2.2. БИОКОРОЗИЯ И САНИТАРЕН КОНТРОЛ

2.2.1. Биокорозия

Множество различни термини се използват за описване на корозията, предизвикана или индуцирана от микроорганизми. Най-разпространени са: биокорозия, микробна корозия и микробно повлияна/индуцирана корозия (МИК), като носят различни нюанси на значение. При биокорозия и микробна корозия се посочва, че микробите са основната причина за корозията, докато при МИК се предполага, че те нямат пряко участие. Това явление се предизвиква или подсилва от бактерии или други микроорганизми и е резултат от действието им върху подлежащия субстрат, който е метал или метална сплав като неръждаема стомана. Биокорозията е главна причина за електрохимично/механично увреждане на водоснабдителните и водоразпределителните средства. Тези повреди водят до течове и създават риск от замърсяване на водата, тъй като представляват входни врати за навлизане на микробна и химическа контаминация. Ето защо биокорозията е обект на изучаване във водопроводно-канализационен план. Според електрон-преносната хипотеза биокорозията е процес, при който метаболитните активности на микроорганизмите, свързани с метални материали, предоставят неразворими продукти, които могат да приемат електрони от основния метал (Фиг. 2.).

Фиг. 2: Биокорозия във водопроводна тръба

2.2.1.1 Причинители на биокорозията

Класификацията на микроорганизмите основно зависи от техния афинитет към кислорода. Аеробните видове изискват свободен кислород за жизнените си функции, докато анаеробните не живеят при наличието му. Анаеробните бактерии могат да се развиват в среди с едва 50 милиардни части (ppb) разтворен кислород. Факултативно анаеробните микроби притежават способност за растеж и при едните, и при другите условия. Микроаерофилните видове изискват ниски концентрации кислород. Аеробни и анаеробни организми често се откриват да съжителстват на едно и също място. Това е възможно, защото аеробните форми изчерпват кислорода, като по този начин създават идеална среда за анаеробните.

Микроорганизмите притежават способност да се възпроизвеждат бързо – някои се удвояват в рамките на едва няколко минути. Ако не бъдат третирани, могат бързо да колонизират застоялите водни среди, при което да доведат до високо активна корозия, свързана с продукти от микробната метаболитна активност, като ензими, екзополимери, органични и неорганични киселини, както и летливи съединения, като амняк и сероводород.

Микроорганизмите, предизвикващи МИК, включват бактерии, фунги и водорасли. Могат да бъдат представени или като отделни видове, или под формата на биофилми, съставени от синергични съобщества (консорциуми). Във втория случай електрохимичните процеси, представляващи корозионните механизми, се дължат на кооперативния метаболизъм на членовете на тези консорциуми, а не на ензимните активности на отделниете видове.

Бактерите, участващи в процеса на корозия на метали като желязо, мед или алуминий и съответните им сплави, са голяма и физиологично много разнообразна група. Преобладаващите типове бактерии, отговорни за МИК, са сулфатредуциращите бактерии (СРБ), серобактериите (СБ), металобактериите (МБ), металодепониращите бактерии (МДБ), киселинообразуващите бактерии (КОБ) и екскретиращите екзополимери или слуз.

Сулфатредуциращите бактерии (СРБ) притежават способност да се развиват в среди с ниско кислородно съдържание и изискват достатъчно количество органични хранителни вещесва. Развиват се и в анаеробни условия и създават редица проблеми с МИК, засягащи различни системи и сплави. СРБ могат да оцеляват за известно време и в аеробни условия докато открият съвместима среда. Тези микроорганизми редуцират сулфатите до сулфиди, при което се образува сероводород (H₂S) или железен сулфид (Fe₂S). Откриват се при изследване на повърхностните депозити, както и по характерния мирис на сероводород.

Серобактерии (СБ) са аеробни видове, които окисляват сулфиди или свободна сяра до сулфати. Някои представители могат да окисляват сярата до сярна киселина (H₂SO₄), при което се създава силно киселинна (pH ≤ 1) среда. Тази висока киселинност се съвързва с разграждане на материалите на покритията с редица приложения. СБ са характерни за системите за отпадни води и често се откриват в комбинация със СРБ.

Наличието на такива (аеробни) бактерии е съществено за разбирането на основните механизми на корозията и на произтичащото от нея разграждане при различни видове засегнати метали.

Металодепониращи бактерии (МДБ) участват в биотрансформацията на металните оксиди. Бактериите, окисляващи желязо и манган – железо/манганобактерии (ЖБ), представляват особен интерес по отношение на биокорозията. Те могат да преобразуват разтворимите йони на желязото (феройони) до неразтворими (ферийони). Желязото във фери форма се отлага върху тръбите или върху повърхностите на системите, където натрупва депозити, които се явяват гостоприемна следа за растеж на други бактерии. ЖБ могат да се развиват в широк спектър от условия, тъй като биват аеробни или анаеробни.

Тези окисляващи желязо или манган бактерии са свързани с МИК, като обикновено се намиарат в корозионните ямки по стоманите. Някои видове притежават способност да натрупват железни или манганови съединения в резултат от процеса на окисление. Високите концентрации на манган в биофилмите се обясняват с корозията на съдържащи желязо сплави, включително на питинговата (точковата) корозия в системите с пречистена вода. Процесът на окисление често води до поява на т.нар. железни туберкули.

Железобактериите, като Gallionella, Sphaerotilus, Leptothrix и Crenothrix, са водещите причинители на МИК.

