Biologické indikátory znečištění pitné vody: Prvoci

Od 18.-19. století, kdy díky rozvoji přírodních věd a pokrokům v chemii, mikrobiologii a epidemiologii mohli být poprvé identifikováni konkrétní původci „vodních nemocí“, se naše poznání o vztazích mezi kvalitou vody a vznikem určitých chorob mnohonásobně prohloubilo a rozšířilo a také v praktické oblasti zabezpečení nezávadné pitné vody bylo během 20. století dosaženo neuvěřitelného pokroku.

Tento pokrok se však, bohužel, netýká rovnoměrně celého světa. A tak podle zprávy Světové zdravotnické organizace z roku 2004 žije na naší planetě na počátku 21. století stále ještě 1,2 miliardy lidí, kteří nemají přístup k nezávadné pitné vodě - a mikrobiologicky znečištěná voda má za následek několik tisíc úmrtí denně.

I když jde především o problém rozvojové části světa, ušetřena není ani Evropa. V roce 2001 zemřelo v Evropě (včetně Turecka, Izraele a zemí bývalého SSSR) v důsledku špatné kvality pitné vody a nedostatečné likvidace a čištění odpadních vod či fekálií 13,5 tisíce dětí do 14 let.

Hydrobiologický audit (HA)

Koncepce a náplň hydrobiologického auditu (HA) zůstala od návrhu až do současné doby prakticky nezměněna. Je však potřeba ji konfrontovat s požadavky tuzemské i evropské legislativy a provést určité potřebné inovace a doplňky.

HA je hloubkový kontrolní průzkum celé vodárenské soustavy „od zdroje ke spotřebiteli“, založený na mikroskopických rozborech vzorků vody, stěrů úsad, biofilmů a nárostů ze smáčených povrchů vodárenských objektů. Může zahrnovat i jednoduché, mikroskopicky hodnotitelné biotesty.

Čtěte také: Výhody biologických přípravků na odpad

Interpretace výsledků rozborů je založena na bioindikaci mikroskopických nálezů a vyúsťuje v objasnění provozních závad biologického původu a v návrhy nápravných i preventivních opatření.

Po stránce terminologické je třeba HA vymezit oproti obdobnému biologickému auditu, v posledních letech často využívanému při zpracovávání plánů pro zajištění bezpečného zásobování vodou (Water Safety Plans). Biologický audit je v porovnání s HA svým rozsahem širší.

Kromě hydrobiologických (= mikroskopických) ukazatelů zahrnuje i ukazatele mikrobiologické. Vyžaduje proto laboratorní zázemí, vybavené pro sterilní práci, kultivační metody a biochemické analýzy.

Z toho vyplývá, že jednodušší, rychlejší a investičně méně náročný HA bude výhodnější pro orientační screening zdrojů znečištění a eutrofizace ve vodárenských povodích, pro urychlené předběžné hodnocení havarijních situací ve vodárenských soustavách, způsobených lidskou činností nebo živelnými pohromami, a pod.

Tam, kde to bude situace vyžadovat, např. při hrozícím hygienickém riziku, může pak komplexnější biologický audit následovat. Jeho výsledky je možno vyhodnotit podle principů rizikové analýzy.

Čtěte také: Soutěž BiO pro studenty

První část revize metodik HA, zaměřená na vodárenské soustavy s povrchovým zdrojem surové vody, byla přednesena na konferenci VODA Zlín 2013. Byla zdůrazněna nutnost podrobnější terénní rekognoskace všech existujících i potenciálních zdrojů znečištění a eutrofizace v povodí vodárenských nádrží nebo úseků vodárenských toků.

Vzorky vody a nárostů z takto zjištěných lokalit se pak mikroskopicky zpracují a vyhodnotí na principu bioindikace. Metodické postupy pro posuzování účinnosti procesů vodárenské úpravy a pro posuzování možných nežádoucích změn kvality pitné vody při její distribuci jsou zakotveny ve dvou stále využívaných TNV.

Mikroskopické rozbory jsou také důležitou součástí technického doporučení pro hodnocení kvality vody kumulované ve vodojemech. Její nežádoucí oživení pochází většinou ze vzdušné kontaminace.

Do řady vodojemů byla proto instalována filtroventilační zařízení se vzduchovými filtry různých typů. Pro malé a starší vodojemy se doporučuje rounová textilie (rounina), připevněná pod mřížky na otvorech ventilačních zařízení.

