Ispitivanje kvaliteta vode sa biološkog aspekta

Biološke metode za određivanje kvaliteta vode uključuju: prikupljanje, prebrojavanje i
identifikaciju akvatičnih organizama; određivanje biomase; određivanje metaboličke
aktivnosti; određivanje toksičnosti; biokoncentraciju i bioakumulaciju polutanata.

U zavisnosti od prirode problema koji se ispituju (određivanje kvaliteta površinskih ili
podzemnih voda, voda za vodosnabdevanje, u procesu tretmana, u distributivnoj
mreži...) zavisi koje akvatične zajednice će biti ispitivane i koje tehnike će biti primenjene
pri tim ispitivanjima:

•plankton,
•perifiton,
•makrofiton,
•fauna dna,
•ribe, vodozemci, vodeni reptili, ptice i sisari.

Plankton

http://razbibriga.net/imported/2011/...xHyperia-1.jpg

Plankton čine slobodnoživeći sitni organizmi, koji lebde ili se aktivno kreću u vodi.

Čine ga: bakterioplankton, akvatične gljive, fitoplankton –mikroskopske alge i zooplankton
protozoe, rotatorie, kladocere i kopepode. Neke vrste planktonskih organizama
prouzrokuju cvetanje vode, neke menjaju boju, miris ili ukus vode, a od nekih nastaju
toksini koji mogu biti uzrok smrti životinja ili oboljenja ljudi. Zbog vrlo kratkog životnog
ciklusa mikroorganizama i njihove osetljivosti na promene kvaliteta vode, kvantitativni i
kvalitativni sastav pojedinačnih grupa planktonskih organizama se koristi kao indikator
kvaliteta voda.

 

http://razbibriga.net/imported/2011/06/plankton-1.jpg

Bakterioplankton



Istraživanje bakterioplanktona u vodama obuhvata izučavanje autohtonih i alohtonih
bakterija svih metaboličkih tipova, kao i povezivanje dobijenih rezultata s ekološkim
uslovima sredine, posebno organskim opterećenjem alohtone prirode.

Određivanje broja organotrofnih (heterotrofnih, saprofitnih) bakterija u vodi je jedna od
osnovnih zadataka mikrobioloških laboratorija koje se bave istraživanjima kvaliteta vode.
Broj heterotrofnih bakterija je indikator prisustva lako razgradljivih organskih materija u
vodi, odnosno svežeg organskog opterećenja, pa je zato u postojećim sistemima za
ocenu kvaliteta voda uzet broj organotrofnih (saprofitnih) bakterija u vodi kao jedan od
glavnih parametara.

Fito- i zooplankton

Uzorci za ispitivanje fito- i zooplanktona sakupljaju se na terenu. Veličina uzoraka zavisi
od tipa vode i broja uzoraka. Koncentrovani uzorci se mogu odmah ispitivati ili fiksirani
do ispitivanja. Uzorci se pregledaju mikroskopski iz dređene zapremine uzorka.
Kvalitativne metode povezane su sa taksonomskim sastavom zajednica u zonama
različite zagađenosti, dok su kvantitativne metode povezane sa strukturom zajednice,
pri čemu se koriste pokazatelji razlika, sličnosti i numerički pokazatelji saprobnosti.

http://razbibriga.net/imported/2011/...Phytopla-1.jpg
Fitoplankton

HLOROFIL

Vrlo česta pojava (koja je najčešće posledica direktnog ili indirektnog
antropogenog uticaja na akvatične ekosisteme) je “cvetanje algi”, kada
dolazi do masovnog razvoja fitoplanktona na račun povećane količine
mineralnih materija. Povećanje količine mineralnih materija u vodi
nastaje kao rezultat direktnog unošenja u akvatične ekosisteme,
spiranja sa okolnih poljoprivrednih površina ili kao posledica razgradnje
organskog opterećenja sistema (autopurifikacije). Masovni razvoj
mikroalgi u takvim uslovima traje sve dok se ne utroše zalihe jednog ili
više neophodnih elemenata za njihovo razvijanje. Tada alge počinju da
odumiru, što ima za posledicu intenzivne procese truljenja – uz veoma
brzu i veliku potrošnju rastvorenog kiseonika, a to rezultira nestankom
akvatičnih organizama. Pored nestašice kiseonika, na živi svet mogu
uticati i druge pojave intenzivne razgradnje organskih materija, kao i
oslobađanje sadržaja ćelija mikroalgi koji vrlo često sadrže biološki
aktivne materije tipa toksina. Iz navedenih razloga sve su aktuelnije
brze i efikasne metode za određivanje biomase fitoplanktona u
akvatičnim ekosistemima.

