Eksogene bakterier

Biofilm i vandforsyningssystemer

Mikrober, der findes i vandforsyningssystemer, kan opdeles i indfødte (autochtone) og eksogene (allochtone) populationer. De indfødte organismer er veltilpassede biofilmdannende bakterier, der udgør et stabilt økosystem, som er vanskeligt at udrydde. De eksogene bakterier er forurenende stoffer, der transporteres ind i systemet via forskellige mekanismer.

Der opstår en permanent biofilm i distributionssystemet, fordi flere mikrobielle grupper finder fysiske og kemiske forhold, der er gunstige for kolonisering og vækst ved grænsefladen mellem fast overflade og vand. Disse betingelser omfatter en rigelig forsyning af næringsstoffer (f.eks. målt ved assimilérbart organisk kulstof, AOC) til vækst, en relativt stabil temperatur og en vis grad af beskyttelse mod eksponering for skadelige kemikalier som f.eks. vanddesinfektionsmidler.

Når der opretholdes en tilstrækkelig restkoncentration af desinfektionsmidler i hele distributionssystemet, er den mikrobielle vækst normalt godt kontrolleret, og tætheden af bakterier i det bulkvand, der passerer gennem rørene, forbliver lav – i intervallet < 10 til flere hundrede CFU ml- 1 (HPC). Tætheden af bakterier i biofilmen kan imidlertid være flere størrelsesordener højere, op til 1 × 105 CFUcm- 2 (HPC). Den restkoncentration af desinfektionsmiddel, der er nødvendig for at kontrollere bakterievæksten, varierer fra vandsystem til vandsystem.

Valget af det medium og den metode, der anvendes til bestemmelse af bakterietætheden, kan resultere i lave eller høje tællinger af heterotrofe bakterier. Generelt vil rige kulturmedier og inkubation ved 35 °C give lavere tællinger end fortyndede næringsmedier og inkubation ved 20-28 °C. Faktorer, der synes at være afgørende, er pH, temperatur, koncentrationen af opløst organisk kulstof (DOC), AOC-koncentrationen og typen af anvendt desinfektionsmiddel. Restproduktet af desinfektionsmiddel vil også reducere eller undertrykke omfattende biofilmvækst, hvis restproduktet opretholdes i hele systemet. Ikke desto mindre er det kun en lille del af bakterierne, der kan dyrkes. Metoder, der måler adenosintrifosfat (ATP), kan give et indtryk af den samlede levedygtige mikrobielle biomasse i en drikkevandsprøve. Der er for nylig blevet udviklet RNA-baserede metoder til måling og identifikation af aktive bakterier i drikkevand.

Desinfektionsmiddelrester bør være mindst 0,2 mg l- 1 for klor og 0,4 mg l- 1 for monokloramin (NH2Cl). Der kan anvendes og opretholdes højere koncentrationer af desinfektionsmiddelrester, men hvis vandet indeholder et højt indhold af DOC, kan det være vanskeligt at opretholde en tilstrækkelig desinfektionsmiddelrest til at kontrollere bakterievækst og stadig have vand, der er æstetisk acceptabelt for forbrugerne. Bakteriekoncentrationerne i distributionsvandet varierer fra < 1 CFU ml- 1 i det vand, der forlader behandlingsanlægget, til helt op til 105-106 CFU ml- 1 i vand fra områder med langsom strømning eller stillestående områder i distributionssystemet. Koncentrationerne af bakterier i vandet og på røroverfladerne varierer rumligt og tidsmæssigt i distributionssystemet. Bakterietæthederne i biofilm på rørvæggen og i sedimenter kan nå op på 107 CFU cm- 2. Biofilmen bidrager med bakterier til det strømmende vand gennem skubtab (erosion) og ved migration af aktivt bevægelige bakterieceller ud i vandet.

