MICROBIOLOGICAL ASSESSMENT OF GROUNDWATER IN THE ZONE OF INFLUENCE OF A PIG FARM AND PREDICTION OF THEIR SELF-CLEANING
Authors: Захарова О.А. , Евдокимова О.В. , Бакаева Н.П. 
Published: April 2024

В программу экологического мониторинга 2022 года на территории АО «Рязанский свинокомплекс» Рязанского района Рязанской области были включены и вопросы микробиологического состояния грунтовых вод. Сейчас на комплексе содержится до 50 тыс. голов свиней годового откорма. Однако, образующиеся сточные воды на орошение не используются, а поступают в пруднакопитель, из которого систематически сбрасываются в овраг. Учитывая почвенную инфильтрацию, микроорганизмы поступают в поверхностные и грунтовые воды, ухудшая санитарно-бактериологическое состояние территории. Проблема и цель. Проблема утилизации сточных вод на объекте острая вследствие загрязнения воды в пруду-накопителе и поверхностных вод, что было сказано ранее. Цель настоящего исследования – на основе результатов исследований дать микробиологическую оценку состояния грунтовых вод и проследить динамику их загрязнения в 1980, 1995 и 2022 годах. Методология. Для достижения цели исследования и ответа на поставленные вопросы были отобраны пробы воды вблизи свинокомплекса из закрытых наблюдательных скважин. Почва – серая лесная суглинистая. Методы исследований общепринятые. Результаты экспериментов обрабатывались компьютерной программой Statistika 10. Результаты. В статье приводятся результаты собственных исследований 1996 г. и 2022 г.и данные из научной литературы 1980 г., после года функционирования свинокомплекса. Так, уже в первый год содержания такого большого поголовья микробиологические показатели грунтовых вод были высокие, несмотря на глубину их залегания – 6 м: индекс лактозоположительной кишечной палочки составил 180⁰, индекс Escherichia сoli – 80, индекс энтерококка – 35, общее количество мезофильных аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов, выросших при 37⁰ С – 6х10³, общее количество мезофильных аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов, выросших при 22⁰ С – 8х10². При просмотре динамики загрязнения грунтовых вод микроорганизмами выявлен пик в 1996 г., то есть после17 лет функционирования свинокомплекса. В этот год все показатели выросли в 1,5-2 и более раз. Но и после прекращения поливов сточными водами, в 2022 г., численность микроорганизмов в среде остается высокой. Это является следствием возможной подпитки грунтовых вод при инфильтрации из пруда-накопителя и др. Установлена выживаемость сальмонелл брюшного тифа при плотности заражения 10² микробных тел в 1 дм³, что составило 50-56 суток, а при плотности 10⁴ увеличилось до 120 суток. Отмирание сальмонелл паратифа В в этих же условиях при Т=4-8о С наблюдалось на 210 и 365 сутки соответственно, а при Т=18-20о С – на 34 и 112 сутки. Выживаемость шигелл Зонне и Флекснера примерно одинаковая: при плотности заражения 10² микробных тел в 1 дм³ – 125 сут.суток, а при плотности 10⁴ – 280 суток. Изучение морфологических, серологических, биохимических свойств сальмонелл брюшного типа дало результат: штаммы инертные и не дающие агглютинации; такое же поведение отмечено и у сальмонелл паратифа В. Время сохранения жизнеспособности санитарно-показательных бактерий кишечной палочки и энтерококка составляло от 110 до 380 сут. при плотности заражения от 10⁴ до 10⁸ микробных клеток в 1 дм³. При прогнозировании микробного самоочищения грунтовых вод целесообразно использовать максимальное время выживаемости микроорганизмов 200-400 суток. Показателем завершенного процесса микробного самоочищения грунтовых вод могут быть бактерии группы кишечных палочек и длительно сохраняющийся в грунтовой воде энтерококк. Поступающее с водой количество бактерий свидетельствует о полном насыщении фильтрующей породы на протяжении 6 м от начала фильтрации Escherichia сoli, далее концентрация кишечной палочки снижается и на расчетном расстоянии будет составлять 0,0001 от исходной, то есть снизится на 4 порядка. Обработка данных с помощью компьютерной программы Statistika 10 отобразила график прогноза самоочищения грунтовых вод в зоне влияния свинокомплекса, то есть на расстоянии от исходной наблюдательной скважины до 11, 35 и 17 м соответственно. Заключение. Обобщая вышеизложенное, отметим, что грунтовые воды в зоне влияния свинокомплекса и пруда-накопителя сточных вод характеризуются как загрязненные. При сравнении имеющихся данных за 180,1996 и 222 годы можно проследить динамику изменения численности микроорганизмов в данной среде. По индексу лактозоположительной кишечной палочки прибавка в 1996 г. составила 1,5 раза, по индексу Escherichia сoli – 1,6 раза, индексу энтерококка – 1,4 раза, общее количество мезофильных аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов, выросших при 37⁰ С – в 2 раза и общее количество мезофильных аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов, выросших при 22⁰ С – в 2 раза. Коэффициент самоочищения грунтовых вод составил во все годы исследований 0,75. К концу 1990-х гг. орошение сточными водами практически прекратилось, поголовье свиней резко снизилось, на сточные воды усилился химический прессинг из-за увеличения объема хозяйственно-бытовых сточных вод п. Искра. В 2022 г. по сравнению с 1996г. индекс лактозоположительной кишечной палочки упал в 4 раза, индекс Escherichia сoli – в 13 раз, энтерококк не обнаружен, общее количество мезофильных аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов, выросших при 37⁰ С – в 6 раз и общее количество мезофильных аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов, выросших при 22⁰ С – в 5 раз. Прогноз микробного самоочищения грунтовых вод благоприятный из-за прекращения орошения сточными водами. В то же время выживаемость в грунтовых водах Escherichia сoli значительно снижена при низких температурах.
