęcia możemy podzielić m.in. na ujęcia z wód powierzchniowych, ujęcia z wód podziemnych oraz ujęcia infiltracyjne (sztucznych wód gruntowych).
Zasoby wód powierzchniowych (wody ujmowane z rzek, zbiorników zaporowych i jezior przepływowych) pokrywają ponad 80% potrzeb gospodarki narodowej w Polsce. Zasoby wód podziemnych przeznaczone są głównie do zaopatrzenia ludności w dobrą wodę do picia (woda konsumpcyjna), zwłaszcza na terenach, gdzie wody powierzchniowe są słabej jakości lub ich ilość jest niewystarczająca.
Jednostkowe zasoby całkowite na mieszkańca Polski wynoszą ok. 1839,3 m3/rok (średnia z lat 1946-2011). Średni pobór wód powierzchniowych w wieloleciu 1960-2011 wynosił 8 939 mln m3, natomiast pobór wód podziemnych 1843,5 mln m3.
Woda słodka jest zużywana głównie do celów gospodarczych (57% ogólnego zużycia), szczególnie do chłodzenia w produkcji energii elektrycznej. Indywidualni mieszkańcy Polski pobierają jedynie 18% wody słodkiej. Dlatego jakość wód ujmowanych odgrywa ważną rolę w sposobie ich wykorzystania do celów pitnych lub przemysłowych.
Około 69% rzek nie osiągnęło na dziś dobrego stanu ekologicznego, wymaganego przez Ramową Dyrektywę Wodną. Podobnie jest z naturalnymi jeziorami (66%) oraz ze zbiornikami sztucznymi (55%). W konsekwencji tego, tylko w trzech województwach (śląskim, małopolskim i rzeszowskim) zaopatrzenie ludności w wodę do picia jest w ponad 50% pokrywane z wód powierzchniowych. W pozostałych województwach dominuje zaopatrzenie z wód podziemnych (rys. 2).
2. Ujęcia wód powierzchniowych
Wody powierzchniowe są zanieczyszczone i trzeba z nich usuwać zawiesinę, substancje organiczne oraz dużą liczbę organizmów wodnych, wśród których są m.in. bakterie (organizmy autochtoniczne i allochtoniczne).
Przy bezpośrednim poborze wody z rzeki (drogą ujęcia brzegowego lub w nurcie) otwory wlotowe zabezpiecza się kratami. Na kratach mogą się rozwijać nitkowate bakterie żelaziste (np. Sphaerotilus natans, Crenothrix polyspora, Crenothrix fusca), grzyby wodne (np. Leptomitus lecteus), glony z najczęstszym przedstawicielem Cladophora glomerata, robaki, larwy owadów, ślimaki, małże itp. Masowe występowanie tych organizmów utrudnia pobór wody, ponieważ zatykają one kraty, a rozwój glonów w formie zakwitów jest utrudnieniem w uzyskaniu dobrej jakości wody. Woda surowa poddawana jest więc wstępnemu, oczyszczaniu mechanicznemu.
3. Ujęcia wód podziemnych
W zależności od głębokości ujmowanej wody, liczebność i skład organizmów jest inny (najczęściej mniejszy) niż w przypadku ujęć powierzchniowych. W wodach podziemnych dominują zwykle bakterie (często beztlenowe) żelaziste, manganowe, siarkowe i wodorowe, które są naturalną mikroflorą wód podziemnych. Dodatkowo do wód podziemnych mogą przedostać się niekiedy także inne organizmy allochtoniczne (wirusy, robaki, protisty roślinne i zwierzęce), które wpływają na pogorszenie jakości wód podziemnych. Jakość wód podziemnych jest zdecydowanie lepsza od wód powierzchniowych, gdyż ulegają one naturalnej filtracji przez warstwy gruntu, co powoduje, że ulegają one oczyszczeniu z licznych substancji chemicznych i biologicznych. Wody podziemne cechują się także dość stałą, wyrównaną, temperaturą, pozbawione są licznych obcych organizmów oraz zawiesin. Dzięki temu mogą być one wykorzystywane bezpośrednio jako źródło wody pitnej i przeznaczonej na potrzeby gospodarcze.
4. Ujęcia wód infiltracyjnych
Częściowym rozwiązaniem problemu zaopatrzenia w dobrą wodę są naturalne i sztuczne ujęcia infiltracyjne. Umożliwiają one wydobywanie wód podziemnych zasilanych w znacznej mierze wodami powierzchniowymi z rzek, jezior i innych zbiorników wodnych. Wyróżnia się infiltrację naturalną (brzegową, przy korytach rzecznych) oraz infiltrację sztuczną (stawy nawadniające, baseny oraz studnie chłonne). Najpowszechniej stosowanym przez zakłady wodociągowe rozwiązaniem są pionowe studnie brzegowe wspomagane zespołami stawów infiltracyjnych uzupełnianych wodami powierzchniowymi z rzeki.