Слузообразуващи бактерии (наричани също нисконутриентни бактерии – ННБ (от англ. Low Nutrient Bacteria – LNB)). Развиват се в питейната вода, където концентрацията на хранителни вещества е много ниска. Образуват слуз и депозити, с което осигуряват гостоприемнни места за колонизация от други бактерии, отговорни за МИК. Сред слузообразуващите микроорганизми, изолирани от зони на корозия, се включват Clostridium spp., Flavobacterium spp., Bacillus spp., Desulfovibrio spp., Desulfotomaculum spp. и Pseudomonas spp.

Киселинообразуващите бактерии (КОБ) притежават способност да синтезират големи количества неорганични или органични киселини като вторични метаболитни продукти. Неорганичните киселини, продуцирани от тези микроорганизми, включват: азотна (HNO₃), азотиста (HNO₂), сярна (H₂SO₄), серниста (H₂SO₃) и въглеродна киселина (H₂CO₃). Като цяло, H₂SO₃ и H₂SO₄ се явяват крайни продукти на окислението, осъществявано от гореспоменатите серобактерии. Другите – HNO₂ и HNO₃, се образуват главно от представители на групата на амоняк- и нитритокисляващите бактерии. За корозионния ефект на N- и S-съдържащите неорганични киселини допринасят техните водоразтворими соли. Корозионният ефект се усложнява от тяхното действие и изключително ниските стойности на pH.

Бактериите, образуващи органични киселини, се описват като групата, корелираща положително с корозията. Предполага се, че те са първопричината за корозията на въглеродна стомана в една електроцентрала. Оцетната, мравчената и млечната киселина са типичните вторични метаболити на тези бактерии, предизвикващи корозия на желязото и неговите сплави.

Някои анаеробни организми, които образуват органични киселини, могат да се открият в затворени газови или водни системи.

Затова следните условия на средата следва да са благоприятни за развитие на микроби и причиняване на микробно повлияна корозия: метали (гостоприемна зона), хранителни вещества, вода и кислород (въпреки че определени видове бактерии се нуждаят от съвсем малки количества от него). В случай че всичики тези условия на средата са налице, ще има микробен растеж. Когато хранителните вещества в системата се изчерпат, микроорганизмите могат да преминат в латентно състояние. Щом условията на средата, т.е. хранителните вещества, се възстановят отново, микробният растеж се възобновява.

Фунгите също се включват в групата микроорганизми, предизвикващи корозия. Те са еукариотни микроорганизми и при растежа си формират филаментозни структури (мицел). Възпроизвеждат се чрез спори и могат да образуват вегетативен мицел, достигащ макроскопски размери. Фургите се откриват най-често в почвите, въпреки че някои видове притежават способност да се развиват във водна среда. Добре известно е, че метаболизират органична материя и образуват органични киселини, с което допринасят за МИК. Най-често свързавни с МИК са представителите на родовете Cladosporium, Aspergillus, Penicillium и Fusarium. Корозионното действие по отношение на железните и алуминиевите сплави се дължи на органичната (лимонена) киселина, която те образуват. Редуциращите желязо фунги са изолирани от туберкули в една водоразпределителна система, което говори за корозия, ускорена от тази група микроорганизми. Подобно на някои бактериални форми, те притежават способност да създават среда, подходяща за анаеробни видове.

Водораслите също се откриват в почти всички водни среди – в цялата гама от сладководни до соленоводни. Произвеждат кислород при наличие на светлина (фотосинтеза). Установено е, че наличието на кислород е главен фактор за корозията на металите в соленоводна среда.

Микробни консорциуми

Ролята на микробните консорциуми в МИК е съществена, тъй като такъв тип съобщества са добре познати в природната среда. Взаимодействията между микрофлората при МИК са сложни. Киселините, образувани от КОБ, служат като хранителни вещества за СРБ и метаногенните микроорганизми. Същевременно СРБ натрупват биомаса в зоните на биокорозия в резултат от предшестващите метаболитни активности на КОБ. Проведени са експерименти, доказващи засилващия ефект на смесените популации от ацетогенни бактерии и СРБ върху скоростта на биокорозия. Предполага се, че ацетогенните бактерии поддържат растежа и образуването на сулфид от СРБ. Корозиращите метални повърхности се инвазират често и от консорциуми от МДБ и СРБ и консумацията на кислород от МДБ създава подходящи условия. Последните благоприятстват растежа на СРБ и по този начин съвместното действие на МДБ и РБ може да допринесе за разграждането на повърхностите от неръждаема стомана.

2.2.1.2. Водоразпределителни системи и микробно повлияна/индуцирана корозия (МИК)

МИК се разглежда като механизъм, ускоряващ корозията. Затова може да се наблюдава по-често при метални сплави, податливи на различни форми на корозия, и при среди, в които протича биологична активност.

Материалите, използвани във водоразпределителните системи, включват леки и неръждаеми стомани, медни, никелови и титаниеви сплави. Установено е, че и леките, и неръждаемите стомани, и алуминиевите, медните и никеловите сплави са чувствителни към МИК, докато титаниевите сплави са практически резистентни към МИК при обикновени условия.

Проблеми, свързани с МИК, се наблюдават в тръбопроводните системи, резервоарите за съхранение, охладителните кули и водните структури. Леките стомани се използват широко за такива приложения поради ниската си стойност, но са едни от най-лесно корозиращите метали.

Бактериите в много случаи участват в ускорената корозия на стоманата и нежелезните метали. Преобладаващата част от тръбопроводите, понастоящем използвани в много страни за доставка на безопасна питейна вода, са от ковко желязо, винил и стоманобетон. Тръбите от чугун и ковко желязо обаче са най-податливи на корозия и счупване. Всъщност годишно се подменят хиляди водопроводни линии – повечето поради сериозни увреждания, причинени от корозия.

