W Polsce rzadko woda pitna jest spożywana bez przegotowania. Ten azjatycki zwyczaj gotowania wody wynika jedynie częściowo z walorów smakowych herbat i kaw, a przede wszystkim z wielowiekowego przekonania, że woda uzdatniona bez przegotowania jest niebezpieczna dla konsumenta. Liczne epidemie pierwotniaków odnotowane w USA zdają się potwierdzać słuszność tego stanowiska [7],[15],[16],[17],[24]. Nie zmieniły one jednak zwyczaju picia wody prosto z kranu lub ze zdrojów ani w Ameryce Północnej, ani też w państwach „starej” Unii Europejskiej. Zasadne jest więc zastanowienie się nad tym, jakie działania prewencyjne w zlewni i jakie metody uzdatniania należy zastosować, aby można było bez obawy podstawić szklankę pod kran i czy w ogóle w dużej skali technicznej możliwe jest uzdatnianie wody całkowicie bezpiecznej pod względem mikrobiologicznym.

Podstawowe zagrożenia
Obecnie przeważa pogląd, że największe współczesne zagrożenie mikrobiologiczne pochodzące z uzdatnionej i dezynfekowanej wody stanowią cysty i oocysty pierwotniaków, a następnie bakterie antybiotykoodporne. Giardioza u ludzi spowodowana jest głównie przez cysty Giardia lamblia oraz Giardia duodenalis i Giardia intestinalis. W surowych ściekach występuje od 10 do 100 tysięcy cyst/l, których stężenie po oczyszczaniu biologicznym spada do zakresu od 10 do 100 cyst na litr, aby w wodach uważanych za czyste osiągnąć stężenie poniżej 10 cyst na litr [24]. W tabeli 1 przedstawiono zestawienie zwierząt będących nosicielami różnych gatunków Cryptosporidium. Odporni immunologicznie ludzie zakazić się mogą przez Cryptosporidium parvum [2],[3]. Jednakże stwierdzono przypadek zachorowania o osłabionym systemie immunologicznym na C.bailei [8], a wśród chorych i nosicieli HIV w USA odnotowano pojedyncze przypadki zachorowań na C.felis [23], a w Kenii na C.meleagridis [22]. Aż pięć różnych taksonometrycznie oocyst Cryptosporidium zidentyfikowano w odchodach dzieci w Limie [30]. Wśród ssaków, które mogą być przyczyną zakażenia ludzi C.parvum, należy wyszczególnić w pierwszej kolejności bydło.

 Tab. 1. Gatunki Cryptosporidium i zwierzęta, które je przenoszą. Tabela podana za raportem US EPA z 2001 roku [24]

Jednym z poważnych źródeł bakterii antybiotykoodpornych są ścieki z oddziałów zakaźnych szpitali i lecznic zwierząt. Artykuł 9 Ustawy o Zbiorowym Zaopatrzeniu w Wodę i Zbiorowym Odprowadzaniu Ścieków [28] z dnia 07 czerwca 2001 roku z późniejszymi zmianami [29] nie pozwala na odprowadzanie do kanalizacji ścieków zawierających chorobotwórcze drobnoustroje z obiektów w których są leczeni chorzy na choroby zakaźne, ze stacji krwiodawstwa oraz z lecznic zwierząt z pobytem stacjonarnym osobników chorych na choroby zakaźne. Ponadto paragraf siódmy Rozporządzenia Ministra Infrastruktury z 20 lipca 2002 roku [25] stanowi, że nie można wprowadzać do kanalizacji takich ścieków, które stanowiłyby zagrożenie dla bezpieczeństwa i zdrowia osób zatrudnionych przy obsłudze kanałów i urządzeń kanalizacyjnych. Przepisy te interpretowane są w taki sposób, że zawęża się ich stosowanie wyłącznie do szpitalnych oddziałów zakaźnych [6]. Bowiem nie jest możliwa efektywna dezynfekcja ścieków bez ich podczyszczenia, a oczyszczalnie wymagają ustanowienia strefy ochrony sanitarnej, co w mieście nie jest możliwe. Chociaż stężenie ogólne bakterii w ściekach szpitalnianych jest o jeden rząd wielkości mniejsze [4] od stężenia bakterii w ściekach bytowo-gospodarczych [1], to jednak są to niezwykle trudne do zniszczenia szczepy bakteryjne odporne nie tylko na antybiotyki, ale również na środki dezynfekcyjne. Ponadto ścieki szpitalniane są w większym stopniu genotoksyczne niż przeciętne ścieki bytowo-gospodarcze i zawierają więcej pasożytów ludzkich [14].

