Bakterie egzogenne

Biofilmy w systemach dystrybucji wody

Mikroby znajdujące się w systemach dystrybucji wody mogą być sklasyfikowane jako populacje autochtoniczne (autochtoniczne) i egzogeniczne (allochtoniczne). Organizmy miejscowe to dobrze przystosowane bakterie tworzące biofilm, które reprezentują stabilny ekosystem, trudny do wyeliminowania. Bakterie egzogenne są zanieczyszczeniami, które są transportowane do systemu przez różne mechanizmy.

Rozwój stałego biofilmu w systemie dystrybucji występuje, ponieważ kilka grup mikroorganizmów znajduje warunki fizyczne i chemiczne sprzyjające kolonizacji i wzrostowi na powierzchni stałej / interfejsie wody. Warunki te obejmują obfite zaopatrzenie w składniki odżywcze (takie jak mierzone przez przyswajalny węgiel organiczny, AOC) dla wzrostu, względnie stabilną temperaturę i pewien stopień ochrony przed narażeniem na działanie szkodliwych substancji chemicznych, takich jak środki dezynfekujące wodę.

Gdy odpowiednia pozostałość środka dezynfekującego jest utrzymywana w całym systemie dystrybucji, wzrost mikroorganizmów jest zazwyczaj dobrze kontrolowany, a gęstość bakterii w wodzie przemieszczającej się luzem przez rury pozostanie niska – w zakresie < 10 do kilkuset CFU ml- 1 (HPC). Gęstość bakterii w biofilmie, jednakże, może być kilka rzędów wielkości wyższa, w zakresie od 1 × 105 CFUcm- 2 (HPC). Stężenie pozostałości środka dezynfekcyjnego potrzebne do kontroli wzrostu bakterii różni się w zależności od systemu wodnego.

Wybór pożywki i metody użytej do określenia gęstości bakterii może skutkować niską lub wysoką liczbą bakterii heterotroficznych. Ogólnie rzecz biorąc, bogate pożywki i inkubacja w temperaturze 35 °C dadzą niższe liczby niż rozcieńczone pożywki i inkubacja w temperaturze 20-28 °C. Czynniki, które wydają się być krytyczne to pH, temperatura, stężenie rozpuszczonego węgla organicznego (DOC), stężenie AOC i rodzaj użytego środka dezynfekcyjnego. Pozostałość środka dezynfekującego zredukuje lub powstrzyma rozległy wzrost biofilmu, jeśli pozostałość jest utrzymywana w całym systemie. Niemniej jednak, tylko niewielka część bakterii jest możliwa do wyhodowania. Metody, które mierzą adenozynotrójfosforan (ATP) mogą dać pojęcie o całkowitej żywotnej biomasie mikrobiologicznej w próbce wody pitnej. Ostatnio opracowano metody oparte na RNA do pomiaru i identyfikacji aktywnych bakterii obecnych w wodzie pitnej.

Roztwory pozostałości środków dezynfekcyjnych powinny wynosić co najmniej 0,2 mg l- 1 dla chloru i 0,4 mg l- 1 dla monochloraminy (NH2Cl). Wyższe stężenia pozostałości środków dezynfekcyjnych mogą być stosowane i utrzymywane, ale jeśli woda zawiera wysoki poziom DOC, może być trudno utrzymać odpowiednie pozostałości środków dezynfekcyjnych do kontroli wzrostu bakterii i nadal mieć wodę, która jest estetycznie akceptowalna dla konsumentów. Stężenie bakterii w wodzie dystrybucyjnej waha się od < 1 CFU ml- 1 w wodzie opuszczającej stację uzdatniania do 105-106 CFU ml- 1 w wodzie z obszarów o wolnym przepływie lub stagnacji w systemie dystrybucji. Stężenia bakterii w wodzie i na powierzchniach rur różnią się przestrzennie i czasowo w systemie dystrybucji. Gęstość bakterii w biofilmie na ściankach rur i w osadach może osiągać 107 CFU cm- 2. Biofilm wprowadza bakterie do przepływającej wody poprzez erozję i migrację aktywnie poruszających się komórek bakteryjnych do wody.

