آلودگی های میکروبی آب آشامیدنی یکی از عوامل اصلی شیوع بیماری یا مرگ و میر ناشی از نوشیدن آب ناسالم در سرتاسر دنیا است. از اینرو توجه به شاخص های سنجش کیفیت آب از منظر میکروبی برای حصول اطمینان از کیفیت آب برای شرب ضروری است.
*
آلودگی های میکروبی آب آشامیدنی معمولاً ناشی آلودگی منابع آب شرب با فضولاب انسانی یا حیوانی است. اگرچه مطالعات نشان می دهند که منابع آلاینده دیگری نیز قابلیت آلوده کردن آب آشامیدنی را دارند. شیوع بیماری ها با منشا آب(Waterborne Diseases) مرتبط با فرایندهای نامناسب تصفیه منابع آبی و توزیع آب آشامیدنی است. به طور مثال، در سیستم های توزیع نشتی اتصالات، آلودگی در مخازن ذخیره، فشار کم آب آشامیدنی و عرضه منقطع در ورود و رشد آلودگي هاي میکروبی موثر است.
در صورتی که یک سیستم مدیریت یکپارچه، آب آشامیدنی را از مراحل اولیه تأمین تا رسیدن به دست مصرف کنندگان لحظه به لحظه پایش و کنترل نماید، ورود آلودگی های میکروبی به آب آشامیدنی قابل پیشگیری است..
شایع ترین و متداول ترین بیماری هایی که در اثر مصرف آب آشامیدنی انسان را درگیر می کنند، توسط باکتری های بیماریزا، ویروسها و انگل ها (پروتوزوا و کرم ها) ایجاد می شوند. آنچه که توجه به آلودگی های میکروبی را بیشتر با اهمیت می کند، پتانسیل ایجاد مرگ و میر آب آلوده به این میکروارگانیسم ها در جوامع توسعه نیافته است.
*
آلودگی میکروبی آب آشامیدنی
میکروب های بیماری زای موجود در آب آشامیدنی ویژگی های مختلفی دارند که تشخیص و تمیز آن ها از دیگر آلودگی های آبهای آشامیدنی، رویکرد سیستم های تصفیه را برای مقابله با آنها تعیین می نماید. با برخی از واقعیت های مربوط به آلودگی های آبهای آشامیدنی آشنا شویم:
- میکروب های بیماریزا(Pathogens) می توانند تاثیرات بحرانی و شدیدی بر سلامتی بگذارند.
- برخی میکروب های بیماریزا قابلیت رشد در طبیعت دارند.
- میکروب های بیماریزا چند ساختاری هستند.
- میکروب های بیماریزا اغلب به مواد جامد معلق موجود در آب آشامیدنی می چسبند؛ غلظت این میکروبها در طول زمان تغییر می کند، به همین دلیل احتمال پیشبینی تعیین مقدار مشخصی ماده ضدعفونی کننده براساس میانگین غلظت آن ها در آب آشامیدنی دشوار است.
- بیمار شدن در اثر تماس با میکروب های بیماریزا بستگی به مقدار، تهاجم و قدرت بیماریزایی آن میکروب دارد. همچنین قدرت سیستم ایمنی بدن شخص نیز بسیار در این امر تاثیرگذار است.
- تعداد مشخصی از میکروب های بیماریزا توانایی تکثیر در غذا، نوشیدنی ها یا سیستم های آب گرم را دارند که باعث افزایش احتمال بیماری زایی می شود.
آلودگی های میکروبی آب آشامیدنی در صورت ورود به بدن انسان از خود تاثیرات مخربی مانند عفونت، آسیب به اعضای داخلی و حتی گاهی بیماری های پوستی بر جای
می گذارند. در ادامه با انواع میکروب های بیماریزا آشنا می شویم.
