Exogena bakterier

Biofilmer i vattendistributionssystem

Mikrober som finns i vattendistributionssystem kan klassificeras i inhemska (autochtona) och exogena (alloktona) populationer. De inhemska organismerna är välanpassade biofilmsbildande bakterier som utgör ett stabilt ekosystem som är svårt att utrota. De exogena bakterierna är föroreningar som transporteras in i systemet genom olika mekanismer.

Utvecklingen av en permanent biofilm i distributionssystemet sker på grund av att flera mikrobiella grupper finner fysikaliska och kemiska förhållanden som är gynnsamma för kolonisering och tillväxt vid gränssnittet mellan fast yta och vatten. Dessa förhållanden omfattar en riklig tillförsel av näringsämnen (t.ex. mätt som assimilerbart organiskt kol, AOC) för tillväxt, en relativt stabil temperatur och en viss grad av skydd mot exponering för skadliga kemikalier, t.ex. vattendesinfektionsmedel.

När en adekvat restmängd av desinfektionsmedel bibehålls i hela distributionssystemet är den mikrobiella tillväxten vanligen väl kontrollerad och bakterietätheten i bulkvattnet som rör sig genom rören förblir låg – i storleksordningen 10-10 till flera hundra CFU ml- 1 (HPC). Bakterietätheten i biofilmen kan dock vara flera storleksordningar högre, uppåt 1 × 105 CFUcm- 2 (HPC). Den koncentration av desinfektionsmedel som behövs för att kontrollera bakterietillväxten varierar från ett vattensystem till ett annat.

Valet av medium och metod som används för att bestämma bakterietätheten kan resultera i låga eller höga halter av heterotrofa bakterier. I allmänhet ger rika odlingsmedier och inkubation vid 35 °C lägre antal bakterier än utspädda näringsmedier och inkubation vid 20-28 °C. Faktorer som verkar vara kritiska är pH, temperatur, koncentrationen av löst organiskt kol (DOC), koncentrationen av AOC och typen av desinfektionsmedel som används. Resterna av desinfektionsmedlet kommer också att minska eller undertrycka omfattande biofilmstillväxt om de bibehålls i hela systemet. Trots detta är endast en liten del av bakterierna odlingsbara. Metoder som mäter adenosintrifosfat (ATP) kan ge en uppfattning om den totala livskraftiga mikrobiella biomassan i ett dricksvattenprov. Nyligen har RNA-baserade metoder utvecklats för att mäta och identifiera de aktiva bakterier som finns i dricksvatten.

Desinfektionsmedelsrester bör vara minst 0,2 mg l- 1 för klor och 0,4 mg l- 1 för monokloramin (NH2Cl). Högre koncentrationer av desinfektionsmedel kan användas och bibehållas, men om vattnet innehåller höga halter av DOC kan det vara svårt att bibehålla en tillräcklig desinfektionsmedelsrest för att kontrollera bakterietillväxten och ändå ha vatten som är estetiskt acceptabelt för konsumenterna. Bakteriekoncentrationerna i distributionsvattnet varierar från < 1 CFU ml- 1 i det vatten som lämnar reningsverket till så höga som 105-106 CFU ml- 1 i vatten från områden med långsamt flöde eller stillastående områden i distributionssystemet. Koncentrationerna av bakterier i vattnet och på rörens ytor varierar i tid och rum i distributionssystemet. Bakterietätheterna i biofilmen på rörväggarna och i sediment kan uppgå till 107 CFU cm- 2. Biofilmen bidrar med bakterier till det strömmande vattnet genom skjuvningsförlust (erosion) och genom migration av aktivt rörliga bakterieceller i vattnet.

