بكتريولوجيا المياه

Water Bacteriology

شبكة المدونون العرب

تحصل معظم المجتمعات على المياه اللازمة للشرب، من المياه السطحية، كمياه الأنهار والبحيرات، وهي مياه عرضة دائماً للتلوث من مخلفات المنازل، والمزارع، والمصانع، وتزداد حدة مشاكل التلوث بازدياد عدد السكان، لزيادة ما ينتج عنهم من مخلفات.

وتسبب المياه الحاملة لميكروبات مرضية مشاكل صحية خطيرة، إذ ينتقل عن طريق المياه، الميكروبات المعوية المرضية Enteric disease microbes، التي تسبب عدوى للجهاز المعوي، مثل بكتريا التيفود، والكوليرا، والدوسنتاريا الباسيلية، والأميبية، وفيروسات شلل الأطفال، والالتهاب الكبدي الوبائي، وتوجد هذه المسببات المرضية، في بول وبراز المرضى وحاملي العدوى، وتنساب هذه الميكروبات مع مياه المجاري، فتنتقل إلى مياه الشرب وتلوثها.

وهذا الجدول يوضح بعض الأنواع المختلفة من البكتريا المتواجدة بالماء والأمراض التى تسببها:

لذلك، فإن معالجة مياه المخلفات للقضاء على ما بها من ميكروبات مرضية، وذلك فيل التخلص منها، بإلقائها في بحر أو نهر، تعتبر عملية حيوية، كما وأن تنقية مياه الشرب، قبل الاستعمال تعتبر أيضاً من العمليات الضرورية لحماية المجتمع، مما تحمله المياه من ميكروبات مرضية.

والمصطلحات التالية دارجة الاستعمال، في مجال بكتريولوجيا المياه:

1.     المياه الصالحة للشرب      Potable water

وهي مياه، عديمة اللون والطعم والرائحة، خالية من المواد المعلقة، والمواد الكيميائية، والمواد المشعة، والميكروبات المرضية.

2.     مياه غير صالحة للشرب    Non-potable water

هذه المياه، عكس المياه السابقة الصالحة للشرب، تنقص أي شرط من الشروط الخاصة بالمياه الصالحة للشرب، فقد تحتوي على معلقات، أو كيماويات، أو مواد مشعة، أو ميكروبات ضارة بالصحة.

3.     مياه ملوثة  Polluted water

هذه المياه ملوثة بمواد ضارة، كالكيماويات والميكروبات المرضية، لذلك فهي غير صالحة للشرب، لأنها تعرض صحة الإنسان للخطر، كما تسبب أضراراً كبيرة للحيوان والأحياء المائية، وتلوث التربة أيضاً.

4.     مياه الصرف الصحى        Sewage water

المياه الملوثة بمخلفات المنازل، والمزارع، والمصانع. وتسمى مخلفات الصرف الصحى وهى شديدة الخطورة لما بها من ميكروبات مسببة لأخطر الأمراض

وتتلوث المياه العذبة من عدة مصادر، منها:

·        الأمطار الحامضية:

وينتج المطر الحامضي من تلوث الجو بغازات المصانع، حيث تتفاعل أكاسيد الكبريت وأكاسيد النتروجين الموجودة بأدخنة المصانع مع بخار الماء الموجود بالجو أو بالسحب فيتكون حامضي الكبريتيك والنتريك، ويصبح المطر حامضياً.

·        مخلفات الصرف الصحي (مخلفات المجاري):

وتعتبر هذه المخلفات المصدر الأساسي لتلوث مياه الشرب بالميكروبات المعوية المرضية.

·        مخلفات النشاط الصناعي للإنسان:

وتحمل هذه المخلفات الكثير من المعادن الثقيلة، كالنحاس، والكروم، والكادميوم، والزنك، والزئبق وغيرها، وقد تحمل المخلفات الصناعية موادا مشعة.