Корозиращото желязо, обикновено отъждествявано с ръжда, може да съществува под различни форми. При вкопаните железни тръби за питейна вода и канализация то представлява твърдо графитено вещество, което известно време запазва формата на стената на тръбата и изглежда като желязо, но обикновено не придава практически никаква здравина. След това по материала започват да се образуват ямки, които в някои случаи пробиват стената и предизвикват течове. Този тип корозия води до загуба на вода, спуквания на тръби и потенциално замърсяване на водата.

2.2.1.3. Механизъм на действие на биокорозията

Бактериалната корозия обикновено протича в следните етапи:

1. Разтвореният във водата кислород стимулира развитието на аеробна микрофлора, образувяща определени метаболити, които могат да ускорят започналата електролитна корозия. В резултат от този микробен растеж в околната зона възниква дефицит на кислород и тя се превръща в анаеробна.

2. Развитие на един или няколко вида анаеробни бактерии в смесена популация при консумация на киселинни метаболити. Преобладаващите бактерии сред тези анаеробни видове са сулфатредуциращите бактерии (СРБ), които усвояват кислорода в състава на сулфатите и ги редуцират до сулфиди. Газът сероводород (H₂S) също е краен продукт на активността на СРБ и способства корозията. Той е високо токсичен и възпламеним и се смята, че ускорява появата на водородна крехкост.

3. Образуване на силни киселини, като сярната (H₂SO₄), от сулфиди под действие на серобактерии (СБ), когато отново се появи кислород. Силните киселини допълнително ускоряват протичащия корозионен процес.

Микроорганизмите инвазират тръбопроводната система от водоизточника. Вътре образуват биофилм по повърхността на материала и микросредата става коренно различна от околната. Промените в pH, разтворения кислород и органичните и неорганичните съединения в микросредата могат доведат до електрохимични реакции, които ускоряват скоростта на корозията.

Тези етапи протичат, ако микрофлората в тръбопроводната система образува биофилм или биозамърсяване. Така бактериалното съобщество се формира от микроорганизмите и техните продукти. Присъства в почти всяка водоразпределителна система, а ако не се контролира, може да стане заплаха за общественото здраве.

Биофилмите се прикрепят към вътрешните стени на водоразпределителните тръби – главно около корозиралите повърхности по тръбите. Почти непосредствено след прикрепянето си към стените на тръбопроводите микроорганизмите започват да се натрупват едни над други, като надграждат слой след слой и формират плакоподобно покритие. Този растеж, наред с образуването на туберкули (корозионни отлагания), може да запуши водопроводните линии до степен на недостиг на водно налягане и изчерпване на хлора, използван за дезинфекция на питейната вода. Също така, биофилмите (микробите) са резистентни към голям брой химикали поради защитната си мембрана и способността си да разграждат редица съединения (Фиг. 3.).

Развитието на биофилмите зависи от следните фактори, характерни за водата: наличие на хранителни вещества за микробите; особеностите на стените на тръбите, като грапавост; микробиалното и химическото качество, температурата, рН, ниското съдържание на хлор и скоростта.

Фиг. 3. Биофилми, образувани от СРБ

Типичните признаци на бактериална корозия: струпвания от ямки, широки няколко сантиметра в диаметър; високи темпове на локална корозия; мирис на сяра.

2.2.1.4. МИК застрашава качеството на водата

Корозията на железните тръби във водопреносната система може да създаде различни проблеми:

1. загуба на маса на тръбите поради процеса на микробно окисление;
2. натрупване на голямо количество туберкули, което увеличава загубата на напор и намалява водния капацитет;
3. освобождаване на разтворими продукти или частици от корозията на желязото във водата, влошаващо естетическото ѝ качество („червена“ чешмяна вода);
4. течовете в резултат от масивна биокорозия се явяват потенциални входни врати за замърсяване на водата с патогенни микроби, причиняващи заболявания, предавани чрез водата, и/или с химични съединения, опасни за човешкото здраве.

Ключовите показатели за качество на водата, които се очаква да оказват влияние на корозията, включват pH, алкалност, буферен капацитет и бактериално замърсяване на водата.

• pH: загуба на тегло с увеличаване на pH над 7, като освобождаването на вторични метаболити намалява.
• Алкалност: увеличаването на алкалността обикновено води до по-малка загуба на тегло.
• Буферен капацитет: по-високият буферен капацитет обикновено се свързва с повишена алкалност, въпреки че двата параметъра не са напълно еквивалентни. Те обаче изглежда имат сходен ефект върху корозията на желязото.

2.2.1.5. Класификация на водните щети

Водните щети описват редица възможни загуби, дължащи се на разрушителните процеси, като гниене на дървесината, растеж, ръждясване на стоманата, деламиниране на материали, като шперплат, и много, много други. Щетите понякога са незабележимо бавни и малки, като например водни петна, които в крайна сметка могат да развалят повърхността, или мигновени и катастрофални, като наводненията.

Обикновено водните щети се класифицират в една от следните три категории:

Води от 1-ва категория – Това са водоизточници, които не представляват съществена заплаха за човешкото здраве и се класифицират като „чиста вода“. Като пример могат да се посочат спукани водопроводни линии, преливници на вани или мивки или неизправности в уреди, свързани с водопроводни линии.

Води от 2-ра категория – Отнасят се за водоизточници, които съдържат значително ниво на химични, биологични или физични замърсители, и които причиняват дискомфорт или заболявания при контакт или консумация. Наричат се „сива вода“. Тя носи микроорганизми и техни хранителни вещества. Примери за такава вода са тоалетните чинии с урина (без фекалии), повредите на помпи за септични ями, просмукването поради хидростатична недостатъчност и отпадните води от миялни машини и перални.