Järn- och svavelbakterier är ”besvärliga” organismer som orsakar smak- och luktproblem och som ofta är förknippade med grundvattenkällor. Nitrifierande bakterier och svampar orsakar problem i klorerade dricksvattensystem, bl.a. uttömmande total klorrester, omvandling av reducerade kväveföreningar, t.ex. ammoniak, till nitrit och nitrat samt höga halter av heterotrofa bakterier. Ryggradslösa djur och protozoer är störande organismer som förknippas med estetiska klagomål på vattenkvaliteten. Ryggradslösa djur och protozoer kan också hysa patogena och icke-patogena bakterier, antingen internt eller på sina ytor, och denna förening ger bakterierna en viss grad av skydd mot inaktivering av rester av desinfektionsmedel. http://www.epa.gov/ogwdw/disinfection/tcr/pdfs/whitepaper_tcr_biofilms.pdf

Informationen om utveckling och kontroll av biofilmer i dricksvatten är sparsam (EPA, 1992). Dessutom finns det knapphändiga uppgifter om andra frågor som rör biofilmer, inklusive järn- och svavelbakteriernas roll i biofilmsutvecklingen, biofilmernas roll i korrosionen av rörmaterial, biofilmernas roll i nitrifikationen för system som använder kloraminer som sekundärt desinfektionsmedel och effekten av tillsatta korrosionsinhibitorer på bakteriepopulationer i biofilmer.

Närvaron av klor eller kloraminer försenar utvecklingen av och påverkar den rumsliga fördelningen av biofilmerna. Den typ av desinfektionsmedelsrest som tillhandahålls selekterar för bakterier som är mer toleranta mot det specifika desinfektionsmedel som används. Biofilmmiljön skyddar cellerna genom diffusionsmotstånd och neutralisering av desinfektionsmedlet. Därför hämmas biofilmsorganismer mindre av desinfektionsmedelsresterna än planktonceller. Det har visats att klor och monokloramin är olika effektiva när det gäller bekämpning av biofilmstillväxt. Monokloramin, eftersom det är mindre reaktivt och därför mer beständigt, kan tydligen tränga in i biofilmen och är effektivare än klor när det gäller att kontrollera biofilmstillväxt.

I vissa fall kan koliforma bakterier som tränger in i distributionssystemet fästa vid rör eller rörsediment och föröka sig, och på så sätt bli en beståndsdel i biofilmen. Den intermittenta, sporadiska eller ihållande avgången av koliforma bakterier från biofilmer till vattnet i distributionssystemet kan leda till att systemen upprepade gånger bryter mot normerna för totala koliforma bakterier. Detta problem är oftast förknippat med företag som använder ytvatten där vattentemperaturen är ≥ 15 °C. Den allmänna säkerheten kräver att alla koliforma bakterier som upptäcks genom testning anses representera systemets sårbarhet, om inte starka bevis tyder på något annat.

Näringsföretaget bör se över sin behandlingsverksamhet och öka övervakningen av kvaliteten på det vatten som kommer in i distributionssystemet för att försäkra sig om att otillräcklig eller misslyckad behandling inte är orsaken till förekomsten av totala koliforma bakterier och att E. coli inte förekommer i vattnet. Vattenverket bör också se över driften och förvaltningen av vattendistributionssystemet för att säkerställa att E. coli inte förekommer, att det finns en restmängd av desinfektionsmedel, att det finns ett adekvat program för kontroll av korsförbindelser och att trycket är tillräckligt högt för att förhindra att mikrobiella föroreningar tränger in. Slutligen bör vattenverket försäkra sig om att stora vattenvolymer som lagras i reservoarer, reservoarer eller ovanjordiska tankar inte är källan till det totala problemet med koliforma bakterier.

Under perioder med varmt vatten är det svårare att bibehålla en desinfektionsmedelsrest i vattnet i alla delar av distributionssystemet. Med stigande temperatur reagerar desinfektionsmedlet snabbare med upplösta organiska kemikalier i vattnet och i biofilmen, och bakterierna växer snabbare. Ökade reaktionshastigheter och bakterietillväxt förvärras ofta av bristande kunskaper om systemhydraulik och om vattnets faktiska rörelser i systemet. I många fall finns det stora områden där vattnets rörelse är minimal. Många vattenverk kan skapa problem med mikrobiella eller kemiska föroreningar genom att de inte förstår hur deras system fungerar; bättre systemförvaltning kan minska dessa problem.