·        المخلفات الزراعية:

تحمل هذه المخلفات متبقيات المخصبات الزراعية ومبيدات الآفات، التي قد تصل مع مياه الري والصرف، إلى موارد المياه العذبة.

عموماً، فإن مياه المناطق الحارة، تكون مشجعة لنمو الميكروبات المرضية عن مياه المناطق الباردة، إذ أن برودة المياه تحد من نمو هذه الميكروبات، كما أن مشكلة التلوث بمخلفات المجاري تزداد حدتها في الدول النامية حيث معدل الزيادة السريع في عدد السكان، و عجز الموارد المالية عن علاج التلوث الناتج وجهل الأفراد بأهمية المحافظة على المياه من التلوث.

تنقية مياه الشرب    Drinking water purification

إذا لم يتيسر الحصول على مصدر ماء، خالي من التلوث، فإنه يجب تنقية الماء، حتى يصبح صالحاً للاستهلاك الآدمي، باستخدام الخطوات التالية :

1.     وقاية مصدر المياه من التلوث بمياه المجاري:

يعتبر تلوث مياه الشرب بمياه المجاري، أهم وأخطر مصادر التلوث، فهو الطريق الوحيد من الناحية العلمية التي تصل عن طريقها الميكروبات المرضية إلى مياه الشرب، وينتج ذلك من مرور مصادر مياه الشرب بجوار مصدر مجاري، فترشح مياه المجاري إلى قنوات المياه، أو ينتج التلوث من صرف مخلفات المجاري، في نهر، أو مصدر لمياه الشرب.

لذلك، فإنه يلزم معالجة مياه المجاري والتخلص منها بالطرق الصحية علماً بأن مياه المجاري بالمدن تجمع في مواسير مغلقة، بعيدة عن مواسير مياه الشرب، حتى لا تتسرب إليها ميكروبات مياه المجاري، ثم يجري التخلص منها.

وبذلك، يعتبر إزالة مصدر التلوث والوقاية من التلوث بمياه المجاري، بداية الخطوات التي تتبع في تنقية مصدر المياه.

2.     الترسيب            Sedimentation

تتم هذه العملية بترك المياه ساكنة لمدة من الزمن، في خزانات وأحواض ترسيب، فإنه يرسب ما بها من مواد عالقة وميكروبات إلى القاع. ولزيادة سرعة الترسيب، تضاف الشبة (كبريتات الألومونيوم والبوتاسيوم)، أو أملاح الحديد (كبريتات الحديد) إلى الماء، لزيادة سرعة تجمع الحبيبات، وتكوين معلق غروي، يرسب سريعاً، حاملاً معه الأحياء الدقيقة والأجسام المعلقة.

وعملية الترسيب، تقلل من المحتوى الميكروبي للمياه، ولكنها لا تعتبر بمفردها كافية لتنقية المياه، تنقية تامة مما بها من ميكروبات، ولذلك فهي تعتبر خطوة أولى في عملية التنقية.

1.     الترشيح    Filtration

ويتم ذلك بإمرار الماء على طبقات متعاقبة، من الحجارة والحصى والرمل الخشن والناعم، وبذلك تحجز هذه الطبقات ـ خاصة طبقة الرمل الناعم ـ معظم المواد العالقة ومعظم الميكروبات من المرور. وعندما يستمر تشغيل المرشح تتكون طبقة جيلاتينية من الميكروبات والمواد العضوية، تملأ المسافات الموجودة بين حبيبات الرمل الناعم، فتزيد من كفاءة الترشيح ولكنها في نفس الوقت تقلل من سرعته، وعند حدوث ذلك يجب تنظيف المرشح.

يمكن أن يتم الترشيح، بالطريقة البطيئة أو بالطريقة السريعة، ففي الطريقة البطيئة، تلزم مساحات كبيرة نسبياً، أما في الطريقة السريعة، فيكون الترشيح في عدة وحدات، حتى يمكن تشغيل بعضها مع تنظيف البعض الآخر، مع إضافة الشبة أو أملاح الحديديك لزيادة سرعة الترسيب، وتمرر المياه المرشحة، إما تلقائياً، أو تحت ضغط.