*
پاتوژن های آبزی(Waterborne Pathogens)
پاتوژن های میکروبی اولین خطر احتمالی آب شرب برای سلامت انسان ها هستند که مقادیر متفاوت آن ها ممکن است در آب آشامیدنی وجود داشته باشد. پاتوژن های میکروبی یکی از دلایل اصلی مرگ در کشورهای فقیر و برخی کشورهای درحال توسعه می باشند. به عنوان مثال بیماری های کشنده نظیر وبا، اسهال و تب تیفویید بیماری هایی هستند که به وسیله آنها پاتوژن های میکروبی تعداد زیادی از انسانها را به کام مرگ کشانده اند.
*
باکتری های بیماری زا
باکتری ها حساس ترین گروه میکروبه ای بیماریزا نسبت به فرایند ضدعفونی هستند؛ باکتری های بیماریزا عموماً به دو گروه باکتریهای گوارشی(Enteric Bacteria) و باکتری های آزاد(Free-living Bacteria) تقسیم می شوند.
*
باکتری های گوارشی: باکتری های بیماریزای انسانی که می توانند از طریق مصرف آب آشامیدنی آلوده منتقل شده و قابلیت ایجاد بیماری های خطرناک را دارند. این باکتری ها ابتدا از طریق مدفوع انسانی یا حیوانی وارد منابع آبی شده و سپس به تدریج قابلیت زیست پذیری و توانایی ایجاد عفونت خویش را از دست می دهند. سرعت محو شدن بسته به نوع باکتری ها متفاوت است؛ معمولا به صورت نمایی است، و پس از دوره ی مشخصی یک میکروب بیماریزا غیر قابل شناسایی می شود.
رایجترین میکروب های بیماریزای یافت شده در آب آشامیدنی آن هایی هستند که به شدت مسری یا بسیار مقاوم نسبت به از بین رفتن در خارج از بدن می باشند. میکروب های بیماریزا با مقاومت پایین(آنهایی که خارج از بدن میزبان زیاد زنده نمی مانند) باید سریع یک میزبان یافته و به احتمال زیاد از طریق تماس شخص به شخص یا عدم رعایت نظافت شخصی یا مواد غذایی آلوده منتقل می شوند. اگر آب آشامیدنی آلوده به مدفوع باشد، احتمال پخش سریع و گسترده ی این نوع باکتری ها در آن بسیار قوی است. سالمونلا، شیگلا، ویبریو کلرا، یرسینیا انتروکولیتیکا، کامپیلوباکتر ژژونی و کامپیلوباکترکلی من جمله این باکتری ها می باشند.
*
باکتری های بیماریزای آزاد: برخی باکتری ها به طور طبیعی در طبیعت یافت شده و ممکن است به صورت فرصت طلبانه عامل بیماری زایی در انسان ها شوند. اشخاص مبتلا به نقص سیستم ایمنی، بیشتر در معرض خطر این نوع باکتری ها قرار دارند. سالمندان، نوزادان، افراد دارای سوختگی، افرادی که اخیراً تحت عمل جراحی قرار گرفته یا از جراحت سنگینی رنج می برند از این دسته اشخاص می باشند. اگر چنین اشخاصی آب آشامیدنی آلوده به این باکتری های فرصت طلب را جهت مصارفی چون نوشیدن یا حمام کردن استفاده کنند، بعضی اوقات منجر به تولید عفونت در پوست یا در بافت های غشایی چشم، گوش، بینی و گلو می شود. از باکتری های فرصت طلب شناخته شده میتوان به ودوموناس آئروژینوزا، گونه های کلبسیلا و آئروموناس، و اقسام خاص میسوباکتری های کند رشدکننده اشاره کرد. بیماری لژیونر که به طور متداول توسط باکتری آزاد لژیونلا پنوموفیلا ایجاد می شود، بیماری بسیار خطرناکی است که در نتیجه نوشیدن آب آشامیدنی آلوده به باکتری مذکور در مصرف کننده پدیدار می گردد. این میکروارگانسیم های بیماریزا عموماً به دلیل شرایط دمایی مناسب(مانند گرم بودن محیط) و حضور مواد مغذی، جهت تغذیه از آنها، در ذخایر آبی رشد و تکثیر می کنند.
