ODDYCHANIE WEWNĄTRZ POKARMOWE PROKARIOTÓW

Oddychanie to proces wytwarzanie energii, bakterie oddychają zarówno beztlenowo, jak tlenowo. Jednym z procesów oddychania beztlenowego jest tzw. fermentacja, która zachodzi bezpośrednio w cytoplazmie bakteri zwanych anaerobami i polega na rozkładzie cukrów. Wydziela się wówczas energia, a końcowym produktem tego rozkładu może być kwas mlekowy, etanol, kwas octowy a także inne związki.

Fermentacja jest jednak procesem mało wydajnym pod względem energetycznym. Dlatego z chwilą pojawienia się cząsteczkowego środowisku tlenu cząsteczkowego niektóre bakterie (zwane aerobami) zaczęły go używać do całkowitego utleniania cukrów do dwutlenku węgla, wody i powstają wówczas znacznie większe ilości energii.

ROZMNAŻANIE PROKARIOTÓW

Wszystkie bakterie mają jedną cząsteczkę DNA, będącą pojedynczym zestawem genów. Takie organizmy, nazywamy haploidalnymi. Prokarioty rozmnażają się jedynie w sposób bezpłciowy przez podział komórki lub rzadziej fragmentacje kolonii. Genofor (łańcuch DNA) nie tworzy klasycznego chromosomu, mino to podział bakterii polega na podwojeniu cząsteczki DNA i podzieleniu cytoplazmy mniej więcej na połowę. Taki sposób jest stosunkowo prosty - nazwany został podziałem bezpośrednim lub amitozą. Kolejne podziały w sprzyjających warunkach mogą zachodzić nawet co kilkanaście minut.

KONIUGACJA PROKARIOTÓW

Bakterie nie rozmnażają się płciowo. Jednak u niektórych zaobserwowano proces wymiany materiału genetycznego pomiędzy osobnikami, nazywany koniugacją. Bakterie łączą się wówczas ze sobą za pomocą fimbrii i wymieniają część materiału genetycznego w postaci plazmidów bądź fragmentów genoforu. Proces ten prowadzi do zwiększenia różnorodności genetycznej bakterii, ale nie doprowadza do zwiększenia ich liczebności.

SYSTEMATYKA PROKARIOTÓW - podstawy klasyfikacji

Jedną z pierwszych metod naukowej klasyfikacji bakterii wprowadził w 1884 roku Hans Gram. Była to tzw. klasyfikacja wg metody Grama. Za pomocą barwienia ustalił on dwie główne grupy bakterii:

- Gramdodatnie (G+) barwiące się na niebiesko,

- Gramujemne (G-) barwiące się na czerwono.

W późniejszych badaniach okazało się że sposób barwienia zależy od budowy ściany komórkowej:

- bakterie G+ mają grubą ścianę mureinową,

- bakterie G- mają ścianę komórkową znacznie cieńszą.

Dzisiejszy system klasyfikacji bakterii opiera się raczej na badaniu podobieństwa kwasu DNA oraz obecności określonych enzymów i szlaków metabolicznych.

PODZIAŁ SYSTEMATYCZNY

Organizmy prokariotyczne dzielimy na:

• Archeowce (inaczej archabakterie, archeany, Archaea), które charakteryzują się specyficzną budową chemiczną błony komórkowej, brakiem mureiny w ścianie komórkowej i odmiennymi właściwościami kwasu RNA. Zamieszkują one środowisko wyjątkowo nieprzyjazne dla innych organizmów - solanki, gorące i kwaśne źródła oraz ścieki.

• Eubakterie (bakterie właściwe, Eubacteria), które dzielą się na wiele linii rozwojowych:

• Sinice (Cyanobacteria), jednokomórkowe lub kolonijne organizmy wodne; są one samożywne, przeprowadzają fotosyntezę za pomocą chlorofilu a, mają też specyficzne barwniki fotosyntetyczne z grupy fikobilin czerwoną fikoerytrynę i niebieską fikocyjanine, które w połączeniu z chlorofilem nadają komórką siną barwę. Sinice potrafią wiązać wolny azot cząsteczkowy przy użyciu heterocyst. Materiałem zapasowym jest tzw. skrobia sinicowa.

• Promieniowce (Actinomycetes) cechują je komórki o grubej ścianie komórkowej, są G+. tworzą rozgałęzione kolonie przypominające strzępki grzybów. Żyją zazwyczaj w glebie, ale zdarzają się wśród nich groźne pasożyty

• Krętki (spirochaetae) bakterie śrubowo skręcone, mające bardzo cienką ścianę komórkową, dzięki czemu mogą się poruszać ruchem wijącym, a także skracać długość komórki; są to organizmy cudzożywne - saprofityczne (odżywiające się martwą materią organiczną) lub pasożyty.

• Proteobakterie (Proteobacteria), najprostsze formy prokariotów, są zarówno G+ i G-. W większości są to formy heterotroficzne, ale spotyka się też chemoautotrofy i fotoautotrofy. Mają zazwyczaj sztywną, mureinową ścianę komórkową, a niektóre zaopatrzone są w rzęski. Zaliczamy tu wszystkie ziarniaki, pałeczki, laseczki, a także przecinkowce i śrubowce.

WYSTĘPOWANIE PROKARIOTÓW

We wszystkich ekosystemach (wodnych i lądowych) wraz z innymi organizmami tworzą one poziom troficzny tzw. destruentów. Są także pożywieniem dla olbrzymiej liczby protistów. Biorą udział w krążeniu materii w ekosystemach oraz pierwiastków w całej biosferze (np. węgla, tlenu, azotu, wodoru, siarki, fosforu i in.)

Niektóre bakterie są symbiotyczne, czyli żyją wewnątrz innych organizmów, przy czym współżycie to jest obustronnie korzystne lub korzystne tylko dla bakterii i obojętne dla organizmu w którym żyją. Część bakterii to organizmy pasożytnicze, które szkodzą swojemu żywicielowi, niszcząc tkanki i wytwarzając substancje toksyczne, wywołując tym samym stany chorobowe.

SYSTEMATYKA INNYCH ORGANIZMÓW

Królestwo: Protisty (Protista) - łączy w sobie glony (Algue),pierwotniaki (Protozoa) i niektóre bardzo prymitywne grzyby.

Typ: Krasnorosty (Rhodophyta)

Typ: Zielenice (Chlorophyta)

stramenopile

Typ: Zlotowiciowce (Chrysophyta)

Typ: Okrzemki (Bacillariophyta)

Typ: Lęgniowce (Oomycota)

Typ: Brunatnice: {Phaeophyta)

Alweolaty

Typ: Tobołki (Dinoflagellata)

Typ: Sporowce (Sporozoa)

Typ: Orzęski (Ciliata)

Erolenozoa

Typ: Klejnotki (Euglenida)

Typ: Świdrowce (Kinetoplastida)

Sarkodowe

Typ: Ameby (Amoebozoa)

Typ: Otwornice {Foraminifera)

Typ: Śluzorośla (Myxomycota)

Typ: Promienionóżki (Actinopoda)

OGÓLNY PODZIAŁ KRÓLESTWA ROŚLIN

W niektórych najnowszych systematykach w celu ujednolicenia nazewnictwa roślin i zwierząt zamiast nazwy gromada w odniesieniu do roślin, używa się też określenia typ. Ja podaję tutaj jednak określenie gromada, które bardziej pasuje do królestwa roślin; Systematyka roślin nie jest jednak do tej pory jednoznaczne.

Królestwo: Rośliny (Plantac)

Gromada/Typ: Ryniofity (+Rhyniophyta)

Gromada: Zosterofilofity (+Zosterophyllophyta)

Gromada: Mszaki (Bryophyta)

Gromada: Glewiki (Anthocerophyta)

Gromada : Widłakowate (Lycophyta)

Gromada: Psylotowe (Psylotophyta Psilotophyta)

Gromada: Trymerofity (+Trimerophyta)

Gromada: Skrzypowe (Sphenophyta)

Gromada: Kladoksylony (+Cladoxyplophyta)

Gromada : Paprociowe (Pterophyta)

nasienne

Gromada :Pranagozalążkowe (+Progymnospermphyta)

Gromada :Nagozalążkowe dorbnolostne (Coniferophyta)

Gromada: Nagozalążkowe wielkolistne (Cycadophyta)

Gromada: Okrytozalążkowe (Magnoliophyta)

PODZIAŁ KRÓLESTWA ZWIERZĄT

Królestwo: Zwierzęta (Animalia)

Typ: Gędki (porifera)

Tkankowce

Typ: Parzydełkowce (Cnidaria)

Typ: Zebropławy (Acnidaria)

protostomia-pierwouste

Typ:Płazińce (platyhelminthes)

Typ: Wrotki (Ratiferia)

Typ: Pierścienice (Annelida)

Typ: Mięczaki (Mollusca)

Typ: Mszywioły (Bryozoa)

Typ: Nicienie (Nematoda)

Typ: Stawonogi (Arthropoda)

deuterostomia - wtórouste

Typ: Szkarłupnie (Echinodermata)

Typ: Strunowce (Chorwata)

Bakterie - drobne organizmy jednokomórkowe, wielkości średnio 1 μm, natomiast formy wydłużone - kilka μm. Mogą przyjmować następujące formy:

• kuliste - od 0,75 μm do 2 μm

• cylindryczne - od 0,7 μm do 8 μm, a szerokość 0,2 μm do 0,5 μm

• spiralne - od 3 μm do 85 μm i szerokości od 0,1 μm do 0,5 μm

Najczęstsze formy:

• kuliste (sferyczne) lub elipsoidalne

• wydłużone (cylindryczne lub pałeczkowate)

• posiadają kształty charakterystyczne np. maczugowate, amebowate, rozwidlone

Bakterie występują pojedynczo lub w charakterystycznych układach.

Mamy następujące kształty komórek bakteryjnych:

• bakterie kuliste to ziarniaki (coccus)

• cylindryczne - pałeczki (bacterium - nie wytwarzają przetrwalników )

- laczeczki (bacillus - wytwarzają przetrwalniki )

• spiralne (spirallum)

Występowanie bakterii :

• pojedyncze (coccus)

• dwoinka (diplococcus)

• paciorkowce (streptococcus)

• gronkowiec (staphylococcus)

• czwórniak (tetracoccus)

• sześcianka lub pakiecik (sarcina)

Bakterie cylindryczne występujące pojedynczo jako:

• pałeczka (bacterium) - raczej krótsza

• laseczka (bacillus) - z reguły dłuższa

lub tworzy układy dwóch komórek:

• diplobacillus

• diplobacterium

• tworzą łańcuszki - nici (streptobacterium) - formy pałeczkowate ułożone obok siebie i streptobacillus - formy laseczek ułożone obok siebie

Bakterie spiralne występują jako:

• przecinkowce (vebrio)

• śrubowce (leptospira)

• krętki (spirichaeta)

Wszystkie bakterie niezależnie od kształtu zaliczane są do grupy PROCARYOTA, czyli organizmów, które nie posiadają w komórce wyodrębnionego jądra komórkowego, które zastąpione jest przez nukleotyd, brak jest u nich mitochondriów, lizosomów i plastydów.

BUDOWA KOMÓRKI BAKTERYJNEJ

Komórka bakteryjna zbudowana jest z:

• otoczki śluzowej

• ściany komórkowej

• protoplazmy

• dodatkowo mogą występować rzęski i fimbrie

W skład protoplazmy wchodzą:

• błona cytoplazmatyczna

• cytoplazma

• nukleoid

• rybosomy (biosynteza białka)

• mezosomy (=mitochondria u zwierząt)

• substancje zapasowe (=substancje odzywcze)

• barwniki mogące występować u autotrofów (bakterie samożywne)

ŚCIANA KOMÓRKOWA

• jest martwym, sztywnym elementem komórki

• utrzymuje kształt komórki

• stanowi ok. 25% masy komórki

• posiada ona dużą ilość otworów, ale nie posiada zdolności wybiórczych

• składnikiem jest polimer kwasu muraminowego (tzw. murena) i glukozaminy połączonej z peptydami, ponadto występują wielocukry, lipidy, białka i peptydy

• zasadnicze różnice istnieją pod tym względem u bakterii gram dodatnich i gram ujemnych

• ścianę komórkową można usunąć enzymem - lizozymem. Komórkę, której usunięto ścianę komórkową nazywa się protoplastem

BŁONA CYTOPLAZMATYCZNA (PLAZMALEMMA)

• żywy element komórki

• leży bezpośrednio pod ścianą komórkową

• zbudowana z białek (70%) i fosfolipidów (30%) oraz niewielkiej ilości węglowodanów

• błona półprzepuszczalna, wybiórcza, uczestniczy w dyfuzji

• umożliwia ona przenikanie do wnętrza tych związków, które są rozpuszczalne tylko w tłuszczach

• w błonie są enzymy - permeazy, które uczestniczą w wybiórczym przenikaniu (przepuszczalności) przez błonę podczas transportu aktywnego (wbrew gradientowi stężeń)

• błona cytoplazmatyczna uczestniczy w procesie oddychania komórki; w niej są enzymy i przenośniki elektronów

OTOCZKA ŚLUZOWA

• wytworzona jest przez żywą komórkę

• chroni komórkę przed wyschnięciem i nadmierną utratą wody oraz szkodliwymi warunkami środowiskowymi (susza, temperatura)

• komórka może stracić i odbudować otoczkę

• zbudowana z polisacharydów, aminocukrów lub kwasów uronowych, a także polipeptydów

RZĘSKI

• są delikatnymi, długimi wypustkami plazmatycznymi, których długość przekracza znacznie długość komórki

• grubość jest bardzo mała i wynosi około 10-50 μm

• pod względem chemicznym zbudowana jest z białek prostych

• rzęska wyrasta z kulistego ciała podstawowego znajdującego się w cytoplazmie. Ciałko to stanowi początek rzęski, która przechodzi przez błonę komórkową na zewnątrz

• nie wszystkie bakterie posiadają rzęski. Brak jest u form: kulistych (ziarniaków), natomiast urzęsione są laseczki wchodzące w skład bakterii właściwych

W zależności od rozmieszczenia i ilości dzielimy bakterie na:

• bezrzęse - atrichalne

• jednorzęse - monotrichalne - posiadają jedną rzęsę umiejscowioną na biegunie

• dwurzęse - ditrichalne - posiadają dwie rzęsy umiejscowione po jednej na dwóch biegunach

• głoworzęse (cephalotrichalne) - liczne rzęski na jednym biegunie

• czuborzęse (lophotrichalne) - pęczek rzęsek na jednym bądź dwóch biegunach

• okołorzęse (peritrichalne) - z licznymi rzęskami na całej powierzchni komórki

FIMBRIE (pili)

• są krótsze niż rzęski, wypustki plazmatyczne

• o nieznanej roli, posiadają budowę białkową

• występują tylko u niektórych bakterii gram-ujemnych

CYTOPLAZMA (PROTOPLAZMA)

• podstawowa, żywa część komórki

• jest koloidem; fazą rozpraszającą jest woda, a fazą rozproszoną białka, węglowodany, lipidy, ciała tłuszczowe, nieorganiczne jony

• w cytoplazmie znajdują się liczne substancje zapasowe np. wolutyna, ziarna lipidowe, glikogen

ORGANELLE KOMÓRKOWE:

• RYBOSOMY

• zbudowane z kwasu RNA (63%) oraz białka (37%)

• biorą udział w biosyntezie białka

• w jednej komórce bakteryjnej jest około 10000 rybosomów

• mogą występować jako polirybosomy

• MEZOSOMY

• tu są enzymy czynne w procesie oddychania oraz magazynowania energio

• utworzone są przez wpuklenie błony cytoplazmatycznej do wnętrza komórki

• BARWINIKI ASYMILACYJNE

• purpurowe lub bakteriochlorofil, drobne kuleczki elementarnej siarki lub węglanu wapnia

• NUKLEOID

• pozbawiony jest błony jądrowej

• spełnia wszystkie podstawowe funkcje typowego jądra komórkowego

• w nim zawarta jest informacja genetyczna dla całej komórki bakteryjnej

• zbudowany z cząstek kwasu deoryboksynukleinowego - DNA, który posiada budowę nitkowatą, składająca się z podwójnej spirali polinukleotydów. Komórka bakteryjna jest haploidem - posiada tylko jeden chromosom bakteryjny. Bakterie nie posiadają typowych chromosomów

SKŁAD CHEMICZNY KOMÓRKI BAKTERYJNEJ

• liczne pierwiastki i związki chemiczne

• pierwiastki: węgiel, azot, tlen, wodór, siarka, fosfor, sód, wapń, żelazo, magnez i chlor

• związki chemiczne:

• woda - 75- 86% biomasy u form wegetatywnych

• białka, nukleoproteidy, węglowodany, lipidy, kwasy nukleinowe

WODA

• stanowi fazę rozpraszającą cytoplazmy

• tworzy tzw. warstwy hydratacji wokół cząsteczek fazy rozproszonej

• rozpuszczalnik soli mineralnych, cukrów prostych i aminokwasów

• udział w dyfuzji i w reakcjach przemiany materii

• fazą rozproszoną tworzą substancje organiczne, głównie białka

BIAŁKA

• zbudowane z aminokwasów

• występują w cytoplazmie w formie wolnej lub związanej w cząsteczki białkowe

• tworzą kompleksy; z cukrami (glikoproteidy), kwasami nukleinowymi (nukleoproteidy) i lipidami (lipoproteidy)

• część białek jest biologicznie czynna jako enzymy (biokatalizatory)

KWASY NUKLEINOWE:

• RNA - kwas rybonukleinowy

• DNA - kwas deoksyrobonukleinowy

• rola w dziedziczeniu oraz biosyntezie białek

WĘGLOWODANY:

• cukry proste: ryboza, dezoksyryboza (składniki kwasów nukleinowych)

• polimery i wielocukry (np. glikogen, granuloza, materiał budujący ścianę komórkową, oraz śluzową otoczkę)

LIPIDY

• stanowią materiał zapasowy

• wchodzą w skład ściany komórkowej i błony cytoplazmatycznej

ZWIĄZKI NIEORGANICZNE

• rola w zjawiskach osmotycznych

• jony metali wchodzą w skład enzymów

• biorą udział w procesie przemiany materii

W cytoplazmie są też:

• witaminy (składnik enzymów)

• substancje wzrostowe (=hormony u zwierząt)

KOLONIE BAKTERII - kolonia powstaje z jednej komórki macierzystej w wyniku licznych podziałów

SPOSOBY ROZMNAŻANIA SIĘ BAKTERII:

• przez podział (większość bakterii)

• u nitkowatych otoczonych wspólną otoczką przez rozpad nitek

• koniugacja (tzw. proces płciowy)

CECHY KOLONII BAKTERYJNEJ:

• wzrost; np. powierzchniowy, wgłębny, podpowierzchniowy

• wielkość; mierzymy w mm

• kształt; kulisty, amebowaty

• wzniesienie; kolonia płaska, wzniesiona

• brzeg kolonii; gładki, postrzępiony, falisty

• przejrzystość np. nieprzejrzysta, przejrzysta

• fluorescencja; występuje lub jej brak

• barwa; określić dany kolor

• struktura; włóknista, krucha, ciągliwa

• zapach; np. specyficzny, określić jaki

ODŻYWIANIE BAKTERII:

Dostęp do 6-iu podstawowych pierwiastków chemicznych: C, H, O, N, P, S

Dwa podstawowe procesy metaboliczne

• asymilacja (anabolizm) - to synteza składników komórkowych. Do syntezy konieczny jest dopływ związku odżywczego (biogennego) oraz energii

• dysymilacja (katabolizm) - to rozkład związków złożonych na związki proste, w wyniku których zostaje wyzwolona energia

W zależności od sposobu odżywania bakterie dzielimy na:

AUTOTROFY - samożywne, syntezują związki ze substancji mineralnych przy udziale wolnej energii:

• fotosynteza - do której potrzebna jest energia świetlna oraz barwniki (np. bakteriochlorofil, barwniki purpurowe). Proces ten przeprowadzają m.in. purpurowe bakterie siarkowe lub bakterie zielone

• chemosynteza - która przebiega u bakterii nie posiadających barwników, ale wykorzystujących energię z utleniania substratu( energia chemiczna) do syntezy cukru z CO₂ i H₂O np. bakterie wodorowe, nitryfikacyjne, siarkowe, żelaziste

W procesie odżywiania wyróżniamy 3 parametry różniące bakterie:

• źródło węgla:

• autotrofy - z wolnego dwutlenku węgla (jedyne źródło C)

• heterotrofy - ze związków organicznych, a jedynie do pojedynczych reakcji wykorzystują dwutlenek węgla

• źródło energii - związki chemiczne (autotrofy głównie związki nieorganiczne)

• źródło elektronów - różne związki chemiczne

HETEROTROFY - cudzożywne, korzystają z gotowych związków organicznych, uzyskując z nich energię. Dzielimy je na:

• saprofity - odżywiają się martwą materią organiczną (np. bakterie wodne)

• pasożyty - odżywiają się żywą materią organiczną (np. bakterie chorobotwórcze). Bakterie chorobotwórcze dostają się z kałem i ze ściekami; stanowią w wodzie groźne niebezpieczeństwo rozprzestrzeniania się chorób zakaźnych (np. czerwonki, tyfusu, żółtaczki zakaźnej, gruźlicy itp.)

Wśród heterotrofów wyróżniamy:

• prototrofy - wystarcza im jeden związek organiczny, a dodatkowo korzystają tylko z soli mineralnych np. bateria jelitowa - Escherichia Coli

• auksotrofy - są bardziej wymagające, gdyż oprócz jednego, prostego organicznego źródła węgla wymagają obecność jednego skomplikowanego związku organicznego np. jakiegoś aminokwasu np. Mycobacterium Tubercuilosis - prątek gruźlicy, Staphylococcus Aureus. Gdy w środowisku są 2 lub więcej źródeł węgla występuje zjawisko diauksji - które polega na wykorzystywaniu kolejnych źródeł różnych substratów

CO₂

Złożone związki

AUTOTROFY organiczne

- witaminy

- zasady organiczne

- aminokwasy

Proste związki

organiczne

( C₆H₁₂O₆, CH₃COOH)

Substancje pokarmowe

PROTOTROFY	AUKSOTROFY
HETEROTROFY

źródło pierwiastków

biogennych

źródło węgla

niezbędne źródło pokarmowe

źródło energii wykorzystawa-

ne, ale nie koniecznie

WPŁYW CZYNNIKÓW ZEWNĘTRZNYCH NA BAKTERIE

TEMPERATURA - pod tym względem bakterie dzielimy na:

• psychrofilne - bakterie zimnolubne, żyjące w stosunkowo niskich temperaturach. Normalnie występują w wodach powierzchniowych w glebie naszego klimatu

• mezofilne - bakterie lubiące średnie temperatury, związane są one z człowiekiem i zwierzętami ciepłolubnymi;, przy ocenie czystości stanowią ważną grupę bakterii. Należą tu m.in. bakterie wywołujące choroby człowieka i zwierząt (stałocieplnych = ptaki i ssaki)

• termofilne - bakterie ciepłolubne, w naszych warunkach klimatycznych ta grupa bakterii nie występuje. Są trudne do wykorzystania w procesach technologicznych. Żyją często w gorących źródłach i gejzerach etc

Grupa bakterii	psychrofilne	mezofilne	termofilne
Temp. minimalna	0	10-25	25-40
Temp. optymalna	12-18	25-40	55-60
Temp. maksymalna	25-30	40-50	75-80

• poniżej temperatury minimalnej wiele procesów życiowych bakterii ( np. rozmnażanie) ulega całkowitemu zahamowaniu. Działalność metaboliczna ulega również zwolnieniu na skutek obniżenia aktywności enzymów

• w temperaturze optymalnej większość procesów osiąga szybkość maksymalną

• powyżej temperatury maksymalnej bakterie giną na skutek nieodwracalnego ścięcia białka

• punkt śmierci wskazuje cieplnej wskazuje temperaturę w której giną w określonym czasie

• formy wegetatywne obumierają w temperaturze przekraczającej nieznacznie wartości maksymalne

• większość bakterii chorobotwórczych (mezofilnych), ginie w temperaturze 55-60*C w czasie 30 minut

• zarodniki giną w atmosferze pary wodnej dopiero przy temperaturze 120*C w ciągu 15 minut, natomiast w atmosferze suchego powietrza w temperaturze 140*C w ciągu 2h, a przy 170 *C w ciągu 1h

• zjawisko to wykorzystywano do termicznego zabijania bakterii zarodników - zwanego sterylizacją

• pasteryzacja - to częściowe wyjaławianie przy zastosowaniu temperatury 60-70*C, które pozwala na zabicie tylko form wegetatywnych

• przerywana sterylizacja w parze to tyndalizacja. Polega ona na 3-krotnym (co 24h) sterylizacji w parze 100*C przez 10-30 minut

Na skutek działania wysokiej temperatury następuje zniszczenie białka.

zarodniki - formy przetrwalne bakterii (tzw. endospory, przetrwalniki). Na jednej komórce może być jeden przetrwalnik. Występują u bakterii np. Bacillus Clostridium, a nie ma ich u Bacterium i Coccus

układ biegunowy układ subterminalny układ centralny

terminalny

Denaturacja białka - ścięcie białka w wysokiej temperaturze, jest zniszczeniem nieodwracalnym. Niszcząc białko, niszczymy komórkę bakteryjną lub każdą inną.