Jern- og svovlbakterier er “generende” organismer, der forårsager smags- og lugtproblemer og ofte er forbundet med grundvandskilder. Nitrificerende bakterier og svampe forårsager problemer i klorerede drikkevandssystemer, herunder udtømning af den samlede klorrester, omdannelse af reducerede kvælstofforbindelser som f.eks. ammoniak til nitrit og nitrat og høje niveauer af heterotrofiske bakterier. Hvirvelløse dyr og protozoer er generende organismer, der er forbundet med æstetiske klager over vandkvaliteten. Hvirvelløse dyr og protozoer kan også huse patogene og ikke-patogene bakterier, enten indvendigt eller på deres overflader, og denne tilknytning giver bakterierne en vis grad af beskyttelse mod inaktivering fra restkoncentrationer af desinfektionsmidler. http://www.epa.gov/ogwdw/disinfection/tcr/pdfs/whitepaper_tcr_biofilms.pdf

Informationer om udvikling og kontrol af biofilm i drikkevand er sparsomme (EPA, 1992). Desuden er der sparsomme data om andre spørgsmål i forbindelse med biofilm, herunder jern- og svovlbakteriers rolle i biofilmens udvikling, biofilmens rolle i korrosion af rørmateriale, biofilmens rolle i nitrifikation for systemer, der anvender kloraminer som sekundært desinfektionsmiddel, og virkningen af tilsatte korrosionsinhibitorer på bakteriepopulationer i biofilm.

Anstedeværelsen af klor eller kloramin forsinker udviklingen af biofilm og påvirker den rumlige fordeling af den. Den type desinfektionsmiddelrester, der er tilvejebragt, selekterer for bakterier, der er mere tolerante over for det specifikke desinfektionsmiddel, der anvendes. Biofilmmiljøet beskytter cellerne ved hjælp af diffusionsmodstand og neutralisering af desinfektionsmidlet. Derfor hæmmes biofilmorganismer mindre af resterne af desinfektionsmidlet end planktonceller. Det er blevet påvist, at klor og monokloramin har forskellig effektivitet med hensyn til bekæmpelse af biofilmvækst. Monokloramin kan tilsyneladende, fordi det er mindre reaktivt og derfor mere persistent, trænge ind i biofilmen og er mere effektivt end klor til at bekæmpe biofilmvækst.

I nogle tilfælde kan colibakterier, der trænger ind i distributionssystemet, sætte sig fast på rør eller rørsedimenter og formere sig, hvorved de bliver en biofilmbestanddel. Den intermitterende, sporadiske eller vedvarende udskillelse af colibakterier fra biofilm til vandet i distributionssystemet kan medføre, at systemerne gentagne gange overskrider standarderne for samlede colibakterier. Dette problem er hyppigst forbundet med forsyningsvirksomheder, der anvender overfladevand, hvor vandtemperaturen er ≥ 15 °C. Den offentlige sikkerhed dikterer, at alle coliforme bakterier, der påvises ved testning, skal anses for at repræsentere systemets sårbarhed, medmindre stærke beviser tyder på noget andet.

Forsyningsvirksomheden bør gennemgå sine behandlingsaktiviteter og øge overvågningen af kvaliteten af det vand, der kommer ind i distributionssystemet, for at sikre sig, at utilstrækkelig eller fejlslagen behandling ikke er ansvarlig for de samlede coliforme forekomster, og at E. coli ikke er til stede i vandet. Vandforsyningen bør også gennemgå driften og forvaltningen af vandforsyningssystemet for at sikre, at der ikke forekommer E. coli, at der er en restkoncentration af desinfektionsmiddel, at der er et passende program til kontrol af krydsforbindelser, og at der opretholdes et tilstrækkeligt tryk til at forhindre indtrængen af mikrobielle forurenende stoffer. Endelig bør vandforsyningen sikre, at store mængder vand, der opbevares i reservoirer, standrør eller overjordiske tanke, ikke er kilden til det samlede colibakterieproblem.

I perioder med varmt vand er det vanskeligere at opretholde en restkoncentration af desinfektionsmiddel i vandet i alle dele af distributionssystemet. Med stigende temperatur reagerer desinfektionsmidlet hurtigere med opløste organiske kemikalier i vandet og i biofilmen, og bakterierne vokser hurtigere. Øgede reaktionshastigheder og bakterievækst forværres ofte af manglende viden om systemhydraulikken og om vandets faktiske bevægelse i systemet. I mange tilfælde er der store områder, hvor vandets bevægelse er minimal. Mange vandforsyninger kan skabe mikrobielle eller kemiske forureningsproblemer, fordi de ikke forstår, hvordan deres systemer fungerer; bedre systemforvaltning kan reducere disse problemer.