Механизмы заражения подземных вод. Их патогенная микрофлора.

Подземные воды /грунтовые, межпластовые /образуются путем просачивания поверхностных вод, а также выпадающих осадков через толщу земли. В поверхно­стных водах циркулируют как сапрофиты, так и патогенная микрофлора.

Случаи контаминации подземных вод патогенной микрофлорой возможны, на что указывают как лабораторные данные, так и эпидемиологические наблюдения. Факторы, приводящие к этому, могут быть естественными и, что встречается чаще, искусственными, т.е. связанными с нерациональными действиями людей. Естест­венным фактором загрязнением подземных вод может быть наличие, так называе­мых, гидрологических «окон», т.е. участков на которых над водоносным горизонтом отсутствует водонепроницаемый пласт. Через эти «окна» поверхностные загрязне­ния могут достигнуть водоносного горизонта. К естественным причинам загрязне­ния подземных вод следует отнести также их проникновение через зону аэрации. Я.А.Могилевский (1953), считает, что водонепроницаемость тех пли иных пород понятие условное, и что даже глины в какой-то степени проницаемы.

Н.А.Плотников (1946) приводит перечень ряда причин заражения подземных вод. К ним автор относит: - изменение состава подземных вод при подсасывании из других водоносных горизонтов при наличии связи между ними; - изменение состава подземных вод; при инфильтрации речной (озерной), а иногда морской воды; - влия­

ние уменьшения давления в водоносных горизонтах на состав подземных вод.

Разнообразные варианты загрязнения подземных вод связанные с нерациональ­ной деятельностью людей, дефектами в строительстве, эксплуатации водопровод­ных и очистных сооружений. Использование грунтовых вод и особенно верховодки с санитарно-эпидемиологической точки зрения является опасным. Но загрязнению могут подвергнуться и межпластовые воды. Это связано с рядом причин и в частно­сти:

- при бурении скважин возникает так называемая «воронка депрессии», через которую поверхностные инфицированные воды могут проникать в водоносный го­ризонт. Чем интенсивнее откачивается вода, тем вероятнее такой подсос;

- загрязнения поступают через дефекты, допущенные при бурении скважин че­рез затрубное пространство, при повреждении труб. Это относится как к дей­ствующим, так и бездействующим скважинам (Е.А.Серобабова ,1967; Т.Н.Елфимов, 1959; Н.П.Соколов, 1967).

В последнем случае в Калининграде в одной из артезианских скважин было уста­новлено низкое качество воды (коли-титр 11-14). Оказалось, что поверхностные во­ды после обильных дождей, затекали в межтрубное пространство, а затем по нему проникали в водоносный горизонт. По данным ^ukelekian et al. (1963) при загряз­нении почвы в районе скважин в 25% обеспечено проникновение микробов кишеч­ных палочек в буровые скважины. Бетонные или цементные покрытия, в отличие от деревянных, в большей степени предохраняют воду от загрязнения.

В загрязнении подземных вод играет важную роль попадание нечистот с по­верхности почвы, или из хранилищ, врытых в почву (т.н. выгребы, поглощающие колодцы).

В.Д.Баранников (1983), при изучении состояния грунтовых вод в условиях орошения многолетних трав стоками молочного и свиноводческого комплексов, ус­тановил, что при мощности фильтрующего слоя почвы до 1,5 м, микрофлора миг­рирует по геологолитологическому профилю высотой до 4,5 м и распределяется по течению грунтового потока на расстоянии до 10 м от зоны удобрительного увлаж­нения полива кормовых культур.

Особая опасность создается в случаях, когда вырытые в земле ямы для скопле­ния нечистот настолько глубоки, что достигают эксплуатируемого водоносного горизонта (А.С.Белицкий, 1968). Такие случаи чрезвычайно редки и, как правило, между скоплением нечистот и водоносным горизонтом имеется определенные рас­стояния, которые препятствуют грунтовой циркуляции патогенных микробов, пре­жде чем попасть в водоносный горизонт.

В связи с этим важное значение приобретает возможность распространения бактериальных загрязнений в слоях почвы, длительность сохранения патогенных микробов в земле и подземных водах.