کامپیلوباکتر یکی از مهمترین دلایل اسهال در سراسر جهان است. بیماری ناشی از این باکتری بسیار شایع و دارای نشانه های بسیاری است؛ اما احتمال مرگ بسیار کم است. احتمال بیمار شدن از طریق سرایت باکتری اشریشیا کلی O157 و دیگر گونههای اشریشیا کلی بسیار کمتر از بیمار شدن توسط کامپیلوباکتر می باشد؛ اما نشانه های سرایت باکتری اشریشیا کلی(مانند سندرم همولیتیک اورمیک و مرگ) بسیار شدید هستند. شیگلا سالانه ۲ میلیون نفر را آلوده می کند، که به طور عمده شامل مرگ ۶۰ هزار نفر در کشورهای در حال توسعه می باشد. همچنین می بایست خاطر نشان کرد که نوع خاصی از باکتری سالمونلا مسبب بیماری تیفویید می باشد.
*
پروتوزوا(تک یاختگان)
اکثر قریب به اتفاق پروتوزوا های موجود در آب موجودات زنده ی آبزی هستند که هیچ خطری برای سلامت انسان ندارند. پروتوزوا ها عموماً از دیگر میکروارگانسیم ها مانند باکتری، سیانوباکتری یا جلبک تغذیه می کنند. فراوان ترین تنوع تک یاختگان در آب های سطحی رو باز، همچون منابع ذخیره آب آشامیدنی، یافت می گردند. اما برخی از گونههای دیگر در لولههای توزیع آب آشامیدنی تجمع می یابند.
تک یاختگانی که در آب آشامیدنی یافت شده و امکان داشتن تاثیر منفی بر سلامت انسان را داشته باشند در دو گروه قرار می گیرند:
- پروتوزوا گوارشی که به طور گسترده به عنوان انگل در روده ی انسان ها و دیگر پستانداران یافت می شود.
- ارگانیسم های آزاد(free-living organisms) که میکروبهای بیماریزای فرصتطلب در انسان ها هستند و عامل بیماری های حاد مغزی و چشم هستند.
متأسفانه هر دو گروه معرفی شده امکان بیماریزایی دارند؛ ولی استراتژی های کنترل و فرایندهای تصفیه آنها باید بر اساس بیولوژی هر گونه به طور مجزا تعیین می گردد.
*
پروتوزوا گوارشی: همانند باکتری ها و ویروس های گوارشی، پروتوزوای گوارشی نیز ممکن است از طریق آلودگی مستقیم یا غیر مستقیم به مدفوع انسانی یا حیوانی در آب یافت شود. انتقال از طریق آب آشامیدنی یکی از چندین مکانیسم های تکمیل سیکل مدفوع-دهانی این ارگانیسم هاست. پروتوزوای گوارشی به صورت کیست های عفونی نهفته در آب آشامیدنی پدیدار می گردند؛ این کیست ها نرخ مرگ و میر طبیعی دارند که براساس دما و نور فرابنفش تابشی تعیین می گردد. کیست های پروتوزوایی عموما برخلاف اغلب باکتری ها و ویروس ها، در برابر فرایند تصفیه و گندزدایی مقاوم می باشند. گونه های کریپتوزپوریدیوم و ژیاردیا مهم ترین پروتوزوای گوارشی آلاینده آب هستند.
*
پروتوزوا آزاد: در برخی از کشورها آمیب های آزاد، نگلیریا و Acanthamoeba مسئول ایجاد بیماری های عفونی در مردم بوده اند. سرایت سریع در نتیجه رخدادهایی همچون تماس در هنگام حمام تفریحی در منابع آبی رو باز یا مصارف خانگی از آب بجز نوشیدن می باشد. ذخایر عمومی آب می توانند استخرها را آلوده کنند. حضور این ارگانیسم ها ارتباطی با آلودگی توسط مدفوع نداشته و اکولوژی آنها در محیط های آبی بسیار پیچیدهتر از اکولوژی پروتوزوای گوارشی است.
