Наиболее серьезные заболевания, приводящие к массовой гибели культивируемых организмов, вызываются бактериями, вирусами и другими одноклеточными организмами. Существует несколько видов болезнетворных организмов, поселяющихся на животных в разное время и на разных этапах жизненного цикла. Как правило, споры болезнетворных организмов труднее обезвредить, чем сами организмы на неспоровой стадии. Дезинфекция — это обеззараживание систем для содержания культивируемых организмов и уничтожение болезнетворных организмов, которые могут причинить вред культивируемым объектам или их потребителям. К опасным организмам относятся жаберные трематоды, рыб, полиовирусы, возбудители ихтиофтириоза и вирусы инфекционного гепатита. Стерилизация — это полное уничтожение живых организмов во всем объеме воды в отличие от дезинфекции, при которой гибнут только болезнетворные организмы. Неопасные для потребителя организмы также могут быть уничтожены при дезинфекции. В системах для культивирования водных объектов стерилизацию проводить не обязательно, а во многих случаях она даже может уничтожить кормовые объекты или полезные микроорганизмы, например нитрифицирующие бактерии.
Дезинфекцию можно проводить разными способами, включая тепловую обработку воды, ультрафиолетовое облучение (УФ) и обработку химическими препаратами. Из химических методов наиболее широкое распространение получили хлорирование и озонирование воды, хотя иногда применяют и некоторые другие способы. К химической обработке также относят обработку воды с помощью ионов некоторых металлов, например серебра, используют также щелочи и кислоты, а в некоторых случаях поверхностноактивные химические вещества или различные, окислители, например йод, бром, перманганат калия и перекись водорода. Ниже рассмотрены только способы дезинфекции воды с помощью тепловой обработки, ультрафиолетового облучения, озонирования и хлорирования.
Скорость гибели возбудителей заболеваний при дезинфекции может быть описана следующим уравнением:
где dn/dt — скорость гибели микроорганизмов; k — постоянная скорости; N — численность живых микроорганизмов.
Интегрирование уравнения (14.1) в интервале от t=0 до t=t и от N0 до N1 дает
где N0 — число живых микроорганизмов перед дезинфекцией; N1 — число живых микроорганизмов спустя время t.
Поскольку в большинстве случаев число погибших возбудителей выражают в процентах или в виде десятичного логарифма, удобнее преобразовать уравнение (14.2) в функцию десятичного логарифма. Кроме того, для исключения отрицательного знака переставлены местами N0 и N1:
Следовательно., зависимость t от log N0/N1 представляет собой прямую линию на полулогарифмической шкале с наклоном, равным 2,3/k. Следует также отметить, что N1 никогда не достигает 0, поэтому к уравнению (14.3) применимо асимптотическое приближение. Если необходимо определить вероятность выживания микроорганизмов в одном случае из 1000, то N1=0,001. По мере уменьшения величины N1 вероятность выживания опасных микроорганизмов уменьшается.
Постоянная k в уравнении (14.3) зависит от pH, температуры, концентрации дезинфицирующего вещества и связанных с ней параметров среды. Время, необходимое для гибели данных микроорганизмов, связано с концентрацией дезинфицирующего вещества следующей зависимостью:
где t — время, необходимое для гибели определенного количеств-а микроорганизмов,; К1 — постоянная; Cdis — концентрация дезинфицирующего вещества; n — коэффициент разведения.
Сделав необходимые преобразования и прологарифмировав уравнение (14.4), получаем
Поскольку n — это наклон прямой, характеризующей зависимости ln t от ln C, величину n можно получить на основании экспериментальных данных. Она зависит от вида микроорганизмов, против которых ведется дезинфекция, и параметров среды. Если n превышает единицу, это указывает, что концентрация дезинфицирующего вещества достаточно велика и обладает высокой эффективностью; если n меньше единицы, время контакта дезинфицирующего вещества с микроорганизмами важнее величины самой концентрации дезинфицирующего вещества. При n, близком к единице, время контакта и концентрация дезинфицирующего вещества имеют одинаковое значение для эффективности дезинфекции (Fair et al., 1968).
Если окончательное содержание микроорганизмов известно, то уравнение (14.8) приобретает следующий вид:
где K3 — постоянная.
Приравнивая уравнение (14.4) к уравнению (14.6) и решая его относительно k, получаем
где К1, К3 и К4 — постоянные; k — постоянная скорости гибели микроорганизмов; Cdis и n — то же, что и в уравнении (14.4).
Уравнение (14.7) позволяет связать постоянную скорости гибели микроорганизмов с концентрацией дезинфицирующего вещества. Постоянную К1 можно определить из уравнения (14.5) (К2=ln K1), а K3 — по заданной численности микроорганизмов и уравнению (14.3), поскольку K3=2,3 log N0/N1.
Зависимость между температурой воды и постоянной скорости гибели микроорганизмов k по данным Аррениуса (Rich, 1963)
где K5 — постоянная; ΔH — энергия активации, кал; R — универсальная гаЗовая константа (1,99 ккал/°С); Т — абсолютная температура, К.
Логарифмируя уравнение (14.8) по основанию 10, получаем следующее уравнение:
Таким образом, двойная логарифмическая зависимость k от 1/Т позволяет вычислить K5 и ΔH (Rich, 1963).
Уравнение (14.7) позволяет определить влияние концентрации на постоянную скорости гибели микроорганизмов, а уравнение (14.9) — влияние температуры. К сожалению, влияние pH, концентрации питательных веществ и других параметров внешней среды на постоянную скорости гибели микроорганизмов определить значительно сложнее. На эти факторы оказывают существенное влияние специфические местные условия. При установлении подобной зависимости необходимо учитывать сочетание всех параметров среды в данный момент и в конкретных условиях.