Sve zelene biljke sadrže hlorofil (koji predstavlja 1-2% suve mase
planktonskih algi), koncentracija fotosintetskih pigmenata može
poslužiti kao indikator biomase fitoplanktona. Za određivanje hlorofila
a u fitoplanktonu postoji više metoda: spektrofotometrijske,
fluorometrijske i HPLC tehnike. Hlorofil predstavlja u proseku 1,5% od
suve algalne mase , biomasa algi se može jednostavno izračunati iz
njegove koncentracije, a iz koncentracije hlorofila direktno se može
proceniti stepen trofičnosti vode.

PERIFITON

Perifitonski mikroorganizmi su organizmi koji su epifitno povezani sa
krupnijim organizmima i predmetima uronjenim u vodu. Veoma su
pouzdani indikatori kvaliteta voda, naročito brzotekućih. Ovoj grupi
organizama pripadaju zooglealne i filamentozne bakterije,
pričvršćene (sesilne) protozoe, rotatorije i alge, kao i
slobodnoživući organizmi vezani za njih.

Upotreba perifitona u proceni kvaliteta voda često je ograničena
nepostojanjem objekata za njihovo pričvršćivanje, ali i teškoćama u
dobijanju reprezentativnih uzoraka. U tom smislu, pribegava se
primeni veštačkih površina koje će mikroorganizmi obrastati, što se
često primenjuje za ispitivanje gvožđe- i mangan-oksidujućih
mikroorganizama u vodama (podzemnim i površinskim) za
vodosnabdevanje.

Kao veštački supstrat najčešće se koriste stakla, pri čemu dužina
ekspozicije zavisi od tipa vode. Kolonizacija po pravilu zahteva
vreme 1-2 nedelje (pri čemu se optimalno vreme za kolonizaciju
određuje eksperimentalno u toku 6 nedelja).

Perifiton se sa prirodnih supstrata sakuplja skidanjem (grebanjem)
sa predmeta uronjenih u vodu, dok se veštački supstrati posmatraju
direktno.

Uzorci perifitona se konzerviraju na isti način kao i uzorci
fitoplanktona.

Makrofiton

Makrofiton se sastoji od akvatičnih vaskularnih biljaka-cvetnica, ali uključuje i
vodene mahovine, paprati i makroalge. Kao i svi primarni producenti i ove biljke
reaguju na kvalitet vode u kojoj rastu, pa su dobri bioindikatori stanja površinskih
voda.

Distribucija i gustina viših biljaka su faktori koji se mogu razmatrati prostorno i
vremenski. Među faktorima koji određuju njihovo prisustvo, gustinu i morfologiju su:
tip sedimenta, zamućenost vode, brzina strujanja vode, koncentracija nutrijenata,
dubina vode, razuđenost obale i ljudske aktivnosti. Uobičajena je zonalnost u
obalskim zonama jezera i sporotekućih reka. Emerzne makrofite sreću se u plitkim
litoralnim zonama, do oko 1 m dubine. Biljke sa plutajućim listovima se uobičajeno
nalaze na dubinama 1 do 3 m, a submerzne biljke rastu od obale do granice fotičke
zone i retko prelaze dubinu od 10 m.

Pored negativne uloge u zarastanju vodenog okna, smanjivanju protoka i
prosvetljenosti vodenog biotopa, a samim tim i narušavanju osnovnih ekoloških odlika,
vodene makrofite imaju i višestruko pozitivnu ulogu. Ona se ogleda u značaju koji
makrofite imaju, obzirom na dokazano antieroziono, antitermičko, baktericidno i
fitofiltraciono dejstvo. Pozitivna uloga pomenutih tipova flore i vegetacije proističe i
iz njihove sposobnosti da iz vode apsorbuju razne toksične materije, fiziološki
aktivne materije (npr. fenol, soli teških metala, pesticide, naftu i dr.) kao i da u svom
telu akumulišu znatne količine nekih metala (mangan, nikal, bakar, gvožđe, molibden,
stroncijum, barijum...). Flotantne i submerzne makrofite služe izvlačenju iz vode
mnogih toksičnih soli, metala, pesticida i fenola, kao ''biosunđer''. Čestice koje se
talože po njihovoj površini biljke usvajaju, akumulišu i u toku metabolizma prerađuju.
Predstavljaju fitofilter za štetne materije. Zato je danas u zaštiti voda pored
mehaničkog i fizičko-hemijskog, posebno značajan fitofiltracioni metod.

