Exogén baktériumok

Biofilmek a vízellátó rendszerekben

A vízellátó rendszerekben található mikrobák őshonos (autochton) és exogén (allochton) populációkba sorolhatók. Az őshonos szervezetek jól alkalmazkodott biofilmképző baktériumok, amelyek stabil ökoszisztémát képviselnek, amelyet nehéz kiirtani. Az exogén baktériumok olyan szennyeződések, amelyek különböző mechanizmusok révén kerülnek a rendszerbe.

Az elosztórendszerben azért alakul ki állandó biofilm, mert számos mikrobiális csoport a szilárd felület/víz határfelületen kedvező fizikai és kémiai feltételeket talál a kolonizációhoz és a növekedéshez. Ezek a feltételek magukban foglalják a növekedéshez szükséges bőséges tápanyagellátást (például az asszimilálható szerves szénnel (AOC) mérve), a viszonylag stabil hőmérsékletet és bizonyos fokú védelmet a káros vegyi anyagokkal, például a vízfertőtlenítőszer(ek)kel szemben.

Ha az elosztórendszerben megfelelő fertőtlenítőszer-maradékot tartanak fenn, a mikrobák növekedése általában jól kontrollált, és a baktériumok sűrűsége a csöveken áthaladó ömlesztett vízben alacsony marad – a < 10 és néhány száz CFU ml- 1 (HPC) közötti tartományban. A baktériumok sűrűsége a biofilmben azonban több nagyságrenddel nagyobb lehet, akár 1 × 105 CFUcm- 2 (HPC). A baktériumok szaporodásának megfékezéséhez szükséges fertőtlenítőszer-maradékkoncentráció vízrendszerenként eltérő.

A baktériumsűrűség meghatározásához használt közeg és módszer megválasztása a heterotróf baktériumok alacsony vagy magas számát eredményezheti. Általában a gazdag táptalaj és a 35 °C-on történő inkubálás alacsonyabb számokat eredményez, mint a híg tápközeg és a 20-28 °C-on történő inkubálás. Kritikusnak tűnő tényezők a pH, a hőmérséklet, az oldott szerves szén (DOC) koncentrációja, az AOC koncentrációja és az alkalmazott fertőtlenítőszer típusa. A fertőtlenítőszer-maradék szintén csökkenti vagy elnyomja a kiterjedt biofilm növekedését, ha a maradékot az egész rendszerben fenntartják. Mindazonáltal a baktériumoknak csak kis hányada tenyészthető. Az adenozin-trifoszfátot (ATP) mérő módszerek képet adhatnak az ivóvízminta teljes életképes mikrobiális biomasszájáról. Nemrégiben RNS-alapú módszereket fejlesztettek ki az ivóvízben jelen lévő aktív baktériumok mérésére és azonosítására.

A fertőtlenítőszer-maradéknak klór esetében legalább 0,2 mg l- 1 -nek, monoklóramin (NH2Cl) esetében pedig 0,4 mg l- 1 -nek kell lennie. Magasabb koncentrációjú fertőtlenítőszer-maradékot is lehet alkalmazni és fenntartani, de ha a víz magas DOC-tartalmú, nehéz lehet megfelelő fertőtlenítőszer-maradékot fenntartani a baktériumok szaporodásának megfékezésére, és a fogyasztók számára esztétikailag elfogadható vizet kapni. A baktériumkoncentráció az elosztóvízben < 1 CFU ml- 1 között változik a tisztítóművet elhagyó vízben, és akár 105-106 CFU ml- 1 is lehet az elosztórendszer lassú áramlású vagy pangó területeiről származó vízben. A baktériumok koncentrációja a vízben és a csőfelületeken térben és időben változik az elosztórendszerben. A csőfal biofilmjében és az üledékben a baktériumsűrűség elérheti a 107 CFU cm- 2 értéket. A biofilm a baktériumokat az áramló vízbe a nyírási veszteség (erózió) és az aktívan mozgó baktériumsejtek vízbe vándorlása révén juttatja.