The 2022 environmental monitoring program on the territory of JSC Ryazan Pig Farm in the Ryazan District of the Ryazan Region also included issues of the microbiological state of groundwater. Now the complex houses up to 50 thousand heads of annual fattening pigs. However, the generated wastewater is not used for irrigation, but enters a storage pond, from which it is systematically discharged into the ravine. Taking into account soil infiltration, microorganisms enter surface and groundwater, worsening the sanitary and bacteriological condition of the territory. Problem and purpose. The problem of wastewater disposal at the site is acute due to contamination of the water in the storage pond and surface water, as mentioned earlier. The purpose of this study is, based on the research results, to provide a microbiological assessment of the state of groundwater and to trace the dynamics of its pollution in 1980, 1995 and 2022. Methodology. To achieve the goal of the study and answer the questions posed, water samples were taken near the pig farm from closed observation wells. The soil is gray forest loamy. Research methods are generally accepted. The experimental results were processed by the Statistika 10 computer program. Results. The article presents the results of our own research in 1996 and 2022 and data from the scientific literature in 1980, after a year of operation of the pig farm. Thus, already in the first year of keeping such a large population, the microbiological indicators of groundwater were high, despite the depth of their occurrence - 6 m: the lactose-positive Escherichia coli index was 1800, the Escherichia coli index was 80, the enterococcus index was 35, the total number of mesophilic aerobic and facultative - anaerobic microorganisms grown at 370 C – 6x10³, the total number of mesophilic aerobic and facultative anaerobic microorganisms grown at 22⁰ C – 8x10². When viewing the dynamics of groundwater contamination by microorganisms, a peak was identified in 1996, that is, after 17 years of operation of the pig farm. This year all indicators increased by 1.5-2 times or more. But even after the cessation of irrigation with wastewater, in 2022, the number of microorganisms in the environment remains high. This is a consequence of the possible recharge of groundwater during infiltration from a storage pond, etc. The survival rate of typhoid Salmonella was established at an infection density of 10² microbial bodies per 1 dm³, which amounted to 50-56 days, and at a density of 10⁴ it increased to 120 days. The death of Salmonella paratyphoid B under the same conditions at T=4-8o C was observed on days 210 and 365, respectively, and at T=18-20o C – on days 34 and 112. The survival rate of Shigella Sonne and Flexner is approximately the same: with an infection density of 102 microbial bodies per 1 dm³ - 125 days, and with a density of 104 - 280 days. The study of the morphological, serological, biochemical properties of abdominal type salmonella gave the following results: the strains are inert and do not give agglutination; the same behavior was noted in Salmonella paratyphoid B. The survival time of sanitary indicator bacteria Escherichia coli and enterococcus ranged from 110 to 380 days. with an infection density of 104 to 108 microbial cells per 1 dm³. When predicting microbial self-purification of groundwater, it is advisable to use the maximum survival time of microorganisms of 200-400 days. An indicator of the completed process of microbial self-purification of groundwater can be bacteria of the E. coli group and enterococcus that persists in groundwater for a long time. The amount of bacteria entering with water indicates complete saturation of the filter rock over 6 m from the beginning of filtration with Escherichia coli, then the concentration of E. coli decreases and at the calculated distance will be 0.0001 from the original, that is, it will decrease by 4 orders of magnitude. Data processing using the Statistika 10 computer program displayed a graph predicting the self-purification of groundwater in the zone of influence of the pig farm, that is, at a distance from the original observation well to 11, 35 and 17 m, respectively. Conclusion. Summarizing the above, we note that groundwater in the zone of influence of the pig farm and wastewater storage pond is characterized as polluted. By comparing the available data for the years 180, 1996 and 222, it is possible to trace the dynamics of changes in the number of microorganisms in a given environment. In 1996, the increase in the lactose-positive Escherichia coli index was 1.5 times, in the Escherichia coli index – 1.6 times, in the enterococcus index – 1.4 times, the total number of mesophilic aerobic and facultative anaerobic microorganisms grown at 37⁰ C – in 2 times and the total number of mesophilic aerobic and facultative anaerobic microorganisms grown at 22⁰C – 2 times. The self-purification coefficient of groundwater was 0.75 in all years of research. By the end of the 1990s. Irrigation with wastewater has practically ceased, the number of pigs has sharply decreased, and chemical pressure on wastewater has increased due to an increase in the volume of domestic wastewater in the village of Iskra. In 2022 compared to 1996 the index of lactose-positive Escherichia coli fell 4 times, the Escherichia coli index - 13 times, enterococcus was not detected, the total number of mesophilic aerobic and facultative anaerobic microorganisms grown at 37⁰ C - 6 times and the total number of mesophilic aerobic and facultative anaerobic microorganisms, grown at 22⁰C – 5 times. The prognosis for microbial self-purification of groundwater is favorable due to the cessation of irrigation with wastewater. At the same time, the survival rate of Escherichia coli in groundwater is significantly reduced at low temperatures.