Čistírenská hydrobiologie

Ing. Andrea Benáková, Ph.D.benakova@vscht.cz

Osnova předmětu• Úvod do studia, základní pojmy• Vztah mikroorganismů ke kyslíku, zdroji uhlíku a energie• Kultivační mikrobiologické metody: indikátorové mikroorganismy,

patogeny, paraziti v odpadních vodách• Metody detekce mikroorganismů nezávislé na kultivaci a jejich

význam v oboru čištění odpadních vod• Biologického čištění: suspenze versus biofilm• Mikroorganismy odstraňování nutrientů a anaerobního rozkladu• Význam a cíle mikroskopického rozboru a biologického hodnocení

aktivovaného kalu• Biologické hodnocení odtoku z čistíren odpadních vod a jeho vlivu na

recipient• Druhy odpadních vod dle znečištění a jejich vliv na biocenózu

Úvod do studia, základní pojmy

• Hydrobiologie: ekologický obor, vzájemné vztahy mezi organismy a organismem a jeho prostředím

• Aplikovaná a technická hydrobiologie: uplatnění ve VH, hodnocení kvality povrchových vod, úprava vody na vodu pitnou (nežádoucí MO), hygiena vody (pitná, koupání), účinnost čištění odpadních vod, vliv odtoků z ČOV na recipient, prům. a energetika – chladící okruhy, toxikologie

Základní hydrobiologické pojmy• Abiotická složka: okolní ŽP charakterizované fyzikálními a chemickými parametry

• Biotická složka: organismy a jejich vzájemné vztahy

• Ekosystém: soubor organismů a jejich ŽP

• Biotop: životní prostor organismu

• Biocenóza (fyto-, zoo-, bakteriocenóza): soubor organismů biotopu

• Ekologická valence: rozpětí mezi minimem a maximem fyzikálních a chemických faktorů ŽP, které snáší

• Bioindikátor: organismus (makro i mikro) podle jehož výskytu na určitém stanovišti se dokládá (indikuje) specifická vlastnost prostředí (živiny, pH, teplota, kyslík), reakce na změnu prostředí může být zvýšení nebo snížení abundance

Bioindikací může být i obsah toxických látek v tkáni, tvorba stresových proteinů mikroorganismy, deformace v populaci aj.

Dobrým bioindikátorem je druh s úzkou ekologickou valencí, dobře určitelný, běžný, s dostatečně známými nároky na jeho prostředí.

Mihule, rak říční – oligosaprobiont

Druhy biotické složky dle trofie (výživy)

• Destruenti – rozkladači, živí se hotovými org. l.Mechanismus – exoenzymy vznik nízkomolekulárních l. jejich difuze přes buněčnou stěnu zpracování endoenzymy, inkorporace do biomasyPř.: viry, bakterie, houby, plísně, kvasinky, sinice

• Producenti – živí se anorg. l., z nichž syntetizují org. l. (fotosyntéza, chemosyntéza)

Př.: mikrofyta (mikroskopicky pozorovatelné řasy a sinice), makrofyta (vyšší rostliny), bakterie

• Konzumenti – přijímají org. l., které zpracovávají endoenzymy a rozložené l. použijí ke stavbě těla

Vztah mikroorganismů ke kyslíkuSkupina mikroorganismů Vztah k O2

Striktně anaerobní Bez O2, konc. nad 0,5 % toxická

Obligátně anaerobní O2 není konečný akceptor e-,Tolerance při max. konc. 2 – 3 %

Aerotolerantní O2 není konečný akceptor e-,Tolerance při nízkých konc.

Fakultativně anaerobní Žije v anaerobních i aerobních podmínkách, některé MO mají O2 jako konečný akceptor e-

Mikroaerofilní O2 konečný akceptor e-, neroste za přítomnosti vzdušného O2

při normálním tlaku

Obligátně aerobní Vyžaduje O2 jako konečný akceptor e-

Prostředí (kultivační podmínky) Konečný akceptor elektronů ORP

Oxické O2 kladný

Anoxické N-NO3-, N-NO2

- 150 – 250 mV

Anaerobní Organická látka záporný

Kultivační podmínky

Vztah mikroorganismů ke zdroji uhlíkuSkupina mikroorganismů Zdroj uhlíku Zdroj energie

Litotrofní (autotrofní) CO2 Sluneční záření (fotolitotrofní)

Oxidace anorg. l. (chemolitotrofní)

Organotrofní (heterotrofní) Organické látky Sluneční záření (fotoorganotrofní)

Oxidace org. l. (chemoorganotrofní)

Uhlík (CO2, organické látky) je využíván pro tvorbu stavebních látek

Pro syntézu stavebních látek je zapotřebí energie (sluneční záření, oxidace anorganických či organických látek)

Biogenní prvky: nezbytné pro život buňky (makro: C, O, H, N, Ca, P, mikro: K, S, Na, Mg), stopové: Fe, I, Co, Cu, Zn, Si, V, B aj.)

Základní biochemické procesy

Proces Reakce Prostředí Organismus

Chemoorganotrofní organizmy

Aerobní rozklad org. l. org. l. + O2 = CO2

+H2O+NH3

Aerobní Aerobní a fakultativně anaerobní bakterie, houby, živočichové

Denitrifikace org. l. + NO3- = NO2

- + CO2

+ H2Oorg. l. + NO2

- = N2 +N2O +CO2 + H2O

Anoxické Fakultativně anaerobní bakterie

Redukce SO42- org. l. + SO4

2- = H2S Anaerobní Striktně anaerobní bakterie

Předmetanizační fáze anaerobního rozkladu org. l.

Složité org. l. = k. octová,H2, (metanol, k. mravenčí) + NH3

Anaerobní Fakultativně a striktně anaerobní bakterie, kvasinky

Metanogeneze k. octová = CH4 + CO2

metanol = CH4 + CO2

k. mravenčí = CH4 + CO2

H2 + CO2 = CH4

Anaerobní Striktně anaerobní metanogenníbakterie

Proces Reakce Prostředí Organismus

Chemolitotrofní organismy

Nitrifikace NH3 + O2 = NO2-

NO2- + O2 = NO3

-

Aerobní Nitrifikační bakterie

Oxidace sulfidů S2- = SO42- Aerobní Sirné bakterie (Beggiatoa,

Chromatium)

Oxidace Fe(II), Mn(II) Fe2+ = Fe3+

Mn2+ = Mn3+ + Mn4+

Aerobní Železité bakterie

Fotolitotrofní organismy

Fotosyntéza • Asimilace

• Disimilace

• Asimilace6CO2 + 6H2O + E = C6H12O6 + 6O2

• DisimilaceC6H12O6 + 6O2 = 6CO2 + 6H2O + E

Rostliny, sinice (Cyanophyta)

Mikrobiologické vyšetřování vod

• Slouží k identifikaci mikroorganismů, dříve založeno na mikroskopickém pozorování

• V současné době se v rutinních mikrobiologických laboratořích provádí hlavně kultivační metody

Matrice: voda (pitná, studny, balená, teplá, koupací, procesní, odpadní), pevná matrice (kaly, biofilmy, sedimenty, pískoviště, zeminy, komposty), ovzduší

• Při výzkumu se rovněž uplatňují metody nezávislé na kultivaci, tzv. molekulárněbiologické metody (FISH, PCR aj.), instrumentální analýza

Mikroskopické vyšetřování

• Pozorování MO: živý stav (nativní preparát), MO vitálně barvené, mrtvý stav (fixovaný preparát), trvalý preparát

• Nativní preparát: informace o živých MO, morfologie, způsob rozmnožování, inkluze, pohyb

• Barvené preparáty: vylepšení viditelnosti struktur, morfologie, diagnostika, v oboru čištění OV jsou důležité Gramovo barvení a Neisserovo barvení

• Cytologické barvicí metody: barvení bičíků, spor, cyst, inkluzí, intracelulárních lipidů, glykogenu, jaderného aparátu apod.

Kultivační mikrobiologické metodyMetody sloužící k pomnožení a izolaci mikroorganismů za uzančních podmínek v laboratoři. Uzanční podmínky jsou dány normami a předpisy.

Dělení kultivačních médií• Živná média tekutá: pomnožení MO• Živná média tuhá: izolace jednotlivých kolonií, vykazujících typické

vlastnosti• Média neselektivní: obsahují všechny živiny, slouží k pomnožení

(např. peptonová voda při stanovení salmonel)• Média selektivní: obsahuje chemickou látku, která zvýhodňuje

určitou skupinu MO (např. azid sodný při stanovení enterokoků)• Média selektivně diagnostická: přítomnost selektivní a diagnostické

složky, která využívá specifických vlastností hledaného MO, lze jej tak odlišit od ostatních MO (např.: laktóza jako zdroj C pro enterokoky a acidobazický indikátor pro detekci kyselin vzniklých její fermentací)

Složení médii: živiny (C, N, P a jiné makro- a mikrobiogenní prvky)

Komplexní média: zdrojem živin je složitější org. látka (např. pepton, krev)

Minimální média: chemicky definované složení

Aplikace vzorku na tuhé médium: přímo či metoda membránových filtrů

Mikroorganismy jako indikátory pro zjištění nezávadnosti vod

• Detekce konkrétních patogenních MO, virů či cyst protozoálníchparazitů je náročná na čas, peníze a znalosti personálu

• Proto se zjišťují tzv. indikátory fekálního znečištění, pokud tyto MO nejsou detekovány, pravděpodobně nebudou přítomny patogeny

Patogen = biologický faktor (bakterie, houby, viry, priony, paraziti), který může zapříčinit vyvolání nemoci hostitele

Vlastnosti ideálního indikátorového MO fekálního znečištění

• Je součástí střevní mikroflóry teplokrevných živočichů

• Je přítomen, když jsou přítomny patogeny

• Je přítomen ve větších počtech než patogeny

• Je alespoň srovnatelně rezistentní vůči stresovým faktorům ŽP a dezinfekci jako patogeny

• Přetrvává déle v prostředí než patogen

• Nepomnožuje se v prostředí

• Detekuje se lehce, rychle, levně

• Není patogenní

Schéma skupin bakterií vyšetřovaných ve vodách

Escherichia coli

Celkové počty bakterií v prostředí (mikroskopicky)

Kultivovatelné mikroorganismy při 22°C a 36°C

Koliformní bakterie

Termotolerantní (fekální) koliformní bakterie

Intestinální enterokoky

Střevní patogeny

Převzato z: Baudišová D. (2017). Metody mikrobiologického rozboru vody (příručka pro hydrobiologické laboratoře), VÚV TGM, v.v.i.