A vas- és kénbaktériumok “zavaró” organizmusok, amelyek íz- és szagproblémákat okoznak, és gyakran a talajvízforrásokhoz kapcsolódnak. A nitrifikáló baktériumok és gombák problémákat okoznak a klórozott ivóvízrendszerekben, beleértve a teljes klórmaradék kimerülését, a redukált nitrogénvegyületek, például az ammónia nitritté és nitráttá történő átalakulását, valamint a heterotróf baktériumok magas szintjét. A gerinctelenek és a protozoonok a vízminőséggel kapcsolatos esztétikai panaszokkal kapcsolatos zavaró szervezetek. A gerinctelenek és az egysejtűek patogén és nem patogén baktériumokat is hordozhatnak, akár belsőleg, akár a felületükhöz kapcsolódva, és ez a társulás bizonyos fokú védelmet nyújt a baktériumoknak a fertőtlenítőszer-maradékok inaktiválásával szemben. http://www.epa.gov/ogwdw/disinfection/tcr/pdfs/whitepaper_tcr_biofilms.pdf

Az ivóvízben lévő biofilmek kialakulásáról és ellenőrzéséről kevés információ áll rendelkezésre (EPA, 1992). Ezenkívül a biofilmekkel kapcsolatos egyéb kérdésekről is kevés adat áll rendelkezésre, beleértve a vas- és kénbaktériumok szerepét a biofilmek kialakulásában, a biofilmek szerepét a csőanyag korróziójában, a biofilmek szerepét a nitrifikációban olyan rendszerek esetében, amelyek másodlagos fertőtlenítőszerként klóramint használnak, valamint a hozzáadott korróziógátlók hatását a biofilmekben lévő baktériumpopulációra.

A klór vagy klóramin jelenléte lassítja a biofilmek kialakulását és befolyásolja azok térbeli eloszlását. A biztosított fertőtlenítőszer-maradék típusa szelektálja azokat a baktériumokat, amelyek jobban tolerálják az alkalmazott specifikus fertőtlenítőszert. A biofilm környezete védelmet nyújt a sejteknek a diffúziós ellenállás és a fertőtlenítőszer semlegesítése révén. Ezért a biofilmes szervezeteket kevésbé gátolja a fertőtlenítőszer-maradék, mint a planktonikus sejteket. Kimutatták a klór és a monoklóramin eltérő hatékonyságát a biofilm növekedésének megfékezésében. A monoklóramin, mivel kevésbé reaktív és ezért tartósabb, nyilvánvalóan képes behatolni a biofilmbe, és hatékonyabb a klórnál a biofilm növekedésének megfékezésében.

Az elosztórendszerbe kerülő kólibaktériumok bizonyos esetekben a csövekhez vagy csőüledékekhez tapadhatnak, és elszaporodhatnak, így biofilm alkotójává válhatnak. A kólibaktériumoknak a biofilmekből az elosztórendszer vizébe történő időszakos, szórványos vagy tartós lecsapódása okozhatja, hogy a rendszerek ismételten megsértik az összes kólibaktériumra vonatkozó szabványokat. Ez a probléma leggyakrabban olyan közműveknél jelentkezik, amelyek olyan felszíni vízellátást használnak, ahol a víz hőmérséklete ≥ 15 °C. A közbiztonság azt diktálja, hogy minden vizsgálat során kimutatott coliform baktériumot a rendszer sebezhetőségét jelentőnek kell tekinteni, hacsak erős bizonyítékok nem utalnak ennek ellenkezőjére.

A közműnek felül kell vizsgálnia a kezelési műveleteket, és fokoznia kell az elosztórendszerbe belépő víz minőségének ellenőrzését, hogy megbizonyosodjon arról, hogy nem a nem megfelelő vagy elmaradt kezelés felelős az összes coliform előfordulásokért, és hogy az E. coli nincs jelen a vízben. A vízszolgáltatónak felül kell vizsgálnia a vízellátó rendszer üzemeltetését és kezelését is, hogy biztosítsa az E. coli hiánya, a fertőtlenítőszer-maradék jelenléte, a megfelelő keresztcsatlakozás-ellenőrzési program alkalmazása, valamint a mikrobiális szennyező anyagok behatolásának megakadályozásához szükséges megfelelő nyomás fenntartása érdekében. Végül a vízműnek biztosítania kell, hogy a tározókban, állócsövekben vagy föld feletti tartályokban tárolt nagy mennyiségű víz ne legyen az összes kólibaktérium problémájának forrása.

A melegvizes időszakokban nehezebb fenntartani a fertőtlenítőszer-maradékot a vízben az elosztórendszer minden részében. A hőmérséklet emelkedésével a fertőtlenítőszer gyorsabban reagál a vízben és a biofilmben oldott szerves vegyi anyagokkal, és a baktériumok gyorsabban szaporodnak. A megnövekedett reakciósebességet és a baktériumok növekedését gyakran súlyosbítja a rendszer hidraulikájának és a rendszerben történő tényleges vízmozgás ismeretének hiánya. Sok esetben nagy területek vannak, ahol a víz minimálisan mozog. Sok vízszolgáltató azért okozhat mikrobiális vagy kémiai szennyeződésekkel kapcsolatos problémákat, mert nem érti, hogyan működik a rendszere; a jobb rendszerirányítás csökkentheti ezeket a problémákat.