Води от 3-та категория – Наричат се „черна вода“ и са съвсем нехигиенични. Тези води съдържат нехигиенични вещества, вредни бактерии и фунги, причиняващи сериозен дискомфорт и заболявания. Водите от 3-та категория са замърсени водоизточници, които влияят на средата в затворените помещения. Към тази категория спадат канализационните, морските, приливните води на реки или потоци, повърхностни и стоящи води. Водите от 2-ра категория, или сивите води, които не се отстраняват своевременно от структурите и/или остават застоели, се класифицират като 3-та категория. Обратните потоци от тоалетни, чийто произход е отвъд тоалетния сифон, се считат за замърсяване с „черна вода“ независимо от видимото им съдържание или цвета им.

Класовете водни щети се определят от вероятната скорост на изпарение въз основа на типа засегнати или намокрени материали в помещението или пространството, което е било наводнено. Оценяването на класа водни щети е важен първи етап и се явява определящо за количеството и вида на оборудването, използвано за подсушаване на структурата:

Класовете са следните:

1-ви клас – Ниска скорост на изпарение. Засяга само част от дадена стая. Материалите имат ниска пропускливост/порьозност. Абсорбират минимално количество влага.

2-ри клас – Висока скорост на изпарение. Водата е засегнала цяла стая с мокет или килим и меки части. Може да има просмукване нагоре по стените.

3-ти клас – Най-висока скорост на изпарение. Водата обикновено идва от горе, като засяга цялата зона; стените, таваните, изолацията, мокети/килими, меки части и т.н.

4-ти клас – Ситуации, изискващи специално съхнене. Включва материали с много ниска пропускливост/порьозност, като дюшемета, бетон, ниски изби/зимници, гипс и т.н. За постигане на изсушаване обикновено се изисква много ниска специфична влажност.

Има по-голям недостиг на канализациони услуги, отколкото на водоснабдителни. За да се намали с 5% недостигът на канализация до 2015 г., се изискват инвестиции в размер на 2.2 милиарда.

2.2.1.6.Превантивни мерки срещу МИК във водоразпределителните системи

Като цяло най-ефективните начини за предпазване на даден материал от повреди са правилният и акуратен дизайн, рутинната подходяща поддръжка и честите инспектирания на материала за дефекти и нарушения.

Правилният дизайн на дадена система включва внимателен процес на подбор с цел елиминиране на материали, които са потенциално несъвместими със средата на функциониране, и избиране на такива, които са най-подходящи за въпросната система. В някои случаи подмяната на материала с друг алтернативен, като тръби от PVC, значително намалява проблемите с корозия на тръбопроводите.

Рутинната поддръжка намалява вероятността за възникване на неизправност на материала поради екстремни експлоатационни условия.

Рутинните инспектирания могат да спомогнат за установяване на това дали даден материал е в началните етапи на неизправност.

2.2.1.6.1. Методи за мониторинг/детекция

Ако има съмнения за МИК поради наблюдаване на слуз, ограничения на дебита или течове/микроскопични пробиви на тръби, тестовете за наличие МИК със сигурност трябва да установят:

• дали присъстват бактерии, свързани с МИК, и ако да, тяхната относителна концентрация;
• степента на наличната корозия;
• източника на корозия;
• границите на компонентите на системата, засегнати от МИК.

Тестовете се извършват чрез вземане на определен брой проби от различни места в системата и от захранващата вода. В зависимост от конфигурацията на системата, визуалните огледи и проблемите, може да бъде подходящо да бъдат направени пробовземания през един или повече интервали от време.

2.2.1.6.2. Микробиологични анализи

Пробите трябва да се култивират на хранителни среди за установяване на наличие (косвени методи за определяне на брой бактерии) на нисконутриентни бактерии, сулфатредуциращи бактерии, железобактерии и аеробни бактерии. Най-важният фактор при определянето на броя бактерии е установяването на измененията в тенденциите, а не толкова на точните бройки. Броят бактерии може да бъде индикатор за растеж на биофилм, ако се установяват различия в стойностите на различни места в дадена система. Бактериалните култури също могат да послужат за идентифициране на определени присъстващи видове.

Преките методи за определяне на брой бактерии са приложими при микроскопско наблюдение на бактерии, поставени на препарат, като може да бъде направено и оцветяване. Визуалните огледи трябва да се извършват по изложените повърхности, където може да възникне растеж на водорасли и фунги, и по повърхности, които се откриват при процедурите по поддръжка

За наличие на СРБ може да се съди по черните частици, които плуват в течната среда и/или са депонирани по повърхностите, или по характерния мирис на сероводород. За улесняване на визуалния оглед могат да се прилагат флуоресцентни багрила, тъй като биофилмите абсорбират част от тях, при което след това за разкриване на микроорганизмите се използва ултравиолетова светлина.

2.2.1.6.3. Химични анализи

Има оборудване за мониторинг на редица свойства на цялостната система. Широко разпространена практика е директно да се измерват температурата, pH, проводимостта и общите разтворени вещества докато се вземат проби за определяне (чрез полеви или лабораторни медоди) на разтворените газове.

Образуването на котлен камък или наличието на други химични условия във водата оказват влияние върху корозията в системата и интерпретацията на резултатите от пробите за МИК; ето защо е полезно да се правят и химични изследвания за всяко място и всеки интервал на пробовземане. Резултатите от химичните изследвания на водата могат да бъдат полезни и при установяване на степента на напредване на корозията в резултат от бактерии, свързани с МИК.

2.2.1.6.4. Инженерни анализи

Където се наблюдават течове, при подходящо пробовземане може да се включи металургичен анализ на компонентите на системата. Металургичните инженери ги анализират електронномикроскопски за потвърждаване на природата на всеки един корозионен процес и на наличните неизправности: МИК или друг вид корозия, причиняващи разграждане, влошаване и повреди. Установяването на причините, ефектите и подходящите методи на изследване е първата стъпка в справянето с проблемите, свързани с МИК.