والترشيح، لا يعتبر الخطوة النهائية في عملية التنقية، لأنه لا يزيل كل الأحياء الدقيقة الموجودة بالمياه، بل يتبقى بعضاً منها، فالمرشحات الرملية التي تعمل بطريقة صحيحة، تحجز حوالي 90-99% من الأحياء الدقيقة، وتحجز كذلك معظم المواد العالقة، وهذا يسهل إجراء التنقية النهائية للماء، للتخلص مما بقى به، من الأحياء الدقيقة.

1.     التطهير بإضافة الكلور (الكلورة)    Chlorination

يعتبر هذه الخطوة غالباً آخر عمليات تنقية المياه، وفيها يضاف الكلور أو مركباته، إلى المياه لتطهيرها، وعند إضافة الكلور إلى الماء، يحدث التفاعل الآتي:

Cl₂ + H₂O             H Cl + HO Cl        (Hypochlorous acid)

HO Cl                   H Cl + O               (Nascent oxygen)

وبذلك ينتج أكسجين نشط حديث التولد، قادر على قتل الميكروبات الدقيقة، عن طريق أكسدة محتوياتها، وهذا بالإضافة على أن للكلور تأثير قاتل، عن طريق اتحاده المباشر ببروتين الخلية.

وقد يضاف الكلور مع الأمونيا، فيتكون أحادي الكلورين Monochloramine، الذي يتحلل ببطء، ويمنع الفقد السريع للكلور، وهو يعتبر من العوامل المبيدة، إلا أنه أبطأ في التأثير من الأكسجين النشط.

NH₄ OH + HO Cl ® 2H₂O + NH₂ Cl  (Monochloramine)

وقد يستعمل مسحوق قصر الألوان Bleaching powder، وهو Calcium hypochlorite، في صورة محلول أو أقراص، بدلاً من الكلور، في تنقية المياه لسهولة استعماله، وهو مع الماء يعطي التفاعل التالي:

Ca (O Cl)₂ + 2H₂O ® Ca (OH)₂ + 2HO Cl

HOC1 ®H Cl + O

وتتوقف كمية الكلور أو مركباته التي تضاف إلى الماء، على عوامل عديدة منها:

1.     تركيز الكلور ومدة التأثير.

2.     عدد وأنواع الأحياء الدقيقة الموجودة بالماء، فالبكتريا الخضرية، والسالبة لصبغة جرام، شديدة الحساسية للكلور، بينما البكتريا المتجرثمة، والجراثيم الحرة، والبكتريا الموجبة لصبغة جرام، والبكتريا الصامدة للأحماض، والبروتوزوا المتحوصلة، مقاومة لتركيزات الكلور المستعملة عادة.

3.     كمية المادة العضوية خاصة البروتينية الموجودة بالماء، فالكلور يتحد بالمادة العضوية، فيقل تركيزه، وتضعف فاعليته.

4.     درجة الـ pH، ودرجة الحرارة، فتزيد سرعة تفكك الكلور في الوسط الحامضي، وفي الحرارة العالية فيقل تأثيره.

وفي اغلب الأحوال، يستعمل غاز الكلور المضغوط الى سائل لتنقية مياه الشرب، مع استعمال أجهزة خاصة للإضافة، لضبط الكمية الداخلة على الماء.

ولتنقية المياه، تضاف كمية كافية من الكلور، تكفي لتنقية المياه، ويتبقى بعد 20 دقيقة من إضافتهن 0.2 إلى 2.00 مجم/لتر (جزء في المليون) على الأقل، من الكلور الفعال المتخلف Residual chlorine، فوجود هذه النسبة يدل على أن كمية الكلور المضافة كانت كافية لقتل الميكروبات الحساسة، مع تبقي جزء منه كاحتياط وقائي، ضد احتمالات التلوث الأخرى.