Redovno kartiranje vegetacije, populaciona istarživanja, kao i ispitivanje
produktivnosti su svakako neophodna kontrola. Pravilna kontrola ukazuje na
povremene potrebe iznošenja biomase makrofitne vegetacije, Što daje pozitivne
razultate u smanjenju zagađenosti i kontroli eutrofizacije voda, naročito u jezerima
i veštačkim akumulacijama, pa i akumulacijama za vodosnabdevanje.

Bentonski makroinvertebrati – fauna dna

Faunu dna čine životinjski organizmi (pljosnati i prstenasti crvi, mekušci,
rakovi, insekti...) naseljeni u ili na sedimentu, ili žive u ili na ostalim
dostupnim supstratima na dnu površinskih voda. Sastav, vrsta i populacija ili
gustine individua po jedinici površine su uniformni u stabilnim sredinama, a
do većih i manjih variranja može doći sezonski.

Ove zajednice odgovaraju na promenu sredine promenom strukture
zajednica. Zajednice faune dna reaguju na promene životne sredine,
naročito na promene kvaliteta vode pod antropogenim uticajem, pa mogu
poslužiti kao bioindikator stanja akvatičnih sistema. Dokazano je da
makroinvertebrate menjaju strukturu zajednice u slučaju: organskog
opterećenja i toksično-hemijskog zagađenja. U sredinama sa niskim
koncentracijama kiseonika samo najtolerantnije vrste opstaju uz povećanje
broja individua. U sredinama sa zamuljavanjem i/ili toksičnim supstancama
fauna dna može biti potpuno redukovana.

Procena kvaliteta površinskih voda, naročito tekućih, vrši se uzorkovanjem i
analizom faune dna na mestima izloženim zagađenjima i na mestima gde se
zagađenje ne očekuje. Analizom strukture zajednice sa ta dva lokaliteta
određuje se stepen opterećenja vode na mestima koja su uzložena
zagađenju, prema zastupljenosti indikatorskih organizama, broju
zastupljenih vrsta, a naročito broju individua u okviru vrste. Mogu se takođe
određivati biomasa i produktivnost faune dna pri čemu se mora voditi računa
o koncentraciji rastvorenog kiseonika, dubini vode, tipu sedimenta, veličini
granula, kvalitetu mulja, ukupnom organskom ugljeniku i ostalim specifičnim
fizičko-hemijskim faktorima

Indikacije mikrobiološke zagađenosti vode

potencijalno prenošenje bolesti izazvane prisustvom mikroorganizama (patogenih)
koje se prenosi kontaktom i unošenjem vode

kontakt uključuje direktno unošenje, kao i primarni i sekundarni kontakt


Mikroorganizmi kao uzročnici bolesti

Vodene bolesti/Patogene bakterije

• Vibrio cholera - kolera

http://razbibriga.net/imported/2011/...eria_SEM-1.jpg

• Yersinia enterocolitica - gastroenteritis

http://razbibriga.net/imported/2011/...itica_01-1.png

• Escherichia coli - gastroenteritis

http://razbibriga.net/imported/2011/...li_NIAID-1.jpg

• Shigella sp.- gastroenteritis

• Listeria monocytogenes - simptomi gripa

http://razbibriga.net/imported/2011/..._2287_lo-1.jpg

• Salmonella sp. - gastroenteritis, tifus

• Campylobacter jejuni - gastroenteritis (životinjski
izvori)

http://razbibriga.net/imported/2011/...ejuni_01-1.jpg

Vodene bolesti/Patogeni virusi

• Polio Virus – paraliza poliomijelitis

http://razbibriga.net/imported/2011/06/220pxPolio-1.jpg

• Rotaviruses - gastroenteritis

http://razbibriga.net/imported/2011/...otavirus-1.jpg

• Norwalk Viruses - gastroenteritis

• Hepatitis Type A and E – zapaljenje jetre

http://razbibriga.net/imported/2011/...virus_02-1.jpg

hepatitis A

http://razbibriga.net/imported/2011/..._E_virus-1.jpg

hepatitis E

Vodene bolesti/Patogene protozoe:

• Entamoeba histolytica - dizenterije

http://razbibriga.net/imported/2011/...ytica_01-1.jpg

• Giardia lamblia – crevne bolesti

http://razbibriga.net/imported/2011/...98_lores-1.jpg

• Cryptosporidium – crevne bolesti

http://razbibriga.net/imported/2011/...um_muris-1.jpg

Zadatak i uloga monitoringa

Zadatak monitoringa voda za vodosnabdevanje je sagledavanje
trenutnog stanja vode, i ocena tendencije promene u vremenu i
prostoru, pri čemu živi svet u vodi predstavlja idealne indikatore.
Pravilnim monitoringom stvaraju se uslovi za dugotrajnu racionalnu
eksploataciju vode za vodosnabdevanje.