2.2.1.6.2. Методи за ограничаване на корозията

Най-добрият начин за предотвратяване на МИК е да не се позволи формирането на биофилм. Веднъж образуван, биофилмът може бързо да се разпростре, ако не бъде напълно отстранен. Набляга се на чистотата и въвеждането на установени техники за предотвратяване и контрол на различните видове корозия при различни метали. Мониторингът и детекцията на микроорганизми дават ефективни насоки за превантивните процедури по поддръжка.

Поддържането на чистотата на системите включва мониторинг на качеството на водата в системата.

2.2.1.6.3.Подтискане на микробния растеж

Подтискането на активния микробен растеж по вътрешните стени на разпределителните тръби за питейна вода има отношение към нейното качество. Без подходяща поддръжка прекомерното развитие на биофилм, който в някои случаи може да бъде отстранен чрез остъргване, може да предизвика и всякакви други проблеми.

Хлорирането на източниците на питейна вода е най-често използваният метод за контролиране на развитето на биофилми. В случаите на вода, богата на хранителни вещества, и биофилм, разраснал се до плакообразно покритие, често се налага длъжностните лица да промият системата както с високи нива на хлор, така и с големи количества вода. Ако това не проработи, някои служители препоръчват подмяна на водопреносните тръби или на вътрешната им облицовка.

Винилови тръби като решение: Тъй като металните материали за главни водопроводи са склонни към образуване на ръжда и котлен камък, днес най-често използван е винилът. Виниловите тръби са инертни към агресивни почвени условия и не се нуждаят от вътрешна защита. Виниловите главни водопроводи придават висока устойчивост и срещу образуване на биофилм. Винилът не се разгражда под действие на микроорганизми, включително МИК, защото не се явява източник на хранителни вещества за бактериите по начина, по който това става с повечето алтернативни тръбни материали. Освен това, тъй като повърхностите на виниловите тръби са гладки, водата тече по-гладко в тях, отколкото в тръбите на метална или циментова основа. Неподдатливи както на външна корозия под земята, така и на вътрешна корозия в тръбите, виниловите материали могат да пренасят водата в същия чист и бистър вид, в който тя се подава.

2.2.2. Анализ, оценка и управление на санитарния риск, свързан с водите

Недостатъчно добрите санитарно-хигиенни практики стават причина за смъртта на около 5 милиона ду̀ши годишно в резултат от заболявания, предавани чрез водата, които са като цяло предотвратими. Ефектите на санитарния контрол са оказвали влияние върху здравето и живота на хората през вековете. Защитата на общественото здраве и на качеството на околната среда, особено на водните ресурси, чрез превенция и оценка е от съществено значение от (интер)национална гледна точка.

Оценката на санитарния риск спомага за идентифициране на заплахите за общественото здраве. От СЗО са въведени санитарни проучвания, които описват установимите санитарни опасности, свързани с водните ресурси, включително източниците на замърсяване и техническите условия на водоснабдителните и водоразпределителните системи. Организацията съставя и Планове за безопасност на водата, които се изготвят посредством обстоен, ситематичен подход за анализ и управление на риска, и които обхващат всички етапи на водоснабдяването от доставчика до потребителите.

Най-общо определянето на риска засяга оценката на вредните ефекти върху човешкото здраве или върху екологичните системи, произтичащи от излагане на действието на даден стресов фактор от околната среда. Под стресов фактор се рабира всеки физичен, химичен или биологичен фактор, който може да предизвика неблагоприятна реакция. Стресовите фактори се отразяват неблагоприятно на природните ресурси или на целите екосистеми, включително на растенията и животните, както и на околната среда, с която те влизат в контакт. Оценката на риска служи за охарактеризиране на природата и величината на рисковете за здравето на човека и на екологичните рецептори (напр. птици, риби, живи животни), породени от замърсители и други стресови фактори, присъстващи в околната среда.

Оценките на риска обикновено спадат към една от двете области:

• човешко здраве;
• екологично здраве.
• Оценката на риска е научен процес. Като цяло, рискът зависи от следните фактори:
• в какво количество присъства даден замърсител в някой от компонентите на околната среда (напр. почва, вода, въздух);
• каква е степента на контакт (подлагане) на даден човек или екологичен рецептор със замърсения компонент на околната среда;
• присъщата токсичност на замърсителите.

След това процесът на оценка на риска във водоизточниците обикновено започва със събиране на измервателни данни, които охарактеризират природата и степента на замърсяване във водите, както и на информация, необходима за предвиждане на поведението на замърсителите в бъдеще. Няколко примерни начина за започване на оценката включват:

• планиране на оценка на риска за човешкото здраве;
• планиране на оценка на риска за екологичното здраве.

Необходимостта от планиране на оценките на основните рискове е свързано с целта, обхвата и техническите подходи, които ще бъдат използвани. Въз основа на това лицето, което извършва оценката на риска, преценява честотата и силата, с която човешкият или екологичният фактор е подложен на действието на замърсената среда като следствие от контакта с нея.

Тази оценка на степента на излагане след това се съчетава с информацията за присъщата токсичност на замърсителите, за да се предвиди вероятността, природата и размера на неблагоприятните въздействия върху здравето, които могат да произтекат.

По принцип управлението на риска във водоснабдителния процес прави оценка на това как да бъде защитено общественото здраве. Като примери за действия по оценка и управление на риска може да се посочат вземането на решенията за това какво количество от дадено вещество може едно предприятие да изхвърля в дадена река; кои вещества могат да се складират в дадено съоръжение за погребване на опасни отпадъци; до каква степен трябва да бъде почистено дадено място, в което се намират опасни отпадъци; очертаване на допустими граници за изхвърляне, съхранение или транспортиране; установяване на национални стандарти за качеството на въздуха в обкръжаващата среда и определяне на допустими нива на замърсяване в питейната вода.