وتزداد النسبة المضافة من الكلور، إذا زاد عدد الميكروبات بالماء أو احتوى الماء على مواد عضوية، أو مواد قابلة للأكسدة، وأيضاً حسب الظروف الصحية بالمنطقة.

بعد معالجة المياه بالكلور، توزع هذه المياه على المستهلكين، بواسطة مواسير مقفلة، بعيدة عن مياه المجاري، حتى لا تتسرب إليها الميكروبات، وتتلوث مرة أخرى.

5.     إضافة الفلور (الفلورة)       Fluoridation

تهتم بعض الدول، بإضافة الفلور إلى ماء الشرب قبل توزيعه على المستهلكين، لما لذلك، من تأثير على تقليل نسبة التسويس في الأسنان Dental caries وتآكلها Tooth decay، خاصة في الأطفال الصغار، الذين مازالت أسنانهم في مرحلة التكوين.

ويضاف الفلور، في صورة فلوريد الصوديوم، أو سيليكو فلوريد الصوديوم أو الأمونيوم، ليعطي فلور متخلف Residual fluorine، قدرة 1 جزء في المليون، وهي نسبة كافية لإيقاف التسويس بأسنان الأطفال.

وتأثير أيون الفلور، على منع التسويس غير معروف بالضبط، وقد يعود إلى اتحاده المباشر مع الأسنان نفسها، أو إلى تداخله مع إنزيمات البكتريا المنتجة للأحماض الموجودة بالفم، وهي المسببة للتسويس، أو إلى عوامل أخرى.

قد تتضمن تنقية المياه بعض العمليات الأخرى، مثل إزالة أملاح معادن الكالسيوم والمغنسيوم المسببة لعسر الماء، بترسيبها بإضافة الجير، وضبط الرقم الإيدروجيني، إذا كانت المياه شديدة الحموضة أو القلوية، وإزالة الألوان والطعم، غير المرغوب فيه.

                    الخطوات الأساسية لتنقية المياه

بعض الطرق الأخرى المستعملة في تنقية المياه:

الغلي:

غليان الماء لمدة 10 دقائق، يكون كافياً لقتل الميكروبات الممرضة غير المتجرثمة، والخلايا الخضرية الأخرى، الموجودة بالماء.

الأشعة فوق البنفسجية:

تستعمل هذه الطريقة، لمعالجة المياه المعبأة في زجاجات، لأنها لا تعطي لها أي طعم، وهذه الطريقة مجدية، في المياه الخالية من المواد العضوية، والمحتوية على عدد قليل من الميكروبات.

الكشف عن الميكروبات المرضية (كاشفات التلوث الحيوية) Bio-Indicators

الكشف عن الميكروبات المرضية بالماء، أمر بالغ الصعوبة، إذ أن هذه الميكروبات قد توجد بأعداد قليلة، مما يجعل من الصعب عزلها في مزارع نقية، كما أنه ليس من السهل تمييزها بالشكل الخارجي، عن الميكروبات الأخرى غير المرضية، فإذا ما أريد الكشف عنها وتمييزها عن غيرها، فإن ذلك يتطلب عملاً ومجهودا كبيراً، ووقتاً طويلاً قد يحدث أثناءه خطر، وبالرغم من ذلك، فقد لا نتوصل إلى نتائج مرضية، لكل هذه الصعوبات، فإننا نلجأ للكشف عن الميكروبات المرضية، بطريقة غير مباشرة.

ونظراً لأن أهم الأمراض التي تنتقل عن طريق المياه، هي التيفود، والباراتيفود، والكوليرا، والدوسنتاريا، والفيروسات المعوية، وهي كلها تتسبب عن ميكروبات معوية، تأتي من المواد البرازية، لذلك فإن وجود مياه مجاري في مياه الشرب، يدل على أن هذه المياه خطرة، إذ قد تحتوي على واحد أو أكثر من الميكروبات المرضية، السابق الإشارة إليها، ومن المعروف، أن أمعاء الإنسان، والحيوانات ذات الدم الحار، تحتوي على أعداد كبيرة من الميكروبات، أغلبها من النوع غير الضار، ومن هذه الميكروبات Escherichia coli، الذي يوجد بكثرة في البراز.