W technice laboratoryjnej stosujemy dwa rodzaje sterylizacji:

• sucha - wyjaławianie sprzętu w powietrzu suchym w temperaturze 160*Ci czasie trwania 2h, 170˚C - 1h, 150*C - 3h. Wg reguły Wanthofa podniesienie temperatury o 10*C przyśpiesza reakcję 5-krotnie

• mokra - wyjaławianie powietrzem wilgotnym - tyndalizacja

• sterylizacja frakcjonowana w aparacie Kocha

• sterylizacja właściwa w autoklawie

APARAT KOCHA - duży kocioł z pokrywą, ogrzewany elektrycznie, wypełniony częściowo wodą, która podgrzewa się do temperatury 100*C w ciągu 30 minut niszczą w nim wszystkie komórki wegetatywne, pozostają natomiast formy przetrwalne. Po jednorazowym wyjałowieniu pożywki wystawia się je na 24 h to temperatury pokojowej, aby rozwinęły się formy przetrwalne (gdyby były) i cały cykl potarzamy 3-krotnie

AUTOKLAW - to rodzaj kotła wypełnionego częściowo wodą, z hermetycznie zamkniętą pokrywą, pozwalającą na wytworzenie wysokiego ciśnienia n.p. 1,5 at i 20-30 min. Po użyciu autoklawu otrzymujemy pełną sterylizację (zabicie bakterii i ich form przetrwalych)

TLEN - bakterie dzielimy na 4 grupy:

• bezwzględne tlenowce (aeroby) - gatunki rozwijające się w środowisku tlenowym. Źródłem tlenu jest tlen atmosferyczny rozpuszczony w wodzie lub z fotosyntezy. Optimum tlenowe to 100% nasycenia tlenem:

6CO₂+6H₂O+en. św.
C₆H₁₂O₆+6O₂

• mikroaerofile - rozwijają się w środowisku zawierającym niewielkie ilości tlenu atmosferycznego np. 3-5%

• względne beztlenowce - oddychają tlenowo, bądź beztlenowo. Przedstawiciel - organizm wskaźnikowy zanieczyszczenia wód pitnych - pałeczka okrężnicy (escherichia coli), która żyje w dolnym odcinku przewodu pokarmowego człowieka

• bezwzględne beztlenowce (anaeroby) - to grupa bakterii, rozwijająca się w warunkach ściśle beztlenowych. Tlen atmosferyczny powyżej 0,5% jest dla nich zabójczy, a źródłem tlenu są związki chemiczne z tlenem

ODCZYN pH

Woda do picia powinna mieć 6,5-8,5 pH. Przeciętnie woda wodociągowa ma 7,3-7,5 pH, natomiast pH wód podziemnych 7-7,8 pH. Większość ścieków ma pH w granicach 3,0 do 12,0 pH. Większość bakterii rośnie na odczynie obojętnym lub lekko alkalicznym. Środowisko lekko kwaśne lub mocno zasadowe powoduje denaturację białka.

Wymagania odnośnie pH środowiska dla różnych gatunków bakterii:

Gatunek	pH minimalne	pH optymalne	pH maksymalne
Mycobacterium tuberculosis (prątek gruźlicy -w wodzie i w ściekach)	4-5	7,3-7,9	7,9-8,6
Thiobacillus thiooxidias (bakterie siarkowe,kwasolubne)	0,0	2,0-2,8	4,0-4,6
Esterichia Coli (pałeczka okrężnicy)	4,4	6,0-7,0	9,0
Alcaligenes faeccalis (orzęsiona - przewód pokarmowy )	6,4	8,5	9,7
Vibrio cholerae (przecinkowiec cholery)	5,6	6,2-8,0	9,6

CIŚNIENIE OSMOTYCZNE

• większość bakterii jest odporna na zmiany osmotycznego podłoża

• bakterie żyjące w wysokich stężeniach soli, jeżeli zostaną przeniesione do wody destylowanej (roztworu o niższym stężeniu - hypotonicznym) ulegają plazmopeptyzie, czyli pęcznieniu i pękaniu

• odwrotnie, jeżeli bakteria normalnie żyjąca zostanie przeniesiona do roztworu o wysokim stężeniu (hypertonicznym), wówczas ulegają plazmolizie, czyli kurczeniu się cytoplazmy na skutek odwodnienia

• większość bakterii lepiej rośnie w roztworach izotonicznych

Bakterie osmotolerancyjne - znoszą wysoką wartość osmotyczną podłoża(np. bakterie i grzyby rozwijające się w wodach, nektarach owocowych lub kiszonkach z dodatkiem soli). W solankach i w morzach żyją bakterie osmofilne tj. takie bakterie, które rosną jedynie przy zwiększonym stężeniu soli w podłożu np. Pseudomonas, Achromobacter

PROMIENIOWANIE

• światło widzialne - fotosynteza ( barwniki asymilacyjne)

• ultrafiolet (UV) - promieniowanie letalne (śmiertelne); długość fali 230-275nm. Fale o długości 260nm absorbowane są przez kwasy nukleinowe powodując uszkodzenie DNA, a o długości 280nm przez białka. Fotoreaktywacja - bakterie poddane działaniu UV i wystawione następnie na światło widzialne ulegają „ożywieniu”, ale w postaci mutantów.

Działanie UV w wodzie - powstają jony wolne H⁺, OH^~, woda utleniona inne nadtlenki, które zabijają bakterie

Działanie UV w powietrzu - powstawanie ozony, który jest szkodliwy dla bakterii

Działanie promieniowania γ i X (Rentgena), promienie β (strumień elektronów), promieniowanie α (jądra helu) działają mutagennie i bakteriobójczo - pękanie łańcucha DNA

FALE ULTRADZWIĘKOWE - drgania 100-225kHz działają zabójczo, gdyż powodują zerwanie komórki (i wydostanie się na zewnątrz komórki białka i innych składników komórkowych)

ŚRODKI CHEMICZNE

• związki chemiczne - składniki odżywcze i źródło energii

• inne - szkodliwe lub zabójcze i służą do dezynfekcji (nie zapewnia całkowitego wyjałowienia podłoża)

Wyróżniamy zatem:

• środki bakteriobójcze (dezynfekcyjne) - zabijające bakterie

• środki bakteriostatyczne - hamują rozwój bakterii, ale nie od razu je zabijają

SKŁADNIKI POKARMOWE

• pierwiastki biogenne - niezbędne do życia: H, O, C, P, S, N

C, H, O wchodzą w skład węglowodanów i tłuszczy

C, H, O, N, S oraz P wchodzą w skład białek

• obecność soli mineralnych, które warunkują ich prawidłowy wzrost

• związki chemiczne

Białka zbudowane są z aminokwasów (jest ich około 30)

18 aminokwasów - tylko z C, H, O, N

(2 aminokwasy ( cysteina i metionina) zawierają dodatkowo siarkę.)

aminokwasy budujące cząsteczkę białka połączone są ze sobą wiązaniem peptydowym (z wydzieleniem cząsteczki wody):

W wyniku hydrolizy (przyłączenia wody) możliwy jest powrót do stanu pierwotnego (wolne aminokwasy). Składniki pokarmowe odgrywają bardzo ważną rolę podczas hodowli bakterii na tzw. pożywkach.

POŻYWKI

To sztuczne przygotowane podłoża do hodowli bakterii. Stosowane są też gotowane produkty, również naturalne np. jaja kurze, mleko etc.

PODZIAŁ POŻYWEK:

• ze względu na skład:

• naturalne - stosowane wyłącznie dla heterotrofów

• półsyntetyczne - stosowane dla heterotrofów i autotrofów

• syntetyczne - stosowane dla heterotrofów i autotrofów

POŻYWKA NATURALNA:

• skład jest ściśle określony

• stosowane są na wyciągach z różnych surowców naturalnych jak gleba, tkanki roślinne i zwierzęce, mleko, jaja, krew, ziemniaki

• oparte są również na bulionie mięsnym (przygotowany najpierw wyciąg mięsny z najlepszej wołowiny dodaje się pepton w odpowiednich proporcjach i chlorek sodu). Pepton to częściowo zhydrolizowane białko o krótkich łańcuchach aminokwasów, chlorek sodu stosuje się do utrzymania ciśnienia osmotycznego

POŻYWKA SYNTETYCZNA:

• przygotowywana jest najczęściej z mineralnych związków chemicznych, dzięki czemu znamy dokładnie jej skład chemiczny

POŻYWKA PÓŁSYNTETYCZNA:

• przygotowywana najczęściej z wyciągu mięsnego bez peptonu, ale z dodatkiem określonych związków chemicznych. Jej skład jest znany częściowo.

• ze względu na konsystencję:

• pożywki stałe

• pożywki płynne

• pożywki półpłynne

POŻYWKI STAŁE np. agar zwykły (wzbogacony) = bulion mięsny + agar

Agar - gatunek roślinny, glonu wyższego, morskiego żyjącego w morzu Japońskim. Czynnikiem zestalającym są węglowodany ( w odróżnieniu od żelatyny, gdzie są białka)

Pożywka dla heterotrofów - czynnikiem zestalającym jest agar pochodzenia organicznego (1,2-2%), natomiast dla autotrofów czynnikiem zestalającym jest żel krzemowy pochodzenia mineralnego. W zestalaniu pożywek nie stosuje się żelatyny.

POŻYWKI PŁYNNE: nie posiadają czynnika zestalającego ,

POŻYWKI POŁPŁYNNE: posiadają niewielką ilość czynnika zestalającego (0,15-0,2%), w którym może być agar albo żelatyna.

• ze względu na rolę (charakter) w hodowli bakterii:

POŻYWKI PROSTE (zwykłe, podstawowe) - dla bakterii o niskich wymaganiach odżywczych

POŻYWKI ZŁOŻONE (specjalne, wzbogacone) - dla bakterii o wysokich wymaganiach odżywczych, Te dzieli się na:

• pożywki namnażające

• pożywki wybiórcze czyli selektywne

• pożywki rozróżniające czyli identyfikacyjne

POŻYWKI NAMNARZAJĄCE - stwarza optymalne warunki dla rozmnażania bakterii. Zawiera wszystkie niezbędne składniki w ilościach optymalnych.

POŻYWKA WYBIÓRCZA - umożliwia rozwój jednemu i tylko jednemu gatunkowi bakterii

POŻYWKA ROZRÓŻNIAJĄCA - zawiera substrat identyfikacyjny, rozróżniający, który najczęściej zmienia barwę w zależności od odczynu pożywki i rozwoju bakterii

Ważne jest by pożywka miała odpowiedni skład, ciśnienie osmotyczne, pH, wilgotność (H₂O)

PRZYGOTOWANIE POŻYWEK

• bulion LPB (pożywka płynna, naturalna, namnażająca) (L - laktoza - cukier mlekowy, PB - purpura bromokrezolowa) Substraty pokarmowe zawarte są w bulionie. Laktoza powoduje fermentacje. Barwa pożywki uzależniona jest od pH pożywki ( fiolet = 7pH). Jeżeli bakterie będą miały zdolność fermentacji, wówczas pH pożywki i barwa PB będzie żółta. Powstający podczas fermentacji gaz - CO₂ gromadzi się w rurce Durham. Zmętnienie pożywki, osad na dnie, zmiana barwy pożywki świadczy o rozwoju bakterii.

• Agar Endo (pożywka wybiórcza dla Esterichia Coli oraz kilka innych bakterii). Do tej pożywki dodajemy roztwór fuksyny zasadowej, a dla częściowej redukcji barwy dodajemy reduktora - siarczyn - w efekcie barwa pożywki jest lekko różowa. Esterichia coli rośnie agarze Endo jako intensywne czerwone kolonie z metalicznym - fuksynowym połyskiem. Ewentualnie inne bakterie, nie mogą wyrosnąć na tym samym agarze będą miały inne barwy. Niekiedy zdarza się, że hodowle stare tracą swe charakterystyczne cechy.

CZAS HODOWLI:

• na bulionie LPB - maksymalnie 48h, ale już po 24h sprawdzamy czy jest gaz w rurkach Durham

• na agarze Endo - 24 do 48 h

• agar zwykły (do analizy ilościowej) - 24 lub 72 h

Wzrost i rodzaj bakterii możemy obserwować na krzywej logarytmicznej w zależności od czasu chodowli.

LOGARYTMICZNA LICZBA BAKTERII:

V I - faza zastoju

II - lag-faza

IV VI III - faza logarytmicznego

wzrostu

IV - faza opóźnionego

III wzrostu

VII V - faza stacjonarna

VI-VIII - faza zamierania

II

I VIII

czas hodowli

I faza ( faza przygotowawcza) - bakterie wprowadzamy do innego środowiska (pożywka). Muszą się one przystosować. Bakterie te się jeszcze nie rozmnażają. Faza zastoju, często zwiększa się objętość.

II faza ( lag - faza) - dalsze przystosowanie i rozpoczęcie się rozmnażanie bakterii

( przez podział)

III faza ( faza logarytmicznego wzrostu) - szybkość podziałów osiąga maksimum, przyrost jest gwałtowny ( w postępie geometrycznym); komórki są młode i bardziej wydajne ( w procesach technologicznych)

IV faza (faza opóźnionego wzrostu) - ilość bakterii jeszcze przybywa, ale proces ten jest wolniejszy , wyczerpują się składniki pokarmowe i przybywa środków wydalniczych, które są toksyczne

V faza ( faza równowagi, stacjonarna) - obserwuje się największą ilość bakterii. Liczba powstających komórek jest liczbą komórek obumierających i dlatego obserwuje się równowagę ilościową

VI - faza spowolnionego spadku liczby bakterii

Fazy zamierania (VII i VIII)

VII - faza logarytmicznego spadku liczby bakterii

VIII - faza śmierci, ale zawsze część komórek bateryjnych przeżywa, ponieważ wytwarza się formy przetrwalne

• takie fazy rozwoju i śmierci populacji obserwuje się w układzie zamkniętym ( np. w naczyniu zamkniętym, w którym nie ma możliwości dostarczenia brakującej pożywki)

• hodowle prowadzone w układzie pozwalającym na uzupełnianie składników odżywczych i odprowadzania zbędnych produktów przemiany materii pozwalających na stałe utrzymanie populacji w stanie wzrostu logarytmicznego. Hodowle takie nazywamy ciągłymi. Praktyczne ich zastosowanie ma miejsce w przemyśle oraz w urządzeniach do biologicznego oczyszczania ścieków. Wykorzystuje się tutaj tzw. prawo diauksji , polegającym na kolejnym wykorzystaniu substratów i charakterystycznym dwu lub trzywierzchołkowym wzroście populacji:

gęstość

optyczna

wyczerpanie się

drugiego źródła

pierwiastka chemicznego

wyczerpanie się

źródła danego

pierwiastka chemicznego

czas

BAKTERIOLOGICZNA ANALIZA SANITARNA WODY

Woda przeznaczona do picia powinna :

• mieć odpowiednie cechy chemiczne i biologiczne

• musi być wolna od żywych i obumarłych organizmów

• gdy są organizmy to nie mogą zmieniać jej wyglądu, smaku i zapachu

• formy patogenne: wirusy, niektóre bakterie, pierwotniaki, jaja pasożytów nie mogą występować w ogóle

Cechy chemiczne wody: zawartość żelaza, manganu, dwutlenku węgla, związków azotowych, siarczanów, chlorków itp. oraz bakteriologicznych np. liczba komórek bakterii: psychrofilnych i mezofilnych, miano i wskaźnik coli wody pitnej, które określają odrębne przepisy zawarte w Dzienniku Ustaw.

Ocena sanitarna wody oparta jest na tzw. bakteriach wskaźnikowych, które żyją stale jako saprofity w przewodzie pokarmowym człowieka i zwierząt wyższych. Ich obecność świadczy o zanieczyszczeniu kałowym i niebezpieczeństwie zakażenia wody bakteriami i wirusami chorobotwórczymi.

Bakterie, tzw. wskaźniki sanitarne muszą:

• muszą być stałymi mieszkańcami przewodu pokarmowego

• nie mogą rozmnażać się w wodzie i w glebie

• nie mogą wytwarzać przetrwalników (pozwala to wykryć zanieczyszczenie wody fekaliami lub ściekami)

• identyfikacja powinna być łatwa i prosta

• nie mogą to być gatunki chorobotwórcze

• czas przeżycia bakterii wskaźnikowych w środowisku zewnętrznym (w wodzie) musi być większy niż długość życia bakterii chorobotwórczych

• muszą występować w jelicie i w kale w dużych ilościach

Esterichia Coli Jest to pałeczka gram ujemna, względny tlenowiec, żyje w jelitach grubych człowieka i zwierząt, odżywia się resztkami nie strawionego pokarmu powodując fermentację laktozy z wydzieleniem gazów i kwasów, sporadycznie może być formą chorobotwórczą Występuje też w wodach zanieczyszczonych ściekami komunalnymi i fekaliami. Posiada długość 2-3 *10^-6 m i 0,6 *10^-6 m szerokości; na ogół jest bardzo ruchliwa

Odmiany:

• Esterichia Coli var. commune

• Esterichia Coli var. communior

• Esterichia Coli var. neapolitana

• Esterichia Coli var. acidilactici

Poszczególne odmiany różnią się tym, że rozkładają różne cukry.

Rodzaje badań drobnoustrojów:

• ilościowe - oznaczenie ogólnej ilości bakterii w objętości wody np. liczba bakterii mezofilnych i psychrofilnych w 1ml wody

• jakościowe - sprawdzanie obecności i określenie liczebności gatunku wskaźnikowego i stwierdzenie, czy do wody dopływają ścieki np. badanie obecności Esterichii Coli

• bakterie psychrofilne - najbardziej typowe bakterie wodne, optymalna temperatura od 10 -25*C (zwykle 22*C) są przeważnie saprofitami, wskazują na zanieczyszczenie substancjami organicznymi. Inkubacja przez 72 h w temperaturze 20 *C.

• bakterie mezofilne - optymalna temperatura 25-40*C (zwykle 37*C), należą tu bakterie przewodu pokarmowego oraz bakterie chorobotwórcze; jeśli stwierdza się obecność w wodzie to znaczy, że przedostały się do niej wraz ze ściekami. Inkubacja przez 24 h w temperaturze 37*C.

Do oznaczania bakterii z grupy Coli stosujemy metodę fermentacyjno-probówkową (FP) oraz filtrów membranowych (FM).

Metoda fermentacyjno - probówkowa:

• wykrycie bakterii z grupy coli

• ilościowe ich określenie za pomocą miana coli. Miano Coli - najmniejsza objętość próbki badanej wody, w której stwierdzono obecność przynajmniej jednej bakterii z grupy Coli

Metoda filtrów membranowych

• określenie tzw. wskaźnika Coli w wodzie. Wskaźnik Coli jest to liczba komórek z grupy Coli w określonej objętości wody (najczęściej w 100 ml)

NPL - najbardziej prawdopodobna liczna bakterii występująca w danej objętości wody (metoda FP-fermentacyjno probówkowa)

Przedmiot badań:

• bakterie mezofile - metoda płytkowa; 24 h; 37*C

• bakterie psychrofilne - metoda płytkowa; 72 h , 20*C

• metoda filtrów membranowych - przefiltrowanie danej objętości wody przez jałowy filtr membranowy (sączki Coli nr 5) i inkubację na pożywce Agar Endo

• na filtrach membranowych umieszczonych na pożywce Agar Endo w temperaturze 44*C przez 24h, rosną bakterie grupy Coli typu kałowego. Bakterie całej grupy hodujemy na agarze Endo w temperaturze 37*C przez 24 h

• metoda fermentacyjno probówkowa (miano Coli)

wskaźnik Coli

Gdy v= 100, to wskaźnik Coli= liczbie wyrosłych kolonii. Wtedy wg norm wynik podaje się jako miano Coli (przeliczenie). Miano coli określa iloraz 100 przez wskaźnik coli.

RODZAJE BADANYCH WÓD - PRZEGLĄD NORM

1. do 1977 roku (Rozp. MZiOS z 16.11.1961 Dz.U. z 21.12.1961 nr 59, poz.333)

wyróżniono :

• studnie do głębokości 10 m miano coli
  10

• studnie powyżej 10 m miano coli
  50

• miasto do 50000 mieszkańców miano coli
  50, hodowane na agar, mezofile max 20 kolonii, psychrofilne na żelatynie (48h, 20*C) 100 kolonii

• miasta pow. 50000 mieszkańców miano coli
  100, agar mezofile 5, psychrofilne na żelatynie (48h, 20*C) 25 kolonii

Liczba bakterii mezofilnych jest pięciokrotnie mniejsza od psychrofilnych.

2. od 1977 do 1990 ( Rozp. MZiOS z 31.05.1977 Dz.U. z 15.06.1977 nr 18, poz72) wprowadzono kryterium uzdatniania woda oraz bakterii coli typu fekalnego (wskaźnik coli) i miano grupy coli . Wyróżniono:

• wody uzdatniane - dezynfekowane (UD)

• wody uzdatniane niedezynfekowane (UN)

• wody z pojedynczych gospodarstw (PG)

Uzdatnianie to usunięcie nadmiaru żelaza i mangany z wody.

• wody UD

• mezofilne w 1 ml wody nie może być więcej niż 10

• psychrofilne w 1 ml wody nie może być więcej niż 50

• w 100ml nie może być bakterii coli typu fekalnego (miano coli typu fekalnego>100, a miano coli grupy coli
  100, czyli z grupy coli w 100 może być 1 bakteria

• wody UN

• mezofilne w 1ml nie więcej niż 40

• psychrofilne w 1 ml nie więcej niż 200

• w 100ml nie może być bakterii coli typu fekalnego (miano coli typu fekalnego>100, a miano coli grupy coli
  50, czyli z grupy coli w ml mogą być 2 bakterie

• wody z PG

• mezofile w 1ml nie więcej niż 100

• w 100ml może być 10 bakterii z grupy coli, czyli miano coli grupy coli
  10

• zrezygnowano z badań na żelatynie . Bakterie mezofilne i psychrofilne hodujemy na agarze; psychrofilne przez 72 h

Wody w pływalniach:

• obieg wody zamknięty - mezofile w 1ml
  200, miano coli typu fekalnego > 100, miano grupy coli
  50

• o stałym przepływie (otwarte) miano grupy coli
  50

3. od 1990 do 2000r (Rozp. MZiOS z 04.05.1990 DzU nr 35, poz 205)

• uzdatnianie dezynfekowane ( woda z wodociągów sieciowych, publicznych i zakładowych)

• uzdatnianie niedezynfekowane ( woda z wodociągów sieciowych, publicznych i zakładowych)

• wodę z wodociągów lokalnych, wodę ze studni zakładowych i publicznych

• wodę z pojedynczych gospodarstw - urządzeń na potrzeby własne

• woda z basenów kąpielowych

• woda do napełniania zbiorników transportu pasażerskiego (wagony) powinna odpowiadać wymaganiom wody grupy I czyli uzdatnianej dezynfekowanej w sieci

• woda z urządzeń awaryjnych (beczkowóz) powinna odpowiadać takim wymaganiom, jakim odpowiada woda grupy III, czyli wodociągów lokalnych, studni publicznych i zakładowych

Metoda FM - 24 h - wynik jako wskaźnik coli

Metoda FP - 72 h - wynik jako miano coli

4. od 04.09.2000r (Rozp. MZ DzU nr 82, poz. 937)

Wskaźnik jakości wody	Najwyższa dopuszczalna wartość
		W próbce wody pobranej w miejscu czerpania lub podawania do sieci		Woda w pływalni
		Liczba bakterii	Objętość próbki	Liczba bakterii	Objętość próbki
Esterichia Coli lub bakterie grupy coli typ kałowy (termotolerancyjne)	0	100	0	100
Bakterie grupy coli *	0	100	2	100
Enterokoki ( paciorkowce kałowe)	0	100	X	X
Clostridia redukujące siarczyny (Clostridium Perfringens)**	0	100	X	X
Gronkowce koagulozo-dodatnie	X	X	2	100
Ogólna liczba bakterii w 37*C	20	1	100	1
Ogólna liczna bakterii w 20*C	100	1	X	X

X - nie oznacza się

* - dopuszcza się bakterie wykrywane sporadycznie, nie w kolejnych próbach; do 5% próbek w ciągu roku

** - należy badać w wodzie z ujęć powierzchniowych

ZAKRES ANALIZY PODSTAWOWEJ

Woda pochodząca z ujęć powierzchniowych	Woda pochodząca z ujęć infiltracyjnych
Bakterie z grupy coli	Bakterie z grupy coli
E. coli lub bakterie coli typ kałowy	E. coli lub bakterie coli typ kałowy
Ogólna liczba bakterii w 37*C	Ogólna liczba bakterii w 37*C
Clostridia redukujące siarczyny

ZAKRES ANALIZY ROZSZERZONEJ

Woda pochodząca z ujęć powierzchniowych	Woda pochodząca z ujęć infiltracyjnych
Paciorkowce kałowe	Paciorkowce kałowe
Ogólna liczna bakterii w 20*C	Ogólna liczna bakterii w 20*C

WODA W KAPIELISKACH

Wskaźnik	Najwyższa dopuszczalna wartość
Liczba bakterii z grupy coli typu kałowego (termotolerancyjne)/100ml	1000 ( wartość zalecana do 100)
Liczba bakterii grupy coli /100ml	10000 (wartość zalecana do 500)
Liczba paciorkowców kałowych/100ml	100
Obecność pałeczek Salmonella w 1 dm^3	0

MINIMALNA CZĘSTOTLIWOŚĆ BADANIA WODY DO PICIA

Ilość wody produkowanej lub rozprowadzanej w m^3/dobę	Liczba próbek analiz podstawowych na rok	Liczba próbek analizy rozszerzonej na rok
				Z urządzenia	Z ujęcia
						podzie- mnego	powierz- chniowego
od 10 100	2	2	2	4
>100 1000	2	2	2	4
>1000 2000	3	2	4	6
>2000 10000	12	2	6	8
>10000 20000	60	2	6	12
>20000 30000	120	2	8	16
>30000 60000	180	3	10	20
>60000 10000	360	6	12	24

5)obecnie Dz U 203 poz 1781 z 19.11.02

NORMY EWG (WHO)

EWG wprowadza zamiast coli fekalnego, coli termotolerancyjne. W związku z tym grupa termofilna podzielona została na trzy podgrupy:

Rodzaj bakterii	Temperatura minimalna	Temperatura optymalna	Temperatura maksymalna
Termotolerancyjne	5-10*C	35-45*C - człowiek	60-70*C
Eurytermiczne	28-30*C	50-60*C	70-75*C
Stenotermiczne	30*C	50-65*C	75-80*C

Wszystkie wody przeznaczone do picia:

• miano coli lub termotolerancyjne bakterie grupy coli nie mogą być wykrywalne w 100ml objętości próbki, czyli miano coli powyżej 100

• woda uzdatniana wprowadzana do systemu zaopatrzenia (do sieci) - Esterichia Coli lub bakterie termotolerancyjne grupy coli (1) nie mogą być wykrywalne e 100 ml objętości próbki wody. Całkowita grupa coli (2) nie może być wykrywalna w 100ml objętości próbki wody.

