Batteri esogeni

Biofilm nei sistemi di distribuzione dell’acqua

I microbi presenti nei sistemi di distribuzione dell’acqua possono essere classificati in popolazioni autoctone (autoctone) ed esogene (alloctone). Gli organismi indigeni sono batteri ben adattati che formano biofilm e rappresentano un ecosistema stabile e difficile da sradicare. I batteri esogeni sono contaminanti che sono trasportati nel sistema da una varietà di meccanismi.

Lo sviluppo di un biofilm permanente nel sistema di distribuzione avviene perché diversi gruppi microbici trovano condizioni fisiche e chimiche favorevoli alla colonizzazione e alla crescita nell’interfaccia superficie solida/acqua. Queste condizioni includono un ampio rifornimento di nutrienti (come misurato dal carbonio organico assimilabile, AOC) per la crescita, una temperatura relativamente stabile e un certo grado di protezione dall’esposizione a sostanze chimiche dannose come il disinfettante dell’acqua.

Quando un adeguato residuo di disinfettante è mantenuto in tutto il sistema di distribuzione, la crescita microbica è solitamente ben controllata e la densità dei batteri nell’acqua di massa che viaggia attraverso i tubi rimarrà bassa – nell’intervallo da < 10 a diverse centinaia di CFU ml- 1 (HPC). La densità dei batteri nel biofilm, tuttavia, può essere diversi ordini di grandezza superiore, andando verso l’alto di 1 × 105 CFUcm- 2 (HPC). La concentrazione residua di disinfettante necessaria per controllare la crescita dei batteri varia da un sistema idrico all’altro.

La scelta del mezzo e del metodo usato per determinare la densità batterica può portare a conteggi bassi o alti di batteri eterotrofi. In generale, i mezzi di coltura ricchi e l’incubazione a 35 °C produrranno conteggi più bassi rispetto ai mezzi nutrienti diluiti e all’incubazione a 20-28 °C. I fattori che sembrano essere critici sono il pH, la temperatura, la concentrazione di carbonio organico disciolto (DOC), la concentrazione di AOC e il tipo di disinfettante usato. Il residuo del disinfettante ridurrà o sopprimerà anche la crescita estesa del biofilm se il residuo è mantenuto in tutto il sistema. Tuttavia, solo una piccola frazione di batteri è coltivabile. I metodi che misurano l’adenosina trifosfato (ATP) possono fornire un’idea della biomassa microbica vitale totale in un campione di acqua potabile. Recentemente, sono stati sviluppati metodi basati sull’RNA per misurare e identificare i batteri attivi presenti nell’acqua potabile.

I residui di disinfettante dovrebbero essere almeno 0,2 mg l- 1 per il cloro e 0,4 mg l- 1 per la monocloramina (NH2Cl). Possono essere applicate e mantenute concentrazioni più alte di residuo disinfettante, ma se l’acqua contiene alti livelli di DOC, può essere difficile mantenere un residuo disinfettante adeguato per controllare la crescita batterica e avere ancora un’acqua esteticamente accettabile per i consumatori. Le concentrazioni batteriche nell’acqua di distribuzione variano da < 1 CFU ml- 1 nell’acqua che esce dall’impianto di trattamento fino a 105-106 CFU ml- 1 nell’acqua proveniente da aree a flusso lento o stagnante del sistema di distribuzione. Le concentrazioni di batteri nell’acqua e sulle superfici dei tubi variano spazialmente e temporalmente nel sistema di distribuzione. Le densità batteriche nel biofilm delle pareti dei tubi e nei sedimenti possono raggiungere 107 CFU cm- 2. Il biofilm contribuisce ai batteri nell’acqua che scorre attraverso la perdita di taglio (erosione) e la migrazione di cellule batteriche attivamente mobili nell’acqua.