Celkové koliformní bakterie

• Čeleď Enterobacteriaceae, aerobní a fakultativně anaerobní, G-, nesporulujicítyčinky

• Tradiční definice: fermentují laktózu při 36°C, během 24 – 48 h,

s produkcí kyselin, plynu a aldehydu v selektivním prostředí žlučových solí bez cytochrom-oxidázové aktivity (dýchací řetězec, ATP) – nesplňují však všechny

Nověji: detekce aktivity b-D-galaktozidázy (štěpení laktózy na galaktózu + glukózu)

• Př. zástupců: E. coli, Enterobacter, Klebsiella, Citrobacter

• Nemusí být vždy nutně fekálního původu

• Indikátor kvality pitných vod, rekreačních vod, účinnosti čištění OV

• Jsou více citlivé k ŽP a dezinfekci než viry a cysty

protozoálních parazitů

Fekální koliformní bakterie (dříve termotolerantní koliformní bakterie)

• koliformní bakterie, které si ponechaly růstové i biochemické vlastnosti i při teplotě 44 °C

• indikují přítomnost fekálií lidí či zvířat (nelze odlišit zdroj)• př. zástupců: E. coli, Klebsiella pneumonie• přežívají obdobně jako patogeny• jejich využití jako indikátoru přítomnosti virů a prvoků je limitováno,

neboť jsou méně odolné vůči dezinfekci• za určitých podmínek se mohou ve vodě včetně odpadní pomnožovat

Fcoli na mFC agaru

Escherichia coli• Komenzál tlustého střeva lidí a teplokrevných zvířat• Může způsobovat sekundární infekce způsobující průjmy, infekce močových cest,

nosokomiální nákazy, meningitidu, septikémie• Některé kmeny mohou být primární patogeny, , možnost produkce

verocytotoxinů

• Stanovení E. coli nahradilo stanovení fekálních koliformních bakterií v pitných vodách a koupacích vodách

• Proč? E. coli vždy pochází ze střevního traktu člověka či teplokrevných živočichů, ve vodě se nepomnožuje

• Indikace bodových a plošných zdrojů znečištění• Závažné hygienické zjištění v pitných vodách

Detekce E. coli Colilertem

Gramovou barvení

Intestinální enterokoky (fekální streptokoky)

• G+ koky, většinou tvořící řetízky

• Množí se v rozmezí teplot 10 – 45 °C, snáší vysoké konc. solí (6,5 % NaCl), rostou při pH 9,1, tolerují žluč v prostředí

• Patří do rodů Enterococcus a Streptococcus

• Indikují znečištění fekáliemi od lidí a teplokrevných zvířat

• Některé druhy jsou spojeny s rostlinnými zbytky

• Některé druhy jsou potenciálními patogeny

• Bývají rezistentní na antibiotika

Presumptivní enterokoky na SB-agaru, před konfirmací

• Jsou citlivější k ŽP než koliformní bakterie

• Ve vodě se zřídka pomnožují, v ŽP přežívají déle než ostatní indikátory

• Jsou však více rezistentní vůči chloru a jiným dezinfekčním prostředkům než koliformy

• Indikují tak nedostatečnou dezinfekci chlorem i za nepřítomnosti koliformů

• Druhy S. faecalis a S. faecium jsou považovány za indikátory přítomnosti virů

• Poměr koliformních bakterií a enterokoků vypovídá o původu fekálního znečištění (koliformní bývají více v lidských fekáliích, enterokoky převládají více ve zvířecích), to však nemusí platit u odtoku z ČOV dezinfikovaného chlorem

Clostridium perfringens• Zástupce skupiny anaerobních siřičitanyredukujících G+ bakterií, tvoří spory, má

tvar tyčinky, oportunistický patogen, původce plynaté sněti, tetanu, botulismu či akutní kolitidy

• Vykazuje sacharolytickou a proteolytickou aktivitu• Nachází se ve fekálií lidí a zvířat, v prostředí znečištěném OV• V prostředí jsou velmi rozšířené, nachází se v OV i v sedimentech• Spory jsou rezistentní vůči stresovým faktorům a dezinfekci, tudíž jsou vhodným

indikátorem znečištění• Na rozdíl od E. coli a dalších koliformů přežívají v prostředí déle

• Považují se za vhodný indikátor virů a protozoí na ČOV, indikátor kvality rekreačních vod či podzemních vod ovlivněných povrchovými vodami

• Jsou více odolné vůči oxidačním činidlům a UV než bakteriální indikátory a bakteriofágy

Heterotrofní bakterie

• Aerobní a fakultativně anaerobní bakterie

• Získávají uhlík a energii z organických látek (organotrofní/heterotrofní)

• Zahrnuje rody Pseudomonas, Aeromonas, Klebsiella, Flavobacterium, Enterobacter, Citrobacter, Serratia, Acinetobacter, Proteus, Alcaligenes, Moraxella aj.

• Některé rody jsou oportunističtí patogeny (jen za určitých okolností)

• V oblasti OV jsou využívány jako indikátor odstranění a inaktivace patogenů opětovně využité vody

• Jsou vhodným indikátorem účinnosti jednotlivých technologických operací na vodárně včetně dezinfekce (znečištění zdroje, organoleptické závady, růst biofilmu)

• Indikátor kvality pitné vody během skladování a distribuce

• Indikace nárostů bakterií na trubních a dalších materiálech

• V distribučním systému jejich počty závisí na teplotě, zbytkové koncentraci chloru a AOC

• Indikace možného opětovného pomnožení v distribučním systému

Podmínky pomnožení v distribuční síti: jejich počty ve zdroji, doba zdržení v síti, teplota, rychlost proudění, dezinfekce (druh, zbytkové koncentrace), materiál potrubí, výskyt biofilmů, biologická stabilita (míra přítomnosti využitelných živin mikroorganismy)

V oblasti OV se lze setkat rovněž s následujícími indikátory:

Bacteriofágy• Somatické kolifágy• Infikují převážně E. coli • Podobají se enterickým virům, ale jsou snadněji a rychleji detekovatelné v ŽP• V odpadních vodách a prostředí jsou nacházeny ve větších počtech• Dobrá korelace s enterickými viry• Indikátor účinnosti čištění vody a odpadní vody

Male-specific RNA fágy• Nevyskytují se ve fekáliích• Vyskytují se ve velkých počtech v OV a jsou relativně odolné vůči chloraci• Indikátor kvality odpadních vod

Fágy infikující Bacteroides fragilis• Nepomnožují se v prostředí• Jsou více rezistentní vůči chloraci než bakteriální indikátory, což bylo potvrzeno u odtoků

z ČOV

Bifidobacteria• Anaerobní, nespororulující G+ bakterie, žijí ve střevě lidí a zvířat, některé druhy se vyskytují spíše v lidském

zažívacím traktu, slouží tak k odlišení zdroje• Detekce se provádí metodami nezávislými na kultivaci (hybridizace, PCR)

Bacteroides spp.• Anaerobní bakterie• Rovněž pochází ze zažívacího systému• Bacteroides fragilis přežívá ve vodě kratší dobu než E. coli a S. faecalis• Detekce se provádí pomocí fluorescenčně značených protilátek

Kvasinky, Mycobacteria• Indikátory účinnosti dezinfekce

Spory bakterií• Aerobní spory jsou nepatogenní, vyskytují se ve vodním prostředí, kde však nerostou, vyskytují se ve vyšších

koncentracích než cysty protozoálních parazitů, jejich stanovení je jednoduché, levné, relativně rychlé• Indikátor odstranění cyst Cryptosporidium či Girardia a dobré dezinfekce

Patogeny a paraziti v odpadních vodáchBakteriální patogeny

Salmonella: dle literatury nejčastější patogenní mikroorganismus v OV, způsobuje tyfoidní a paratyfoidní horečku, gastroenteritidu, přenáší se nejenom vodou, ale i potravinami

Shigella: způsobuje bacilární úplavici či shigelosu, nejčastější přenos je z člověka na člověka, může se však přenášet rovněž potravinami a vodou

Escherichia coli: mnoho kmenů není nebezpečných, vyskytují se v zažívacímtraktu lidí a zvířat• Existují i viruletní kmeny

Yersinia: způsobuje akutní gastroenteritidu• Zdrojem jsou prasata, domácí a divoká, snáší nízké teploty kolem 4 °C• Byly izolovány z odpadních vod, řek, z pitné vody

Campylobacter: způsobuje infekcí lidí, domácí a divokých zvířat• Běžně se vyskytuje v odpadních vodách z domácností či závodů zpracovávajících drůbež• Přenáší se potravinami (špatně tepelné upravená drůbež, nepasterizované mléko) a

vodou• Má relativně nízkou infekční dávku 500 organismů• Byly izolovány z povrchové vody, z vody pro úpravu na pitnou vodu, z odpadní vody• Nevykazují korelaci s heterotrofy, koliformními bakteriemi či streptokoky• Detekce: kultivačně, FISH apod.