Известно, что скорость распространения жидкостей, в том числе сточных под землей, зависит от строения слоев земли, через которые они распространяются, по­этому подземные воды условно делятся на фильтрационные или поровые, находя­щиеся в зернистых породах и флюоционные (текущие) или трещинные - распро­страняющиеся в трещинах жестких пород (карстовые породы). Значение фильтра­ционных свойств грунтов иллюстрируется, например, работой Е.И.Моложавой с со- авт. (1976): максимальная дальность распространения бактерий группы кишечной палочки и энтерококка составляла в мелкозернистых породах 30-40 м, в среднезер­нистых до 200 м, в гравийно-галечниковых и трещиноватых породах 500-1000 м. Эти исследования показывают, что в мелкозернистых породах распространение сто­ков (и других нечистот) происходит медленно и, как привило, на небольшое рассто­яние.

Е.Б.Гончарук (1961) при изучении в экспериментальной работе циркуляции сточных вод в мелкозернистых песках установлено, что вниз по течению грунтовых вод, по химическим показателям, они распространялись до 60м, по бактериологиче­ским - до 12, вверх по течению грунтовых вод на - 14 и 6 м соответственно, перпен­дикулярно к движению грунтового потока на - 21 и 6 м.

Исследования Farkasdi et al .(1969), в естественных условиях показали, что хи­мические загрязнения грунтовых вод распространялись не дальше 270м. От недей­ствующей свалки. Микрофлора грунтовых вод в районе действующей свалки со­стояла из микроорганизмов, восстанавливающих нитраты и сульфиты, денитрифи- цирущих «железных» и «серных» бактерий. По А.Г.Кокиной (1970) средняя чис­ленность бактерий в скважине находившейся в 220м от источника загрязнения со­ставляла 77000 в 1мл, на расстоянии - 370м - 31000. У скважины, которая находи­лась близко от источника загрязнения (в 4м), но отдалялась от него слоем суглинка, в 1мл воды зарегистрировано 11000 колоний. По данным А.А Кирпичникова (1946, 1951) в насыщенных водой грунтах дальность распространения бактериального за­грязнения достигала 22 метров, при погружении выгреба в грунтовые воды - 70 м.

Рrimavesi (1970) из воды р.Рур, прошедшей через береговые грунты, лишь в 4 пробах из 700 обнаружил энтеровирусы, постоянно присутствующие в этой реке. Таким образом, прохождение через грунты обеспечивает освобождение не только от

бактерий, но и от вирусов. Адсорбированные в почве вирусы, могут сохраняться бо­лее 3 месяцев, и затем попадать в водоносный горизонт.

Несмотря на достаточную фильтрующую способность мелкозернистых грун­тов, известны случаи просачивания загрязненных вод через эти слои, причем это сопровождалось нередко эпидемическими последствиями. Г.А.Ашмарин (1936) на­блюдал в г. Раменское Московской области загрязнение одной артезианской сква­жины, связанное с проникновением стоков через поверхностный слой в приемник артскважины. Стоки проникли из отстойника, находившегося на расстоянии 30 м от скважины, также облицовка отстойников была повреждена. Н.И.Веденеева и Т.В.Низовцева (1954) описывают заражение вод артезианской скважины глубиной 120 м в г. Краснограде. Источником загрязнения были ямы для отбросов и стоков мясо убойного пункта. Первоначально стоки проникли в заброшенную, но не затам- понированную скважину, находившуюся в 40 м от действующей.

Е.И.Гончарук (1959) указывает на возможность заражения грунтовых вод от полей подземного орошения в начальный период их эксплуатации, пока не завер­шился процесс их биологического созревания, длящийся от 1 до 3 лет.

Б.М.Дуганская, Г.О.Ворохницкая (1969) в Киевской области, Н.П.Соколов (1971) в Кабардино-Балкарии регистрировали проникновение загрязнений через гра­вийно-галечные отложения на расстоянии 250-350 метров.

Schrocder et al. (1968) наблюдали вспышку гастроэнтеритов в населенном пунк­те вблизи Вашингтона, связанную с просачиванием загрязнений в колодцы из сеп- тик-тенка.

Приведенные материалы позволяют считать, что распространение загрязнений по мелкозернистым грунтам происходит медленно и на ограниченное расстояние.

Иное положение создается, в случае загрязнений проникающих в трещины твердых пород (карстах), где они распространяются и в более короткие сроки.