• Woda uzdatniana w systemie zaopatrzenia (w sieci):

• (1) Esterichia Coli lub bakterie termotolerancyjne nie wykrywalne w 100ml

• (2) całkowita grupa coli nie wykrywalna w 100ml, ale w przypadku większej liczby próbek nie mogą być one w 95% pobranych w okresie 12 miesięcy

CZĘSTOTLIWOŚĆ BADAŃ

Minimalna ilość prób wody pobranych z sieci wg WHO:

Liczba osób korzystających	< 50	Od 3000 do 100000	Powyżej 100000
Ilość prób miesięcznie	1	1 na 5000	1 na 5000 i 10 prób dodatkowo

Obliczanie miana coli dla metody fermentacyjno-probówkowej oraz NPL - najbardziej prawdopodobnej liczby bakterii (+ oznacza że reakcja zachodzi):

• dla wód powierzchniowych 10ml

10	1	10^-1	10^-2	10^-3	10^-4	10^-5	M. coli	NPL
0	0	0	0	0	0	0	>10	<10
+	0	0	0	0	0	0	10	10
+	+	0	0	0	0	0	1	100
+	+	+	0	0	0	0	10^-1	10^3
+	+	+	+	0	0	0	10^-2	10^4
+	+	+	+	+	0	0	10^-3	10^5
+	+	+	+	+	+	0	10^-4	10^6
+	+	+	+	+	+	+	10^-5	10^7

• studnie 10 ml

10^-1	1	10	M. coli	NPL
0	0	0	> od 10	< 10
0	0	+	10	10
0	+	+	1	100
+	+	+	0,1	1000

• dla wód nieuzdatnianych niedezynfekowanych (UN) 50 ml

10	10	10	10	10	1	0,1	M. coli	NPL
0	0	0	0	0	0	0	>50	<2
+	0	0	0	0	0	0	50	4
+	+	0	0	0	0	0	25	6
+	+	+	0	0	0	0	12	8
+	+	+	+	0	0	0	10	10
+	+	+	+	+	0	0	1	100
+	+	+	+	+	+	0	0,1	1000

• dla wód nieuzdatnianych zdezynfekowanych (UD) 100ml

50	10	10	10	10	10	M. coli	NPL
0	0	0	0	0	0	>10	0
+	0	0	0	0	0	50	2
+	+	0	0	0	0	33	3
+	+	+	0	0	0	17	6
+	+	+	+	0	0	11	9
+	+	+	+	+	0	6	16
+	+	+	+	+	+	<5	18

W zależności od tego czy dla 50 (pierwsza kolumna) zaszło czy nie:

50	10	10	10	10	10	m. coli	NPL
0	+	0	0	0	0	100	1
0	+	+	0	0	0	50	2
0	+	+	+	0	0	25	4
0	+	+	+	+	0	20	5
0	+	+	+	+	+	14	7

Dla pojedynczych gospodarstw oraz wód powierzchniowych posiewana V wody=10 ml, dlatego miano coli jest zgodne z definicją ( tzw. Najmniejsza V wody w której stwierdzono co najmniej 1 bakterię z grupy coli), natomiast dla wód, gdzie miano coli ma być większe od 100, to dzielimy całkowitą objętość próbko wody przez NPL.

Metoda fermentacyjno-probówkowa FP składa się z trzech grup badań:

1. wstępne (orientacyjne)

2. potwierdzające

3. ostateczne - stwierdzające obecność bakterii z grupy coli typu jelitowego

Ad.131

Podłoże LPB, hodowla 24 h , 37*C O wyniku dodatnim decyduje gaz w rurce Durham, zmiętnienie pożywki oraz zmiana barwy z fioletowego na żółty. Gdy wynik jest ujemny lub wątpliwy, to dalsza hodowla przez 24 h, brak zmian to także wynik ujemny.

Ad.2

Na podłożu LPB rozwój bakterii z grupy coli oraz bakterii grupy Aerobacter aerogens - typ ziemny z powietrza, a nie od zwierząt, Dlatego potrzebne jest potwierdzenie obecności całej grupy coli, bądź wyłącznie Escherichia Coli typu jelitowego:

• stwierdzenie obecności całej grupy coli - przesiew na Agar Endo wybiórczy i hodowla w 37*C przez 24 h

• stwierdzenie obecności całej grupy coli typu kałowego - Escherichia Coli - przesiew na Agar Endo i hodowla w 44,5*C przez 24 h

Wynik dodatni - wzrost czerwonych kolonii z metalicznym, błyszczącym, fuksynowym kolorem. Kolonie różowe bez połysku należy poddać dalszym badaniom.

Ad.3

Wątpliwe kolonie należy przeszczepić na Agar skośny oraz podłoże laktozowe ze wskaźnikiem Andradte i hodować 24-48 h w 37*C. Obecność gazu i zmiana podłoża laktozowego ze wskaźnikiem Andradte daje wynik dodatni. Hodowla na Agarze skośnym do wykonania barwienia gramma oraz wykonaniu testu IMVC (test Vogsa- Proskauera):

I - sprawdzenie czy bakterie z produktów zawartych w pożywce potrafią wytworzyć indol ( Esterichia coli potrafi)

M - reakcja z czerwienią metylową (4h) reakcje M i V robione są na tej samej pożywce. Dodając czerwień metylenową sprawdzamy zmiany pH. Jeżeli reakcja jest dodatnia, wówczas mamy kolor wrzosowy (opalizujący), jeżeli kolor nie jest żółty i próba ujemna (Escherichia coli daje wynik dodatni)

V - (reakcja Voges-Prosauera, )- stwierdzające czy bakterie ze składników pokarmowych zawartych w pożywce wytwarzały acetylo-metylo-karbinol (Esterichia Coli nie potrafi)

C - pożywka z cytrynianem sodu - jedyne źródło węgla dla bakterii. Jeżeli bakterie będą się rozwijać, to próba jest dodatnia, a jeżeli pożywka się nie zmieni, bakterie na niej nie rosną to znaczy, że jest ujemna (Esterichia Coli nie rośnie)

	I	M	V	C
Gatunek	Indol	Metylooranż	Acetylometylo- karbinol	Cytrynian sodu
Esterichia coli	+	+	-	-
Aerobacter aerogenes	-	-	+	+

Pełen test trwa 96 godzin. Dopiero te cztery reakcje dają wynik dodatni lub ujemny.

WODA I JEJ OCZYSZCZANIE

Woda czerpana może być ze:

• studni płytkich

• kopanych

• abisyńskich

• wierconych

• studni głębinowych

• wód powierzchniowych

Poznań czerpie wodę z rzeki Warty (okolice ulicy Wiśniowej) oraz ze studni wierconej (Mosina)

Ze względu na dostęp do warstwy wodonośnej mdzieli się na:

• studnie prywatne

• studnie publiczne

• studnie zakładowe

Badania sanitarne powinno obejmować:

• analizę chemiczną i bakteriologiczną

• zwrócić uwagę na cały teren wokół studni

• kwestionariusz studni (otoczenie i stan techniczno-sanitarny studni)

OTOCZENIE: położenie studni, jakość gruntu (przepuszczalny czy nie); teren przy studni, teren okoliczny, dopływ ścieków z sąsiednich posesji, odległość od śmietnika, odległość od dołu ustępowego, chłonnego, rzeki, stawu, stajni itp.; kanalizacja domu itp. Wg przepisów sanitarnych najbliższa odległość powinna wynosić 15 m.

STUDNIA: rodzaj, głębokość, cembrowina, czy studzienka, sprawdzić dno studni i przykrywę górną, mechanizm czerpania wody, data wykonania studni, naprawy; data poprzedniego badania wody, adres, nazwisko właściciela, ilość osób korzystających ze studni


SZAMBO: powinno mieć betonowe dno i 3 komory. Najczęściej ma doły chłonne, których prawo sanitarne zabrania. Szambo powinno mieć 15 od studni, domu, śmietnika.

• 
  gdy woda jest bezpośrednio pod pokrywą jest to studnia

• jeśli z dnem jest to studzienka

• cembrowina - musi wystawać ponad 15 cm nad teren (+60cm zabezpieczająco)

• studnia głębinowa - wypływa pod ciśnieniem lub jest pompa. Jakość wody bardzo dobra

Ujęcia z wód powierzchniowych:

• bezpośrednie

• po infiltracji

• studnia wiercona obok rzek i jezior

Gdy woda jest zła pod względem bakteriologicznym następuje konieczność dezynfekcji wody. Jakość wody ze studni w województwie poznańskim: 70% miało złą wodę pod względem chemicznym i 70% złą pod względem bakteriologicznym. Najczęstszym przekroczeniem pod względem chemicznym były azotany, chlorki, amoniak oraz żelazo.

Ocena strefy sanitarnej

• 36,1% studni miało dobry stan sanitarny w otoczeniu

• 39,6% studni miało wątpliwy stan sanitarny

• 24,3% studni miało zdecydowanie zły stan

Ocena jakości wód

• chemia:

• 12,5% wody dobre

• 20,4% o nieznacznych przekroczeniach

• 67,1% zdecydowanie zła

• bakteriologia:

• 10,6% wody dobre

• 19,6% przekroczone miano coli

• 69,8% zdecydowanie zła

Po złożeniu wyników:

• 0% studnie o wodach dobrych

• 12,8% nieznaczne przekroczenia

• 84,8% zdecydowanie zła

Woda do picia i na potrzeby gospodarcze musi być całkowicie jałowa, ale nie powinna zawierać bakterii chorobotwórczych. Dlatego ostatnim etapem uzdatniania wody jest jej dezynfekcja (odkażanie), czyli zabicie wszystkich bakterii (zwykłych oraz form chorobotwórczych).

METODY DEZYNFEKCJI WODY

fizyczne (nie zabezpieczają wody w sieciach przed zakażeniem)

• gotowanie: najstarsza metoda; w warunkach technicznych nie może być stosowana(energochłonność, pogarszanie właściwości organoleptycznych-woda mdła. Metoda stosowana na skalę laboratoryjną i domową

• mikrofiltracja: mechaniczne oddzielanie zawiesin od wody (nawet wirusy), ale nie na dużą skalę techniczną. Filtracja przez filtry świecowe - ceramicznie (w farmacji) np. 5ml

• ultradźwięki (pow. 20000Hz/s) mechaniczne rozerwanie komórek bakteryjnych

• promieniowanie UV - nie zabezpiecza wody przed wtórnym zanieczyszczeniem, ale w krótkim czasie zabija bakterie. Nie tworzą się związki rakotwórcze. Największe właściwości bakterio-, wirusobójcze, cystobójcze mają promienie o dł. fali 260nm . Metoda stosowana przy produkcji napojów, szczególnie piwa. Metoda bezpieczna o dużej wydajności i szybkim czasie działania (5-10s). Grubość warstwy wody powinna wynosić 10-15cm (zeszyty naukowe PP nr 32, BL 1990rok, str. 167-179)

chemiczne

Najczęściej używa się chloru Cl₂, który po wprowadzeniu do wody ulega hydrolizie:


(HOCl - kwas podchlorawy; H i Cl razem-kwas solny)

Kwas podchlorawy ma duże właściwości bakteriobójcze, ale w wodzie ulega dysocjacji:




i traci właściwości bakteriobójcze (100-200x mniejsze działanie niż kwas podchlorawy)

Na świetle ulega fotolizie (rozkład pod wpływem światła):
, i traci wszelkie właściwości bakteriobójcze.

Należy silnie przestrzegać warunków dezynfekcji, ponieważ:
tlen jest silnie bakteriologiczny - „in statu nascendi”

Inne związki używane do dezynfekcji:

• wolny gazowy Cl₂ występuje w wodzie, gdzie pH wody jest mniejsze od 5. W wodzie o pH 6,5-8,5 nie ma tej formy chloru występuje jedynie HOCl i (OCl^-). Ta forma dezynfekcji jest obecnie stosowana w poznańskich wodociągach

• podchloryn sodu (NaOCl) - związek dość trwały, nie ulatnia się tak szybko jak Cl₂

• podchloryn wapnia (Ca(OCl)₂) - efekt bakteriobójczy jak podchloryn sodu; rzadziej stosowany

• dwutlenek chloru (ClO₂) - rzadziej stosowany niż chlor gazowy. W stanie suchym jest wybuchowy; właściwości bakteriobójcze jak chlor gazowy, ale nie jest wrażliwy na pH wody. Poznańskie wodociągi mają przejść na ten sposób chlorowania

• chloroaminy - mniej skuteczne i rzadziej stosowane

• wapno chlorowane - czasem do dezynfekcji dołów gnilnych

Warunki związków chemicznych stosowanych do dezynfekcji wody:

• wysoki stopień bakteriobójczości i szybkie działanie

• muszą być nieszkodliwe dla ludzi i zwierząt (Cl₂ nie spełnia tego warunku, ponieważ jest silnie trujący)

UWAGA: zarówno chlorowanie jak i ozonowanie wody powoduje powstawanie związków rakotwórczych, dlatego na świecie odchodzi się od tych metod na rzecz UV - metody fizycznej. Ze związków chemicznych najmniej szkodliwy jest ClO₂

• związki do dezynfekcji muszą być odporne na działanie czynników zewnętrznych (są niezupełne, ponieważ są lotne)

• nie mogą mieć właściwości korozyjnych i żrących (chlor znowu nie spełnia warunków)

• brak zapachu i zabarwienia

• łatwo rozpuszczalne w wodzie

Od czego zależy skuteczność dezynfekcji chlorem:

• od rodzaju użytego chloru

• od wielkości dawki

• od składu chemicznego wody - zapotrzebowanie wody na chlor, tzn. najmniejsza dawka chloru do wody w temp. 20*C, przy której po 30 minutach w dawce pozostaje jeszcze chlor wolny (0,1 mg/dm³)


Dla wody bez amoniaku: Cl₂ (chlor pozostały w mg/dm³)

0 -A - zużycie na utlenienie związków

chemicznych np. Fe²⁺, Fe³⁺ B - dawka określająca zapotrzebowanie

wody na chlor (ale nie jest to dawka

0,1 wystarczająca), gdyż norma mówi,

najlepiej jest dać 0,2-0,5mg po po-

kryciu zapotrzebowania

OA - chlor zużyty na reakcje chemiczne

0 A B dawka mg Cl₂/dm³ (utlenienie związków mineralnych,

zanieczyszczeń itp.)

AB - chlor nie bierze udziału w dezynfekcji

od B - wyznacza rzeczywiste zapotrzebowanie na chlor

Dla wody z amoniakiem lub z aminami organicznymi - chlor łączy się z amoniakiem


i tworzy chloroaminy:

Cl₂

pozostały

(mg/dm³)

B

chlor wolny

(dezynfekcyjny)

0,1 C chlor pozostały

związany ( ze zw. chloroamin)

A

OA - zużycie Cl₂ na utlenianie związków chemicznych (organicznych i nieorganicznych)

AB - powstanie chloroamin i połączeń chloroorganicznych (pH)

B - amoniak całkowicie związany

BC - gwałtowny rozkład chloroamin i połączeń chloroorganicznych

C - rozpad wszystkich chloroamin (punkt przegięcia - „break point).

Zapotrzebowanie na chlor jest powyżej punktu przegięcia C.

1. Dla pH >8 tworzą się monochloroaminy :





2. Dla 5<pH<8 tworzą się dwuchloroaminy:




3. Dla 3<pH<5 tworzą się trójchloroaminy:




Chlor z azotem organicznym reaguje podobnie jak a azotem amonowym tworząc chloroaminy:




Dodawanie dalszych dawek chloru powoduje rozpad chloroamin (od B do C) (monochloroamina) -


(dwuchloroamina)


(trójchloroamina) -


Proces ten trwa do rozpadu wszystkich chloroamin (do punktu C). Dopiero po osiągnięciu punktu przegięcia daje chlor dezynfekcyjny. Punkt C, im mniejszy tym mniej związków rakotwórczych powstaje, ale zawsze ten punkt, gdy woda ma amoniak . Ta metoda chlorowania była dobra do dezynfekcji ścieków, ale powoduje ona zbyt duże zasolenie - powstawanie chlorków.

Obecność w wodzie kwasu podchlorawego zależy od wartości pH:




100% 0%

0*C

% HOCl 50% 50% %OCl^-

20*C

0% 4 5 6 7 8 9 10 11 100%

Rozporządzenie MZiOS z 1991 roku mówi o konieczności dezynfekcji ścieków głównie ze szpitali zakaźnych. Zniszczenie 100% bakterii ( np. prątków gruźlicy)

t
c
1200 t - czas kontaktu w minutach

c - stężenie chloru po czasie t

t= 20 -120 minut c=10-60mg Cl₂/dm³ ścieków

pH = 7,0-7,2 temp 10-20*C

Dechloracja ścieków: wełna drzewna, lignina, węgiel brunatny (najlepszy efekt). W komorze kontaktowej (osadniku) powstaje duże ilości osadu (zawiesiny)

• składowany na poletkach aby wysuszyć

• przesuszony osad poddaje się kompostowaniu (nieskutecznie) lub spala w temperaturze 700*C np. w sanatorium w Makowie Podhalańskim wzorcowa oczyszczalnia posiadająca urządzenia do 100% spalania, a popioły mogą być wykorzystywane w rolnictwie

Historia:

• chlor gazowy do dezynfekcji użyto w 1896 roku w Cesarstwie Austro-Węgierskim

• chloroaminy - w Anglii w 1910 roku do dezynfekcji ścieków; w Kanadzie w 1917 roku do dezynfekcji wody

• ozon - we Francji w 1886 roku, do wody , ale w małej skali; w Holandii w 1893 roku na skalę techniczną

Rodzaj mikroorganizmu	Stężenie Cl2 mg/dm^3			Chlor wolny przy pH
		HOCl	OCl^-	NH2Cl	7,5	8
Enetrobacteriaceae	0,02	2,0	5,0	0,04	0,1
Entameba histolytica	0,002	do 20	100	20	50
Przetrwalniki bakterii	10	1000	400	20	50

Chlorowanie chlorem gazowym

• pH wody musi być mniejsze od 5 ( w wodzie będzie wówczas Cl₂) Gdy pH od 5 do 5,5 to będzie kwas podchlorawy . Wraz ze wzrostem pH rośnie dysocjacja ( ilość anionów OCl^-) i im wyższe pH tym gorsze są właściwości bakteriobójcze




• na skuteczność dezynfekcji wpływa rodzaj użytego środka do dezynfekcji. W tabeli podano szereg form czystego chloru potrzebnego do uzyskania 99% efektu bakteriobójczego po 10 minutach czasu kontaktu i temp 5*C (podnie-sienie temperatury o 10*C powoduje przyśpieszenie reakcji chemicznej 2-krotnie, a biochemicznej 5-krotnie)

Chlor - gaz silnie toksyczny, cięższy od powietrza, wymaga wentylacji budynku - nawiew od góry, wywiew od dołu. Bardziej wrażliwe na działanie chloru będą bakterie gram dodatnie. Bakterie gram ujemne są bardziej odporne np. Esterichia Coli. Stosowanie wysokich dawek jest korzystniejsze, ale nie można przekroczyć 0,5 mg Cl powstałego/litr, bo wówczas należy przeprowadzić odchlorację wody. Gdy w wodzie jest dużo chloru - filtracja na węglu aktywnym. Gdy niewiele chloru - to do dechloracji używamy trisiarczanu sodu (Na₂S₂O₃), siarczyn sodu (Na₂SO₃) lub dwutlenek siarki (SO₂).




Do usunięcia 1 mg chloru potrzeba 7,1 mg Na₂S₂O₃ x 5H₂O




siarczyn sodu - kwaśny




ODBIORNIKI ŚCIEKÓW

• ścieki odprowadzane są do kanalizacji miejskiej; posiadają dużą dawkę chloru, nie będzie to szkodliwe dla oczyszczalni ścieków (chlor utlenia związki organiczne i mineralne występujące w ściekach). W celu wyrównania stężenia ścieków stosuje się 3-dobowy osadnik fermentacyjny, z którego ścieki odprowadzane są do chloratora, a następnie do komory przepływowej z przegrodami, z której ścieki bezpośrednio odprowadzane są do kanalizacji miejskiej

• gdy ścieki odprowadzane są po dezynfekcji do wód powierzchniowych np. rzek, stosujemy osadnik 5-dobowy, z którego ścieki odprowadzane są do chloratora, a następnie do komory kontaktowej 2-godzinnej, z której ścieki odprowadzane są bezpośrednio do rzeki. Ścieki, które wypływają do wód powierzchniowych muszą zawierać się we wzorze t
  c
  1200 (można to osiągnąć przy 2 mg chloru). Rzeka jednak musi cały czas płynąć.

• gdy ścieki odprowadzamy do małych zbiorników wodnych wówczas rozcieńczenie ścieków musi być mniejsze od 1:200. Stosujemy osadnik fermentacyjny 5-10-dobowy, z którego ścieki odprowadzane są do chloratora, a następnie do komory kontaktowej 2-godzinnej i gdy po komorze stężenie chloru jest mniejsze niż 10 mg Cl/dm³ stosujemy dechlorator, a następnie odprowadzamy do zbiornika wodnego.

OZONOWANIE WODY - użycie aktywnej odmiany tlenu O₃ (alotropowa odmiana tlenu).Ozon ulega w wodzie rozpadowi:
ta forma tlenu jest bardzo bakteriobójcza.

• ozonowanie wody jest bardzo kosztowne (en. elektryczna). W ozonariach z 1 m³ powietrza powstaje 2-4 g ozonu w skutej wyładowań atmosferycznych pod napięciem 22kV

• czas potrzebny do dezynfekcji wody wynosi 8 minut przy prędkości przy prędkości przepływu wody 3,8 l/min i stężeniu ozonu 1,7-3,5mg/l lub 2 minuty przy 20g O₃/l

• możliwie wymagane stężenie ozonu w wodzie to około 4 g/m³ wody. Ozon jednocześnie poprawia barwy, utlenia związki fenolu

• powstają związki rakotwórcze (ze związków oranicznych)

• ozon - gaz silnie toksyczny, bardzo szybko rozkłada, nie zabezpiecza sieci przed bakteriami dlatego przy ozonowaniu odbywa się zawsze jednocześnie dechlorowanie wody

Skuteczność dezynfekcji (stosunek wielkości dawki do efektu i czasu działania) to wg kolejności są ozon, dwutlenek chloru, chlor gazowy, chloraminy

Ze względu na trwałość: chloraminy, dwutlenek chloru, chlor gazowy, ozon

MIOX - mieszanina utleniaczy: OCl^-, ClO₂, ozon, H₂O₂.

Jod używany doraźnie( w basenach kąpielowych jest silnie bakteriobójczy) W 1915 roku wojska francuskie, a w II Wojnie Światowej stosowali go Amerykanie (w postaci tabletek) oraz prawdopodobnie armia niemiecka.

WSPÓŁCZYNNIK FENOLOWY:

• wyznacza siły działania nowego środka dezynfekcyjnego w porównaniu z fenolem

• gdy współczynnik jest mniejszy do 1, to nowy środek jest słabszy w działaniu od fenolu; gdy większy do 1 to działanie nowego środka dezynfekcyjnego jest skuteczniejsze

• do wyznaczania współczynnika fenolowego stosuje się szczepy Salmonella typhi (gramm ujemne) - pałeczka duru brzusznego oraz Staphylococcus aureus (gramm dodatnia) - gronkowiec złocisty.

• do wyznaczania współczynnika fenolowego musi być:

• odpowiednia liczba bakterii

• stała temperatura - 37*C

• odpowiednie pH pożywki

Przygotowanie pożywki:

• określenie stężenia fenolu w roztworze wodnym i rozlać po 5 ml do 5-ciu probówek

• przygotować roztwory badanego środka

• do probówek z roztworami fenolu dodać 0,2 ml bulionowej hodowli bakterii i odczekać 5,10, 15 minut

• po tym czasie za pomocą ezy dokonać przesiewu materiału z każdego rozcieńczenia na bulion w probówkach

• analogicznie postępować z roztworami badanej nowej substancji

• probówki z posianymi bakteriami z poszczególnych stężeń fenoli oraz stężeń badanego związku hoduje się w termostacie w 37˚C przez 48h

• przez 48h odczytać wyniki oznaczamy + jeżeli wystąpił wzrost, - jeżeli wzrost się nie pojawił

• obliczenia wykonać wg. Wzoru A/B = współ. fenolawy

OCZYSZCZANIE WODY SUROWEJ I JEJ BIOLOGIA

• ze względu na duże zapotrzebowanie na wodę wykorzystuje się wodę coraz częściej wodę powierzchniową, rzeki, zbiorniki zaporowe czy inne rodzaje wód

• wody powierzchniowe są zanieczyszczone i trzeba z nich usunąć duże ilości zawiesin, substancji organicznych oraz dużą ilość organizmów wodnych, a wśród nich i bakterii

Przy bezpośrednim poborze wody z rzeki (droga ujęcia brzegowego lub w nurcie)otwory wlotowe zabezpiecza się kratami. Na kratach mogą rozwijać się bakterie żelaziste ( Sphaerotilus Natans, Crenothrix Polyspora i Crenothrix Fusca; grzyby wodne Leptomitus lectus oraz glony z najczęstszym przedstawicielem Cladospora glomerata). Do tych organizmów dołącza się robaki, larwy owadów, małże itp. Gdy organizmy te rozwijają się masowo, utrudniają pobór wody, ponieważ zatykają kraty. Niekiedy dochodzi do masowego rozwoju glonów w postaci zakwitów w stawach infiltracyjnych, do których doprowadzana jest woda powierzchniowa. W takich przypadkach często zarybia się stawy rybami planktonożernymi. Woda surowa poddawana jest wstępnemu oczyszczaniu na filtrach

• filtr angielski (powolny) - pierwszy raz zastosowano go w 1829 roku, w Anglii przez Simsona. Filtr ten jest złożem piasku o bardzo drobnym uziarnieniu oraz o grubszych ziarnach żwirowatych w części dolnej . Wodę wpuszcza się od góry, przedziera się on przez warstwy dolne, pozostając zanieczyszczenia, które ulegają biologicznemu rozkładowi. Cząsteczki mniejsze od 0,1mm mogą przeciekać, dlatego złoża należy poddać dojrzewaniu (aby zatrzymały małe elementy, w tym bakterie). Po 10-20 dniach powstaje najpierw na powierzchni piasku, a następnie również w głębi filtru błona biologiczna, wypełniająca przestrzenie między ziarnami piasku. Jako śluzowata - galaretowata masa stanowi ona błoniastą barierę, na której zatrzymują się też bakterie. Dzięki i występującym bakteriom, związki chemiczne obecne w wodzie ulegają tlenowemu rozkładowi. Błona biologiczna składa się z różnych gatunków bakterii oraz glonów (okrzemki, sinice, zielenice), a także organizmów zwierzęcych np. orzęski i wrotki. W głębszych warstwach filtru gromadzą się bakterie znoszące niedostatek tlenu (względne tlenowce). Woda po przejściu przez taki filtr (dobrze pracujący) jest niemal całkowicie wolna od bakterii, oczyszczona z glonów i orzęsków, nie ma zapachu ani barwy. Po pewnym czasie filtr się zapycha, brakuje tlenu trzeba usunąć powierzchniową warstwę piasku, a następni odczekać, aż wytworzy się nowa błona biologiczna. Filtry powolne oczyszczają wodę bardzo dobrze, ale zajmują dużo przestrzeni.