Legionella pneumophila: patogen způsobující tzv. legionářskou horečku (akutní pneumonie), může rovněž působit na gastrointestinální trakt, močový systém a nervový systém • Nejčastější způsob přenosu je aerosoly: sprchy, vířivky, zubní sprchy a oplachy,

klimatizace, zvlhčovače vzduchu, chladící věže, zálivka odpadními vodami• Byly izolovány z odpadních vod, půdy, přírodních vod• V distribučním systému jsou chráněny růstem v biofilmu, což má vliv na účinnost

dezinfekce

Geny rezistence na ATB: OV obsahují rozmanité množství bakterií rezistentních na ATB, bakterie si mohou různými mechanismy mezi sebou předávat geny rezistence na ATB další bakterie získají rezistenci můžou se šířit do recipientu

• Virové patogeny

V OV se nachází asi 140 typů enterických virů (pomnožení v zažívacím traktu), způsobují převážně gastroenteritidy provázené průjmy a zvracením, př.: viry hepatitidy, caliciviry, adenoviry, rotaviry aj., detekce: PCR, imunofluorescenční metody, elektronový mikroskop, použitím tkáňových kultur

• Parazitičtí prvoci

Girardia: za stresových podmínek (např. imunitní odpověď) produkují cysty přežívající mimo hostitele, narušují epitel střev, způsobují průjem, bolesti, hubnutí

Cryptosporidium: infekční stádium tzv. oocysty, způsobuje vodnaté průjmy

Améby: původci úplavice, meningitidy, poškození oka (z koupacích vod)

Detekce: fluorescenční barvení, PCR, využití tkáňových kultur

Helminti: způsobují zažívací potíže, vyrážky či poškození oka

Porovnání mikrobiologický ukazatelů dle využitíPitná 252/2004 Sb. Zasak. OV 57/2016 Sb. Závlahy ČSN 83 0634

Clostridium perfringens 0 KTJ/100 ml x x

Intestinální enterokoky 0 KTJ/100 ml 100 KTJ/100 ml 1 000 KTJ/100 ml

E. coli 0 KTJ/100 ml 150 KTJ/100 ml x

Koliformní bakterie 0 KTJ/100 ml x 10 000 KTJ/100 ml

Fekální koliformní x x 1 000 KTJ/100 ml

Počty kolonií 22°C 200 x x

Počty kolonií 36°C 40 x x

Salmonella x x negativní v 500 ml

Kolifágy x x 10 000 PTJ/100 ml

Pitná: kohoutková, balená jiné objemy, přísnější kult. MO, navíc Pseudomonas aeruginosaZasakování myšleno do vod podzemníchZávlahy: pro 1. třídu = voda vždy vhodná, voda podmíněně vhodná méně přísné limity – nutnost kontrol vody a prostředí, nevhodná – nutnost úpravy

Vysvětlivky – jednotky

KTJ = kolonie tvořící jednotka; na pevných půdách jsou viditelné pouhým okem kolonie nikoliv samostatné buňky, kolonie se tvoří z jednotlivých buněk, jejich párů, krátkých řetízků či shluků buněk, proto se používá termín kolonie tvořící jednotka (angl. CFU = colony forming unit)

PTJ = plakotvorná jednotka, počty plaků v ploše nárůstu hostitelského kmene

Výsledek se pak udává v počtech KTJ či PTJ na očkovaný (vyšetřovaný) objem s přihlédnutím k případnému ředění vzorku (pitné vody se neředí).

Vliv dezinfekce na odstranění MO

Odolnost vůči dezinfekci roste v řadě: nesporolující bakterie –enterické viry – sporulující bakterie – cysty prvoků

Při dezinfekci odpadních vod se nejčastěji uplatňuje UV záření, neboť:• Nezpůsobuje organoleptické závady• Netoxický• Prostorová nenáročnost

Nevýhody:• Žádná rezidua dezinfekce• Hůře se určuje dávka• Čistota lampy (tvorba biofilmů)• Možnost reaktivace MO• Cena

Příklady UV dávek pro 90% inaktivaciMikroorganismus UV dávka pro

90% inaktivaci(mW.s/cm2)

Choroba

Bakterie

Esherichia coli 3 000 sec. infekce: průjem, močové cesty, nozokomiální i. či primární patogen

Salmonella enteritis 4 000 gastroenteritida

Shigella dysenteriae 2 200 úplavice

Staphylococcus aureus 4 500 Hnisavé záněty kůže

Legionella pneumonphila 380 pneumonie

Vibrio cholerae 3 400 cholera

Viry

Coliphages 3 600 skupina sloužící jako indikátor virů

virus Hepatitis A 3 700 žloutenka typu A

Rotavirus SA 11 8 000 gastroenteritida

Cysty prvoků

Cryptosporidium parvum 80 000 průjem, zvracení, hubnutí, nízká teplota

Účinnost odstranění patogenů a parazitů na ČOVAktivace Zkrápěný filtr RBC Stabilizační rybník

Bakterie Účinnost 80 – 99 % pro indikátory i

patogeny, inaktivace, jako potrava, sedimentace

(adsorpce, enkapsulace)

Účinnost 20 – více než 90 %, Salmonella

75 – 95 %

Účinnost cca 1 log pro FC

Camplyobacter79 – 99 %

Jako potrava

90 – 99 %FC, PA

Jako potrava, pH, sluneční záření

Viry Účinnost 90 – 99 %, inaktivace, adsorpce

Účinnost nízkáEnteroviry 59 – 95 %

Bakteriofágy 40 – 90 %Adsorpce?

x t, sluneční záření, vyšší účinnost v

horní vrstvě v létěmožnost přežívání na sedimentech

Paraziti Účinnost 0 – 90 % CP, 60 – 90 % G

sedimentace, nikoliv inaktivace

Účinnost 10 – 90 % x t. pH, záření, retenční čas

99 %

Vajíčka helmintů sedimentace, nikoliv inaktivace

x x sedimentace

CP = Cryptosporidium prarvum, G = Girardia, FC = fekální koliformy, PA = Pseudomonas aeruginosa

Počty MO na odtoku z českých ČOV

Mikroorganismus Počty ktj (ptj)/ml na odtoku z ČOVbez dezinfekce!

Koliformní bakterie

102 – 104

Fekální koliformní bakterie

102 – 103

Escherichia coli 101 – 102

Intestinální enterokoky

101 – 102

Somatické kolifágy 100 – 101

Campylobacter 100

Staphylococcusaureus

0 – 101

Zkušenosti pracovníků VÚV TGM, v.v.i. Prezentované na CzWA semináři Dezinfekce vyčištěných odpadních vod, Praha, 20. 11. 2014

Metody nezávislé na kultivaci(culture-independent methods)

• Mikroorganismy není nutné kultivovat možnost detekce nekultivovatelných bakterií či obtížně kultivovatelných

• Uplatňují se zejména v oboru mikrobiální ekologie = vztah mezi mikroorganismy navzájem a mezi MO a prostředím, což oblast čištění odpadních vod splňuje

• MO v ŽP bývají často ve VBNC (viable but not-culturable) stavu, tj. mají díky stresovým podmínkám (nutrienty, teplota, kyslík, osmotický tlak, světlo) nízkou metabolickou aktivitu, lze je resuscitovat

• Anomálie kultivační plotny = na substrátu roste MO, který nebyl dominantní v původním vzorku (platí např. pro AK)

Kultivovatelnost v běžných ekosystémech podle literatury

Ekosystém Procenta kultivovatelných MO

Čistá voda (Jones, 1997) 0,25 %

Mezotrofní jezero (Amann a Ludwig, 1994) 0,1 – 1 %

Sediment (Amann a Ludwig, 1994) 0,25 %

Půda (Torsvik et al, 1990 x Amann a Ludwig, 1994) 0,3% nebo 1 %

Aktivovaný kal (Wagner et al., 1993 a1994) 1 – 15 %

Pro srovnání: Cuskuner (2002) uvádí, že 60 – 90 % bakterií z AK lze detekovat DAPI (nezávislé na kultivaci).

Amann R. and Ludwig W (1994). Typing in situ with probes in Bacterial diversity and systematice, Pries F. G. (ed), Plenu Press, New York, 115-135.

Cuskuner G. (2002). A new molecular technique for the identification of microorganisms in biological treatment plants: Fluorescence in situ hybridizatioin, Turk. J. Biol., 26, 57-63.

Wagner M., Amann R. Lemmer H. Schleifer K. H. (1993). Probing activated sludge with proteobacteria-specific oligonucletides. Inadequacy of culture-depend methods for discibing microbial community structure, Appl. Environ. Microbiol., 59, 1520-1525.

Wagner M., Erhart M., Manz W., Amann R. Lemmer H., Weidi D. Schelifer K. H. (1994). Development of an rRNA-targeted oligonucleotide probe specific for the in activated sludge, genus Acinetobacter and its application for in situ monitoring, Appl. Environ. Microbiol., 60, 792-800.

Torsvik V., Goksoyr J., Daae F. L. (1990). High diversity of DNA of soil bacteria, Appl. Environ. Microbiol., 56, 782-787.