Jednak w przypadku epidemii pierwotniakami potężne zagrożenia niosą zanieczyszczenia rozproszone, przedostające się do wód ze spływami powierzchniowymi ścieków deszczowych.

Zanieczyszczenia rozproszone
Oocysty Cryptosporidium przyjmują znacznie większe stężenia w wodach powierzchniowych niż podziemnych, ale w tych drugich również są obecne, o ile dochodzi do łatwej infiltracji spływów powierzchniowych czy też wód powierzchniowych do warstwy wodonośnej. W badaniach [13] stwierdzono występowanie oocyst Cryptosporidium w wodzie pobranej z 45% przebadanych studni poziomych, w 50% poziomych drenów infi ltracyjnych, w 20% źródeł i zaledwie w 5% studni pionowych. J. Lisle oraz J. Rose [19] stwierdzili, że zależnie od pochodzenia wody (powierzchniowa, źródlana, podziemna) od 5,6% do 87,1% prób wód naturalnych zawierało od 0,003 do 4,74 oocyst/l.

Statystyka ta dotyczyła wyłącznie wód, które nie zostały świeżo skażone ściekami LeChevallier i Norton [18] wykryli oocysty Cryptosporidium w ponad 62% badanych wód powierzchniowych w Kanadzie i USA. Podstawowym źródłem skażenia płytkich czwartorzędowych poziomów wodonośnych są oborniki, gnojowica i nieszczelne (często wręcz celowo rozszczelniane) osadniki gnilne. Szczególnie dotyczy to terenów, na których wypasane są krowy, konie i inne ssaki, które mogą przenosić Cryptosporidium parvum. Krowy powodują istotne zagrożenie, a szczególnie cielęta. Znacznie mniejsze zagrożenie pod tym względem stanowią owce [26], w których odchodach 98% oocyst Cryptosporidium nie należy do C.parvum, podobnie jak 76% cyst Giardia ma odmienny genotyp od tego, który mają cysty zakaźne dla ludzi. Trochę większe, ale mniejsze od bydła i koni zagrożenie wprowadzają fermy świń. Oczywiście te porównania odnieść można do pojedynczych osobników, gdyż zagrożenia zależą od ich liczby. Strategia ochrony zlewni rzecznej opiera się na badaniu zwierząt, a nie prowadzeniu ich bezpośrednio do rzeki w celu pojenia, zmniejszeniu spływów powierzchniowych i zabudowie biologicznej brzegów cieku. Bujna roślinna zabudowa brzegu rzeki może nawet powodować zatrzymywanie oocyst na poziomie log3. O ile cysty i oocysty miesiącami mogą przetrwać w stanie gotowym do infekcji w wodzie klimatu umiarkowanego, nawet przetrwać krótkotrwałe zamrożenie w temperaturach wyższych od -20oC, o tyle są mało odporne na suszę i promieniowanie ultrafioletowe [5], [7], [10], [11]. Część opadów deszczowych spływa, część paruje, a część infi ltruje do płytko położonych wód podziemnych. W czasie tej infiltracji oocysty Cryptosporidium są transportowane w głąb gruntu i stanowią zagrożenie dla jakości tych wód. Wyniki pomiarów [20], [21] wskazywały na większą prędkość przemieszczania się z wodą C.parvum w gruntach gliniastych, niż w zaglinionych piaskach, czemu trudno jest dać wiarę. Tak więc albo w pomiarach tych popełniono błędy metodyczne, albo transport oocyst C.parvum w gruncie przebiega inaczej niż to sobie wyobrażamy.