• filtr amerykański (pośpieszny) - działa na zasadzie sita, a nie błony biologicznej, dlatego woda oczyszczana jest w sposób mechaniczny. Zbudowany jest z elementów dennych w postaci dziurkowanych rur drenażowych, zasypywanych kolejno od dołu warstwą żwiru, a potem piasku. Wpływająca od góry woda po przejściu przez warstwy filtracyjne zostaje odprowadzona do zbiornika wody czystej. W metodzie tej nie usuwa się zmulonego piasku, ale poddaje się częstemu płukaniu. Zamyka się dopływ i odpływ wody o przez rury wtłacza się powietrze, które powoduje burzenie się piasku i przepłukiwanie go od zawiesin, które odprowadzane są korytami do kanalizacji. Zaletą jest to, że zajmuje mało miejsca i szybko filtruje wodę surową. Wadą jest niski stopień oczyszczania. usunięte bowiem zostają zawiesiny i drobne ciała stałe, a bakterie pozostają nadal w wodzie.

Organizmy występujące w wodzie i metody ich zwalczania. Do picia używamy wodę czerpaną ze studni lub rozprowadzaną siecią wodociągową. Wody studzienne często są znacznie zanieczyszczone. Woda po filtracji powinna być czysta, jednak często do wodociągów dostają się drobnoustroje. Pochodzą one z filtrów lub dostają się z zewnątrz w wyniku nieszczelności spojeń rurowych lub na skutek uszkodzenia przewodów rurowych. Do ważniejszych mikroorganizmów występujących w rurach wodociągowych zalicza się bakterie żelazowe, manganowe, siarkowe, niektóre pierwotniaki i wirusy, a także mogą być inne organizmy (glony, grzyby, organizmy zwierzęce).

Bakterie żelazowe i manganowe

bakterie żelazowe żyją głównie w wodach słodkich, zawierających związki żelaza, służące im przy dostępie tlenu za pokarm i źródło energii, utleniając związki te do wodorotlenku żelazowego:




np. Gallionella ferruginea - bakteria żelazista, nitkowata, rozgałęziona, może w rurach wodociągowych tworzyć osady wodorotlenku żelazowego

Leptothrix ochracea - bakteria żelazowa, nitkowata, nie rozgałęziona, gromadzi wodorotlenek żelaza (III) i dlatego po pewnym czasie przybiera barwę żółtą, a następnie rdzawo-brązową. Otoczki z wodorotlenkiem żelazowym opadają na dno i tworzą złogi kłaczkowatego, pomarańczowo-brązowego osadu. Bakterie te występują w wodach słodkich, żelazistych

Leptothrix echinata - są to bakterie manganowe, szczeciniaste, występują w wodach słodkich, zawierających związki manganowe. Bakterie te gromadzą tlenek manganowy. W rurach wodociągowych tworzą się osady.

Crenothrix polyspora - nitkowate bakterie żelazowo-manganowe, wielozarodnikowe, nitkowate, z otoczką zabarwiającą się z czasem na kolor rdzawy. Utleniają zredukowaną formę związków żelaza i manganu do wodorotlenku żelaza i do tlenku manganowego. Bakterie te są nie rozgałęzione, prowadzą osiadły tryb życia. Gdy woda zawiera dużo soli żelazowych i manganowych, bakterie te rozwijają się masowo, tworzą w rurach grube brązowe osady i często zatykają je.

Zwalczanie bakterii manganowych i żelazowych. Walka z bakteriami żelazowymi w rurociągach jest łatwiejsza niż z manganowymi. Zwalcza się bakterie żelazowe przez silne natlenianie wody., prowadząc do utlenienia związków żelazawych do żelazowych. W ten sposób pozbywa się źródła energii i uniemożliwia się ich rozwijanie. Zwalczanie bakterii manganowych jest trudne. Wymaga ono zainstalowania dodatkowego filtru oraz zaszczepienie go bakteriami manganowymi, które rozwijają się tylko na filtrze.

Inne grupy organizmów.

• bakterie siarkowe z rodzaju Beggiatoa i Thiothrix to chemoautotrofy, bardzo rozpowszechnione w przyrodzie. Rozwijają się głównie na filtrach obok glonów (sinic), które po obumarciu dostarczają martwą materię organiczną dla bakterii gnilnych, które redukują ją z wydzieleniem siarkowodoru. Bakterie siarkowe rozwijają się zawsze tam gdzie jest siarkowodór. Duża ilość bakterii siarkowych powoduje zatykanie filtrów, a pojedyncze mogą przedostać się do zbiornika wodociągowego i do rur. Znane są również fotoautotroficzne bakterie purpurowe-siarkowe (Chromatium okoni) i zielone bakterie siarkowe z rodzaju Chlorobium. Ze względów smakowych i estetycznych woda do picia powinna być wolna od tych bakterii.

• grzyby i glony - w wodzie wodociągowej należą do rzadkości. Częściej występują w otwartych studniach oraz na drewnianych konstrukcjach wodociągowych.

• organizmy zwierzęce - w wodzie wodociągowej są bardzo rzadko. Jeżeli występują to mogą się dostać z zewnątrz przez uszkodzone rury lub spojenia rurowe. Jednak duże niebezpieczeństwo zanieczyszczenia wody pitnej chorobotwórczymi cystami ameb podczas epidemii czerwonki pełzakowatej, wywołanej przez Entameba histolytica. Walka z amebami jest bardzo trudna. Niekiedy w wodzie można spotkać jaja pasożytów jelitowych, odpornych na działania środka dezynfekującego. Organizmy zwierzęce często zanieczyszczają wodę studni otwartych. Występują w nich pierwotniaki, skorupiaki, widłonogi i ich larwy, raczki, robaki, traszki etc. Mogą występować okresowo jaja pasożytów jelitowych (glista, owsik, włosogłówka, tasiemce) oraz cysty pierwotniaków chorobotwórczych.

WARUNKI SANITARNE STAWIANE WODZIE DO PICIA

• pod względem fizycznym i organoleptycznym woda powinna być przezroczysta, bezbarwna, bez nieprzyjemnego zapachu i smaku

• pod względem chemicznym woda nie powinna zawierać substancji trujących, ani nadmiaru związków mineralnych i organicznych

• pod względem biologicznym woda nie powinna zawierać nadmiernej liczby drobnoustrojów, a w szczególności mikroflory chorobotwórczej. Nie może również zawierać chorobotwórczych pierwotniaków, cyst, ani jej pasożytów. Nie mogą również występować większe organizmy zwierzęce działające odrażająco.

MIKROFLORA POWIETRZA

Powietrze zawiera drobnoustroje występujące w zmiennej ilości, co uwarunkowane jest od warunków środowiskowych i wysokości warstw powietrza. Atmosfera miast, osiedli, fabryk, zawiera więcej mikroorganizmów niż powietrze polne, leśne, parkowe. Najwięcej drobnoustrojów znajduje się w dolnej warstwie atmosfery, stykających się z glebą.

Średni gazowy skład czystego powietrza atmosferycznego jest następujący:

• azot - 78,0%

• tlen - 21,0%

• dwutlenek węgla - 0,03%

• gazy szlachetne: hel, neon, krypton, wodór, ksenon - śladowe, dziesięciotysięczne części %

• ozon - ok. 1%

• argon - ok. 1%

• paro wodna - od 0,47 do 1,0%

Dodatkowo występują również zanieczyszczenia: gazowe, pyły, drobnoustroje.

Gazowe zanieczyszczenia to najczęściej: CO. SO₂, SO₃, FH, H₂S, O₃, NO₂, NH₃ i inne.

Na zmniejszenie liczby drobnoustrojów w powietrzu wpływają opady atmosferyczne, które usuwają z powietrza kurz i pyły. Odwrotnie: - wzrost temperatury i brak opadów powoduje zwiększenie drobnoustrojów w powietrzu. Mikroorganizmy unoszą się w powietrzu, są one przyczepione do cząsteczek kurzu. pochodzenia mineralnego, roślinnego lub zwierzęcego. Okresowo występują w wilgotnych kropelkach wydzielonych przez ludzi zdrowych i chorych przy kaszlu i kichaniu. W ten sposób następuje zakażenie kropelkowe.

• w powietrzu są liczna bakterie saprofityczne, odporne na wysuszenie, ale są także formy chorobotwórcze

• z bakterii saprofitycznych występują następujące rodzaje bakterii: Micrococcus, Sarcina, Achromobacter, Bacillus i inne

• drożdże reprezentowane są przez rodzaje Torulopsis i Rhodotorula

• grzyby natomiast reprezentowane są przez: Penicillium, Aspergillus, Rhizopus, Mucor, Cladosporium, Damatium i inne

Bakterie i grzyby chorobotwórcze mogą się pojawić w powietrzu, do którego dostały się z zamkniętych pomieszczeń np. szpitali, sanatoriów, klinik, mieszkań ludzi chorych, z laboratoriów badawczych. Wokół ludzi chorych są zawsze drobnoustroje, dlatego Służba Zdrowia przeprowadza stałą lub okresową kontrolę sanitarną warunków higienicznych pomieszczeń.

Podczas badań bakteriologicznych powietrza ważną rolę odgrywają tzw. wskaźniki zanieczyszczenia powietrza. Wytypowano 3 gatunki:

• streptyococcus viridans - paciorkowiec zieleniejący, występujący u 80% ludzi

• streptococcus haemolytius - paciorkowiec hemolizujący, występujący u 40% ludzi

• streptococcus anhaemolytius - paciorkowiec niehemolizujący

Gatunki te cechuje masowość występowania, łatwość wykrywania, nie są to formy chorobotwórcze.

W powietrzu nie ma dostatecznej ilości pożywienia, ale bakterie potrafią przetrwać, ponieważ otoczone są błonką pary wodnej, co stwarza im odpowiednią wilgotność. Liczne drobnoustroje np. chorobotwórcze mogą przetrwać poza ustrojem człowieka w powietrzu dość długo.

W powietrzu żyje około 100 gatunków bakterii pochodzących z różnych środowisk (gleba, woda i inne etc). W powietrzu nad miastami ( w zależności od wysokości) występuje różna liczba bakterii:

• 500m - 2000-3000 bakterii w 1m³ powietrza

• 1000m - 1500 bakterii w 1m³ powietrza

• 2000m - 500 bakterii w 1m³ powietrza

Im wyżej tym więcej pleśni, a mniej bakterii. A im niżej tym więcej bakterii. W odległości 5km od miasta na tych samych wysokościach, liczba bakterii jest 3-4-krotnie mniejsza. Zawartość drobnoustrojów w 1 m³ powietrza w różnych dzielnicach miasta zależy od ilości terenów zielonych, ruchu ulicznego, pory roku i pogody. W celu zabezpieczenia pomieszczeń przed dopływem bakterii przy zastosowaniu nawiewu powinien być stosowany filtr powietrza, aby zatrzymać bakterie. Powietrze w pomieszczeniach zamkniętych związane jest także z zagęszczeniem ilości osób i ich stanem zdrowotnym.

Przy badaniu powietrza określa się ogólną liczbę bakterii w 1 m³ powietrza. Na terenach otwartych bada się bakterie mezofilne i psychrofilne, w pomieszczeniach zamkniętych w zasadzie mezofilne, ale sprawdza się także psychrofilne.

METODY MIKROBIOLOGICZNEJ DEZYNFEKCJI POWIETRZA

• metoda sedymentacyjna Kocha - polega na wystawieniu otwartej płytki Petriego z odpowiednimi pożywkami stałymi na działanie powietrza. Drobnoustroje warz z kurzem opadną na agar w płytkach, które następnie przenosi się do cieplarki na 24-72h. Na agarze wyrastają kolonie, które liczy się i poddaje się badaniom diagnostycznym. Metoda ta jest niezbyt dokładna, ale najwygodniejsza najczęściej stosowana, często zawiera jednak wyniki zaniżone. Metoda ta jest także zwana metodą płytkową. Wg założeń, na 100 cm² płytki spada w ciągu 5 minut tyle bakterii, ile zawartych jest w 3 litrach powietrza. Często jednak nie ma płytek o powierzchni 100cm², dlatego należy użyć odpowiednią proporcję, aby obliczyć czas ekspozycji płytki.

• metoda filtracyjna wg Djakonowa - pozwala określić liczbę drobnoustrojów w jednostce objętościowej powietrza np. w 1 ml lub 1 l powietrza. Odmierzoną ilość powietrza (za pomocą aspirometru) wpuszcza się do naczynia z odmierzoną ilością płynu fizjologicznego lub wysterylizowanej wody. W ten sposób drobnoustroje zawarte w powietrzu przedostają się do wody, którą bada się już metodą płytkową. Znając objętość powietrza przefiltrowanego i wody w płuczce oblicza się liczbę drobnoustrojów zawartych w 1 m³ powietrza.

• metoda uderzeniowa wg Krotowa - polega na zassaniu przez pompę określonej ilości powietrza i uderzeniu nim - skierowanie (przez zwężkę - aby miała większą prędkość) w pożywkę zawartą na płytce Petriego. Do pożywki przyklejają się drobnoustroje zawarte w powietrzu. Po okresie inkubacji liczy się wyrosłe kolonie i dokonuje się oceny stopnia zanieczyszczenia powietrza.

OCENA SANITARNA JAKOŚCI POWIETRZA WG TABEL

Liczba grzybów (pleśni) w 1 m³ powietrza

Od 3000 do 5000 szt.	przeciętnie czyste powietrze atmosferyczne, zwłaszcza w okresie późnowiosennym i wczesnojesiennym
Od 5000 do 10000 szt.	zanieczyszczenie mogące negatywnie oddziaływać na środowisko naturalne człowieka
Powyżej 10000 szt.	Zanieczyszczenie zagrażające środowisku naturalnemu człowieka

Liczba drobnoustrojów w 1 m³ powietrza:

Stopień zanieczyszczenia	Ogólna liczba bakterii w 37*C	Liczba promie-niowców	Liczba Pseudomonias Fluorescens	Liczba gronkowców hemolizujących
								Alfa	beta
Niezanieczyszczone	Poniżej 1000	10	Brak	Brak	Brak
średniozanieczyszczone	1000-3000	10-100	Do 50	Do 25	Do 50
Silnie zanieczyszczone	+3000	+100	+50	+25	+50

DEZYNFEKCJA POWIETRZA

Metoda fizyczna

• wentylacja - polega nie tylko na wymianie powietrza w pomieszczeniach, ale chodzi głównie o to, aby powietrze dostarczane z zewnątrz było czyste. W tym celu stosuje się filtry, które zatrzymują drobnoustroje, kurze, pyły, a niekiedy szkodliwe gazy zawarte w powietrzu. Wykorzystuje się wówczas podwójne działanie filtrów

• promieniowanie UV - najsilniej bakteriobójczo działają promienie o długości fali 250-265nm . Promienie te działają na komórki w ten sposób, że uszkadzają ich struktury nukleinowe oraz są absorbowane są przez białka bakterii. W bakteriach naświetlonych promieniami UV aminokwas - cytozyna ulega hydratacji i powstają dimery cytozynotyminowe. Zmiany te mogą uniemożliwić replikacji DNA i spowodować śmierć komórki lub powstawanie letalnych mutantów. Szkodliwy wpływ promieniowania UV nie jest jednak nieodwracalny. Wiele gatunków bakterii poddanych działaniu promieniowania UV w dawkach letalnych, a następnie wystawionych na działanie światła widzialnego, przeżywa naświetlenie. Zmniejsza się również liczba mutantów. Zjawisko to nazywa się fotoreaktywacją. Endospory bakterii i konidia grzybów są mniej wrażliwe na UV, niż komórki wegetatywne. Działanie promieni UV ogranicza się głównie do działania powierzchniowego. Promienie UV wykorzystywane są do wyjaławiania powietrza w pomieszczeniach szpitalnych, w salach operacyjnych, laboratoriach bakteriologicznych, zakładach przemysłu spożywczego, jałowienie sprzętu wykonanego z celulozy lub mas plastycznych wrażliwych na wysoką temperaturę (np. probówki wirówkowe, naczynia), jałowienie narzędzi fryzjerskich. Dla pozytywnego wyniku dezynfekcji promieniami UV duże znaczenie ma odległość między wyjaławianym przedmiotem a źródłem promieniowania. Powinna ona wynosić około 1 metra, ale należy ją tak wyznaczyć, jak podaje instrukcja obsługi. Drobnoustroje znajdujące się w odległości 3 metrów są tylko w małym stopniu uszkadzane przez promienie. Stosowane u nas lampy kwarcowo-rtęciowe posiadają ujemne skutki, ponieważ podczas ich działania wytwarza się ozon - który jest toksyczny dla człowieka, ale także powstaje ciepło. Promieniowanie ultrafioletowe jest szkodliwe dla oczu, dlatego nie powinno się przebywać w pomieszczeniu podczas dezynfekcji.

• zaprawianie podłogi - polega na smarowaniu podłoża pastami - substancjami przylepiającymi zawiesiny, kurz, a wraz z nimi bakterie, które sedymentują na podłoża. Dodatkowo pasty te powinny wydzielać do powietrza substancje bakteriobójcze. Niekiedy stosuje się nawiew powietrza na ekran, który nasycony jest substancjami bakteriobójczymi

Metoda chemiczne - polegają na stosowaniu środków chemicznych, które nie mogą być szkodliwe dla człowieka, tzn. nie są toksyczne, nie powodują uczuleń i podrażnień górnych dróg oddechowych, nie mogą niszczyć drewna, metalu, papieru, tkanin, muszą działać bardzo szybko, muszą być bez zapachu i nie mogą posiadać właściwości wybuchowych. Takie warunki spełnia zaledwie kilka z nich: glikol propylenowy, trójetylenoglikol, rezorcinol, podchloryn sodu, sterinol, kwas mlekowy. Początkowo stosowano także krezol, ale drażnił drogi oddechowe i buł mało skuteczny. Stosowane środki chemiczne wprowadzane są do powietrza w postaci par, gazów i aerozoli. Środki bakteriobójcze rozproszone w powietrzu stykają się z zawieszonymi w nim komórek. Cząsteczki związku dezynfekcyjnego, po nagromadzeniu się w ścianach komórkowych, przenikają w głąb struktury komórkowej.

O skuteczności środka dezynfekcyjnego decyduje:

• stopień rozproszenia substancji bakteriobójczej - najlepsze efekty uzyskane przez rozproszenia substancji bakteriobójczej o wymiarach 1-2 mikrony. Większe cząsteczki szybko opadają na dół i osiadają na powierzchni sprzętów, mebli etc.

• właściwego stężenia środka bakteriobójczego - za niska koncentracja środka w powietrzu nie spowoduje trwałego uszkodzenia komórek. Tylko częściowo zaatakowane komórki potrafią się regenerować.

• stopień wilgotności powietrza (brak odpowiedniej wilgotności hamuje proces kondensacji cząsteczek na ścianach komórkowych i hamuje dyfuzję środka dezynfekującego do wnętrza komórki. Najlepsza jest wilgotność względna powietrza w granicach 40-60%.

Do rozpraszania środków dezynfekcyjnych powietrzu stosuje się następujące metody:

• metoda płytkowa - polega na umieszczeniu płytki mosiężnej nad palnikiem gazowym i wkraplaniu do niej stosowanego środka. Pod wpływem temperatury (140-150*C) użyta substancja paruje, rozpraszając się w powietrzu

• metoda glikostatowa - oparta również na zjawisku parowania środka dezynfekującego, ale wraz z parą wodną. Cząsteczki pary wodnej mieszczą się z cząsteczkami substancji, unosząc je i rozprzestrzeniając w otoczeniu. Uzyskuje się lepszy efekt dezynfekcji niż w metodzie płytkowej.

• metoda atomizacji - rozpylania - przeprowadzania jest za pomocą różnych atomizatorów (rozpylaczy), dl których wlewa się środek dezynfekcyjny. Im mniejsze cząstki rozpylonego aerozolu, tym większa powierzchnia czynna i lepszy efekt atomizacji.

Przy dezynfekcji powietrza zasadniczym warunkiem jest oznaczenie liczby drobnoustrojów przed dezynfekcją oraz powtórzenie badania po dezynfekcji (np. metodą sedymentacyjną). Za prawidłowy efekt przyjmuje się spadek liczby drobnoustrojów o 70-95%. Pomieszczenie uważa się za zdezynfekowane lub zdatne do badań w warunkach sterylnych, jeżeli po dezynfekcji powietrza wykaże po 30 minutowej ekspozycji rozwój 5-8 kolonii na płytkach z agarem odżywczym.

ODDYCHANIE BAKTERII

Oddychanie, czyli dysymilacja- to proces utleniania związany z wyzwoleniem energii. Wyróżniamy trzy podstawowe typy reakcji utleniania:

1. przez przyłączenie tlenu (tzw. utlenianie bezpośrednie):




2. przez oderwanie się wodoru od substratu (tzw. dehydrogenacja) i przez przeniesienie go na akceptor:




3. jony metalu o ładunku elektrycznym dodatnim przechodzą z niższej na wyższą wartość:




Utlenianie biologiczne reprezentuje typ 2 - dehydrogenacja. Zdobywanie energii u większości bakterii zachodzi drogą tlenową i akceptorem wodoru jest tlen atmosferyczny. U nielicznych bakterii zdobywanie energii zachodzi drogą beztlenową, a wodór przeniesiony nie na tlen, lecz na inny związek mineralny np. na azotany, siarczany, węglany

Innym rodzajem oddychania beztlenowego jest fermentacja, w której część substratu zostaje utleniona, a oderwany wodór redukuje drugą część substratu.

Procesy dojechania (dysymilacji) dostarczają energii:

• oddychanie tlenowe:


C₆H₁₂O₆
6CO₂+6H₂O +674 kcal energii

Etapy oddychania tlenowego: glikoliza, cykl Krebsa, łańcuch oddechowy

• glikoliza - z 1 cząsteczki glukozy (cukier) powstają dwie cząsteczki kwasu pirogronowego

• cykl Krebsa - to przemiana kwasów organicznych od kwasu pirogronowego do kwasu szczawiooctowego z wydzieleniem CO₂ (dekarboksylacja) energia i H (dehydrogenacja)

• łańcuch oddechowy - to przeniesienie H i e na tlen atmosferyczny i wytworzenie energii

• oddychanie beztlenowe (anaerobowe): glikoliza i wodór z utlenianego substratu przenoszony jest na:

• związek organiczny (fermentacja)

• związek mineralny (denitryfikacja, desulfurikacja itp.)

Produktami oddychania beztlenowego są:

• kwasy organiczne, alkohole, aminy, gazy (siarkowodór, metan, amoniak, wolny azot). Wydajność energetyczna jest niższa niż w oddychaniu tlenowym.

• fermentacja - jeden z typów oddychania beztlenowego. Jest częściowym rozkładem związku organicznego i powstawaniem produktu organicznego np.

• fermentacja mlekowa - (bakterie mlekowe - Lactobacillus, Streptococcus)

cukier
kwas mlekowy + energia

C₆H₁₂O₆
2CH₃CHOHCOOH +17 cal energii

• fermentacja alkoholowa (drożdże, grzyby)

cukier
alkohol etylowy +energia

C₆H₁₂O₆
2C₂H₅OH + 2CO₂ +28 cal energii

• inne: masłowa (Clostridium), propionowa (Propionobacterium)

ROLA BAKTERII W WODZIE

• mineralizacja materii organicznej w wodzie i ściekach (podczas oddychania), czyli utlenianie cukrów, tłuszczy , białka

• synteza związków organicznych z mineralnych podczas odżywiania autotrofów

• utlenianie związków szkodliwych na przyswajalne (chemosynteza)

• bakterie chorobotwórcze mogą być w wodach

• nitkowate bakterie żelaziste rozwijające się w rurach wodociągowych zatykają je i sprzyjają zjawisku korozji

Hydrobiologia

Z punktu widzenia zawartości soli mineralnych oraz wielkości zbiorników, wody naturalne można podzielić na wody słone - morskie i wody słodkie - śródlądowe. Taki podział przyjęła także hydrobiologia, czyli nauka zajmująca się organizmami żyjącymi w wodzie. Hydrobiologia obejmuje dwie podstawowe dziedziny - oceanologię (zajmującą się wodami słonymi) oraz limnologię (obejmu-

jącą wody śródlądowe, słodkie - stojące i płynące głównie jeziora, rzeki i stawy).

Poszczególne zbiorniki wodne różnią się między sobą kształtem, wielkością, pojemnością, ruchem wody, cechami fizyko-chemicznymi i biologicznymi. Wszystkie zbiorniki wodne są stałymi lub przejściowymi siedliskami organizmów żywych roślinnych i zwierzęcych. Życie wodne kształtuje się w zależności od warunków lokalnych, dlatego każdy zbiornik reprezentuje inny biotop. Terminem biotop określamy każdy element biosfery, stanowiący siedlisko organizmów żywych. Nas interesują biotopy wodne, a więc te miejsca biosfery, w których albo stałe, albo przejściowo występuje woda. Cały zespół zamieszkujący dany biotop i dla niego charakterystyczny nazywamy biocenozą.