I batteri di ferro e zolfo sono organismi “fastidiosi” che causano problemi di sapore e odore e sono spesso associati a fonti di acqua freatica. I batteri e i funghi nitrificanti causano problemi nei sistemi di acqua potabile cloraminati, incluso l’esaurimento del cloro residuo totale, la conversione di composti azotati ridotti come l’ammoniaca in nitriti e nitrati, e alti livelli di batteri eterotrofi. Invertebrati e protozoi sono organismi fastidiosi associati a reclami estetici sulla qualità dell’acqua. Invertebrati e protozoi possono anche ospitare batteri patogeni e non patogeni, sia internamente che attaccati alle loro superfici, e questa associazione fornisce ai batteri un certo grado di protezione dall’inattivazione dei residui di disinfettante. http://www.epa.gov/ogwdw/disinfection/tcr/pdfs/whitepaper_tcr_biofilms.pdf

Le informazioni sullo sviluppo e sul controllo dei biofilm nell’acqua potabile sono scarse (EPA, 1992). Inoltre, ci sono pochi dati su altre questioni relative ai biofilm, compreso il ruolo dei batteri di ferro e zolfo nello sviluppo dei biofilm, il ruolo dei biofilm nella corrosione del materiale dei tubi, il ruolo dei biofilm nella nitrificazione per i sistemi che usano cloramine come disinfettante secondario, e l’effetto degli inibitori di corrosione aggiunti sulle popolazioni batteriche nei biofilm.

La presenza di cloro o cloramina ritarda lo sviluppo e influenza la distribuzione spaziale del biofilm. Il tipo di residuo di disinfettante fornito seleziona i batteri che sono più tolleranti al disinfettante specifico usato. L’ambiente del biofilm fornisce protezione alle cellule tramite resistenza diffusionale e neutralizzazione del disinfettante. Di conseguenza, gli organismi del biofilm sono meno inibiti dal residuo del disinfettante rispetto alle cellule planctoniche. È stata dimostrata l’efficacia differenziale del cloro e della monocloramina per il controllo della crescita del biofilm. La monocloramina, poiché è meno reattiva e quindi più persistente, apparentemente può penetrare il biofilm ed è più efficace del cloro nel controllo della crescita del biofilm.

In alcuni casi, i coliformi che entrano nel sistema di distribuzione possono attaccarsi ai tubi o ai sedimenti dei tubi e proliferare, diventando così un costituente del biofilm. Lo sloughing intermittente, sporadico o persistente dei batteri coliformi dai biofilm nell’acqua del sistema di distribuzione può causare che i sistemi violino ripetutamente gli standard per i coliformi totali. Questo problema è più frequentemente associato a servizi che utilizzano una fornitura di acqua superficiale dove la temperatura dell’acqua è ≥ 15 °C. La sicurezza pubblica impone che tutti i coliformi rilevati dai test siano considerati come rappresentanti la vulnerabilità del sistema, a meno che forti prove suggeriscano il contrario.

L’azienda di servizi pubblici dovrebbe rivedere le sue operazioni di trattamento e aumentare il monitoraggio della qualità dell’acqua che entra nel sistema di distribuzione per essere sicuri che un trattamento inadeguato o fallito non sia responsabile dei casi di coliformi totali e che E. coli non sia presente nell’acqua. Il servizio idrico dovrebbe anche rivedere il funzionamento e la gestione del sistema di distribuzione dell’acqua per garantire l’assenza di E. coli, la presenza di un residuo di disinfettante, un adeguato programma di controllo dei collegamenti trasversali e il mantenimento di una pressione adeguata per prevenire l’intrusione di contaminanti microbici. Infine, l’azienda idrica dovrebbe assicurarsi che i grandi volumi di acqua immagazzinati in serbatoi, tubi di supporto o serbatoi fuori terra non siano la fonte del problema dei coliformi totali.

Nei periodi di acqua calda, è più difficile mantenere un residuo di disinfettante nell’acqua in tutte le parti del sistema di distribuzione. Con l’aumento della temperatura, il disinfettante reagisce più rapidamente con le sostanze chimiche organiche dissolte nell’acqua e nel biofilm, e i batteri crescono più velocemente. L’aumento dei tassi di reazione e la crescita batterica sono spesso aggravati da una mancanza di conoscenza dell’idraulica del sistema e dell’effettivo movimento dell’acqua nel sistema. In molti casi, ci sono grandi aree in cui il movimento dell’acqua è minimo. Molte società di servizi idrici possono creare problemi di contaminazione microbica o chimica a causa della loro incapacità di capire come funzionano i loro sistemi; una migliore gestione del sistema può ridurre questi problemi.