Ponieważ oocysty C.parvum mają wymiary utrudniające usuwanie ich w procesach uzdatniania wody i gęstość jedynie nieznacznie od niej większą, a jeden gram odchodów cielaka może zawierać do jednego miliona oocyst, a u dorosłego byka do jednego tysiąca, więc ilości wydalanych oocyst mogą być zatrważająco duże. Zakażony człowiek może wydalać do jednego miliarda oocyst w kale. W dodatku kwas chlorowy(I) (według przestarzałej nomenklatury „podchlorawy”) jest mało skutecznym dezynfektantem w odniesieniu do C.parvum. Biorąc pod uwagę niski stopień wykrywalności zachorowań na kryptosporidiozę u bydła, a nawet ludzi, należy mieć na uwadze konieczność kompleksowej ochrony wody przed oocystami. Tak więc istotne są nie tylko procesy uzdatniania wody, ale również oczyszczania ścieków, właściwa zabudowa biologiczna zlewni i rozmieszczenie farm bydła z dala od cieków. Ważne jest również to, aby w czasie naprawy rurociągów nie dostawała się do nich ziemia, o co szczególnie łatwo w czasie, gdy wykop zalewany jest spływami wód deszczowych lub wodami gruntowymi. Po naprawie rurociągi się płucze i dezynfekuje, ale nigdy płukanie nie jest doskonałe, a o małej skuteczności kwasu chlorowego(I), jak idzie o dezaktywację oocyst Cryptosporidium, już wspomniano wcześniej. Tak więc stosowanie chloranu(I) sodu do dezynfekcji naprawionego przewodu wodociągowego nie spowoduje, że otrzymamy bezpieczną wodę. W tym miejscu nasuwa się podstawowe pytanie, przy jakich stężeniach oocyst można uznać wodę za bezpieczną. Otóż w wypitej nieprzegotowanej wodzie wystarczy teoretycznie zaledwie kilka oocyst (a teoretycznie nawet jedna), aby doszło do infekcji z objawami klinicznymi. Tak więc pojedynczy osobnik zawsze ponosi ryzyko kryptosporidiozy, spożywając wodę bezpośrednio z kranu. Jednak przy sprawnie działającej ochronie zlewni rzecznej, prawidłowo działającym uzdatnianiu wody i zdrowym systemie immunologicznym konsumenta jest to ryzyko akceptowalnie małe. Natomiast można poszukiwać granicznych stężeń oocyst w wodzie pitnej, poniżej których wystąpi małe zagrożenie epidemią. Brytyjczycy zauważyli, że gdy stężenie oocyst w wodzie pitnej było poniżej jednej oocysty na dziesięć litrów wody, to nigdy nie rozpoznano epidemii kryptosporidiozy. Tak więc takie stężenie uważają za bezpieczne z uwagi na zagrożenie epidemią.

Tab. 2. Opisy przypadków epidemii kryptosporidiozy w Stanach Zjednoczonych ze
zwróceniem uwagi na efektywność procesów uzdatniania wody [15]. Dane według raportu US EPA z 2001 roku [24]

Współczesne epidemie
W tabeli 2, zestawionej w publikacji [15] za danymi zawartymi w raporcie Agencji Ochrony Środowiska z 2001 roku [24], wyliczono epidemie wywołane oocystami Cryptosporidium parvum w USA oraz Wielkiej Brytanii w latach 1987-1993. W Stanach Zjednoczonych epidemie kryptosporidiozy są najlepiej monitorowane, ale choroba ta została stwierdzona na wszystkich kontynentach za wyjątkiem Antarktydy. Przykładowo raport US EPA z 2001 roku [24] tylko w Europie wymienił: Anglię, Austrię, Belgię, ówczesną Czechosłowację, Danię, Finlandię, Francję, Grecję, Hiszpanię, Irlandię, Litwę, Niemcy, Polskę, Portugalię, Rumunię, Serbię, Szwajcarię, Szwecję, Turcję, Walię, Węgry i Włochy. Ponieważ znacznie mniej wód podziemnych jest skażonych oocystami Cryptosporidium parvum niż powierzchniowych, więc rzadziej notowano epidemie w miejscowościach zasilanych przez wody ze studni.

