Exogeeniset bakteerit

Biofilmit vedenjakelujärjestelmissä

Vedenjakelujärjestelmissä esiintyvät mikrobit voidaan luokitella kotoperäisiin (autoktonisiin) ja eksogeenisiin (alloktonisiin) populaatioihin. Kotoperäiset organismit ovat hyvin sopeutuneita biofilmiä muodostavia bakteereja, jotka edustavat vakaata ekosysteemiä, jota on vaikea hävittää. Eksogeeniset bakteerit ovat epäpuhtauksia, jotka kulkeutuvat järjestelmään erilaisten mekanismien kautta.

Pysyvän biofilmin kehittyminen jakelujärjestelmään johtuu siitä, että useat mikrobiryhmät löytävät fysikaaliset ja kemialliset olosuhteet, jotka ovat suotuisat kolonisaatiolle ja kasvulle kiinteän pinnan ja veden rajapinnassa. Näihin olosuhteisiin kuuluvat runsas ravinteiden saanti (esimerkiksi assimiloituvana orgaanisena hiilenä (AOC) mitattuna) kasvua varten, suhteellisen vakaa lämpötila ja jonkinasteinen suoja altistumiselta haitallisille kemikaaleille, kuten veden desinfiointiaine(i)lle.

Kun koko jakelujärjestelmässä ylläpidetään riittävää desinfiointiainejäämää, mikrobikasvu on tavallisesti hyvin hallittua, ja bakteerien tiheys putkiston läpi kulkevassa irtoviemäröidyssä vesisäiliöaineessa pysyy alhaisena – < välillä < 10:n ja muutamien satojen CFU:iden välillä ml- 1 (HPC). Bakteerien tiheys biofilmissä voi kuitenkin olla useita kertaluokkia suurempi, jopa 1 × 105 CFUcm- 2 (HPC). Bakteerien kasvun hallintaan tarvittava desinfiointiaineen jäännöspitoisuus vaihtelee vesijärjestelmästä toiseen.

Bakteeritiheyden määrittämiseen käytettävän väliaineen ja menetelmän valinta voi johtaa pieniin tai suuriin heterotrofisten bakteerien lukumääriin. Yleisesti ottaen runsaat elatusaineet ja inkubointi 35 °C:ssa tuottavat alhaisemmat lukumäärät kuin laimeat ravintoainemateriaalit ja inkubointi 20-28 °C:ssa. Kriittisiä tekijöitä näyttävät olevan pH, lämpötila, liuenneen orgaanisen hiilen (DOC) pitoisuus, AOC-pitoisuus ja käytetyn desinfiointiaineen tyyppi. Desinfiointiainejäämä vähentää tai estää myös laajamittaista biofilmin kasvua, jos jäämää pidetään yllä koko järjestelmässä. Kuitenkin vain pieni osa bakteereista on viljeltävissä. Adenosiinitrifosfaattia (ATP) mittaavilla menetelmillä voidaan saada käsitys juomavesinäytteen elinkykyisen mikrobibiomassan kokonaismäärästä. Viime aikoina on kehitetty RNA-pohjaisia menetelmiä juomavedessä olevien aktiivisten bakteerien mittaamiseksi ja tunnistamiseksi.

Desinfiointiainejäämien tulisi olla vähintään 0,2 mg l- 1 kloorin osalta ja 0,4 mg l- 1 monokloramiinin (NH2Cl) osalta. Korkeampia desinfiointiainejäämäpitoisuuksia voidaan käyttää ja ylläpitää, mutta jos vesi sisältää runsaasti DOC:ta, voi olla vaikeaa ylläpitää riittävää desinfiointiainejäämää bakteerikasvun hallitsemiseksi ja silti saada vettä, joka on esteettisesti hyväksyttävää kuluttajille. Jakeluveden bakteeripitoisuudet vaihtelevat < 1 CFU ml- 1:stä puhdistamolta lähtevässä vedessä jopa 105-106 CFU ml- 1:een jakelujärjestelmän hitaasti virtaavista tai seisovista alueista tulevassa vedessä. Bakteerien pitoisuudet vedessä ja putkien pinnoilla vaihtelevat alueellisesti ja ajallisesti jakelujärjestelmässä. Bakteeritiheydet putken seinämän biofilmissä ja sedimentissä voivat nousta 107 CFU cm- 2 :iin. Biofilmi lisää bakteereja virtaavaan veteen leikkaushäviön (eroosion) ja aktiivisesti liikkuvien bakteerisolujen siirtymisen kautta veteen.