О сохранении патогенных микроорганизмов в подземных водах имеются со­общения /Б.М.Кудрявцева, (1970), Агchambanet, (1970), С.И.Моложавая,

Ю.Г.Талаева с соавт, (1976), Е.И.Моложавая, Н.В.Чугунихина, М.И. Афанасьева, (1979)/, которые показывают возможность их длительного переживания. Такие фак­торы как низкая температура, отсутствие солнечного света, ограниченность микроб­ного антагонизма, по-видимому, увеличивают сроки пребывания патогенных мик­робов в подземных водах.

Б.М.Кудрявцева (1970) приводит следующие данные о сохранении санитарно­показательной микрофлоры: по Е.И.Гончарук - 190-220 дней, по Я.И.Вайман (19б4) - 210 дней, по КеІІег (1957) - 90 дней, по Fowchelle - 70 долей. По данным автора

Е.соїі 408 на глубине 4 м в мелкозернистом слое сохранялись 90-105 дней. Распро­странение микробов происходило очень медленно - 1 м в месяц. Е.И.Моложавая с соавт. (1976) показывают, что в водонасыщенных грунтах санитарно-показательная и кишечная патогенная (возбудитель паратифа В), бактериальная микрофлора, а также фаг к эшерихиям сохранялись от 30 до 400 суток в зависимости от массивно­сти заражения, вида микроорганизма, химического состава воды.

Е.И.Моложавая, Н.В.Чугунихина, М.И. Афанасьева (1979) показывают, что дли­тельность сохранения микробов в подземных водах зависит от вида возбудителя, до­зы заражения, температуры, характера пород (дольше всего микробы сохранялись в песках и ракушечниках, короче - в известняках). Возбудитель брюшного тифа при 4-8°С, при плотности заражения 10² в 1 л выживал 50-56 суток, при плотности зара­жения 10⁴ - 120 дней, возбудитель паратифа В соответственно 220 - 400 дней, ши- геллы Зонне и Флекснера - 174 - 300 дней.

При температуре 18-20° патогенная микрофлора сохранялась менее короткий срок, чем при 4-8°С, т.е. определялась зависимость.

А.Е.Орадовская предложила следующую формулу определения расстояния, на

1 (1 — C αΤ

ХС = — In∖ 1 + ^-? e В∣_k C

которое распространяются микробы в некоторых почвах:

где с - относительная концентрация

микробов в воде

С

С

bx

С - концентрация микробов в единицах на 1л в начале и конце пути фильтра-

ции

Т - время выживания микробов в сутках

В - параметр сорбции, зависящий от скорости фильтрации и определенной сорбционной емкости грунта

α - параметр сорбции, зависящий от исходной концентрации микробов

Эта формула не относится к карстовым породам и валунно-галечниковым от­ложениям.

С.Н.Черкинский (1965), обобщая данные о возможности контаминации подзем­ных вод, оценивает значение характера грунта, через который пробита скважина. Если исключить карсты и трещиноватые известняки, загрязнения в грунтах распро­страняются на небольшие расстояния (не более 3м/ Если загрязнения доходят до грунтовых вод, то дальше они могут распространяться по направлению грунтового потока. Продвижению загрязнений с грунтовыми водами способствует интенсивная откачка воды из скважины, что увеличивает воронку депрессии.

Шахтные колодцы в сельской местности остаются важным источником водо­снабжения. Этот тип колодцев использует подземные воды, все варианты их зара­жения могут обусловить инфицирование воды в них. Поскольку шахтный колодец имеет зеркало воды, расположенное на определенной глубине от поверхности, то появляются новые факторы заражения воды, более характерные уже для открытых водоемов. При этом возможно затекание поверхностных вод при таянии снега, 52

сильных ливнях, при условии, если колодец недостаточно высоко выведен над по­верхностью земли, при затекании поверхностных вод, отсутствии глиняного замка, недостаточной прочности сруба. Специфическим вариантом заражения воды шахт­ных колодцев является ее инфицирование посредством ведер /или аналогичных объ­ектов/, опускаемых для забора воды. Возможно также попадание в шахтные колод­цы трупов животных, прежде всего грызунов и в отдельных случаях других инфи­цированных предметов.