عفونت مغزی ایجاد شده توسط نگلیریا فاولری همیشه از طریق مصرف آب همه گیر شده و اگرچه بسیار نادر، ولی معمولا مرگبار است. از آنجایی که آمیب ها در لوله های توزیع آب تجمع می یابند، ضدعفونی کردن منبع آب آشامیدنی معمولاً به اندازهی کافی آنها را کنترل نمی کند، مگر آنکه ماده ضدعفونی کننده در تمام سیستم توزیع پخش گردد.
گونههای Acanthamoeba عامل بیماری های مغزی و چشمی می باشند. این آمیبها متداول ترین آمیب های یافت شده در خاک، آب شیرین و آب دریا بوده و هر دو گونهی نگلیریا و Acanthamoeba از رشد گونههای باکتری لژیونلا حمایت می کنند.
تک یاختگان کمترین تأثیر پذیری را نسبت به فرایند ضدعفونی شیمیایی و گند زدایی دارند. اشعه ی UV بر روی کریپتوزپوریدیوم تاثیرگذار است، اما کریپتوزپوریدیوم در برابر ضدعفونی کنندگان اکسیدکننده، مانند کلر، بسیار مقاوم است. اندازه این گونه میکروارگانیسم ها معتدل است(بزرگتر از دو میکرومتر). این آلاینده ها در بلند مدت به صورت آبزی فعالیت می کنند.
*
ویروس ها
ویروس ها ریزترین عوامل بیماریزا هستند و به همین دلیل جداسازی آنها به وسیلههای فرایندهای فیزیکی مانند فیلتراسیون، بسیار دشوار می باشد. علاوه بر این برخی از ویروس ها تأثیر پذیری کمی نسبت به فرایند ضدعفونی نسبت به باکتری ها و انگل ها دارند(مثلا آدنوویروس که به نور فرابنفش حساسیت کمی دارد).
ویروس ها قابلیت ماندگاری طولانی مدت در آب دارند. همچنین میزان بیماریزایی این میکروارگانیسم ها پایین است. تعداد میزبانان ویروس ها محدود بوده و اکثر آنها تنها در گونههای خاصی از میزبانان زندگی می کنند. بیشتر ویروسهای گوارشی انسان ها توسط حیوانات حمل نمی شوند(به جز چند استثناء همچون نژاد خاص ویروس هپاتیت ای(hepatitis E virus)).
اگرچه ویروس ها نمی توانند خارج بافت های میزبان آلوده تکثیر شوند، اما برخی ویروس های گوارشی قابلیت زندگی در طبیعت را داشته و می توانند به مدت طولانی بیماریزا باقی بمانند. ویروس های گوارشی انسانی به طور گسترده ای در نتیجه آلودگی با فاضلاب و ضایعات انسانی در آب یافت می گردند. تصفیه فاضلاب قدرت کاهش ویروس ها، از ۱۰ تا ۱۰هزار عدد، را بسته به طبیعت و میزان تصفیه دارد؛ اما باید خاطر نشان کرد که فرایند تصفیه قابلیت حذف تمامی ویروس ها را ندارد.
روتاویروس ها، انترو ویروس ها و نورو ویروس ها به عنوان پاتوژن هایی که پتانسیل بیماریزایی دارند شناخته می شوند. روتاویروس ها مهم ترین عامل بیماری های شکمی در کودکان بوده و ممکن است عواقبی همچون بستری شدن و مرگ داشته باشند. اغلب روتاویروس ها به تعداد زیادی از بدن بیماران آلوده دفع گشته و از این رو آب آلوده به این پساب ها ممکن است حاوی غلظت بسیار زیادی از این میکروارگانیسم ها باشد.