Докато оценката на риска предоставя „информация“ за потенциалните рискове за здравето и околната среда, управлението на риска се явява предприетото „действие“ въз основа на тази и друга информация, както следва:

• Научните фактори полагат основата за оценка на риска, включително информация от областта на токсикологията, микробиологията, химията, епидемиологията, екологията и статистиката.
• Икономическите фактори дават информация за стойността на рисковете и ползите от намаляването им, за разходите по смекчаване на риска или вариантите за ремедиация и разпределителните ефекти.
• Законите и законодателните решения са фактори, които дефинират основата за оценките на риска, управленските решения и подходящите методи за намаляване на риска.
• Социалните фактори, като ценностите на общността, земеползването, зонирането, достъпността на здравеопазването, начинът на живот, могат да окажат влияние върху податливостта на даден индивид или дефинирана група към рисковете от определен стресов фактор.
• Технологичните фактори включват осъществимостта, въздействието и набора от възможности за управление на риска.
• Обществените ценности отразяват широките нагласи на обществото към рисковете за околната среда и управлението на риска.

2.2.2.1. Мониторинг и контрол на качеството на водите

Съществуват множество начини за мониторинг на състоянието на водите. Мониторингът включва изпитване на химичните условия на водите с цел определяне на нивата на ключовите параметри, като разтворен кислород, хранителни вещества, метали, масла и пестициди. Мониторинг се извършва и върху физичните условия, като температура, дебит, седименти и ерозионен потенциал. Също широко използвани за мониторинг на състоянието на водите са биологичните изследвания за установяване на присъствие на патогенни микроорганизми във водни проби.

Мониторинг може да се извършва с различни цели. Едни от основните са:

• охарактеризиране на водите и идентифициране на промени или тенденции за качеството на водите в течение на времето;
• идентифициране на специфични съществуващи или нововъзникващи проблеми с качеството на водите;
• събиране на информация за изработване на специфична превенция на замърсяването или ремедиация;
• определяне на ефективни действия за контрол на замърсяването;
• даване на отговари на длъжностни лица.

Разработени са критерии за качество на питейната вода, които коректно отразяват последните научни постижения и се основават на ефектите върху човешкото здраве. Критериите за качество на водите, свързани с човешкото здраве, представляват числени стойности, очертаващи граници за количеството налични химикали в питейната вода. Микробиологичните критерии (свързани с патогените) се прилагат за предпазване на обществото от излагане на вредни нива на патогени в питейната вода.

2.2.2.1.1. Микробиологичен мониторинг

Основните рискове за човешкото здраве имат микробиологична природа и по традиция се разчита на сравнително малък брой тестове за качество на водите за установяване на безопасността на водоизточниците. Едни агенции наричат тази стратегия „минимален мониторинг“, а други – „определяне на критичните показатели“. Питейната вода не бива да съдържа никакви известни патогенни микроорганизми (способни да причиняват заболявания) или бактерии, показателни за фекално замърсяване. Източниците на питейна вода следва да се изследват редовно. Установяването на Escherichia coli е сигурно доказателство за фекално замърсяване; на практика приемлива алтернатива е откриването на термотолерантни (фекални) колиформни бактерии. СЗО и редица други агенции (включително Международната агенция по стандартицазия, ISO) поддържат идеята за комплементарна стратегия за гарантиране на микробиологичната безопасност на източниците на питейниа вода въз основа на минималното пречистване на оределени типове вода (http://www.who.int/water_sanitation_health).

Основни стойности за бактериологично качество на питейната вода

Препоръчителните параметри за минимален мониторинг на общинските водоизточници са тези, които най-добре установяват хигиенното състояние на водата, а оттам – и риска (ако има такъв) от инфекции, предавани чрез водата.

Критичните параметри за състоянието на водата са следните:

• E. coli;
• термотолерантните (фекални) колиформи се смятат за подходящи алтернативи.

Водоснабдителите трябва да извършват по-широк набор от анализи, имащи отношение към функционирането и поддръжката на системите за пречистване и разпределение на водата, в допълнение към здравните параметри, залегнали в националните стандарти за качество на водите.

Escherichia coli

Наличието на колиформни бактерии се наблюдава често във водоснабдителни системи с остатъчна концентрация дезинфектант. Те представляват заплаха за потербителите, тъй като водят до сравнително висока честота на гастроентеритни симптоми (диария и повръщане). Растежът на колиформните бактерии се стимулира от седиментите и взаимодействието между органичните съединения във водата и повърхността на корозиралите тръбопроводи.

За всички води за питейни нужди:

• E. coli или термотолерантни колиформни бактерии – не следва да бъдат установими в произволна 100-милилитрова проба.

За пречистени води, подавани във водоразпределителната система:

• E. coli или термотолерантни колиформни бактерии – не следва да бъдат установими в произволна 100-милилитрова проба;
• общ брой колиформни бактерии – не следва да бъдат установими в произволна 100-милилитрова проба.

За пречистени води във водоразпределителната система:

• E. coli или термотолерантни колиформни бактерии – не следва да бъдат установими в произволна 100-милилитрова проба;
• общ брой колиформни бактерии – не следва да бъдат установими в произволна 100-милилитрова проба. Що се отнася до големите водоизточници, където се изследват достатъчно проби, не следва да присъстват в 95 % от пробите.

Въпреки че по-прецизният индикатор за фекално замърсяване е E. coli, броят термотолерантни колиформни бактерии се явява приемлива алтернатива. При необходимост трябва да се извършат подобаващи потвърдителни изследвания.

