Woda pitna zwykle zawiera pewną liczbę mikroorganizmów konkurujących o dostępne składniki odżywcze potrzebne do wzrostu. Wzrost bakterii w wodzie i ich interakcje podlegają regulacjom przez różne czynniki, takie jak:

1. rodzaj i stężenie dostępnych organicznych i nieorganicznych składników odżywczych,
2. rodzaj i resztkowe stężenie środka dezynfekującego,
3. obecność innych organizmów, np. drapieżników (pierwotniaki i bezkręgowce),
4. warunki środowiskowe (temperatura wody, pH, obecność związków mineralnych),
5. przestrzenne ulokowanie mikroorganizmów (formy planktonowe, osad lub biofilm).

Warunki uzdatniania i dystrybucji wody w wodociągach i instalacjach wodociągowych wpływają na każdy z tych czynników i kształtują cechy mikrobioty systemu wodociągowego (liczebność, skład, żywotność). Artykuł stanowi przegląd aktualnej wiedzy oraz wyzwań, które mają na celu zapewnienie i monitorowanie stabilności biologicznej wody pitnej w systemach dystrybucji.

Według Światowej Organizacji Zdrowia (WHO; ang. World Health Organization) „…woda wpływająca do systemu dystrybucji musi być bezpieczna mikrobiologicznie…”. Zatem termin „stabilność biologiczna” w tym kontekście odnosi się do pojęcia utrzymania jakości mikrobiologicznej wody od momentu produkcji wody pitnej aż do miejsca jej konsumpcji. Niepożądane zmiany w jakości mikrobiologicznej wody pitnej mogą mieć niekorzystny wpływ nie tylko na zdrowie konsumentów, ale i na stan techniczny całego systemu dystrybucji (biokorozja).

Zapewnienie stabilności biologicznej wody to tylko minimalne zmiany jakości podczas dystrybucji wody pitnej, które nie wpływają na bezpieczeństwo konsumenta lub jego postrzeganie estetyczne. Niekorzystne skutki procesu dezynfekcji, związane głównie z tworzeniem produktów ubocznych i zmienionym smakiem wody pitnej, skłaniają do stosowania przesyłu wody bez dodatku środka dezynfekującego. W tym przypadku stabilną jakość wody osiąga się przede wszystkim poprzez szeroko zakrojoną strategię uzdatniania wody surowej i poprzez jej dystrybucję w dobrze utrzymanych systemach wodociągowych.

W ostatnich trzech dekadach opracowano szereg metod oceny jakości bakteriologicznej wody, aby zapewnić wsparcie dla przedsiębiorstw w celu poprawy stabilności biologicznej. Szczególnie w ostatnich latach pojawiły się nowoczesne metody analityczne i molekularne, umożliwiające szczegółową charakterystykę populacji bakteryjnych w środowisku wodnym, a sieci dystrybucyjne były przedmiotem szerokich badań chemicznych i biologicznych, obejmujących również interakcje między organizmami.

Wzrost bakterii w systemach dystrybucji wody

Obecność bakterii w wodzie pitnej nie stanowi poważnego problemu, o ile nie występują w niej organizmy chorobotwórcze. W wodzie pitnej nierzadko znajdują się bakterie, nawet w stosunkowo dużej liczbie, sięgającej tysięcy komórek w mililitrze, ale nie ma to istotnego wpływu na zdrowie ludzi. Jednak niepożądany i nadmierny wzrost bakterii w systemach dystrybucji wody pitnej może powodować znaczne pogorszenie jej jakości. Po pierwsze, wiele istotnych z punktu widzenia zdrowotnego oportunistycznych patogenów, np. Pseudomonas aeruginosa, Legionella pneumophila, Aeromonas hydrophila, Klebsiella pneumoniae lub Campylobacter spp. wykazuje zdolność do wzrostu przy bardzo niskich stężeniach składników odżywczych w systemach dystrybucji wody. Oprócz bakterii również niektóre pierwotniaki wykazują właściwości chorobotwórcze, np. Acanthamoeba, Cryptosporidium, Giardia. Mogą one stanowić komórki gospodarza dla bakterii chorobotwórczych Legionella pneumophila. Również wirusy mogą występować w środowisku wodnym i powodować zaburzenia żołądkowo-jelitowe czy inne choroby wirusowe.

W Europie w latach 1990-2005 zgłoszono aż 86 ognisk chorób przenoszonych przez wodę pitną, z czego 19 (22%) oceniono jako spowodowane poprzez niewłaściwie działające sieci dystrybucji. Ponadto pogorszenie się organoleptycznych walorów wody pitnej, takich jak smak, zapach i kolor stanowi do 80% wszystkich skarg odbiorców wody. Mętna woda jest wynikiem obecności zawiesin lekkich cząstek, które mogą pochodzić z nadmiernego wzrostu bakterii w systemach dystrybucji wody pitnej, przyczepionych do cząstek, osadów lub biofilmów. Woda w kolorze czerwonym lub czarnym jest głównie konsekwencją obecności związków żelaza i manganu wskutek korozji biologicznej rur żelaznych lub organizmów utleniających/redukujących mangan.