*
کرم ها
نماتودهایی که به صورت کرم های بزرگسال یا لارو در آزمایشات میکروسکوپی مخازن آبی مشاهده می شوند عمدتا به گروههای آزاد(free-living) مانند تورباتریکس و رابدیتیس تعلق دارند. این نماتودها مانند تک یاختگان آزاد، از رشد دیگر میکروارگانیسم ها حمایت می کنند. مطابق استاندارهای آب آَشامیدنی کرم های گوارشی بیماریزا نباید در آب آشامیدنی حضور داشته باشند.
*
سیانوباکتری ها
این گونه میکروارگانیسم ها باکتری هستند، اما به آنها جلبکهای آبی-سبز نیز می گویند زیرا شباهت بسیاری به جلبکهای سبز در ریخت شناسی، محل سکونت و قابلیتهای فتوسنتز دارند. اینگونه باکتریها به صورت سلول های تکی، رشته ها و کلونی ها وجود دارند. قابلیت شناور شدن به این باکتری ها اجازه می دهد که برای جذب نور به سطح آب بیایند. سیانوباکتری ها در تمام آبهای طبیعی زندگی کرده و هنگامی که در مقادیر بسیار زیادی(شکوفایی) در آب حضور داشته باشند، مشکل زا می شوند. سلولها زمانی می توانند به سطح آب بیایند که دما بسیار بالا(مثلا روزهای طولانی آفتابی)، مقادیر زیاد مواد مغذی گیاهی در آب، جریان های کند، و شرایط آرام موجود باشند.
این باکتری ها سم های درون یاخته ای تولید کرده که سبب نگرانی از حضور آنها در آب آشامیدنی می شود. سه نوع اصلی از این سم ها به شرح ذیل است:
- هپاتوتاکسین ها: با قابلیت آسیب به سلول های کبد
- نوروتاکسین ها: با قابلیت آسیب به سلولهای عصبی
- سیلیندروسپرموسفین: با قابلیت آسیب به کبد، کلیه، سیستم گوارش و رگهای خونی
مرگ هیچ انسانی از مصرف سم های سیانوباکتری ها گزارش نشده است اما در اثر نوشیدن آب آشامیدنی حاوی گونههای این سم ها بیماری التهاب معدهای رودهای گزارش شده است. در اثر مصرف طولانی مدت این سم ها مشکلات حادتری رخ خواهد داد. مرگ بر اثر حضور میکروسیستین در آب مورد استفاده فرایند دیالیز در شهر کاراروی برزیل گزارش شده است.
*
میکروارگانیسم های آزاردهنده آب آشامیدنی(Nuisance organisms)
ارگانیسم های آزاردهنده شامل مجموعه متنوع مورفولوژیکی و فیزیولوژیکی از ارگانیسم ها می باشد. این مجموعه شامل:
- باکتریهای پروکاریوتی مانند پلانکتونها و سیانوباکتریهای بنتیک(جلبک سبز-آبی)
- باکتریهای آهن، منگنز و سولفور
- قارچ ها و actinomycetes
- ارگانیسمهای یوکاریوتی مانند جلبک ها، تک یاختگان و سختپوستان
اگرچه میکروارگانیسم های آزار دهنده قابلیت بیماری زایی بسیار پایینی دارند، ولی رشد آنها در منابع آبی، آثار تبعی و آزاد دهنده ای دارد. مشکل زمانی ایجاد می شود که شرایط آب های منبع، مخازن یا سیستم های توزیع از رشد ارگانیسم آزاردهنده خاص یا گروهی از ارگانیسم های آزاردهنده حمایت کنند. به طور مثال، مقادیر بیش از حد مواد آلی سبب رشد باکتری ها و قارچ ها می گردد و همین رویداد مسبب افزایش جمعیت تک یاختگان و سختپوستان در آن منطقه خواهد شد. بسیاری از جانداران بی مهره قابلیت تغذیه از باکتری ها، قارچ ها و تک یاختگان را دارند.