Największa ze znanych epidemii miała miejsce w Milwaukee w 1993 roku. W mieście tym zdarzały się już wcześniej rejestrowane przypadki zachorowań na kryptosporidiozę i badania wskazały występowanie silnej korelacji pomiędzy mętnością wody uzdatnionej i częstotliwością hospitalizacji pacjentów zgłaszających się z objawami kryptosporidiozy. Epidemia z 1993 r. w Milwaukee objęła ponad 403 000 osób. Ustalenie dokładnej liczby chorych [24], podobnie jak określenie, ilu z nich zmarło w wyniku epidemii, nie jest proste. Kryptosporidioza, która u zdrowych ludzi przechodzi do dwóch tygodni w przypadku osób o osłabionym systemie immunologicznym, może trwać pół roku i dłużej. Ludzie podróżują, zarażają się od siebie bezpośrednio i pośrednio przez przygotowywaną żywność, co komplikuje przeprowadzenie odpowiednich szacunków.

Tabela 2 zawiera informacje o przypadkach epidemii rozpoczyna się od 1987 roku, kiedy to liczba epidemii w USA (epidemii, a nie osób nimi objętych) zaczęła się zmniejszać. W latach sześćdziesiątych i siedemdziesiątych panował pogląd, że najlepiej jest ujmować wodę doskonałej jakości i transportować ją na duże odległości. Pogląd ten wprowadzono w życie w Nowej Anglii, to znaczy na wschodnim wybrzeżu USA. Takie miasta, jak Nowy Jork, Boston, Filadelfia otrzymywały wodę ze zbiorników ogrodzonych wieloma kilometrami ogrodzeń, aby nie dopuścić do nich dzikich zwierząt. Woda bez uzdatniania była transportowana długimi rurociągami tranzytowymi do dużych miast. Jednak cysty Giardia i oocysty Cryptosporidium mogą przy sprzyjających warunkach przetrwać w wodzie miesiącami. Nie było możliwe ogrodzenie wszystkich dopływów, a tym bardziej zabezpieczenie zbiorników wodnych przed ptasimi odchodami. W wyniku takiej polityki gwałtownie zaczęła się zwiększać liczba odnotowanych epidemii pochodzących z wody pitnej. W połowie lat osiemdziesiątych US EPA wprowadziła rygorystyczne przepisy zwalniające z obowiązku filtracji i dezynfekcji tylko w szczególnych przypadkach, i po trzech latach liczba epidemii wyraźnie spadła.

  Tab. 3. Liczba przypadków udokumentowanej kryptosporidiozy w poszczególnych stanach Stanów Zjednoczonych Ameryki Północnej podana za raportem U.S. EPA-822-K-94-001 [24]

W tabeli 3, cytowanej tutaj za raportem U.S. EPA -822-K- 94-001 [24], podano w okresie kilku lat liczbę udokumentowanych w wyniku epidemii przypadków kryptosporidiozy wśród konsumentów wody w poszczególnych stanach USA. Ta największa epidemia z Milwaukee liczbą zachorowań przekroczyła w sumie wszystkie inne cytowane w tabeli 3 przypadki.

Tab. 4. [12] podaje oszacowane wartości dawek infekcyjnych patogenów. Przez pojęcie „dawki infekcyjnej” zazwyczaj rozumie się taką liczbę patogenów, która po wtargnięciu do układu pokarmowego spowodowała wystąpienie klinicznych objawów  chorobowych u pięćdziesięciu procent osobników.

Tab. 4. Zestawienie dawek infekcyjnych patogenów mogących rozprzestrzeniać się przez systemy zaopatrzenia w wodę. Tabela cytowana jest za książką Grabińskiej- Łoniewskiej i Edwarda Sińskiego [12], w której spisie bibliograficznym wyszczególniona jest literatura źródłowa.

 * * *

Pierwotniaki stanowią jedno z najpoważniejszych zagrożeń mikrobiologicznych dla wody pitnej, o ile pije się ją bez przegotowania. Duże zagrożenie dla ujęć wody stanowią fermy bydła zlokalizowane powyżej. Strategia postępowania w takich przypadkach powinna polegać na niedopuszczaniu bydła bezpośrednio do wód powierzchniowych i budowie aktywnych biologicznie barier wzdłuż brzegów rzek i zbiorników wodnych. Trawa stanowi stosunkowo skuteczną barierę przed oocystami Cryptosporidium. Oocysty Cryptosporidium parvum mogą przebywać miesiącami w wodzie zimnej w stanie umożliwiającym uaktywnienie w przewodzie pokarmowym człowieka.