Bližší údaje a různé provozní zkušenosti byly již několikrát publikovány. Metodika hodnocení vzorků exponované rounové textilie byla v novelizované verzi uvedena v citované první části revize. Jedná se o postupy hodnocení suchých a zvlhčených vzorků rouniny a o jednoduchý kultivační biotest, simulující možnost sekundárního pomnožení mikroorganismů ze vzdušné kontaminace v rozvodné síti.

Čtěte také: Biologické metody v monitoringu ovzduší

Na konferenci PITNÁ VODA 2012 v Táboře přednesli P.Pumann a F.Kožíšek velmi podnětný příspěvek, zabývající se možnými vlivy povrchových vod na vodárensky využívané zdroje podzemních vod se závažnými hygienickými důsledky. Řada zde diskutovaných problémů již byla řešena a více či méně úspěšně zvládnuta již v průběhu 60. - 90-tých let uplynulého století na několika vodárenských soustavách, využívajících k úpravě podzemní a infiltrovanou vodu z pramenišť v povodí Moravy.

Pomocí hydrobiologického průzkumu (tehdy ještě nenazývaného HA) bylo např. zjištěno, že vodohospodáři oblíbené „stálé a vydatné“ vrty byly v důsledku puklin v geologickém podloží trvale dotovány nedostatečně infiltrovanou a znečištěnou říční vodou.

Hygienicky riskantní situace nastávala vždy v době tehdy ještě fungujících kampaní cukrovarnického a škrobárenského průmyslu. Četné další případy ovlivnění podzemních vod oživenou povrchovou vodou nebo dokonce průsaky odpadních vod byly pomocí mikroskopických rozborů vody a nárostů odhaleny při terénních průzkumech, prováděných v rámci diplomových prací studenty specializace technologie vody na VŠCHT v Praze.

Při řešení výzkumného úkolu VÚV ve spolupráci s VŠCHT byla opět potvrzena již dříve známá skutečnost, že vodohospodáři dobře míněné „posilování“ vydatnosti objektů břehové infiltrace přívody říční vody otevřenými příkopy do blízkosti vrtů (tzv.

Prvoci jako indikátory znečištění

Ve všech výše uvedených případech byla kontaminace jímané podzemní vody prokázána nálezy indikátorů přítomnosti snadno rozložitelného organického substrátu v prostředí. Byly to vláknité baktérie a mikromycety v nárostech a ve vodě prvoci, potravně závislí na částicích rozkládající se organické hmoty a na volně žijících baktériích (viz několik příkladů těchto indikátorů na přiložených mikrofotografiích).

Další technologické a hygienické závady biologického původu se mohou vyskytnout při úpravě podzemních vod v objektech, používaných k jejich odmanganování a odkyselování. Nejčastěji to bývá zarůstání a ucpávání potrubí, filtrů a jiných zařízení se zúženým profilem, sníženým průtokem apod. železitými a manganovými baktériemi.

Tyto organismy jsou v podzemních vodách běžné a jejich nálezy neindikují kontaminaci. Je však třeba jejich výskyt a množství pravidelně sledovat a při nápadném zvýšení neodkladně provést důkladné mechanické čištění a vhodný dezinfekční zásah pokud možno na lokalitách ještě mimo vlastní úpravnu.

Dojde-li již ke kalamitní situaci přímo v provozu úpravny, jsou již nápravná opatření podstatně složitější a je nutno kromě dokonalého vyčištění zarostlých objektů provést i změny v technologických procesech úpravy vody.

V uplynulém desetiletí bylo opakovaně zjišťováno zhoršení kvality jímané podzemní vody při její aeraci za účelem odstranění radonu. V provozním objektu malého vodovodu bylo pomocí nainstalovaného vzorku rounové textilie prokázáno, že odradonovací věž zde fungovala jako pračka vzduchu a do původně zcela nezávadné podzemní vody vnášela nežádoucí složky vzdušné kontaminace, jako jsou různé rostlinné a živočišné zbytky, pylová zrna rostlin aj.

Biotestem bylo potvrzeno, že pylová zrna představují živný substrát a že mohou v rozvodné síti, zejména ve vodojemech, vyvolat sekundární pomnožení baktérií. Vhodnou dobu expozice rouniny na příhodném místě aeračního zařízení je třeba zvolit na základě výsledků předběžného orientačního pokusu.