W wodach występuje zawiesina, zarówno żywa, jak i martwa, która tworzy seston. Seston - zawiesina drobna, którą można odsączyć, odcedzić np. za pomocą siatki planktonowej . Schemat podziału sestonu:

SESTON

abioseston bioseston

(zawiesina martwa) (zawiesina żywa)

trypton detritus neuston plankton (abioseston (abioseston nigdy nie występuje zespół organizmów

mineralny) organiczny) w rzekach, gdy woda roślinnych i zwierzę-

np. pyły, iły sadze, martwe szczątki się wzburzy, przejdzie cych unoszących się

ziarna piasku, wodorot- organizmów do planktonu z prądem wody

lenek żelaza roślinnych

i zwierzęcych

fitoplankton zooplankton

(roślinny) (zwierzęcy)

Neuston występuje przy spokojnej tafli wody. Na powierzchni gromadzi się epineuston, pod powierzchnią wody - hyponeuston.

podział ze względu na wielkość:

• mezoplankton - większy niż 500 mikronów (>500 μ)

• mikroplankton - od 60 do 500 mikronów (60-500 μ)

• nanoplankton - od 5 do 60 mikronów (5-60 μ)

• ultraplankton - mniejszy niż 5 mikronów (znajdują się tu prawie wszystkie bakterie (< 5 μ)

Podział ze względu na zasiedlenie od brzegu w głąb plankton dzielimy na:

• plankton litoralowy (od brzegu do ławicy przybrzeżnej - miejsca spadku jeziora)

• plankton pelagialny (wód otwartych)

Podział ze względu na rozmieszczenie w zbiorniku plankton dzielimy na:

• plankton epilimniczny (strefy fotorycznej - tam gdzie dociera światło)

• plankton metalimniczny (warstwa skokowa)

• plankton hypolimniczny (przydenny)

SKŁAD PLANKTONU

Fitoplankton (autotroficzny, samożywny)	Zooplankton ( heterotroficzny, cudzożywny)
glony sinice - Cyanophyta eugleny - Euglenophyta robołki - Pyrrophyta chrysofity - chrysophyta zielenice - Chlorophyta okrzemki -Bacillariophyta	pierwotniaki: wiciowce - Flagellata Zarodnikowe - Sporozoa Korzenionóżki - Rhizopoda wrotki -Roratoria skorupiaki planktonowe - Crustacea

Oprócz sestonu w wodzach występuje również:

• nekton - są to zwierzęta aktywnie poruszające się w toni wodnej np. ryby, raki

• bentos - fauna żyjąca w mule dennym

• makrofity - większa roślinność naczyniowa zakorzeniona w dnie

• peryfiton -mikroskopijne organizmy poroślowe roślinne i zwierzęce przyczepiające się do podłoży stałych: np. falochronów, jazów, zapór, a także gałęzi i przedmiotów podwodnych. W technice stwarza to kłopoty, ponieważ organizmy żywe w procesie metabolizmu wytwarzają jako końcowy produkt CO₂, który do pewnych stężeń jest zrównoważony, ale po pewnym czasie powoduje duże zniszczenia w budowli. Stosuje się specjalne farby antykorozyjne, które niszczą organizmy poroślowe)

• fauna naroślowa - większe organizmy zwierzęce, widoczne gołym okiem występujące na większych roślinach wodnych

Ogólna charakterystyka jezior:

W jeziorach wyróżniamy trzy podstawowe strefy:

• strefa pelagiczna (pelagial) - czyli strefa otwartej wody, nie stykająca się z brzegami i dnem zbiornika

• strefa litoralna (litoral) - czyli strefa płytkiej, prześwietlonej do dna, przybrzeżnej części wody

• strefa profundalowa (profundal) - czyli przydenna, głęboka, poniżej zasięgu promieniowania słonecznego

Najważniejszą rolę w funkcjonowaniu zbiorników wodnych odgrywa temperatura. Od niej zależy wszystko, ponieważ wyznacza w jeziorze pory roku, a tym samym warunkuje życie organizmów. Rozkład temperatur jest zmienny w cyklu rocznym. Aby go przeanalizować, należy przypomnieć o wyjątkowej właściwości wody, której ciężar właściwy jest największy w temp. +4 *C. Poniżej i powyżej tej temperatury woda jest lżejsza. W związku z powyższym w naszej strefie klimatycznej wyróżniamy w ciągu roku okresy mieszania się warstw wody, czyli tzw. cyrkulację (wiosenną i jesienną) oraz okresy stagnacji (letnią i zimową).

Rozpatrzmy zagadnienia temperatury wody w jeziorze w okresie rocznym od końca zimy, kiedy to na powierzchni wody znajduje się pokrywa lodowa. Słońce, które dostarcza coraz większe ilości ciepła powoduje topnienie lodu i podgrzewanie powierzchniowych warstw wody do temperatury +4*C. W tej temperaturze cząsteczki wody są najcięższe, a ponieważ znajdują się na powierzchni wody wykazują tendencję do opadania w głąb. Leżące pod nimi cząsteczki wody przypływają na powierzchnię jako lżejsze. Cykl ten powtarza się i obejmuje coraz to głębsze warstwy wody w jeziorze. Wiejące w tej porze wiatry sprzyjają mieszaniu się wody tak, że na końcu cała masa wody zostaje wprawiona w ruch. Stan ten nosi nazwę cyrkulacji wiosennej. Charakteryzuje się wyrównaniem temperatury we wszystkich strefach.

W miarę dalszego ogrzewania wody na powierzchni, do temperatury powyżej +4*C cząsteczki wody jako lżejsze utrzymują się na powierzchni. Rozpoczyna się okres uspokajania ruchu wody, co oznacza się coraz bardziej wyraźne powstawanie warstw wody o różnej temperaturze. Stan ten nosi nazwę stagnacji letniej. Warstwa wody najcieplejsza znajduje się na powierzchni, a w miarę posuwania się w kierunku dna temperatura obniża się i osiąga w warstwie przydennej temperaturę +4*C. Tego typu uwarstwienie nosi nazwę uwarstwienia prostego.

W czasie stagnacji letniej można w jeziorze wyróżnić trzy charakterystyczne warstwy. Pierwsza z nich - powierzchniowa zwana warstwą naskokową lub epilimnionem , podlega większym wpływom zewnętrznym, które często wywołują wahania temperatury w ciągu doby. Warstwa środkowa, odznaczająca się nagłym załamaniem temperatury i obniżania się średnio o 1*C na każdy kolejny metr głębokości nosi nazwę skoku termicznego, termokliny lub metalimnionu. Warstwa dolna nosi nazwę podskokowej, czyli hipolimnionu.

Wody wymienionych warstw nie mieszają się między sobą przez całe lato z powodu znacznych różnic w ciężarze właściwym. Woda krąży tylko w pod wpływem wiatru w epilimnionie.

W jesieni warstwy wody powierzchniowej ochładzają się do temperatury +4*C , a następnie opadają w głąb. Rozpoczyna się cyrkulacją jesienna, po której następuje stagnacja zimowa, różniąca się od stagnacji letniej uwarstwieniem odwrotnym tj. takim, w którym woda najchłodniejsza (około 0*C) znajduje się na powierzchni, a najcieplejsza znajduje się na dnie (+4*C). Mechanizm powstawania cyrkulacji i stagnacji jest taki sam i polega na zmianie ciężaru właściwego wody po zmianie temperatury. Cały cykl roczny nazywamy rokiem termicznym. Cyrkulacja i stagnacja ma ważne znaczenie dla jeziora . Przede wszystkim mieszanie się wody pozwala na natlenienie wody, nawet warstw przydennych, które były pozbawione tlenu. Natomiast powstały w procesie mineralizacji CO₂ przy dnie zostaje oddany do atmosfery. Z tego też względu okres cyrkulacji nazywany jest czasem „oddechem jeziora”.

RODZAJE JEZIOR ZE WZGLĘDU MA MIESZANIE SIĘ

• jeziora polimiktyczne (płytkie) - 5-6 metrów głębokości, występuje w nich mieszanie się wody przez wiatr prawie przez cały rok (przy temperaturze +4*C ). W całym jeziorze jest wyrównana temperatura oraz skład chemiczny jest podobny w całej masie wody

• jeziora dimiktyczne (głębokie) - mieszają się dwa razy do roku (na wiosnę i na jesień). Latem następuje stratyfikacja prosta, zimą - stratyfikacja odwrócona. W okresie stratyfikacji występuje epilimnion, metalimnion i hipolimnion.

• jeziora meromiktyczne - występuje w nich mieszanie się wody (warstwy przydenne nie mieszają się), ponieważ występuje w nich duża różnica w ciężarze międzycząsteczkowym wody np. w skutek występowania źródeł solankowych. Często meromiksja wywołana przez człowieka, poprzez odprowadzanie ścieków (np. ciepłych wód na powierzchnię w ciągu jezior konińskich)

Wartość wskaźnika głębinowego wyrazić możemy w sposób matematyczny. Jego wartość jest równa ilorazowi średniej głębokości jeziora do maksymalnego zagłębienia danego zbiornika. Wielkość jest bezwymiarowa.

Wpływ na mieszanie może mieć kształt misy jeziornej, która może być:

• stożkowa - ( występuje często meromiksja) wg =0.3

• półkolista wg = 0,67

• paraboliczna wg ok. 0,5

Niekiedy w jeziorze wykształca się tylko epilimnion i metalimnion. Niekiedy zupełne niepełne mieszanie - stratyfikacja dimiktyczna. Do krzywej termicznej zbliżona jest krzywa tlenowa tzw. oksyklina. Jest ona mniej więcej 1 metr poniżej termokliny.


`

ilość O₂ (mg)

Źródłem tlenu w wodzie jest

tlen związany jako woda oraz postaci

wolnej , jako tlen rozpuszczony. Dla

głębokość organizmów wodnych dostępny jest

ilość O₂ tylko tlen rozpuszczony i dlatego odgrywa on istotną rolę jako czynnik ekologiczny.

Tlen rozpuszczony w wodzie pochodzi:

• dyfuzji z powietrza

• fotosynteza

6CO₂+6H₂O+en. św.
C₆H₁₂O₆+6O₂

Dyfuzja tlenu z powietrza przebiega bardzo wolno. Maksymalna ilość tlenu pochodzącego z dyfuzji może doprowadzić do 100% nasycenia wody tlenem, tzn. tyle, ile w danej temperaturze i ciśnienia może się w wodzie rozpuścić (prawo Gay-Lussaca). Czynnikiem wspomagającym dyfuzję tlenu do wody są wiatry, które ułatwiają mieszanie się wody (ruchy cyrkulacyjne) w warstwie epilimnionu oraz ruchy konwekcyjne wywołane zmianami temperatury.

Fotosynteza uzupełnia zużycie tlenu w wodzie. W wodach, gdzie jest dużo fitoplanktonu może go być tak dużo, że woda jest przesycona tlenem (nawet do 300%). Glony - pozytywny zespół biocenozy wód, ponieważ jest producentem tlenu. Wysoka żyzność wody (duże zanieczyszczenie lub wysoka zawartość składników odżywczych) prowadzi do zakwitów, czyli do masowego rozwoju fitoplanktonu, wywołanego najczęściej przez jeden gatunek (ewentualnie 2-3). Ten gatunek może się rozwijać aktywnie, uniemożliwiając rozwój innych gatunków fitoplanktonu. Podczas zakwitów występuje ogromna produkcja substancji organicznej ze związków mineralnych.

ROZWOJ GLONÓW

• wyczerpanie się miogenu (najczęściej fosforu i występuje jakby sytuacja głodowa)

• kumulują się produkty wydalnicze na zewnątrz, przez co organizmy te mogą ulec samozatruciu

• następuje wysoka produkcja tlenu

• wzrasta zawartość substancji organicznej, która musi ulec biodegradacji

• wzrasta zapotrzebowanie na tlen, ponieważ szybko zostaje wyczerpany i źródłem tlenu jest tylko dyfuzja

• wzrasta zawartość wolnego CO₂, metanu i siarkowodoru

Zakwity glonów w jeziorach żyznych (zanieczyszczonych) - są często korzystne, ponieważ do procesów biodegradacji potrzeba dużo tlenu, a gdyby go nie było, doszło by do „zagnicia” jeziora (całkowite zniszczenie). W jeziorach o wysokiej produkcji pierwotnej i silnym rozwoju fitoplanktonu często brak wolnego CO₂, który zużywany jest do procesu fotosyntezy. Jeżeli CO₂ pobierany jest z węglanów (głównie kwaśnych) woda ubożeje w wapń, który jest czynnikiem stabilizującym, buforowym, obniżającym wpływ kwaśnych deszczy na wody akwenu. Powoduje to spadek zasadowości, która posiada zdolność do zobojętniania kwasów. Jeżeli ogólna zasadowość spadnie o 0,25 do 0,5 mval, to woda nie może już się obronić przed kwaśnymi deszczami, ale to powoduje zamieranie życia w wodzie. Opady atmosferyczne powodują już wzrost siarczanów w wodzie.

Rozwój glonów ma też ujemne skutki i często jest więcej minusów. Ogólnie zakwity są raczej niekorzystne dla biocenozy. Liczne glony (np. sinice, okrzemki) wydzielają olejki eteryczne, substancje toksyczne, które powodują wtórne zanieczyszczenie i wpływają na smak, zapach i barwę wody (barwa pozorna, która znika po odsączeniu). W takim wypadku wodę taką można ozonować lub filtrować na węglu aktywnym. Na barwę wody wpływają glony zawierające barwniki asymilacyjne, głównie chlorofil, czynny w procesie fotosyntezy. W komórkach obumierających chlorofil robi się żółty, pomarańczowy i brunatny, a po śmierci komórka wylewa się do wody i zwiększa barwę, która może dojść do 100 mg Pt/dm³ (norma dopuszcza 20 mg Pt/dm³). Barwę trzeba usunąć, najlepiej w procesie koagulacji (Szczecin czerpie wodę z jeziora Miedwie, gdzie często są zakwity -Oscillatoria rubescens - polodują kolor czerwony). Zakwitów glonów tworzy też zawiesinę, która powoduje kolmatację złóż filtracyjnych czyli zatykanie i zapychanie filtrów, które trzeba wypłukiwać.

Powogaz produkuje bębny z mikrolitami (siatka z bardzo małymi oczkami), które zatrzymuje zawiesinę.

ZWALCZANIE ZAKWITÓW

• jeżeli woda dostarczana jest do wodociągów z ujęć powierzchniowych, to instalować mikrosita o bardzo małych oczkach

• miedziowanie wody - niszczenie wody przez dodanie do wody 0,2-0,3 g/m³ wody CuSO₄. Wadą jest to, że miedź zostaje w wodzie. Miedziowanie stosowano na zbiorniku Malta ( 0,16 g/m³)

• zaciemnianie zbiornika - aby nie było fotosyntezy i rozwoju glonów (rozpylić sadzę na powierzchni jeziora), raczej nie jest stosowana

• ekoflox (natlenianie hipolimnionu), czyli dostarczanie tlenu pod ciśnieniem do warstwy jeziora pozbawionej tlenu. np. testy na jeziorze kierskim. Wokół jeziora kierskiego, znajdują się liczne działki rekreacyjne, z których ścieki odprowadzane są bezpośrednio do jeziora. Przez napowietrzanie i dostarczanie ścieków następuje większe przeżyźnienie jeziora.

Ilość tlenu jaką w danej chwili znajduje się w wodzie określamy jako aktualną ilość tlenu rozpuszczonego, lub też w procentach, jako stopień nasycenia tlenem. Pełne, 100% nasycenia wody tlenem to maksymalna ilość tlenu jaką w danych warunkach można rozpuścić. Nie jest ona wartością stałą, tylko zależy od ciśnienia i temperatury. Wraz ze wzrostem temperatury rozpuszczalność tlenu maleje. np. w temperaturze 0*C rozpuszcza się prawie 2x więcej tlenu niż w temperaturze 30*C. Tlen potrzebny jest do oddychania wszystkich organizmów wodnych z wyjątkiem bakterii beztlenowych. Rośliny produkują tlen w czasie fotosyntezy w ciągu dnia (pro-

ces fotosyntezy), natomiast zużywają go w ciągu doby na oddychanie (w dzień i w nocy). W czasie stagnacji wody hipolimnionu muszą praktycznie gospodarować tylko tą rezerwą tlenu, jak została pobrana na wiosnę i jesienią. Często ilość nie wystarcza i przy dnie, na skutek intensywnej mineralizacji, powstają okresy beztlenowe. W zimie, kiedy powierzchnia wody odcięta jest pokrywą lodową, woda nie ma możliwości odnawiania zasobów tlenu nawet w epilimnionie. Pewne ilości tlenu dostarczają jednak asymilujące pod lodem glony, głównie okrzemki, które posiadają zdolność do przeprowadzania fotosyntezy nawet przy niewielkim dostępie światła.

INNE SKŁADNIKI WYSTĘPUJĄCE W WODZIE

Azot i fosfor podstawowe pierwiastki biogenne, dostające się do wód albo ze ściekami [dopływ punktowy, obszarowy(zlewnia) - rolnictwo, albo z terenu zwiewni - opad atmosferyczny, deszcz, śnieg, opad meteorologiczny, pyły, gaz].

Azot występuje w wodach w postaci mineralnej lub postaci organicznej. W wodach wolny azot pochodzi niemal w całości z atmosfery. Z pośród nieorganicznych form azotu - azotany posiadają największe znaczenie w odżywianiu roślin. Azotany pochodzą głównie z procesów mineralizacji. Mogą też dopływać ze zlewni z nawozami sztucznymi oraz pochodzić z kopalń naturalnych pokładów soli. Wody zawierające znaczne ilości azotanów ( powyżej 6-7 mg NO₃/l) nie nadają się do picia oraz na potrzeby przemysłowe. W obecności chlorków i siarczanów mogą sprzyjać korozji. Mniejsze znacznie mają azotyny. Ich obecność w wodzie może wskazywać na niedokończony proces nitryfikacji, bądź też odwrotnie przebiegający proces redukcji azotanów (denitryfikacja częściowa). Azotyny stanowią znacznie gorsze źródło azotu niż azotany. W wodach pitnych niedopuszczalna jest podwyższona liczba azotynów, ponieważ działają one szkodliwie na organizm ludzki, zwłaszcza u małych dzieci są przyczyną choroby zwanej methemoglobinemią.

Amoniak występuje w wodzie w postaci jonów
i pochodzi z biochemicznej dezaminacji aminokwasów, lub procesu nitryfikacji. Może także pochodzić z innych reakcji chemicznych. W wodach silnie zanieczyszczonych oraz tam, gdzie panują złe warunki tlenowe amoniak występuje w znacznych ilościach. Jon amonowy wykorzystywany jest zarówno przez bakterie nitryfikacyjne, jak i przez glony.

Fosfor - obejmuje on połączenia organiczne i mineralne. Jedna i druga forma może występować w formie rozpuszczonej i związanej np. z sestonem. Ich pochodzenie w zbiorniku wodnym związane jest z rozkładem obumarłych organizmów wodnych, a także trafiają do wód wraz ze ściekami oraz pochodzi z gleby. W czasie jesiennej cyrkulacji prawie cały zapas fosforu wytrąca się z wody i osadza na dnie. Zwiewnia w znacznej mierze wpływa na stan zanieczyszczenia wód powierzchniowych. Obecnie stosuje się liczne urządzenia do badania składników zwiewni. Laserowym urządzeniem jest lidar. W Krakowie i na Śląsku jest bardzo duże zanieczyszczenie. Ze względu na wpływ kwaśnych deszczy zawierających kwas siarkowy i azotowy wzrasta w wodach koncentracja siarczanów (np. jez. Lednickie do ok. 80-100 mg/dm³, zalew Szczeciński do 300 mg/dm³), natomiast zasadowość obniża się. Zasadowość, czyli zdolność wody do zobojętniania kwasów

(pH na poziomie 7-9,5 przy zakwitach) zostanie zanieczyszczona (twardość węglanowa), a tym samym obniży się do 0,5 mvala, a pH spadnie i zniszczy w ten sposób biocenozę i ustaną procesy biochemiczne. W Wielkopolsce opady zawierają duże ilości wapnia, co chroni wody przed obniżeniem zasadowości. W Krakowie natomiast pH opadów atmosferycznych jest rzędu drugiego, co niekorzystnie wpływa na wody powierzchniowe.

Chlorki - zasolenie wód wpływa na ciśnienie osmotyczne. Nadmierna zawartość chlorków może powodować plazmolizę niektórych organizmów. Źródłem chlorków w wodzie są ścieki, nawozy sztuczne oraz trasy komunikacyjne (odśnieżanie, solenie w czasie zimowego utrzymania). Taka sytuacja może zatruć cały zbiornik meromiktyczny, ponieważ ścieki opadając na dno zbiornika, zużywając tlen, a fotosynteza przebiega w górnej warstwie wody, a ścieki nie przepuszczają dobrze światła. Duże zasolenie powoduje także osady i wody z kopalń.

Oznaczenie zanieczyszczeń wód:

BZT₅ - trochę niesłusznie na pierwszym miejscu, jest to zużycie tlenu przez mikroorganizmy, ale np. inne czynniki (ołów) hamuje rozwój organizmów. Gdy występuje małe BZT₅ to nie musi być pełna prawda, dlatego należałoby sprawdzić wszystkie inne czynniki, które wchodzą w skład zanieczyszczeń wieloukładowych, a decydują i innych parametrach np. ChZT, utlenialność, które mówią nam o zawartości łatworozkładalnych związków. Często przeciętne BZT₅ to 12-15% ChZT, a utlenialność metodą nadmanganianowi to średnio 40% ChZT. Na BZT wpływa także ilość i rodzaj mikroorganizmów, zawartość azotu, fosforu, a także to z jakiego miejsca pobiera się wodę do badania.

Trofia - od greckiego trofeo - pokarm, to żyzność, zasobność zbiornika w substancje odżywcze. W oceanie trofii najważniejszy jest fosfor, który występuje w formie mineralnej i organicznej, jest jednym z sześciu pierwiastków biogennych. Jest go najmniej, a jeżeli fosfor np. mineralny się wyczerpie, to jest to niezależne od pozostałych pierwiastków oraz od fosforu organicznego.

KLASYFIKACJA JEZIOR I JEGO EWOLUCJA

W Europie rozbudowany został system Naumanna i Thienemanna oparty na czynnikach regulujących ogólną produkcję wód.

Naumann (szwedzki limnolog) wyróżnił 5 podstawowych grup środowiskowych regulujących produkcję. Są to: zawartość soli pokarmowych, zawartość gazu, zawartość detrytusu i materii organicznej, temperatura i światło. Każdy czynnik może występować w dużej, średniej i małej ilości.

Thienemann - pierwotnie opracował swój system na podstawie zawartości tlenu w warstwie przydennej jezior. Ostatecznie podzielił od jeziora na:

• jeziora harmonijnie wykształcone - cechuje się równomiernym występowaniem wszystkich czynników ekologicznych charakteryzujących biotop ( skład fizyko-chemiczny w równowadze) np.

• eutroficzne - posiadają dużą ilość składników odżywczych

• oligotroficzne - posiadają małą ilość składników odżywczych

• jeziora nieharmonijnie wykształcone ( jednostronnie wykształcone) - cechują się tym, że jeden z czynników występuje w nadmiarze ( dominuje)

• alkalitroficzne - zawierają dużo wapnia

• siderotroficzne - zawierają dużo żelaza

• acidotroficzne - posiadają bardzo niskie pH

Stosuje się także inny podział :

• oligotroficzne - mało żyzne

• mezotroficzne - średnio żyzne

• eutroficzne - o dużej żyzności

• politroficzne - o bardzo dużej żyzności

• hipertroficzne - przeżyźnione

Początkowo przy tej klasyfikacji brano przede wszystkim pod uwagę fosfor , a potem także azot.

Jeżeli stosunek N ogólnego do P ogólnego jest większy niż 16:1, to czynnikiem decydującym jest fosfor, a gdy stosunek ten jest mniejszy niż 16:1 to czynnikiem decydującym jest azot.

Ograniczający wpływ na wielkość produkcji może mieć widzialność, czyli przeźroczystość wody, lub zakres penetracji promieni słonecznych. Określamy go za pomocą krążka Secchiego - zanurzamy go do momentu, gdy zniknie mam z oczu. Jest to połowa głębokości, na jaką docierają promienie słoneczne.

Specyficzną grupę stanowią jeziora lobeliowe, które są reliktem polodowcowym, a nazwa ich wywodzi się od rośliny Lobelia Dortmana, która jest charakterystyczna dla tych jezior. Spotykane są w Europie od Wysp Brytyjskich i ciągną się na południe. Leżą w lasach, posiadają bardzo czysta wodę, bardzo ubogą w jakiekolwiek składniki chemiczne i biologiczne, posiadają bardzo niskie pH (a zarazem niską odporność na kwaśne deszcze), mają dużą przeźroczystość wody, małą zawartość tlenu z fotosyntezy, a górne warstwy wody posiadają ok. 100% nasycenia tlenem. Przy brzegach w pasie litoralu występują łąki podwodne cechujące się dużą produkcją pierwotną i dość intensywną fotosyntezą, która powoduje przesycenie wody tlenem w tej części jeziora.

Vollenweider (Kanadyjczyk) podał nową propozycję klasyfikacji, którą zmodyfikował Zdanowski. Przyjęli oni jako poziom żyzności jezior stężenie fosforu organicznego na wiosnę. W naszych warunkach (Europa Środkowa) to kryterium jest słuszne dla jezior głębokich stratyfikowanych, ale na naszym terenie (np.Wielkopolska) większość jezior to zbiorniki płytkie (polimiktyczne) i ta wartość nie ma zasadnienia.

Klasyfikacja typów jezior wg Vollenweidera i Zdanowskiego:

Typ troficzny	Koncentracja P mg/m^3
		Vollenweider	Zdanowski
ultra - oligotroficzny	mniej niż 5	mniej niż 10 - digotroficzne
oligo - mezotroficzny	5 do 10	10 - 30
mezoeutroficzny	10 - 30	30 - 100
L - politroficzny	30 - 100	100 - 200
politroficzne	więcej niż 100	więcej niż 200

Innym sposobem klasyfikacji wód jest saprobia. O ile trofia stanowi zawartość składników pokarmowych to saprobia mówi o poziomie zanieczyszczenia. Pojęcie saprobitości pochodzi od greckiego - sapros = gnilny.

Badaczami saprobitości byli Kolkwitz i Marsson, którzy w rzekach środkowych Niemiec badali , jak zmienia się biocenoza, skład chemiczny wody i gdzie można umiejscowić nowy zrzut ścieków. Zanotowali oni liczne zależności m.in. wielkość rzeki, ilość ścieków dopływających, ładunek ścieków powyżej nowego zrzutu, składniki biocenozy.