Badania laboratoryjne wskazują, że jakość wody infiltracyjnej jest zdecydowanie lepsza niż wody powierzchniowej. Podczas procesu infiltracji następuje oczyszczanie wody i zatrzymywanie licznych zanieczyszczeń, które normalnie występują w wodach powierzchniowych. Jakość wody infiltracyjnej zależy jednak od wysokości, składu i charakteru warstwy filtracyjnej.
Nie wszystkie zanieczyszczenia występujące w wodzie rzecznej są w wystarczającym stopniu zatrzymane w procesie infiltracji. Dotyczy to m.in. wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (WWA), detergentów oraz niektórych mikroorganizmów.
5. Dalsza obróbka wody na stacji uzdatniania wody (SUW)
Na SUW należy usunąć zanieczyszczenia chemiczne i mikrobiologiczne, aby jakość wody odpowiadała wytycznym zawartym w Rozporządzeniu Ministra Zdrowia w sprawie jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi.
Aby zagwarantować bezpieczeństwo wody, należy przeprowadzać skuteczną eliminację organizmów i mikroorganizmów na wszystkich etapach produkcji wody, a w celu zabicia niektórych form, które mogą przedostać się do systemu dystrybucji wody, stosuje się dezynfekcję, która jest ostatnim etapem produkcji wody. Zabiegi eliminacji mikroorganizmów opierają się m.in. na pozbawianiu bakterii składników odżywczych, które zapewniłyby im przeżycie i rozwój. Natlenienie wody powoduje utlenienie żelaza Fe+2 do Fe+3, które wytrąca się w postaci Fe(OH)3. Powoduje to utratę pożywienia dla bakterii żelazistych, m.in. Gallionella ferruginea i Leptothrix ochracea. Bakterie manganowe i żelazowo-manganowe, m.in. Leptothrix echinata i Crenothrix polyspora rozwijają się w wodach zawierających mangan Mn+2. Utlenienie manganu do Mn+4 (MnO2) eliminuje pożywienie dla tych bakterii.
Bakterie siarkowe z rodzaju Beggiatoa i Thiothrix rozwijają się głównie na filtrach obok glonów (sinic), które po obumarciu dostarczają martwą materię organiczną dla bakterii gnilnych, które redukują ją z wydzieleniem siarkowodoru. Znane są również fotoautotroficzne bakterie purpurowe siarkowe (Chromatium okeni) i zielone bakterie siarkowe z rodzaju Chlorobium. Ze względów smakowych i estetycznych woda powinna być wolna od tych bakterii.
Wyeliminowanie lub zatrzymanie bakterii na SUW oraz pozbawienie wody składników odżywczych powoduje, że nie rozwijają się one w sieci wodociągowej, nie tworzą biofilmu na wewnętrznych ściankach przewodów, nie przyczyniają się do powstawania charakterystycznych obrostów, a także nie tworzą się osady chemiczne.
Najczęściej woda przed wprowadzeniem jej do systemu dystrybucji zostaje poddana procesowi dezynfekcji, który ma na celu zabicie drobnoustrojów obecnych w wodzie, pomimo wcześniej zastosowanych procesów uzdatniania. Okazuje się bowiem, że nawet pojedyncze bakterie przedostające się do sieci wodociągowej, z upływem czasu, tworzą błonę biologiczną, na której są sprzyjające warunki do przeżycia i rozwoju licznych mikroorganizmów. Obecność tych mikroorganizmów wpływa negatywnie na parametry fizykochemiczne wody, a także może w znaczący sposób przyczyniać się do mikrobiologicznego skażenia wody, w tym przez formy patogenne (m.in. przez bakterie z rodzaju Legionella, Helicobacter, Pseudomonas).
6. Wymagania dotyczące jakości wody
Zgodnie z § 3.1. woda jest zdatna do użycia, jeżeli jest wolna od mikroorganizmów chorobotwórczych i pasożytów w liczbie stanowiącej potencjalne zagrożenie dla zdrowia ludzkiego, wszelkich substancji w stężeniach stanowiących potencjalne zagrożenie dla zdrowia ludzkiego oraz nie wykazuje agresywnych właściwości korozyjnych i spełnia wymagania mikrobiologiczne określone w części A załącznika nr 1 do rozporządzenia oraz chemiczne określone w części B załącznika nr 1 do rozporządzenia. W Rozporządzeniu Ministra Zdrowia (Dz. U. 2017 poz. 2294 z 7 grudnia 2017 r.) w załączniku nr 1, część A, wyszczególnione są wymagania mikrobiologiczne, które zamieszczono w tabelach 1(A)÷4(A).
Natomiast w części B podano 26 parametrów chemicznych, jakim powinna odpowiadać woda. W części C rozporządzenia zestawiono parametry wskaźnikowe wody. W tab. 1(B) podano wymagania mikrobiologiczne wody.