Bývá to většinou dva až čtyři týdny podle ročního období, charakteru okolního prostředí a lokality nasávání venkovního vzduchu. : provede se fotodokumentace, která poskytne celkový obraz o odlučovací účinnosti rouniny.

Je proto vhodnější použít rouninu světlé barvy - nejlepší je nebarvený režný materiál. Tento postup ukáže i záchyt létajícího hmyzu, jeho zbytků a jiných velkých částic rostlinného či antropogenního původu.

: zvlhčení vzorku se provede na místě odběru vodou ze zkoumané lokality v plastové dóze, určené k transportu. V laboratoři pak následuje přímé pozorování části zvlhčené rouniny na Petriho misce preparačním mikroskopem a determinace hrubých částic.

Z většího vzorku vlhké rouniny se odebere stěr pinzetou do malého množství odstáté vodovodní vody. Destilovanou vodu nelze použít, protože působí osmotický šok u prvoků, jejichž vzhled se tak může změnit k nepoznání. Při nedostatku materiálu pro přímý odběr na podložní sklíčko se připraví centrifugát.

: je založen na principu simulace poměrů při delší době zdržení vody ve vodojemu nebo při její stagnaci v koncovkách větevné rozvodné sítě. Vzorky rouniny o rozměrech 2x2 cm se zalijí 50 ml odstáté vodovodní vody v Petriho miskách o průměru 8 cm a výšce 1,5 cm.

Kultivace probíhá ve tmě v termostatu při teplotě 10± 2 oC po dobu 1 týdne (7 dnů), případně déle podle poměrů na dané lokalitě. Zpracování je obdobné jako při hodnocení jednorázově exponované rouniny. Při rozboru je třeba se zvláště zaměřit na volné baktérie, jejich kolonie a hyfy mikromycet na rostlinných a živočišných zbytcích.

Postupné líhnutí pohyblivých prvoků z cyst, červů a jiných vodních bezobratlých živočichů z vajíček je vhodné pozorovat při prodloužené nebo opakované kultivaci vzorků (vzorky rouniny proto po odebrání prvních vzorků pro mikroskopický rozbor nelikvidujeme).

Příspěvek představuje druhou část revize metodických postupů, osvědčených v průběhu více než deseti let při provádění HA vodárenských soustav na povrchových i podzemních zdrojích surové vody. Rychle dosažitelné, instruktivní výsledky HA odhalují příčiny různých technologických a hygienických závad biologického původu v celé soustavě „od zdroje ke spotřebiteli“.

HA, založený na mikroskopických rozborech, se proto velmi hodí pro prvotní screening a jako předstupeň pro širší biologický audit, zahrnující i ukazatele mikrobiologické.

Příklady z praxe

V ČR bylo v období let 1995 až 2000 evidováno 18 epidemií* z pitné vody, s celkovým počtem 1123 hlášených onemocnění. Podle původce onemocnění se ve 4 případech jednalo o virovou hepatitidu A (celkem 255 onemocnění), ve 3 případech o bacilární úplavici (v jednom případě kombinovanou se salmonelózou; celkem 29 onemocnění), ve 2 případech o salmonelózu (45 onemocnění), v 1 případě o tularémii (48 onemocnění) a v 8 případech o akutní gastroenteritis pravděpodobně infekčního původu, ale bez přesného určení infekčního agens (celkem 747 onemocnění).

Patogeny v pitné vodě

Původci nemocí mohou být u pitné vody povahy biologické, chemické nebo radiologické.