Fluorescenční in situ hybridizace (FISH)

• Detekce MO až na úrovni druhu in situ (přímo ve vzorku)

• Možnost kvantifikace – počet MO v objemu či procentuální zastoupení cílové populace v celkové biomase – analýza mikroskopického obrazu softwarem (např. Lucia G, daime, Imaris)

• Využití v oblasti čištírenské technologie: detekce vláknitých MO s hůře rozeznatelnou morfologií při klasické mikroskopické analýze, detekce nitrifikantů, anammox bakterií, denitrifikantů, metanogenů, potvrzení poly-P bakterií, bakterií cyklu S aj. a hodnocení jejich procentuálního zastoupení v celkové mikrobiální populaci a prostorového uspořádání (AK, biofilm)

Princip metody FISH

• Genová sonda (krátký úsek DNA či RNA) se za předepsaných podmínek naváže na specifické cílové místo ribozomální RNA na základě komplementarity bází

• Detekce pod fluorescenčním mikroskopem

nutnost označení genové sondy fluorochromem

Komplementarita bází = AT a GC v DNA či AR a GC v RNA

Báze = základní součást nukleových kyselin

Autor Dr. Glockner

Kombinace FISH s dalšími postupy

• MAR-FISH: kombinace s mikroautoradiografií = identifikace MO a zároveň jeho metabolické aktivity pomocí radioaktivně značeného substrátu

• FISH v kombinaci s průtokovou cytometrií (flow cytometry, fluorescent activated cells sorting): rozdělení buněk na základě jejich fluorescenčních vlastností (oddělení rodů, druhů apod. dle genové sondy, lze s nimi dále pracovat), vzorek je po průchodu průtokovou štěrbinou osvětlen laserem a detekuje se fluorescenční signál, nutnost sonifikace vzorku (dle matrice)

Příklady využití FISH v oboru čištění odpadních vod

• Dříve se pro studium MO v oboru čištění OV používaly kultivace či mikroskop vznik modelových MO pro konkrétní procesy

• Metody nezávislé na kultivaci však ukázaly, že klíčovým nitrfikantem nitratace není Nitrobacter, ale častěji Nitrospira

• MAR-FISH vysvětlila, že Nitrospira a Nitrobacter mohou ko-existovat v AK při přechodné vysoké koncentraci dusitanů

• V oblasti odstraňování fosforu FISH odhalila, že Acinetobacter není dominatnímMO v systémech se zvýšeným odstraňováním P

• FISH-FACS: možnost detekce genů rezistence na ATB v konkrétním společenstvu (rod, druh apod.)

Nitrifikanty (b-AOB) detekované FISH: Nitrifikanty červené, ostatní biomasa modrá – DAPIEpifluorescenční mikroskop Olympus BX51, AK

Denitrifikanty (Thaurea)detekované FISH: denitrifikanty červené, ostatní biomasa modrá – DAPIEpifluorescenční mikroskop Olympus BX51, AK

Anammox bakterie detekované FISH: Amx červeně, ostatní biomasa modrá – DAPIEpifluorescenční mikroskop Olympus BX51, AK

Nitrifikanty (b-AOB) detekované FISH: Epifluorescenční mikroskop Olympus BX51, řez PVA-nosičem

PolyP bakterie detekované FISH: polyP červené, ostatní biomasa modrá – DAPIEpifluorescenční mikroskop Olympus BX51, AK

Microtrix parvicella detekovaná FISH: MP červeně, ostatní biomasa modrá – DAPIEpifluorescenční mikroskop Olympus BX51, AK

Detekce MO pomocí DAPI barvení odtok z ČOV x povrchová voda, Olympus BX41, zakoncertováno na polykarbonátovém filtru

Odtok z ČOV

Povrchová voda

Polymerázová řetězová reakce (PCR)

• Metoda rychlého a snadného zmnožení úseku DNA in vitro • Úsek DNA, který se má namnožit musí být ohraničen na začátku a na

konci tzv. primery (krátké oligonukleotidy DNA)• PCR je schopna vytvořit miliony kopií daného úseku DNA• K syntéze DNA slouží enzym DNA-polymeráza (teplotně stabilní)• PCR probíhá v termocykleru• Existuje více modifikací (qPCR: možnost kvantifikacefluorescenčně značeného produktu PCR)

1993 Nobelova cena za realizaci PCR pro prof. Mullise (*1944) . Teoreticky byla reakce popsána již v 70. letech 20. st.

Prof. Mullis

Kroky PCR• Denaturace: 20 – 30s, t = 94 – 98°C, rozpletení dvojšroubovice DNA• Nasednutí primerů na specifická místa DNA: 45 s, t = 50 – 65°C• Syntéza DNA: dle komplementarity, 2 min, t = dle DNA-polymerázy Vše se opakuje. Postačí cca 30 cyklů

Složení reakční směsi• Pufr – soli, pH• Mg2+ - kofaktor DNA-polymerázy • DNA-polymeráza• Směs dNTP – stavební kameny nové DNA(oligonukletidy)• DNA templát (ze vzorku)• Ultračistá voda

Termocycler

Denaturace

Nasednutí primerů

(anneling)

Syntéza řetězců

(elongace)

Zdroj obrázku: https://users.ugent.be/~avierstr/principles/pcr.html, 12. 4. 2018

Hodnocení PCR• Gelová elektroforéza – separace PCR produktů v

závislosti na velikosti, náboji či uspořádání, nejčastěji se používá DGGE (separace PCR produktů stejné velikosti podle odlišné sekvence), jednotlivé pruhy lze vyříznout a sekvenovat, velikost v bp dle markeru, nutnost gel obarvit

Složení gelů

• Agarózové: netoxické, nižší rozlišovací schopnosti, horizontální

• Polyakryamidové: toxické, vyšší rozlišení, vertikální

Využití: mikrobiální diverzita (např. nitrifikantů či denitrifikantů detekováním specifických genů kódujících enzymy), změny mikrobiálního společenstva apod.

Objev NOB z kmene Chloroflexi v laboratorních bioreaktorech

Nanášení vzorkuDGGE vana

Výsledný gel s rozdělenými produkty PCR

(jezero)

Zdroj obrázků: Declerk et al. (2005), Ecology, 85, 1905-1915

Stanovení viability buněk• Live/Dead kit: založený na rozdílnosti propustnosti membrány živých a

poškozených buněk, osahuje dvě barvičky vázající se na NK

• Zelenou SYTO 9: proniká do mrtvých i živých buněk

• Červenou Propidium Iodide: proniká pouze do mrtvých (DNA, RNA) a zháší fluorescenci SYTO9

• Detekce pod fluorescenčním mikroskopem mrtvé buňky jsou červené, živé zelené

Oblasti čištění OV: např. pro detekci

životnosti nitrifikantů a heterotrofů v AK pro odlišení mrtvých a

neaktivních buněk (Hao et al., 2009)

či vláknitých MO zbytnělého kalu při jejich likvidaci

(Seka et al., 2001).

Vhodné i pro sledování účinnosti dezinfekce OV

Zdroj: https//www. thermofischer.com

Detekce bakterií barvivem SYTO 9 u AK, vzorek může být problematický z hlediska pozadí

• Na obecné znečištění lze usuzovat na základě bioluminiscenčního měření množství ATP (zdroj energie buněk) = míra aktivní biomasy + přítomnost org. hmoty, vhodné pro detekci účinnosti sanitace či náchylnosti k pomnožení, výsledek do 30 minut i v terénu, využití substrátu luciferinu (např.: Super-Snap)

• On-line měřící systém aktivity E. coli a koliformních bakterií (např. BACTkontrol), měří aktivitu specifického enzymu, výsledek do 2 h

• Jako chemotaxonomický znak lze detekovat celulární komponenty (např. aminokyseliny, lipidy, sacharidy, mastné kyseliny, mykolové kyseliny, polyaminy, isoprenoidní chinony) a metabolické produkty metodami instrumentální analýzy (zejména chromatograficky), nebo

MALDI-TOF: spektrofotometrická detekce unikátních proteinových

profilů

Mikroorganismy čistíren odpadních vod – suspenzní růst

• Aktivita a růst v suspenzi se uplatňuje v aktivačním procesu

• Aktivovaný kal = směsná kultura MO ve formě volných buněk a tzv. vloček, vločky převládají

• Vznik AK: mísení přitékající OV a vratného kalu za neustálého míchání a provdušňování, tvoří cca 15 % v objemu čištěných OV

• OV představuje zdroj látek využívaných jako zdroj energie pro životní pochody a syntézu nové biomasy (biomasa je výsledkem metabolismu)

• Složení společenstva je ovlivněno schopností jednotlivých druhů využívat OV jako zdroj potravy a schopností růst a množit se za podmínek technologického procesu, nejvíce jsou zastoupeni destruenti (hlavně bakterie)

• Z ekologické pohledu je kal detritový potravní

řetěz

Typické biologické oživení aktivačního systému• Bakterie tvořící vločky: iniciace tvorby vloček produkcí látek nutných pro aglutinaci buněk v závislosti na stáři kultury,

např. rody Achromobacter, Aerobacter, Citromonas, Flavobacterium, Pseudomonas, Zooglea aj., v AK bývají více zastoupeny G- bakterie, významné jsou i vláknité MO podílející se na tvorbě pevných dobře usaditelných vloček, ve větší míře způsobují bytnění

• Nitrifikační bakterie: patří do skupiny autotrofních bakterií a jsou významné z hlediska odstraňování dusíku

• Denitrifikační bakterie: patří do skupiny heterotrofních bakterií a jsou rovněž významné z hlediska odstraňování dusíku

• Poly-P bakterie: důležité v procesu EBPR

• Celkové množství aerobních MO: cca 108 KTJ/mg kalu, dominantní jsou primární konzumenti, kteří převáží závisí na typu substrátu a podmínkách v systému

• Proč tvoří vločky: efektivnější využití potravy, produkty MO slouží jako růstových substrát dalším MO

• Význam bakterií v AS: oxidace organických látek (metabolismus, adsorpce), transformace živin, produkce ECP pro dobrou flokulaci (sedimentace), určitý význam má i povrchový náboj

• Prvoci: jednob., významní predátoři bakterií, ale i oocyst kryptosporídií (napomáhání přenosu) či virů, nejhojnější jsou nálevníci (Ciliata) – mají brvy (pohyb, vhánění potravy do úst), jsou volně pohyblivé, lezoucí, přisedlé stopkou k vločce, lezoucí a přisedlí jsou indikátory stabilního čistícího systému

• Bičíkovci: jednob., nejmenší prvoci (5 – 20 mm) pohybují se pomocí bičíků, potravu přijímají pozřením či adsorpcí (fagocytóza), indikace vysokého zatížení a nízké konc. O2 (např. Bodo spp.) či nízkého zatížení (např. Poteriodendron spp.)