Имеются многочисленные санитарные и эпидемиологические данные, свиде­тельствующие о том, что качество воды шахтных колодцев, ниже качества подзем­ных вод полученных другими методами. Так Henkelekion et al. (1963), обследовав­шие большое число (2417) копанных и буровых колодцев в штате Нью-Джерси (США) установили присутствие кишечной палочки в воде 57% копанных колодцев и каптированных родников, в воде буровых скважин с трубчатыми забивными ко­лодцами кишечная палочка найдена в 38%. По данным Nemedi (1968) в Венгрии в воде копанных колодцев энтеропатогенная кишечная палочка найдена в 5,8%, в воде буровых скважин - в 1,7%. Geldreich (1975) указывает, что на полуострове Юкатан (Мексика) обнаружена значительная бактериальная зараженность колодезных вод, находившаяся в зависимости от особенностей почвы, количества выпадающих осад­ков, плотности населения.

По A.A.Adesiym еt аї. (1983) в Нигерии показали зараженность колодцев фе­кальными колиподобными бактериями и не холерными вибрионами. Колодцы рас­полагались на расстоянии 18-165 м (в среднем 657 м) от уборных, по установкам ВОЗ это расстояние должно быть не менее 30 м.

Свидетельством о низком качестве колодезного водоснабжения, имеются в сообщении Н.П.Машаринова (1964) в г. Термезе в 1958-59 гг. В районах колодезно­го водоснабжения, заболеваемость брюшным тифом была в 13-62, а дизентерией в 16-25 раз выше, чем в районах с хорошо налаженным водопроводным водоснабже­нием. В г. Ташкенте в 1954-56 гг., в районах колодезного водоснабжения заболевае­мость кишечными инфекциями была в 5 раз выше, чем в районах, где имелся водо­провод. Zamfir (1962) в Румынии в 1951-1955 гг. установил, что смертность от брюшного тифа населения, пользующегося колодезным водоснабжением, была в 2 раза выше, чем среди населения обеспеченного водопроводом.

По данным Gorman а. Wolman (1939) и Eliassen а. Gumminges (1948) в США причинами эпидемических вспышек кишечных инфекций, связанных с колодцами, были следующие:

Таблица 6

Причины колодезных вспышек кишечных инфекций в США

в 1920-1945 гг.

Описание вспышек в результате инфицирования колодцев как кишечными, так и зоонозными инфекциями бесчисленны и их эпидемиологическая характеристика однозначна. Вгewsteг et al. (1960) в Баллириге (Великобритания) в июле-августе 1959 г. наблюдали заболевание брюшным тифом 29 человек. Источником инфекции явился хронический носитель. Сильные дожди в период с 11 по 18 июля смыли не­чистоты в колодцы, из которых население брало воду для питья. В Аспене (штат Колорадо США) зимой 1965-1966 гг. возникла эпидемия лямблиоза среди лыжни­ков, (она охватила 11,3% из 1094 спортсменов). Люди заражались при употреблении колодезной воды, в которую попали сточные воды (Маоге, 1969).

Подземные воды, как правило, свободны от микроорганизмов, тем не менее, известны случаи, когда из проб выделяются микроорганизмы. В каждом конкретном случае трудно с уверенностью говорить о том, пребывали ли обнаруженные микро­организмы в самих подземных водах, или попали в отобранные пробы из различных водоподъемных устройств.

По Ritter et al. (1961) из систематически отбиравшихся проб воды 9 буровых, 3 копанных и 1 абиссинского колодцев (в штате Канзас США) в течение года выдели­ли 1732 штамма кишечных палочек (19,2% Е.соїі, 47,7% - E.freundu, 31.9 - A.aeragenes) и 644 штаммов кокков, 48,5% из которых оказались фекальными стреп­тококками. Наибольшее число микроорганизмов выделялось в теплое время года. Shalicky (1964) в Чехословакии при исследовании 11336 проб питьевой воды из под­земных источников находили Eeoli чаще всего в летнее время, особенно после сильных дождей. В ряде случаев находили Gtobacter и Аerobacter Е.Н.Миляева (1969) указывает, что в 2.4% проб воды трубчатых колодцев и скважин обнаружива­лись брюшнотифозные и дизентерийные фаги. Наконец, Walter et al. (1977) в Гер­мании из 62 отобранных проб грунтовых вод в 8 (13%) были найдены энтеровирусы, однако концентрация вируса была очень небольшой. Таким образом, эпидемиологи­ческим фактором могут являться подземные воды, зараженные патогенной микро­флорой.