Микрофлора и биохимические реакции подземных вод презентация

Микрофлора подземных вод Из микроорганизмов в ПВ наибольшее значение имеют бактерии, хотя обнаружены также микроскопические водоросли, простейшие и вирусы. В изучении микроорганизмов ПВ сложились два самостоятельных направления: санитарное, изучающее болезнетворные (патогенные) микроорганизмы, и биохимическое, которое исследует роль микроорганизмов в формировании состава природных вод.

Санитарное направление Изучает условия существования болезнетворных микроорганизмов, преимущественно бактерий. Болезнетворные микроорганизмы не влияют на состав геологической среды, потому что естественной средой их обитания служит живой организм. Вне живого организма микроорганизмы оказываются без пищи и относительно быстро гибнут. Однако некоторые болезнетворные бактерии могут существовать в ПВ в течение почти года, а их споры значительно дольше. Показатели санитарного качества воды. Сами патогенные микробы не оказывают никакого влияния на состав и свойства ПВ, поэтому санитарно-микробиологические исследования направлены на определение наиболее простых косвенных показателей их присутствия. Общими показателями санитарного состояния воды являются общее микробное число и содержание индикаторных микроорганизмов

Под общим микробным числом понимают количество колоний, которые образуют микроорганизмы из 1 мл воды на питательном субстрате в чашках Петри, через определенный срок инкубации (24 или 48 часов) при заданной температуре. Индикаторные микроорганизмы – группы бактерий, свидетельствующие о наличие антропогенного, прежде всего фекального загрязнения воды. Наиболее надежным индикатором служит кишечная палочка (E. сoli). Обнаружение E. сoli в воде свидетельствует, что эти воды запачканы фекалиями и могут содержать и другие патогенные микроорганизмы. Их содержание оценивается в единицах коли-титра или коли-индекса Коли-титр – объем воды (в мл), который приходится на одну кишечную палочку. Коли-индекс – количество кишечных палочек в 1 л воды. Питьевые воды не должны иметь коли-титр < 300 мл или коли-индекс > 3 штук.

Биохимическое направление Исследует непосредственное участие микроорганизмов в формировании состава и качества ПВ, нефтей, газов, пород, т.е. жизнедеятельность бактерий, для которых геологическая среда содержит все необходимое для их жизни: воду, биогенные элементы и источники энергии. Эти микроорганизмы, которые называются хемотрофными, способны существовать в широком диапазоне температур, давление и минерализации вод. Их влияние проявляется, прежде всего, в ускорении химических реакций окисления и разложения ОВ. Исследование данных микроорганизмов включает не только определение их видовых групп, но и изучение биохимических процессов, в которых они участвуют. Для своей жизнедеятельности эти бактерии используют питательные вещества, среди которых могут быть практически все органические соединения (жиры, углеводы, белки, целлюлоза, УВ и др.), а также минеральные вещества и воду Энергию для развития бактерии получают в процессе химических реакций, которые они ускоряют своими ферментами, которые играют роль катализаторов.

Хемотрофные микроорганизмы Аэробные бактерии развиваются при наличии свободного О2 в воде. Анаэробные – в отсутствие О2. Анаэробы используют сульфаты, нитраты, углекислоту и другие кислородсодержащие вещества. По характеру обмена веществ бактерии разделяются на автотрофные и гетеротрофные. Автотрофы в своей жизнедеятельности используют энергию фото- и хемосинтеза, т.е. углерод они берут из СО2 , а также усваивают газообразный Н2 или водород, содержащийся в Н2О, H2S, NH3. Гетеротрофы для построения своего организма нуждаются в готовых органических соединениях.

Примеры биохимических реакций Реакции при участии автотрофов: SO4-2 + 4H2 = S-2 + 4H2O СО2 + 4Н2 = СН4 + 2Н2О Реакции при участии гетеротрофов: SO4-2 + Cорг = S-2 + 2CO2 4NO3- + 5Cорг = 2CO3-2 + 3CO2 + 2N2 Реакция при участии аэробных бактерий 2NH4++ 3О2= 2НNO3 + 3Н2О

Общее число бактерий изменяется от нескольких единиц до миллиона клеток в 1 мл воды. Число бактерий в воде зависит главным образом от наличия в ней питательных веществ, в том числе органических соединений. Развитие бактерий происходит уже при концентрации ОВ равном 0,1 мг/л. В подземных водах фактическое содержание ОВ всегда выше этой величины, что вполне обеспечивает бактерии питательными веществами. Чем выше содержание Сорг в водах, тем активнее развивается в них микрофлора. В грунтовых и пресных водах зоны активного водообмена артезианских бассейнов наблюдается интенсивное развитие гнилостных, сапрофитных, окисляющих фенол, денитрифицирующих, метанобразующих бактерий. Слабо развиваются в этих водах бактерии окисляющие водород и метаноокисляющие.

Содержащиеся в подземных водах бактерии выполняют большую геохимическую работу, видоизменяя химический и газовый состав вод. Продуктами метаболизма бактерий могут быть различные органические и неорганические соединения. Например, образование спирта при спиртовом брожении, уксуса при уксусном брожении, а также они могут выделять токсины, различные ферменты и проч. Хемотрофные бактерии, развивающиеся в подземных водах, безвредны для человека и даже участвуют в бактериальной очистке вод от загрязнений. Например, биохимическое разложение УВ (нефтепродуктов).

Протекание биохимических реакций связано с выполнением условий при которых возможна бактериальная деятельность Интервал температур от 0 до 100оС, при этом жизнедеятельность бактерий существенно подавляется при Т менее 4оС и более 80оС Минерализации воды не более 150-200 г/л Наличие элементов с переменной валентностью, т.к. все биохимические реакции являются окислительно-восстановительными Большинство бактерий лучше всего развиваются в пределах рН 6-7,5, но имеются бактерии, выживающие и в сильнокислых (рН<2), и в сильнощелочных средах (pH>10) Все биохимические реакции происходят только в воде Отмечено угнетающее влияние на рост бактерий некоторых катионов, среди которых в первую очередь следует назвать алюминий, серебро, ртуть, медь и свинец.

Увеличение давления мало влияет на жизнедеятельность бактерий. Критическая величина гидростатического давления лежит в пределах от 3000 до 12000 атм. Но такие давления характерны для глубин, превышающих 30 км, где бактерии не могут развиваться из-за температурного барьера (т.е. Т>100оC). В целом же можно сказать, что повышение давления до глубины 10 км (доступных современному бурению) не лимитирует жизнедеятельности микроорганизмов.