• Kořenonožci: jednob., pohybují se pomocí pseudopodií, jsou se schránkou (kryténky) i bez schránky (měňavky), indikují nízké zatížení (kryténky, některé měňavky) i vysoké zatížení (některé měňavky)

• Vířníci: mnohobuněční, jsou ukotveny ve vločce nebo jsou mimo vločku, živí se bakteriemi, vylučují sliz vhodný pro tvorbu vloček, indikace vyššího stáří kalu

• Saprobní prvoci: živí se odumřelou organickou hmotou, nejsou dominantními kompetitory

• Význam prvoků: příjem bakterií stimuluje růst dalších vzrůst odstraňování organické hmoty z OV, zlepšuje flokulaci a usazování, napomáhají odstranění NL a bakterií včetně patogenů, redukují BSK, taxonomické složení indikuje účinnost odstranění BSK

• Houby: jen za podmínek nízkého pH, zvýšené toxicity, deficientu N v OV za těchto podmínek mohou nitrifikovat a denitrifikovat, preferují sacharidy a fenolové OV, mycelia mohou podporovat bytnění, některé se živí vířníky

• Obecně platí: bičíkovci a volní nálevníci preferují prostředí s větší hustotou bakterií (nad 108 buněk v ml), stopkatí nálevníci preferují prostředí s nižší koncentrací bakterií (méně než 106 buněk v ml), stopkatí jsou dominující vprostředí s menším obsahem bakterií, nevyžadují tolik energie

• Hlístice (háďátka): mnohobuněční, rozbíjí vločky kalu pohybem, délka cca 500 mm, jedí suspendované látky, preferují vysoké stáří kalu

• Chudoštětinatí červi: v AK s vysokým stářím kalu, délka kolem 800 mm

• Spirochéty: spirálovité vlnící se bakterie mezi vločkami kalu, indikace nízké konc. O2, zahnívání

• Řasy: za dostatku světla nárosty na stěnách AN a na povrchu biofiltru, mají spíše význam při hodnocení vlivu odtoku ČOV na recipient

Červ, PS, 125xKryténky, PS, 125x Spirochéty, FK, 1250x

Zdroj: Wanner J. a kol. Biologická kontrola ČOV, AČE ČR, 2000

Nálevníci

Lezoucí, zvětšeno 100x

Přisedlí, zvětšeno 125x

Trepka velká

Měňavky

FK, zvětšeno 1250x

Vířníci

Zvětšeno 125x

Bičíkovci

FK, zvětšeno 1250x

FK, zvětšeno 1250x

HoubyVlákna

FK, zvětšeno 1250xThiotrix spp.

Zdroj: Wanner J. a kol. Biologická kontrola ČOV, AČE ČR, 2000http://www.zoologie.frasma.cz/mmp%200102%20Chromalveolata/Chromalveolata.html

http://slideplayer.cz/slide/2763235/https://cs.wikipedia.org/wiki/Trepka_velk%C3%A1

Rovnováha mezi přísunem substrátu a biomasou (F/M)

• Neusazené MO a nevyužité org. l. jsou ze systému odstraněny a jsou součástí vyčištěné odpadní vody

• Část usazených MO je z DN navrácena zpět do AS• Je tak udržována rovnováha mezi přísunem substrátu a biomasou

označována jako F/M (food to microorganism ratio)• Vysoký F/M: exponenciální fáze růstu, tj, nadbytek potravy a vysoká

rychlost metabolismu, ale bakterie jsou dispergované, nelze je usadit a navrátit do systému, v OV zůstává nadbytek org. l., které přejdou do odtoku, špatná účinnost odstranění BSK

• Nízký F/M: uhlík a zdroj E jsou limitující, rychlost růstu je nízká, MO vločkují, využítí org. l. je téměř kompletní, BSK je účinně odstraňována, MO lze dobře separovat

Kyslíkové poměry ve vločce kalu

1

2

34

1 = kapalina kolem vločky2 = kapalný film3 = oxická zóna4 = anoxická či anaerobní zóna

Při velikosti vločky 50 – 500 mm a konc. rozpuštěného O2 nad 2 mg/l nejsou spotřeby kyslíku nitrifikanty a organotrofnímí MO omezeny

Kompaktní vločka, 125xNálevník

Přemostění, 250x

Mikrovločky, 125x

Zdroj: Wanner J. a kol. Biologická kontrola ČOV, AČE ČR, 2000,

Mikroorganismy čistíren odpadních vod – růst v biofilmu

• Aktivita a růst MO v biofilmu se uplatňuje v biofilmových reaktorech (zkrápěné, zatopené), rotačních diskových reaktorech

• Faktory ovlivňující růst MO na podkladu: rychlost proudění OV, velikost a uspořádání nosiče (kámen, keramika, plast, písek, AU aj.)

Nosiče biomasy

Zkrápěný biofiltr

Vznik biofilmu• Transport a adsorpce molekul substrátu na povrch nosiče

• Transport MO na povrch nosiče

• Zachycení MO na povrchu nosiče – díky ECP (glykokalyx)

• Vývoj biofilmu

• Částečné uvolňování biofilmu do jádra proudící kapaliny

Tloušťka biofilmu je ovlivněna:

• Zachycením dalších MO (zanedbatelné)

• Růst a množení MO, tvorba ECP (metabolická aktivita, fixace + zdroj Corg a E

• Odumření a rozklad MO

• Mechanické či spontánní strhávání biofilmu

Růst biofilmu se po určité době zpomalí a jeho tloušťka se ustálí. Je to dáno limitací transportu substrátu do hlubších vrstev a odumíráním a rozkladem biomasy.

Typické oživení zkrápěného biofilmového reaktoru• Bakterie: rozkládají rozpuštěné, ale i koloidní org. l., typičtí zástupci

této skupiny jsou: Zooglea, Pseudomonas, Flavobacterium, Achromobacter, Alcaligenes či vláknitý Sphaerotilus další důležitou skupinou jsou nitrifikační bakterie odstraňující amoniakální dusík, které bývají za dostatku org. substrátu vytlačeny heterotrofy, druhově více rozmanitější než u AK

• Stratifikace v tloušťce biofilmu – výsledek transportních jevů

A B C D E

FA = jádro proudící kapalinyB = kapalinový filmC = oxická část biofilmu – nitrifikace, odbourávání org. substrátu,zde konkurence organotrofů a nitrifikantů (využijí kyslík nespotřebovaný organotrofy, jsou hlouběji)D = anoxická část bifilmu – denitrifikace, odbourávání org. substrátuE = anaerobní část biofilmu – fermentace, jen u tlustýchF = nosič

• Houby: dominují při nízkém pH, což splňují některé prům. OV, růst hyf napomáhá přenosu O2 do hlubších vrstev biofilmu

• Řasy: běžně rostou na povrchu biofilmu, během dne produkují kyslík fotosyntézou, některé mohou fixovat dusík

• Prvoci: živí se bakteriemi, což udržuje vysokou rychlost rozkladu, př.: bičíkovci, nálevníci a měňavky, zvětšují kontaktní povrch a vytváří makropóry pro lepší kontakt s kapalinou, sukcese nálevníků – vstup volně plovoucí, výstup přisedlé formy

• Vyšší bezobratlí: červi, larvy hmyzu, kontrolují tloušťku biofilmu a ucpávání biofiltru ECP

Odstraňování dusíku na ČOV – nitrifikace

• Biochemická oxidace sloučenin dusíku N-III N+V ve dvou krocích (nitritace a nitratace) za aerobníchpodmínek

• MO: nitrifikanti, chemolitotrofní = získávají energii oxidací anorg. l., zdroj C pro stavbu buněčné hmoty je CO2, nitratační jsou schopny i organotrofního růstu bez kyslíku (nitrit-oxidoreduktáza NO3- NO2- ,velmi pomalé)

• Nitritační bakterie: Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrosolobus, Nitrosospira

• Nitratační bakterie: Nitrobacter, Nitrospira, Nitrococcus, Nitrospina

• Commamox (COMplete AMMonia OXidisers): termofilní Nitrospira inopinata izolovaná z biofilmů v ropné rafinérii

• Podíl nitrifikantů v AK: 2 – 5 %

• Detekce: kultivace (70 dní, pouze jako skupina), FISH (konkrétní rody, druhy)

• Existuje i organotrofní oxidace: oxidace dusíku v anorg. i org. sl. za podmínek nízkého poměru C/N , množství vzniklých dusitanů a dusičnanů je však oproti litrotrofnímu využití nízké

MO: bakterie (např. Aerobacter aerogenes, Arthrobacter globiformis, Pseudomonas), houby (např. Aspergillus flavus, Penicillium), umí i denitrifikovat

Houby vytvářejí pří procesu H2O2 oxidační rozklad ligninu

NH4+ NH2OH [HNO]

NONO

NO2NHOH

NO2- NO3

-

Nitritace

Nitratace

Průběh nitrifikace

Enzymatická výbava nitrifikantů

NitritaceAmonium-mono-oxygenáza: NH4

+ NH2OH, nutnost dodáni E, netvoří se ATPHydroxylaminoxidoreduktáza: NH2OH [HNO] radikál může vznikat vedlejší produkt NONitrit-reduktáza: NO2