W tej części (C) zestawiono także wymagania organoleptyczne i fizykochemiczne (15 oznaczeń), natomiast część D zawiera wykaz dodatkowych wymagań chemicznych (9 oznaczeń), jakim powinna odpowiadać woda. W załączniku nr 4 zestawiono wymagania dotyczące substancji promieniotwórczych (3 oznaczenia) oraz stężenia pochodne dla promieniotwórczości w wodzie (14 oznaczeń), a w załączniku nr 5 wymagania mikrobiologiczne, jakim powinna odpowiadać ciepła woda (bakteria Legionella sp.).
7. Nadzór nad jakością wody
Wewnętrzna kontrola jakości wody realizowana jest przez przedsiębiorstwa wodociągowo-kanalizacyjne. Natomiast w ramach nadzoru nad laboratoriami wykonującymi badania jakości wody, właściwy państwowy powiatowy lub państwowy graniczny inspektor sanitarny może dokonać kontroli laboratorium przed zatwierdzeniem w zakresie udokumentowania systemu jakości prowadzonych badań wody, który to system powinien być zgodny z wymaganiami zawartymi w aktualnym wydaniu normy PN-EN ISO/IEC 17025 (akredytacja).
Kontrola jakości wody przeprowadzana jest m.in. w wodzie pitnej przeznaczonej do konsumpcji i ma za zadanie wykrycie obecności bakterii patogennych metodą bakteriologicznych wskaźników sanitarnych. Polega ona m.in. na wykryciu w wodzie bakterii żyjących w przewodzie pokarmowym człowieka i zwierząt stałocieplnych, które wraz z kałem są wydalane na zewnątrz, a ich obecność w wodzie świadczy o możliwości zakażenia jej bakteriami chorobotwórczymi. Obecność bakterii wskaźnikowych w wodzie jest informacją, że w wodzie takiej mogą być także inne bakterie, w tym liczne bakterie chorobotwórcze. Dodatkowo, dla kontroli jakości wody do picia często wprowadza się biomonitoring, który ułatwia identyfikację skażeń, głównie chemicznych.
8. Skażenie wody
Do picia używamy zazwyczaj wodę rozprowadzaną siecią wodociągową. Jak, dlaczego i skąd biorą się zanieczyszczenia mikrobiologiczne w wodzie pitnej?
Źródła skażenia wody mogą być pierwotne lub wtórne. Do pierwotnych źródeł skażenia wody należą najczęściej wszelkie nieprawidłowości na etapach produkcji wody przez zakłady wodociągowe. Wtórne źródła skażenia wody występują wówczas, gdy woda dobrej jakości opuszcza SUW, a do odbiorcy dociera zanieczyszczona bakteriami lub innymi organizmami, w tym również patogennymi.
Do przewodów wodociągowych dostają się wtedy drobnoustroje z zewnątrz w wyniku nieszczelności spojeń rurowych, na skutek uszkodzenia przewodów wodociągowych, klęsk żywiołowych (np. powodzie) lub uderzeń hydraulicznych, podczas których odrywają się osady wraz z błoną biologiczną, powodując wtórne skażenie wody. Na schemacie na rys. 3 przedstawiono rodzaje organizmów, które mogą przyczynić się do potencjalnego skażenia wód pitnych.
Z zewnątrz do wody pitnej mogą przedostać się wszelkie organizmy występujące m.in. w ściekach, w glebie i w wodzie. Najczęściej nie da się tego ani przewidzieć, ani uniknąć.
9. Literatura
[1] Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 7 grudnia 2017 r. w sprawie jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi. Dz.U. 2017, poz. 2294.
[2] Kołwzan B., Adamiak W., Grabas K., Pawełczyk A. 2005. Podstawy mikrobiologii w ochronie środowiska. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej.
[3] Szejniuk B., Budzińska K., Jurek A., Traczykowski A., Berleć K., Michalska M., Piątkowski J.K. 2013. Przeżywalność bakterii Salmonella Enteritidis w wodach powierzchniowych. Rocznik Ochrony Środowiska, 15, 2738-2749.
[4] Suligowski Z., Fudala-Książek S. 2014. Zaopatrzenie w wodę. Wydawnictwo Seidel-Przywecki Sp. z o.o.
[5] Małecka I., Staszewski Z. 2015. Woda czynnikiem życia każdego organizmu. Zeszyty Naukowe Inżynieria Lądowa i Wodna w Kształtowaniu Środowiska, 13, 101-107.
[6] Materiały informacyjne Państwowej Służby Hydrologicznej z 31.01.2017 r.
[7] PN-EN ISO/IEC 17025. Ogólne wymagania dotyczące laboratoriów badawczych i wzorcujących.
dr Michał Michałkiewicz
Politechnika Poznańska, Instytut Inżynierii Środowiska
Źródło: Technologia Wody 2/2018
Polecamy publikacje Wydawnictwa Seidel-Przywecki
…