Co ważne, wzrost bakterii może wpływać na smak i zapach wody. Ponadto określone bakterie wytwarzają związki wpływające na smak i zapach wody (amoniak, siarkowodór, kwasy organiczne, alkohole).

Typowym przykładem mogą być tu promieniowce wytwarzające geosminę, odpowiedzialną za ziemisto- -błotnisty smak i zapach oraz bakterie biorące udział w cyklu siarki, np. bakterie redukujące lub utleniające siarczany. Warto zaznaczyć, że bakterie stanowią początek łańcucha troficznego, a ich wysoka liczba zwykle powoduje wzrost pierwotniaków i bezkręgowców, takich jak skorupiaki (np. Asellidae), robaki (np. Annelida) lub ślimaki (Gastropoda). Warto też zwrócić uwagę na ogólną liczbę bakterii oraz bakterii z rodzaju Aeromonas, które bardzo często wykrywane są jako ogólna liczba bakterii heterotroficznych (HPC, ang. Heterotropic Plate Count). Wzrost liczby bakterii ponad 100 jtk/ml często występuje w sprzyjających warunkach atmosferycznych, np. kiedy temperatura wody w okresie gorącego lata wzrasta powyżej 20°C. W wodzie mogą występować także organizmy eukariotyczne: drożdże, grzyby i glony, a obecność niektórych z tych organizmów może wiązać się ze zmianami smakowymi i zapachowymi.

Ocena stabilności mikrobiologicznej wody

W ocenie stabilności biologicznej wody pitnej rutynowo wykorzystywane są dwa główne rodzaje wskaźników. Po pierwsze, pośrednimi oznakami niestabilności są skargi klientów dotyczące smaku, koloru, zmętnienia lub zapachu oraz pogorszenie lub nieprawidłowe działanie instalacji wodnych z powodu zanieczyszczenia czy korozji. Po drugie, na niestabilność wody wskazuje bezpośrednie wykrycie zmian w populacji drobnoustrojów w danym systemie dystrybucji.

Opracowano szereg metod oceny warunków sprzyjających wzrostowi drobnoustrojów w wodzie pitnej. Zasadniczo metody te mają charakter predykcyjny, ponieważ woda analizowana jest przed dystrybucją, a testy używane są do przewidywania wzrostu, który może potencjalnie wystąpić podczas dystrybucji wody.

Początkowo metody chemiczne polegały na pomiarze biodegradowalnego węgla organicznego (AOC, ang. Assimilable Organic Carbon) oraz metodzie BDOC (ang. Biodegraded Dissolved Organic Carbon). Obie zostały poddane licznym modyfikacjom w celu poprawy reprezentatywności testów, łatwości procedury wykonania oraz czasu analizy. Testy AOC z definicji koncentrują się na łatwo dostępnych podłożach do wzrostu komórek planktonowych, natomiast testy BDOC umożliwiają ocenę frakcji biodegradowalnego węgla organicznego, który może być wykorzystywany przez bakterie heterotroficzne występujące w systemach wodnych. Praktycznie dla wody pitnej otrzymuje się zazwyczaj wyższe wartości BDOC niż wartości AOC. Na przykład dla oczyszczonych wód powierzchniowych otrzymano wartości BDOC w zakresie 0,15-0,75 mg/litr oraz wartości AOC w zakresie 0,10-0,33 mg/litr.

Metody AOC oraz BDOC polegają przede wszystkim na pomiarze węgla organicznego jako substratu dla wzrostu drobnoustrojów w wodzie pitnej. Jednak również inne pierwiastki lub związki zostały zidentyfikowane jako stymulujące wzrost drobnoustrojów, np. amon, mangan, żelazo.

Obecność bakterii w wodzie można ocenić przez inkubację próbek wody bez wstępnego jej traktowania w kontrolowanych warunkach inkubacji (agar z ekstraktem drożdżowym lub R2 agar, temp. 22o C lub 37o C). To podejście metodyczne można rozszerzyć w celu oceny wpływu związków ograniczających/ stymulujących wzrost drobnoustrojów w próbkach wody poprzez stopniowe dodawanie do pożywek pojedynczych substratów lub ich kombinacji.

Do badania stabilności biologicznej wody wykorzystano wiele urządzeń w celu kontrolowania tworzenia biofilmów w systemach dystrybucji. Należą do nich m.in. reaktory pierścieniowe lub systemy komórek przepływowych. Wiele zawiera próbki określonych materiałów technicznych, np. miedzi, PCV lub cementu, które mogą mieć wpływ na tworzenie obrostów biologicznych w systemach wodnych.

Cały artykuł został opublikowany w nr 4/2020 magazynu Kierunek Wod-Kan