Odcinek rzeki podzielony jest od punktu zrzutu ( największe zanieczyszczenie) do dalszych odcinków, w których następuje samooczyszczanie na 4 strefy wody zanieczyszczonej


A - zrzut

A polisaprobowa α-mezosaprobowa β-mezosaprobowa oligosaprobowa

• strefa polisaprobowa - rozpoczyna się w miejscu zrzutu ścieków, jest najbardziej zanieczyszczona, brak w niej organizmów autotroficznych zdolnych przeprowadzać fotosyntezę, występują obficie bakterie i grzyby ściekowe, wiciowce i ameby. Ryb brak. Charakterystycznymi bakteriami są tu Zooglea Ramigera. Liczba bakterii większa niż 1mln/1 ml wody; następuje rozkład białek przez bakterie proteolityczne, rozkładowi towarzyszą procesy gnilne, z wydzieleniem siarkowodoru i amoniaku; występują raczej warunki beztlenowe, a BZT₅ jest bardzo wysokie; źródłem tlenu jest dyfuzja; występuje dużo wolnego CO₂

• strefa alfa-mezosaprobowa - następuje utlenianie produktów powstałych w pierwszej strefie np. węglowodany, aminokwasy; występują warunki tlenowe, a źródłem tlenu jest fotosynteza i dyfuzja; zapach gnilny zanika; liczba bakterii spada do setek tysięcy; zaczynają pojawiać się glony (np. eugleny, sinice, wiciowce), a ze zwierząt orzęski, wrotki, robaki, larwy muchówek; pojawiają się ryby karpiowate; BZT₅ jest wysokie, spada ilość siarkowodoru i innych gazów gnilnych

• strefa beta-mezosaprobowa - dominują w dalszej kolejności procesy utleniania, kończy się rozkład aminokwasów i innych związków organicznych, przebiegają procesy właściwego utleniania biologicznego, a więc mineralizacji i nitryfikacji; spada liczba bakterii do dzieciątek tysięcy, dominują natomiast rośliny zielone (zielenice, bruzdnice, okrzemki, złotowiciowce), a ze zwierząt orzęski, wrotki, robale, larwy jętek, widelnic, muchówek, oraz ryby); BZT₅ jest średnie; tlen pochodzi z dyfuzji o fotosyntezy; występuje już niedużo wolnego CO₂, mało siarkowodoru

• strefa oligosaprobowa - jest w zasadzie fazą wody czystej, procesy utleniania są zakończone lub gdzieniegdzie dobiegają końca; muł denny jest zmineralizowany; liczba bakterii wynosi poniżej 1000, bardzo dobrze rozwijają się rośliny zielone (zielenice, wiciowce roślinne, bruzdnice. okrzemki, krasnorosty, mszaki, paprotniki), a ze zwierząt skorupiaki, wypławki, larwy chruścików, widelnic, jętek oraz ryby łososiowate; woda zawiera normalną zawartość tlenu; BZT₅ jest niskie; brak siarkowodoru, występuje mała ilość CO₂ wolnego

Jeżeli powyżej zrzutu A była strefa β-mezosaprobowa, to satysfakcjonujący jest powrót do tej strefy

• strefa katarobowa - woda pierwotnie czysta, źródlana, bardzo uboga w składniki pokarmowe

Jest to strefa zaproponowana przez Kolkwitza i Marssona.

Kolkwitz i Marsson stwierdzili także, że oprócz zmian składu chemicznego wody w poszczególnych strefach mogą występować również organizmy, które określili wskaźnikowymi. Podobnie jak strefy w samooczyszczającej się rzece, wyróżnili oni 4 grupy organizmów wskaźnikowych tzw. saprobów, a podział ten obowiązuje do dzisiaj. Pierwsza lista saprobów obejmowała 334 gatunki, potem podano 880, Liebmann zmniejszył tę listę do 260 gatunków. Organizm wskaźnikowy, aby był na tyle charakterystyczny dla danej strefy, musi w niej dominować, aby było pewne, że może w niej występować.

Grupy organizmów w tych strefach:

• polisaproby

• alfa - mezosaproby

• beta - mezosaproby

• oligosaproby

Grupy organizmów wskaźnikowych są ściśle powiązane z różnym stopniem rozkładu substancji organicznej lub różnią się intensywnością procesu rozkładu i mineralizo-

wania ścieków. Na poszczególnych odcinkach samooczyszczającej się rzeki można zatem obserwować różne grupy organizmów, które przystosowane do życia w ściśle określonych warunkach.

Biorąc pod uwagę ustosunkowanie się organizmów do zanieczyszczeń można wyróżnić następujące rodzaje gatunków:

• gatunki saprobiontyczne (saprobionty) - występują wyłącznie w wodach zanieczyszczonych, ale nie ma ich w wodzach czystych

• gatunki saprofilne (saprofile) - występują zarówno w wodach czystych, jak i zanieczyszczonych, lecz w zanieczyszczonych w większej ilości, lubią wodę zanieczyszczoną

• gatunki saprokseniczne (saprokseny) - występują tylko w wodach czystych, a unikają wód zanieczyszczonych

• gatunki saprofobne (saprofoby) - występują w wodach czystych, nie narażonych na dopływ ścieków, ni będą występowały w wodach po oczyszczaniu, ale będą w źródłach

Obecnie zmienia się zanieczyszczenie ( inne związki docierają do wód) i Thomas w 1944 roku zmodyfikował system, ponieważ uznał, że niektóre organizmy występujące w strefie polisaprobowej mogą być spotykane w strefie 2, 3 i 4. W związku z tym podzielił strefę polisaprobową na trzy strefy:

• alfa - polisaprobową

• beta - polisaprobową

• gama - polisaprobową

Każda podstrefa posiada ściśle określone organizmy, oraz podane jest zużycie tlenu:

ad.1: stopień zanieczyszczenia, gdzie panują bakterie, a BZT₅ jest większe od 60 mg O₂/ dm³

ad.2 : licznie występują orzęski ( zwierzęta ), a BZT₅ od 30 do 60 mgO₂/ dm³

ad. 3: strefy w której występuje Sphaerotilus natans, a BZT₅ od 15 do 20 mgO₂/ dm³

Pozostałe strefy systemu Kolwitza i Marssona pozostawił bez zmian.

W 1965 roku Czesi Sramek - Husek zaproponowali inny, swój podział strefy polisaprobowej także na 3 strefy:

• hypersaprobową - zasiedlane przez drożdże i bakterię, a BZT₅ większe od 500 mg O₂/ dm³

• alfa-polisaprobową - zasiedlane przez bakterie, wiciowce i część orzęsków, a BZT₅ od 100 do 500 mg O₂/dm³

• beta - saprobową - zasiedlaną przez Sphaerotilus natans (nitkowata bakteria żelazista), a BZT₅ od 10 do 100 mgO₂/dm³

Starmach podał klasyfikację podziału na:

• wody źródlane - katarobowe

• wody czyste - oligosaprobowe

• wody słabo zanieczyszczone - beta mezosaprobowe

• wody silnie zanieczyszczone - alfa mezosaprobowe

• wody wybitnie zanieczyszczone - polisaprobowe

• wody częściowo zatrute

• wody zatrute

Fjerdingstad (duński badacz) zaproponował w 1964 roku podział wód zanieczyszczonych na 9 stref i 26 głównych podstref, w których podane są zespoły organizmów charakterystycznych reprezentujących daną strefę. Uznał on, że nie tylko plankton, ale peryfiton jest podstawą klasyfikacji, ponieważ plankton jest bierny, natomiast peryfiton osiedla się tam, gdzie chce (organizmy porastające części zanurzone). System ten należy uzupełnić jeszcze strefami zanieczyszczonymi, a ich nie ma w wodzie czystej. Podzielił on organizmy wodne na:

• saprobionty - występują wyłącznie w wodach zanieczyszczonych, ale nie ma ich w wodach czystych

• saprofile - żyją zarówno w wodach czystych, jak i w wodach zanieczyszczonych , tyle że w zanieczyszczonych jest ich więcej

• saprokseny - występują tylko w wodach czystych

Znanych jest jeszcze kilka innych podziałów, które w zasadniczy sposób nawiązują do poprzednich, ale każdy z nich ma jakieś nowości( np. system Zelonki i Marvana, Wuhrmanna, Sladscka, Pethego, Pantlego i Bucka i wiele innych).

W sprawie odprowadzania ścieków do wód powierzchniowych wydawane są odpowiednie przepisy Ministerstwa Rolnictwa Zasobów Naturalnych i Leśnictwa oraz Rozporządzenie w sprawie Klasyfikacji Wód, które obejmuje 60 parametrów. Kryteria są nie do zastosowania w wodach stojących. Przepisy mówią o dopuszczalnych zanieczyszczeniach wód i warunkach wprowadzania ścieków do wody o do ziemi. Dodatkowe zlecenia zawiera Prawo Wodne.

PASOŻYTY PRZEWODU POKARMOWEGO I ICH CHOROBY

Nauka zajmująca się pasożytami to parazytologia. Pasożyty to organizmy, które wykorzystują osobniki innego gatunku - tzw. żywicieli, jako źródło pokarmu, wyrządzając im przy tym szkody. Pasożyt może działać na żywiciela jako czynnik:

• mechaniczny - uszkadza skórę, jelita, erytrocyty, tkankę mięśniową, narządy wewnętrzne jak płuca, wątrobę, nerki, mózg

• chemiczny - oddziałując w sposób toksyczny lub alergiczny na żywiciela, przez substancje wydalane przez pasożyta pochodzące z przemiany materii za życia jak i po obumarciu. W zależnościom toksyczności związku występują objawy chorobowe, stany zapalne, rozszerzeni naczyń, hamowanie krzepnięcia krwi, niszczenie erytrocytów, błony śluzowej, tkanek, zaburzenia nerwowe i inne

• biotyczny - powoduje pobudzanie tkanek do nadmiernego wzrostu, wiąże się z nosicielstwem zarazków chorobotwórczych, z obecnością pasożytów, drobnoustrojów np. w przewodzie pokarmowym.

Cechą pasożytnictwa jest najczęściej chorobotwórczość, chociaż zdarzą się, że żywiciel nie choruje, ale jednak pozostaje nosicielem pasożytów. W zależności od lokalizacji pasożyta wyróżniamy formy zewnątrzustrojowe (ektopasożyty) i wew-

nątrzustrojowe (endopasożyty). Pasożyty wewnętrzne mają szczególne znaczenie dla inżynierii sanitarnej, ponieważ żyją w przewodzie pokarmowym człowieka i wydostają się wraz z odchodami na zewnątrz, wędrując przez kanalizację do wód powierzchniowych . Cysty, jaja lub larwy pasożytów mogą długo przebywać w wodzie i w glebie, ponieważ odporne są na działania czynników środowiskowych. Inne pasożyty swego cyklu rozwojowego przechodzą w wodzie, zakażając formę przejściową ryby oraz zwierzęta hodowlane podczas pojenia, a pośrednio i ludzi. Liczba cyst, larw lub jaj jest u pasożytów bardzo duża, np. pełzak czerwonki wydziela ok. 300 tyś do 40mln cyst na dobę, glista ludzka ok. 200 tyś jaj, a jeden człon tasiemca nieuzbrojonego ok. 80 tyś jaj, a bruzdogłowiec szeroki od 1,5 do3,75mln jaj.

Najczęstszymi pasożytami są robaki (ok. 50%), stawonogi (25%) oraz pierwotniaki pasożytnicze (poniżej 25%).

W cyklu rozwojowym pasożyta ważną rolę odgrywają żywiciele, którzy mogą być:

• żywicielem ostatecznym - to taki, w organizmie pasożyt przechodzi cykl rozwojowy i rozmnaża się ( jaja, cysty)

• żywicielem pośrednim - w ciele którego pasożyt przechodzi pewne stadia rozwojowe, ale nie osiąga dojrzałości płciowej

Najbardziej znanymi pasożytami są tasiemce, które żyją 10-15 lat, składają w tym czasie od 5,5 do 9mld jak, a zdolność produkcji takiej ilości jaj wiąże się z tym, że są trudności w znalezieniu odpowiedniego żywiciela. Wśród zwierząt występuje grupa organizmów określana jako robaki, która obejmuje typ robaków płaskich i obłych. Wśród typu płazińców są gromady: wirki, przyrwy, tasiemce, przy czym te dwie ostatniego pasożyty. W typie obleńców są gromady: wrotki, nicienie, z których pasożytami są nicienie.

PRZEGLĄD PASOŻYTÓW:

• przyrwy - przedstawicielem jest motylica wątrobowa (Fasciola hepatica). Pasożytuje w wątrobie zwierząt trawożernych, a u człowieka sporadycznie (żywiciel ostateczny). Po zapłodnieniu jaja motylicy przechodzą przez przewody żółciowe i muszą dostać się do wody, gdzie przechodzą różne stadia larwalne. Pierwsze stadium - miracidum (dziwadełko) musi zostać połknięte przez ślimaka błoniarkę moczarową (Lymnaea truncatula) i w jego wątrobie powstaje druga postać larwalna - sporocysta, która wydaje na świat 8 redii. Z każdej redii powstaje 20 cerkarii (razem 160), które opuszczą ciało ślimaka i przypływając do brzegu, gdzie przekształcają się w następną postać larwalną - adoleskarie (metacerkarie). Następnie otorbiają się i przyczepiają się do roślin wodnych i pobliskich traw. Gdy żywiciel ostateczny (bydło, owce, kozy, sarny, zające) zje metacerkarie, w ich przewodzie pokarmowym przekształcą się w młode przyrwy, które następnie przez naczynia krwionośne docierają do wątroby, gdzie osiedlają się ostatecznie i po trzech miesiącach osiągają dojrzałość. Zwierzęta zarażone motylicą są osłabione i chorują. Choroba zwaną fascjolozą - może być przyczyną poważnych strat materialnych dla hodowców bydła i owiec.

Inną przyrwą jest motyliczka. Cykl rozwojowy przedstawia się następująco: jaja
ślimak lądowy (tu miracidum, sporocysta, cerkarie), cerkarie wydostają się ze śluzem na ląd i muszą być zjedzone przez mrówki (drugi żywiciel pośredni). Gdy wraz z trawą zjedzone są przez bydło, owce i innych roślinożerców (żywiciel ostateczny)powstają dojrzałe przyrwy.

• tasiemce Są one pasożytami jelita cienkiego człowieka i niektórych zwierząt (psy, konie, gryzonie), występującymi u żywicieli jako formy dojrzałe, albo jako stadia larwalne. Tasiemce zbudowane są z główki uzbrojonej bądź nieuzbrojonej, główki odpowiedzialnej za wytwarzanie członów, oraz płaskiego, członowanego ciała w postaci członów. Są obojnakami, występuje samozapłodnienie, a zapłodnione jaja wydzielane na zewnątrz żywiciela do wody, otoczenia, ścieków, gleby;

Do ważniejszych zalicza się:

• tasiemiec uzbrojony - taenia salium

• tasiemiec nieuzbrojony - taenia saginata

• tasiemiec bąblowiec - echinococcus granulosus

• tasiemiec bruzdogłowy - diphyllobothrium latum

Prezentacja ważniejszych form:

tasiemiec uzbrojony (na główce posiada wieniec haczyków oraz 4 przyssawki) dorosły występuje u człowieka, a żywicielem pośrednim (zawierającym wągry) jest świnia, ale może to być też pies, kot, dzik lub sam człowiek. Długość jego wynosi od 2 do 8 metrów. Człowiek zaraża się formą larwalną (wągrami) spływając niedogotowane mięso wieprzowe z wągrami. Z nich w przewodzie pokarmowym powstają tasiemce, które osiągają dojrzałość po 5-12 tygodniach. Po zapłodnieniu powstają jaja, które wraz z członami wydostają się na zewnątrz i muszą być zjedzone przez żywiciela pośredniego. Z jaj powstaje larwa onkosfera, która przedziera się do krwi, a stamtąd do mięśni. Cykl się powtarza.

tasiemiec nieuzbrojony - na główce ma tylko 4 przyssawki, dorosły występuje u człowieka, a żywicielem pośrednim jest bydło lub inny przeżuwacz. Długość wynosi od 3-15 metrów, przy 2000 członów. Jaja wydostają się na zewnątrz po zjedzeniu przez ich bydło powstaje larwa onkosfera, która przechodzi do krwi, a następnie do mięśni, wątroby, nerki, gdzie przekształca się w wągra z główką. Ludzie zarażają się zjadając surowe mięso (tatar, krwisty befsztyk, metkę). U człowieka występuje zawsze postać dorosła.

tasiemiec bąblowiec - u człowieka występuje postać larwalna, zwana bąblem lub bąblowcem osiedlającym się w wątrobie, płucach, mózgu. Głównym żywicielem pośrednim są owca, bydło, świnia, koń, królik, a także człowiek. Żywicielami ostatecznymi dojrzałego tasiemca o wielkości 3-7mm (3-4 człony) są psy, wilki i lisy. Pasożytują one w przewodzie pokarmowym. Jaja tego tasiemca mogą być w sierści psa, wilka lub lisa, a następnie przez dłonie człowieka (przez głaskanie) docierają do przewodu pokarmowego powodując zakażenie). Z jaj w żołądku żywiciela pośredniego wydostaje się larwa onkosfera, która przez krew dostaje się do różnych narządów wewnętrznych. Choroba wywołana przez tego tasiemca często kończy się śmiercią. Onkosfera przekształca się w pęcherz, który może osiągnąć wielkości główki małego dziecka. Larwy mogą żyć w organizmie 5-20 lat.

tasiemiec bruzdogłowy - bruzdogłowiec szeroki - dorosła postać pasożytuje w organizmie człowieka, psów, kotów, niedźwiedzi, świń może doprowadzić do objawów ciężkiej anemii. Jest największym tasiemcem osiąga długość do 20 metrów, przy 4000 członach. Gatunek ten ma skomplikowany system rozwojowy wyraźnie związany z wodą. Zapłodnione muszą dostać się do wody, gdzie powstaje urzęsiona larwa - koradicum, która musi zostać połknięta przez skorupiaka np. przez oczlika (pierwszy żywiciel pośredni). W jego ciele powstaje onkosfera, która przekształca się w procerkoid. Jeżeli teraz skorupiak zje ryba (okoń, szczupak, miętus, i inne), która jest żywicielem pośrednim, to w jego mięśniach powstaje plerocerkoid, larwa o długości 1-4 cm. Jeżeli rybę zje ssak, to plerocerkoid przekształca w postać dorosłą. Cykl trwa około 2-5 tygodni.

tasiemiec kręcikowy - wywołuje chorobę zwaną, kołowacizną, ze względu na atakowanie półkul mózgowych żywiciel ostateczny: psy pasterskie, wilki, lisy, szakale; żywiciel pośredni: owca, sarna, jeleń, bydło.

tasiemiec psi - żywiciel ostateczny: psy; pośredni: pchły. Występuje o około 50% psów

tasiemiec karłowaty - żywiciel ostateczny - gryzonie; pośredni - pchły oraz larwy mączniaka młynarka. Ten gatunek stanowi wyjątek, gdyż cały cykl może przebiegać w ciele jednego człowieka.

• Obleńce - robaki obłe. Obejmują dwie gromady; wrotki (wolnożyjące) i nicienie (część z nich, około 60 gatunków to pasożyty człowieka ). W ich cyklu rozwojowym brak jest żywiciela pośredniego. Najbardziej znane to: glista ludzka (Ascaris limbricoides), włosień kręty (Trichinella spiralis), owsik (Enterobius vermicularis) oraz włosogłówka ludzka, tęgoryjec dwunastnicy, węgorek jelitowy, nitkowiec podskórny.

glista ludzka - samica składa do 200 tyś jaj na dobę, wydostając się z kałem na zewnątrz. Zarażenie następuje przez połknięcie jaj lub larw (wypicie brudnej wody, zjedzenie niedomytych warzyw, głównie sałaty, rzodkiewek), które w przewodzie pokarmowym przebijają naczynia krwionośnie i dostają się do wątroby, z których przechodzą do jamy gębowej człowieka. Gdy zostają połknięte w jelicie cienkim osiągają dojrzałość płciową i cykl się powtarza.

włosień kręty - pasożytuje w przewodzie pokarmowym i w mięśniach. Zarażenie następuje przez zjedzenie larwy w mięsie świni. W jelicie dojrzewają i wydają potomstwo (z jaj, z których powstają larwy). Larwy przechodzą z krwią do mięśni, gdzie pasożytują. Gdy jest ich dużo mogą doprowadzić do śmierci człowieka. Żywicielem mogą być też szczury, lisy oraz wilki.

owsik - pasożytuje w jelicie grubym człowieka, zwykle małych dzieci. Zarażenie następuje przez przypadkowe połknięcie jaj (brudne ręce, owoce lub samozakażenie). Objawy - ostre swędzenie w okolicach odbytu.

włosogłówka - pasożyt jelita ślepego, jaja larwa dorosły. żywią się krwią, mogą doprowadzić. Żywią się krwią, mogą doprowadzić do zapalenia wyrostka robaczkowego, anemii, chorób wrzodowych. Zakażenie jak owsik.

• Pierwotniaki pasożytnicze

• wiciowce - w obrębie tego typu pasożytnicze są:

świdrowiec gambijski - wywołuje śpiączkę, przenoszony przez muchę tse-tse. Występuje głównie w Afryce równikowej

lamblia - pasożyt człowieka i szczura, wywołuje choroby wątroby, dwunastnicy i trzustki

rzęsistek pochwowy - pasożyt dróg rodnych kobiet, przenoszony drogą płciową, przyczyną może być brak higieny

• sporowce - posiadają złożone cykle rozwojowe

zarodziec malarii - człowiek jest żywicielem pośrednim, przenoszone przez żywiciela ostatecznego - komara widliszka. Odmiany: malaria trzeciaczka ( atak choroby co 3 dni), czwartaczka ( co 4 dni)

• zarodziowce - należą tu ameby , np. ameby czerwonki - pasożyt jelita grubego, głównie w krajach tropikalnych, zakażenie przez picie brudnej wody. Powoduje silne owrzodzenia i krwawe biegunki

epidemia - nagłe pojawienie się choroby zakaźnej na niewielkim obszarze

pandemia - objęcie chorobą zakaźną dużych obszarów np. grypa - hiszpanka w I połowie XX wieku

endemia - stałe lub okresowe występowanie choroby zakaźnej w określonej miejscowości np. malaria w okolicach zbiornika wodnego

Podsumowanie:

W każdym organizmie człowieka występują drobnoustroje. Część z nich to normalnie występująca, niechorobotwórcza mikroflora, współżyjąca z organizmem na zasadzie komensalizmu (bez wyrządzenia szkody). np. mikroflora przewodu pokarmowego i dróg oddechowych. W przypadku chorobotwórczości (patogenności) mikroorganizmy są zdolne do wywołania choroby w drodze zakażenia naturalnego bądź doświadczalnego. Źródłem zakażenia mogą być chory człowiek, chore zwierzę oraz przedmioty używane przez chorych (ubrania, pościel, towary, artykuły spożywcze, książki, banknoty itp.) Zarazić mogą też nosiciele, czyli osoby po przebytej chorobie, które stanowią rezerwat bakterii, ale sami nie mają już objawów choroby. Choroby mogą być rozprzestrzeniane przez owady np. muchy (dur brzuszny, czerwonka), komary (malaria) pchły, kleszcze (riketsjozy), wszy (tyfus plamisty), gryzonie (szczury, myszy - dżuma), a także przez wodę, powietrze i glebę.

PRZYKLADY CHORÓB

Nazwa	Pochodzenie	Sposób zakażenia
błonica - dyfteryt	bakteryjna	kropelkowa
grypa	wirusowa	kropelkowa
odra	wirusowa	kropelkowa
płonica - szkarlatyna	bakteryjna	kropelkowa
gruźlica	bakteryjna	kropelkowa + mleko chorych krów
ospa prawdziwa i wietrzna	wirusowa	kropelkowa
cholera	bakteryjna	kontakt, pokarm, woda
czerwonka	pełzakowata i bakteryjna	kontakt, pokarm, woda
wirusowe zapalenie wątroby	wirusowa	wstrzyknięcie dożylne
dur brzuszny	bakteryjna	pokarm, woda
rzeżączka	bakteryjna	zakażenie weneryczne, kontakt
kiła	bakteryjna	ziemia, zakażenie przyranne
wścieklizna	wirusowa	pokąsanie przez zwierząt
nosacizna	bakteryjna	kontakt ze zwierzętami kopytnymi

Wykłady z ekologii

Ekologia to nauka o współzależnościach między organizmami a otaczającym środowiskiem. Termin pochodzi od greckiego słowa oikos - dom, miejsce życia, logos - słowo, nauka. Czyli ekologia to nauka o miejscach życia organizmów (środo

-wisku) . Termin ten wprowadził w 1869 roku Ernst Haeckl. Obecnie ekologię można określić jako naukę o ekonomii przyrody. Jest to nauka o strukturze i funkcjonowaniu przyrody, badająca zależności pomiędzy organizmami oraz ich zespołami a otaczającym środowiskiem.

Ekologia jest nauką interdyscyplinarną i łączy w sobie podstawowe działy biologii ( fizjologia, genetyka, ewolucjonizm) jak i działy taksonomiczne ( zoologia, botanika, bakteriologia, inżynieria sanitarna). Współczesna ekologia swym zakresem badań obejmuje biosferę, ekosystem, biocenozę, populację, organizm. Aby to zrozumieć należy wprowadzić kilka pojęć:

W przyrodzie każdy gatunek reprezentowany jest przez populację, a każdy osobnik jest jej reprezentantem populacji. Populacja - grupa osobników tego samego gatunku, zamieszkująca wspólny obszar, mogących się swobodnie krzyżować(wydawać potomstwo) np. populacja lisów żyjących w lesie lub populacja glonów lub zooplanktonu w jeziorze. Zespół populacji różnych gatunków, żyjących w określonej przestrzeni środowiska lądowego lub wodnego nazywa się biocenozą. Np. biocenoza leśna, gdzie żyją lisy, dziki, sarny, niedźwiedzie etc. Biocenoza jeziorna, gdzie żyją bakterie, fitoplankton, zooplankton, ryby etc.

Ogólne zależności, którymi połączone są poszczególne populacje w biocenozie, to zależność pokarmowa, zwana także zależnością troficzną. Tak więc biocenoza to wielogatunkowy zespół organizmów wzajemnie ze sobą powiązanych różnymi zależnościami biologicznymi i żyjących w określonym środowisku - biotopem.

Biotop - obszar o określonych warunkach ekologicznych będących siedliskiem dla biocenozy lub osobnika. Np. biotopem jest w jeziorze strefa litoralu ,w której żyją określone gatunki osobników z danej populacji.