آب تصفیه نشده معمولا حاوی مقدار کافی ارگانیسم های آزاردهنده برای ایجاد مشکلات نمی باشد، اما فرایند تصفیه آب ممکن است به رشد این جانداران زنده کمک کند.
ارگانیسم های آزاردهنده معمولا بر روی سطح فیلترها و داخل بستر فیلترها، و سطوح مخازن آب تجمع یافته و از خود ترکیبات سلولی رها می کنند. فیلترهای کربنی، پس از مدتی، حاوی مقادیر زیادی مواد آلی خواهند بود؛ تجمع این میکروارگانیسم ها ممکن است که بر روی مزه، بو و کدورت آب تأثیر منفی بگذارد و بستری برای رشد باکتری ها شود.
انواع مشکلاتی که این نوع ارگانیسم ها در آب آشامیدنی ایجاد خواهند کرد شامل:
- ایجاد طعم و بوی نامطبوع( مسبب: جلبک ها، سیانوباکتری ها، باکتری ها و برخی تک یاختگان)
- ایجاد رنگ نامناسب( مسبب: برخی جلبک ها، سیانوباکتری ها و باکتری ها)
- ایجاد رسوب( مسبب: باکتری ها، قارچ ها و به ندرت تک یاختگان که اکسیدکنندهی آهن و منگنز هستند)
- مشكلات خوردگي ( مسبب: باکتری های سولفور و آهن)
- مشکلات در حین آزمایشات کیفیت آب( مسبب: تعداد بسیار باکتریهای هتروتروپیک مانند آئروموناس)
- مشکلات ایجاد شده توسط بیمهرگان(مسبب: اسفنج های phylum Porifera، کیسهتنان، خزهزیان، دوکفهایها، حلزون ها)
*
روش های تصفیه
فرایندهای متفاوتی برای زدودن آلودگی های میکروبی و گندزدایی از آب آشامیدنی وجود دارند که برخی از این فرایندها و میکروب های بیماریزایی که توسط آنها زدوده می شوند، در جدول زیر معرفی شده اند:
بخش | فرایند تصفیه | گروه پاتوژن گوارشی |
---|---|---|
پیشتصفیه | فیلتراسیون اولیه | باکتریها |
پیشتصفیه | مخازن ذخیره | باکتریها، تک یاختگان |
پیشتصفیه | زلال سازی سنتی | ویروسها، باکتریها، تک یاختگان |
منعقدسازی، لخته سازی و تهنشینی | زلال سازی بسیار با کیفیت | تک یاختگان |
منعقدسازی، لخته سازی و تهنشینی | شناورسازی | تک یاختگان |
منعقدسازی، لخته سازی و تهنشینی | استفاده از آهک | ویروس ها، باکتریها، تک یاختگان |
فیلتراسیون | فیلتراسیون با گرانول | ویروسها، باکتریها، تک یاختگان |
فیلتراسیون | فیلتراسیون شن آرام | ویروسها، باکتریها، تک یاختگان |
فیلتراسیون | Precoat filtration | ویروسها، باکتریها، تک یاختگان |
فیلتراسیون | فیلتراسیون غشایی(میکروفیلتراسیون، اولترافیلتراسیون، نانوفیلتراسیون، اسمز معکوس) | ویروسها، باکتریها، تک یاختگان |
ضدعفونی اولیه | کلر | ویروسها، باکتریها، تک یاختگان |
ضدعفونی اولیه | کلر دی اکسید | ویروسها، باکتریها، تک یاختگان |
ضدعفونی اولیه | اوزون | ویروسها، باکتریها، تک یاختگان |
ضدعفونی اولیه | پرتوی فرابنفش | ویروسها، باکتریها، تک یاختگان |
*
شرکت مهندسی فران طراح و سازنده آب شیرین کن های صنعتی و دستگاه های تصفیه آب صنعتی، دستگاه ضد عفونی آب را با هدف گند زدایی و مناسب سازی آب برای مصارف شرب پیشنهاد می کند.
Prepared By: Negin Shahinejad