Чревни ентерококи

Ентерококите са бактерии, които се откриват в червата на всички топлокръвни животни. Групата на чревните ентерококи може да служи като индикатор за фекално замърсяване. Не е допустимо наличието им в питейната вода и се изискват незабавни мерки за идентифициране и отстраняване на източника на феклано замърсяване. Тези микроорганизми се контролират чрез дезинфекция на водата.

Clostridium perfringens (включително спори)

Clostridium perfringens е спорообразуваща бактерия, присъстваща в червата на всички топлокръвни животни. Спорите оцеляват при дезинфекция.

Бактерията C. perfringens е предложена като индикатор за протозои в пречиствани източници на питейна вода. Освен това, C. perfringens могат да служат като индикатор за предходно фекално замърсяване. Наличието на спори в питейната вода е показател за отдалечен или непостоянен източник на замърсяване, който изисква разследване.

Свръхразвитие на биофилм

Биофилмите се състоят от агрегат от микроорганзми, прикачени към твърда повърхност, интегрирани в полимерен гел от микробен произход. Ето защо се явяват значителен резервоар на микроорганизми, които често откриват в тях благоприятни условия за растеж; поради структурата си биофилмите защитават бактериите от действието на дезинфекциращите процедури.

Хетеротрофни бактерии (микробно число)

Определянето на броя хетеротрофни микроорганизми въз основа на образуваните колонии на твърда хранителна среда (англ. Heterotrophic Plate Count (HPC) test), при което се изброяват жизнеспособните аеробни микроорганизми, е универсално признат метод за оценка на популацията на хетеротрофните бактерии във водата, предназначена за човешка консумация. Този метод позволява отчитане само на част от хетеротрофните бактерии, присъстващи във водата, с други думи – на тези, които могат да бъдат култивирани при определени условия; количеството може да е под 1 % или дори 1 ‰ от общия брой бактерии, които се установяват при оцветяване с акридин оранж. Методът не позволява разграничаване на патогенните от непатогенните бактерии. Често се използва за мониторинг на ефективността на пречистването на водата, предназначена за човешка консумация, а именно на дезинфекцията, както и за мониторинг на качеството на пречистената вода по време на разпределението ѝ.

Големият брой жизнеспособни аеробни микроорганизми, надвишаващ критериите, посочени в националните наредби, се явява най-често срещаната индикация за влошаване на микробиологичното качество на водоразпределителните системи.

Атипични микобактерии

Нетуберкулозните, или атипичните, микобактерии са широко разпространени в свободна форма, във води, почви, растения, където притежават способност да преживяват и да се делят. Изолират се от питейна вода, претърпяла пречистване, и обикновено се намират в състава на биофилми.

Описани са над 80 вида, но едва двадесетина от тях се разглеждат като потенциално патогенни за човека. Те са по-силно резистентни към дезинфекция с хлор и могат да избегнат действието на дезинфектантите. Обикновено замърсяването намалява при температури над 70 °C. Инфекциите, причинявани от такива микобактерии, са основно белодробни, но могат да се предизвикват и общи. С оглед на обширното разпространение на нетуберкулозни микобактерии в околната среда и възможността за колонизация на водопреносните системи е важно да се прави оценка на риска от замърсяване с тях.

Legionella pneumophila

Всяка година голям брой хора биват хоспитализирани с легионерска болест – респираторна инфекция, дължаща се на замърсени водни аерозоли от проектирани водни системи. Бактерията причинява не само респираторни инфекции у хора, ползващи проектирани водни системи, като чешмяна вода за пиене, охладителни кули, фонтани и овлажнители, а също допринася и за значителен брой случаи на придобита в обществото пневмония поради контакт с домашни тръбопроводи.

Понастоящем не съществува стандартен метод за оценка на наличието на бактерии Legionella или за контролирането им в рамките на проектираните водни системи. В международен план стандартни са културалните методи, но чрез тях могат да се пропуснат над 90 процента от наличните активни инфекциозни клетки (т.е. активни, но неспособни да образуват колонии при култивиране).

Провеждат се научни опити за извършване на оценка на разнообразието и значението на Legionella и микобактериите за човешкото здраве. Изследват се промените в генната активност на Legionella при растеж в амеби и други свободно живеещи протозои, чиято естествена храна са бактериите в системите за питейна вода.  По-специално се правят опити за определяне на начина, по който дезинфектантите, използвани за пречистване на питейната вода, оказват влияние върху микробната екология, която стимулира или подтиска растежа на Legionella и нетуберкулозните микобактерии в разпределителните системи за питейна вода.

Тези данни се прилагат в математически модел, подпомагащ описването на критичната численост на Legionella в биофилмите (слузта) във водопроводните тръби, водата от душ-слушалки и аерозоли, които могат да бъдат вдишани в баните. Изследователите създават и модели на различни начини и места за упражняване на контрол над Legionella в стратегиите за ограничаването ѝ.

Pseudomonas aeruginosa

Pseudomonas aeruginosa е бактерия, която присъства навсякъде в околната среда – в сладката вода, почвите и растенията. Явява се константно присъстваща в отпадните води, а в резултат – и в повърхностните води, в които се вливат замърсени отпадни води, но независимо от това може да се развива и в най-чистите води, каквито са природните минерални води. В случай че даден водоизточник бъде колонизиран, често единственият начин за намаляване на замърсяването е термична обработка чрез циркулиране на водата при 70°C в продължение на 30 минути, при положение че няма котлен камък, продукти от корозия или глухи краища.

Pseudomonas aeruginosa се явява както опортюнистичен патоген (инфектира белите дробове, пикочните пътища, бъбреците), така и индикатор за наличие на замърсяване от околната среда във водата за питейни нужди в лечебните заведения.