Bakterie żelazowe i siarkowe są organizmami „uciążliwymi”, które powodują problemy ze smakiem i zapachem i są często związane ze źródłami wód podziemnych. Bakterie nitryfikacyjne i grzyby powodują problemy w chlorowanych systemach wody pitnej, w tym wyczerpywanie się całkowitej pozostałości chloru, przekształcanie zredukowanych związków azotu, takich jak amoniak, w azotyny i azotany oraz wysokie poziomy bakterii heterotroficznych. Bezkręgowce i pierwotniaki są uciążliwymi organizmami związanymi z estetycznymi skargami na jakość wody. Bezkręgowce i pierwotniaki mogą również być siedliskiem patogenicznych i niepatogenicznych bakterii, albo wewnątrz albo przyczepione do ich powierzchni, a to połączenie zapewnia bakteriom pewien stopień ochrony przed inaktywacją przez pozostałości środków dezynfekcyjnych. http://www.epa.gov/ogwdw/disinfection/tcr/pdfs/whitepaper_tcr_biofilms.pdf

Informacje na temat rozwoju i kontroli biofilmów w wodzie pitnej są skąpe (EPA, 1992). Ponadto, istnieje niewiele danych na temat innych kwestii związanych z biofilmami, w tym roli żelaza i bakterii siarkowych w rozwoju biofilmu, roli biofilmu w korozji materiału rur, roli biofilmu w nitryfikacji w systemach, które używają chloramin jako wtórnego środka dezynfekującego, oraz wpływu dodanych inhibitorów korozji na populacje bakterii w biofilmach.

Występowanie chloru lub chloraminy opóźnia rozwój i wpływa na rozkład przestrzenny biofilmu. Rodzaj pozostałości środka dezynfekcyjnego selekcjonuje bakterie, które są bardziej tolerancyjne na zastosowany środek dezynfekcyjny. Środowisko biofilmu zapewnia ochronę komórek poprzez opór dyfuzyjny i neutralizację środka dezynfekcyjnego. Dlatego organizmy biofilmowe są mniej zahamowane przez pozostałości środka dezynfekcyjnego niż komórki planktonowe. Wykazano różną skuteczność chloru i monochloraminy w kontroli wzrostu biofilmów. Monochloramina, ponieważ jest mniej reaktywna i dlatego bardziej trwała, może przenikać przez biofilm i jest bardziej skuteczna niż chlor w kontroli wzrostu biofilmu.

W niektórych przypadkach, bakterie coli, które dostają się do systemu dystrybucji mogą przyczepić się do rur lub osadów rurowych i rozmnażać się, stając się w ten sposób składnikiem biofilmu. Przerywane, sporadyczne lub uporczywe odrywanie się bakterii grupy coli z biofilmów do wody w systemie dystrybucji może powodować, że systemy wielokrotnie naruszają normy dla ogólnej liczby bakterii grupy coli. Problem ten jest najczęściej związany z dostawami wody powierzchniowej, gdzie temperatura wody wynosi ≥ 15°C. Bezpieczeństwo publiczne nakazuje, aby wszystkie bakterie grupy coli wykryte podczas badań były uważane za reprezentujące podatność systemu, chyba że mocne dowody sugerują inaczej.

Przedsiębiorstwo powinno dokonać przeglądu swoich operacji uzdatniania i zwiększyć monitorowanie jakości wody wprowadzanej do systemu dystrybucji, aby upewnić się, że nieodpowiednie lub nieudane uzdatnianie nie jest odpowiedzialne za występowanie całkowitej liczby bakterii grupy coli i że E. coli nie jest obecna w wodzie. Przedsiębiorstwo wodociągowe powinno również dokonać przeglądu działania i zarządzania systemem dystrybucji wody w celu zapewnienia braku E. coli, obecności pozostałości środków dezynfekujących, odpowiedniego programu kontroli połączeń krzyżowych oraz utrzymania odpowiedniego ciśnienia w celu zapobieżenia przedostawaniu się zanieczyszczeń mikrobiologicznych. Wreszcie, przedsiębiorstwo wodociągowe powinno upewnić się, że duże ilości wody przechowywanej w zbiornikach, rurach stojących lub zbiornikach naziemnych nie są źródłem problemu z ogólną liczbą bakterii coli. Wraz ze wzrostem temperatury, środek dezynfekcyjny reaguje szybciej z rozpuszczonymi organicznymi substancjami chemicznymi w wodzie i w biofilmie, a bakterie rosną szybciej. Zwiększona szybkość reakcji i wzrost bakterii są często potęgowane przez brak wiedzy na temat hydrauliki systemu i rzeczywistego ruchu wody w systemie. W wielu przypadkach, istnieją duże obszary, w których ruch wody jest minimalny. Wiele przedsiębiorstw wodociągowych może stwarzać problemy związane z zanieczyszczeniami mikrobiologicznymi lub chemicznymi poprzez brak zrozumienia jak działają ich systemy; lepsze zarządzanie systemem może zmniejszyć te problemy.