• Vibrio cholerae je bakterie způsobující choleru, životu nebezpečné onemocnění, které se projevuje těžkými vodnatými až krvavými průjmy. Ročně se ve světě vyskytne okolo jedné miliardy případů cholery a více než tři miliony úmrtí, především v Asii, Africe a Jižní Americe.
• Salmonella enterica typhi je bakterie způsobující břišní tyfus - nemoc, která ještě před sto lety byla nejčastější příčinou vodních epidemií v průmyslově rozvinutých zemích.
• Salmonella typhimurium a další druhy vyvolávají salmonelózy - akutní průjmovitá onemocnění s krátkou inkubační dobou (8-10 hodin). Typické jsou explozivní epidemie, při nichž v rozmezí několika hodin onemocní většina osob exponovaných nákaze.
• Shigella dysenteriae, S. flexneri a S. sonnei jsou bakterie způsobující bacilární úplavici, vážné a vysoce nakažlivé průjmové horečnaté onemocnění charakterizované až krvavými průjmy, k jehož vzniku stačí velmi nízká infekční dávka.
• Escherichia coli je bakterie, která žije ve velkých počtech ve střevech lidí a zvířat a je ve většině případů zcela neškodná. Existují však i patogenní kmeny (např. Escherichia coli O157:H7), které byly příčinou řady epidemií z pitné vody (viz příklady z Walkertonu nebo Caboolu) s velmi vážnými následky. U lidí se kromě krvavých průjmů může vyvinout (ve 2 - 7 % případů) i hemolyticko-uremický syndrom, který bývá často smrtelný.
• Viry hepatitidy A, E a F jsou skupiny virů způsobující zánětlivé onemocnění jater a přenášené fekálně-orální cestou.
• Rotaviry jsou hlavní virovou příčinou těžkých horečnatých průjmů u kojenců a malých dětí v rozvinutých i rozvojových zemích. Byly objeveny teprve na počátku 70. let dvacátého století. Vzhledem k obtížné diagnostice se rotavirové infekce dostávají do statistik nejčastěji jako „akutní infekční záněty trávicího traktu bez zjistitelného původce“.
• Cryptosporidium je prvok, jehož odolné vývojové stadium (tzv. oocysta) se poměrně často vyskytuje v povrchových vodách a bez důkladné filtrace vody může pronikat i do pitné vody, neboť používaná chemická dezinfekce je proti oocystám cryptosporidií zcela neúčinná. Způsobuje průjmovité onemocnění zvané kryptosporidióza a ve Velké Británii a v USA je dnes nejčastější příčinou epidemií z vody jak pitné, tak rekreační.
• Giardia intestinalis neboli lamblie lidská je prvok (bičíkovec) s podobnou problematikou jako výše zmíněné Cryptosporidium.
• Legionela je bakterie způsobující nemoc legionelózu, která může mít dvě klinické formy: tzv. legionářskou nemoc, která se projevuje těžkým zápalem plic, nebo tzv. pontiackou horečku, což je mírnější horečnaté onemocnění. Byla objevena až v roce 1976 díky záhadné epidemii v USA, která postihla účastníky sjezdu legionářů (odtud název) a která měla původ v hotelové klimatizaci masivně kontaminované legionelou. Legionela se vyskytuje běžně ve vodách, ale v teplé vodě nebo klimatizačních jednotkách se může pomnožit do velmi vysokých počtů. Cesta přenosu infekce je především inhalační a spočívá ve vdechnutí infikovaného aerosolu (kapének) například při sprchování, ve vířivých koupelích nebo v klimatizovaných prostorách.

Opatření a legislativa

Všechny nemoci způsobené výše uvedenými patogeny mohou probíhat pod různým klinickým obrazem - od lehkého průběhu, kdy si organismus poradí sám bez léčby, až po život ohrožující nebo smrtelné onemocnění. Zvláště ohroženi jsou citliví jedinci - malé děti a staré osoby, které při průjmovém onemocnění ztratí více tekutin než jsou schopny přijmout, a také osoby s poruchami imunity, jako je AIDS, některé druhy rakoviny, choroby krve, léčba potlačující imunitu apod.

Cesta, kudy může infekční zárodek vstoupit do organismu a způsobit nákazu, není jen zažívací trakt. U některých bakterií a prvoků je cesta skrze dýchací cesty nebo kožní oděrky a poranění významnější nebo vůbec rozhodující pro vznik infekce.

Jedním z mimořádných opatřeních při epidemii nebo nebezpečí jejího vzniku může být i zákaz nebo omezení výroby, úpravy, dopravy a jiného nakládání s pitnou vodou, jakož i zákaz používání vod ze studní, pramenů, vodních nádrží, rybníků, potoků a řek. Zákaz vydá orgán ochrany veřejného zdraví (viz § 69 odst. 1, písm. c) zákona na ochranu veřejného zdraví č. 258/2000 Sb. v platném znění). Tato opatření jsou ale až následná a jejich účelem je zabránit dalšímu šíření nákazy.

Druhou (multi)bariérou je použití takové technologie úpravy vody, která odpovídá kvalitě surové vody. Např. jedná-li se o povrchovou vodu nebo o podzemní vodu pod vlivem povrchové vody, je nezbytná filtrace, která (spolu s koagulací) bývá nejefektivnějším dezinfekčním prvkem v průběhu úpravy, protože zachytí nejen většinu bakterií a virů, ale i prvoky a jejich odolná stádia, na které nemá používaná chemická dezinfekce téměř žádný vliv.