Aeromonas spp.

Групата на Aeromonas включва мезофилни бактерии, които са причинители на инфекции при човека, и е представена от 16 вида, в това число Aeromonas hydrophila. Aeromonas присъстват естествено във водна среда, предимно в сладка вода, като достигат численост от порядъка на 10⁶–10⁸ КОЕ (колонообразуващи единици)/ml в отпадните битови води и 10–10³ КОЕ/ml в реките. Честотата и степента на колонизация на водопроводните тръби от Aeromonas варира значително в зависимост от конкретната водна система, където могат да бъдат объркани с наличие на колиформи. Въпреки относителната си чувствителност към хлорирани продукти, могат да се включат в състава на биофилмите, където се конкурират с първоначално присъсващите бактерии за усвояване на множеството органични съединения във водата. Инфекциите, свързани с Aeromonas, са основно два вида. От една страна са причинители на раневи инфекции след контакт с вода (къпане, риболов, гребане и т.н.), а от друга, имат отношение към някои случаи на гастроентерит, вероятно в резултат от поглъщане на храна или вода.

2.2.2.1.2. Химичен мониторинг

Като цяло, подходите за управление на химичните опасности в питейната вода са между тези, при които водата в източника се явява заплаха, и другите, свързани с материалите и химикалите, използвани при производството и разпространението на питейна вода. Тези подходи се основават на допускането, че здравните органи ще бъдат информирани за наличие на други специфични източници на риск във всяка област, като химично замърсяване, и ще ги включат в схемата за мониторинг.  Далеч по ефективно е да се изследват малък брой параметри възможно най-често (заедно с извършването на санитарен контрол), отколкото да се провеждат цялостни, но времеемки и нямащи значение анализи по-рядко.

Препоръчителните параметри за минимален мониторинг на обществените доставки са тези, които най-добре установяват хигиенното състояние на водата, а оттам и риска (ако има такъв) от инфекции, предавани чрез водата.

Ръководството, в което се уточняват химичните аспекти на качеството на питейната вода, е изготвено от СЗО (http://www.who.int/water_sanitation_health).

2.2.2.1.3. Физичен и естетически мониторинг

Химичното и физичното качество на водата може да се отрази на това доколко приемлива е тя за консуматорите. Мътността, наличието на цвят, вкусът и мирисът, били те от естестено или друго естество, оказват влияние на възприятията на потребителите.

• Мътност над 5 NTU (от англ. Nephelometric Turbidity Unit – нефелометрични единици за мътрост) може да бъде намерена за неприятна от консуматорите.
• Цветността на питейната вода може да се дължи на наличие на органични вещества, като хумусни субстанции, метали, като желязо или манган, или на силно оцветени промишлени отпадъци. Възможно е, ако водата има естетически неприятни нива на цветност, обикновено над 15 TCU (от англ. True Colour Units – единици за истински цвят), потребителите да потърсят алтернативни, вероятно небезопасни, източници. В идеалния случай питейната вода трябва да бъде безцветна.
• Мирисът на водата се дължи главно на наличието на органични вещества. Някои миризми са показателни за повишена биологична активност, докато други е възможно да произтичат от промишлено замърсяване. Ако бъдат установени проблеми с мириса, трябва санитарните проучвания да включат изследване на източниците на миризма.
• Комбинираното възприятие за веществата, улавяно от сетивата за вкус и мирис, в много случаи се нарича „вкус“. При общественото водоснабдяване може промените в нормалния вкус на водата да се явяват сигнал за изменения в качеството на първичния водоизточник или за недостатъци в процеса на пречистване. Водата не трябва да има вкусове или миризми, които биха се възприели като неприятни от болшинството потребители.

2.2.2.2.Контрол на качеството на водата

Главната цел на контрола на качеството на водата е да се защитава и възстановява качеството на водата за общественото здраве и околната среда.

Не е лесно да бъдат постановени общоприложими ръководства за другите биологични опасности, в частност за паразитните протозои и хелминти. Насоките на СЗО за качеството на питейната вода обаче включват информация, касаеща гореспоменатите, както и вируси и някои цианобактерии.

• Редица паразити се характеризират със сложно географско разпространение и може да се наложи да бъдат взети мерки срещу тези, които не се срещат на местно ниво. Болшинството паразити, предавани чрез водата, имат и други пътища на предаване, като например храна или директно фекално-орално разпространение, а те също трябва да бъдат взети под внимание при формулиране на стратегиите за контрол.
• Сред видовете протозои, за които е известно, че се предават чрез поглъщгане на заразена питейна вода, спадат Entamoeba histolytica (която причинява амебиаза), Giardia spp. и Cryptosporidium. Тези организми попадат във водоизточника поради замърсяване с човешки, или в някои случаи животински, фекалии.
• Вирусните патогени, които се свързват с предаване чрез водата, обикновено са тези, които инфектират гастроинтестиналния тракт и се екскретират с фекалиите на заразените хора (ентеровируси). Типичните заболявания, причинявани от ентеровирусите, протичат остро с къс инкубационен период. Водата може да играе роля за предаването и на други вируси с различни механизми на действие (аденовируси, астровируси, калицивируси, хепатит А, Е вируси, ротавируси). Като група тези вируси предизвикват широк спектър от инфекции и симптоми, включващи различни пътища на предаване, инфектиране и екскреция.
• Най-отличителната характеристика на цианобактериите, засягаща общестеното здраве, е способността на редица видове да произвеждат токсини, свързани с предизвикване на чернодробни увреждания, невротоксичност и възникване на тумори. Потенциалните рискове за здравето произтичат от излагане на действието на токсини, поети с питейната вода.