وعلى ذلك، فإن وجود ميكروب E. coli في ماء الشرب، يؤخذ كدليل حيوي Bioindicator, Indicator organism، على تلوث هذه المياه، بمياه المجاري، إذ تعتبر هذه الميكروبات كاشفات للتلوث، ويعني هذا، أن المياه التي يوجد بها كاشفات التلوث، مثل E. coli، يحتمل أن يوجد بها ميكروبات مرضية معوية، مثل التيفود، والباراتيفود، والكوليرا، والدوسنتاريا، والفيروسات المعوية، مثل تلك المسببة لشلل الأطفال

تنتمي بكتريا E. coli إلى ما يسمى بمجموعة بكتريا القولون Coliform، وقد تسمى هذه المجموعة أيضاً باسم Colon group, Coli-aerogenes group، وتتصف أفراد هذه المجموعة، بأنها، عصوية قصيرة، سالبة لصبغة جرام، غير متجرثمة، متحركة، اختيارية للهواء، تحلل سكر اللاكتوز ببيئة بويون اللاكتوز، وتنتج حامضاً وغازاً.

والأسباب التي دعت لاختيار E. coli، كدليل حيوي للكشف عن التلوث، هي أن الكشف عن بكتريا E. coli، ميسور، بالإضافة إلى أن هذه البكتريا من السهل تداولها، فهي غير ممرضة، ولا تضر القائمين بالعمل، ومصدرها برازي، وتوجد دائماً بالمياه الملوثة، مادامت البكتريا المرضية موجودة بها، وتعيش بالمياه لمدة أطول من الميكروبات المرضية، والمياه السليمة غير الملوثة، خالية من بكتريا E. coli.

ونظراً لأن بكتريا E. coli، مصدرها برازي Fecal، بينما يوجد أفراد أخرى من بكتريا القولون، مصدرها غير برازي Non-fecal، وقادرة أيضاً على تحليل سكر اللاكتوز، لحامض وغاز، مثل بكتريا Enterobacter aerogenes، التي توجد على النباتات، والحبوب، وفي التربة، ومثل بكتريا Klebsiella، التي مصدرها القناة التنفسية، لذلك، فإنه بعد الكشف عن مجموعة بكتريا القولون بالمياه، فإنه يجب التمييز بين الميكروبات المحللة لسكر اللاكتوز، البرازية، وغير البرازية، حتى يتسنى الحكم بدقة، على تلوث مياه الشرب بمياه المجاري، أما باقي البكتريا المعوية، مثل Proteus, Salmonalla, Shigella، فهي غير محللة لسكر اللاكتوز.

تقدير صلاحية المياه للاستعمال الآدمي:

نحكم على صلاحية المياه للاستعمال، بعد أن نجري عليها مجموعة من الاختبارات الطبيعية، والكيميائية، والإشعاعية، والميكروبيولوجية، وتجري هذه الاختبارات أيضاً بشكل دوري، لمتابعة الظروف الصحية لمياه الشرب.

حمامات السباحة        Swimming Pools

من المعروف أن جلد الإنسان الطبيعي، وفتحات جسده الطبيعية، تحمل أعداداً من الميكروبات، تصل إلى ⁶10 - ⁹10 لكل سم² من الجلد، كما يتخلف عن الشخص الواحد في حمام السباحة، إفرازات عضوية، تقدر بحوالي 0.5 جرام، مثل تلك الناتجة من الإفرازات، وخلايا ودهون الجلد، ومواد التجميل... الخ.

وبذلك، فقد تسبب مياه حمامات السباحة العامة، مشاكل صحية، بما تنقله من ميكروبات معدية، من شخص مصاب لشخص سليم، مثل تلك الأمراض الخاصة بالعيون، والأنف، والزور، والجهاز الهضمي، والأمراض الجلدية.