Rauta- ja rikkibakteerit ovat maku- ja hajuhaittoja aiheuttavia ”häiritseviä” organismeja, ja ne liitetään usein pohjaveden lähteisiin. Nitrifioivat bakteerit ja sienet aiheuttavat ongelmia klooratuissa juomavesijärjestelmissä, mukaan lukien kokonaiskloorijäämän ehtyminen, pelkistyneiden typpiyhdisteiden, kuten ammoniakin, muuntuminen nitriitiksi ja nitraatiksi sekä korkeat heterotrofisten bakteerien määrät. Selkärangattomat ja alkueläimet ovat haitallisia organismeja, jotka liittyvät veden laatua koskeviin esteettisiin valituksiin. Selkärangattomat ja alkueläimet voivat myös elättää patogeenisiä ja muita kuin patogeenisiä bakteereja joko sisäisesti tai kiinnittyneinä niiden pintoihin, ja tämä yhteys antaa bakteereille jonkinasteisen suojan desinfiointiainejäämien inaktivointia vastaan. http://www.epa.gov/ogwdw/disinfection/tcr/pdfs/whitepaper_tcr_biofilms.pdf

Tietoa juomaveden biofilmien kehittymisestä ja valvonnasta on niukasti (EPA, 1992). Lisäksi on niukasti tietoa muista biofilmiin liittyvistä kysymyksistä, kuten rauta- ja rikkibakteerien roolista biofilmin kehittymisessä, biofilmien roolista putkimateriaalin korroosiossa, biofilmien roolista nitrifikaatiossa järjestelmissä, joissa käytetään kloramiineja toissijaisena desinfiointiaineena, ja lisättyjen korroosionestoaineiden vaikutuksesta bakteeripopulaatioihin biofilmissä.

Kloorin tai kloramiinin läsnäolo hidastaa biofilmin kehittymistä, ja se vaikuttaa biofilmin alueelliseen jakautumiseen. Tarjotun desinfiointiainejäämän tyyppi valitsee bakteereja, jotka ovat sietokykyisempiä käytetylle erityiselle desinfiointiaineelle. Biofilmiympäristö suojaa soluja diffuusiokestävyyden ja desinfiointiaineen neutraloinnin avulla. Siksi desinfiointiainejäämä estää biofilmin organismeja vähemmän kuin planktonisia soluja. Kloorin ja monokloramiinin erilainen tehokkuus biofilmin kasvun torjunnassa on osoitettu. Monokloramiini, koska se on vähemmän reaktiivinen ja siksi pysyvämpi, voi ilmeisesti tunkeutua biofilmiin ja on tehokkaampi kuin kloori biofilmin kasvun hillitsemisessä.

Jossain tapauksissa jakelujärjestelmään päässeet koliformiset bakteerit voivat kiinnittyä putkiin tai putkisedimentteihin ja lisääntyä, jolloin niistä tulee biofilmin osatekijöitä. Koliformisten bakteerien ajoittainen, satunnainen tai jatkuva irtoaminen biofilmistä jakelujärjestelmän veteen voi aiheuttaa sen, että järjestelmät rikkovat toistuvasti koliformisten bakteerien kokonaismäärää koskevia standardeja. Tämä ongelma liittyy useimmiten vesilaitoksiin, jotka käyttävät pintavettä, jossa veden lämpötila on ≥ 15 celsiusastetta. Yleinen turvallisuus edellyttää, että kaikkien testeissä havaittujen koliformisten bakteerien katsotaan edustavan järjestelmän haavoittuvuutta, elleivät vahvat todisteet osoita muuta.

Laitoksen olisi tarkistettava käsittelytoimintojaan ja lisättävä jakelujärjestelmään tulevan veden laadun seurantaa, jotta voidaan olla varmoja siitä, että riittämätön tai epäonnistunut puhdistus ei ole vastuussa koliformisten bakteerien kokonaismäärän esiintymisestä ja että vedessä ei ole E. colia. Vesilaitoksen olisi myös tarkasteltava uudelleen vedenjakelujärjestelmän toimintaa ja hallintaa varmistaakseen, että E. coli -bakteeria ei esiinny, että desinfiointiainejäämää on jäljellä, että käytössä on asianmukainen ristikkäisliitosten valvontaohjelma ja että vedenpaine pysyy riittävänä mikrobiologisten epäpuhtauksien tunkeutumisen estämiseksi. Lopuksi vesilaitoksen olisi varmistettava, että suuret vesimäärät, joita säilytetään säiliöissä, seisontaputkissa tai maanpäällisissä säiliöissä, eivät ole kokonaiskolibakteeriongelman lähde.

Lämpimän veden aikana on vaikeampaa ylläpitää desinfiointiainejäämää vedessä kaikissa jakelujärjestelmän osissa. Lämpötilan noustessa desinfiointiaine reagoi nopeammin veteen ja biofilmiin liuenneiden orgaanisten kemikaalien kanssa, ja bakteerit kasvavat nopeammin. Reaktionopeuden ja bakteerikasvun lisääntymistä pahentaa usein se, että järjestelmän hydrauliikkaa ja veden todellista liikkumista järjestelmässä ei tunneta. Monissa tapauksissa on laajoja alueita, joilla veden liike on vähäistä. Monet vesilaitokset saattavat aiheuttaa mikrobiologisia tai kemiallisia saastumisongelmia, koska ne eivät ymmärrä, miten niiden järjestelmät toimivat; parempi järjestelmän hallinta voi vähentää näitä ongelmia.