Rezultati bioloških analiza vode za vodosnabdevanje omogućavaju
blagovremeno preventivno delovanje i preduzimanje mera u okviru
procesa prečišćavanja vode kod pojačanog opterećenja sirove vode
na vodozahvatu.

Učestalost uzorkovanja vode za biološke analize zavisi od: kvaliteta
vode, veličine objekta, mogućnosti zagađivanja i godišnjeg doba.
Ispitivanja je potrebno vršiti uz koordinaciju rezultata sa fizičkohemijskim
analizama i ostalim parametrima na vodozahvatu, i u cilju
prevencije eutrofizacije.

Teškoće sa rutinskim određivanjem patogenih mikroorganizama u vodi

• Prisutne u malom broju
  
• Ograničeno vreme opstanka mikroorganizama
  
• Brojni patogeni mikroorganizmi za analizu
  
• Vremenski i finansijski ograničene analize.

Regulativa

• Biološka kontrola Pravilnikom o higijenskoj ispravnosti vode za
  piće nije obavezna
• Stalna kontrola uzoraka sa biološkog aspekta treba da je sastavni
  deo svih vodovodskih organizacija.
• Kontrola je neophodna u vodi za piće, tokom postupka prečišćavanja,
  kao i u sirovoj vodi.

Uzorkovanje prema preporukama Svetske zdravstvene organizacije
(SZO)


Minimalna učestalost uzorkovanja: jedan uzorak svake dve nedelje (kad je izvor
podzemna voda) i svake nedelje jedan uzorak (kad je izvor vode površinska voda).

Učestalost uzorkovanja u distributivnoj mreži zavisi od broja potrošača, a propisana je
ISO standardima.

Uzorkovanje izvoditi u nejednakim intervalima i sa različitih lokacija (u mreži i kod
potrošača, u zgradama). Posebno se preporučuje uzorkovanje nakon intervencija,
epidemija, kao i prekida u snabdevanju.

Uzorci za bakteriološka ispitivanja voda sakupljaju se na terenu, pod aseptičkim uslovima,
a obrada uzoraka vrši se (u što kraćem roku od momenta uzorkovanja) u mikrobiološkim
laboratorijama.

Danas se kao metoda za određivanje ukupnog broja (total count – T) bakterija u vodama
primenjuju direktne metode brojanja ćelija bakterija na bakteriološkim filtrima mikroskopom.
Ovom direktnom metodom može se izračunati i biomasa bakterija u jedinici zapremine vode,
a primenom koeficijenata približno odrediti i stupanj organskog zagađenja vode.

Svojstva indikatora zagađenja

Potrebno pronaći indikator potencijalnog patogenog zagađenja vode koji ima sledeće
karakteristike: lako se i brzo, a jednostavno određuje!

Koliformne bakterije – idealan indikator fekalnog zagađenja

Bakterija iz familije Enterobacteriaceae

• Obuhvata rodove: Enterobacter, Klebsiella, Citrobacter, i Escherichia
• Prisutna u crevima brojnih organizama
• Gram negativne, ne formiraju spore
• Fermentiraju laktozu, uz nastanak kiseline i gasa za 48 sati pri 35 °C

Ukupne koliformne bakterije

• Nastanjuju creva životinja
• Izvori: fekalije, zemljište, voda.
• Neke se razmnožavaju u pogodnoj sredini.
• Nefekalni primeri koliformnih bakterija:Klebsiella sp., Citrobacter sp., Enterobacter sp.

Fekalne koliformne bakterije

• Deo ukupnih koliformnih bakterija
• Razdvajaju se od nefekalnih koliformnih bakterija pri 44.5 °C
• Izvori: fekalije
• Sposobne za ograničen opstanak i rast u okolini
• Primarni predstavnik Escherichia coli(E. coli)

Konzerviranje uzorka koliformnih bakterija

• Natrijum tiosulfat dodaje se hlorisanim uzorcima
• Nehlorisanim uzorcima ne dodaju se reagensi
• Preporuka-uzorke vode za piće zalediti
• Zahtev-vodu na izvorištu zalediti

Metode propisane za određivanje koliformnih bakterija

• Membranska filter metoda – ukupne koliformne bakterije, fekalne koliformne bakterije, E. coli
• Fermentaciona metoda- ukupne koliformne bakterije, fekalne koliformne bakterije, E. coli