Jednak giną znacznie szybciej w suchym gruncie i szybko w promieniowaniu ultrafioletowym, które jest składnikiem promieniowania słonecznego.

Literatura

1. Ashley R.M., Dąbrowski W., Dry and storm weather transport of Coliforms and Faecal Streptococci in combined sewage, Wat.Sci.Tech., 1995,31,7,311-21.
2 Casemore D.P.,„Epidemiological aspects of human cryptosporidiosis”, Epidemiology and Infection, 1990,104, 1–28.
3 Casemore D.P., Wright S.E. & Coop R.L., „Cryptosporidiosis—human and animal epidemiology”, w: „Cryptosporidium and cryptosporidiosis”, Boca Raton, FL, 1997, USA.
4 CCLIN Paris-Nord, Elimination des effl uents liquids des etablissements hospitaliers – Recommandations. Institut Biomedical des Cordeliers, Paris, 74p.
5 Davies, C., Altavilla, N., Krogh, M., Ferguson, C., Deere, D., & Ashbolt, N., Environmental inactivation of Cryptosporidium oocysts in catchment soils. J Appl Microbiol, 2005,(98), 308-317.
6 Dąbrowski W., Wpływ kanalizacji na środowisko, Wydawnictwa Politechniki Krakowskiej, Kraków 2004, pp.218.
7 Dąbrowski W., Polus M., Zielina M., Bąk J., Kocwa – Haluch R., Dąbrowska B., Ocena warunków stosowania wybranych metod usuwania organizmów patogennych, opracowanie wykonane dla IMiGW w ramach podzadania „Aspekty techniczno – prawne usuwania organizmów patogennych z wody i ścieków”, koordynowanego przez Lidię Gutkowską– Siwiec i stanowiącego część zadania 7 „Zagrożenia i uwarunkowania oraz możliwości realizacji krajowego zaopatrzenia w wodę ludności w świetle przepisów Unii Europejskiej, projektu Klimat – Wpływ zmian klimatu na środowisko, gospodarkę i społeczeństwo”, finansowanego z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego, Warszawa 2010.
8 Ditrich O., Palkovic L., Sterba J., Prokopic J., Loudova J., Giboda M., The first finding of Cryptosporidium baileyi in man, Parasitology Research, 1991,77,44.
9 Drozd C., Schwartzbroad J., Removal of Cryptosporidium from river water by crossflow microfiltration: a pilot –scale study, Water Science & Technology, 1997,35,11-12, 391-395.
10 Fortmann-Roe S., Cryptosporidium and Giardia in the watershed : emerging threats and expanded understanding, praca magisterska, Politechnika Krakowska, 2009, Kraków.
11 Fortmann-Roe S., Wójcik W., Symulacja oraz zarządzanie: aplikacje do optymalnego poziomu dezynfekcji Cryptosporidium, Aktualne zagadnienia w uzdatnianiu i dystrybucji wody, 2009, (1), 331-340.
12 Grabinska – Łoniewska A., Siński E., Mikroorganizmy chorobotwórcze i potencjalnie chorobotwórcze w ekosystemach wodnych i sieciach wodociągowych, Wydawnictwo Seidel Przywecki, 2010, str. 256.
13 Hancock C.M., Rose J.B., Callahan M., Cryptosporidium and Giardia in U.S. groundwater, J.A.W.W.A, 1998,58,3,58-61.
14 Jolibois B., Guerbet M., Hospital wastewater genotoxicity, Annals of Occupational Hygiene, 2006, 50(2), 189-196.
15 Korczak P., Dąbrowski W., Zagrożenia cystami pierwotniaka Cryptosporidium i ochrona ujęć wody, 9 Międzynarodowa Konferencja Aktualne Problemy Budownictwa i Inżynierii Środowiska, Rzeszów 3-4 październik 2004, Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej, Budownictwo i Inżynieria Środowiska 2004,z.37, s. 201-205.