ومثل تلك الظروف، تدفعنا للاهتمام المستمر بالنواحي الصحية الخاصة بمياه حمامات السباحة. فعلي الرغم من حمامات السباحة، تملأ عادة من المياه المستعملة بالشرب، إلا أن تلك المياه يجب أن تطهر أيضاً بواسطة الكلور، باستعمال التركيز المناسب، الكافي للقضاء علي الميكروبات، دون أن يسبب تسمماً للمستحمين، أو تهيجاً للأعين، أو الجلد، أو الأغشية المخاطية بالجسم، مع تنظيف الحمامات المستمر، وتغيير مياهها كل عدة أيام.

الحكم علي صلاحية مياه حمامات السباحة للاستعمال

نظراً لأن ظروف الميكروبات الموجودة بمياه حمامات السباحة، وأغلبها من الجلد والأنف والزور... الخ، تختلف عن ظروف الميكروبات الموجودة بمخلفات المجاري، التي اغلبها معوية، فإن الكشف في مياه الحمامات عن  E.coli وحده، لا يكفي للحكم علي صلاحية المياه للاستعمال، بل يجب الكشف عن ميكروبات أخري مثل Staphylococcus aureus. للمساعدة في الحكم علي صلاحية هذه المياه.

وبكتريا S. aureus، كروية، في تجمعات عنقودية، موجبة لجرام، موجبة لاختبار الكاتاليز، غير متجرثمة، غير متحركة.

لذلك، تجري الاختبارات الميكروبيولوجية التالية، علي مياه حمامات السباحة، للحكم علي صلاحيتها للاستعمال الصحي.

1-     إجراء العد الكلي للبكتريا بطريقة الأطباق

2-     عد بكتريا القولون البرازية

3-     عد بكتريا S. aureus

ويعد الكشف عن S. aureus، بجانب الاختبارات الأخرى اختباراً مناسباً، للحكم علي صلاحية مياه حمامات السباحة، للاستعمال الصحي. فالميكروب يوجد دائماً علي الجلد، وأنف وزور ... الإنسان،ويحدث تلوث المياه من افرازات هذه الأماكن، وينتقل هذا الميكروب من الجلد، إلي الماء، إلي الجلد، وتحدث العدوي بحمامات السباحة من هذه الدورة، كما أن الميكروب أكثر مقاومة للكلور من بكتريا القولون بحوالي من 5 إلي 20 ضعفا، واختفائه من الماء المختبر، دليل علي جودة تطهير المياه بالكلور.

وتعتبر مياه حمامات السباحة غير مناسبة، إذا زاد عدد بكتريا S. aureus بها عن 10/مل ماء. وينصح بعدم استخدام مياه حمامات السباحة، إذا زاد عدد S. aureus بها عن 200/مل ماء. وفي جميع الحالات، يجب أن لا يزيد عدد بكتريا الكولاي في مياه حمامات السباحة العامة عن 10 بكتريا لكل 100 مل ماء.

الأمراض المنقولة عن طريق المياه water-borne diseases

أهم الأمراض المنقولة عن طريق مياه الشرب، هي الأمراض التي تسببها الميكروبات المعوية المرضية، ومصدر هذه الميكروبات، هي مخلفات المرضي، وحاملي الميكروب، التي تصل إلي المياه عندما تتلوث بمياه المجاري. ومن أمثلة هذه الأمراض، التيفود، الباراتيفود، الكوليرا، الدوسنتاريا الباسيلية والأميبية، وفيروسات شلل الأطفال، والالتهاب الكبدي الوبائي .

وأساس الوقاية من هذه الأمراض، وهو منع تلوث مياه الشرب بمياه المجاري، مع تنقية مياه الشرب بمعالجتها بالكلور قبل الاستعمال، ومعالجة مياه المجاري قبل التخلص منها وهذا ما سوف لاحقا.ف