Biocenoza łącznie ze swym abiotycznym środowiskiem tworzy ekosystem - układ ekologiczny. Współzależność między biocenozą a biotopem są tak ścisłe, że biocenoza nie może istnieć w oderwaniu od biotopu. Są one nierozerwalnie połączone i wzajemnie na siebie oddziaływają.

Biocenoza + Biotop = EKOSYSTEM

ożywiona część, nieożywiona

biotyczne część, abiotyczne

elementy środowiska elementy środowiska

Te z kolei tworzą środowisko życia naszej planety - biosferę - ekosfera - sfera, w której istnieje życie wszystkich występujących na ziemi ekosystemów zamieszkałych przez organizmy żywe.

Obejmuje:

• troposfera - dolna część atmosfery (10-15km)

• hydrosfera - wszystkie wody ziemi

• litosfera - powierzchniowa warstwa skorupy ziemskiej do 1 km w tym gleba do 3m głębokości

Działy ekologii:

• AUTEKOLOGIA - ekologia organizmów, która zajmuje się wzajemnym oddziaływaniem środowiska abiotycznego na poszczególne organizmy i odwrotnie

• SYNEKOLOGIA - ekologia ekosystemów, badanie grup organizmów (jako całość )w biocenozach oraz zależność między środowiskiem organizmów w ich środowisku

Odrębnym działem jest SOZOLOGIA - zajmuje się ochroną przyrody i jej zasobów m.in. zapewnienie trwałości ich użytkowania. Jest to nauka młoda zapoczątkował ją polski geolog - W. Goetel w 1965roku.

Ekologię, podobnie jak całą biologię podzielić wg grup taksonomicznych m.in. na ekologię roślin, ekologię owadów, ekologię drobnoustrojów, ekologię pasożytów etc.

Czynniki środowiska ograniczające życie organizmów

Na ziemi wyróżnia się dwa główne środowiska życia organizmów: lądowe i wodne. Różnią się między sobą własnościami fizycznymi, temperaturą gazów, warunkami świetlnymi , odczynem pH , oddziaływaniem czynników mechanicznych np. wiatru, ciśnienia, prądów morskich.

Czynnik środowiska	Środowisko
		Wodne	lądowe
Gęstość	Duża	Mała
Ilość O2	3,5%	21%
Ilość CO2	1,7%	0,03%
Ilość N2	63%	78%
Wahania temperatury	Małe	Duże
oświetlenie	Rozproszone	Pełne

Występowanie organizmów w danym środowisku zależy od ich wymagań w stosunku do ich środowiska. Czynniki środowiska dzielimy na:

• abiotyczne - nieożywione elementy środowiska oddziałujące na organizmy. Należą tu czynniki kinematyczne (temperatura, woda, światło, ciśnienie, wiatr) czynniki edafilne (gleba, jej struktura, skład chemiczny)

• biotyczne - żywe składniki środowiska ( rośliny, zwierzęta, człowiek) wywierające bezpośredni lub pośredni wpływ na siebie wzajemnie i na otaczające abiotyczne składniki środowiska

Czynniki biotyczne jak i abiotyczne tworzą grupę czynników ekologicznych. Z reguły dzielą się na kompleksowe, zwiększając adaptację organizmów do warunków danego środowiska. Współdziałanie tych czynników decyduje o przebiegu rozwoju oraz życiu organizmów zwierzęcych i roślinnych. Zmiana jednego czynnika może mieć duży wpływ na oddziaływanie innych.

CZYNNIKI ABIOTYCZNE

• temperatura

• ilość wody

• ilość światła

• powietrze będące źródłem tlenu i innych gazów

• prądy

• ciśnienie

• ilość składników pokarmowych ( makro- i mikroelementów)

• odczyn pH

• zasolenie

• zawartość substancji toksycznych

Temperatura - jest podstawowym czynnikiem ograniczającym występowanie organizmów na Ziemi. Przejawy życia są możliwe w zakresie od -200 do +150 *C. Większość organizmów przejawia aktywność życiową w strefach geograficznych, gdzie temperatury wahają się od 0-30”C. Dolną granicę stanowi temperatura zamarzania wody słodkiej, czyli 0*C, górna natomiast, w której zachodzi denaturacja białka: 40-50*C. Istnieją jednak takie organizmy, które przystosowały się do skrajnych temperatur, zarówno wysokich jak i niskich. W bardzo niskich temperaturach ( Syberia) żyją bakterie, sinice, porosty, mszaki oraz zwierzęta polarne. W temperaturach najwyższych ( do +80*C - na pustyniach) żyje wiele gatunków roślin i zwierząt, które przystosowały się do tych warunków. U zwierząt formą przystosowania się do przetrwania w niesprzyjających warunkach termicznych jest sen zimowy (hibernacja) lub sen letni (estywacja).

W wodzie wahania temperatury są mniejsze niż na lądzie, ponieważ woda ma duże ciepło i dużą pojemność cieplną. Dlatego organizmy wodne mają zakres tolerancji aniżeli organizmy lądowe. Temperatura wód lądowych waha się w granicach od 0*C do około 40*C, a tylko w gejzerach może osiągnąć nawet do 100*C. Ruch wody w zależności od gęstości powoduje wytworzenie warstwowości wód, czyli stratyfikacji termicznej lub pionowy układ temperatur (im głębiej tym chłodniej). Wahania temperatur wody mają istotne znaczenie dla przebiegu procesów fizjologicznych, a intensywność tych procesów podwaja się przy podnoszeniu temperatury o każde 10*C (zgodnie z regułą van Hoffa - wzrost temp o 10* powoduje przyśpieszenie procesów metabolicznych 2-3-krotnie)

Światło - naświetlenie zależy od natężenia, jakości i czasu naświetlania. Emitowana przez światło fala elektromagnetyczna ma bardzo szeroki zakres (od 10^-7 do 10^-9μm z którego tylko bardzo mały (od ok. 0,4-0,7μm) jest wykorzystywany przez organizmy(promieniowanie widzialne)

Światło widzialne:

• fioletowe 390-422nm

• niebieskie 422-492nm

• zielone 492-535nm

• żółte 535-586nm

• pomarańczowe 586-647nm

• czerwone 647-700nm

Te zakresy światła widzialnego są aktywne w procesie fotosyntezy, gdyż największym natężeniem docierają przez atmosferę. W pozostałym zakresie: promieniowanie:

• gamma (γ)

• X

• UV

• widzialne

• Rentgenowskie

• radiowe (Hertza)

światło dociera do roślin lądowych nie mających w sposób znaczący na przebieg procesu fotosyntezy. Natomiast dla roślin żyjących w wodzie na różnych głębokościach może mieć wpływ. Tylko część promieni słonecznych padających na powierzchnię wody przenika w głąb. Światło niebiesko-zielone dociera najgłębiej, dlatego na takiej głębokości żyją takie rośliny jak krasnorosty, które oprócz chlorofilu zawierają barwnik czerwony - fikoerytrynę i niebieski - fikocyjaninę.

Dla zwierząt światło reguluje długość dnia, a więc aktywność, wzrost i tempo przemiany materii, orientacja w otoczeniu.

Woda jest niezbędnym składnikiem każdego żywego organizmu, a jej ilość zależy od wieku, etapu rozwojowego i części ciała. Przeciętnie stanowi ok. 70-80% masy ciała, ale u form wodnych nawet 99%, człowiek 65%.

Woda decyduje o procesach metabolicznych:

• stanowi niezbędny element przy syntezie, hydrolizie wielu związków organicznych

• odgrywa istotną rolę przy pobieraniu pokarmów i soli mineralnych

• jest rozpuszczalnikiem w płynach wewnątrzustrojowych (np. dla produktów przemiany materii, hormonów, witamin i enzymów)

• uczestniczy w regulacji temperatury, ciśnienia osmotycznego i pH

Gazy są czynnikiem ograniczającym środowisko, zarówno rozpuszczone w wodzie jak i w atmosferze. Największe znaczenie mają tlen, dwutlenek węgla, azot:

• w środowisku lądowym : azot 78%, tlen 21%, dwutlenek węgla 0,03%

• w środowisku wodnym ilość gazów i ich %-owy skład jest zależy od temperatury, zasolenia, ciśnienia atmosferycznego , rozpuszczalność gazów w wodzie. Rozpuszczalność gazów w wodzie maleje w raz ze wzrostem temperatury . Gazy rozpuszczone w wodzie pochodzą z dyfuzji z powietrza lub z powstałych w wyniku procesów biologicznych i chemicznych zachodzących w zbiorniku wodnym.

Tlen - w wodzie występuje w ilości 20-30 razy mniejszej niż w powietrzu. Pochodzi z fotosyntezy, a częściowo z dyfuzji z powietrza. W skutek eurytrofizacji wód lub zanieczyszczeń może występować niedobór tlenu, co jest czynnikiem ograniczającym egzystencję wielu organizmów.

Dwutlenek węgla - występuje w zmiennych ilościach i jest go w wodzie więcej niż na powierzchni, gdyż bardzo dobrze rozpuszcza się w wodzie. Źródłem CO₂ jest oddychanie organizmów i procesy rozkładu jest niezbędny dla roślin jako źródło węgla niezbędnego do budowy organizmów. Nadmiar CO₂ prowadzi do zakwaszenia środowiska. Większa zawartość CO₂ na lądzie wywołuje efekt cieplarniany (ocieplenie klimatu pod wpływem temperatury)

Ciśnienie - dzieli się na:

• atmosferyczne - panujące w atmosferze ziemskiej, którego wartość zmienia się w raz ze zmianą temperatury i wysokości npm (w raz ze wzrostem wysokości maleje ciśnienie: najpierw szybko, a potem coraz wolniej). Np. na wysokości 5000m ciśnienie jest 2x mniejsze niż na poziomie morza.

• hydrostatyczne - panujące w zbiornikach wodnych i rośnie ono o jedną atmosferę na każde 10 metrów głębokości. ( w największych głębokościach oceanu ma nawet 1000 atmosfer). W wodzie ciśnienie jest czynnikiem ograniczającym, ale część np. ryb głębinowych dostosowała się do takich warunków( mają duże ciśnienie wewnętrzne-płynów ustrojowych)

CZYNNIKI BIOTYCZNE

Należy tu zwrócić uwagę na oddziaływania organizmów na siebie, zależności międzygatunkowe wewnątrzgatunkowe oraz wpływ organizmów na środowisko abiotyczne.

Organizmy te nie tylko przystosowują się do środowiska w którym żyją, ale także przystosowują to środowisko do swoich potrzeb życiowych. Organizmy wprowadzają do środowiska nowe związki i źródło energii. Tak więc skład chemiczny, gleby. wody, dna zależy od wpływu organizmów tam bytujących np. współzawodnictwo o światło, wodę czy składniki pokarmowe. Niektóre gatunki roślin wydzielają substancje hamujące lub uniemożliwiają rozwój innych roślin. Istotny jest także wpływ zwierząt na rośliny( zapylanie roślin przez owady, rozsiewanie nasion, poprawa struktury gleby przez dżdżownice. Zwierzęta roślinożerne żywiąc się pokarmem roślinnym mogą mieć wpływ na ilościowy i jakościowy skład szaty roślinnej, z kolei ich liczebność może mieć wpływ na skład gatunkowy organizmów. Tak więc oddziaływanie między organizmami określone jest charakterem antagonistycznym bądź protekcyjnym.

Bytowanie organizmów lub grupy organizmów w danym środowisku uzależnione jest od całego kompleksu czynników, od ich ilości i natężenia. Każdy czynnik, który zbliża

się go granicy tolerancji lub je przekracza, określa się jako czynnik ograniczający.

Prawo LIeblinga - możliwość wzrostu i rozwoju organizmu, określa ten czynnik , który jest w najmniejszy w stosunku do zapotrzebowania (czynnikiem ograniczającym niedobór wody, składników pokarmowych, światła, niskie stężenie tlenu, mała ilość witamin, białka, etc.)

Prawo tolerancji (Shelforda) - możliwość bytowania organizmu określa minima i maksyma danego czynnika. Reguły pomocnicze:

• tolerancja w stosunku do jednego czynnika zmienia się w z zależności od sumy czynników działających w tym samym czasie.

• organizmy mogą mieć szeroki zakres tolerancji w stosunku do jednego czynnika i wąski do drugiego

• organizmy o szerokim zakresie tolerancji w stosunku do wszystkich czynników są najszerzej rozpowszechnione.

• kiedy warunki nie są optymalne dla gatunku ze względu na jeden czynnik ekologiczny, to jego granica tolerancji wobec innych czynników mogą być zawężone

Zakres tolerancji - u jednych zakres tolerancji jest szeroki, u innych może być wąski. Np. organizm może mieć szeroki zakres w stosunki do temperatury a wąski do odczynu pH wody. Dla wyrażenia stopnia tolerancji w ekologii używa się następujące przedrostki:

- steno - wąska tolerancja

- eury - szeroka tolerancja

Gatunki eurytopowe (eurybionty) charakteryzują się szerokim zakresem tolerancji i mogą żyć w środowisku o zróżnicowanych warunkach, o dużych wahaniach czynników zewnętrznych.

Gatunki stenotopowe (stenobionty) charakteryzują się małym zakresem tolerancji w stosunku do środowiska i występują w ściśle określonych warunkach, o niewielkich wahaniach czynników. Stenobionty są bardziej wyspecjalizowane niż eurybionty.

W stosunku do określonych czynników wprowadza się terminy:

eury termiczny
temperatura

hydryczny
woda

steno halinowy
zasolenie

fagiczny
pokarm

Szerokość tolerancji świadczy o specjalizacji organizmów. Tolerancja może być duża w przypadku jednego czynnika, a mała ze względu na drugi czynnik. Jeżeli organizm jest stenotermiczny i euryhalinowy, oznacza to, że ma wąski zakres tolerancji wobec temperatury, a szeroki wobec zasolenia wody. Stenobionty, które zachowują aktywność w wąskich lecz względnie niskich granicach tolerancji, to nazywamy je oligobiontami.

organizm organizm organizm


stenotermiczny eurytermiczny stenoterniczny

(oligotermiczny) optimum (politermiczny)

min max min max

temperatura

Minimum, optimum i maksimum temperatury dla gatunków stenotermicznych jest tak mała, że niewielka zmiana temperatury może być dla nich krytyczna, natomiast dla gatunków eurytermicznych nie ma to żadnego wpływu.

Organizmy o podobnym zakresie tolerancji w stosunku do określonych czynników środowiska stanowią grupy ekologiczne:

• nitrofile (rośliny azotolubne) np. pokrzywa, burak, rzodkiew

• kalcyfile (rośliny wapieniolubne) np. sasanka, jaskier, szartka

• halofile (rośliny słonolubne) np. piołun, solanka, kolczatka

• kserofity (rośliny sucholubne) np. kaktus, wilczomlecz

• higrofile (rośliny wilgociolubne) np. mchy, ryż, zawilec

• acydofile (rośliny kwasolubne-niskie pH) np. wrzos, skrzyp, szczaw

• bazofile (rośliny zasadolubne, wysokie pH) np. koniczyna, szałwia

• heliofile (rośliny światłolubne) np. słonecznik, rumianek

• skiofile (rośliny ciemnolubne) np. paproć, blusza

Gatunki o wąskim zakresie tolerancji w stosunku do określonych czynników środowiska nazywa się gatunkami wskaźnikowymi. Pozwalają one na szybkie określenie stanu środowiska ( obecność skrzypów świadczy o kwaśnej glebie a koniczyny o glebie zasadowej)

Populacja - zespół osobników jednego gatunku, wzajemnie ze sobą oddziałujących, zamieszkałych w tym czasie na określonym terenie. Populacja jest formą istnienia gatunku biologicznego. Każda populacja zajmuje tę samą przestrzeń, która zapewnia jej niezbędne warunki życiowe oraz funkcje, jakie spełnia w ekosystemie, czyli niszą ekologiczną. Miejsce w którym żyje populacja określonego gatunku to siedlisko. Natomiast areał osobniczy, to obszar zajmowany przez pojedynczego osobnika populacji, na którym występują wszystkie potrzebne mu do życia elementy. Suma areałów tworzy zasięg przestrzenny populacji.

CECHY POPULACJI

• liczebność - liczba osobników składająca się na daną populację. Związane jest z nią zagęszczenie populacji, czyli liczba osobników przypadająca na określoną jednostkę powierzchnię. np. 500 sosen na ha, 5 mln okrzemek /m³. Liczebność i zagęszczenie zależą wielkości organizmów. Im mniejsza populacja tym mniej liczebna i mniej zagęszczona:

zagęszczenie


Głównym czynnikiem wpływającym na liczebność populacji są wydolność pokarmowa, rozrodczość, śmiertelność, migracje, tempo wzrostu:

• krzywa esowata - uzyskana przy określonym wzroście, związana z istnieniem czynników ograniczających biotycznych i abiotycznych

• 
  krzywa kotowata - uzyskana przy wzroście nieograniczonym ( brak czynnika ograniczającego), wówczas stale wzrasta liczba osobników

+ +

krzywa esowata krzywa jotowata

Nieregularne wahania liczebności populacji nazywamy fluktuacjami. Fluktuacjom ulega liczebność każdej populacji na skutek działania np. drapieżników, które eliminują liczebność populacji.

• rozrodczość - określa stosunek nowonarodzonych osobników danego gatunku do całej populacji

• śmiertelność - (przeciwieństwo rozrodczości) dotyczy umieralności osobników danej populacji. Może być spowodowana brakiem pokarmu, przegęszczeniem, konkurencją, kanibalizmem, pasożytnictwem, chorobami oraz drapieżnictwem

• rozprzestrzenianie - przemieszczanie się osobników między populacjami. Powoduje to zmianę liczebności populacji a zależy bariery środowiskowej i aktywności życiowej osobników. Mamy następujące formy rozprzestrzeniania:

• emigracja - jednokierunkowy ruch osobników na zewnątrz, opuszczenie populacji

• imigracja - jednokierunkowy ruch osobników z zewnątrz do wewnątrz, przybywanie osobników z poza populacji

• migracja - ruch dwukierunkowy, przemieszczanie się osobników między populacjami

Struktura populacji: w populacji następuje zróżnicowanie osobników, co charakteryzuje struktura wiekową, płciową, przestrzenną i socjalną:

• płciowa - jest charakterystyczna dla danego gatunku, które wykazują dymorfizm płciowy i obejmuje zależność między liczbą samic i samców. Struktura płciowa nie dotyczy osobników populacji obojnaczych (np. dżdżownica) lub jednopłciowych rozmnażających się partenogennie (np. wrotka)

• wiekowa (rozkład wiekowy) - jest to udział osobników różnych grup wiekowych w populacji (młode, dojrzałe, stare). W zależności od wieku osobników rozróżnia się populacje:

• rozwijające się - dominacja osobników młodych

• ustabilizowane - udział grup wiekowych jest równomierny i liczebność nie podlega wahaniom

• wygasające - dominacja osobników starych

Struktura przestrzenna - związana z rozmieszczeniem osobników populacji na danym obszarze. Wyróżniamy rozmieszczenia:

• równomierne - bardzo rzadkie w przyrodzie, występuje tam gdzie jest ostra konkurencja wewnątrzgatunkowa (rośliny w sadzie)

• losowa (przypadkowa) np. gatunki drzew w lesie mieszanym

• skupiskowe - np. kolonie bakterii, kolonie nietoperzy, zwierzęta glebowe najczęściej występują w przyrodzie

Struktura socjalna - związki socjalne między osobnikami w populacji np. zachowa-

nie terytorium, dominacja osobników, przewodzenie, hierarchia socjalna, podział pracy.

INTERAKCJE MIĘDZY POPULACJAMI

Dwie populacje mogą, ale nie muszą oddziaływać na siebie. Ten wpływ może być korzystny lub nie. Gdy żadna z dwóch populacji nie wpływa na siebie to występuje tzw. neutralizm:

Współzależności niekorzystne, czyli antagonistyczne:

• amensalizm - jedna populacja hamuje rozwój drugiej populacji np. wydzielanie związków chemicznych do podłoża (grzyb pędzlak produkuje antybiotyk - penicylinę, która hamuje rozwój bakterii)

• konkurencja - zachodzi między organizmami o tych samych wymaganiach życiowych, gdy dane zasoby są w niedomiarze. Konkurencja może być wewnątrzgatunkowa (między osobnikami tego samego gatunku) lub międzygatunkowa (między osobnikami o tych samych wymaganiach życiowych) np. antylopa, zebra, bawół. Prowadzi to do wypierania gatunku słabszego przez silniejszy

• drapieżnictwo - jedna populacja przynosi szkody drugiej populacji, a sama czerpie korzyści. Następuje wówczas układ drapieżca-ofiara. np. rysie rozmnażają się. Prowadzi to do wzrostu populacji. Polując na zające przyczyniają się do wymierania populacji zająców, jako źródło pokarmu. Pociąga to konsekwentnie spadek populacji rysi, gdyż brakuje pokarmu. Zmniejszenie populacji drapieżcy pozwala na rozwój populacji zająców - ofiary. Jest to proces cykliczny.

• pasożytnictwo - to zależność między pasożytem a żywicielem. Pasożyt żyje kosztem gospodarza, powoduje jego osłabienie. Pasożytnictwo może być wewnętrzne ( tasiemiec, bakterie chorobotwórcze, u człowieka - zarodziec malarii, pełzak czerwonki)

Współzależności nieantagonistyczne (protekcja)

• komensalizm - to typ współżycia między dwoma gatunkami, gdy jeden czerpie korzyści nie przynosząc szkody drugiemu np. hiena i szakal korzystając z resztek zdobyczy upolowanej przez lwa

• protokooperacja - to typ, gdy dwa gatunki czerpią korzyści ze swej obecności, ale nie są one całkowicie uzależnione. Każdy z nich nie może żyć bez drugiego np. krab pustelnik - ukwiał, bawół i ptaki bąkojady. Ukwiał korzysta z resztek pokarmu kraba i wykorzystuje to jako środek lokomocji, sam natomiast swymi parzydełkami stanowi jego ochronę.

• mutualizm - to nieodzowna, ścisła współzależność dwu różnych gatunków czerpiących obustronne korzyści przy czym jeden gatunek nie jest zdolny do życia bez obecności drugiego np. glony i grzyby tworzące porosty w tundrze, rośliny kwiatowe i owady, czyli maślak - sosna, borowik - dąb, tzw. mikoryza. Flora bakteryjna zwierząt (trawi i dostarcza witaminy)

Biocenoza to ożywiona część ekosystemu, czyli naturalny zespół wszystkich organizmów zajmujących określone, nieożywione środowisko; powiązane ze sobą zależnościami. Wyróżniamy biocenozy:

• sztuczne np. biocenoza stanu hodowlanego, sadu czynnego. W tworzeniu teog typu biocenoz uczestniczy człowiek

• naturalne np. morza, rzeki, lasu naturalnego. Są to biocenozy w których człowiek nie ingerował w ich powstawanie.

CECHY BIOCENOZY

• jedność biotopu i biocenozy - wszystkie elementy biotyczne i abiotyczne są ze sobą ściśle powiązane i wpływają na siebie wzajemnie

• warunkiem egzystencji biocenozy jest istnienie trzech współzależnych grup organizmów (producenci, konsumenci, reducenci), dzięki którym zamknięty jest obieg materii w przyrodzie

• organizacja biocenozy - układ oparty na powiązaniach pokarmowych w konkurencyjnych obejmuje skład gatunkowy ( rozmaitość gatunków), stosunki ilościowe, interakcje, strukturę troficzną (łańcuch pokarmowy), strukturę przestrzenną

• anatomia biocenozy - odrębność terytorialna, organizacja wewnętrzna, powiązania między komponentami

• względna równowaga biocenotyczna (stabilizacja układu): stały skład gatunkowy i równowaga będąca wynikiem adaptacji organizmów do przeciętnych warunków środowiska

• sukcesja ekologiczna - prowadzi do większej stabilności biocenozy, a wynika ona ze stopniowego jej rozwoju i dostosowania się organizmów do zmieniających się warunków środowiska

Struktura troficzna, czyli droga pokarmowa biocenozy. tj. powiązania pokarmowe pomiędzy jej elementami strukturalnymi tj. producentów, konsumentów i reducentów. Dzięki czemu biocenoza jest samo wystarczalna.

Producenci - to organizmy samożywne, autotroficzne, zdolne do wyprodukowania materii organicznej w procesie fotosyntezy lub chemosyntezy. Należą tu rośliny zielone oraz część bakterii - fotosyntezujących i chemosyntezujących.

Konsumenci - to organizmy cudzożywne, heterotroficzne, głównie zwierzęta, część bakterii i grzyby, przystosowane do pobierania i konsumowania gotowej materii organicznej. Należą tu:

• fitofagi - zwierzęta roślinożerne

• zoofagi - zwierzęta mięsożerne

• saprofagi - organizmy odżywiające się martwą materią organiczną

Wśród konsumentów są grupy :

• konsumenci pierwszego rzędu - organizmy odżywiające się pokarmem roślinnym (roślinożercy i pasożyty roślinne)

• konsumenci drugiego rzędu - organizmu odżywiające się kosztem roślinożerców, a więc drapieżnicy, pasożyty zwierzęce

• konsumenci trzeciego rzędu - organizmy odżywiające się konsumentami rzędu drugiego

Reducenci (destruenci) - to grupa heterotrofów (bakterie i grzyby saprofityczne), które rozdrabniając i redukując substancje organiczne powodują ich mineralizację.

Łańcuch pokarmowy (troficzny) - szereg organizmów ustawionych w takiej kolejności, że każda poprzednia grupa (ogniwo) jest podstawą żywienia następnej. Wyróżnia się łańcuch spasania i łańcuch detrytusowy.