- 2O

Výtěžek N2O a NO je však do 1 % z oxidovaného amoniaku

NitrataceNitrit-dehydrogenáza: NO2

- O3-

Nitritace = oxidace amoniaku na dusitany

1. mezistupeň NH4+ + 0,5 O2 = NH2OH + H+

2. mezistupeň NH2OH + O2 = NO2- + H+ + H2O

suma NH4+ + 1,5O2 = NO2

- + 2H+ + H2O

Nitratace = oxidace dusitanů na dusičnany

NO2- + 0,5O2 = NO3

-

Souhrnně nitrfikace: NH4+ + 2O2 = HNO3 + H+ + H2O

Pro oxidaci 1 g N-NH4+ na NO3

- je zapotřebí 4,33 g O2

Pro stavbu biomasy je využito 5 – 15 % získané energie, zbytek se uvolní jako teplo

Nitrosomonas europea

Odstraňování dusíku na ČOV – denitrifikace

• Odstranění produktů nitrifikace NO2- , NO3

- 2 , N2O

• Podmínky: bez rozp. kyslíku (anoxické prostředí), přítomnost substrátu (redukující l., donor elektronů), není nutná aerace (kyslík pro oxidaci org. l. pochází z dusičnanů)

• Denitrifikanti: fakultativní aerobové je-li přítomen O2 slouží jako akceptor elektronů, jinak využijí NO2

- , NO3- , biochemicky a taxonomicky různé skupiny, převážně jsou organotrofní, některé

redukují jen NO2- nebo jenom NO3

- , jiné tvoří jen N2O, jiné neredukují N2O

• Pravý denitrifikant: 80 % NO2- , NO3

- musí být přeměněno na 2 , N2O, růstový výtěžek důsledkem redukce NO2

- , NO3- či NO, přeměna NO3

- na N2 či N2O musí být rychlá základní metabolismus, buňky musí obsahovat cytochrom či disimilační nitritové reduktázy

• Př.: Achromobacter, Acinetobacter, Bacillus, Pseudomonas, Paracoccus, Alcaligenes, Spirillum, Vibrio, Rhizobium

• Detekce: kultivace (4 dny), FISH (ale značně různorodá skupina), PCR (detekce genů kódujících enzymy (nirK, nirS, nosZ)

• Některé např. Paracoccus denitrificans jsou schopné litotrofního růstu: oxidace vodíku jako zdroj energie, CO2 je zdrojem C, NO3

- konečný akceptor elektronů

Organotrof Thiospaera pantotropa aerobně simultánně nitrifikuje a denitrifikuje s využitím octanu jako zdroje C

Enzymatická výbava denitrifikantů

• Disimilační nitrátová reduktáza (Nar) NO3- O2

-

• Nitrit-reduktáza (Nir) O2-O

• Reduktáza oxidu dusnatého (Nor) O2O

• Reduktáza oxidu dusného (Nos) 2O2

• Inhibice kyslíkem

Elektrony pro redukci NO3- z org. l. – přenos cytochromy

Organický substrát na ČOV: metanol, kys. octová, konc. organické odpady, organika z OV

• Denitrifikace dusičnanů s metanolem na N2

5CH3OH + 6NO3- + 6H+ = 5CO2 + 3N2 + 13 H2O

1,1CH3OH + NO3- = 0,07C5H7O2N + 0,76HCO3

- + 0,24OH- + 1,44H2O + 0,47N2

(biomasa)

Další rovnice lze nalézt např. v Malý J., Malá J. (2009). Čištění odpadních vod, Brno, Tribun EU, s.r.o.

Anammox (ANAerobic AMMonium OXidation, deamonifikace) Přeměna amoniaku a dusitanů na N2 za anoxických podmínek

MO: anammox bakterie, autotrofní, nemají typické vlastnosti jako G- bakterie – chybí jim peptidoglykan a vnější membrána, metabolismus je soustředěn v tzv. anamoxosomech, jejich membrána obsahuje unikátní lipidy ladderany (ladder = žebřík), mají funkci difuzní bariéry proti ztrátě energie a intermediátů

Př.: Ca. Brocadia anammoxidans, Ca. Kuenenia stuttgartiensis, Ca. Anammoxoglobus propionicus, Ca. Brocadiafulgida, Ca. Scalindua wagneri, Ca. Scalindua sorokinii, Ca. Kuenenia stuttgartiensis, Ca. Brocadiaanammoxidans

Detekce: metody nezávislé na kultivaci (FISH, PCR)

Brocadia (žlutá) v biofilmu, ostatní MO (zelená), FISH

Ekonomicky výhodné je propojení procesu zkrácené nitrifikace (nitritace, AOB) a anammoxprocesu

Výhoda procesu nitritace-anammox oproti konvenční nitrifikaci-denitrifikaci: není třeba dodávat organický substrát, nižší náklady na aeraci, nižší výtěžek biomasy (přebytečného kalu)

Průběh reakce:1. krok nitritace: NH4

+ + 1,5O2 = NO2- + 2H+ + H2O

2. krok anammox reakce: NH4

+ + 1,32NO2- + 0,066HCO3

- + 0,13H+ = 1,02N2 + 0,26NO3- + 0,066CH2O0,5N0,15 + 2,03H2O

(biomasa)

Biochemické odstraňování fosforu na ČOV• MO: aerobní, chemoorganotrofní, poly-P bakterie (např. Acinetobacter), v sušině

přebytečného AK bývá 2,5 – 5 % P

• Detekce: mikroskopický rozbor nativní a barvený preparát, FISH

Oxické podmínky: metabolizují org. substrát, akumulace fosforečnanů, nutnost předchozího vystavení anaerobním podmínkám

• Princip

zvýšené odstraňování fosforu = zvýšený příjem fosforu do buněk MO

anaerobní podmínky: MO nerostou (obligátní aerobové), syntéza zásobních látek (k. poly-b-hydroxymáselná = PHB) z jednoduchých org. l. (MK, alkoholy), energie z rozkladu polyfosfátů uvolnění fosforečnanů

oxické podmínky: rozklad exogenního substrátu + endogenní respirace zásobních l. výstavba buněčné hmoty + syntéza volutinu (polyfosfátové granule = zdroj E)

odběr fosforečnanů z okolí

Příjem fosforu do buněk převyšuje uvolňování fosforu do vnějšího prostředí.

Aktivita MO při odstraňování dusíku a fosforu

• Laboratorní testy kinetiky odstraňování substrátu

• Předem definované podmínky vhodné pro daný biochemický proces: teplota, pH, sušina, konc. substrátu a nutrientů, kyslík (ano, ne)

• Odběr vzorků v pravidelných časových intervalech filtrace

detekce konc. Namon, N-NO2-, N-NO3

-, CHSK, P-PO43- dle testu

výpočet specifické rychlosti odstraňování substrátu

Význam: pravidelný monitoring postihnutí změny biochemického procesu

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

20

25

30

35

40

45

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

N-N

O2-

[mg/

l]

N-N

O3

- ;Nam

on

[mg/

l]

čas [min]

Namon

N-NO3-

N-NO2-

Nitrifikace

150

200

250

300

350

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 20 40 60 80 100 120

CH

SK [

mg/

l]

N-N

O3- ;N

-NO

2-[m

g/l]

čas [min]

N-NO2-

N-NO3-

CHSK

Denitrifikace

Analyzované vzorkyObjemová rychlost

úbytku/růstu Sušina kalu

Specifická

rychlost

úbytku/růstu

[mg/(l.hod)] [g/l] [mg/(g.hod)]

nitrifikaceN-NO3 3,077 2,85 1,081

Namon -2,348 2,85 -0,825

denitrifikaceN-NO3 -13,349 3,01 -4,442

CHSK -76,640 3,01 -25,504

biopolymery

monomery

k. propionovák. máselná(alkoholy)

(k. mléčná)

k. octová

metan

H2

+ CO2

hydrolýza

acidogeneze

acetogeneze

metanogeneze

Schéma anaerobního rozkladu organických látek

Mikroorganismy anaerobního rozkladu

• Hydrolytické a fermentační MO (acidogenní): nejrychleji rostou, jsou odolné vůči změnám

Význam: hydrolýza komplexních org. l. (celulosa, pektin) na menší molekuly schopných vstupu do buněk

Výsledné produkty fermentace: závisí na substrátu a podmínkách (parciální tlak H2), nízký parc. tlak H2 octová k. H2, CO2, vyšší parc. tlak H2 vyšší MK než octová (máselná, propionová), etanol

Příklad: Bacteroides, Clostridium, Butyrivibrio, Bifidobacterium, ale i desulfurikačnía denitrifikační bakterie (ekceptory e-: SO4

2-, NO3- S2-, N2) aj.

• Acetogenní MO: produkují vodík, vyšší konc. H2 inhibuje jejich růst a metabolismus, rozkládají MK (propionovou a další vyšší) a některé aromatické sloučeniny (benzoová k., deriváty) na octovou k., CO2, H2

• Příklad: Syntrophobacter wollinii, Syntrophomonas wolfei

• Homoacetogenní MO: rostou na jednouhlíkatých i víceuhlíkatýchsubstrátech, netvoří vodík, některé druhy rostoucí na CO2 vodík spotřebovávají, při nízké konc. H2 nekonkurují metanogenům

• Příklad: Clostridium thermoaceticum, Acetobacterium woodii

• Sulfátredukující a denitrifikační MO: rostou na víceuhlíkatém substrátu, sírany a dusičnany jsou akceptory elektronů, produkují metanogenní substráty octovu k., vodík, dále sulfan, amoniak podpora matanogeneze

• Příklad: Desulfovibrio, Desulfobulbus

• Metanogenní MO: zakončují anaerobní rozklad org. l., tvoří metan ze substrátů jako vodík, kys. mravenčí, CO, metanol, kys. octová, methylaminy

• Průběh: CO2 + 4H2 = CH4 + 2H2O uvolní se energie -130,4 kJ

CH3COOH = CH4 + CO2 uvolní se energie -32 kJ

Reakce s větším výtěžkem energie se uplatní snadněji

Příklad: Methanobacterium, Methanosarcina, Methanococcus,

Mathanobrevibacter aj.