16 Korczak P., Dąbrowski W., Zagrożenia związane ze skażeniem wody pitnej pierwotniakami Giardia, Czasopismo Techniczne, 2005,8-Ś, s.159-163.
17 Korczak P., Kocwa-Haluch R., Dąbrowski W., Zawracanie wód popłucznych do układu technologicznego w świetle ryzyka skażenia wody pitnej cystami pasożytniczych pierwotniaków, Gospodarka Wodna, 2005,10, s. 402-406
18 LeChevallier M.W., Norton W.D., Lee R.G., Occurrence of Giardia and Cryptosporidium spp. in surface water supplies, Applied and Environmental Microbiology, 1991, 56, 2610–2616
19 Lisle J., Rose J., Cryptosporidium contamination of water in the USA and UK : a mini –review, J.Wat.SRT-Aqua, 1995, 44,3,103-117.
20 Mawdley J.L., Brooks A.E., Merry R.J., Movement of the protozoan pathogen
Cryptosporidium parvum through three contrasting soil types, Biol.Fertil.Soils, 1996, 21,1-2,30-36. 21 Mawdley J.L., Brooks A.E., Merry R.J., Pain B.P., Use of a novel soil tilting table apparatus to demonstrate the horizontal and vertical movement of the protozoan pathogen Cryptosporidium parvum in soil, Biol.Fertil.Soils, 1996,21,1,2,215-220.
22 Morgan U.M., Weber R., Xiao L., Sulaiman I., Thompson R.C., Ndiritu W., Lal A., Moore A., Deplazes P., Molecular characterization of Cryptosporidium isolates obtained from human immunodefi ciency virus-infected individuals living in Switzerland, Kenya, and the United States, J.Clin. Microbiol. 2000,38,3,1180 – 1183.
23 Pieniazek N.J., Bornay-Llinares F.J., Slemenda S.B., de Silva A.J., Moura I.N., Arrodood M.J., Ditrich O., Addiss D.G., New Cryptosporidium genotypes in HIV – infected persons, Emerg. Infect. Dis., 1999,5, 3,444-449.
24 Raport US EPA-822-K-94-001, Cryptosporidium: Human Health Criteria Document, Office of Science and Technology – Offi ce of Water, Washington, March 2001
25 Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 20 lipca 2002 roku - W sprawie sposobu realizacji obowiązków dostawcy ścieków przemysłowych oraz warunków wprowadzania ścieków do urządzeń kanalizacyjnych, Dz.U.2002, Nr 129, poz.1108.
26 Ryan U.M., Bath C., Robertson I., Read C., Alliot A., McInners I., Trauh R., Besier B., Sheep may not be an important zoonotic reservoir for Cryptosporidium and Giardia parasites, Applied and Environmental Microbiology, 2005,71,4992-4997.
27 Siński E., Bajer A., Toczyłowska B., Ryzyko skażenia wód naturalnych w Polsce pasożytami Cryptosporidium spp., 2007 (272) 5, 68-71.
28 Ustawa z dnia 7 czerwca 2001 roku wraz z późniejszymi zmianami O zbiorowym zaopatrzeniu w wodę i zbiorowym odprowadzaniu ścieków, Dz.U.2001 Nr 72 poz.747, tekst ujednolicony opracowany na podstawie Dz.U. z 2006 r. Nr 123 poz.858 z 2007 r. Nr 147, poz.1033.
29 Ustawa z dnia 22 kwietnia 2005 roku o zmianie ustawy o zbiorowym zaopatrzeniu
w wodę i zbiorowym odprowadzaniu ścieków oraz niektórych innych ustaw, Dz.U.2005
Nr 85, poz.729.
30 Xiao, L., Bern, C., Limor, J., Sulaiman, I., Roberts, J., Checkley, W., Cabrera, L., Gilman, R. H., & Lal, A. A., 2001. Identifi cation of 5 types of Cryptosporidium parasites in children in Lima, Peru, J Infect Dis (183) 492-497.

Źródło fot.: www.sxc.hu

Artykuł został opublikowany w magazynie "Ochrona Środowiska" nr 6/2011