• łańcuch spasania - zaczyna się od roślin zielonych (producentów) i przechodzi przez zwierzęta roślinożerne (konsumenci I-rzędowi) do drapieżników odżywiających się zwierzętami (konsumenci II-rzędowi i wyższych rzędów)

np. fitoplankton
zooplankton
ukleja
szczupak

liście ziemniaka
stonka
bażant
człowiek

koniczyna
ślimak
jaszczurka
jastrząb

• łańcuch detrytusowy - zaczyna się od martwej materii organicznej, żywiące się nią mikroorganizmy i zwierzęta saprofityczne (np. detrytofagi) do zjadanych je drapieżników

np. obumarłe szczątki roślin wodnych
nicienie
larwy owadów

obumarłe szczątki zwierząt wodnych
wieloszczet
ślimak
ryba

Poziomy troficzne - to grupa organizmów mająca taką samą pozycję w łańcuchu pokarmowym. Liczba poziomów troficznych jest uzależniona od stopnia złożoności biocenozy:

• I poziom troficzny - organizmy samożywne (fotosyntezujące i chemosyntezujące), głównie znaczenie mają rośliny zielone (fitoplankton)

• II poziom troficzny - obejmuje grupę konsumentów rzędu pierwszego, stanowią ją roślinożercy (np. zooplankton)

• III poziom troficzny - obejmuje grupę konsumentów rzędu II, tworzą ją drapieżcy zjadające roślinożerców (konsumentów rzędu I) np. ryby (płotka, ukleja

• IV poziom troficzny - stanowią ją konsumenci rzędu III, tworzą ją drapieżcy rzędu II, zjadający drapieżników rzędu I np. ryby drapieżne (okoń, szczupak)

• V poziom troficzny i ewentualnie dalsze poziomy - obejmuje drapieżników dalszego rzędu np. ptaki drapieżne

Jeżeli organizmy są monofagami, to z reguły należą do jednego poziomu troficznego (koala żyjący na liściach eukaliptusa). Jeżeli pokarm jest zróżnicowany to organizm taki nazywamy polifagiem (świnia, człowiek), to może należeć do różnego poziomu troficznego. W trakcie każdego z kolejnych przekształceń materii w łańcuchu troficznym ubywa znacznej ilości energii(80-90%), rozpraszając ją jako ciepło. Stąd też liczb ogniw w łańcuchu troficznym ogranicza się do 4-5 . Krótkie łańcuchy troficzne są w ubogich biocenozach, a im bogatsza biocenoza tym ma więcej poziomów troficznych i zachodzą większe straty energii.

Ekosystem - struktura i funkcjonowanie

Ekosystem to zespół żywych organizmów tworzących biocenozę łączącą się

ze wszystkimi elementami środowiska nieożywionego, czyli biotopem. Każdy naturalny ekosystem stanowi układ otwarty i funkcjonuje dzięki przypływowi energii i krążenia materii. Źródłem energii w ekosystemach jest energia słoneczna. Część z niej jest wykorzystywana do budowy związków organicznych (fotosynteza) i jest wykorzystywana do procesów metabolicznych, a część jest stracona w postaci ciepła.

Do funkcjonowania ekosystemu (i obiegu materii) konieczny jest zatem udział producentów, konsumentów i reducentów. Dzięki producentom syntetyzowana jest materia organiczna. Dzięki konsumentom zjadana jest materia organiczna żywa bądź martwa, natomiast dzięki reducentom rozkładana jest materia, uwolnione zostają nieorganiczne składniki pokarmowe dla producentów, a także zamknięty obieg materii w przyrodzie, włączone są składniki odżywcze, zachodzi produkcja pokarmów dla organizmów cudzożywnych.

Obecność lub brak producentów w ekosystemie stały się podstawą do podziału ekosystemów na autotroficzne (99% ekosystemów) oraz heterotroficzne ( pozostały 1% - bardzo rzadkie)

• ekosystem autotroficzny - ekosystem pełny, samowystarczalny, w którym znajdują się producenci, dzięki czemu obiega materii w przyrodzie jest zamknięty. Należą tu prawie wszystkie ekosystemy na Ziemi.

• ekosystem heterotroficzny - ekosystem niepełny, niesamowystarczalny, pozbawiony producentów w którym znajduje się materia pochodząca z zewnątrz, zwana materia allochtioniczną (jaskinia, w której brak światła). Związki mineralne wytworzone przez destruentów są tu nie wykorzystane do produkcji materii organicznej.

Produktywność (produkcja) - to ilość substancji organicznych wytworzonych w jednostce czasu lub intensywność magazynowania energii związkach organicznych,. Produktywność ekosystemu dzieli się na pierwotną i wtórną.

Produkcja pierwotna - szybkość z jaką producenci przekształcają energię promieniowania słonecznego na energię wiązań chemicznych. Inaczej jest to proces syntezy związków organicznych przez producentów. Pomiar produkcji pierwotnej dokonuje się mierząc intensywność procesu fotosyntezy.

Produkcja pierwotna brutto - mierzona szybkość fotosyntezy, to ilość materii organicznej wytworzonej przez producentów, łącznie z tą częścią materii, którą producenci wykorzystują na oddychanie.

Produkcja pierwotna netto - mierzona tempem magazynowania materii organicznej w tkankach roślinnych bez wykorzystania materii na oddychanie. Jest to produkcja brutto (A), czyli asymilacja pomniejszona o straty związane z oddychaniem(R). Przyrost masy roślin P=A-R. W rzeczywistości możemy mierzyć jedynie produkcję pierwotną netto; a produkcja pierwotna brutto, jest zwykle wartością teoretyczną. W badaniach ekosystemów najistotniejsza jest produkcja netto, ponieważ one jest przenoszona na następny poziom troficzny.

Produkcja wtórna - jest to tempo wiązania energii przez konsumentów, czyli proces przyswajania materii organicznej i magazynowania energii przez konsumentów. Mierzy się go ilością biomasy wyprodukowanej w jednostce czasu na jednostkę powierzchni.

Produkcja ekosystemu




pierwotna wtórna

tempo wytwarzania materii tempo przyswajania materii

organicznej przez producentów organicznej i magazynowania

energii przez konsumentów

brutto netto

produkcja materii produkcja brutto

organicznej i nieorganicznej - straty z oddychania

Parametrem jest energia spożyta lub konsumpcyjna (C). Część tej energii zostaje wykorzystana do budowy własnego ciała, część zostaje zużyta na oddychanie (R), część jest zwracana w postaci odchodów (F) i moczu. Czyli

C=P+R+FU

Energia rzeczywiście przyswojona to produkcja (P) i oddychanie (R), co określa termin asymilacji (A):

A=P+R=C-FU

Sama produkcja: P=C-(R+FU)

Ocena produkcji dokonywana jest metodą wagową. Produktywność ekosystemów zależy od wielu czynników i w każdym rejonie Ziemi kształtuje się inaczej. Jej miarą jest produkcja pierwotna, która dla różnych ekosystemów waha się w granicach od 500-2000 g/m²/rok

Przykłady:

• puszcza tropikalna 2200 g/m²/rok

• plantacja trzciny cukrowej 4000 g/m²/rok

• rafa koralowa 2500 g/m²/rok

• las liściasty 1300 g/m²/rok

• ocean 125 g/m²/rok

• tundra 140 g/m²/rok

• płytkie jezioro do 2000 g/m²/rok

Sukcesja ekologiczna - to uporządkowany, stopniowy proces kierunkowych zmian biocenozy prowadzący do przeobrażenia się prostych systemów w bardziej złożone. Wyróżnia się:

• sukcesja pierwotna - dotyczy terenów dotychczas nie zamieszkałych przez działalność organizmów żywych, a więc terenów niekorzystnych dla życia np. pustynie, skały, wydmy, hałdy, gdzie sukcesja pierwotna jest bardzo powolna

• sukcesja wtórna - jest szybsza od pierwotnej i zachodzi na obszarach wcześniej zajętych przez inną biocenozę, a więc tam, gdzie są już warunki sprzyjające rozwojowi innych organizmów np. sukcesja lasów, łąki , stawu.

Proces sukcesji wynika z tego, że organizmy żyjące w biocenozie nie zmieniają się.

Wybrane ekosystemy:

• las - najbardziej złożony ekosystem lądowy. Wyróżnia się w nim drzewostan, podszyt i runo

W procesie martwej materii organicznej biorą udział organizmy roślinne (saprofity) lub zwierzęce( saprofagi) rozkładające resztki organizmów

Typowi reducenci to saprofity ( bakterie i grzyby saprofityczne). Przetwarzają one martwą materię organiczną w związki organiczne, które potem wykorzystywane są przez rośliny. Udział saprofitów ( dobre bezkręgowce żyjące w glebie, osadach dennych) polega na odżywianiu się szczątkami roślin i zwierząt. Dzielimy je na:

• detrytofagi - zwierzęta odżywiające się detrytusem

• kaprofagi - zwierzęta odżywiające się odchodami, fekaliami

• nekrofagi - zwierzęta odżywiające się padłymi zwierzętami

• jezioro - naturalny zbiornik wodny cechujący się najczęściej uwarstwieniem i posiada trzy warstwy:

• litoral - strefa przybrzeżna

• pelagial - strefa otwartej wody

• profundal - strefa przydenna

W każdym ze środowisk panują odmienne warunki fizykochemiczne i inne organizmy zasiedlają te strefy. Wyróżniamy grupy ekologiczne:

• makrolity - rośliny przytwierdzone do dna

• peryfiton - drobne rośliny i zwierzęta przytwierdzone do podłoża

• neuston - organizmy denne

• bentos - organizmy denne

• plankton - drobne organizmy bierne unoszące się przez wodę

Największą lądową jednostką biocenotyczną jest biom. W jego obrębie przeważa jednolita forma życiowa roślinności będąca w stanie równowagi i uwarunkowana klimatem. W rozkładzie biomu decyduje temperatura i nasłonecznienie (klimat). Do głównych biomów świata należą:

• tundra - występująca w strefie okołobiegunowej, w strefie umiarkowanego klimatu chłodnego

• tajga - występująca w pn Eurazji i w Kanadzie, w strefie umiarkowanego klimatu chłodnego

• lasy liściaste - w strefie klimatu umiarkowanego

• step - występuje na terenie klimatu kontynentalnego, umiarkowanego suchego

• sawanna - charakterystyczna dla strefy podrównikowej

• pustynia - w strefie klimatu zwrotnikowego, skrajnie suchego

• puszcza tropikalna - w klimacie równikowym, wybitnie wilgotnym

W każdym biomie są producenci, konsumenci, destruenci, ale stanowią je różnorodne gatunki organizmów charakterystyczne dla danej strefy klimatycznej.

OCHRONA ŚRODOWISKA PRZYRODNICZEGO

środowisko - ogół elementów przyrodniczych, znajdujących się w stanie naturalnym, jak i przekształconym w wyniku działalności człowieka. Obejmuje powierzchnię ziemi, jak i glebę, kopaliny wody, powietrze atmosferyczne, świat zwierzęcy i roślinny, a także krajobraz.

zasoby przyrody - to bogactwa naturalne, woda, powietrze, gleba, energia wód i wiatru, energia cieplna, słoneczna i ziemska, rośliny i zwierzęta. Zasoby dzielimy na:

• niewyczerpywalne

• wyczerpywalne

• odnawialne

• nieodnawialne

zasoby niewyczerpywalne - to takie zasoby, których eksploatacja nie zagraża wyczerpaniu, np. en, słoneczna, wiatr, prądy morskie, energia geotermiczna

zasoby wyczerpywane - to te, których wytworzenie stałe bezpowrotne ich ubywanie prowadzące do całkowitego wyczerpania . Należą tu surowce stałe( węgiel kamienny i brunatny, rudy metali: miedź, cynk, ołów i niemetali np. siarka, sól) płyny: (ropa naftowa, wody mineralne) oraz gazy ( gaz ziemny). Nieodnawialność surowców mineralnych wiąże się z ich długiego czasu powstawania.

zasoby odnawialne - to takie, których eksploatowanie ulega samoodtwarzaniu się w toku naturalnych procesów zachodzących na Ziemi: powietrze, atmosfera, woda, gleba, lasy, rośliny, o zwierzęta

Większość zasobów przyrody nieożywionej należy do kategorii nieodnawialnej, dlatego powinno się wykazywać szczególną dbałość o racjonalne dbanie i wykorzystywanie oraz gospodarowanie. W związku z tym należy w większym stopniu wykorzystać odnawialne źródła energii np. energie słoneczną, geotermiczną, wiatru i fal, atomową.

OCHRONA I ZANIECZYSZCZENIA POWIETRZA ATMOSFERYCZNEGO

Wśród zanieczyszczeń powietrza wyróżnia się :

• zanieczyszczenia pochodzenia naturalnego, powstałego w wyniku np. wybuchu wulkanu, pożaru lasu, burz piaskowych, rozkładu materii organicznej np. na bagnach

• zanieczyszczenia pochodzenia antropogenicznego (związane z działalnością człowieka) np. gazy i pyły

Główne z nich to:

• zakłady produkujące energię elektryczną i cieplną (elektrownie i elektrociepłownie)

• zakłady przemysłowe (różne procesy technologiczne)

• pojazdy mechaniczne

• rozproszone źródła sektora, komunalno - bytowego, gospodarstwa rolne (paleniska indywidualne, domowe)

W technologiach wymienionych źródeł dominują procesu spalania paliw kopalnych, w wyniku czego emituje się duże ilości pyłów: dwutlenek siarki, tlenek węgla, dwu tlenek węgla, tlenek azotu(IV), tlenek azotu (I) oraz oraz węglowodorów ( przede wszystkim: metan). Inne zanieczyszczenia to związki siarki: dwutlenek siarki, trójtlenek siarki, kwas siarkowy (II) oraz amoniak (NH₃).

Zanieczyszczenia pyłowe to cząstki od 10^-3 do 100μm przy czym pył o wielkości ziaren 35-100μm opada na ziemię stosunkowo szybko, pył o ziarnach 0,1 do 3,5μm dłużej utrzymuje się powietrzu, natomiast przy uziarnieniu poniżej 0,1μm elektryzuje ujemnie i nie opada za ziemię. Dla człowieka niebezpieczne jest pył o średnicy poniżej 5μm

Ze względu na zagrożenie pył dzielimy na:

• toksyczny - powoduje szybkie zatrucie organizmu ( pyły zawierają metale ciężkie: Hg, Cd, As, Zn, Pb; pyły radioaktywne, pyły azbestowe, oraz fluorki i niektóre rodzaje nawozów mineralnych)

• szkodliwe (działanie pylicotwórczym lub uczulającym) - np. pyły krzemionkowe (kwarc, chalcedon), pyły drewna, bawełny; pyły glinokrzemianowe. Pyły rozpuszczają się w płynach ustrojowych, rozkładają białko oraz zmniejszają odporność na choroby zakaźne

• neutralny (działanie drażniące) - obejmuje pyły żelaza, wapnia, gipsu, węgla. Są substancjami nierozpuszczalnymi, dlatego blokują one powierzchnię płuc, co prowadzi do niewydolność wydechowej i niedotlenienia organizmu ( nieżyt oskrzeli, rozedma oraz łatwość infekcji bakterii, grzybów i innych pasożytów )

W Polsce emisja gazów jest duża. Np. w roku 1998 do powietrza przedostało

się 2522 tyś ton zanieczyszczeń, z czego pyły stanowiły 10,1% (254,000 ton), a gazowe zanieczyszczenia 89,9% (2,267,000 ton). Były to m. in. SO₂ (58,9%), CO (16,3%), NO i NO₂ (18,3%), węglowodory i inne (6,5%). Zanieczyszczenia pyłowe stanowiły: popiół lotny (83,3%) oraz pyły z produkcji cementu(3,8%). Mimo tak wielkich ilości na przestrzeni lat obserwuje się ograniczone ilości zanieczyszczeń. W 1998 roku emisje pyłowe były niższe o 86% od 1987 roku, a emisje gazowe o 58%.

Przyczyną jest wytwarzanie energii w elektrociepłowniach odpalanych węglem. Główne miasta zagrożone to: Konin (160.000 ton/rok), Bogatynia (136,000 ton/rok), Połaniec (82.000 ton/rok), Warszawa (62.000 ton/rok), Kraków (87.000 ton/rok)

Skutki zanieczyszczenia powietrza:

• choroby układu oddechowego (zapalenie błony śluzowej jamy nosowej, gardła, oskrzeli, nowotwory płuc)

• zaburzenie centralnego układu nerwowego (bezsenność, bóle głowy, złe samopoczucie)

• choroby oczu (zapalenie spojówek)

• reakcje alergiczne ustroju

• zaburzenia układu krążenia, choroby serca

• niszczenie budowli

• korozja metali oraz zwiększa zużycie maszyn i urządzeń

• niszczenie skóry, papieru i odzieży

• wydłużenie czasu wysychania farb i lakierów

• redukcja promieniowania słonecznego, na skutek adsorbowania go i rozpraszania

Niekorzystne zjawiska związane z zanieczyszczeniem atmosfery:

• smog (mgła inwersyjna) powstaje w wyniku połączenia dymu i mgły lub pary wodnej . Powstaje ona na obszarach o dużej emisji zanieczyszczeń i znacznej ich koncentracji oraz w sprzyjających warunkach meteorologicznych np. smog utleniający (fotochemiczny) typu „Los Angeles” lub smog kwaśny typu „londyńskiego”

• „smog typu Los Angeles” - tworzy się w warunkach klimatu tropikalnego lub subtropikalnego przy dużej ilości spalin samochodowych. Pod wpływem promieniowania substancje te reagują ze sobą i tworzą silne utleniacze. Smog atakuje drogi oddechowe, zmniejsza odporność na choroby, jest też szkodliwy dla roślin

• „smog londyński” - siarkowy, powstaje w wielkich aglomeracjach strefy klimatu umiarkowanego przy dużej wilgotności powietrza i silnej emisji spalin, głównie SO₂ i CO - tlenku węgla. W kropelkach mgły następuje utlenianie SO₂ do aerozolu kwasu siarkowego, który działa parząco, podrażnia drogi oddechowe, wpływa na krążenie

• kwaśne deszcze - to opady atmosferyczne typu śnieg, deszcz, grad, mżawka i mgła zawierająca m.in. produkty przemian tlenków azotu, dwutlenku siarki, tlenków węgla. W atmosferze następuje utlenianie tych związków do kwasu siarkowego, azotowego i węglowego i w postaci opadów atmosferycznych docierają do powierzchni ziemi. Kwaśne opady zakwaszają glebę i wody powierzchniowe; wywierają szkodliwy wpływ na rośliny, zwierzęta i człowieka ( poparzenia, podrażnienia dróg oddechowych) oraz niszczą budowle zwłaszcza z wapieni i piaskowca.

• dziura ozonowa - to zjawisko ubytku ozonu w ozonosferze związane z zanieczyszczeniem atmosfery związkami reagującymi z ozonem. Związki te to chloro- fluoropochodne węglowodorów (tzw. freony), chlorek metylu CH₃Cl, czterochlorek węgla CCl₄, bromek metylu CH₃Br i tlenek azotu. W ten sposób następuje spadek stężenia ozonu i tworzenia się tzw. dziur ozonowych. Skutkiem tego jest zwiększenie natężenia promieniowania ultrafioletowego, które jest zabójcze dla organizmów żywych, wzrost zachorowań na raka skóry i choroby oczu (zaćma, ślepota), zakłócenie układu immunologicznego, wzrost zachorowań na choroby zakaźne. Nadmiar promieniowania UV uszkadza kwasy nukleinowe, powoduje liczne mutacje genetyczne oraz upośledza fotosyntezę.

• efekt cieplarniany (szklarniowy) - jest to zjawisko ocieplenia się klimatu Ziemi, polegający na zatrzymaniu pewnej ilości ciepła emitowanego do atmosfery. Jest to spowodowane wzrostem zawartości gazów cieplarnianych. Gazy te: CO₂, freony, metan, podtlenek azotu absorbują promieniowanie słoneczne podczerwone (cieplne) zapobiegając w ten sposób ucieczce ciepła atmosferycznego w kosmos ( efekt jest podobny jaki występuje w szklarni lub w samochodzie zamkniętym na słońcu). Konsekwencją mogą być zmiany klimatu ( susze, upały, topnienie lodowców, podnoszenie poziomu morza, zatopienie lądów itp.). Źródłem gazów będących powodujących efekt cieplarniany są procesy spalania paliw, wycinanie lasów tropikalnych, pożary sawanny, uprawa ryżu, hodowla bydła (powstaje metan). Źródłem metanu są także wysypiska odpadów, górnictwo i gazownictwo.

Zapobieganie zanieczyszczeń powietrza: odpylanie, unieszkodliwianie gazów odlotowych i wywiewów przemysłowych przez stosowanie filtrów, odpylaczy: cyklonów i multicyklonów, filtrów tkaninowych, filtrów mokrych i elektrofiltrów.

Cyklon - urządzenie służące do oczyszczania gazu z cząstek stałych większych niż 60μm ( skuteczność 70-99%).; Stosuje się w ciepłowniach i hutach oraz zakładach chemicznych

Elektrofiltry - elektryczne urządzenie odpylające bardzo wysokiej skuteczności (99%), wychwytuje pył na zasadzie jonizacji gazów odlotowych w polu elektrycznym

• hermetyzacja procesów produkcji i transportu

• odsiarczanie paliw

• zmiany w technologii spalania paliw ( kotły fluidalne, palniki niskoemisyjne)

• zmniejszenie uciążliwości pojazdów przez wprowadzenie benzyny bezołowiowej , katalizatorów, paliw gazowych( propan-butan, silnik elektryczny)

W ograniczaniu przepływu zanieczyszczeń ważną rolę odgrywają pasy zieleni, będącą naturalną barierą ochronną np. powietrze zanieczyszczone H₂S, CO₂, po przejściu przez 500 metrowy odcinek lasy 20-letniego traci około 2/3 zawartości tych gazów w porównaniu do ich stężenia wyjściowego.

Zanieczyszczenie i ochrona wód

Całkowita ilość wody w przyrodzie jest stała. Występuje ona w trzech stanach skupienia. Podlega ona stałemu krążeniu w przyrodzie. Większość wody występuje w morzach i oceanach, część w lodowcach i w lodzie, jako wody podziemne i wilgotność gleby, a pozostała część w jeziorach i rzekach, i w atmosferze. Lądy otrzymują wodę w postaci opadów atmosferycznych, część tej wody odparowuje, część przedostaje się do ścieków wodnych, a reszta zasila grunt wsiąkając w niego.

Parowanie wody to ewapotranspiracja i odbywa się z powierzchni wód, gleby, żywych organizmów ( zwłaszcza roślin). W zależności od pochodzenia dzielimy je na:

• wody opadowe (atmosferyczne)

• powierzchniowe

• podziemne

Zanieczyszczenie wód to niekorzystne zmiany właściwości fizycznych, chemicznych

i bakteriologicznych wody, spowodowane wprowadzeniem w nadmiarze substancji nieorganicznych (stałych, płynnych, gazowych), organicznych, radioaktywnych i ciepła, które to czynniki ograniczają, bądź uniemożliwiają wykorzystywanie wody do picia i celów gospodarczych.

Zanieczyszczenia mogą być:

• naturalne - pochodzące z domieszek zawartych w wodach powierzchniowych i podziemnych np. zasolenie, zanieczyszczenie humusem, związkami żelaza

• sztuczne (antropogeniczne) - związane z działalnością człowieka, a pochodzące głównie ze ścieków, spływów powierzchniowych z terenów przemysłowych, rolniczych i wysypisk

Zanieczyszczenie ściekami: ścieki przemysłowe, z miast, z terenów rolniczych terenów nie skanalizowanych są odprowadzane do wód za pośrednictwem kanalizacji lub zrzucane bezpośrednio do nich

ścieki - są mieszaniną zużytej wody oraz różnego rodzaju substancji płonnych, stałych, gazowych, radioaktywnych oraz ciepła, usuwanych z terenów miast i zakładów przemysłowych. W zależności od pochodzenia ścieków dzielimy je na :

• bytowo - gospodarcze - powstają w wyniku zaspokajania potrzeb gospodarczych i higieniczno-sanitarnych. Zawierają wirusy, bakterie i jaja pasożytów; dlatego stanowią one zagrożenie higieniczne; epidemiologiczne

• przemysłowe - powstają w zakładach produkcyjnych i usługowych

• opadowe - powstają w wyniku spływów deszczowych, topienia śniegu, przy myciu i polewaniu ulic

Rozwój gospodarczy i zwiększanie liczby ludzi powoduje ciągły wzrost ilości ścieków przemysłowych i bytowo-gospodarczych.

Ochrona wód przed zanieczyszczeniem:

• stosowanie bezściekowych technologii w przemyśle

• napowietrzanie wód stojących

• zamykanie obiegów wodnych w cyklach produkcyjnych

• odzyskiwanie wody ze ścieków

• utylizacja wód kopalnych

• zabezpieczanie hałd i wysypisk

• oczyszczanie ścieków i unieszkodliwianie osadów ściekowych

Metody oczyszczania ścieków:

• mechaniczne - na kratach, na sitach piaskownicach, osadnikach, odtłuszczaczach

• chemiczne - wytrącanie związków (koagulacja, sorpcja na węglu aktywnym)

• biologiczne (najlepsze) - zmineralizowanie zanieczyszczeń dzięki mikroorganizmom występującym w osadzie czynnym (złoża biologiczne, komory osadu czynnego, komory fermentacyjne)

• z podwyższonym usuwaniem biogenów - redukcja azotu i fosforu

Ochrona gleby - powierzchniowej warstwy skorupy ziemskiej

• degradacja gleby - zanieczyszczenie ekologicznej i produkcyjnej warstwy gleby

• zakwaszenie gleby

• mechaniczne zniekształcanie gruntów, niszczenie gleby i roślin

• zniekształcenie rzeźby terenu

• wylesienie

• przesuszenie gruntów

• chemiczne zanieczyszczenie gleby

• biologiczne zanieczyszczenie gleby

• erozja - proces rozmywania lub rozwiewania powierzchniowej warstwy gleby

• pustynnienie i stepowienie - niedobór wody

• przemysłowe zanieczyszczenie gleby (związki siarki: SO₂, SO₃, H₂SO₄, FeS, H₂S - zakwaszenie gleby), związki sodu (NaCl, Na₂SO₄, Na₂CO₃ - zasolenie)

• rolnicze zanieczyszczenie gleb - złe nawożenie

Ochrona przez odpadami:

• odpady przemysłowe (górnicze, szlamy poflotacyjne, popioły)

• odpady bytowo-gospodarcze (komunalne, śmieci)

Metody zaradcze:

• kompostowanie odpadów

• składowanie odpadów

• segregacja odpadów

• wtórne wykorzystanie odpadów

Ochrona przed hałasem i wibracjami w środowisku

• hałas komunikacyjny

• hałas przemysłowy

• hałas osiedlowy

• hałas mieszkaniowy

0 dB - próg słyszalności

130 dB - próg bólu

Skutki hałasu:

• uszkodzenie słuchu

• choroba wibracyjna (zaburzenia układu nerwowego, krążenia, ruchu, układu pokarmowego)

69/69




---