Methanosarcina barkeri, LSCMZdroj: Lambie S. C. et al. (2015). Standards in Genomic Sciences, 10(57), DOI 10.1186/s40793-015-0038-5

Aktivita anaerobních MO

• Jednorázové testy: jednoduché, méně náročné časově a na zařízení, orientační podklady

• Kontinuální testy: více odpovídají reálu, složitější na provedení

• Jednorázové se dělí dle sledování na: změna substrátu, změna biomasy, změna produktu

• Změna substrátu: konkrétní nesnadno rozložitelná l., chci znát rychlost rozkladu, meziprodukty, nutnost analytických metod

• Koncentrace biomasy: anaerobové pomalu rostou, malý objem média pouze orientační

• Vznik produktu: hlavně plynná fáze (bioplyn, metan)

Příklady metod stanovení aktivity

Stanovení plynného a rozpuštěného vodíku

• Při dostatečné aktivitě hydrogentrofních MO je vodík okamžitě spotřebován a v plynné fázi se neobjeví

• Aktivitě odpovídá rychlost spotřeby vodíku v kapalné fázi

• Metodika: Clarkova kyslíková sonda s obrácenou polarizací a zesilovač vznikajícího proudu (rozsah 0 – 200 mmol/l)

Stanovení koenzymu F420

• Unikátní koenzym metanogenů, účast na redukci CO2 CH4

• Vykazuje silnou fluorescenci při excitační vlnové délce 420 nm

• Metodika: kapalinová chromatografie z fluorescenční detekcí

• Stanovení dehydrogenázové aktivity

Metodika: redukce tetrazoliových solí na formazan vodíkem provázená barevnou změnou

Detekuje různé trofické skupiny MO dle výběru substrátu

• Testy produkce bioplynu – testy metanogenní aktivity

Měří se: výtěžnost, maximální rychlost produkce, maximální zatížení biomasy, aktivita funkčních skupin MO, testy toxicity a adaptace, technologické účelové testy

Význam mikroskopického rozboru AK

• Levná, rychlá, účinná kontrola stavu biologického procesu

• Vyhodnocení flokulačních a separačních vlastností

• Charakter vloček s ohledem na separovatelnost• Vláknitá populace, dominance, kvantifikace• Posouzení možných příčin špatné separovatelnosti či předpověď těchto

problémů• Různorodost, četnost vyššího osídlení – normální stav x stav při

technologických obtížích

• Typy separačních problémů: disperzní růst, vzplývající kal, neusaditelnémikrovločky, vláknité bytnění, viskózní bytnění, pěna

Příčina separačních problémů - příkladyProblém Příčina Vliv Možný důvod

Disperzní růst MO netvoří vločky Zákal v odtoku, bez separace

Nízké stáří kalu, vysoké zatížení, náhlé změny pH, t, soli, nedostatek N, P, micro-nutrientů, inhibitory

Vláknité bytnění

Nadbytek vláken Vysoké KI, velmi čistý supernatant

sacharidy, sulfidy, málo nutrientů, nízképH a O2, málo substrátu

Vzplývání AK Denitrifikace v DN Plovoucí biomas v DN Vysoké N-O3- v odtoku

z AS

Pěna Pěnotvornávlákna, MP, GALO, Nostocoida

Rozdíl mezi pěnou a AK pod mikroskopem

Vlákna s hydrofobním povrchem

Důležitý je i KI

Kalový index (KI)

Typ kalu KI [ml/g]

Doře sedimentující <100

Lehký 100 – 200

Zbytnělý >200

Objem AK v ml po 30 minutách sedimentace v 1l válci vztažený na 1 g NL, KI = V30/X

Separační problémy – biologický charakter – potřeba biologické analýzy!!

Postup mikroskopické analýzy

• Postupy Eikelbooma a van Buijsena (1981) a Jenkinsnaet al. (1993)

• NATIVNÍ PREPARÁT – provádí se v Cyrus komůrce, lze pozorovat v přímém světle či ve fázovém kontrastu, zvětšení 250x, resp. 1250x

FK – zvýšení kontrastu hůře rozlišitelných struktur

Charakteristiky získané z nativního preparátu

• Odhad výskytu vláken (250x), četnost (1250x)

• Tvar, morfologie vloček (sférické, kompaktní, difuzní, nepravidelné apod.

• Vliv vláken na strukturu vloček (zanedbatelný, přemostění otevřená struktura)

• Velikost vloček (malé do 150 mm, střední 150-500 mm, velké nad 500 mm -optimální)

• Volné bakterie

• Anorganické části

• Zooglea (volné buňky v ECP, vázání vody – viskózní bytnění)

• Vyšší osídlení

Vyšší osídlení - příklady

Protozoa

Flagellata Hojné v AK, Bodo spp. – vysoké zatížení, nízká konc. O2

Amoebae Některé při středním zatížení, rostou na org. hmotě

Ciliophora Přisedlí a volní – indikátory stability procesu

Matazoa

Rotatoria sliz – tvorba vloček, vysoké stáří kalu

Nematoda (worm) Rozbíjení vloček, vysoké stáří kalu

Others

Spirochaete Nízká konc. O2

Micromycetes Nízké pH, sacharidy, mycelia – bytnění

Indikace podmínek

Dominantní vlákna x podmínky procesu

Podmínky Dominant filaments

nízká konc. O2 S. natans, Typ 1701, H. hydrossis

Nízký S0/X0 (substrát/MO v kg/m3 M. parvicella, H. hydrossis, GALO

S2- Typ 021N, 0041/0675, 0092, 0581, 0961, 0803

deficit nutrientů Thiotrix spp., S. natans, Typ 021N, H. hydrossis, typ 0041/0675

Systém typů dle Eikelbooma: latinský název čí číslo, podobné morfologické rysy či stejné reakce na barvení, taxonomie je nejistá či neznámá

Kompaktní vločka, NP, přímé světlo, 250x Otevřené, NP, přímé světlo, 250x

Disperzní růst bakterií, FK, 1250x Mikrovločky, NP, přímé světlo, 125x

Anorganika, NP, přímé světlo, 125x Prstovitá zooglea, FK, 1250x

Zooglea, NP, přímé světlo, 250x Poly-P, FK, 1250x

Strain Flagelatta, FK, 1250x Genus Amoeba, FK, 1250x Attached Ciliaphora, FK, 1250x

Strain Rotatoria, NP, 125x Strain Nematoda, NP, 125x

Phylum Spirochaete, FC, 1250x Kingdom Fungi, NP, 250x

Ciliaphora, NP, 250x

Phylum Algae, FK, 1250x

Další fáze rozboru (FK, 1250x)

• Dominance a četnost vláken dle stupnice (dominantí četnost 4 a více)

• Existence větvení (pravé, nepravé)

• Pohyblivost vláken

• Tvar vláken (rovná, ohnutá, zvlněná, stočená aj.)

• Umístění vláken – vyčnívající z vloček, uvnitř vloček, mezi vločkami

• Přisedlé bakterie

• Velikost a tvar buněk

• Pouzdro, granule

V pěně stejná vlákna jako v kalu, ale vyšší četnost

STUPEŇ ČETNOST PŘÍTOMNOST

VLÁKEN

0 Žádná Bez vláken

1 Několik Příležitostně

2 Málo Ve větším množství, ne ve

všech vločkách

3 Často Ve všech vločkách, 1-5

vláken na vločku, nízká

četnost

4 Běžně 5-20 na vločku, střední

četnost

5 Hojně Více než 20 vláken na

vločku, vysoká četnost

6 Nadměrně Více vláken než vloček

Klasifikace četnosti vláken

Dobře separující kal nesmí překročit četnost vláken 3

Barvené preparáty

Gramovo barvení: odlišení bakterií na základě stavby buněčné stěny po barvení krystalovou violetí, G+ tmavě fialové, G- červené

Princip: KV se váže na peptidoglykan G+ a lipopolysacharidy G-, Lugol (I) fixuje vazbu KV-PG v G+, EtOH rozpouští lipopolysacharidy G-, které se dobarví Safraninem

Fixovaný vzorek, zvětšení 1250x

Barvené preparáty

Neisserovo barvení: detekce polyfosfátů v poly-P bakteriích (energerickázásoba), identifikace některých vláken, G+ šedomodré až fialové, G- hnědé až žlutavé

Princip: kationická methylenová modř se selektivně váže na anionická místa polyfosfátů, Bismarkova hněď barví N- bakterie

Fixovaný vzorek, zvětšení 1250x

Microthrix parvicella (délka 100-400 mm, tloušťka 0,6-0,8 mm)

FK, 1250x

Gram, G +, 1250x Neisser, N-, 1250x

Nostocoida limicola (délka 50-200 mm, tloušťka 0,6-0,8 mm)

Gram, G +, 1250x Neisser, N+, 1250x

FK, 1250x

Poly-P bakterie

Gram, G -, 1250x Neisser, N+, 1250x

NP, 250x

Biologické hodnocení odtoků z ČOV

• Založeno na mikroskopickém rozboru nárostů na přelivech DN, nad a pod vyústěním odtoku a volné vody