Požadavky na kvalitu vody jsou upraveny vyhláškou č. 252/2004 Sb. Při ověřování mikrobiologické nezávadnosti vody se nehledají bakterie či viry způsobující známá onemocnění přenášená vodou, jako je tyfus, infekční zánět jater, průjmová onemocnění virového původu apod. Bylo by to technicky, časově i finančně neúnosné.

Proto se všude ve světě používá metoda tzv. indikátorů fekálního znečištění, při které se hledají bakterie žijící ve střevním traktu člověka a teplokrevných živočichů (Escherichia coli, enterokoky, Clostridium perfringens). Pokud se ve vodě najdou některé z těchto bakterií, je voda podezřelá (tento přístup by se dal označit jako „presumpce viny“), že přišla do kontaktu s lidskými nebo zvířecími výkaly či zbytky živočichů a že může obsahovat patogenní bakterie a viry, které nejčastěji pocházejí právě ze střevního traktu.

Aby mohla být voda považována za nezávadnou, nesmí obsahovat žádnou z uvedených bakterií ve stanoveném objemu vody, který se vyšetřuje (100 ml). Stanovení heterotrofních bakterií jako počtů kolonií při teplotách 22 a 36 °C patří k historicky prvním vyšetřovaným mikrobiologickým ukazatelům jakosti vody (dříve byly nazývány psychrofilní a mesofilní bakterie).

Jedná se o bakterie, které jsou přirozeně přítomné ve vodním prostředí a ve vodě se běžně za vhodných podmínek rozmnožují.

Kritéria pro pitnou vodu

Voda, která je určená k pití a je považována za pitnou vodu, musí splňovat požadované kritéria fyzikální, chemické, mikrobiologické, biologické a organoleptické.

• Zákon č. 258/2000 Sb. Zákon o ochraně veřejného zdraví a o změně některých souvisejících zákonů
• Zákon č. 164/2001 Sb. Zákon o přírodních léčivých zdrojích, zdrojích přírodních minerálních vod, přírodních léčebných lázních a lázeňských místech a o změně některých souvisejících zákonů (lázeňský zákon)
• Vyhláška č. 252/2004 Sb. Vyhláška, kterou se stanoví hygienické požadavky na pitnou a teplou vodu a četnost a rozsah kontroly pitné vody, ve znění pozdějších předpisů

Mikrobiologické a biologické ukazatele pitné vody a jejich hygienické limity

KTJ (kolonie tvořící jednotka) NMH (nejvyšší mezní hodnota) MH (mezní hodnota) DH (doporučená hodnota)

Indikátory znečištění

Mezi indikátory znečištění patří:

• Koliformní bakterie:Slouží jako indikátor obecného bakteriálního znečištění. Při jejich nálezu se rapidně zvyšuje pravděpodobnost žaludečních a střevních problémů.
• Escherichia coli:Escherichia coli a její kmeny jsou běžnou součástí gastrointestinálního traktu, především sliznice tlustého střeva člověka i všech savců.
• Enterokoky:Enterokoky jsou grampozitivní kokovité bakterie, které patří díky svým vlastnostem mezi poměrně široce rozšířené mikroorganismy.
• Počty kolonií při 22ºC:Představují indikátor obecné kontaminace.
• Počty kolonií při 36ºC:Jedná se o indikátor obecného znečištění, stejně jako v případě předchozího ukazatele bakterií.
• Staphylococus aureus:Též nazývaný jako zlatý stafylokok je grampozitivní bakterie patřící do rodu stafylokoků.
• Pseudomonas aeruginosa:Pseudomonas aeruginosa patří mezi gram negativní, aerobní, pohyblivé, nefermentující bakterie.
• Clostridium perfringens:Clostridium perfringens patří mezi nejběžnější lidské patogeny.
• Legionella:Legionella zahrnuje 40 typů bakterií, znichž je přibližně 20 velmi nebezpečných.

tags: #biologické #indikátory #znečištění #pitné #vody #prvoci

Oblíbené příspěvky:

• Recenze a zkušenosti s školou v přírodě
• Kritický stav korálových útesů
• Objevte divokou krásu Šumavy
• České Budějovice: Problémy životního prostředí v Husově ulici
• Legislativa pro sběr odpadu