Lze doplnit testy toxicity

• Dobře pracující ČOV: biocenóza říční litorální zóny (alfamezo- a bezamezosaprobní stupeň), zelené zelenohnědé povlaky konzumentů

• Špatně pracující ČOV: polysaprobní biocenóza, šedavé a černé nárosty, hnilobný pach

• Vločky kalu v nárostech – špatná separace AK v DN

• Nedostatek O2, toxické látky – dle cenózy stopkatých nálevníků

• Indikátor dobré funkce ČOV: Stigeoclonium, zelená vláknitá řasa

Druhy odpadních vod

Typ odpadní vody dle složky Zdroj Problém, vliv na

Převaha org. látek, hnilobné kaly domácnost, zemědělství, potravinářství

různá rychlost rozkladu, změny konc. O2, zanášení dna, vliv na

biocenózu

Minerální kaly těžba a úpravny rud zákal, světlo, charakter dna, vyloučení filtrátorů

Toxické a kumulativní látky průmysl vliv na rostliny i živočichy

Radioaktivní látky elektrárny, zpracování uranu povrchové usazování, pronikání do těl rostlin i živočichů, vyšší dávky

toxické

Oleje, ropné produkty potravinářství, havárie cisteren,petrochemie, letiště, autodílny aj.

ztížená výměna plynů, zeslabená účinnost světla, smrt

Oteplené OV chladící systémy vhodné pro chov ryb

Patogeny, paraziti nemocnice, léčebny, zemědělství nevhodná jako užitková

Dělení dle původu: městské (splaškové) a průmyslové viz prof. Pollert

Dělení OV dle Lelláka a Kubíčka (1992)

Vliv odpadních vod na biocenózu• Organické znečištění (zvýšení CHSK, BSK):

Netoxické, biologicky rozložitelné (sacharidy, bílkoviny)

netoxické, biologicky těžko rozložitelné (tuky, ligninsulfonany aj.)

toxické, biologicky rozložitelné (fenoly, organofosfáty aj.)

toxické, biologicky těžko rozložitelné (chlorované uhlovodíky, tenzidy aj.)

Rozkladné procesy O2, pH, průhlednost, zvýšení SS náchylnost ryb k nemocnosti, nechutenství, pohyb pod hladinou, mechanické poškození žaber plísně, snížení respirační plochy, izolace nárostů dna od volné vody znevýhodnění filtrátorůa hrabavých živočichů, v anaerobních podmínkách možnost tvorby NH3, H2S

• Toxické kovy: toxicita závisí na t, pH, O2, množství org. a anorg. látek, v nízkých koncentracích mikrobiogeny, ve vyšších koncentracích snížení druhové rozmanitosti, významné jsou: rtuť – bioindikátor pijavice, toxická pro jikry a ryby, kadmium –teratogenita plůdku, olovo – skolióza ryb, úbytek hmoty 2. a 3. generace, toxicity pro predátory, zinek – toxicita pro plůdek a jikry, měď – zastavuje růst, velmi citliví jsou měkkýši, pijavky, ploštěnky a nezmaři

• Biocidní látky: herbicidy či pesticidy ze splachů, akutní i chronické působení

nízkých konc., akumulace, nízká rozložitelnost

• Rozkladné produkty: fenoly, Namon (důležité pH)

vliv na růst ryb

• Radioaktivní odpadní látky (ROL): chování ovlivňuje např. hydrodynamika, kvalita a množství suspendovaných látek (profil ROL v biotě a vodě), bioakumulace závisí na vývojovém stupni, ročním období apod., může se projevit i v dalších generacích, projev inhibice: buněčné dělení, úbytek vajíček a mláďat, rozpad pletiv apod., kumulace z vody či potravou, odolné jsou bakterie a některé řasy, nízké dávky mohou stimulovat růst a rozmnožování

• Olejové látky, ropné produkty: film zabrání výměně plynů a přísunu světla, nános na dně a površích živočichů a rostlin znehybnění, smrt

• Nedostatek světla a O2: spouštěč bakterióz, viróz, a parazitických chorob u ryb a raků, požadovaná konc. O2 závisí na druhu, případně věku živočicha

• Tepelné znečištění: optimum 0 – 30°C, schopnost adaptace na změnu teploty: ryby 10°C, pstruh 6°C, plůdek 1,5°C, projevy teplotního šoku: plavání pod hladinou, poruch rovnováhy, poškození kůže, hemolýza, smrt, vliv také na výskyt chorob a hladinu protilátek, silně znečištěné vody rychlejší rozklad anaerobie ochuzení společenstva či jeho druhová přestavba

• Nevhodné pH: optimum 6,5 – 8,5pH 4,8 – 5 problémy se žábrami, náchylnost k plísním, k zevním parazitům pH 9,2 – 10,8 nechutenství, neklidvelmi nízké pH brždění vývoje larev, nízká regenerace pH má vliv na toxicitu amoniaku, sulfanu a dusitanů a jejich rozpustnost

• Patogenní organismy a paraziti: zdrojem jsou OV ze zdravotnictví, zemědělství, jatek apod. či sekundárně ptáci a ryby, nemají přímý vliv na společenstvo vod, ale na využití vody (závlahy, chov ryb)

Systém jakosti vod – saprobita• Sapros = hnilobný z řečtiny

• Saprobita je soubor vlastností vody vyvolaný přítomností org. látek schopných biochemického rozkladu a rozrušovaných destuenty, zavedeno 1956

• Systém jakosti vod (saprobity): na základě biologického oživení a charakteru vodního prostředí rozeznáváme čtyři základní skupiny od nejčistší až po nejvíce znečištěnou vodu:

• Katarobita (K) – nejčistší vody (podzemní, prameny, pitná), oživení velmi slabé nebo žádné

• Limnosaprobita (L) – znečištěné podzemní a hlavně povrchové vody, dělí se na dalších pět stupňů (xeno-, oligo-, betamezo-, alfamezo-, poly-)

• Eusaprobita (E) – OV s vysokým podílem anaerobně biologicky rozložitelných org. l., dělí se na další čtyři stupně (izo-, meta-, hyper-, ultra-)

• Transsaprobita (T) – OV s nesaprobními faktory, dělí se na tři stupně (anti-, radio-, krypto-)

Kruhové schéma systému saprobity

Levá polovina: vody čisté a mírně znečištěné

Pravá polovina: vody odpadní a silně znečištěné

Jednotlivé kvadranty: základní stupně

znečištění

Šipka od K: samoznečištění (přísun živin,

biomasy autotrofů, listí apod.)

Dále pokračuje od betamezo- po ultra-

antropogenní znečištění

Opačný směr: rozklad, samočištění

Procesy v rámci stupně: primární produkce, přísun alochtonních

látek, tvorba detritu, rozklad, uvolňování solí, akumulace hmoty

Zdroj obrázku: Ambrožová J. (2003). Aplikovaná a technická hydrobiologie, 2. vydání, VŠCHT Praha.

Charakteristika saprobních stupňů silně znečištěných vod – eusaprobita (rozhraní mezi povrchovými vodami a OV)

Mezistupeň BSK5 Oživení Bioindikace Charakter Příklad

Isosaprobita 50 – 400 mg/l CB 109/ml ciliátový stupeň50 000 j/ml

bez rozp. O2,

přítomen sulfansplašky

Metasaprobita 200 – 700 mg/l x flagelátovýstupeň

300 000 j/ml

Indikace špatně funkční ČOV

splašky ssulfanem,prim. UN

Hypersaprobita 500 – 2000 mg/l PB, CB 107/ml bakterie, mykofyta

alkal. pH vznik methanu,

kys. prostředí vznik H2

akumulačnírybníky

cukrovarů, vyhnívání kalů

Ultrasaprobita 150 000 mg/l pouze spory, cysty, klidová

stádia

koli-index 0 přechod kapalina-kal,

bez O2 a sulfanu,

hypertonický

OV cukrovary, škrobárny, celulózky

CB = koliformy, PB = psychrofilní mikroorganismy, pro srovnání BSK5 limnosaprobity = 1 – 40 mg/l, PB = 103 – 106/ml

Příklady bioindikátorůNálevníci

Bičíkovci

Houby

FK, 1250x

Lezoucí, 100xPřisedlí, PS, 250xPřisedlí, FK, 1250x Přisedlí, FK, 1250x

FK, 1250x

G- bakterie, FK, 1250x

Bakterie

PS, 250x

FK = fázový kontrast, PS = přímé světlo Zdroj: Wanner J. a kol. Biologická kontrola ČOV, AČE ČR, 2000http://www.zoologie.frasma.cz/mmp%200102%20Chromalveolata/Chromalveolata.html

Charakteristika saprobních stupňů silně znečištěných vod – transsaprobita

• Shrnuje účinky toxických látek, radionuklidů a fyzikálních faktorů

• Toxické látky mohou být obsaženy zejména v průmyslových OV

• Při průniku takto znečištěných OV do povrchové či podzemní vody nastává tzv. antisaprobita

• Druhy transsaprobity:

Antisaprobita = vliv toxických látek

Radiosabrobita = působení radionuklidů

Kryptosaprobita = působení fyzikálních faktorů (tepelné znečištění, mráz, nerozložitelné minerální kaly, uhelný prach aj.)

Doporučená literatura

• Ambrožová J. (2003). Aplikovaná a technická hydrobiologie, VŠCHT Praha.

• Sládečková A., Sládeček V. (1995). Hydrobiologie, ČVUT, Praha.

• Rulík M., Baudišová D., Růžička J., Šimek K. (2013). Mikrobiální ekologie vod, Univerzita Palackého v Olomouci.

• Malý J., Malá J. (2009). Čištění odpadních vod, Brno, Tribun EU, s.r.o.